熔鹽泵組合式葉輪制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開的是一種熔鹽泵組合式葉輪，以其葉輪由葉輪主體與端蓋同中心固定連接，在葉輪主體和端蓋表面有保障其良好工作的保護(hù)層，葉輪主體和端蓋均采用奧氏體不銹鋼鍛件經(jīng)機(jī)加工而成型為主要特征，具有結(jié)構(gòu)合理，耐高溫、耐磨損、抗氧化、抗腐蝕和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，為太陽(yáng)能光熱發(fā)電提供了裝備支持。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種熔鹽泵組合式葉輪，特別涉及一種用來(lái)輸送導(dǎo)熱熔鹽介質(zhì)的熔鹽泵的葉輪，屬于機(jī)械泵

技術(shù)介紹
本技術(shù)所述熔鹽泵，主要是指太陽(yáng)能光熱發(fā)電裝備中，用來(lái)輸送儲(chǔ)存在熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)高低溫儲(chǔ)罐內(nèi)熔鹽的液下長(zhǎng)軸熔鹽泵。以往的這類熔鹽泵，使用溫度一般在400℃以下，且其熔鹽的流量也不大，因而采用通常精密制造工藝整體制造的熔鹽泵，即可以滿足其實(shí)際運(yùn)行的需求。然而，隨著太陽(yáng)能光熱發(fā)電事業(yè)的迅猛發(fā)展，所述熔鹽泵不僅需求量大增，而且其使用溫度達(dá)到600℃。高溫、高速流動(dòng)的熔鹽液流，必然會(huì)對(duì)熔鹽泵的葉輪造成快速損害的嚴(yán)重問(wèn)題。而當(dāng)下已有技術(shù)的熔鹽泵的葉輪，均系不銹鋼整體鑄件制品。由于所述鑄件制品不僅不可避免地存在縮松，夾雜和氣孔等鑄造缺陷，而且其組織結(jié)構(gòu)較多的是粗大的枝狀結(jié)晶體和柱狀晶粒，組織質(zhì)地相對(duì)比較松軟，因而所述葉輪鑄件制品，不但其機(jī)械物理性能較差，而且缺乏耐高溫、耐磨損、抗氧化和抗腐蝕等功能，很難勝任長(zhǎng)年累月高溫、高速輸送介質(zhì)熔鹽的工作。為了給太陽(yáng)能能源開發(fā)利用，提供先進(jìn)而可靠的裝備支持，對(duì)已有技術(shù)的熔鹽泵葉輪，進(jìn)行具有實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，而提供一種能夠保障其長(zhǎng)期處于良好工作狀態(tài)的熔鹽泵，便成為業(yè)內(nèi)的迫切期待。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)旨在提供一種耐高溫、耐磨損、抗氧化和抗腐蝕的熔鹽泵組合式葉輪，以滿足太陽(yáng)能光熱電站的需求。本技術(shù)實(shí)現(xiàn)其目的的技術(shù)構(gòu)想，一是用優(yōu)質(zhì)不銹鋼鍛件取代原來(lái)的鑄件，以其從本質(zhì)上提升葉輪的力學(xué)性能，及其在高溫、高速和強(qiáng)腐蝕性之工作環(huán)境下的工作能力；二是將葉輪的結(jié)構(gòu)分列為葉輪主體和端蓋2個(gè)制件，并通過(guò)兩者同中心固定連接而構(gòu)成葉輪整體制品，以方便制造工藝的實(shí)施；三是在葉輪主體和端蓋兩者的凡是與熔鹽接觸的部位，均布設(shè)有膜系結(jié)構(gòu)的保護(hù)層，以其保障葉輪在苛刻環(huán)境下長(zhǎng)期存在并良好工作；四是葉輪主體采取不銹鋼鍛餅，并經(jīng)多軸聯(lián)動(dòng)加工中心雕切成型的工藝策略加工生產(chǎn)。通過(guò)以上4點(diǎn)技術(shù)構(gòu)想的實(shí)施，從而實(shí)現(xiàn)本技術(shù)的目的。基于以上所述技術(shù)構(gòu)想，本技術(shù)實(shí)現(xiàn)其目的的技術(shù)方案是：一種熔鹽泵組合式葉輪，其創(chuàng)新點(diǎn)在于：a、所述葉輪由具有葉片的葉輪主體和端蓋兩者同中心固定連接而構(gòu)成一符合設(shè)計(jì)要求的完整的葉輪；b、所述葉輪主體和端蓋，兩者均是不銹鋼鍛餅經(jīng)機(jī)械加工而成型的制成品；c、所述葉輪主體和端蓋在兩者組合后的工況下，凡是與其所輸送介質(zhì)熔鹽接觸部位的表面上，均布設(shè)有保障其長(zhǎng)期良好工作狀態(tài)的保護(hù)層。基于本技術(shù)技術(shù)構(gòu)想，可以清楚地明了，本技術(shù)主旨技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了其所要實(shí)現(xiàn)的目的。