計(jì)量泵在核化工行業(yè)的研發(fā)需求分析

刁妍紅 鄒琛華 康翠英

中核四0四有限公司 甘肅嘉峪關(guān) 735110

計(jì)量泵是一種通用機(jī)械，主要功能是滿足系統(tǒng)要求，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)流量并精確計(jì)量。在核化工行業(yè)中，計(jì)量高的輸送介質(zhì)是有放射注及腐蝕性的，固在對(duì)計(jì)量泵進(jìn)行拆裝、檢修時(shí)，工作人員不可以直接進(jìn)人廠房中，需使用特定的吊裝容器進(jìn)行拆裝、更換新的泵芯。常規(guī)計(jì)量泵的拆裝及更換無法滿足此要求，固需要對(duì)計(jì)量泵進(jìn)行重新研發(fā)，以滿足其在核化工中的應(yīng)用。

1 主要研究需求

1.1 泵芯材料適用性

計(jì)量泵在核化工中輸送的是具有輻射及腐蝕性的介質(zhì)，輻射對(duì)非金屬材料的影響較大，同時(shí)腐蝕性對(duì)計(jì)量泵關(guān)鍵部件的性能影響很大。為了驗(yàn)證關(guān)鍵部件材料耐腐蝕、耐輻照等性能而開展相關(guān)試驗(yàn)，并對(duì)進(jìn)、出口止回閥的材料硬度進(jìn)行測試，滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。其中，耐腐蝕試驗(yàn)主要針對(duì)硝酸或堿，酸堿濃度將隨項(xiàng)目進(jìn)展、結(jié)合工程需求進(jìn)一步確定；耐輻照試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)非金屬密封件所在位置的具體需求，確定其應(yīng)吸收劑量來開展試驗(yàn)。

1.2 泵芯殘液量

計(jì)量泵輸送的介質(zhì)具有輻射及腐蝕性，當(dāng)計(jì)量泵需要檢修時(shí)，使用特定吊裝設(shè)備對(duì)泵進(jìn)行拆裝，由專用運(yùn)輸工具運(yùn)到處理場地，此時(shí)需要工作人員參與到處理過程中，故拆下來的栗芯中不能殘余較多的介質(zhì)。當(dāng)泵進(jìn)行拆裝時(shí)，泵腔內(nèi)的介質(zhì)應(yīng)能快速排盡，不能使過多介質(zhì)留存于茱芯內(nèi)。計(jì)量泵需檢修時(shí)，拆卸部分帶有的殘余液體量需在1：1的工程樣機(jī)上進(jìn)行實(shí)測，必要時(shí)進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)修改，目的是滿足殘液量最小化和無積液死角原則。

1.3 計(jì)置泵檢修性

由于計(jì)量泵在檢修、拆裝時(shí)使用專用檢修設(shè)備進(jìn)行拆裝，工作人員不能進(jìn)人廠房，故對(duì)計(jì)量泵的檢修性提出了較高的要求。計(jì)量是必須同時(shí)滿足水力性能要求和便于檢修的要求，所以還應(yīng)對(duì)其進(jìn)行檢修操作試驗(yàn)，這些試驗(yàn)要求快速、便捷、準(zhǔn)確。試驗(yàn)應(yīng)包括屏蔽層以上部分快速拆裝試驗(yàn)，目的是驗(yàn)證該部分連接結(jié)構(gòu)的簡易化、合理性和可操作性；與專用設(shè)備接口對(duì)接的測試試驗(yàn)；由上部拆卸和安裝計(jì)量栗的操作測試等。

2 淺談研發(fā)思路

2.1 泵芯材料適用性

泵芯材料適用性是對(duì)材料的要求，計(jì)量泵輸送的介質(zhì)為中放廢液（經(jīng)過處理帶有較大放射劑量的廢液，根據(jù)帶有放射劑量的不同，可分為低放射性液體、中放射性液體、高放射性液體）。目前，國內(nèi)已經(jīng)有廠家研制出抗輻射膠板、密封墊片、O型圈等產(chǎn)品，并已經(jīng)在國內(nèi)許多核電站中應(yīng)用：在輻射的條件下，該材料抗輻射性能較好，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長的變化率不大于30%。

我們將在研發(fā)階段與用戶及時(shí)溝通，同時(shí)將信息反饋給密封件廠家，以保證在計(jì)量栗樣機(jī)中應(yīng)用的密封件滿足用戶要求[1]。不鎊鋼是一種常用的不誘鋼材料，耐高溫性能較好，還具有優(yōu)異的耐腐蝕性能和抗晶間腐蝕性能在氧化酸試驗(yàn)中，不銹鋼在濃度為65%或更低的硝酸中具有較強(qiáng)的耐腐蝕性。對(duì)大多數(shù)有機(jī)酸、無機(jī)酸和堿溶液具有良好的耐腐蝕性。

