文章詳情
PEI聚酰亞胺泵閥領域應用
日期：2025-03-08 07:10
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摘要：
PEI聚酰亞胺泵閥領域應用
泵軸承和密封不耐磨損，不耐高溫的解決方案
出現(xiàn)問題：軸偏離引起高振動，縮短了機械密封的壽命，同時產生噪音。
解決方法：用聚酰亞胺碳纖維復合材料的葉輪口環(huán)配合不銹鋼的泵殼口環(huán)；用我們材料的喉部襯套代替原有的石墨襯套。
結 果：減小了振動幅度，從而延長了密封使用壽命和軸承使用壽命，增強了泵的自由運作。很多泵在使用中都是以盤根作為填充物，盤根主要作用是防泄漏，但也起到軸承的作用，穩(wěn)定軸。目前很多泵已經將盤根改為機械密封，隨著機械密封的轉變，軸承影響沒有了，而軸偏離（高振動及相關影響）成了問題。
用聚酰亞胺碳纖維復合材料改善泵，成功地解決了客戶的問題，主要有以下兩點：
1)聚酰亞胺碳纖維復合材料是一種無金屬磨損、不咬合的材料。這使得運轉間隙縮?。ㄖ挥蠥PI規(guī)定的金屬材質隙間的一半），較小間隙的襯套可以穩(wěn)定軸，較小間隙的口環(huán)可以進一步限制泄漏及泄漏速度。
2)聚酰亞胺碳纖維復合材料是一種高強度、高性能的熱塑性材料。它易于注塑，能夠吸收振動及沖擊，而在被替代的金屬是會引起振動及軸的磨損。
解決方法：用聚酰亞胺碳纖維復合材料的葉輪口環(huán)配合不銹鋼的泵殼口環(huán)；用我們材料的喉部襯套代替原有的石墨襯套。
結 果：減小了振動幅度，從而延長了密封使用壽命和軸承使用壽命，增強了泵的自由運作。很多泵在使用中都是以盤根作為填充物，盤根主要作用是防泄漏，但也起到軸承的作用，穩(wěn)定軸。目前很多泵已經將盤根改為機械密封，隨著機械密封的轉變，軸承影響沒有了，而軸偏離（高振動及相關影響）成了問題。
用聚酰亞胺碳纖維復合材料改善泵，成功地解決了客戶的問題，主要有以下兩點：
1)聚酰亞胺碳纖維復合材料是一種無金屬磨損、不咬合的材料。這使得運轉間隙縮?。ㄖ挥蠥PI規(guī)定的金屬材質隙間的一半），較小間隙的襯套可以穩(wěn)定軸，較小間隙的口環(huán)可以進一步限制泄漏及泄漏速度。
2)聚酰亞胺碳纖維復合材料是一種高強度、高性能的熱塑性材料。它易于注塑，能夠吸收振動及沖擊，而在被替代的金屬是會引起振動及軸的磨損。
零部件：配用可移動的密封軸套及Teflon的軸承
出現(xiàn)問題：支撐軸承劇烈磨損。工廠試用了很多不同材料如碳、石墨、有填充物的Teflon材料，
試圖找到一種合適的來解決磨損及軸偏離的問題，所有材料2到3個月就報廢了。其中
聚四氟乙烯材質的產品因磨損而使得軸磨損，產生極大泄漏，導致機械密封失效。
解決方法：用聚酰亞胺碳纖維復合材料代替原來使用的有填充物的PTFE軸承。
結 果：聚酰亞胺碳纖維復合材料支撐軸承安裝后，已經成功運作超過13個月，使用后第8個月時，攪拌器中心部分被拆下暫時用到其他設備，那時候，工作人員檢測了攪拌器軸承，發(fā)現(xiàn)每邊每英寸泄漏量小于0.005，此時平均故障間歇時間提高了300%到400%。
出現(xiàn)問題：支撐軸承劇烈磨損。工廠試用了很多不同材料如碳、石墨、有填充物的Teflon材料，
試圖找到一種合適的來解決磨損及軸偏離的問題，所有材料2到3個月就報廢了。其中
聚四氟乙烯材質的產品因磨損而使得軸磨損，產生極大泄漏，導致機械密封失效。
解決方法：用聚酰亞胺碳纖維復合材料代替原來使用的有填充物的PTFE軸承。
結 果：聚酰亞胺碳纖維復合材料支撐軸承安裝后，已經成功運作超過13個月，使用后第8個月時，攪拌器中心部分被拆下暫時用到其他設備，那時候，工作人員檢測了攪拌器軸承，發(fā)現(xiàn)每邊每英寸泄漏量小于0.005，此時平均故障間歇時間提高了300%到400%。
