淺析國產(chǎn)塑料離心泵現(xiàn)狀及發(fā)展方向

楊曉斌

（淄博魯明泵業(yè)有限公司）

淺析國產(chǎn)塑料離心泵現(xiàn)狀及發(fā)展方向

楊曉斌*

（淄博魯明泵業(yè)有限公司）

分析了國產(chǎn)塑料離心泵的特點(diǎn)，從材料、結(jié)構(gòu)、密封和使用等多方面分析了其優(yōu)劣性。將國產(chǎn)塑料離心泵與國外先進(jìn)產(chǎn)品進(jìn)行了比較，討論了其未來發(fā)展方向。

塑料離心泵襯塑殼體渣漿汽蝕密封

工程塑料具有優(yōu)越的耐腐蝕性能，能適應(yīng)絕大多數(shù)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿腐蝕環(huán)境，與金屬材料相比具有價(jià)格、成本優(yōu)勢。近30年來，國際上工程塑料得到了很大的發(fā)展，并且早已應(yīng)用到了離心泵上。我國結(jié)合國外塑料泵的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和金屬離心泵的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，也發(fā)展了多種形式的塑料泵產(chǎn)品，廣泛用于化工等行業(yè)腐蝕性物料的輸送。然而，由于工藝、結(jié)構(gòu)、材料、密封上的局限性，使得塑料泵在高溫、高壓、密封和使用壽命等特性上具有一定的局限性，這就限制了塑料泵的發(fā)展和應(yīng)用。近20年來，塑料泵的發(fā)展幾乎停滯不前，市場占有率低，高端塑料泵幾乎被國外產(chǎn)品所壟斷。

1　國產(chǎn)塑料離心泵的現(xiàn)狀

目前國內(nèi)塑料離心泵的形式主要有全塑型、襯塑型、夾板型、渣漿型，都類似于API 610 OH1型臥式單級離心泵。

圖1　全塑型塑料離心泵

1.1全塑型塑料離心泵

全塑型塑料離心泵如圖1所示，代表型號有FP型、FSB型。

全塑型塑料離心泵源于早期的F型金屬離心泵。F型金屬離心泵由于水力性能及結(jié)構(gòu)形式落后，使用范圍小，已被列入我國工業(yè)泵許可淘汰目錄，不再頒發(fā)生產(chǎn)許可證。而全塑型塑料離心泵用塑料替換金屬材料，并采用了F型金屬離心泵的水力模型和主體結(jié)構(gòu)。該泵適用于酸性強(qiáng)腐蝕環(huán)境，產(chǎn)品具有一定的市場需求，相關(guān)部門準(zhǔn)予發(fā)證。

該泵使用范圍：溫度小于100℃，壓力小于0.5 MPa，無雜質(zhì)結(jié)晶的工業(yè)流體。該泵過流部件的材料使用PP、PE、F46、F50等工程塑料，采用模壓或注塑成型，適用于腐蝕環(huán)境，密封形式采用四氟波紋管外裝機(jī)械密封，結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低。

優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)外防腐。缺點(diǎn)：連接法蘭為非標(biāo)件，效率低、汽蝕性能差、密封形式單一，受溫度、壓力和雜質(zhì)條件限制，發(fā)展空間不大。

1.2襯塑型塑料離心泵

襯塑型塑料離心泵如圖2所示，代表型號為IHF型。IHF型襯塑離心泵，源自于早期的IH泵，其結(jié)構(gòu)形式、標(biāo)記性能和連接尺寸幾乎與IH泵一致，可在一定程度上互換。該泵采用金屬外殼襯氟塑料，可保證強(qiáng)度和耐腐蝕性能，理論設(shè)計(jì)壓力可達(dá)1.6～2.0 MPa。該泵絕大多數(shù)采用外裝四氟波紋管密封。該泵的實(shí)際使用溫度小于110℃，使用壓力小于1.0 MPa。有少數(shù)制造廠嘗試設(shè)計(jì)使用溫度120℃以上、使用壓力1.0 MPa以上的機(jī)械密封，但使用效果不穩(wěn)定，市場認(rèn)可度低。同樣，該泵也受固體雜質(zhì)條件的限制。

圖2　IHF襯塑型塑料離心泵

1.3夾板式塑料離心泵

夾板式塑料離心泵如圖3所示。

圖3　夾板式塑料離心泵

夾板式塑料離心泵由襯塑型變化而來，采用全塑殼體夾板支撐，解決了強(qiáng)度問題，可以適應(yīng)材質(zhì)和葉輪形式的變化；機(jī)械密封采用外裝四氟波紋管密封或內(nèi)置密封；使用范圍有所擴(kuò)展。

這種形式泵是一種有益的嘗試，目前僅少數(shù)單位開發(fā)，其技術(shù)還在研發(fā)嘗試階段，使用效果并不穩(wěn)定，市場認(rèn)可度不高，目前是非主流產(chǎn)品。

1.4渣漿型塑料離心泵

渣漿型塑料離心泵如圖4所示，其代表型號有UHB型系列。渣漿型塑料離心泵，采用分體式襯塑殼體和半開式葉輪，以適應(yīng)含非結(jié)晶、非研磨性固體的酸性流體輸送。

圖4　渣漿型塑料離心泵

該泵過流部件的材料多采用超高分子量聚乙烯，兼顧了其耐腐蝕和耐磨性能。密封大多采用類似骨架油封的K型密封圈，使用壽命較短，一般不超過2500 h。該密封對結(jié)晶研磨性物料耐磨性差，密封壽命極短，一般僅為數(shù)周甚至更短。該泵使用溫度在100℃以下，使用壓力小于1.6 MPa。

