技术讲座的重点是流程泵

纯液体，包括具有低腐蚀性的或者比较粘稠的液体，已经在流程泵的选择和以后的使用过程中带来不少问题。然而，在目前的流程工业领域中纯净单一的介质日渐减少，越来越引人注意的是含有固体物质的液体介质的输送问题。2008年6月PROCESS杂志举办的年度流程泵研讨会重点讨论了这方面的问题。

输送含有固体物质的液体介质应如何选择泵？什么样的条件下工作才是正确的呢？这些问题是2008年6月PROCESS举办的流程泵专业研讨会的主要议题。Graz技术大学的Helmut Jaberg教授强调：“原则上，所有类型的流程泵都适合于输送粘稠的、含有固体成分的液体。但前提条件是被输送的介质是固液的悬浮物，是含有大小不一颗粒的，具有流动性的介质。”只要这样的介质到达泵的吸入口，就会被吸入输送出去。

据Jaberg先生介绍，最有利于输送的悬浮液是含有不同大小固体颗粒的液体，“在输送时小颗粒推动着大颗粒运动”。而最难输送的是那种悬浮物能够快速沉降的液体介质。液体介质中悬浮物沉降的速度越快，泵的输送扬程就越短。这就是它的基本规律。

此外还要考虑磨损的问题，通过选择合适的材料此问题可以在一定的范围内得到解决。什么是适合的材料？即液体介质中固体成分不至于引起明显磨损的材料，Jaberg先生建议首选高硬度的材料（Cr-Mo钢、含镍耐磨铸铁，钴铬钨合金钢、Ferro－Titanit），中性铸铁，金属基塑料（橡胶，PP和PE塑料），并带有碳化硅或碳化钨的表面涂层。

此外，在泵送有磨损性的液体介质时Jaberg教授还建议尽可能使用低的转速。无论如何不要在部分负载的工况下泵送含有固体成分的液体，这不仅仅是从经济性的角度考虑，而是因为二次流动是产生附加腐蚀的原因。Jaberg教授说道：“没有公差界限、没有安全系数，因为这些只能导致泵的尺寸规格超出实际需要，尤其是在部分负载范围内工作时。”

就一个讲座听众提出的问题——如何避免在泵的部分负载工况下生产自己会发生变化的产品（在流程生产过程中蒸发、浓缩的产品）？Jaberg先生马上给出了解决方案：“请调节转速调节器。这样，流程泵和流程设备会向您表示感谢。”

图1 热烈的讨论使得现场气氛非常活跃

Graz大学的专家还对含有固体成分并具有腐蚀性液体介质的输送提出了这样的建议：较大的、冷却润滑良好的滑动密封（GLRD密封）空间，双层结构，可调节、更换的耐磨衬套以及有缝隙的、能够减压的壳体，轴用保护衬套，形状尺寸厚实的叶轮和蜗壳等。”

最薄弱的环节——密封件和轴承

在所有输送含有固体成分的流程泵中，轴承和密封件始终是其最薄弱的环节。Flowserve公司的密封件专家Hans-Wilhelm Laarmann先生在他的讲座报告中说道：“根据MTBR的分析结果显示，流程泵密封件失效是流程泵损坏的主要原因。”而密封件失效原因受到流程设备中的介质、流程工艺所需要的温度、压力和浓度等因素的影响，其中最重要的还是与被输送介质中的固体颗粒有关。而且其规律是：“颗粒越小问题越大。”

然而根据Laarmann先生的经验，实践中的情况却不是这样，流程设备的操作者经常加入一些颗粒较大的固体原材料，而滑动密封件的生产厂却对此并不关注。此时应注意的是原材料入口处滤筛缝隙的大小。Laarmann先生说道：“美国石油协会API的流程设备供料规则和滑动密封件保护规定也越来越多的在石油工业领域以外的企业中得到了应用。”

