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據(jù)統(tǒng)計(jì)，自2001年6月10FGKN-30非金屬抗磨泥漿泵開始研發(fā)，截止2004年12月27日不到四年時(shí)間10FGKN-30非金屬抗磨泥漿泵及過流部件銷售344臺(tái)套。該產(chǎn)品的耐磨性能得到廣大用戶的一致好評(píng)。

一、 10FGKN—30非金屬抗磨泥漿泵研制的背景

自上世紀(jì)70年代開始，山東黃河河務(wù)局利用簡(jiǎn)易吸泥船在黃河河道中抽取泥沙，利用水力管道將泥沙輸送至堤防背河側(cè)沉放，幫寬加固黃河提防。這種加固堤防的方式，稱之為“機(jī)械淤背固堤”，又簡(jiǎn)稱“機(jī)淤”。至今，山東黃河進(jìn)行機(jī)淤生產(chǎn)已有30余年的歷史，已累計(jì)完成土方6億多m3，對(duì)800余km的黃河大堤進(jìn)行了不同程度的加固，顯著增強(qiáng)了大堤工程強(qiáng)度，有效地提高了堤防防御洪水的能力。

三十多年來，機(jī)淤生產(chǎn)一直采用鑄鐵泥漿泵，過流部件的抗磨蝕性能，是影響其使用壽命主要因素。如近幾年, 機(jī)淤生產(chǎn)常采用的10PN-30型鑄鐵泥漿泵，由于過流介質(zhì)含沙濃度大、顆粒粗 ( 中數(shù)粒徑 0.097mm)，磨蝕非常嚴(yán)重。據(jù)應(yīng)用的17臺(tái)10PN-30型鑄鐵泥漿泵統(tǒng)計(jì)，一般生產(chǎn)土方3萬m3，葉輪及護(hù)板磨蝕報(bào)廢(如照片1-1)，泵殼開始穿孔，即使更換葉輪、護(hù)板，對(duì)泵殼采取補(bǔ)焊等措施，生產(chǎn)土方10萬m3左右，整個(gè)泥漿泵報(bào)廢。不僅提高了設(shè)備投資，而且頻繁的停機(jī)換件和維修，還浪費(fèi)大量的人力，影響有效生產(chǎn)時(shí)間和工效。 

為延長(zhǎng)泥漿泵的使用壽命，提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，通過對(duì)10PN-30型鑄鐵泥漿泵的調(diào)查和剖析，分析了該泵的磨蝕因素、磨蝕形態(tài)及部位。在此基礎(chǔ)上采用SPH12合金粉末、HT4系列焊條、克耐龍(CNL)、HD208復(fù)合膠、麥卡12 #及改性超高分子量聚乙烯等多種新型抗磨蝕材料對(duì)10PN-30型鑄鐵泥漿泵進(jìn)行綜合防護(hù)試驗(yàn)研究，使鑄鐵泥漿泵的使用壽命成倍延長(zhǎng)，取得顯著效果。

通過鑄鐵泥漿泵綜合防護(hù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)改性超高分子量聚乙烯等非金屬材料，以柔克剛，具有超強(qiáng)的抗磨蝕性能。于是就萌發(fā)了研制非金屬抗磨泥漿泵的設(shè)想。2001年7月，山東黃河河務(wù)局科技處與濟(jì)南黃河鼎立實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司，開始合作研制“10FGKN—30型非金屬抗磨泥漿泵”。

二、10FGKN—30非金屬抗磨泥漿泵的研發(fā)過程

（一）  非金屬抗磨泥漿泵的設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)方案。10FGKN—30型泵的設(shè)計(jì)以10PN—30鑄鐵泵為模型泵，并根據(jù)篩選的非金屬材料重新優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2、泵吸入口徑及吐出口徑的優(yōu)化設(shè)計(jì)

