本發(fā)明涉及一種熔鹽泵組合式葉輪，特別涉及一種用來(lái)輸送導(dǎo)熱熔鹽介質(zhì)的熔鹽泵的葉輪，屬于機(jī)械泵技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

本發(fā)明所述熔鹽泵，主要是指太陽(yáng)能光熱發(fā)電裝備中，用來(lái)輸送儲(chǔ)存在熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)高低溫儲(chǔ)罐內(nèi)熔鹽的液下長(zhǎng)軸熔鹽泵。

以往的這類熔鹽泵，使用溫度一般在400℃以下，且其熔鹽的流量也不大，因而采用通常精密制造工藝整體制造的熔鹽泵，即可以滿足其實(shí)際運(yùn)行的需求。

然而，隨著太陽(yáng)能光熱發(fā)電事業(yè)的迅猛發(fā)展，所述熔鹽泵不僅需求量大增，而且其使用溫度達(dá)到600℃。高溫、高速流動(dòng)的熔鹽液流，必然會(huì)對(duì)熔鹽泵的葉輪造成快速損害的嚴(yán)重問(wèn)題。

而當(dāng)下已有技術(shù)的熔鹽泵的葉輪，均系不銹鋼整體鑄件制品。由于所述鑄件制品不僅不可避免地存在縮松，夾雜和氣孔等鑄造缺陷，而且其組織結(jié)構(gòu)較多的是粗大的枝狀結(jié)晶體和柱狀晶粒，組織質(zhì)地相對(duì)比較松軟，因而所述葉輪鑄件制品，不但其機(jī)械物理性能較差，而且缺乏耐高溫、耐磨損、抗氧化和抗腐蝕等功能，很難勝任長(zhǎng)年累月高溫、高速輸送介質(zhì)熔鹽的工作。

為了給太陽(yáng)能能源開(kāi)發(fā)利用，提供先進(jìn)而可靠的裝備支持，對(duì)已有技術(shù)的熔鹽泵葉輪，進(jìn)行具有實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，而提供一種能夠保障其長(zhǎng)期處于良好工作狀態(tài)的熔鹽泵，便成為業(yè)內(nèi)的迫切期待。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種耐高溫、耐磨損、抗氧化和抗腐蝕的熔鹽泵組合式葉輪，以滿足太陽(yáng)能光熱電站的需求。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其目的的技術(shù)構(gòu)想，一是用優(yōu)質(zhì)不銹鋼鍛件取代原來(lái)的鑄件，以其從本質(zhì)上提升葉輪的力學(xué)性能，及其在高溫、高速和強(qiáng)腐蝕性之工作環(huán)境下的工作能力；二是將葉輪的結(jié)構(gòu)分列為葉輪主體和端蓋2個(gè)制件，并通過(guò)兩者同中心固定連接而構(gòu)成葉輪整體制品，以方便制造工藝的實(shí)施；三是在葉輪主體和端蓋兩者的凡是與熔鹽接觸的部位，均布設(shè)有膜系結(jié)構(gòu)的保護(hù)層，以其保障葉輪在苛刻環(huán)境下長(zhǎng)期存在并良好工作；四是葉輪主體采取不銹鋼鍛餅，并經(jīng)多軸聯(lián)動(dòng)加工中心雕切成型的工藝策略加工生產(chǎn)。通過(guò)以上4點(diǎn)技術(shù)構(gòu)想的實(shí)施，從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。

基于以上所述技術(shù)構(gòu)想，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其目的的技術(shù)方案是：

一種熔鹽泵組合式葉輪，其創(chuàng)新點(diǎn)在于：

a、所述葉輪由具有葉片的葉輪主體和端蓋兩者同中心固定連接而構(gòu)成一符合設(shè)計(jì)要求的完整的葉輪；

b、所述葉輪主體和端蓋，兩者均是不銹鋼鍛餅經(jīng)機(jī)械加工而成型的制成品；

c、所述葉輪主體和端蓋在兩者組合后的工況下，凡是與其所輸送介質(zhì)熔鹽接觸部位的表面上，均布設(shè)有保障其長(zhǎng)期良好工作狀態(tài)的保護(hù)層。

