據統計，自2001年6月10FGKN-30非金屬抗磨泥漿泵開(kāi)始研發(fā)，截止2004年12月27日不到四年時(shí)間10FGKN-30非金屬抗磨泥漿泵及過(guò)流部件銷(xiāo)售344臺套。該產(chǎn)品的耐磨性能得到廣大用戶(hù)的一致好評。

一、 10FGKN—30非金屬抗磨泥漿泵研制的背景

自上世紀70年代開(kāi)始，山東黃河河務(wù)局利用簡(jiǎn)易吸泥船在黃河河道中抽取泥沙，利用水力管道將泥沙輸送至堤防背河側沉放，幫寬加固黃河提防。這種加固堤防的方式，稱(chēng)之為“機械淤背固堤”，又簡(jiǎn)稱(chēng)“機淤”。至今，山東黃河進(jìn)行機淤生產(chǎn)已有30余年的歷史，已累計完成土方6億多m3，對800余km的黃河大堤進(jìn)行了不同程度的加固，顯著(zhù)增強了大堤工程強度，有效地提高了堤防防御洪水的能力。

三十多年來(lái)，機淤生產(chǎn)一直采用鑄鐵泥漿泵，過(guò)流部件的抗磨蝕性能，是影響其使用壽命主要因素。如近幾年, 機淤生產(chǎn)常采用的10PN-30型鑄鐵泥漿泵，由于過(guò)流介質(zhì)含沙濃度大、顆粒粗 ( 中數粒徑 0.097mm)，磨蝕非常嚴重。據應用的17臺10PN-30型鑄鐵泥漿泵統計，一般生產(chǎn)土方3萬(wàn)m3，葉輪及護板磨蝕報廢(如照片1-1)，泵殼開(kāi)始穿孔，即使更換葉輪、護板，對泵殼采取補焊等措施，生產(chǎn)土方10萬(wàn)m3左右，整個(gè)泥漿泵報廢。不僅提高了設備投資，而且頻繁的停機換件和維修，還浪費大量的人力，影響有效生產(chǎn)時(shí)間和工效。 

為延長(cháng)泥漿泵的使用壽命，提高技術(shù)經(jīng)濟效益，通過(guò)對10PN-30型鑄鐵泥漿泵的調查和剖析，分析了該泵的磨蝕因素、磨蝕形態(tài)及部位。在此基礎上采用SPH12合金粉末、HT4系列焊條、克耐龍(CNL)、HD208復合膠、麥卡12 #及改性超高分子量聚乙烯等多種新型抗磨蝕材料對10PN-30型鑄鐵泥漿泵進(jìn)行綜合防護試驗研究，使鑄鐵泥漿泵的使用壽命成倍延長(cháng)，取得顯著(zhù)效果。

通過(guò)鑄鐵泥漿泵綜合防護試驗，發(fā)現改性超高分子量聚乙烯等非金屬材料，以柔克剛，具有超強的抗磨蝕性能。于是就萌發(fā)了研制非金屬抗磨泥漿泵的設想。2001年7月，山東黃河河務(wù)局科技處與濟南黃河鼎立實(shí)業(yè)有限責任公司，開(kāi)始合作研制“10FGKN—30型非金屬抗磨泥漿泵”。

二、10FGKN—30非金屬抗磨泥漿泵的研發(fā)過(guò)程

（一）  非金屬抗磨泥漿泵的設計

1、設計方案。10FGKN—30型泵的設計以10PN—30鑄鐵泵為模型泵，并根據篩選的非金屬材料重新優(yōu)化設計。

2、泵吸入口徑及吐出口徑的優(yōu)化設計

參照模型泵吸入（230mm）、吐出口徑(180mm)，通過(guò)對進(jìn)出口流速驗算,重新設定10FGKN—30泵吸入口徑為250mm，吐出口徑為200mm。優(yōu)化修正后，可適當提高吸入和吐出流量，提高泵的抗汽蝕能力，可降低固體顆粒對流道的撞擊，增強泥漿泵的抗磨蝕性能。

3、泵葉輪的設計計算    

通過(guò)相似法和速度系數法分析驗算，葉輪終確定的優(yōu)化結構尺寸為：外徑650mm ，出口寬 154mm，葉片4個(gè) ，葉片入口安放角= 葉片出口安放角=30°，葉片包角90°，葉輪吸入口徑220mm 。