參照模型泵吸入（230mm）、吐出口徑(180mm)，通過對(duì)進(jìn)出口流速驗(yàn)算,重新設(shè)定10FGKN—30泵吸入口徑為250mm，吐出口徑為200mm。優(yōu)化修正后，可適當(dāng)提高吸入和吐出流量，提高泵的抗汽蝕能力，可降低固體顆粒對(duì)流道的撞擊，增強(qiáng)泥漿泵的抗磨蝕性能。

3、泵葉輪的設(shè)計(jì)計(jì)算    

通過相似法和速度系數(shù)法分析驗(yàn)算，葉輪終確定的優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸為：外徑650mm ，出口寬 154mm，葉片4個(gè) ，葉片入口安放角= 葉片出口安放角=30°，葉片包角90°，葉輪吸入口徑220mm 。

4、泵體渦室的設(shè)計(jì)計(jì)算

泵體型式為螺旋漸開形渦室。泵體渦室的各部尺寸計(jì)算時(shí)考慮介質(zhì)和流量因素，適當(dāng)降低流體的圓周速度。通過分析計(jì)算，渦室基圓取D3=730mm；渦室入口寬度取b3=240mm ，適當(dāng)增大渦室腔徑向截面的擴(kuò)散度。為滿足渦室內(nèi)各截面流速相等減小壓水損失，對(duì)渦室8個(gè)典型斷面面積進(jìn)行了分析計(jì)算。擴(kuò)散管：在渦室入口b3=240mm確定后，將渦室設(shè)計(jì)為對(duì)稱扁圓形，內(nèi)腔光滑過渡到泵出水口時(shí)達(dá)到內(nèi)徑Ф200mm 。吸入室:入口Ф250mm,出口同葉輪相接為Ф220mm,吸入室長(zhǎng)度375 mm在靠近葉輪一側(cè)加裝手孔蓋。

泵體的強(qiáng)度驗(yàn)算: 由于泵體采用的新型材料為高分子聚合工程塑料、材料的屈服極限 是原使用材料鑄件強(qiáng)度的60%，故需對(duì)泵體做強(qiáng)度驗(yàn)算。泵體外壁壁厚按照承受內(nèi)壓的厚壁筒計(jì)算為8.54mm，選定壁厚25mm，安全系數(shù)fm=3。對(duì)葉輪輪轂強(qiáng)度及鍵槽接觸強(qiáng)度，鍵的剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核，均有較大的安全系數(shù)，故不再變動(dòng)。由于前后護(hù)板在泵結(jié)構(gòu)中不承受外力，聯(lián)接力及內(nèi)壓力都由前、后蓋傳遞。故變更為非金屬材料后不用再校核強(qiáng)度。只要求在使用中檢驗(yàn)其抗磨蝕效果。

5、 泵結(jié)構(gòu)型式的選擇與確定

該泵為渦殼式臥式離心泥漿泵，托架型式借用10PN模型泵。軸材料選用40Gr調(diào)質(zhì)，軸承選用可調(diào)心雙列向心球軸承3622。泵體選用高分子聚合工程塑料。襯板材料選用高分子聚合工程塑料制作或襯膠。葉輪材料選用低合金鑄鋼調(diào)質(zhì)處理。泵與原動(dòng)機(jī)采用彈性聯(lián)軸器直接聯(lián)接。泵與原動(dòng)機(jī)固定在同一底座上。泵的軸封選用碳纖維+聚四氟乙烯填料密封，提高密封性能。填料室加注高壓清水降低葉輪輪轂外緣的磨損。

6、 徑向力、軸向力及葉輪的平衡校核

經(jīng)計(jì)算校核軸承徑向力、軸向力可滿足使用要求。葉輪轉(zhuǎn)速730 ，可按靜平衡條件進(jìn)行平衡試驗(yàn)，葉輪大外圓處不平衡重不大于50 ，可在葉輪兩蓋板處鉆孔去除不平衡重，也可在葉輪蓋板外緣處偏心車削去除不平衡重。

