專利名稱：氣化裝置中使用的泵及該泵的耐磨性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在氣化裝置中使用的泵，具體涉及ー種具有增強(qiáng)的耐磨性能的栗。
背景技術(shù)：
氣化裝置中使用的泵，例如在煤氣化裝置中使用的傳輸泵，通常在使用一段時間后就受到嚴(yán)重的磨損，需要進(jìn)行更換，這不僅會降低氣化過程的可靠性，還將使氣化成本顯著増加。因此，如何提高關(guān)鍵的氣化裝置中泵的耐磨性，進(jìn)而延長其使用壽命，從而增強(qiáng)氣化過程的可靠性并降低氣化成本成為業(yè)界的ー個重大難題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例一方面提供了一種在氣化裝置中使用的泵，該泵包括具有入口和出口的外殼以及設(shè)置于所述外殼內(nèi)且可相對所述外殼轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括一個輪轂和多個由輪轂部隔開的轉(zhuǎn)盤并界定了多個用來傳輸固態(tài)含碳原料的傳輸通道。所述泵還包括面向所述固態(tài)含碳原料的原料輸送面，且至少部分所述原料輸送面上形成有一定覆層。本發(fā)明的實(shí)施例另一方面提供了ー種增強(qiáng)氣化裝置中所使用的泵的耐磨性的方法。該方法包括在該泵的至少部分原料輸送面上形成一定覆層。
圖I為本發(fā)明一個實(shí)例中泵的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)描述。為了避免過多不必要的細(xì)節(jié)，在以下內(nèi)容中將不對習(xí)知的結(jié)構(gòu)或功能進(jìn)行詳細(xì)的描述?！皻饣到y(tǒng)”或“氣化裝置”是指將含碳物原料，如煤、焦炭、生物質(zhì)、浙青或含碳廢料等，與一定量的氧氣和(或)水蒸氣在高溫下反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣的系統(tǒng)。如圖I所示的實(shí)例中，一種在氣化裝置中用來輸送固態(tài)含碳原料的泵80包括ー個外殼82和一個設(shè)置于所述外殼82內(nèi)并可相對所述外殼82轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子88,其中所述外殼82具有一個用來接收含碳原料的入口 84和ー個用來輸出含碳原料的出ロ 86，所述轉(zhuǎn)子88包括一個輪轂90和由輪轂部隔開的多個轉(zhuǎn)盤92并在其間界定了多個所述入口 84和出口 86相同的傳輸通道94。所述泵80用于氣化裝置時，固態(tài)含碳原料，即包括固態(tài)含碳物質(zhì)，且還可能包括其他固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)物質(zhì)的原料，從入口 84輸入到所述泵80中，通過所述轉(zhuǎn)子88的驅(qū)動，轉(zhuǎn)盤92作用于傳輸通道94內(nèi)的固態(tài)含碳原料，使其向出ロ 86流動。所述泵80包括面向所述含碳原料的原料輸送面，在一實(shí)施例中，該原料輸送面包括外殼82的內(nèi)表面96、轉(zhuǎn)盤92及轉(zhuǎn)盤間的輪轂部形成的表面98、入口 84的內(nèi)表面102以及出口 86的內(nèi)表面104。在一些實(shí)施例中，至少部分所述原料傳輸面上形成有覆層。本文所述的“覆層”可以是指安裝或貼覆于一定表面的可移除的覆層，也可以是指通過表面處理或表面改性エ藝在一定表面形成的覆層，其中表面處理或表面改性可以(I)在表面涂鍍覆層；(2)使表面吸收化學(xué)物質(zhì)；(3)改變該表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)的化學(xué)特性；或(4)通過其他方法改變表面的特性，從而形成覆層。在一個實(shí)施例中，所述覆層是指安裝或貼覆于至少部分所述原料傳輸面上的可移除、可替代的耐磨覆層。所述耐磨覆層可用各種方式，包括但不限于以緊固件固定、幾何結(jié)構(gòu)固定、焊接、銅焊和/或粘接的方式安裝或貼覆于至少部分所述原料傳輸面上。