4、泵體渦室的設計計算

泵體型式為螺旋漸開(kāi)形渦室。泵體渦室的各部尺寸計算時(shí)考慮介質(zhì)和流量因素，適當降低流體的圓周速度。通過(guò)分析計算，渦室基圓取D3=730mm；渦室入口寬度取b3=240mm ，適當增大渦室腔徑向截面的擴散度。為滿(mǎn)足渦室內各截面流速相等減小壓水損失，對渦室8個(gè)典型斷面面積進(jìn)行了分析計算。擴散管：在渦室入口b3=240mm確定后，將渦室設計為對稱(chēng)扁圓形，內腔光滑過(guò)渡到泵出水口時(shí)達到內徑Ф200mm 。吸入室:入口Ф250mm,出口同葉輪相接為Ф220mm,吸入室長(cháng)度375 mm在靠近葉輪一側加裝手孔蓋。

泵體的強度驗算: 由于泵體采用的新型材料為高分子聚合工程塑料、材料的屈服極限 是原使用材料鑄件強度的60%，故需對泵體做強度驗算。泵體外壁壁厚按照承受內壓的厚壁筒計算為8.54mm，選定壁厚25mm，安全系數fm=3。對葉輪輪轂強度及鍵槽接觸強度，鍵的剪切強度進(jìn)行校核，均有較大的安全系數，故不再變動(dòng)。由于前后護板在泵結構中不承受外力，聯(lián)接力及內壓力都由前、后蓋傳遞。故變更為非金屬材料后不用再校核強度。只要求在使用中檢驗其抗磨蝕效果。

5、 泵結構型式的選擇與確定

該泵為渦殼式臥式離心泥漿泵，托架型式借用10PN模型泵。軸材料選用40Gr調質(zhì)，軸承選用可調心雙列向心球軸承3622。泵體選用高分子聚合工程塑料。襯板材料選用高分子聚合工程塑料制作或襯膠。葉輪材料選用低合金鑄鋼調質(zhì)處理。泵與原動(dòng)機采用彈性聯(lián)軸器直接聯(lián)接。泵與原動(dòng)機固定在同一底座上。泵的軸封選用碳纖維+聚四氟乙烯填料密封，提高密封性能。填料室加注高壓清水降低葉輪輪轂外緣的磨損。

6、 徑向力、軸向力及葉輪的平衡校核

經(jīng)計算校核軸承徑向力、軸向力可滿(mǎn)足使用要求。葉輪轉速730 ，可按靜平衡條件進(jìn)行平衡試驗，葉輪大外圓處不平衡重不大于50 ，可在葉輪兩蓋板處鉆孔去除不平衡重，也可在葉輪蓋板外緣處偏心車(chē)削去除不平衡重。

（二）、非金屬抗磨泥漿泵制造工藝

1、 泵體的制造工藝

泵體毛坯的制造：由于選用材料為高分子聚合工程塑料，泵體是由液態(tài)材料在模具中保溫實(shí)現大分子鏈接固化定型后再從模具中取出。由于泵體的內外形狀都是不規則的蝸殼狀，泵體內腔中的芯模在材料定型后從型腔中取出是非常困難的。若采用石膏材料做內芯模來(lái)完成制作，雖然能夠通過(guò)破碎芯模來(lái)實(shí)現取型，但是由于石膏材料導熱性差，會(huì )影響到工程塑料在聚合鏈接時(shí)的分子鏈長(cháng)度，從而影響其耐磨性。經(jīng)過(guò)多次模擬組圖分解試驗，將內芯模設計為圓柱定位芯塊和外周渦室芯塊兩部分，將外周渦室芯塊先從分型面剖切、再將上下兩部分用線(xiàn)切割方法分切成為八個(gè)鍥形塊，從而解決了內芯模從型腔內取出的難題（照片2-1）。泵體外形的模具相對就簡(jiǎn)單了，在上下模具中考慮好與芯模的定位即可。這套全金屬加工的模具加工完畢后一次試產(chǎn)就做出了合格的泵體產(chǎn)品。

泵體的機械加工：由于泵體毛坯的加工余量很小，且材料的可切削性能良好，比原型泵泵體的加工相對容易得多。但在加工時(shí)需考慮工件溫度和環(huán)境溫度對尺寸精度的影響。在加工時(shí)預留的冷卻收縮量需要比鑄鐵件加工時(shí)多出1~1.3倍。成品泵體如照片2-2。

