способ изготовления химического герметичного центробежного насоса

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО ГЕРМЕТИЧНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА, предусматривающий изготовление корпуса с магнитной муфтой, проточными элементами и рабочим колесом и сборку насоса, отличающийся тем, что перед изготовлением корпуса, проточных элементов и рабочего колеса изготавливают каркасы их деталей из углеродного волокнистого наполнителя, после чего каркасы этих деталей насыщают пироуглеродом, производят механическую обработку и силицирование.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изготовление каркасов деталей корпуса с проточными элементами и рабочим колесом из углеродного волокнистого наполнителя осуществляют прессованием с посдедующей карбонизацией.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к центробежным насосам, приспособленным для перекачки особых текучих сред путем выбора специальных материалов для частей насоса, и может быть использовано в производстве, связанном с перекачиванием агрессивных сред, например кислот, щелочей.

Известен способ изготовления химического центробежного насоса, предусматривающий изготовление корпуса насоса и рабочего колеса путем прессования графитовой массы с последующей пропиткой фенолформальдегидной смолой и полимеризацией, изготовление проточного элемента из графитопласта АТМ-1 и сборку насоса (Химические насосы из неметаллических материалов. Каталог ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ. М. 1975, с. 23).

Недостатки известного способа заключаются в том, что изготовленный этим способом насос имеет низкие прочностные и эксплуатационные характеристики механическая прочность узлов насоса не превышает: предел прочности при сжатии 70-100 МПА, предел прочности при растяжении 15-20 МПа, ударная вязкость 6,0 кДж/м², температура перекачиваемой жидкости не превышает 70^оС.

Кроме того, этот насос имеет низкую эрозионную и коррозионную стойкость, так как при повышенных температурах происходит деструкция матрицы.

Известен другой способ изготовления химического герметичного центробежного насоса, предусматривающий изготовление корпуса с магнитной муфтой, рабочим колесом, проточными элементами и сборку насоса (заявка ФРГ N 3413930, кл. F 04 D 7/06, 1985).

Прочность деталей корпуса и рабочего колеса этого насоса повышается до 350 МПа при сжатии.

Однако насос, изготовленный по известному способу, имеет ряд недостатков.

Использование при изготовлении насоса керамических материалов может привести к выходу насоса из строя, так как детали этих материалов не испытывают пластической деформации, имеют низкую стойкость к ударным нагрузкам (модуль упругости 0,7х10⁶ кг/см²), а также низкую термостойкость (коэффициент термического расширения 0,5х10^-6-10х10^-6град^-1).

Кроме того, использование в насосе подшипников из графита обуславливает их низкую прочность при сжатии (200 МПа) и растяжении.

Температура перекачиваемой жидкости повышается до 100^оС, однако, в ряде случаев перекачиваемые жидкости имеют большую температуру.

Описываемое изобретение позволяет повысить прочностные и улучшить эксплуатационные характеристики химического центробежного насоса за счет выбора оптимальной ориентации углеродного волокнистого наполнителя анизотропии свойств получаемого композиционного материала с определенным распределением нагрузок в деталях, а также за счет образования в материале карбида кремния, позволяющего получить необходимые характеристики по эрозионной стойкости.

Это достигается тем, что в способе изготовления химического герметичного центробежного насоса, предусматривающем изготовление корпуса с магнитной муфтой, проточными элементами и рабочим колесом, и сборку насоса, перед изготовлением корпуса с проточными элементами и рабочим колесом изготавливают каркасы их деталей из углеродного волокнистого наполнителя, после чего каркасы этих деталей насыщают пироуглеродом, производят обработку и силицирование.

Кроме того, изготовление каркасов деталей корпуса с проточными элементами и рабочим колесом из углеродного наполнителя можно осуществлять прессование с последующей карбонизацией.

Изготовление каркасов деталей корпуса с проточными элементами и рабочим колесом из углеродного волокнистого наполнителя и насыщение их пироуглеродом обеспечивает получение необходимых термопрочностных и триботехнических свойств в деталях проточной части насоса и рабочего колеса.