為了讓本技術(shù)能夠在高溫、高速和高腐蝕的環(huán)境下長(zhǎng)期勝任其工作，采用不銹鋼作為葉輪主體和端蓋的鍛餅原料，那是必須這樣做的。然而，本技術(shù)經(jīng)驗(yàn)證和分析了奧氏體不銹鋼OCr17Ni12Mo2N的化學(xué)物理性能后認(rèn)知，由于這種所述不銹鋼中含有N，而提高了強(qiáng)度，但不降低其塑性，且具有非常良好的耐蝕性、耐熱性和沖壓、鍛造等熱加工性，無(wú)熱處理硬化現(xiàn)象。為此本技術(shù)優(yōu)選奧氏體不銹鋼OCr17Ni12Mo2N，為本技術(shù)葉輪主體和端蓋鍛餅的材料。但并不局限于此。有鑒于介質(zhì)熔鹽的流速與熔鹽泵損害速率成正比，因而必須控制熔鹽流速在安全范圍之內(nèi)。為了防止熔鹽流速引起熔鹽泵葉輪的腐蝕損害，本技術(shù)特地對(duì)葉輪作了表面處理，以有效提升其自我保護(hù)功能。而所述表面處理，本技術(shù)優(yōu)選的是：在葉輪主體和端蓋工況下接觸熔鹽部位所布設(shè)的保護(hù)層是膜系結(jié)構(gòu)層，所述膜系保護(hù)層自葉輪主體和端蓋表面起始，由內(nèi)至外依次是表面不銹鋼重構(gòu)層，TiN氮化鈦層和Si3N4氮化硅層。其中所述的表面重構(gòu)層，是具有一定厚度的高強(qiáng)度離子轟擊層，它不單對(duì)產(chǎn)品主體表面作了十分有效的除害處理（去除氧化皮和油污等雜物），而且還有效提高了所述主體表面致密性和與在后鍍層的粘著牢度。而其中Si3N4是一種共價(jià)化合物陶瓷，是一種結(jié)構(gòu)單元為[Si3N4]四面體，即硅原子位于四面體的中心，其周圍有四個(gè)氮原子，且分別位于四面體的四個(gè)頂點(diǎn)，然后，以每三個(gè)四面體共有一個(gè)原子的形式，在三維空間形成連續(xù)又堅(jiān)固的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。所述氮化硅的很多優(yōu)異的化學(xué)物理性能都源于此結(jié)構(gòu)。例如:其分解溫度在空氣中為1800℃，由于其熱膨脹系數(shù)低，導(dǎo)熱率高，而其耐熱沖擊性能極佳，具有很高的強(qiáng)度和抗沖擊能力，其使用溫度可達(dá)到1300℃，且受熱后不會(huì)熔成融體，一直到1900℃才會(huì)分解；另外Si3N4還具有良好的自潤(rùn)滑性能，且使用在100-800℃溫度區(qū)間不會(huì)產(chǎn)生因溫差造成的膨脹和收縮。基于Si3N4如上所述的化學(xué)物理性能，本技術(shù)優(yōu)選其為所述保護(hù)層的面層，是有理由的，是謀求本技術(shù)實(shí)現(xiàn)其目的的正確選擇。但并不局限于此。而所述TiN氮化鈦層，是所述葉輪主體和端蓋表面重構(gòu)層與Si3N4外層之間的過(guò)渡連接層。通過(guò)TiN氮化鈦層的過(guò)渡，以令Si3N4氮化硅層與表面重構(gòu)層牢固粘結(jié)在一起。本技術(shù)基于其使用性能和性價(jià)比的考慮，其優(yōu)選地所述表面不銹鋼重構(gòu)層，是經(jīng)高能離子束轟擊的組織致密的原子活化層，而所述TiN氮化鈦層的厚度在1~3μm范圍內(nèi)，所述Si3N4氮化硅層的厚度在3~5μm范圍內(nèi)。但并不局限于此。本技術(shù)之葉輪主體與端蓋的同中心連接，應(yīng)該是與其最終葉輪準(zhǔn)確成型和長(zhǎng)期正常工作至關(guān)重要的技術(shù)關(guān)鍵，而兩者連接的強(qiáng)度和連接部位的防泄漏問(wèn)題，則是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。本技術(shù)通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)論證，而主張所述葉輪主體制成品與端蓋制成品兩者同中心固定連接的結(jié)構(gòu)方式，是以下三種連接結(jié)構(gòu)方式中的一種，或者是其中所述二種以上連接結(jié)構(gòu)方式的結(jié)合：第一種連接結(jié)構(gòu)方式是螺栓固定連接；所述的螺栓固定連接，是由至少三個(gè)雙頭螺栓均勻布置在所述葉輪1/2~2/3半徑范圍內(nèi)所作的同一圓弧線上，且分別由2個(gè)扁平螺母對(duì)所述葉輪主體和端蓋實(shí)施無(wú)縫對(duì)栓的固定連接；第二種連接結(jié)構(gòu)方式是鉚合固定連接；所述的鉚合固定連接，是在所述葉輪1/2~2/3半徑范圍內(nèi)所作的同一圓弧線上的葉片部位，分別沿軸向布設(shè)鉚合立柱，且分別通過(guò)鉚合立柱經(jīng)由鉚釘對(duì)所述葉輪主體和端蓋實(shí)施無(wú)縫鉚合的固定連接；第三種連接結(jié)構(gòu)方式是釬焊固定連接；所述釬焊固定連接，是在所述葉輪主體和端蓋兩者的對(duì)合面之間，布設(shè)片狀鎳基釬料且通過(guò)加熱令釬料熔化，再經(jīng)冷凝后所形成的釬焊接頭，將所述葉輪主體與端蓋實(shí)施無(wú)縫釬焊的固定連接。