2、葉輪的制造工藝

選用非金屬材料，低合金鑄鋼材料制造兩種葉輪。非金屬葉輪制造工藝同泵體，成品如照片2-3。低合金鑄鋼材料葉輪，委托定點(diǎn)廠(chǎng)家嚴格安要求生產(chǎn)出合格產(chǎn)品（照片2-4）。

3、 前后護板的制造工藝

高分子聚合材料前后護板制造：改為高分子聚合材料后，按原圖低尺寸制作金屬模具。澆注液態(tài)材料在電爐恒溫固化后，打開(kāi)外模，取出芯模。冷卻后轉機械加工，機械加工工藝與原加工工藝相同，注意溫度對尺寸精度的影響。成品高分子聚合材料護板如照片2-5。

襯膠前后護板制造：先將按照圖紙設計要求制作好的襯板鋼骨架進(jìn)行化學(xué)處理，將增強橡膠粘力的化學(xué)膠粘劑均勻地噴涂在骨架上；再按照設計要求，將加工好的生橡膠均勻平鋪在模具低部，鋼骨架放在模具里，上面均勻平鋪生橡膠，直至達到設計要求填滿(mǎn)模具；后將模具上蓋蓋好，安放在壓力機上，進(jìn)行3小時(shí)的加熱硫化，卸下模具，取出襯板。待其冷卻后收縮至設計尺寸即可。成品襯膠護板如照片2-6。

（三）、安裝工藝

由于泵體材料的改變，在安裝過(guò)程中應避免讓泵體接受較大載荷。吊裝時(shí)避免使原體單獨受力。根據圖紙參照《安裝工藝卡》安裝。

（四）、非金屬抗磨泥漿泵運轉試驗分析

2002年8月，臺10FGKN—30非金屬抗磨泥漿泵問(wèn)世后，課題組選擇應用積極性較高的濟南黃河水利水電工程局為運轉試驗基地，成立運行試驗小組。以在歷城 46+350--47+260標段施工的6號船為試驗船，配置為非金屬泵殼、非金屬葉輪、非金屬護板。通過(guò)生產(chǎn)記錄匯總分析，試驗泵運轉957小時(shí)，抽沙23.6萬(wàn)m3，平均流量560.53m3/h，平均含沙量703.08kg/m3，平均日產(chǎn)土方5357.27m3，時(shí)產(chǎn)土方241.76m3，每工日出土量297.63m3，時(shí)耗柴油34.76kg，單方耗油:014kg/m3。生產(chǎn)功效在黃河機淤生產(chǎn)中是非常高的，除與試驗泵的性能密切相關(guān)外，與沙場(chǎng)等運行環(huán)境也有很大關(guān)系。2002年10月3日，試驗組將試驗泵拆開(kāi)檢查，泵殼稍有磨損，基本完好（見(jiàn)照片2-7），葉輪磨損稍重，但尚能使用、襯板磨損較重，已有兩處穿孔。試驗一舉成功。據后來(lái)跟蹤了解，該試驗泵更換一套非金屬護板和低合金鑄鋼葉輪，生產(chǎn)土方達到42.8萬(wàn)m3。  

試驗泵試驗成功后，于2002年10月召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì )，在《黃河報》發(fā)布了《新一代抗磨泥漿泵在山東黃河問(wèn)世》報道。截止目前，已銷(xiāo)往河南、山東黃河等各施工單位86臺，并在沿海抽砂、造田工程和青海西寧清淤中得到應用。根據用戶(hù)要求，進(jìn)行部件配置。在推廣應用過(guò)程中，與用戶(hù)保持密切聯(lián)系，及時(shí)掌握該泵型運行狀態(tài)，收集積累運行技術(shù)資料，根據存在的問(wèn)題及用戶(hù)的意見(jiàn)，不斷改進(jìn)完善。

三、10FGKN—30非金屬抗磨泥漿泵簡(jiǎn)介 

10FGKN—30非金屬抗磨泥漿泵，是以10EPN—30鑄鐵泥漿泵為原型，采用固液兩相流理論和強抗磨非金屬材料研發(fā)的新泵型。其泵殼、葉輪、護板等過(guò)流部件主要采用高分子聚合材料，對流道進(jìn)行了優(yōu)化設計。主要性能參數（清水）表1。