（二）、非金屬抗磨泥漿泵制造工藝

1、 泵體的制造工藝

泵體毛坯的制造：由于選用材料為高分子聚合工程塑料，泵體是由液態(tài)材料在模具中保溫實(shí)現(xiàn)大分子鏈接固化定型后再?gòu)哪＞咧腥〕?。由于泵體的內(nèi)外形狀都是不規(guī)則的蝸殼狀，泵體內(nèi)腔中的芯模在材料定型后從型腔中取出是非常困難的。若采用石膏材料做內(nèi)芯模來完成制作，雖然能夠通過破碎芯模來實(shí)現(xiàn)取型，但是由于石膏材料導(dǎo)熱性差，會(huì)影響到工程塑料在聚合鏈接時(shí)的分子鏈長(zhǎng)度，從而影響其耐磨性。經(jīng)過多次模擬組圖分解試驗(yàn)，將內(nèi)芯模設(shè)計(jì)為圓柱定位芯塊和外周渦室芯塊兩部分，將外周渦室芯塊先從分型面剖切、再將上下兩部分用線切割方法分切成為八個(gè)鍥形塊，從而解決了內(nèi)芯模從型腔內(nèi)取出的難題（照片2-1）。泵體外形的模具相對(duì)就簡(jiǎn)單了，在上下模具中考慮好與芯模的定位即可。這套全金屬加工的模具加工完畢后一次試產(chǎn)就做出了合格的泵體產(chǎn)品。

泵體的機(jī)械加工：由于泵體毛坯的加工余量很小，且材料的可切削性能良好，比原型泵泵體的加工相對(duì)容易得多。但在加工時(shí)需考慮工件溫度和環(huán)境溫度對(duì)尺寸精度的影響。在加工時(shí)預(yù)留的冷卻收縮量需要比鑄鐵件加工時(shí)多出1~1.3倍。成品泵體如照片2-2。

2、葉輪的制造工藝

選用非金屬材料，低合金鑄鋼材料制造兩種葉輪。非金屬葉輪制造工藝同泵體，成品如照片2-3。低合金鑄鋼材料葉輪，委托定點(diǎn)廠家嚴(yán)格安要求生產(chǎn)出合格產(chǎn)品（照片2-4）。

3、 前后護(hù)板的制造工藝

高分子聚合材料前后護(hù)板制造：改為高分子聚合材料后，按原圖低尺寸制作金屬模具。澆注液態(tài)材料在電爐恒溫固化后，打開外模，取出芯模。冷卻后轉(zhuǎn)機(jī)械加工，機(jī)械加工工藝與原加工工藝相同，注意溫度對(duì)尺寸精度的影響。成品高分子聚合材料護(hù)板如照片2-5。

襯膠前后護(hù)板制造：先將按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)要求制作好的襯板鋼骨架進(jìn)行化學(xué)處理，將增強(qiáng)橡膠粘力的化學(xué)膠粘劑均勻地噴涂在骨架上；再按照設(shè)計(jì)要求，將加工好的生橡膠均勻平鋪在模具低部，鋼骨架放在模具里，上面均勻平鋪生橡膠，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求填滿模具；后將模具上蓋蓋好，安放在壓力機(jī)上，進(jìn)行3小時(shí)的加熱硫化，卸下模具，取出襯板。待其冷卻后收縮至設(shè)計(jì)尺寸即可。成品襯膠護(hù)板如照片2-6。