少數(shù)實(shí)力企業(yè)嘗試設(shè)計(jì)新的機(jī)械密封，但實(shí)際使用效果不穩(wěn)定，市場認(rèn)可度不高。

2　國產(chǎn)塑料離心泵的技術(shù)瓶頸

2.1抗汽蝕性能普遍差

由于受模具技術(shù)的限制，國產(chǎn)塑料離心泵多采用直葉片，葉輪進(jìn)口邊受強(qiáng)度影響不能做得太薄，受熱膨脹系數(shù)影響，運(yùn)轉(zhuǎn)間歇大于金屬離心泵。

塑料離心泵汽蝕余量普遍大大高于金屬離心泵汽蝕余量以及GB/T 13006-1991標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的汽蝕余量?？紤]到整體技術(shù)水平和材料限制以及塑料的特性，JB/T 8688—2013塑料離心泵標(biāo)準(zhǔn)降低了汽蝕余量要求，但這對實(shí)際使用造成了很大局限性，不能用于低汽蝕余量工況和真空條件場合。

2.2密封問題是最大的問題

目前國產(chǎn)塑料離心泵絕大多數(shù)配制的是外置四氟波紋管密封，這種密封結(jié)構(gòu)簡單，安裝精度要求低，實(shí)際使用有明顯的缺陷，100°C以上使用壽命短且不穩(wěn)定，不適合雜質(zhì)條件，使用壓力小于0.4 MPa，真空條件下使用效果差。

早期設(shè)計(jì)的密封腔體和位置受到限制，無法配制各種形式的標(biāo)準(zhǔn)密封。標(biāo)準(zhǔn)密封的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)形式主要是針對金屬離心泵的，直接安裝到塑料離心泵上成本高昂。此外，受管件材料的限制，難以采用有效可靠的沖洗方案，因而其性價(jià)比低，使用不穩(wěn)定，用戶認(rèn)可度較低。

少數(shù)廠家嘗試設(shè)計(jì)使用內(nèi)置機(jī)械密封，效果并不理想。其原因主要在于塑料泵過流部件材質(zhì)均由塑料構(gòu)成，塑料受溫度影響變形較大，機(jī)械密封安裝定位精度差，使用不穩(wěn)定。

2.3試驗(yàn)設(shè)備條件缺乏

試驗(yàn)設(shè)備條件缺乏，對新材料新工藝研究不足，這也是較突出的問題。目前塑料離心泵使用的材料和工藝大多停留在使用經(jīng)驗(yàn)的歸納總結(jié)上，偏差較大，缺乏準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，缺乏系統(tǒng)性。

3　與國外先進(jìn)塑料泵的差距

3.1材料性能上的差異

以德國Richter公司泵為例，該公司設(shè)有專門的研究機(jī)構(gòu)，大量使用PFA塑料、無壓燒結(jié)碳化硅、方倫碳纖維材料，且有詳盡的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。

PFA是目前各項(xiàng)綜合性能最好的塑料，目前國內(nèi)使用較少，全部依賴進(jìn)口。無壓燒結(jié)碳化硅材料國產(chǎn)和國外的性能也存在較大差距。方倫碳纖維的強(qiáng)度、耐腐蝕性和熱形變性能都有巨大優(yōu)勢，而國內(nèi)生產(chǎn)則為空白，國內(nèi)企業(yè)幾乎沒有使用該材料。

3.2模具技術(shù)和制造設(shè)備技術(shù)上的差異

Richter公司離心泵的零件全部使用注塑成型，成型精度高，大部分關(guān)鍵零件一次成型，無需二次加工。采用的模具技術(shù)也很先進(jìn)，可以設(shè)計(jì)制造出效率和汽蝕性能接近或優(yōu)于金屬離心泵的塑料泵。

3.3密封形式的差距

Richter公司泵可以設(shè)計(jì)安裝多種DIN 24960和API 682密封，可將某些有針對性的特殊設(shè)計(jì)應(yīng)用于塑料泵上，以適應(yīng)各種惡劣工況，且有穩(wěn)定的使用業(yè)績。圖5是Richter公司泵的幾種密封形式。

圖5　Richter公司泵的幾種密封形式

4　國產(chǎn)塑料離心泵的發(fā)展方向

（1）通過創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、發(fā)展模具技術(shù)提高泵的汽蝕性能。

（2）創(chuàng)新整體結(jié)構(gòu)形式，代替老產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式，以適應(yīng)各種各樣的工況。

（3）緊隨材料技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，著重解決密封的安裝精度問題。有針對性地設(shè)計(jì)機(jī)械密封形式，解決各種工況下密封的適應(yīng)性問題。

5　結(jié)束語

國產(chǎn)塑料離心泵在整個(gè)泵產(chǎn)品中市場占有率不足5%，工程塑料優(yōu)良的溫度、壓力特性用于離心泵不足50%。應(yīng)通過技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展新型塑料離心泵，大幅提高其使用性能，替代貴重材質(zhì)金屬泵及高端進(jìn)口塑料離心泵。展望未來，我國塑料泵具有良好的市場前景，廣大泵技術(shù)工作者任重而道遠(yuǎn)。

Brief Analysis of Status and Trend of Domestic Plastic Centrifugal Pumps

Yang Xiaobin

The characteristics of the domestic plastic centrifugal pumps are described，especially the advantages and disadvantages of these pumps are analyzed from the aspects of material，structure，sealing，application and so on.Compared with the foreign advanced products，the development trend of the domestic plastic centrifugal pumps is then discussed.

Plastic；Centrifugal pump；Plastic-lined shell；Slag slurry；Cavitation；Seal

TH 31

2015-05-08）

*楊曉斌，男，1974年生，工程師。淄博市，255200。