非金属化工泵结构分析

IHF铸铁衬氟化工离心泵结构如下图所示。

1. 泵体

非金属化工泵泵体的结构有整体和衬里两种。整体泵体指整个泵体均为非金属，一般仅适用于小口径离心泵。衬里泵体一般指泵体材料为铸铁或铸钢，衬里层为非金属。整体泵体可以选用热固性材料、热塑性材料，衬里泵分为弹性衬里、喷涂衬里以及刚性衬里。非金属泵一般为单级、蜗壳式、径向剖分结构。

对于整体泵体可以加入筋骨进行加强，为了防止非金属泵接口受力的脆弱性，可在非金属泵体两边增加前后盖板，并用螺栓进行连接加固。对于衬里泵可以通过金属泵壳开设合适的槽孔进行固定。此外还可考虑在泵壳上焊接龟甲丝网加强。

2. 叶轮

非金属化工泵的叶轮也可分为开式、半开式和闭式三种。闭式叶轮由热塑性塑料制成，前后盖板可以超声波或震动焊接在一起。半开式、开式叶轮可以用热塑性或热固性塑料制成。

叶轮分整体结构和内埋金属件结构两种。整体非金属结构叶轮强度低，适用于小型泵；内埋金属件结构采用模压方式成型，叶轮强度高。

3. 密封环(口环)

非金属化工泵一般不设密封环。

4. 轴

非金属化工泵的泵轴一般不与介质接触，采用金属材料，一端用于固定叶轮，另一端用于安装联轴器。非金属泵的泵轴与叶轮常采用螺纹连接。

5. 轴封

非金属化工泵的轴封型式有机械密封、动力密封和无轴封结构。

（1）机械密封

国内许多非金属泵通常采用152型(或SB2)外装式波纹管多弹簧单端面机械密封。该密封适用压力范围为0~0.5MPa，轴径25~55mm，温度<120℃，动环材料为填充四氟，静环材料为氧化铝陶瓷。该密封可用于浓度30%以上的盐酸， 50%以下的稀硫酸，98%以上的磷酸和各种浓度的混合酸。该密封使用寿命较长，一般大于4000h。对于清水介质和酸性介质大部分选用WB2或152型机械密封，对于碱性介质一般选用169型机械密封。当工作介质特殊时，应根据介质特性选用其他型式的机械密封，包括材料。

（2）动力密封

包括副叶轮(或副叶片)密封和停车密封。该密封型式常用于输送含固体颗粒的介质，一般适用于含固量大于15%的介质。动力密封泵需要注明最大允许入口压力，以避免用户在较高入口压力下使用时产生大量泄漏。

（3）轴封结构

主要指非金属磁力驱动泵，可用于输送各种不允许泄漏的液体。

非金属泵与金属材料泵的结构差异

由于非金属与金属材料性能上的差异，非金属泵的结构设计有以下特殊性。

1.  叶轮密封处和背叶片与泵体的运转间隙

因塑料和玻璃钢的线胀系数比钢大2~6倍，沿用金属泵的运转间隙易发生咬合，使泵损坏。间隙过大又会使泵的效率降低，并造成泵轴向力的不平衡。由于径向间隙不可调节，也可考虑采用轴向间隙，这样无需拆泵，即可检查并调节运转间隙。

2. 叶轮与轴的连接型式

（1）叶轮内预埋金属件，通过金属件与轴用键连接，或叶轮与轴直接用键连接，叶轮端部用叶轮螺母保护。此结构来源于金属泵，由于密封面多，可靠性差，长时间使用后，易被介质腐蚀。

（2）叶轮内预埋金属件，与轴采用螺纹连接，取消叶轮螺母。此结构可使轴完全受到保护，避免轴被介质腐蚀的可能。缺点是螺纹加工精度要求较高，运转时严禁电动机反转。

（3）泵体衬里层厚度及其固定

按国外泵企业标准，衬里层厚度一般为3~5mm，如果衬里过薄(如1. 5~2mm)，压制过程易出现局部衬里缺陷，导致泵的允许使用温度和使用寿命有所下降，衬里层从泵体和后盖基体金属脱落的可能性也增大。

为了防止温度变化引起的非金属从泵壳上脱落或开裂，可考虑在泵壳上焊接龟甲丝网，从而使得衬塑泵可以做到较大规格型号，进口管径最大可达Ø600mm。

（4）轴向力平衡

塑料泵的叶轮内大多埋有金属件，一般不宜用平衡孔的方法平衡轴向力。国内外普遍采用背叶片平衡轴向力。

（5）接口

非金属泵进出口接管的受力目前尚未有相关的标准加以限定，一般由设计单位提出要求，并根据制造厂自身的制造情况而定。对于整体非金属泵壳，一般采用活套法兰方式与管道连接，活套法兰与两端盖板连接；还可采用把法兰与盖板做成整体的方式与管道连接。