出現(xiàn)問題：此泵是以不銹鋼和帶硬外殼的不銹鋼作口環(huán)和襯套。一般來講，泵的間隙干轉是因為
運作過程中吸入量的減少產生，而主要的一些干轉情況常會導致泵過早的損壞，金屬
部件也受到極大損傷。而這些泵的平均故障間隔時間也只有六個月之久。
解決方法：用聚酰亞胺碳纖維復合材料代替不銹鋼的葉輪口環(huán)和襯套，運作間隙降低大約50%。
結 果：用聚酰亞胺碳纖維復合材料改進過的泵現(xiàn)在已經使用了一年多。以前運作過程中一些**狀況常會出現(xiàn)，引起間隙性干轉，使泵無法工作，但經過聚酰亞胺碳纖維復合材料更新已經使得這種現(xiàn)象延緩。此外，客戶也出具報告：通過采用聚酰亞胺碳纖維復合材料材質對其改造，縮小了運作間隙，泵的輸出流量已增長了400gpm，同時也對其它兩臺多級泵進行了更新。
運作過程中吸入量的減少產生，而主要的一些干轉情況常會導致泵過早的損壞，金屬
部件也受到極大損傷。而這些泵的平均故障間隔時間也只有六個月之久。
解決方法：用聚酰亞胺碳纖維復合材料代替不銹鋼的葉輪口環(huán)和襯套，運作間隙降低大約50%。
結 果：用聚酰亞胺碳纖維復合材料改進過的泵現(xiàn)在已經使用了一年多。以前運作過程中一些**狀況常會出現(xiàn)，引起間隙性干轉，使泵無法工作，但經過聚酰亞胺碳纖維復合材料更新已經使得這種現(xiàn)象延緩。此外，客戶也出具報告：通過采用聚酰亞胺碳纖維復合材料材質對其改造，縮小了運作間隙，泵的輸出流量已增長了400gpm，同時也對其它兩臺多級泵進行了更新。
出現(xiàn)問題：劇烈振動，泵效率低
解決方法：用·聚酰亞胺碳纖維復合材料作泵殼口環(huán)及襯套。運轉間隙由API標準降低到每英寸轉動直徑0.0015英寸。
結 果：起始振動 0.600英寸/秒
改進后振動 0.094英寸/秒
效率提升 5%
振動方面：振動減小的原因如下：
1) 再循環(huán)流動和它對轉子不穩(wěn)定影響減小
2) 間隙減小，軸的跑動減小
3) 天然熱塑性材料有易注塑性能，吸收震動或沖擊
效率方面：效率提高是因為減小了泵殼與葉輪環(huán)之間的間隙。在泵的此處間隙反過來會減少內部
再循環(huán)。
可靠性方面：此泵已經連續(xù)工作四年多了，該煉油廠也已經將·聚酰亞胺碳纖維復合材料用在十多臺泵上。
聚酰亞胺碳纖維復合材料抗研磨材料的優(yōu)點特性及應用
·具有杰出的抗磨損性能. 在有研磨顆粒的工況中優(yōu)于橡膠、青銅、碳石墨等材料。
·廣泛用于污水泵、海水泵（工作環(huán)境是沙粒和其它研磨粒）中的襯套， 管線泵軸承和碗口耐磨環(huán)。
·只推薦作為固定部件用（由于材料的溫度限制）。
·相比于其它的非金屬材料，抗研磨復合材料 具有更好的抗化學腐蝕性。
·相比于橡膠襯套和其它金屬材料，聚酰亞胺碳纖維復合材料材料具有非常低的摩擦系數。
·聚酰亞胺碳纖維復合材料抗研磨材料對軸幾乎沒有損傷作用。
·具有杰出的抗磨損性能. 在有研磨顆粒的工況中優(yōu)于橡膠、青銅、碳石墨等材料。
·廣泛用于污水泵、海水泵（工作環(huán)境是沙粒和其它研磨粒）中的襯套， 管線泵軸承和碗口耐磨環(huán)。
·只推薦作為固定部件用（由于材料的溫度限制）。
·相比于其它的非金屬材料，抗研磨復合材料 具有更好的抗化學腐蝕性。
·相比于橡膠襯套和其它金屬材料，聚酰亞胺碳纖維復合材料材料具有非常低的摩擦系數。
·聚酰亞胺碳纖維復合材料抗研磨材料對軸幾乎沒有損傷作用。
聚酰亞胺耐磨*護和提高泵的性能
一、前言
泵在冶煉作業(yè)中有著非常重要的作用，是提煉流程的必要設備。在大型石化提煉廠，有上千臺泵在工作，以保證工廠能夠順利運轉。在冶煉作業(yè)中，通常是采用離心泵來取代原有的反向泵和回轉泵。制造技術及冶金學方面的改善，使得離心泵制造成本大幅下降；同時由于泵內的移動或轉動零件越來越少，使得維修作業(yè)變得越來越簡單。
