濕法冶金用的一種緩沖器

趙文學 黃盧太 霍開子

(重慶水泵廠有限責任公司 重慶市 400033)

1 前言

隨著管道輸送技術的迅猛發展，隔膜泵作為適用于固液兩相流漿體管道輸送的設備[1]；近年來，料漿輸送設備的不斷發展使得隔膜泵在冶金、礦山、石化等行業中得到越來越廣泛的應用[2]。在濕法冶金行業中，為了輸送帶有強酸強堿，有金屬顆粒的混合礦漿，腐蝕性強，比重大，粘度大，為了適應這種特殊工況，常常選用大型臥式3D系列隔膜泵，為了穩壓，在隔膜泵出口的管路上有穩壓作用的球形脈動緩沖器,球形緩沖器的球體有鑄造式、鍛造式和焊接式三種，下邊對各自的球體的特點進行介紹和比較。

2 緩沖器的使用環境和作用

隔膜泵適合高濃度漿料的長距離，高揚程輸送；如有色金屬行業“濕法冶金”工藝流程輸送各種高溫、高磨蝕帶腐蝕性礦漿料，煤化工行業輸送水煤漿料等介質，輸送料漿介質時常用低速泵[3]，如甘肅金川的鎳礦，四川攀枝花的鎳礦，山西靈石的鋁土礦，重慶南川的鋁土礦等。

一般大型3D礦漿隔膜泵的工作原理，見圖1，是電機+減速機傳動曲軸，曲軸帶動三個連桿，再帶動三個活塞的間歇推進，利用抗腐蝕的橡膠隔膜的左右擾動，改變容積腔室大小，加上進出口的單向閥的控制來推送礦漿，三缸是間歇工作，故排出管路上的壓力有波動(6%～10%)。

圖1 礦漿隔膜泵使用原理圖

為了減少出口壓力的波動，減少震動，保護設備和管路，常在出口管路上加設球形脈動緩沖器(在圖2的上部的球形部件)，體積有10L～240L，設計壓力為2MPa～15MPa，緩沖器內部有橡膠氣囊，氣囊上邊充裝氮氣或者惰性氣體，通過氣體的可壓縮性來穩壓，起到調峰的作用，減少管路和泵的震動，見圖2。

圖2 濕法冶金用的球形脈動緩沖器

3 球形脈動緩沖器種類介紹

緩沖器內部的主要組成有：1、球體；2、橡膠氣囊, 3、上蓋,4、螺栓，5、螺母，6、充氣接頭，7、托板。最關鍵的是球體和內部的橡膠氣囊，相互配合，相互影響。因為壓力有波動，內部的氣囊會上下脈動，故球體的結構和內表面光潔度對內部的橡膠氣囊的使用壽命特別關鍵，故緩沖器的最關鍵部分是球體；下面分析球體結構的幾種形式。

球形緩沖器的球體有鑄造式、鍛造式和焊接式，在1998年以前主要是鑄造式，鑄造式球體一般內部的鑄造缺陷多，不能用于高壓(小于8MPa)，另外厚度特別厚，需要模具多；當時的使用壓力也低，能滿足要求。在2000年后，出現了鍛造式，可以使用>10MPa的管路，鍛造式緩沖器球體主要是加工的難度大，材料的利用率也低，成本高?，F在2014年出現了焊接式，是一種新型緩沖器球體，同時避免前邊兩種緩沖器球體的問題，質量好、使用壓力高、總體成本低。

4 三種緩沖器球體介紹

4.1 鑄造式緩沖器球體

球體整體鑄造出來(參見圖3)，再對上下面進行加工出對外的連接面，球體內部一般噴砂。鑄造常見的缺陷多，一般不能用于高壓(鑄鋼<8MPa；鑄鐵<1.6MPa)，厚度也特別厚，整體重量大；鑄造的內部表面不平滑，需要人工打磨，橡膠氣囊壽命短，因為是鑄造，則各種厚度和規格需要很多的鑄造模具，模具費高。

圖3 整體鑄造式球體

4.2 鍛造式緩沖器球體

整體鍛造一個方料(參見圖4)，再對內部和外部進行車床精加工，不需要模具，使用的壓力可高壓，但鍛件毛坯大，材料的利用率低，需要數控機床和專門的刀具，特別是內部的球面需要整體掏出，加工的難度大，精加工成本特別高，內部的加工周期長，加工中假如出現差錯，則整體報廢。

圖4 整體鍛造式球體

4.3 新型焊接式球體

球體的組成零件有：下半球體、上半球體、上擋板、托板、下法蘭(見圖5)；球體中部為上下兩個半球焊接而成，上邊加擋板，下邊加下法蘭， 焊接后焊縫位置做射線和超聲檢測，對于碳鋼材料再熱處理去除焊接的應力，提高整體安全。下邊的法蘭自帶密封面，不需要再進行精加工，只是加工上邊的密封面。球體中部選用板材，取材方便，材料成本低；上下半球的內部球面用通用的封頭模具沖壓，焊接后需要對內部的焊縫進行打磨平滑，好保護氣囊。根據壓力的高低選用不同厚度的板材，可以滿足各種壓力的緩沖器。

5 焊接式緩沖器球體的優點

利用兩個半球來組合，上下加擋板和法蘭，半球采用壓力容器上常用的球形封頭，在容器行業中有各種封頭的標準GB/T 25198，協作單位也多，各種厚度和規格不需要特殊模具，容易保證內部平滑，從而使得膠囊壽命長，整體不需要大型的精加工設備。由通用模具來沖制，加工簡單，工藝成熟[5]，內部沒有機加工，內部的曲面通過模具來保證平滑，保護了橡膠氣囊的上下脈動，氣囊壽命長；半球一般采用板材，市場上有許多的武鋼、寶鋼、舞鋼、鞍鋼、重鋼等生產的板材，取材也方便，易于采購，采購周期也短，板材的力學性能也好于大型鍛件，材料厚度薄，整體重量輕；又可以根據壓力的高低采用不同厚度的板材，可擴展成各種規格，不需要單獨的模具。故有加工簡單，制造難度低，制造周期短，重量輕，成本低的優點。

圖5 焊接式球體

6 三種緩沖器球體的經濟性比較

因為鑄造的不能用于高壓的情況，故這里不再進行經濟性的比較；只是比較鍛造式和焊接式的經濟性的優劣。經計算比較，內直徑600mm(體積113L)的焊接式球體，相比整體鍛造式的球體坯料，材料重量的占比為20%；內直徑800mm(體積240L)的焊接式球體，比整體鍛造式的球體，毛坯材料的重量占比為16%，材料經濟性能顯著！還有精加工的成本，焊接式的只有鍛造式的20%，整體的制造成本只有40%，故焊接式整體經濟性優于鍛造式。

7 結論

通過對三種球形脈動緩沖器球體結構的分析和對比，焊接式優于鍛造式，更優于鑄造式。焊接式緩沖器主要優點有：

1)結構簡單，采用通用的半球模具，保證內部的曲面平滑，可保護橡膠氣囊。

2)一般采用板材，取材容易，材料性能好；不同的使用壓力時可采用不同厚度的板材即可，易于系列化。

3)選用通用模具，無模具成本，退火去除焊接應力，提高整體的使用安全，整體成本低。