与金属相比，通常非金属的物理性能要差很多，甚至不如铝和黄铜。但是，通过增加元件的断面模量(即增加壁厚)及加入筋骨，非金属则可以承受一定的工作压力。随着塑料工业的高速发展，塑料泵的品种不断增加，正愈来愈多地取代其它种类的金属泵，且耐腐蚀性能优，性价比更高。

氟塑料泵(热塑性)

聚全氟乙丙烯(FEP，F46)

是聚四氟乙烯的改性品种，为四氟乙烯与六氟丙烯在55~60 ℃用悬浮法共聚而成，俗称F46。F46具有优良的力学性能、化学稳定性、耐候性、电绝缘性和阻燃性，表面张力小，熔融态时与金属黏结性好，此材料在-85~205 ℃温度下可长期使用。该材料制的泵使用温度可达150℃(200℃)。

氟合金泵

由上海有机化学研究所研制的氟塑料合金是采用国内现有的超高分子量聚全氟乙丙烯为主要原料，与四氟乙烯加填料直接混合，用物理方法制得的。其具有氟塑料的优良性能，耐高温、耐腐蚀，电绝缘性好和表面不粘等。

氟塑料合金的特性为：F50-1耐高温性比氟塑料F46好，成本比F46便宜;F50-2具有聚四氟乙烯(F4)的优良性能(250℃下可长期使用，耐各种酸、碱、强氧化剂和有机溶剂，电绝缘性好等)，又克服了F4的易冷流性和加工性差的缺点，能热压或冷压烧结成形，成本介于聚四氟乙烯悬浮粉和分散粉之间，在许多应用上可取代F4，用此材料制的泵使用温度可达150℃。

聚偏氟乙烯(PVDF)

具有优良的耐腐蚀性和耐磨蚀性，适用于温度低于150℃的场合，但价格相对较高。PVDF由偏氟乙烯经自由基聚合反应制得，分子量可高达104。具有优良的力学性能，是目前氟塑料中机械强度最高的产品，有极好的化学稳定性及耐候性。

其最大特点是耐腐性、抗冲击性、耐老化性、抗蠕变性等性能突出，可用一般热塑性塑料加工方法成形，其方便的加工性能是其它塑料性能所远不及的。除浓硫酸、浓硝酸和少数有机溶剂外，能耐较多的腐蚀性介质。耐磨性仅次于超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，优于其它塑料。耐温性能也较高，以此材料制的泵使用温度可达120℃。

其它氟塑料

聚四氟乙烯(PTFE)俗称F4，具有极强的耐腐蚀性能，但是其物理性能很差，此时要求有金属加强筋来承受泵的高压。因此其制造工艺差，成本高又具有冷流性，一般不用此材料制造泵。

可溶性聚四氟乙烯(PFA)耐温范围、力学性能、耐腐蚀性与F46相当。

超高分子量聚乙烯泵(热塑性)

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是新型的泵用工程塑料，美国材料试验协会(ASTM)规定其分子量为300万~600万的线型聚乙烯称为超高分子量聚乙烯。

由于其分子链特别长，具有许多独特的物理机械性能，耐蚀性超过现有其他热塑性塑料，且表面摩擦系数低，低温耐冲击性好，耐环境应力开裂性优良，耐寒性好，无毒性，特别适用于输送含细颗粒的腐蚀性介质，但耐温性不高，此材料制的泵允许使用温度为80℃。

玻璃钢泵(热固性)

玻璃钢是玻璃纤维增强热固性塑料的俗称，常见的泵用玻璃钢是酚醛玻璃钢。

酚醛玻璃钢是以改性酚醛树脂浸渍玻璃纤维加工制成的热固性塑料。酚醛玻璃钢价格低，强度高(拉伸强度105~1394MPa，弯曲强度220～460MPa)，工艺性好，尺寸稳定性好，在受力受压条件下不易变形，能耐温度不大于100℃的大多数化学品腐蚀，但不耐强碱和酚类物质的腐蚀。

酚醛玻璃钢的耐磨性较差，适用于输送不含固体颗粒的介质。由于配方不同，酚醛玻璃钢有多种牌号，不同牌号的材料，其物理和力学性能各有差异，耐磨蚀性能也有差异。

增强聚丙烯(热固性)

增强聚丙烯(FRPP)是聚丙烯树脂与短切玻璃纤维(玻璃纤维含量约为10%~40%)混合后，经挤出、切粒制得。主要采用注射工艺成形，除具有聚丙烯的优良性能和相对密度增加约10%外，还改善了聚丙烯的耐热、抗蠕变和尺寸稳定性。同时，力学性能也有显著提高，如拉伸强度，弯曲强度均增大1~2倍，冲击强度提高1~3倍。

采用增强聚丙烯作为材料的泵耐温可达100℃，除氧化性酸，浓硝酸、铬酸外，能耐大部分酸、碱、溶剂介质。增强聚丙烯泵可采用注射模塑的方法整体成形，生产效率高，成本低，适用于输送介质条件不苛刻的场合。