泵運轉中出現(xiàn)機械問題或是效率降低，就會對整個工廠的生產造成**影響。耐磨環(huán)可以在泵非正常操作條件下運轉時，對泵起到提供保護以及控制液體的回收循環(huán)情況。所以其性能的優(yōu)化十分重要。傳統(tǒng)的耐磨環(huán)是以不同材料的金屬所制造，但是由于金屬材料的特性所限，影響了離心泵整體功能的進一步提升。
二、耐磨環(huán)的作用
耐磨環(huán)的作用，是將泵中轉動及靜止的零件，高壓和低壓的部分分隔開。多年來，設計人員嘗試了不同的材料來取代金屬耐磨環(huán)，以期獲得性能的改善。在美國石油協(xié)會標準(API610)中，規(guī)定離心泵中必須使用耐磨環(huán)，并且準許使用復合材料來制造這些零件，耐磨環(huán)結構如圖1和圖2所示。
三、金屬耐磨環(huán)失效原因
當金屬耐磨環(huán)有所接觸時，通常會產生高溫、造成金屬焊接在一起(摩擦焊接)，并造成泵運轉不順。這種情況會大幅增加耗電量，造成設備嚴重損壞，同時可能會使得液體滲漏到大氣中，對現(xiàn)場的工作人員造成傷害。以下情況耐磨環(huán)可能會發(fā)生接觸。
（1）在泵剛起動，液體還沒有流過葉片之前而空轉時(尤其是垂直式泵更為嚴重)。
（2）當轉動軸變形，轉動葉片因為泵內壓力突然升高或其他異常情況而偏離轉動軸。
（3）在起動或停止期間“慢速轉動”時，因為振動而使得套管偏離轉動軸。
（4）在低壓蒸汽下、出現(xiàn)氣泡或在處理低密度的液體時。
（5）放射狀軸承失靈，使得耐磨環(huán)彼此接觸時。
四、金屬耐磨環(huán)之外的其他選擇
在了解使用金屬和復合材料零件的實際成本費用之后，有些生產廠商轉而使用石墨/金屬合金等替代材料。但是石墨/金屬合金制造的零件脆性太大，耐沖擊性、抗振動和抗強烈撞擊性能差。這些特性使得石墨/金屬合金零件，在運送和安裝的過程中可能會出現(xiàn)斷裂的情況，大幅提高更換組件的成本。
我們開發(fā)出一種熱塑性聚酰亞胺樹脂為基材，通過特種纖維強化的高性能材料，該樹脂的抗化學侵蝕及耐高溫性（使用溫度可高達268℃），以及特種纖維的強度與尺寸穩(wěn)定性得到。
該材料已被應用在、鋼材研磨、紙張研磨、化學工廠以及食品加工廠等產業(yè)使用的泵中。它取代金屬及其他復合材料，作為泵中的耐磨環(huán)、喉管軸襯和套管軸承，大幅度提升泵的效能。
五、使用聚酰亞胺復合材料材料耐磨環(huán)的好處
1. 降低維修費用
維修耐磨環(huán)的成本非常高，尤其是大型泵的維修，通常每年會付出高達數十萬美元的維修費用，同時需要花費幾個星期的時間。以美國一個煉油工廠為例，其鹽水冷卻系統(tǒng)曾經出現(xiàn)過一些問題。
在這個系統(tǒng)中包含了4個并聯(lián)方式配置，共享備用系統(tǒng)的泵。這個系統(tǒng)每年都因為重復進行維修(每年5到6次)，而要花費超過200000美元的維修費用。當較大的碎片在經過進口時，會因為阻塞而帶來劇烈的振動，造成耐磨環(huán)摩擦力提高。
*后可能會導致葉片、泵外殼、套管、軸承、軸承襯管以及銜接器等部件的損壞。除維修費用高昂外，還有可能會對泵操作人員和維護保養(yǎng)人員的**造成威脅。該公司后決定采用聚酰亞胺復合材料0材料的耐磨環(huán)及喉管軸襯。在**部泵經過改裝正常使用后，一個大的碎片卡在轉動葉片中，使得泵的套管損壞。但是聚酰亞胺復合材料耐磨環(huán)以及喉管軸襯仍然可以支撐住破損的泵套管，且可以繼續(xù)使用。其中的轉動葉片與外殼并未損壞。在所有的泵的耐磨靜止部件被更換之后，每年的維護保養(yǎng)費用降低到4萬美元，維修時間也從幾個星期縮短到幾天。
2.效率的提升
一個泵的運轉效率，主要取決于通過耐磨環(huán)而回流的液體量大??；縮小耐磨環(huán)的間隙，可以縮小耐磨環(huán)之間讓液體通過的面積。而采用金屬耐磨環(huán)，需要保持較大的間隙以降低耐磨環(huán)碰觸。但是較大的間隙會造成液體回流，使得泵的效率降低。同時較大的運轉間隙會造成泵強力的振動，使得套管移位而造成耐磨環(huán)彼此接觸。