（三）、安裝工藝

由于泵體材料的改變，在安裝過程中應(yīng)避免讓泵體接受較大載荷。吊裝時(shí)避免使原體單獨(dú)受力。根據(jù)圖紙參照《安裝工藝卡》安裝。

（四）、非金屬抗磨泥漿泵運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)分析

2002年8月，臺(tái)10FGKN—30非金屬抗磨泥漿泵問世后，課題組選擇應(yīng)用積極性較高的濟(jì)南黃河水利水電工程局為運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)基地，成立運(yùn)行試驗(yàn)小組。以在歷城 46+350--47+260標(biāo)段施工的6號(hào)船為試驗(yàn)船，配置為非金屬泵殼、非金屬葉輪、非金屬護(hù)板。通過生產(chǎn)記錄匯總分析，試驗(yàn)泵運(yùn)轉(zhuǎn)957小時(shí)，抽沙23.6萬m3，平均流量560.53m3/h，平均含沙量703.08kg/m3，平均日產(chǎn)土方5357.27m3，時(shí)產(chǎn)土方241.76m3，每工日出土量297.63m3，時(shí)耗柴油34.76kg，單方耗油:014kg/m3。生產(chǎn)功效在黃河機(jī)淤生產(chǎn)中是非常高的，除與試驗(yàn)泵的性能密切相關(guān)外，與沙場(chǎng)等運(yùn)行環(huán)境也有很大關(guān)系。2002年10月3日，試驗(yàn)組將試驗(yàn)泵拆開檢查，泵殼稍有磨損，基本完好（見照片2-7），葉輪磨損稍重，但尚能使用、襯板磨損較重，已有兩處穿孔。試驗(yàn)一舉成功。據(jù)后來跟蹤了解，該試驗(yàn)泵更換一套非金屬護(hù)板和低合金鑄鋼葉輪，生產(chǎn)土方達(dá)到42.8萬m3。  

試驗(yàn)泵試驗(yàn)成功后，于2002年10月召開新聞發(fā)布會(huì)，在《黃河報(bào)》發(fā)布了《新一代抗磨泥漿泵在山東黃河問世》報(bào)道。截止目前，已銷往河南、山東黃河等各施工單位86臺(tái)，并在沿海抽砂、造田工程和青海西寧清淤中得到應(yīng)用。根據(jù)用戶要求，進(jìn)行部件配置。在推廣應(yīng)用過程中，與用戶保持密切聯(lián)系，及時(shí)掌握該泵型運(yùn)行狀態(tài)，收集積累運(yùn)行技術(shù)資料，根據(jù)存在的問題及用戶的意見，不斷改進(jìn)完善。

三、10FGKN—30非金屬抗磨泥漿泵簡(jiǎn)介 

10FGKN—30非金屬抗磨泥漿泵，是以10EPN—30鑄鐵泥漿泵為原型，采用固液兩相流理論和強(qiáng)抗磨非金屬材料研發(fā)的新泵型。其泵殼、葉輪、護(hù)板等過流部件主要采用高分子聚合材料，對(duì)流道進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。主要性能參數(shù)（清水）表1。

表1 10FGKN—30非金屬抗磨泥漿泵主要性能參數(shù)（清水）

該泵具有高度耐磨，生產(chǎn)效率高，重量輕，安全方便等突出優(yōu)點(diǎn)，取得較好的運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)效果。自2002年8月問世以來，已推廣銷售86臺(tái)套。經(jīng)試驗(yàn)運(yùn)行單泵生產(chǎn)土方可達(dá)30～40萬m3，是鑄鐵泥漿泵的3～4倍，效果非常理想。在推廣應(yīng)用過程中，不斷改進(jìn)完善。目前，已成為技術(shù)成熟，各項(xiàng)性能指標(biāo)穩(wěn)定可靠，深受用戶歡迎的新泵型。

經(jīng)對(duì)比試驗(yàn)分析，由于該泵高度耐磨，可長(zhǎng)時(shí)間保持在率區(qū)工作，比10EPN-30型鑄鐵泵生產(chǎn)效率提高50％以上，土方綜合生產(chǎn)單價(jià)下降0.3654元/ m3。抽沙能力按30萬m3/臺(tái)推算，86臺(tái)套可節(jié)省生產(chǎn)投資942.7萬元，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。