在另ー實(shí)施例中，所述覆層是由包括離子注入和滲透的表面處理工藝形成的。在一實(shí)施例中，整個所述原料傳輸面上都有所述覆層。所述泵可以由金屬或合金制成。在一些實(shí)施例中，至少所述泵的一部分是由鎳、鈷或鐵基合金制成的。在一些實(shí)施例中，所述離子注入過程可以通過以下エ藝實(shí)現(xiàn)將泵放入處理腔內(nèi)；往該處理腔中充入含氬氣的氣體，至腔內(nèi)真空度約為O. 002Pa ;用熱電子發(fā)射、射頻或微波激勵產(chǎn)生冷等離子體，并使泵淹沒在等離子體中；以泵為陰極，由需要注入的元素形成的元 件(如金屬薄片)為陽極，施加10 20MeV的單向脈沖電壓，在高壓脈沖電壓作用下，使得等離子體中的電子從泵ー側(cè)被趕向陽極，而正離子則被加速沖向作為陰極的泵表面，產(chǎn)生離子注入效應(yīng)。由于被注入的泵淹沒在等離子體中，離子從泵的各個方向沖向泵表面，在泵表面各方向同時進(jìn)行離子注入。離子注入深度，也即離子注入層的厚度大約為IOnm到50m。其中，注入的元素或離子可以是鎢、釩、鈮、鉻或其組合。然后可對所述進(jìn)行離子注入后的泵進(jìn)行滲透處理。其中所述滲透處理可以是滲碳、滲氮、碳氮共滲、或類似的滲透擴(kuò)散處理過程。以滲碳過程為例，在一些實(shí)施例中，所述滲透過程可以通過以下エ藝實(shí)現(xiàn)將所述進(jìn)行離子注入后的泵在800°C左右退火I個小時左右；準(zhǔn)備滲碳爐，將滲碳爐加熱到大約800°C，向爐內(nèi)滴入滲碳劑或甲醇等裂解氣體進(jìn)行空爐滲碳，繼續(xù)將滲碳爐加熱到滲碳溫度，滲碳溫度一般為920 940°C，保溫大約I 2小時；待爐氣正常后，將所述退火后的泵放入爐中進(jìn)行滲碳，爐內(nèi)壓カ一般控制在50 lOOPa，滲碳時間大約為I 2個小吋。在滲碳過程中，擴(kuò)散進(jìn)入泵中的會和注入的離子反應(yīng)生成碳化物(例如鎢、釩、鈮、鉻等的碳化物)滲透層。但若所述滲透處理為其它滲透エ藝，則形成其它滲透層，例如，若所述滲透處理為滲氮エ藝，則會形成注入元素如鎢、釩、鈮、鉻等的氮化物層。在一些實(shí)施例中，所述滲透層的厚度小于2mm。在一實(shí)施例中，所述滲透層的厚度大約為1mm。在一些實(shí)施例中，通過所述離子注入和滲透處理形成的覆層包括離子注入層及在離子注入后進(jìn)ー步進(jìn)行滲透處理所形成滲透層。用X光電子能譜儀測定的滲層中的元素分布結(jié)果表明，在所述覆層中濃度有ー梯度，而不是像沉積所形成的覆層那樣會發(fā)生濃度的突變，因而具有很好的膜基結(jié)合力。所述覆層表面的硬度可高于1500Hv。在一些實(shí)施例中，所述覆層表面的維氏硬度可達(dá)2000 3000HV，從而具有很高的耐磨性，與沒有覆層的泵相比，具有所述覆層的泵耐磨性能提高了2 3倍。此外，在離子注入和滲碳的過程中，會在所述泵表面產(chǎn)生一定的壓應(yīng)カ，從而抑制裂紋的生成和擴(kuò)展，同時也能極大地提高泵的抗疲勞性能，這也可以進(jìn)ー步提高處于溫度波動環(huán)境中的泵的使用壽命。在一些實(shí)施例中，所述原料輸送面上的覆層也可以是由其他エ藝或方法形成的其他覆層。例如，其他適用的覆層材料包括但不限于MCrAlY(其中M為鈷、鎳或鈷鎳合金，Cr為鉻，Al為鋁，Y為釔)覆層、以及鋁、硅、鎂或鈣的氧化物的覆層等。此外，在一些實(shí)施例中，所述泵的除原料輸送面以外的其它表面、或者所述原料輸送面上沒有所述覆層的部分也可以通過其它處理工藝，如滲鋁エ藝，形成一定覆層。所述在其原料輸送面上具有覆層的泵在硬度和耐磨性能方面都得到很大的提高。試驗(yàn)證實(shí)，其用于輸送含碳原料時使用壽命得到顯著的増加。 雖然結(jié)合特定的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，對本發(fā)明可以作出許多修改和變型。因此，要認(rèn)識到，權(quán)利要求書的意圖在于覆蓋在本發(fā)明真正構(gòu)思和范圍內(nèi)的所有這些修改和變型。
權(quán)利要求