聚酰亞胺復合材料擁有較低的熱膨脹系數(CTE)，因此使用這種材料制造的耐磨環(huán)等靜止部件，在安裝時就可有更小的運轉間隙，這樣可在更低的輸出功率下得到相同的流量，同時也使效率提高2%~5%。此外，這些耐磨環(huán)所造成的振動也得到了大大的降低，延長軸承和耐磨環(huán)的使用壽命。
3.空轉不會造成運轉不順利
聚酰亞胺復合材料耐磨環(huán)可以在空轉的情況下使用。在沒有吸入任何液體，操作條件超出設計范圍，慢速轉動，或者泵剛起動的期間，不會造成泵運轉不順。相反，使用金屬耐磨環(huán)的泵若遇到同樣的情況，就會造成泵因高溫而卡死，需要停機進行拆卸維修，以便將問題排除。
在某凝結回收作業(yè)中，離心泵在接近汽化的溫度下運轉，因此經常出現(xiàn)“蒸汽死鎖”及“空轉”的情況。其常見的損壞情況，包括耐磨環(huán)因高溫而黏在一起、轉動葉片破裂，以及擾動板偏轉。此外，管路套管軸承也可能造成套管損壞且無法修復，*后導致泵下半部整個被刮傷。
泵平均每年都要維修兩次，更嚴重的是每次泵送修時，許多非常昂貴的凝結劑都會被浪費掉。工廠的維修人員將某一個泵內所有的靜止磨耗零件都改為聚酰亞胺復合材料，并測試其在工作運轉過程中加壓效能。因聚酰亞胺復合材料的磨耗零件有較小的間隙，所以該泵的加壓效能比新泵稍高。之后進料閥門被關閉1min的時間，并讓泵持續(xù)運轉，然后重新開起閥門。
泵沒有出現(xiàn)運轉不順的問題，其振動情況及溫度都維持非常穩(wěn)定，經過測量其效能也沒有任何改變。再將進口閥門關閉60min的時間，也沒有對其效能造成非常嚴重的影響。該泵在連續(xù)使用3年后被送回進行例行性維護保養(yǎng)。聚酰亞胺復合材料的零件仍然可以繼續(xù)使用?，F(xiàn)在泵中的所有靜止磨耗零件都采用聚酰亞胺復合材料0材料，故障率也從每年兩次故障，變成在4年內完全沒有故障。
六、結論
大多數離心泵的運轉條件，都很容易造成其耐磨環(huán)受到損壞。但是煉油廠商可以有效避免這種情況，選擇具有*佳之操作及功能特性的零件。這樣，管理人員就可以提高作業(yè)的效率和**性，同時大幅降低公司的營運成本。
聚酰亞胺復合材料提高泵的性能
六、結論
大多數離心泵的運轉條件，都很容易造成其耐磨環(huán)受到損壞。但是煉油廠商可以有效避免這種情況，選擇具有*佳之操作及功能特性的零件。這樣，管理人員就可以提高作業(yè)的效率和**性，同時大幅降低公司的營運成本。
聚酰亞胺復合材料提高泵的性能
多年以來，泵的生產廠商一直使用金屬部件作為口環(huán)、軸套、襯套，用于API泵中的單級和多級石化流程泵。因為金屬部件跟金屬部件之間會磨損，耐磨元件與泵之間就有可能咬合或咬死，在強腐蝕工況下，這種情況更為嚴重——因為此時多用不銹鋼部件，而它更易咬合。這時就需要增大口環(huán)間隙，來確保泵的轉子與定子不會咬死。盡管有預警，但磨傷和咬合問題仍會困擾泵的用戶。
磨損元件磨損有很多原因，其中包括：
◆ 徑向軸承失效
泵的徑向軸承失效，就會使得轉子跳動，磨損元件間的接觸力度加大，這常會導致嚴重咬合，*終導致泵的咬死。
◆ 產物汽化
泵受到傳統(tǒng)氣蝕時，一定會由流體產生水膜而減少了一直的支撐，從而轉子轉動過大，磨損接觸面。
◆ 軸的撓度
軸的撓度過大是造成磨損件相互接觸的又一原因。當離心泵遠離*佳效率點工作時，徑向力比較集中就會使軸彎曲，這就使得轉動部件（比如口環(huán)或機械密封）與靜止部件相接觸，造成一方或雙方的損壞。
◆ 蒸汽渦輪驅動泵的低速啟動
這個問題常會出現(xiàn)在大型多級臥式泵中，它的轉子必需達到一定的轉速才能獲得合適的支撐力，否則泵中的磨損件會相互接觸。
◆ 缺少徑向軸承支撐