基于本發(fā)明技術(shù)構(gòu)想，可以清楚地明了，本發(fā)明主旨技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了其所要實(shí)現(xiàn)的目的。

為了讓本發(fā)明能夠在高溫、高速和高腐蝕的環(huán)境下長(zhǎng)期勝任其工作，采用不銹鋼作為葉輪主體和端蓋的鍛餅原料，那是必須這樣做的。然而，本發(fā)明經(jīng)驗(yàn)證和分析了奧氏體不銹鋼OCr17Ni12Mo2N的化學(xué)物理性能后認(rèn)知，由于這種所述不銹鋼中含有N，而提高了強(qiáng)度，但不降低其塑性，且具有非常良好的耐蝕性、耐熱性和沖壓、鍛造等熱加工性，無(wú)熱處理硬化現(xiàn)象。為此本發(fā)明優(yōu)選奧氏體不銹鋼OCr17Ni12Mo2N，為本發(fā)明葉輪主體和端蓋鍛餅的材料。但并不局限于此。

有鑒于介質(zhì)熔鹽的流速與熔鹽泵損害速率成正比，因而必須控制熔鹽流速在安全范圍之內(nèi)。

為了防止熔鹽流速引起熔鹽泵葉輪的腐蝕損害，本發(fā)明特地對(duì)葉輪作了表面處理，以有效提升其自我保護(hù)功能。

而所述表面處理，本發(fā)明優(yōu)選的是：在葉輪主體和端蓋工況下接觸熔鹽部位所布設(shè)的保護(hù)層是膜系結(jié)構(gòu)層，所述膜系保護(hù)層自葉輪主體和端蓋表面起始，由內(nèi)至外依次是表面不銹鋼重構(gòu)層，TiN氮化鈦層和Si₃N₄氮化硅層。其中所述的表面重構(gòu)層，是具有一定厚度的高強(qiáng)度離子轟擊層，它不單對(duì)產(chǎn)品主體表面作了十分有效的除害處理（去除氧化皮和油污等雜物），而且還有效提高了所述主體表面致密性和與在后鍍層的粘著牢度。

而其中Si₃N₄是一種共價(jià)化合物陶瓷，是一種結(jié)構(gòu)單元為[Si₃N₄]四面體，即硅原子位于四面體的中心，其周圍有四個(gè)氮原子，且分別位于四面體的四個(gè)頂點(diǎn)，然后，以每三個(gè)四面體共有一個(gè)原子的形式，在三維空間形成連續(xù)又堅(jiān)固的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。所述氮化硅的很多優(yōu)異的化學(xué)物理性能都源于此結(jié)構(gòu)。例如:其分解溫度在空氣中為1800℃，由于其熱膨脹系數(shù)低，導(dǎo)熱率高，而其耐熱沖擊性能極佳，具有很高的強(qiáng)度和抗沖擊能力，其使用溫度可達(dá)到1300℃，且受熱后不會(huì)熔成融體，一直到1900℃才會(huì)分解；另外Si₃N₄還具有良好的自潤(rùn)滑性能，且使用在100-800℃溫度區(qū)間不會(huì)產(chǎn)生因溫差造成的膨脹和收縮。

基于Si₃N₄如上所述的化學(xué)物理性能，本發(fā)明優(yōu)選其為所述保護(hù)層的面層，是有理由的，是謀求本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其目的的正確選擇。但并不局限于此。

而所述TiN氮化鈦層，是所述葉輪主體和端蓋表面重構(gòu)層與Si₃N₄外層之間的過(guò)渡連接層。通過(guò)TiN氮化鈦層的過(guò)渡，以令Si₃N₄氮化硅層與表面重構(gòu)層牢固粘結(jié)在一起。

本發(fā)明基于其使用性能和性價(jià)比的考慮，其優(yōu)選地所述表面不銹鋼重構(gòu)層，是經(jīng)高能離子束轟擊的組織致密的原子活化層，而所述TiN氮化鈦層的厚度在1~3μm范圍內(nèi)，所述Si₃N₄氮化硅層的厚度在3~5μm范圍內(nèi)。但并不局限于此。