2.2 栗芯殘液量

泵芯殘液量主要考慮兩個(gè)方面：（1）減小管路和泵腔里的介質(zhì)存留量；（2）減小單向閥的介質(zhì)存留量。①首先為了減小管路和泵腔內(nèi)的介質(zhì)存留，主要有兩個(gè)設(shè)計(jì)。泵腔上設(shè)置泄漏孔，下方采用錐形頭密封；進(jìn)出口采用錐形頭加波紋管進(jìn)行密封，波紋管在設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算好壓縮量。當(dāng)泵正常運(yùn)行時(shí)，通過波紋管和錐形頭雙重作用將栗連接，錐形頭為硬連接，保證了泵運(yùn)行時(shí)無泄漏，加工時(shí)產(chǎn)生的誤差由波紋管補(bǔ)償。②在一般計(jì)量泵中為了防止單向閥損壞導(dǎo)致漏氣，通常會(huì)設(shè)置兩個(gè)單向閥；為了減小單向閥中的介質(zhì)存留量，我們提高加工精度，同時(shí)采用高強(qiáng)度合金鋼，使單向閥的性能得到保證，這樣可使單向閥的介質(zhì)存留量減小。泵檢修、拆卸時(shí)，錐形頭脫離泵腔，泵腔中積液通過泄漏孔流出到支撐架上，通過支撐架上設(shè)置的泄漏孔流到支撐架下方連接的回流口，最終經(jīng)回流口流回到指定管線或儲(chǔ)罐中。

2.3 計(jì)量泵的檢修

本次研發(fā)重點(diǎn)是解決如何通過專用檢修設(shè)備對(duì)計(jì)量泵進(jìn)行檢修和拆裝，這是區(qū)別市場上其他化工用計(jì)量高的重要功能。

針對(duì)檢修性，主要考慮以下三方面內(nèi)容：（1）盡量減少泵的零部件，使泵的結(jié)構(gòu)簡化，減小泵的損壞概率；（2）如何設(shè)計(jì)使泵在拆卸時(shí)，不能順利拆卸出來；（3）如何設(shè)計(jì)使泵在重新安裝時(shí)，栗能順利安裝、對(duì)中、密封面貼合，不發(fā)生泄漏。針對(duì)第一點(diǎn)，泵結(jié)構(gòu)簡化，主要考慮對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡化。計(jì)量泵的計(jì)量是以一定的柱塞直徑移動(dòng)一定的距離（即柱塞的行程S）排出一定體積的溶液，在單位時(shí)間內(nèi)排出溶液體積即為流量(L/hnrVh)一般計(jì)量泵運(yùn)行中改變流量是通過配置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)移動(dòng)N型軸或L型套筒改變柱塞的行程S而改變計(jì)量泵的流量，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)量泵流量的調(diào)節(jié)[2]。本次提供計(jì)量泵與傳統(tǒng)計(jì)量泵的流量調(diào)節(jié)方式不同%計(jì)量泵運(yùn)行中改變流量是通過變頻器改變電源的頻率而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，也就是改變計(jì)量泵柱塞的往復(fù)次數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)量泵的調(diào)節(jié)。變頻控制柜可以放置在廠房外的控制區(qū)，對(duì)泵進(jìn)行遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)流量。

該計(jì)量泵結(jié)合現(xiàn)代電控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)量杲流量的無極調(diào)節(jié)，取消傳統(tǒng)計(jì)量泵中的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和行程變化機(jī)構(gòu)（N型軸或L型套筒），簡化了計(jì)量泵的結(jié)構(gòu)，減少了零部件，提高計(jì)量泵的可靠性、可維修性和安全性。

針對(duì)第二點(diǎn)，拆卸順利，主要考慮高的接口與專用吊裝設(shè)備的配合。減小計(jì)量杲的螺栓、螺母規(guī)置專門用于定位的插銷。在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)，加大接觸面，在外面增加錐形孔與錐形銷，重新安裝時(shí)出現(xiàn)偏差不大的情況下，通過錐形孔與錐形銷的配合使之定位。

3 結(jié)語

上述內(nèi)容，僅對(duì)研發(fā)提供了一個(gè)思路，在研發(fā)過程中，還需要對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)還會(huì)遇到許多其他問題，需要根據(jù)具體的情況進(jìn)行分析驗(yàn)證。