這個問題普遍存在于老式雙吸泵和兩級往復泵。當初這些泵設計時，都是用盤根作密封，這樣它可以為軸提供一個徑向的軸承支撐。但由于嚴格的泄漏標準，很多泵都改用了機械密封。這樣就缺少了盤根的軸承支撐作用。使得軸撓度更大，機械密封壽命減小以及口環(huán)咬合。
盡管有很多方法可以減小泵咬合和咬死的可能性，但還是有一種方法可以考慮，那就是改用不咬合、不咬死的磨損材料。高性能的熱塑性復合材料與鋼相匹配不咬合不咬死，即使是在干轉、高負荷摩擦的條件下。這種復合材料的作用就是作為犧牲部件。在*壞的情況下，在轉子與泵殼咬死之前，這種部件就會磨損或表面熔化。
近些年來，熱塑性復合材料已被用于動、靜耐磨件中，相匹配的部件還是用鋼鐵。熱塑性復合材料可增加磨損件之間的硬度順和度——復合材料作為磨耗部件。與其他材料一樣，熱塑性復合材料同樣有它的局限性，而在絕大多數應用中并不明顯，而益處卻尤為顯著。
回流問題
API泵在設計制造時，就考慮了如何控制從出口處的葉輪背面向吸入口的葉輪方向的背流現(xiàn)象，這種密封措施就是指口環(huán)?？诃h(huán)通常是成對裝配使用，一個裝配在轉動的葉輪上（葉輪口環(huán)），另一個裝在泵殼上（泵殼口環(huán)），這些口環(huán)都能使轉子穩(wěn)定。
以往，口環(huán)都使用不同等級的鋼制造，轉動時，鋼制部件之間所產生的摩擦很大，為確保轉子與定子不咬合，需要將口環(huán)間隙加大。而且，很多鋼制部件與配件接觸時很容易發(fā)生咬合，所以要求更大的間隙。而API610給我們提供了口環(huán)的*小徑向間隙標準，很多機構也有他們自己的間隙標準。一直以來人們都在努力減少泵的咬合咬死狀況。
大的間隙會使泵的內部產生背流，帶來一些令人失望的后果：
·效率損失——大的間隙會使得更多內部流體產生回流，直接影響泵的效率。
·回流氣蝕——過大的口環(huán)間隙會產生氣蝕，同時背流也會產生氣蝕。出口到吸入口的口環(huán)間隙增大會影響流體流動性質，也會使葉輪的NPSHR值升高。
·高振動——若流體流速過高，流體流過口環(huán)表面時會對轉子有擾動。
復合口環(huán)
WRTM熱塑性復合材料是一種不咬合、低摩擦系數的材料，在非漿體中有非常好的耐磨性能。由于加入了碳纖維做補強，它的機械性能比金屬更有競爭力，因此，這種材料已用作一些泵的口環(huán)，代替了部分金屬口環(huán)。這種材料減少了摩擦和咬合，很大程度上減小了口環(huán)間隙。表1列出了API610推薦徑向運轉間隙標準，對于鑄鐵、銅、硬度在11～13％的鉻及有相似咬合性的金屬，表1也列出了一些使用WR材料時的徑向運轉間隙。
減少泵中磨損件的徑向運轉間隙，可以使泵以*大效率工作，減小了內部背流也就減少了馬力；并可以減少泵背流氣蝕的機會和泵的振動頻率。
磨損元件磨損有很多原因，其中包括：
◆ 徑向軸承失效
泵的徑向軸承失效，就會使得轉子跳動，磨損元件間的接觸力度加大，這常會導致嚴重咬合，*終導致泵的咬死。
◆ 產物汽化
泵受到傳統(tǒng)氣蝕時，一定會由流體產生水膜而減少了一直的支撐，從而轉子轉動過大，磨損接觸面。
◆ 軸的撓度
軸的撓度過大是造成磨損件相互接觸的又一原因。當離心泵遠離*佳效率點工作時，徑向力比較集中就會使軸彎曲，這就使得轉動部件（比如口環(huán)或機械密封）與靜止部件相接觸，造成一方或雙方的損壞。
◆ 蒸汽渦輪驅動泵的低速啟動
這個問題常會出現(xiàn)在大型多級臥式泵中，它的轉子必需達到一定的轉速才能獲得合適的支撐力，否則泵中的磨損件會相互接觸。
◆ 缺少徑向軸承支撐
這個問題普遍存在于老式雙吸泵和兩級往復泵。當初這些泵設計時，都是用盤根作密封，這樣它可以為軸提供一個徑向的軸承支撐。但由于嚴格的泄漏標準，很多泵都改用了機械密封。這樣就缺少了盤根的軸承支撐作用。使得軸撓度更大，機械密封壽命減小以及口環(huán)咬合。