除了美国石油协会建议的主要应用目的，以及提供摩擦热以外，流程设备供料装置还能提供其他更多的优点：

■避免陈旧的被输送介质进入密封腔（浓缩，聚合）；

■能够把固体颗粒物质清洗出密封腔；

■避免在密封缝隙和弹簧中形成沉积物。

在这里，对流程泵提出的原则要求是：每一种流程泵都有自己合适的应用领域。Burgmann公司的两位专家Seminars和Carsten Scholz先生都对此表示赞同：“当流程泵在其工作条件以外的工况下工作时，滑动密封件的寿命不会太长。”

在四种基本的滑动密封类型中，按照滑动密封弹簧与被输送介质的不同接触方式分为O型密封腔加弹簧、金属波纹管密封、隔膜式空气弹簧密封和橡胶空气弹簧密封。其中橡胶空气弹簧的结构类型对含有固体介质的液体密封最为可靠。在这种密封类型中，不会出现轴向卡死的现象。Scholz先生解释说：“这种密封结构很好，但遗憾的是价格太高。它最终会被‘弹簧支持的’改进类型（准确的说是更加“稳定”的滑动密封）所代替。

稳定式滑动密封甚至还可以补偿轴的同轴度误差，例如当流程泵在部分负载工况下工作时可能出现的同轴度误差。要想在这一领域中与流程泵的“突然死亡”做斗争，就应该采用稳定式滑动密封和双向作用的Heavyduty结构的密封件。对于固体成分含量很高的液体，例如固体颗粒的比例高达70%的液体介质的输送，可选择带有特种密封结构的流程泵，例如冲洗式滑动密封件。

图2 流程工业技术讲座的一贯传统：在总结讨论时，讲座的报告人一起为听众提出的问题寻找最佳解决方案

理想的滑动密封件材料应该具有很高的耐腐蚀性能，耐磨损性能，形状稳定性，很好的应急运行能力和散热性能。简而言之，理想的密封件材料是工程陶瓷。Burgmann公司建议利用SSiC工程陶瓷。想要更多的安全可靠性，可使用涂有DiamondFace涂层的工程陶瓷（价格比较昂贵）。它能承受长达30min的失油干运行。

不同类型的泵及其密封

在介绍了滑动密封的话题之后，讲座将焦点集中在不同的流程泵类型和它们的密封技术方面。

偏心蜗杆泵和旋转柱塞泵

Netzsch公司的Thomas B?hme先生用“流程泵之间的竞争”拉开了偏心螺杆泵和旋转柱塞泵密封技术的序幕。特殊的偏心螺杆泵不适用于泵送含有固体成分的液体。Netzsch公司对此类泵的标准密封件采用Burgmann公司研发生产的弹性波纹管。其轴端密封同样在市场上具有多种变型，缺点是这种轴端密封在维护保养时所需的维修人员数量较多。B?hme先生建议，在液体介质中的固体成分含量为5%~7%时，使用旋转柱塞泵比较理想，它比缓慢旋转的螺杆泵能提供更大的流量。

齿轮泵
 
Maag公司的Andreas Bachmann先生认为，在输送含有固体成分的液体介质时，必须考虑这种泵的液压特性和使用位置。滑动密封并不是这类泵的主要问题。齿轮泵可用于例如聚合物介质的泵送，由于在挤出机和模具之间建立压力，它们也可作为输送泵、挤出泵、助力泵，或者混合器和造粒机之间的输送泵。其密封可采用各种密封件，如轴用密封圈、滑动密封件、磁力密封、轴端密封件和螺纹密封件等。

软管-隔膜-活塞泵和波纹管-环绕柱塞泵

Feluwa公司研发生产的软管-隔膜-活塞泵可以毫无问题地输送含有固体成分的液体介质；可以输送各种不同粘度和特性（例如化学腐蚀性和机械磨损性，流动性和高粘度）的介质。根据被输送介质种类的不同，固体成分的含量可以最高达80%（例如煤炭液化时）。

