Центробежни помпи

В и КСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 9, 2009

Характеристики на използвани материали в съвременните центробежни помпи


  Материалите, използвани в съвременните конструкции центробежни помпи, оказват решаваща роля върху експлоатационните характеристики и живота й. Най-широко се използва стоманата, но през последните години пазарният дял и на други материали, като керамика и пластмаси, непрекъснато се разширява.

Стоманата - основен материал в помпите
Стоманата е широко използван конструктивен елемент за изработката на помпи. Известно е, че съдържанието на въглерод в обикновените стомани е от 0,003% до 1,5%. Качествата на стоманата зависят в голяма степен от съдържанието на въглерод. Най-използвана е въглеродната стомана, която е четири вида:
l Нисковъглеродна или мека стомана - 0,003% до 0,3% въглерод
l Средновъглеродна стомана - 0,3% до 0,45% въглерод
l Високовъглеродна стомана - 0,45% до 0,75% въглерод
l Супервисоковъглеродна стомана - 0,75% до 1,5% въглерод
Предимствата на въглеродните стомани е ниската им цена и лесната обработка. От друга страна, недостатък е малката корозоустойчивост в сравнение с неръждаемата стомана и алтернативните материали.

Части, подложени на натоварвания - от бял чугун
Чугунът има същия химичен състав като стоманата, но с по-голямо съдържание на въглерод. С цел повишаване на корозионната устойчивост на чугуна се добавят силиций и никел (15% до 35%). По принцип, чугунът е устойчив на действието на основи и сравнително неустойчив към киселини. Чугунът е два вида: сив и бял.
При сивия чугун, графитът е под формата на феритна или перлитна решетка. Той има сив цвят, което е определило и името му. Механичните му свойства не са особено добри при опън, за сметка на високата устойчивост на натоварване и на натиск.
При белия чугун, графитът е под формата на сфери, които се образуват вследствие наличието на 0,03 - 0,05% магнезий. Кръглата форма на въглерода намалява концентрацията на напрежения в метала, придавайки му по-добри пластични свойства. Затова белият чугун се използва за изработката на конструктивни елементи на помпи, подложени на големи натоварвания, т.е. на високи напори и температури.

Подобрени характеристики с неръждаема стомани
Неръждаема се нарича стоманата, легирана с хром. Минималното съдържание на хром, което се използва в неръждаемите стомани за помпи е 10.5%. Хромът подобрява корозионната устойчивост на стоманата, като образува самовъзстановяващ се повърхностен слой от хромен оксид. Молибденът, никелът и азотът са други често използвани легиращи елементи на неръждаемите стомани. Те променят кристалната решетка в различни форми, осигуряващи подобрена обработка на метала, по-лесно леене, заваряване и др. Като цяло, неръждаемата стомана се характеризира с по-добри механични свойства и по-добра устойчивост на киселини и основи, в сравнение с обикновената въглеродна стомана и чугуна.


Четири са основните типа неръждаеми стомани: феритна, мартензитна, аустенитна и феритно-аустенитна.
Феритна стомана: Характеризира се с умерена якост и много добра корозионна устойчивост.
Мартензитна стомана: Отличава се с голяма якост и ограничена корозионна устойчивост. Използва се за изработването на пружини, валове, хирургически инструменти, ножове и ножици и др.
Аустенитна стомана: Най-използваният тип неръждаема стомана, притежаваща много добра тънколивкост, заваряемост, устойчивост на корозия и якост. Аустенитните стомани се използват за изработването на почти всеки конструктивен елемент на помпите. Поради голямото съдържание на сяра - от 0,15% до 0,35%, те се характеризират с подобрена машинна обработваемост.
Феритно-аустенитна стомана: Отличава се с висока якост, добра твърдост и висока корозионна устойчивост. Използва се основно за изработването на валове и кожуси на помпи.

Титан, керамика и пластични материали
Чистият титан се отличава с ниска плътност и относително невисока якост. Легиращи елементи, като кислород, ванадий и алуминий значително подобряват якостта му, превръщайки го в основен материал, използван в самолетостроенето. Също както и неръждаемите стомани, титанът образува окисен слой, подобряващ устойчивостта му на корозия. Редица производители на хидравлични машини използват титан в произвежданите от тях помпи.
Керамичните материали са неорганични, неметални материали, които обикновено са с кристална решетка. Най-често използваните керамични материали са алуминиев оксид (Al2O3), силициев карбид (SiC) и силициев нитрид (Si3N4). Керамичните материали се използват за изработването на лагери и уплътнителни повърхности на валови уплътнения, където са нужни голяма температурна устойчивост и якост, както и висока износоустойчивост.
Повечето пластични материали са синтетични и се образуват при преработката на мазнини, въглища, природен газ и др.  Известно е, че пластичните материали са два основни типа: термопластични  и термокомплексни. Термопластичните са най-често използваните пластични материали. Често, те съдържат добавки, които им придават допълнителни свойства. Примерни добавки в пластичните материали са неорганични филтри за механично уякчаване и химични стабилизатори, т.е. антиоксиданти, пластификатори и искрогасители.