盡管有很多方法可以減小泵咬合和咬死的可能性，但還是有一種方法可以考慮，那就是改用不咬合、不咬死的磨損材料。高性能的熱塑性復合材料與鋼相匹配不咬合不咬死，即使是在干轉、高負荷摩擦的條件下。這種復合材料的作用就是作為犧牲部件。在*壞的情況下，在轉子與泵殼咬死之前，這種部件就會磨損或表面熔化。
近些年來，熱塑性復合材料已被用于動、靜耐磨件中，相匹配的部件還是用鋼鐵。熱塑性復合材料可增加磨損件之間的硬度順和度——復合材料作為磨耗部件。與其他材料一樣，熱塑性復合材料同樣有它的局限性，而在絕大多數應用中并不明顯，而益處卻尤為顯著。
回流問題
API泵在設計制造時，就考慮了如何控制從出口處的葉輪背面向吸入口的葉輪方向的背流現(xiàn)象，這種密封措施就是指口環(huán)?？诃h(huán)通常是成對裝配使用，一個裝配在轉動的葉輪上（葉輪口環(huán)），另一個裝在泵殼上（泵殼口環(huán)），這些口環(huán)都能使轉子穩(wěn)定。
以往，口環(huán)都使用不同等級的鋼制造，轉動時，鋼制部件之間所產生的摩擦很大，為確保轉子與定子不咬合，需要將口環(huán)間隙加大。而且，很多鋼制部件與配件接觸時很容易發(fā)生咬合，所以要求更大的間隙。而API610給我們提供了口環(huán)的*小徑向間隙標準，很多機構也有他們自己的間隙標準。一直以來人們都在努力減少泵的咬合咬死狀況。
大的間隙會使泵的內部產生背流，帶來一些令人失望的后果：
·效率損失——大的間隙會使得更多內部流體產生回流，直接影響泵的效率。
·回流氣蝕——過大的口環(huán)間隙會產生氣蝕，同時背流也會產生氣蝕。出口到吸入口的口環(huán)間隙增大會影響流體流動性質，也會使葉輪的NPSHR值升高。
·高振動——若流體流速過高，流體流過口環(huán)表面時會對轉子有擾動。
復合口環(huán)
WRTM熱塑性復合材料是一種不咬合、低摩擦系數的材料，在非漿體中有非常好的耐磨性能。由于加入了碳纖維做補強，它的機械性能比金屬更有競爭力，因此，這種材料已用作一些泵的口環(huán)，代替了部分金屬口環(huán)。這種材料減少了摩擦和咬合，很大程度上減小了口環(huán)間隙。表1列出了API610推薦徑向運轉間隙標準，對于鑄鐵、銅、硬度在11～13％的鉻及有相似咬合性的金屬，表1也列出了一些使用WR材料時的徑向運轉間隙。
減少泵中磨損件的徑向運轉間隙，可以使泵以*大效率工作，減小了內部背流也就減少了馬力；并可以減少泵背流氣蝕的機會和泵的振動頻率。
表1.API推薦的徑向運轉間隙以及使用WR材料時的徑向運轉間隙
這種性能上的提高很快就能轉化為切實的回報。舉例說明，一個泵的OEM維修組更新了一臺九級臥式可分式鍋爐給水泵，將不銹鋼葉輪環(huán)和軸套均換成了含連續(xù)碳纖維的熱塑性復合材料。結果，泵的效率由81.2％提高到了83％。該地區(qū)電力費用為0.12美元/kWh，所以每年可以節(jié)省57,248美元，將全部費用——運費、維修費、重裝費，加起來共三萬美金，所以用戶在6.3個月內就能將成本收回。
復合元件的成功之處
◆ 徑向軸承失效的解決
一個海灣煉油廠采用含連續(xù)碳纖維的熱塑性復合材料葉輪口環(huán)來改進一臺大直徑單級海水泵，此泵的的軸向跟徑向都有磨損導致了軸在轉速為1800rpm時損壞。不銹鋼口環(huán)換成復合材料葉輪口環(huán)后，當口環(huán)間隙達到更替要求時，不銹鋼葉輪跟泵殼口環(huán)都沒有磨損和損壞。結果泵的維修費低于使用不銹鋼口環(huán)時的一半。
◆ 產物汽化問題的解決
這種問題常會出現(xiàn)在運送的流體蒸汽壓與操作壓相近的場合，比如低組分的烴類，還有開水給水泵中。西部德州電廠就經歷過這種咬合現(xiàn)象，三臺12級臥式可拆分式鍋爐給水泵，操作溫度為130℃，咬合咬死現(xiàn)象短期內就會發(fā)生，此時泵低于NPSH的要求。該電廠決定采用含碳纖維補強的熱塑性磨損材料改裝所有靜磨損件，包括所有泵殼口環(huán)和襯套。這臺泵自重新安裝后，正常工作了四年多。工廠技術經理說，泵系統(tǒng)發(fā)生故障會影響整個地區(qū)，但泵至今沒有再出現(xiàn)過咬合和咬死現(xiàn)象。