1.ー種用于氣化裝置中的泵，該泵包括具有入口和出口的外殼以及設(shè)置于所述外殼內(nèi)且可相對所述外殼轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括一個輪轂和多個由輪轂部隔開的轉(zhuǎn)盤并界定了多個用來傳輸固態(tài)含碳原料的傳輸通道，其特征在干所述泵還包括面向所述固態(tài)含碳原料的原料輸送面，且至少部分所述原料輸送面上形成有一定覆層。
2.如權(quán)利要求I所述的泵，其中所述覆層是由離子注入及滲透處理形成的。
3.如權(quán)利要求2所述的泵，其中所述泵至少部分由鎳、鈷或鐵基的合金制成。
4.如權(quán)利要求2所述的泵，其中所述注入的離子至少包括鎢、釩、鈮和鉻中的ー種。
5.如權(quán)利要求2所述的泵，其中所述滲透處理至少包括滲碳、滲氮和碳氮共滲中的一種。
6.如權(quán)利要求2所述的泵，其中所述覆層的厚度在10納米到50微米之間。
7.如權(quán)利要求2所述的泵，其中所述覆層的硬度高于1500Hv。
8.如權(quán)利要求2所述的泵，其中所述固態(tài)含碳原料包括煤、焦炭、生物質(zhì)、浙青和含碳廢料中的ー種或多種。
9.如權(quán)利要求I所述的泵，其中所述覆層是安裝或貼覆于至少部分所述原料傳輸面上的可移除、可替代的耐磨覆層。
10.如權(quán)利要求9所述的泵，其中所述耐磨覆層是用緊固件固定、幾何結(jié)構(gòu)固定、焊接、銅焊和/或粘接的方式安裝或貼覆于至少部分所述原料傳輸面上的。
11.ー種增強(qiáng)氣化裝置中使用的泵的耐磨性的方法，其包括在該泵的至少部分原料輸送面上形成一定覆層。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述形成覆層的過程包括 對所述泵進(jìn)行離子注入 '及 對所述泵的部分進(jìn)行滲透處理。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述離子注入的過程包括 使所述泵淹沒在等離子體中；及 以所述泵為陰極，待注入元素形成的物體為陽極，施加電壓，使得所述物體中所含的待注入元素以離子形式移向作為陰極的泵的表面。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述施加的電壓為IOMe到20MeV的脈沖電壓。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述注入的離子至少包括鎢、釩、鈮和鉻中的一種。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述離子注入深度為IOnm到50u m。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述滲透處理為滲碳，所述滲碳條件包括溫度為920 940°C，壓カ為50 lOOPa，滲碳時間為I 2小時。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述滲透處理形成的滲透層厚度小于2mm。
19.如權(quán)利要求12所述的方法，在所述離子注入和滲透處理之間還包括對所述離子注入后的泵進(jìn)行退火處理的步驟。
20.如權(quán)利要求11所述的方法，所述覆層是用緊固件固定、幾何結(jié)構(gòu)固定、焊接、銅焊和/或粘接的方式安裝或貼覆于至少部分所述原料傳輸面上的可移除、可替代的耐磨覆層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在氣化裝置中使用的泵以及增強(qiáng)該泵的耐磨性的方法，該泵包括具有入口和出口的外殼以及設(shè)置于所述外殼內(nèi)且可相對所述外殼轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括一個輪轂和多個由輪轂部隔開的轉(zhuǎn)盤并界定了多個用來傳輸固態(tài)含碳原料的傳輸通道。所述泵還包括面向所述固態(tài)含碳原料的原料輸送面，且至少部分所述原料輸送面上形成有一定覆層。
文檔編號C23C10/00GK102649915SQ20111015563
公開日2012年8月29日 申請日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月28日
發(fā)明者史蒂文.羅素, 曾才, 朱迪絲.科麗, 詹姆斯.斯托利, 趙利德, 郭明虎, 陳衛(wèi) 申請人:通用電氣公司