經(jīng)山東省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院檢驗(yàn)（報(bào)告編號(hào)：Z050206-2006），樣品符合技術(shù)要求。經(jīng)山東省科技情報(bào)研究所查新檢索（報(bào)告編號(hào)：200637b2800816）：國(guó)內(nèi)外未見與本項(xiàng)目相同研究的文獻(xiàn)報(bào)道。2006年06月28 日通過山東省科技成果鑒定，鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為，該項(xiàng)目在泥漿泵抗磨新材料應(yīng)用研究方面創(chuàng)新性強(qiáng)，處于國(guó)際先進(jìn)水平，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

成果獲山東黃河河務(wù)局2005—2006年度重大創(chuàng)新獎(jiǎng)。

四、主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

（一）、首次開發(fā)出全非金屬大型泥漿泵

該泵渦室基圓取D3=730mm，葉輪外徑650mm，清水流量1110 m3/h，屬大型泥漿泵。泵殼、葉輪、護(hù)板等主要過流部件全采用抗磨高分子聚合材料制作，尚屬首家。經(jīng)山東省科技情報(bào)研究所查新檢索（報(bào)告編號(hào)：200637b2800816）：國(guó)內(nèi)外未見與本項(xiàng)目相同研究的文獻(xiàn)報(bào)道。

（二）、對(duì)原型泵流道進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)原型泵葉輪、渦室、吸入口徑、吐出口徑等過流部件根據(jù)篩選的非金屬材料配方進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，適當(dāng)降低流體的圓周速度，提高吸入和吐出流量，可降低固體顆粒對(duì)流道的撞擊，提高泵的抗汽蝕能力，增強(qiáng)泥漿泵的抗磨蝕性能。使泥漿泵長(zhǎng)期保持在工作區(qū)，壽命（生產(chǎn)能力）是鑄鐵泥漿泵3～4倍

（三）、發(fā)明了鍥形內(nèi)芯模具

由于選用材料為高分子聚合工程塑料，泵體是由液態(tài)材料在模具中保溫實(shí)現(xiàn)大分子鏈接固化定型后再?gòu)哪＞咧腥〕?。若采用石膏材料做?nèi)芯模來完成制作，雖然能夠通過破碎芯模來實(shí)現(xiàn)取型，但是由于石膏材料導(dǎo)熱性差，會(huì)影響到工程塑料在聚合鏈接時(shí)的分子鏈長(zhǎng)度，從而影響其耐磨性。經(jīng)過多次模擬組圖分解試驗(yàn)，將內(nèi)芯模設(shè)計(jì)為圓柱定位芯塊和外周渦室芯塊兩部分，將外周渦室芯塊先從分型面剖切、再將上下兩部分用線切割方法分切成為八個(gè)鍥形塊，從而解決了內(nèi)芯模從型腔內(nèi)取出的難題。泵體外形的模具相對(duì)就簡(jiǎn)單了，在上下模具中考慮好與芯模的定位即可。這套全金屬加工的模具加工完畢后一次試產(chǎn)就做出了合格的泵體產(chǎn)品。

（四）、研究開發(fā)出非金屬材料聚合新配方

選擇耐磨性好的非金屬（聚乙內(nèi)酰胺）材料為主料，根據(jù)泵殼、葉輪、護(hù)板等主要過流部件采用非金屬制作，研制開發(fā)非金屬材料聚合新配方，取得了成功效果。

（五）、試驗(yàn)研究出非金屬大型泥漿泵成型新工藝

通過試驗(yàn)研究，總結(jié)出非金屬大型泥漿泵泵殼、葉輪、護(hù)板等部件的非金屬材料聚合新技術(shù)和成型新工藝，并熟練掌握，生產(chǎn)出高質(zhì)量的成品。

（六）、開發(fā)出襯膠護(hù)板新產(chǎn)品       

在開發(fā)全非金屬大型泥漿泵的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)出襯膠前后護(hù)板新產(chǎn)品，與非金屬泥漿泵配套，供用戶選擇組合，深受用戶歡迎。

