計量泵在核化工行業的研發需求分析

刁妍紅 鄒琛華 康翠英

中核四0四有限公司 甘肅嘉峪關 735110

計量泵是一種通用機械，主要功能是滿足系統要求，實現調節流量并精確計量。在核化工行業中，計量高的輸送介質是有放射注及腐蝕性的，固在對計量泵進行拆裝、檢修時，工作人員不可以直接進人廠房中，需使用特定的吊裝容器進行拆裝、更換新的泵芯。常規計量泵的拆裝及更換無法滿足此要求，固需要對計量泵進行重新研發，以滿足其在核化工中的應用。

1 主要研究需求

1.1 泵芯材料適用性

計量泵在核化工中輸送的是具有輻射及腐蝕性的介質，輻射對非金屬材料的影響較大，同時腐蝕性對計量泵關鍵部件的性能影響很大。為了驗證關鍵部件材料耐腐蝕、耐輻照等性能而開展相關試驗，并對進、出口止回閥的材料硬度進行測試，滿足相應標準要求。其中，耐腐蝕試驗主要針對硝酸或堿，酸堿濃度將隨項目進展、結合工程需求進一步確定；耐輻照試驗應根據非金屬密封件所在位置的具體需求，確定其應吸收劑量來開展試驗。

1.2 泵芯殘液量

計量泵輸送的介質具有輻射及腐蝕性，當計量泵需要檢修時，使用特定吊裝設備對泵進行拆裝，由專用運輸工具運到處理場地，此時需要工作人員參與到處理過程中，故拆下來的栗芯中不能殘余較多的介質。當泵進行拆裝時，泵腔內的介質應能快速排盡，不能使過多介質留存于茱芯內。計量泵需檢修時，拆卸部分帶有的殘余液體量需在1：1的工程樣機上進行實測，必要時進行相關結構修改，目的是滿足殘液量最小化和無積液死角原則。

1.3 計置泵檢修性

由于計量泵在檢修、拆裝時使用專用檢修設備進行拆裝，工作人員不能進人廠房，故對計量泵的檢修性提出了較高的要求。計量是必須同時滿足水力性能要求和便于檢修的要求，所以還應對其進行檢修操作試驗，這些試驗要求快速、便捷、準確。試驗應包括屏蔽層以上部分快速拆裝試驗，目的是驗證該部分連接結構的簡易化、合理性和可操作性；與專用設備接口對接的測試試驗；由上部拆卸和安裝計量栗的操作測試等。

2 淺談研發思路

2.1 泵芯材料適用性

泵芯材料適用性是對材料的要求，計量泵輸送的介質為中放廢液（經過處理帶有較大放射劑量的廢液，根據帶有放射劑量的不同，可分為低放射性液體、中放射性液體、高放射性液體）。目前，國內已經有廠家研制出抗輻射膠板、密封墊片、O型圈等產品，并已經在國內許多核電站中應用：在輻射的條件下，該材料抗輻射性能較好，拉伸強度和拉斷伸長的變化率不大于30%。

我們將在研發階段與用戶及時溝通，同時將信息反饋給密封件廠家，以保證在計量栗樣機中應用的密封件滿足用戶要求[1]。不鎊鋼是一種常用的不誘鋼材料，耐高溫性能較好，還具有優異的耐腐蝕性能和抗晶間腐蝕性能在氧化酸試驗中，不銹鋼在濃度為65%或更低的硝酸中具有較強的耐腐蝕性。對大多數有機酸、無機酸和堿溶液具有良好的耐腐蝕性。

2.2 栗芯殘液量

泵芯殘液量主要考慮兩個方面：（1）減小管路和泵腔里的介質存留量；（2）減小單向閥的介質存留量。①首先為了減小管路和泵腔內的介質存留，主要有兩個設計。泵腔上設置泄漏孔，下方采用錐形頭密封；進出口采用錐形頭加波紋管進行密封，波紋管在設計時，計算好壓縮量。當泵正常運行時，通過波紋管和錐形頭雙重作用將栗連接，錐形頭為硬連接，保證了泵運行時無泄漏，加工時產生的誤差由波紋管補償。②在一般計量泵中為了防止單向閥損壞導致漏氣，通常會設置兩個單向閥；為了減小單向閥中的介質存留量，我們提高加工精度，同時采用高強度合金鋼，使單向閥的性能得到保證，這樣可使單向閥的介質存留量減小。泵檢修、拆卸時，錐形頭脫離泵腔，泵腔中積液通過泄漏孔流出到支撐架上，通過支撐架上設置的泄漏孔流到支撐架下方連接的回流口，最終經回流口流回到指定管線或儲罐中。

2.3 計量泵的檢修

本次研發重點是解決如何通過專用檢修設備對計量泵進行檢修和拆裝，這是區別市場上其他化工用計量高的重要功能。

針對檢修性，主要考慮以下三方面內容：（1）盡量減少泵的零部件，使泵的結構簡化，減小泵的損壞概率；（2）如何設計使泵在拆卸時，不能順利拆卸出來；（3）如何設計使泵在重新安裝時，栗能順利安裝、對中、密封面貼合，不發生泄漏。針對第一點，泵結構簡化，主要考慮對傳動機構進行簡化。計量泵的計量是以一定的柱塞直徑移動一定的距離（即柱塞的行程S）排出一定體積的溶液，在單位時間內排出溶液體積即為流量(L/hnrVh)一般計量泵運行中改變流量是通過配置調節機構移動N型軸或L型套筒改變柱塞的行程S而改變計量泵的流量，從而實現計量泵流量的調節[2]。本次提供計量泵與傳統計量泵的流量調節方式不同%計量泵運行中改變流量是通過變頻器改變電源的頻率而改變電機轉速，也就是改變計量泵柱塞的往復次數，從而實現計量泵的調節。變頻控制柜可以放置在廠房外的控制區，對泵進行遠程控制調節流量。

該計量泵結合現代電控技術，實現計量杲流量的無極調節，取消傳統計量泵中的調節機構和行程變化機構（N型軸或L型套筒），簡化了計量泵的結構，減少了零部件，提高計量泵的可靠性、可維修性和安全性。

針對第二點，拆卸順利，主要考慮高的接口與專用吊裝設備的配合。減小計量杲的螺栓、螺母規置專門用于定位的插銷。在保證結構強度的同時，加大接觸面，在外面增加錐形孔與錐形銷，重新安裝時出現偏差不大的情況下，通過錐形孔與錐形銷的配合使之定位。

3 結語

上述內容，僅對研發提供了一個思路，在研發過程中，還需要對其進行驗證，同時還會遇到許多其他問題，需要根據具體的情況進行分析驗證。