◆ 軸撓度過大問題的解決
軸的撓度會產生高振動，縮短機械密封的壽命，還會產生噪音，單級立式管道泵就會有這種現(xiàn)象。工程師將其所用的鋼制口環(huán)換成了一個含連續(xù)碳纖維的熱塑性復合材料葉輪口環(huán)，配用不銹鋼泵殼口環(huán)，石墨喉部襯套也換成了復合材料。于是，間隙減小了一半，振動隨之減小。這臺泵使用了一年多，振動沒增加，較小的間隙還減小了軸的跑動。
◆ 低轉速啟動問題的解決
當泵由蒸汽渦輪驅動時，轉子要達到操作轉速，至少要達到預熱渦輪的*低轉速。有家工廠在使用八級熱水給水泵時遇到這種問題。該泵的驅動渦輪為單級260馬力蒸汽渦輪（60psi蒸汽），正常轉速為3550~3600，但在啟動時要求以500rpm的轉速運轉近30分鐘，這使得不銹鋼磨損件在啟動時要摩擦多次。使用含碳纖維的熱塑性復合材料改進靜止磨損部件后，間隙和振動減小了，泵的效率提高了，而且在低速啟動階段也沒有咬合現(xiàn)象。
◆ 徑向軸承支撐缺少問題的解決
在雙吸泵中，熱塑性復合材料多用于緊密的泵殼口環(huán)，以及喉部襯套和填料箱。小間隙的泵殼口環(huán)使傳統(tǒng)的軸承支撐位于軸的中間，這是偏離問題出現(xiàn)的主要位置。兩級往復泵原來就有高偏離、咬合、機械密封壽命短等問題，它的兩個葉輪間有個襯套但在軸的底部沒有軸承支撐。熱塑性復合材料部件減小了葉輪間口環(huán)和襯套的間隙，從而減小了軸的偏離，提高了機械密封的壽命，并減少了咬合。
結論
熱塑性復合材料使得動靜磨損件間有較大的硬度差，而復合材料是作為損耗部件，這降低了咬合咬死的幾率，減小了間隙，此外，復合材料部件還具有以下優(yōu)點：馬力減少、泵效率提高、振動減小、避免干轉。這些優(yōu)點使API泵的運行和維修費用都減少了。
與其他材料一樣，熱塑性復合材料也有它的限制。對于化學物質適用的限制在材料加工方面需進一步討論。
廣成 公司**性的碳纖維復合技術，所生產的新材料是取代金屬、碳及石墨等磨耗元件的理想新材料。
◆連續(xù)碳纖維/ PI復合材料
GCPI是一種復合材料，在PI（Polyimide）基材中添加了連續(xù)碳纖維。其**的機械強度、獨特的低膨脹特性及優(yōu)良的耐磨耗性能，提供了轉子*大的穩(wěn)定度、泵效率的提升以及更短的失效間隔期MTBF（MeanTimeBetween Failures）。
GCPI的一般應用包括葉輪磨耗環(huán)、多段軸承/襯套、底部軸承、擴散器軸承、直軸軸承、節(jié)流襯套、外殼耐磨環(huán)。低摩擦系數及低熱膨脹特性，使其適用于軸承、襯套及離心泵的口環(huán)，還可用于潤滑性差的鍋爐給水、冷凝液、輕質烴、芳香烴、丁二烯及其他低比重的介質。其應用一般包括外殼耐磨環(huán)、多段軸承/襯套、定部/底部軸承、擴散器軸承、直軸軸承、節(jié)流襯套、葉輪耐磨環(huán)。
GCPI*近剛通過OEM的測試，連續(xù)6000次的啟動、停止而沒有損壞或磨耗。
成都森發(fā)橡塑有限公司專業(yè)生產聚酰亞胺各種制品，提供特種配方制品。 www.xiangyoufc.com www.seefar.asia
復合元件的成功之處
◆ 徑向軸承失效的解決
一個海灣煉油廠采用含連續(xù)碳纖維的熱塑性復合材料葉輪口環(huán)來改進一臺大直徑單級海水泵，此泵的的軸向跟徑向都有磨損導致了軸在轉速為1800rpm時損壞。不銹鋼口環(huán)換成復合材料葉輪口環(huán)后，當口環(huán)間隙達到更替要求時，不銹鋼葉輪跟泵殼口環(huán)都沒有磨損和損壞。結果泵的維修費低于使用不銹鋼口環(huán)時的一半。