Термокомплексни материали - за помпени покрития
Термопластичните полимери се състоят от дълги полимерни молекули, които нямат връзки помежду си. Доставят се под формата на гранули и при загряване могат да се леят и изтеглят. Има различни видове термопласти: от евтините, като РЕ - полиетилен, РР - полипропилен и РVС - поливинилхлорид, до скъпите РЕЕК - полиетеретеркетон и химически устойчивите: PVDF - поливинилиден флуорид и PTFE - политетрафлуоретилен (търговско име тефлон). PTFE е един от термопластите, който не могат да се леят. Термопластите имат широко приложение, като покрития на тръби, помпи и др.
От своя страна, термокомплексните материали се втвърдяват при загряване. Отличават се с междумолекулни кръстосани връзки, получени при обработката им с химикали, загряване и облъчване с радиация по време на производството им (процесът е известен като вулканизация). Термокомплексните материали са по-твърди, по-устойчиви и не могат да се претопяват. По-известни термокомплексни материали са епоксидните, полиестерните и полиуретановите материали. Те се използват за изработване на повърхностни покрития на помпите.

Използвани в помпите еластомери
Eластомери са естествената и синтетичната гума. Знае се, че гумите са гъвкави дълги полимерни вериги, отличаващи се с висока еластичност. Те имат междумолекулни кръстосани връзки, на които именно дължат високата си еластичност. Отделни конструктивни елементи на съвременните помпи се изработват от еластомери, например различни уплътнения. Сред основните видове използвани еластомери са:
NBR гума (нитрилна гума) - представлява сравнително евтин материал. Отличава се с висока устойчивост на масла и горива, висока износоустойчивост, ниска якост и издръжливост на ниски температури, до -30 °С.
EPDM гума (етилен пропиленова гума). Отличава се с отлична устойчивост към вода и високи температури, до 120 - 140 °С. Друга тяхна специфика е добрата им устойчивост на киселини, основи, метанол и ацетон. Недостатък е недобрата им устойчивост към минерални масла и горива.
FKM гума (флуороеластомерна гума). Обхващат цяла фамилия от гуми, разработени специално с оглед постигане на висока устойчивост на масла, горива и разтворители. FKM гумите се характеризират с отлична устойчивост на високи температури (до 200 °С) и някои типове масла. Недостатък е ограничената им устойчивост към пара, топла вода, метанол, амини, силни основи и фреони.
Q гума (силициева гума). Притежават някои изключителни качества, като ниска свиваемост при голям температурен диапазон ( - 60 до 200 °С), отлична електроизолация и нетоксичност. Сред предимствата им са много добра устойчивост към вода, някои киселини и окислители. За сметка на това не са устойчиви на концентрирани киселини, основи, разтворители, масла и горива.
FFKM гума (перфлуороеластомерна гума). Има отлична химическа устойчивост, сравнима с тази на тефлона, както и издръжливост на високи температури. Нейни недостатъци са трудната обработваемост, високата цена и недобрата устойчивост на ниски температури.

Повърхностни покрития в модерните помпи
Повърхностните покрития - метални, неметални и органични, са често използвани за борба с корозията при помпите. Основна функция на покритията е да предпазват материала от вредните влияния на околната среда, което позволява да се използва обикновена стомана като основен конструктивен материал.
Метални покрития - благородни и неблагородни.
Неблагородни са покритията, които са на основата на цинка. Той има две функции, първата от които е да предотвратява достъпа на околната среда до метала. Втората му функция е да осигурява галванична защита. При появата на открита площ от метала, цинкът започва да корозира, защитавайки метала. Друг начин на защита е използването на катодна защита. При малки открити площи от метала, цинкът ще я запълни, предотвратявайки корозията.
Благородни се наричат повърхностни покрития на базата на никел или хром, съответно - никелиране или хромиране. За разлика от неблагородните покрития, този вид покритие предотвратява единствено достъпа на околната среда до метала. Никелирането и хромирането се отличават с по-добри механични и химически качества от обикновените метали, но не могат да предпазят открити площи метал.
Неорганични метални покрития. Образуват се при контролиран процес на корозиране, т.е. вследствие на реакция на металите с оксидиращи разтвори. По-известни примери са анодиране или хромиране на алуминий или фосфатиране на стомана. Анодирането се използва за повърхностна защита, докато хромирането и фосфатирането се използват като предварителна подготовка на материалите преди боядисване.
Органични покрития. Те съдържат органични съставки от различни типове. Нанасят се върху металите чрез разпръскване, намазване, по електрохимичен път. Термопластичните покрития, като PA, PP, PE, PVDF, PTFE и еластомерите, се нанасят върху метала, за да комбинират механичните качества на метала с химичната устойчивост на покритията.
Най-разпространените органични покрития са боите. Най-широко използваните съставки на боите са полимерни вериги, разтворители, пигменти и добавки. Поради екологични причини, напоследък става все по-честа употребата на бои на водна основа, т.е. прахови покрития.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top