据Blackmer公司的Rudolf Voland先生介绍：他们研发生产的波纹管-环绕柱塞泵满足了极为严格的TA－Luft空气质量控制技术规范的要求，而且并未使用滑动密封件和电磁驱动技术。因此液体介质中的腐蚀性固体颗粒不会对轴用密封件或者电磁驱动部件造成腐蚀和磨损。它可用于泵送含有纤维材料的介质，其局限性在于，被泵送液体介质中纤维成分的最大长度不能超过2mm。

带液动力轴端密封件的专用叶片泵

Bungartz公司研发生产的特殊叶片泵，带有液动力轴端密封装置，工作时，利用转子叶片或者辅助的密封轮对吸入侧进行密封。当这种泵不工作时，专用的排出侧密封能够很好的起到密封作用。这种特殊的专用密封件通常是轴端密封衬套，双GLRD滑动密封件或者是干式运行的电磁离合器。据Bungartz公司的Hans-Wilhelm M?llmann先生介绍，这种纯液动力密封装置的优点在于：“一旦流程泵开始工作，就不会有密封件磨损和泄露。”

屏蔽泵和磁力泵也能泵送含有固体成分的液体介质吗？

一般来讲屏蔽泵和磁力泵都不适合于输送含有固体成分的液体介质。但是，当TA-Luft空气质量控制技术规范要求使用轴端严密密封、又不能使用滑动密封件时，该怎么办呢？

Richter化工技术公司的Ulrich Rennett先生在他的专业技术讲座报告中指出：“偶尔泵送一些含有固体成分的液体介质，并且颗粒直径远远小于通道宽度时，MNK系列磁力泵（泵壳内部有塑料涂层）就足以胜任这一输送任务。”一般来说，此类泵能够输送固体成分体积比小于0.5%，颗粒直径小于2mm的介质；当液体介质中固体成分的体积比达到2%，颗粒直径小于0.3mm时也是可行的。在极端情况下，屏蔽系统还能将输送介质分离，滑动轴承可用无颗粒介质的冲洗液（外部冲洗液）冲洗。Richter化工技术公司提供了另外一种解决方案——MNK-X系列的外流泵，这种泵有着扩展的泵腔和特殊的叶轮几何尺寸。它能很好的输送含有大量颗粒或者较长纤维成分的液体介质；可输送气体成分占总体积5%的液体介质。

Dickow泵业公司的Jürgen Konrad先生补充说道：“在使用磁力泵输送含有固体成分的液体时应考虑到固体成分的种类。例如：是否是铁素体的颗粒以及颗粒的大小等等。在选择磁力泵的磁力时，应注意被输送介质的温度和腐蚀性以及系统压力。”Dickow公司在滑动轴承的冲洗清洁问题上提出了多种不同的解决方案。磁力泵可在以上措施的帮助下很好的输送含有固体成分的液体介质。

因效率问题，屏蔽电泵的缝隙间距小于磁力泵，因此它不太适合于输送含有固体成分的液体介质。而外流冲洗却为这一类型泵提供了非常有价值的解决方案：在输送含有固体成分、含有泡沫或者悬浮物的液体介质时，其排出侧可使用单独的冷却润滑回路。根据介质中固体成分的含量不同，需要有其他的纯净液体对转子腔进行冲洗，这种纯净液体包括：悬浮物液体中纯净的液体、能够与被输送介质兼容的中性液体或者出于流程工艺的要求必须使用的单一液体介质。所需冲洗流量一般很小，根据电机规格的不同一般在2~10L/h。

结语

一般来说，在输送含有固体成分的液体介质时这些固体成分应尽可能的远离滑动密封和滑动轴承；必要时可通过冲洗和外部液体冲洗来保证它们不受或少受固体颗粒的影响。PROCESS杂志举办的流程泵专题技术讲座明确地告诉人们：流程泵的生产者和用户应尽可能早的相互沟通，共同合作，因为泵送液体介质中的固体成分是普遍存在的特殊问题。而这也恰恰是本次专题技术讲座的目的——促进生产者与用户相互沟通。在友好而又非常热烈的讨论中,所有讲座报告人对听众提出的具体问题都给予了详细的解答。