高溫熔鹽泵改造

劉 云

一、概述

昆明電纜股份有限公司裝備線車間PLCV鹽浴連硫機組（英國制造）1987年引進，是目前生產大截面橡套類電纜的主要設備。在生產過程中，產品在熔鹽漂浮中完成硫化工序，硫化過程中不會造成擦傷、壓扁現象。尤其對于大截面（Φ90mm，單芯400mm2）更能顯示出優越性，該機組的硫化傳熱介質是混合鹽（卡素），不含霉素，直接用加熱管加熱，其導熱效率是蒸汽的1倍以上，用自控溫的電加熱，與傳統蒸汽連硫機組相比，具有節能環保的特點，而且鹽是可以多次反復利用的，可降低成本5%～10%。PLCV機組采用4道密封，每生產一批產品，開機、停機全過程僅需1m長的校模線（蒸汽硫化最少需數10m），在長時間連續生產中，不會造成模口的先期硫化現象，所生產的電纜表面光滑美觀。

該機是公司A類關鍵設備之一，所生產的橡套類產品的產值占公司所有橡套類產品總產值的60%以上。一旦鹽泵出現故障，整條生產線將無法進行生產，嚴重影響生產的正常組織。由于該機組生產線長，鹽泵出現故障，造成材料浪費較大，會大大增加生產成本，擠壓產品的利潤空間，影響公司橡套類產品的市場占有率。

在2005年—2006年期間，鹽泵故障頻繁，共發生各類故障13起，造成公司大量橡套類產品不能按時交貨，損失巨大。為了從根本解決問題，根據鹽泵的特殊工作環境及要求，進行結構改造。

二、鹽泵故障分析

1.鹽泵軸彎曲變形

軸彎曲變形是鹽泵主要故障形式，原因如下。

（1）材料選用不當。當初在原裝的進口鹽泵軸損壞后，沒有對軸材料進行金相組織分析，來確定軸的材料，由于材料選用不當，造成軸頻繁變形損壞。

（2）鹽泵內部結構缺陷。鹽泵內部由中筒、底筒、泵體（蝸殼）、葉輪、鹽泵軸、導鹽管、盤根座、滑動軸承、軸承底座等組成。由于鹽泵軸徑向定位的兩個軸承座分別設計在中筒和底筒上，造成安裝中筒、底筒和鹽泵軸時，對三者的同軸度要求非常高，使三者的加工精度、定位精度和裝配精度要求都很高，任一環節不到位，都極易造成鹽泵軸的彎曲變形而報廢，加上鹽泵軸屬于細長軸（1616mm），一般機床加工難度較大。

2.葉輪和泵體（蝸殼）損壞

葉輪和泵體（蝸殼）內壁由于鹽液的沖刷被侵蝕，這屬于正常的消耗和磨損，但在損壞的葉輪和泵體中，有70%出現了摩擦的痕跡，隨著摩擦損壞的加劇，最終造成葉輪和泵體的報廢。通過觀察分析，原因主要是鹽泵軸上沒有軸向定位臺階，軸向安裝定位靠鹽泵軸與電機軸的聯軸套和電機的安裝間隙來實現，卻沒有形成統一的安裝規范，造成不同的工人安裝時，鹽泵軸在豎直方向高度不一樣，從而使得安裝在鹽泵軸底端部的葉輪在泵體（蝸殼）中的上下位置（間隙）不一樣，一旦往上或往下的間隙過小，葉輪就會與泵體摩擦，造成葉輪和泵體的異常磨損而很快報廢。

3.熔鹽從鹽泵上蓋填料口噴出

高溫的熔鹽在鹽泵的運行過程中，突然從上蓋填料口噴出，造成停機。將鹽泵拆開后發現，填料口處的填料（盤根）已嚴重燒焦，在反復出現幾次類似的故障后，確定原因是所選用的石墨填料（盤根）滿足不了高轉速（3000r/min）和高溫（230℃）的工作環境要求。

三、故障消除措施

根據以上分析，針對存在的問題和不足，從企業的實際情況和地區加工配套能力出發，制定并實施了一系列消除故障的措施。

1.鹽泵軸材料的選用

該鹽泵軸轉速3000r/min，工作介質混合鹽（卡素）是硝酸鹽類重結晶的混合物，熔點143±2℃，密度1.92～1.95g/cm3（230℃），鹽泵內鹽的溫度 200～230℃，一般不會超過 250℃，熔鹽的熱傳導與空氣或氮氣相比較，約高25倍，即其熱傳導性非常好。混合鹽對碳鋼的腐蝕率很低，對不銹鋼無腐蝕性。根據鹽泵軸的工作環境和要求，經過不斷地摸索，最后確定了相對理想的材料。

（1）初選45鋼。45鋼作為一種常見的優質碳素結構鋼，應用非常廣泛。45鋼經調質后獲得回火索氏體組織，具有強度、硬度、塑性和韌性良好配合的綜合力學性能，但很容易彎曲，達不到所要求的形位公差，經常由于軸彎曲變形而無法正常使用，抗腐蝕性較差，使用效果不理想。

（2）改用不銹鋼2Cr13。在考慮強度、硬度、耐磨性以及熱變形，抗腐蝕性的基礎上，選用馬氏體不銹鋼2Cr13。它一般應用于抗弱腐蝕介質、受沖擊載荷的零件，靠熱處理強化，得到回火索氏體或回火馬氏體，有較高強度、硬度和耐磨性，抗腐蝕性一般。