本發(fā)明之葉輪主體與端蓋的同中心連接，應(yīng)該是與其最終葉輪準(zhǔn)確成型和長(zhǎng)期正常工作至關(guān)重要的技術(shù)關(guān)鍵，而兩者連接的強(qiáng)度和連接部位的防泄漏問(wèn)題，則是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。本發(fā)明通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)論證，而主張所述葉輪主體制成品與端蓋制成品兩者同中心固定連接的結(jié)構(gòu)方式，是以下三種連接結(jié)構(gòu)方式中的一種，或者是其中所述二種以上連接結(jié)構(gòu)方式的結(jié)合：

第一種連接結(jié)構(gòu)方式是螺栓固定連接；所述的螺栓固定連接，是由至少三個(gè)雙頭螺栓均勻布置在所述葉輪1/2~2/3半徑范圍內(nèi)所作的同一圓弧線上，且分別由2個(gè)扁平螺母對(duì)所述葉輪主體和端蓋實(shí)施無(wú)縫對(duì)栓的固定連接；

第二種連接結(jié)構(gòu)方式是鉚合固定連接；所述的鉚合固定連接，是在所述葉輪1/2~2/3半徑范圍內(nèi)所作的同一圓弧線上的葉片部位，分別沿軸向布設(shè)鉚合立柱，且分別通過(guò)鉚合立柱經(jīng)由鉚釘對(duì)所述葉輪主體和端蓋實(shí)施無(wú)縫鉚合的固定連接；

第三種連接結(jié)構(gòu)方式是釬焊固定連接；所述釬焊固定連接，是在所述葉輪主體和端蓋兩者的對(duì)合面之間，布設(shè)片狀鎳基釬料且通過(guò)加熱令釬料熔化，再經(jīng)冷凝后所形成的釬焊接頭，將所述葉輪主體與端蓋實(shí)施無(wú)縫釬焊的固定連接。

在具體實(shí)踐中，要求有效提高葉輪主體和端蓋合縫面的加工精度，使之嚴(yán)格做到嚴(yán)絲合縫。必要時(shí)，可以在兩者對(duì)合合縫部位，且在螺栓連接和鉚接的條件下，加設(shè)純銅箔墊片，以嚴(yán)防熔鹽泵泄漏。

在所述三種連接結(jié)構(gòu)形式中，本發(fā)明優(yōu)選地是采用鎳基硬質(zhì)焊片的釬焊連接。釬焊時(shí)，對(duì)被釬焊焊接葉輪主體和端蓋裝接表面經(jīng)清洗后，把釬料布置在兩者的裝接面之間，經(jīng)加熱至釬料熔化溫度后，釬料熔化并浸潤(rùn)所述焊件表面，液態(tài)釬料借助毛細(xì)管作用，而沿裝接縫流動(dòng)鋪展，且進(jìn)行互相融合，相互滲透，繼而形成合金層，冷凝后即形成釬接接頭，而令葉輪主體與端蓋連接在一起。

而所述的螺栓固定連接和鉚合固定連接，應(yīng)當(dāng)注意其螺栓螺母和鉚釘?shù)牟贾貌课?，絕對(duì)不能與其他機(jī)械構(gòu)件發(fā)生相互干涉，而所述干涉包括靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

上述技術(shù)方案得以全面實(shí)施后，本發(fā)明所具有的結(jié)構(gòu)合理，耐高溫、耐磨損、抗氧化及抗腐蝕性能優(yōu)異，和使用期限長(zhǎng)等特點(diǎn)，是顯而易見(jiàn)的。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的葉輪主體1的主視示意圖；

圖2為圖1的剖視圖；

圖3為本發(fā)明的端蓋2的主視剖面示意圖；

圖4為本發(fā)明葉輪的裝配示意圖（釬焊連接）；

圖5為保護(hù)層3的膜系結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為葉輪主體1與端蓋2螺栓固定連接的結(jié)構(gòu)局部剖面示意圖；

圖7為葉輪主體1與端蓋2鉚合固定連接的結(jié)構(gòu)局部剖面示意圖。

具體實(shí)施方式

以下對(duì)照附圖，通過(guò)具體實(shí)施方式的描述，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

