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耐酸碱抗硅粒磨损长寿命离心泵设计与实验研究

杨志亮  
【摘要】:在改良西门子法多晶硅生产工业中,因较为复杂的输送介质、工况环境、工作条件及人员操作失误等因素,新特能源股份有限公司多晶硅生产板块废气及残液处理工序的关键设备-碱液循环泵易发生故障。该设备故障使生产系统波动,带来产品品质下降、环境污染及整个装置腐蚀问题。公司治理上述问题及该设备检修维护产生的费用,每年高达上百万元。该装置原使用的碱液循环泵是由杭州碱泵有限公司生产制造,2013年7月投入生产使用,原购置的设备运行故障频发,过流部件因磨损、腐蚀,使用寿命平均为7-14天。因此,要求设备技术人员对此进行研究、试验、改造,研发出一种全新的设备,适应该装置的运行工况,延长设备过流部件使用寿命。经综合考虑,从设备的设计选型、设计结构优化及零部件的材质选取等方面着手研究,成为了解决该问题的出路。根据固液两相流泵物料对过流部件冲刷、磨损机理得知,在选择驱动电机转速时,转速越低,则抗磨损能力越好。在选择驱动电机时,将原驱动电机的转速降低原转速的一半,可有效减少过流部件的磨损量。因而,本文主要考虑在低转速下,设计合适的设备参数用以保证设备输出的流量、扬程满足工艺介质输送要求。离心泵的过流部件有吸入室、叶轮、压出室及其他部件。以上过流部件任一部位出现磨损,将直接或间接影响到泵的功率输出;当磨损到一定程度后,可发生泄漏等严重故障。其中叶轮是泵的核心零部件,也是过流部件中磨损最严重的零部件。本文主要运用固液两相流理论,对叶轮设计进行了详细核算,对叶轮的主要参数进行针对性设计,计算出最有利于抗磨损的参数。在选择过流部件的材质时,参考国内外类似工况选材的建议,选择了两种金属材质和两种非金属材质,经实际耐腐蚀试验证明,在本文所研究的这种固液两相流混合物料中,四种材质耐腐蚀性均较好,因此主要考虑磨损因素对过流部件使用寿命的影响。因硅粉等固相颗粒的硬度较高,颗粒物对过流部件造成的磨损危害较大,经耐磨损试验证明,超高分子量聚乙烯材料具有极低的摩擦系数及良好的抗粘附性能,耐磨损性能较好,适合于本文所研究的工况及设备。根据理论研究与实际应用相结合的原则,特对设计制造出的设备进行了实验验证,结果表明:本次选定的电动机,经检查试验,该电机各项参数指标均在合格范围内;对设备进行性能试验、连续运转试验及汽蚀试验,其扬程、流量、效率、汽蚀余量、振动、噪声等均符合设计要求和行业标准要求。这是现代泵设计理论在工业工程中应用的实例,也是设备制造商和用户联合研发、设计的具体表现形式,体现了理论与实践相结合的优势。研究还发现,通过对设备的操作、维护及工艺系统优化控制等措施,亦可减少过流部件损坏及故障。作者主要从上述方面进行详细论证分析,提出了有针对性的解决方案,为公司解决了该技术难题,并经现场工程实践验证,过流部件平均使用寿命达到104天,最长使用寿命达到125天,效果达到预期目标。


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