在具體實(shí)踐中，要求有效提高葉輪主體和端蓋合縫面的加工精度，使之嚴(yán)格做到嚴(yán)絲合縫。必要時(shí)，可以在兩者對(duì)合合縫部位，且在螺栓連接和鉚接的條件下，加設(shè)純銅箔墊片，以嚴(yán)防熔鹽泵泄漏。在所述三種連接結(jié)構(gòu)形式中，本技術(shù)優(yōu)選地是采用鎳基硬質(zhì)焊片的釬焊連接。釬焊時(shí)，對(duì)被釬焊焊接葉輪主體和端蓋裝接表面經(jīng)清洗后，把釬料布置在兩者的裝接面之間，經(jīng)加熱至釬料熔化溫度后，釬料熔化并浸潤(rùn)所述焊件表面，液態(tài)釬料借助毛細(xì)管作用，而沿裝接縫流動(dòng)鋪展，且進(jìn)行互相融合，相互滲透，繼而形成合金層，冷凝后即形成釬接接頭，而令葉輪主體與端蓋連接在一起。而所述的螺栓固定連接和鉚合固定連接，應(yīng)當(dāng)注意其螺栓螺母和鉚釘?shù)牟贾貌课唬^對(duì)不能與其他機(jī)械構(gòu)件發(fā)生相互干涉，而所述干涉包括靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。上述技術(shù)方案得以全面實(shí)施后，本技術(shù)所具有的結(jié)構(gòu)合理，耐高溫、耐磨損、抗氧化及抗腐蝕性能優(yōu)異，和使用期限長(zhǎng)等特點(diǎn)，是顯而易見的。附圖說(shuō)明圖1為本技術(shù)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種熔鹽泵組合式葉輪，其特征在于：a、所述葉輪由具有葉片（1?1）的葉輪主體（1）和端蓋（2）兩者同中心固定連接而構(gòu)成一符合設(shè)計(jì)要求的完整的葉輪；b、所述葉輪主體（1）和端蓋（2），兩者均是不銹鋼鍛餅經(jīng)機(jī)械加工而成型的制成品；c、所述葉輪主體（1）和端蓋（2）在兩者組合后的工況下，凡是與其所輸送介質(zhì)熔鹽接觸部位的表面上，均布設(shè)有保障其長(zhǎng)期良好工作狀態(tài)的保護(hù)層（3）。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種熔鹽泵組合式葉輪，其特征在于：a、所述葉輪由具有葉片（1-1）的葉輪主體（1）和端蓋（2）兩者同中心固定連接而構(gòu)成一符合設(shè)計(jì)要求的完整的葉輪；b、所述葉輪主體（1）和端蓋（2），兩者均是不銹鋼鍛餅經(jīng)機(jī)械加工而成型的制成品；c、所述葉輪主體（1）和端蓋（2）在兩者組合后的工況下，凡是與其所輸送介質(zhì)熔鹽接觸部位的表面上，均布設(shè)有保障其長(zhǎng)期良好工作狀態(tài)的保護(hù)層（3）。2.如權(quán)利要求1所述的熔鹽泵組合式葉輪，其特征在于：所述葉輪主體（1）和端蓋（2）不銹鋼鍛餅，均是符合工藝要求的OCr17Ni12Mo2N奧氏體不銹鋼鍛餅。3.如權(quán)利要求1所述的熔鹽泵組合式葉輪，其特征在于：在所述葉輪主體（1）和端蓋（2）工況下接觸熔鹽部位所布設(shè)的保護(hù)層（3）是膜系結(jié)構(gòu)層，所述膜系保護(hù)層（3）自葉輪主體（1）和端蓋（2）表面起始，由內(nèi)至外依次是表面不銹鋼重構(gòu)層（3-1），TiN氮化鈦層（3-2）和Si3N4氮化硅層（3-3）。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熔鹽泵組合式葉輪，其特征在于：所述表面不銹鋼重構(gòu)層（3-1），是經(jīng)高能離子束轟擊的組織致密的原子活化層，而所述TiN氮化鈦層（3-2）的厚度在1~3μm范圍內(nèi)，所述Si3N4氮化硅層（3-...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭廷瑋，劉家麟，李彬，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：常州索拉爾熔鹽泵閥科技有限公司，
類型：新型
國(guó)別省市：江蘇;32