表1 10FGKN—30非金屬抗磨泥漿泵主要性能參數（清水）

該泵具有高度耐磨，生產(chǎn)效率高，重量輕，安全方便等突出優(yōu)點(diǎn)，取得較好的運轉試驗效果。自2002年8月問(wèn)世以來(lái)，已推廣銷(xiāo)售86臺套。經(jīng)試驗運行單泵生產(chǎn)土方可達30～40萬(wàn)m3，是鑄鐵泥漿泵的3～4倍，效果非常理想。在推廣應用過(guò)程中，不斷改進(jìn)完善。目前，已成為技術(shù)成熟，各項性能指標穩定可靠，深受用戶(hù)歡迎的新泵型。

經(jīng)對比試驗分析，由于該泵高度耐磨，可長(cháng)時(shí)間保持在率區工作，比10EPN-30型鑄鐵泵生產(chǎn)效率提高50％以上，土方綜合生產(chǎn)單價(jià)下降0.3654元/ m3。抽沙能力按30萬(wàn)m3/臺推算，86臺套可節省生產(chǎn)投資942.7萬(wàn)元，社會(huì )經(jīng)濟效益顯著(zhù)。

經(jīng)山東省產(chǎn)品質(zhì)量監督檢驗研究院檢驗（報告編號：Z050206-2006），樣品符合技術(shù)要求。經(jīng)山東省科技情報研究所查新檢索（報告編號：200637b2800816）：國內外未見(jiàn)與本項目相同研究的文獻報道。2006年06月28 日通過(guò)山東省科技成果鑒定，鑒定委員會(huì )一致認為，該項目在泥漿泵抗磨新材料應用研究方面創(chuàng )新性強，處于國際先進(jìn)水平，具有廣闊的推廣應用前景。

成果獲山東黃河河務(wù)局2005—2006年度重大創(chuàng )新獎。

四、主要創(chuàng )新點(diǎn)

（一）、首次開(kāi)發(fā)出全非金屬大型泥漿泵

該泵渦室基圓取D3=730mm，葉輪外徑650mm，清水流量1110 m3/h，屬大型泥漿泵。泵殼、葉輪、護板等主要過(guò)流部件全采用抗磨高分子聚合材料制作，尚屬首家。經(jīng)山東省科技情報研究所查新檢索（報告編號：200637b2800816）：國內外未見(jiàn)與本項目相同研究的文獻報道。

（二）、對原型泵流道進(jìn)行了優(yōu)化設計

對原型泵葉輪、渦室、吸入口徑、吐出口徑等過(guò)流部件根據篩選的非金屬材料配方進(jìn)行了優(yōu)化設計，適當降低流體的圓周速度，提高吸入和吐出流量，可降低固體顆粒對流道的撞擊，提高泵的抗汽蝕能力，增強泥漿泵的抗磨蝕性能。使泥漿泵長(cháng)期保持在工作區，壽命（生產(chǎn)能力）是鑄鐵泥漿泵3～4倍

（三）、發(fā)明了鍥形內芯模具

由于選用材料為高分子聚合工程塑料，泵體是由液態(tài)材料在模具中保溫實(shí)現大分子鏈接固化定型后再從模具中取出。若采用石膏材料做內芯模來(lái)完成制作，雖然能夠通過(guò)破碎芯模來(lái)實(shí)現取型，但是由于石膏材料導熱性差，會(huì )影響到工程塑料在聚合鏈接時(shí)的分子鏈長(cháng)度，從而影響其耐磨性。經(jīng)過(guò)多次模擬組圖分解試驗，將內芯模設計為圓柱定位芯塊和外周渦室芯塊兩部分，將外周渦室芯塊先從分型面剖切、再將上下兩部分用線(xiàn)切割方法分切成為八個(gè)鍥形塊，從而解決了內芯模從型腔內取出的難題。泵體外形的模具相對就簡(jiǎn)單了，在上下模具中考慮好與芯模的定位即可。這套全金屬加工的模具加工完畢后一次試產(chǎn)就做出了合格的泵體產(chǎn)品。

（四）、研究開(kāi)發(fā)出非金屬材料聚合新配方

選擇耐磨性好的非金屬（聚乙內酰胺）材料為主料，根據泵殼、葉輪、護板等主要過(guò)流部件采用非金屬制作，研制開(kāi)發(fā)非金屬材料聚合新配方，取得了成功效果。

