湿法冶金用的一种缓冲器

赵文学 黄卢太 霍开子

(重庆水泵厂有限责任公司 重庆市 400033)

1 前言

随着管道输送技术的迅猛发展，隔膜泵作为适用于固液两相流浆体管道输送的设备[1]；近年来，料浆输送设备的不断发展使得隔膜泵在冶金、矿山、石化等行业中得到越来越广泛的应用[2]。在湿法冶金行业中，为了输送带有强酸强碱，有金属颗粒的混合矿浆，腐蚀性强，比重大，粘度大，为了适应这种特殊工况，常常选用大型卧式3D系列隔膜泵，为了稳压，在隔膜泵出口的管路上有稳压作用的球形脉动缓冲器,球形缓冲器的球体有铸造式、锻造式和焊接式三种，下边对各自的球体的特点进行介绍和比较。

2 缓冲器的使用环境和作用

隔膜泵适合高浓度浆料的长距离，高扬程输送；如有色金属行业“湿法冶金”工艺流程输送各种高温、高磨蚀带腐蚀性矿浆料，煤化工行业输送水煤浆料等介质，输送料浆介质时常用低速泵[3]，如甘肃金川的镍矿，四川攀枝花的镍矿，山西灵石的铝土矿，重庆南川的铝土矿等。

一般大型3D矿浆隔膜泵的工作原理，见图1，是电机+减速机传动曲轴，曲轴带动三个连杆，再带动三个活塞的间歇推进，利用抗腐蚀的橡胶隔膜的左右扰动，改变容积腔室大小，加上进出口的单向阀的控制来推送矿浆，三缸是间歇工作，故排出管路上的压力有波动(6%～10%)。

图1 矿浆隔膜泵使用原理图

为了减少出口压力的波动，减少震动，保护设备和管路，常在出口管路上加设球形脉动缓冲器(在图2的上部的球形部件)，体积有10L～240L，设计压力为2MPa～15MPa，缓冲器内部有橡胶气囊，气囊上边充装氮气或者惰性气体，通过气体的可压缩性来稳压，起到调峰的作用，减少管路和泵的震动，见图2。

图2 湿法冶金用的球形脉动缓冲器

3 球形脉动缓冲器种类介绍

缓冲器内部的主要组成有：1、球体；2、橡胶气囊, 3、上盖,4、螺栓，5、螺母，6、充气接头，7、托板。最关键的是球体和内部的橡胶气囊，相互配合，相互影响。因为压力有波动，内部的气囊会上下脉动，故球体的结构和内表面光洁度对内部的橡胶气囊的使用寿命特别关键，故缓冲器的最关键部分是球体；下面分析球体结构的几种形式。

球形缓冲器的球体有铸造式、锻造式和焊接式，在1998年以前主要是铸造式，铸造式球体一般内部的铸造缺陷多，不能用于高压(小于8MPa)，另外厚度特别厚，需要模具多；当时的使用压力也低，能满足要求。在2000年后，出现了锻造式，可以使用>10MPa的管路，锻造式缓冲器球体主要是加工的难度大，材料的利用率也低，成本高。现在2014年出现了焊接式，是一种新型缓冲器球体，同时避免前边两种缓冲器球体的问题，质量好、使用压力高、总体成本低。

4 三种缓冲器球体介绍

4.1 铸造式缓冲器球体

球体整体铸造出来(参见图3)，再对上下面进行加工出对外的连接面，球体内部一般喷砂。铸造常见的缺陷多，一般不能用于高压(铸钢<8MPa；铸铁<1.6MPa)，厚度也特别厚，整体重量大；铸造的内部表面不平滑，需要人工打磨，橡胶气囊寿命短，因为是铸造，则各种厚度和规格需要很多的铸造模具，模具费高。

图3 整体铸造式球体

4.2 锻造式缓冲器球体

整体锻造一个方料(参见图4)，再对内部和外部进行车床精加工，不需要模具，使用的压力可高压，但锻件毛坯大，材料的利用率低，需要数控机床和专门的刀具，特别是内部的球面需要整体掏出，加工的难度大，精加工成本特别高，内部的加工周期长，加工中假如出现差错，则整体报废。

图4 整体锻造式球体

4.3 新型焊接式球体

球体的组成零件有：下半球体、上半球体、上挡板、托板、下法兰(见图5)；球体中部为上下两个半球焊接而成，上边加挡板，下边加下法兰， 焊接后焊缝位置做射线和超声检测，对于碳钢材料再热处理去除焊接的应力，提高整体安全。下边的法兰自带密封面，不需要再进行精加工，只是加工上边的密封面。球体中部选用板材，取材方便，材料成本低；上下半球的内部球面用通用的封头模具冲压，焊接后需要对内部的焊缝进行打磨平滑，好保护气囊。根据压力的高低选用不同厚度的板材，可以满足各种压力的缓冲器。

5 焊接式缓冲器球体的优点

利用两个半球来组合，上下加挡板和法兰，半球采用压力容器上常用的球形封头，在容器行业中有各种封头的标准GB/T 25198，协作单位也多，各种厚度和规格不需要特殊模具，容易保证内部平滑，从而使得胶囊寿命长，整体不需要大型的精加工设备。由通用模具来冲制，加工简单，工艺成熟[5]，内部没有机加工，内部的曲面通过模具来保证平滑，保护了橡胶气囊的上下脉动，气囊寿命长；半球一般采用板材，市场上有许多的武钢、宝钢、舞钢、鞍钢、重钢等生产的板材，取材也方便，易于采购，采购周期也短，板材的力学性能也好于大型锻件，材料厚度薄，整体重量轻；又可以根据压力的高低采用不同厚度的板材，可扩展成各种规格，不需要单独的模具。故有加工简单，制造难度低，制造周期短，重量轻，成本低的优点。

图5 焊接式球体

6 三种缓冲器球体的经济性比较

因为铸造的不能用于高压的情况，故这里不再进行经济性的比较；只是比较锻造式和焊接式的经济性的优劣。经计算比较，内直径600mm(体积113L)的焊接式球体，相比整体锻造式的球体坯料，材料重量的占比为20%；内直径800mm(体积240L)的焊接式球体，比整体锻造式的球体，毛坯材料的重量占比为16%，材料经济性能显著！还有精加工的成本，焊接式的只有锻造式的20%，整体的制造成本只有40%，故焊接式整体经济性优于锻造式。

7 结论

通过对三种球形脉动缓冲器球体结构的分析和对比，焊接式优于锻造式，更优于铸造式。焊接式缓冲器主要优点有：

1)结构简单，采用通用的半球模具，保证内部的曲面平滑，可保护橡胶气囊。

2)一般采用板材，取材容易，材料性能好；不同的使用压力时可采用不同厚度的板材即可，易于系列化。

3)选用通用模具，无模具成本，退火去除焊接应力，提高整体的使用安全，整体成本低。