從使用情況來看，選用2Cr13比選用45鋼的軸更耐用一些，但發生彎曲變形的情況仍然較多。熱處理后，45鋼的抗拉強度 650MPa，屈服極限 360MPa；而 2Cr13的抗拉強度660MPa，屈服極限450MPa，比較可以看出兩者差別不大，出現的失效形式也很相似。由于使用時間不長，混合鹽對45鋼和不銹鋼2Cr13造成的腐蝕差別也不明顯，主要還是材料的力學性能不太理想。

（3）確定鹽泵軸的材料為不銹鋼3Cr13。根據對45鋼和不銹鋼2Cr13的使用情況進行分析，在充分考慮鹽泵軸的外形結構、工作環境和材料的力學性能之后，確定鹽泵軸的材料為3Cr13。3Cr13具有較高的硬度和耐磨性，一般應用于醫療器具、量具、刀具和要求足夠抗拉強度和防腐蝕的水泵軸的制造。

3Cr13 與 2Cr13 相比較，Si、Mn、P、S、Cr的含量是一樣的，但碳的含量 3Cr13 為 0.26～0.35，2Cr13為 0.16～0.25，3Cr13 要高很多。由于3Cr13的含碳量更高，其抗拉強度1600MPa，屈服極限1300MPa，比2Cr13高出很多。從實際使用效果來看，軸材料選用3Cr13后，故障率降低了很多。消除了由于材料原因軸彎曲變形報廢的情況。

2.改進鹽泵軸安裝結構

在經過慎重的考慮和認真的分析之后，決定將鹽泵軸徑向定位的兩個軸承座，從原來分別設在中筒和底筒上改為都設在底筒上，以降低加工精度、定位精度和裝配精度要求。

3.統一鹽泵軸軸向定位安裝尺寸

安裝鹽泵軸、葉輪、泵體（蝸殼）時，統一安裝規范，在三者組裝完成后，先落到底部，然后提起3mm，用鹽泵軸和電機軸的聯接套來實現鹽泵軸的軸向定位，讓葉輪處于泵體的中間位置，避免葉輪與泵體摩擦。

4.重新選用鹽泵填料口內填料（盤根）

根據鹽泵的轉速（3000r/min）和工作溫度（230℃）,選用AIG 25G灰渣介質防磨軸專用盤根，它采用特種耐磨纖維和PTFE編織而成，有效結合了芳綸纖維的高強度與耐磨性能及PTFE的自潤滑性，耐磨損、柔韌性好，更小的軸套磨損。最高溫度240℃，線速度10m/s，可用于灰渣泵，反應釜，渣漿泵等多顆粒、高度磨損的工況。

5.鹽泵軸滑動軸承材料的選用

此處所選用的滑動軸承材料與平常其他工作環境下所選用的材料不一樣，主要是滑動軸承處于230℃具有良好熱傳導性的鹽溶液中，工作環境有一定的特殊性。

根據鹽泵軸的轉速，摩擦副的摩擦因素，以及滑動軸承的高溫工作環境和工作介質，確定滑動軸承的材料為球墨鑄鐵，化學成分為 3.8%～4%C，2.0%～2.8%Si，0.6%～0.8 Mn，＜0.1%P，＜0.04%S，0.03%～0.08%Mg。組織為球狀石墨和基體，球狀石墨對基體削弱作用和應力集中的程度較小，可與鋼一樣，用表面合金化和熱處理強化進一步提高力學性能，δs/δb比鋼約高40%，耐磨性也比鋼好。中錳抗磨球墨鑄鐵的基體組織以馬氏體和奧氏體為主。

6.借助社會力量，加工特殊零部件

鹽泵內的泵體（蝸殼）和葉輪形狀比較復雜，涉及到流體力學原理，需進行精密鑄造，專業性非常強，這些要求超出了公司現有的設計和機械加工能力。通過請昆明水泵廠進行零件測繪和加工，完成泵體和葉輪的加工。

四、改造效果

（1）軸的材料選用3Cr13之后，在正常使用的情況不再出現由于材料的原因而彎曲變形造成鹽泵軸報廢的情況。

（2）改變鹽泵軸安裝結構后，鹽泵軸徑向定位的兩個軸承座都在底筒上，由于在同一個零件（底筒）上，尺寸基準是唯一的，兩個軸承座的孔在機床上一次加工完成，降低了鹽泵軸中筒和底筒的加工精度、定位精度和裝配精度的要求，容易保證鹽泵軸的兩個定位軸承與軸的同軸度要求。從實際安裝和使用情況來看，既保證了同軸度的要求，又降低了故障率。

（3）在統一了鹽泵軸、葉輪、泵體（蝸殼）的安裝規范后，杜絕了葉輪和泵體（蝸殼）的非正常磨損，從規范至今的兩年時間，沒有出現葉輪和泵體（蝸殼）的異常磨損報廢情況。

（4）選用AIG 25G作為填料（盤根）后，沒有再出現過盤根燒焦后熔鹽噴出的情況。

（5）在將原來進口鹽泵改造、修復的基礎之上，又自制了一套鹽泵作為備用件。一用一備可以極大地提高修理的快捷性，減少故障停機時間。定制一臺鹽泵需9.5萬元，而自制一臺僅需2萬元左右，節省了成本。

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