（五）、試驗研究出非金屬大型泥漿泵成型新工藝

通過(guò)試驗研究，總結出非金屬大型泥漿泵泵殼、葉輪、護板等部件的非金屬材料聚合新技術(shù)和成型新工藝，并熟練掌握，生產(chǎn)出高質(zhì)量的成品。

（六）、開(kāi)發(fā)出襯膠護板新產(chǎn)品       

在開(kāi)發(fā)全非金屬大型泥漿泵的基礎上，研制開(kāi)發(fā)出襯膠前后護板新產(chǎn)品，與非金屬泥漿泵配套，供用戶(hù)選擇組合，深受用戶(hù)歡迎。

經(jīng)山東省科技情報研究所查新檢索（報告編號：200637b2800816）：國內外未見(jiàn)與本項目相同研究的文獻報道。該成果在黃委會(huì )、水利屆、國內，都具有顯著(zhù)的創(chuàng )新性。

五、非金屬抗磨泥漿泵推廣應用前景及效益

（一）、推廣應用前景

實(shí)踐證明，10FGKN-30非金屬耐磨泥漿泵，具有結構合理，選材新穎、重量輕、易安裝、效率高、耐磨好，使用壽命長(cháng)等突出優(yōu)點(diǎn)。不僅適用于黃河機淤生產(chǎn)，并在沿海抽砂、造田工程和青海西寧清淤中得到應用，具有較高的應用和推廣價(jià)值。根據水利部、黃委會(huì )已經(jīng)做出的黃河淤背固堤中長(cháng)期規劃，中期規劃平均淤寬100m，黃河下游河南、山東兩省黃河大堤機淤固堤尚需土方7億m3。10FGKN—30非金屬抗磨泥漿泵具有廣闊的推廣應用前景，潛在著(zhù)巨大的社會(huì )經(jīng)濟效益。

（二）、社會(huì )經(jīng)濟效益

自2002年8月至2005年12月，已銷(xiāo)往河南、山東黃河等各施工單位86臺，并在沿海抽砂、造田工程和青海西寧清淤中得到應用。

經(jīng)綜合核算, 10FGKN—30非金屬抗磨泥漿泵加工制造成本34000元/臺（以配備2套低合金鑄鋼葉輪計）,銷(xiāo)售單價(jià)48000元/臺。推廣銷(xiāo)售86臺套,完成產(chǎn)值86×4.8=412.8萬(wàn)元，創(chuàng )利稅412.8－86×3.4=120.4萬(wàn)元，凈利潤120.4×(1－6%)=115.584萬(wàn)元。

經(jīng)運轉分析，使用10FGKN—30非金屬抗磨泥漿泵比10EPN-30型鑄鐵泥漿泵折舊費可降低0.2054元/ m3，運轉費降低0.16元/m3，土方綜合生產(chǎn)成本下降了0.2054+0.16=0.3654元/ m3。自2002年問(wèn)世以來(lái)，已銷(xiāo)售86臺。按抽沙能力的下限淤沙30萬(wàn)m3/臺推算，可生產(chǎn)機淤方86×30=2580萬(wàn)m3，創(chuàng )產(chǎn)值2580×4.5(計劃單價(jià):元/ m3 )=12825萬(wàn)元,創(chuàng )利稅12825-2580×2.5(綜合生產(chǎn)成本: 元/ m3)=5160萬(wàn)元,節省生產(chǎn)投資2580×0.3654=942.7萬(wàn)元。

該成果為機淤固堤施工提供了一種、耐磨新型設備，提高了機淤固堤施工的科學(xué)技術(shù)水平。在確保防洪安全、保證安全生產(chǎn)、改善勞動(dòng)條件、消除公害污染、減輕自然災害、有利于生態(tài)平衡和促進(jìn)社會(huì )發(fā)展等方面所發(fā)揮的作用。

六、主要完成單位

山東黃河河務(wù)局科技處   濟南黃河鼎立實(shí)業(yè)有限責任公司（于2008年改名為：濟南金鼎諾泵業(yè)有限公司）

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七、主要完成人

趙世來(lái)  王宗波  李長(cháng)海  孫泉匯 郝彩萍  邱發(fā)財  蘇琳琳  王東桂  張昭平  劉興海  崔玉玲

本文轉自：水利部黃河水利委員會(huì )官網(wǎng) 黃河網(wǎng)  原文標題：《10FGKN—30非金屬抗磨泥漿泵研制》