◆ 產物汽化問題的解決
這種問題常會出現(xiàn)在運送的流體蒸汽壓與操作壓相近的場合，比如低組分的烴類，還有開水給水泵中。西部德州電廠就經歷過這種咬合現(xiàn)象，三臺12級臥式可拆分式鍋爐給水泵，操作溫度為130℃，咬合咬死現(xiàn)象短期內就會發(fā)生，此時泵低于NPSH的要求。該電廠決定采用含碳纖維補強的熱塑性磨損材料改裝所有靜磨損件，包括所有泵殼口環(huán)和襯套。這臺泵自重新安裝后，正常工作了四年多。工廠技術經理說，泵系統(tǒng)發(fā)生故障會影響整個地區(qū)，但泵至今沒有再出現(xiàn)過咬合和咬死現(xiàn)象。
◆ 軸撓度過大問題的解決
軸的撓度會產生高振動，縮短機械密封的壽命，還會產生噪音，單級立式管道泵就會有這種現(xiàn)象。工程師將其所用的鋼制口環(huán)換成了一個含連續(xù)碳纖維的熱塑性復合材料葉輪口環(huán)，配用不銹鋼泵殼口環(huán)，石墨喉部襯套也換成了復合材料。于是，間隙減小了一半，振動隨之減小。這臺泵使用了一年多，振動沒增加，較小的間隙還減小了軸的跑動。
◆ 低轉速啟動問題的解決
當泵由蒸汽渦輪驅動時，轉子要達到操作轉速，至少要達到預熱渦輪的*低轉速。有家工廠在使用八級熱水給水泵時遇到這種問題。該泵的驅動渦輪為單級260馬力蒸汽渦輪（60psi蒸汽），正常轉速為3550~3600，但在啟動時要求以500rpm的轉速運轉近30分鐘，這使得不銹鋼磨損件在啟動時要摩擦多次。使用含碳纖維的熱塑性復合材料改進靜止磨損部件后，間隙和振動減小了，泵的效率提高了，而且在低速啟動階段也沒有咬合現(xiàn)象。
◆ 徑向軸承支撐缺少問題的解決
在雙吸泵中，熱塑性復合材料多用于緊密的泵殼口環(huán)，以及喉部襯套和填料箱。小間隙的泵殼口環(huán)使傳統(tǒng)的軸承支撐位于軸的中間，這是偏離問題出現(xiàn)的主要位置。兩級往復泵原來就有高偏離、咬合、機械密封壽命短等問題，它的兩個葉輪間有個襯套但在軸的底部沒有軸承支撐。熱塑性復合材料部件減小了葉輪間口環(huán)和襯套的間隙，從而減小了軸的偏離，提高了機械密封的壽命，并減少了咬合。
結論
熱塑性復合材料使得動靜磨損件間有較大的硬度差，而復合材料是作為損耗部件，這降低了咬合咬死的幾率，減小了間隙，此外，復合材料部件還具有以下優(yōu)點：馬力減少、泵效率提高、振動減小、避免干轉。這些優(yōu)點使API泵的運行和維修費用都減少了。
與其他材料一樣，熱塑性復合材料也有它的限制。對于化學物質適用的限制在材料加工方面需進一步討論。
廣成 公司**性的碳纖維復合技術，所生產的新材料是取代金屬、碳及石墨等磨耗元件的理想新材料。
◆連續(xù)碳纖維/ PI復合材料
GCPI是一種復合材料，在PI（Polyimide）基材中添加了連續(xù)碳纖維。其**的機械強度、獨特的低膨脹特性及優(yōu)良的耐磨耗性能，提供了轉子*大的穩(wěn)定度、泵效率的提升以及更短的失效間隔期MTBF（MeanTimeBetween Failures）。
GCPI的一般應用包括葉輪磨耗環(huán)、多段軸承/襯套、底部軸承、擴散器軸承、直軸軸承、節(jié)流襯套、外殼耐磨環(huán)。低摩擦系數及低熱膨脹特性，使其適用于軸承、襯套及離心泵的口環(huán)，還可用于潤滑性差的鍋爐給水、冷凝液、輕質烴、芳香烴、丁二烯及其他低比重的介質。其應用一般包括外殼耐磨環(huán)、多段軸承/襯套、定部/底部軸承、擴散器軸承、直軸軸承、節(jié)流襯套、葉輪耐磨環(huán)。
GCPI*近剛通過OEM的測試，連續(xù)6000次的啟動、停止而沒有損壞或磨耗。
成都森發(fā)橡塑有限公司專業(yè)生產聚酰亞胺各種制品，提供特種配方制品。 www.xiangyoufc.com www.seefar.asia