經(jīng)山東省科技情報(bào)研究所查新檢索（報(bào)告編號(hào)：200637b2800816）：國(guó)內(nèi)外未見與本項(xiàng)目相同研究的文獻(xiàn)報(bào)道。該成果在黃委會(huì)、水利屆、國(guó)內(nèi)，都具有顯著的創(chuàng)新性。

五、非金屬抗磨泥漿泵推廣應(yīng)用前景及效益

（一）、推廣應(yīng)用前景

實(shí)踐證明，10FGKN-30非金屬耐磨泥漿泵，具有結(jié)構(gòu)合理，選材新穎、重量輕、易安裝、效率高、耐磨好，使用壽命長(zhǎng)等突出優(yōu)點(diǎn)。不僅適用于黃河機(jī)淤生產(chǎn)，并在沿海抽砂、造田工程和青海西寧清淤中得到應(yīng)用，具有較高的應(yīng)用和推廣價(jià)值。根據(jù)水利部、黃委會(huì)已經(jīng)做出的黃河淤背固堤中長(zhǎng)期規(guī)劃，中期規(guī)劃平均淤寬100m，黃河下游河南、山東兩省黃河大堤機(jī)淤固堤尚需土方7億m3。10FGKN—30非金屬抗磨泥漿泵具有廣闊的推廣應(yīng)用前景，潛在著巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

（二）、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

自2002年8月至2005年12月，已銷往河南、山東黃河等各施工單位86臺(tái)，并在沿海抽砂、造田工程和青海西寧清淤中得到應(yīng)用。

經(jīng)綜合核算, 10FGKN—30非金屬抗磨泥漿泵加工制造成本34000元/臺(tái)（以配備2套低合金鑄鋼葉輪計(jì)）,銷售單價(jià)48000元/臺(tái)。推廣銷售86臺(tái)套,完成產(chǎn)值86×4.8=412.8萬元，創(chuàng)利稅412.8－86×3.4=120.4萬元，凈利潤(rùn)120.4×(1－6%)=115.584萬元。

經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)分析，使用10FGKN—30非金屬抗磨泥漿泵比10EPN-30型鑄鐵泥漿泵折舊費(fèi)可降低0.2054元/ m3，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)降低0.16元/m3，土方綜合生產(chǎn)成本下降了0.2054+0.16=0.3654元/ m3。自2002年問世以來，已銷售86臺(tái)。按抽沙能力的下限淤沙30萬m3/臺(tái)推算，可生產(chǎn)機(jī)淤方86×30=2580萬m3，創(chuàng)產(chǎn)值2580×4.5(計(jì)劃單價(jià):元/ m3 )=12825萬元,創(chuàng)利稅12825-2580×2.5(綜合生產(chǎn)成本: 元/ m3)=5160萬元,節(jié)省生產(chǎn)投資2580×0.3654=942.7萬元。

該成果為機(jī)淤固堤施工提供了一種、耐磨新型設(shè)備，提高了機(jī)淤固堤施工的科學(xué)技術(shù)水平。在確保防洪安全、保證安全生產(chǎn)、改善勞動(dòng)條件、消除公害污染、減輕自然災(zāi)害、有利于生態(tài)平衡和促進(jìn)社會(huì)發(fā)展等方面所發(fā)揮的作用。

六、主要完成單位

山東黃河河務(wù)局科技處   濟(jì)南黃河鼎立實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司（于2008年改名為：濟(jì)南金鼎諾泵業(yè)有限公司）

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七、主要完成人

趙世來  王宗波  李長(zhǎng)海  孫泉匯 郝彩萍  邱發(fā)財(cái)  蘇琳琳  王東桂  張昭平  劉興海  崔玉玲

本文轉(zhuǎn)自：水利部黃河水利委員會(huì)官網(wǎng) 黃河網(wǎng)  原文標(biāo)題：《10FGKN—30非金屬抗磨泥漿泵研制》