具體實(shí)施方式之一，如附圖1~6所示，

一種熔鹽泵組合式葉輪，其：

a、所述葉輪由具有葉片1-1的葉輪主體1和端蓋2兩者同中心固定連接而構(gòu)成一符合設(shè)計(jì)要求的完整的葉輪；

b、所述葉輪主體1和端蓋2，兩者均是不銹鋼鍛餅經(jīng)機(jī)械加工而成型的制成品；

c、所述葉輪主體1和端蓋2在兩者組合后的工況下，凡是與其所輸送介質(zhì)熔鹽接觸部位的表面上，均布設(shè)有保障其長(zhǎng)期良好工作狀態(tài)的保護(hù)層3。

而所述葉輪主體1和端蓋2不銹鋼鍛餅，均是符合工藝要求的OCr17Ni12Mo2N奧氏體不銹鋼鍛餅。

而所述在葉輪主體1和端蓋2工況下接觸熔鹽部位所布設(shè)的保護(hù)層3是膜系結(jié)構(gòu)層，所述膜系保護(hù)層3自葉輪主體1和端蓋2表面起始，由內(nèi)至外依次是表面不銹鋼重構(gòu)層3-1，TiN氮化鈦層3-2和Si₃N₄氮化硅層3-3。

而所述表面不銹鋼重構(gòu)層3-1，是經(jīng)高能離子束轟擊的組織致密的原子活化層，而所述TiN氮化鈦層3-2的厚度在1~3μm范圍內(nèi)，所述Si₃N₄氮化硅層3-3的厚度在3~5μm范圍內(nèi)。

而所述葉輪主體1制成品與端蓋2制成品兩者同中心固定連接的結(jié)構(gòu)方式，是螺栓固定連接4；所述的螺栓固定連接4，是由至少三個(gè)雙頭螺栓4-1均勻布置在所述葉輪1/2~2/3半徑范圍內(nèi)所作的同一圓弧線上，且分別由2個(gè)扁平螺母4-2對(duì)所述葉輪主體1和端蓋2實(shí)施無(wú)縫對(duì)栓的固定連接。

具體實(shí)施方式之二，如附圖1~5和7所示，

一種熔鹽泵組合式葉輪，其所述葉輪主體1與端蓋2兩者固定連接的結(jié)構(gòu)方式，是鉚合固定連接5；所述的鉚合固定連接5，是在所述葉輪1/2~2/3半徑范圍內(nèi)所作同一圓弧線上的葉片1-1部位，分別沿軸向布設(shè)鉚合立柱5-1，且分別通過(guò)鉚合立柱5-1經(jīng)由鉚釘5-2對(duì)所述葉輪主體1和端蓋2實(shí)施無(wú)縫鉚合的固定連接。除此之外，其它均如同具體實(shí)施方式之一。

具體實(shí)施方式之三，如附圖1~5所示。

一種熔鹽泵組合式葉輪，其所述葉輪主體1與端蓋2兩者同中心固定連接的結(jié)構(gòu)方式，是釬焊固定連接6；所述釬焊固定連接6，是在所述葉輪主體1和端蓋2兩者的對(duì)合面之間，布設(shè)片狀鎳基釬料6-1且通過(guò)加熱令釬料6-1熔化，再經(jīng)冷凝后所形成的釬焊接頭6-2，將所述葉輪主體1與端蓋2實(shí)施無(wú)縫釬焊的固定連接。除此之外，其它均如同具體實(shí)施方式之一。

其它的具體實(shí)施方式，還可以是所述葉輪主體1與端蓋2的固定連接方式，是釬焊與螺栓兩者結(jié)合的固定連接方式，或者是釬焊與鉚合兩者結(jié)合的固定連接方式，或者是螺栓與鉚合兩者結(jié)合的固定連接方式，或者是釬焊、螺栓和鉚合三者結(jié)合的固定連接方式。

如以上實(shí)施方式所描述的熔鹽泵組合式葉輪初樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在500次冷熱循環(huán)條件下，即工作7小時(shí)，停運(yùn)1小時(shí)，反復(fù)運(yùn)行500次，未發(fā)現(xiàn)葉輪有任何損壞現(xiàn)象。試驗(yàn)還在繼續(xù)進(jìn)行中。根據(jù)業(yè)內(nèi)專家預(yù)測(cè)，本發(fā)明比以往的鑄造型葉輪，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，從而實(shí)現(xiàn)其所要實(shí)現(xiàn)的目的。