Проведение механической обработки деталей корпуса и рабочего колеса обеспечивает последующую сборку корпуса и рабочего колеса с заданными геометрическими параметрами.

Силицирование полученного материала за счет заполнения расплавленным кремнием пор в материале и последующего образования карбида кремния при взаимодействии с пиролитическим углеродом, полученным при насыщении, повышает герметичность материала и придает ему повышенную эрозионную и коррозионную стойкость.

Изготовление каркасов деталей корпуса с проточными элементами и рабочим колесом из углеродного волокнистого наполнителя путем прессования с последующей карбонизацией позволяет исключить необходимость механической обработки внутреннего профиля деталей проточной части и сократить, тем самым, трудоемкость изготовления насоса. При этом прочностные характеристики, эрозионная и коррозионная стойкость остаются на уровне известного насоса, а термостойкость увеличивается до двух раз.

Способ осуществляют следующим образом.

Для получения деталей корпуса с проточными элементами (крышки, обтекателя, фланца, втулки, вала) и рабочего колеса изготавливают каркасы из углеродной ткани типа Урал ТМ 4-22. Каркасы изготавливают путем раскроя ткани для набора пакетов необходимой толщины. При изготовлении каркасов слои ткани укладывают по направлениям нитей основы. Направление нитей основы смещают в каждом слое относительно предыдущего на 45^о, что обеспечивает равномерное распределение физико-механических характеристик по окружности. Собранный по такой схеме пакет прошивается углеродной нитью в третьем направлении, что повышает межслоевую прочность материала. Каркасы деталей проточных элементов (обтекателя втулки, вала) и рабочего колеса изготавливают методом послойной намотки на формирующую оправку-нагреватель и производят прошивку в радиальном направлении.

Изготовленные каркасы деталей, установленные на оправках-нагревателях, помещают в установки газофазного насыщения. Каркасы насыщаются пироуглеродом. Для обеспечения необходимой пористости при проведении силицирования насыщение каркасов производится до плотности 1,2 г/см³. Необходимая плотность достигается тем, что скорость движения зоны пиролиза устанавливается в пределах 0,4-0,6 мм/час.

Из насыщенных пироуглеродом каркасов методом механической обработки изготавливают детали, при этом оставляют припуски до 0,4 мм для проведения шлифовки посадочных мест после силицирования. Далее проводят сборку деталей проточных элементов фланцев, втулок. По резьбовому соединению предварительно наносят раствор мелкого порошка кремния с фенолформальдегидным связующим. Аналогично собирают рабочее колесо по посадочным штифтам.

Силицирование деталей производят в специальных установках методом пролива, для чего детали устанавливают в графитовый тигель одна на другую, а затем на торец верхней детали помещают графитовую чашу с кремнием. Графитовый тигель устанавливают в нагревательную печь. Нагрев производят в среде аргона или в вакууме. Температуру контролируют оптическим пирометром. Поднимают температуру до 185050^оС и выдерживают 10-15 мин. При данной температуре кремний в графитовой чаше расплавляется, а так как он обладает большой жидкотекучестью, то проходит через дно чаши и по всем деталям.

Кремний заполняет поры в материале и, контактируя со стенками пор, взаимодействует с пиролитическим углеродом, образуя карбид кремния.

Карбид кремния придает материалу эрозионную и коррозионную стойкость, а углерод-углеродный материал получает необходимую термопрочность и триботехнические свойства. В процессе пропитки жидкий кремний, заполняя оставшийся объем пор, снижает пористость материала и, как следствие, повышает его герметичность.

Силицированный углерод-углеродный материал имеет высокую стойкость при взаимодействии агрессивных и эрозионных сред при температурах кипения концентрированных кислот (соляной, серной, азотной и т. п.) растворов щелочей, солей, pасплавленных черных и цветных металлов.

Далее проводят сборку деталей и узлов насоса.

Насос использовался при перекачивании соляной кислоты при температуре 130^оС.

После изготовления насоса описанным способом он имеет следующие характеристики: прочность на сжатие до 500 МПа, прочность на разрыв до 80 МПа, ударная вязкость до 2300 кДж/м², температура перекачиваемой жидкости более 150^оС.