螺杆泵定子与转子材质选型：介质磨蚀性与温度的对照

单螺杆泵靠定子橡胶与转子金属之间的过盈配合形成连续密封腔，介质沿轴向被一段段推向出口，这个结构决定了它的寿命几乎完全由一对摩擦副的材质匹配决定。上海蓝海泵业制造有限公司在配套服务中见到的失效案例，多数不是泵体强度不够，而是橡胶选错介质、转子选错磨蚀等级。截至 2026 年 10 月，常用定子胶种仍是丁腈橡胶、三元乙丙、氟橡胶与聚氨酯几类，转子则集中在 40Cr 镀硬铬、2Cr13、316L 与高铬合金。本文把介质相容性与温度上限作为两条主线，把材质对照、过盈量修正与更换判据放在同一张核对表里讨论。

一、定子橡胶与介质的相容性对照

1. 丁腈橡胶 NBR：含油介质的常规选项

丁腈橡胶由丁二烯与丙烯腈共聚而成，丙烯腈含量通常在 18%~50%。丙烯腈比例越高，对矿物油、液压油、柴油与动植物油的耐受能力越强，耐寒性与弹性相应下降。输送含油污水、原油脱水后的乳化液、切削液时，NBR 是常规选择，成本与加工性也便于做成较长的定子。

它的短板在极性溶剂一侧：不耐芳烃（苯、甲苯、二甲苯）、酮、酯与强氧化性酸。介质中芳香烃含量偏高时，橡胶体积溶胀明显，定子内腔被撑大或局部鼓包，过盈量沿轴向分布变得不均匀，摩擦热集中，寿命随之下降。选 NBR 之前应确认介质中是否含有清洗剂、稀释剂这类容易被忽略的溶剂组分。

2. 三元乙丙 EPDM：耐水、耐酸碱与极性介质

EPDM 主链饱和，耐老化、耐臭氧、耐水与耐热水的性能突出，对醇、酮、乙二醇、弱酸弱碱以及多数极性溶剂稳定。污水处理、污泥输送、石灰浆、造纸白水等工况常选 EPDM，食品行业的清水与糖浆输送也有应用。

它的短板是不耐矿物油与芳烃。接触润滑油、柴油、汽油后溶胀迅速，体积变化率可能超过 30%，定子抱死转子的事故多由此而来。现场常见的误判是“介质主要是水，只有少量油”，实际上几个百分点的持续含油就足以让 EPDM 逐步溶胀，表现为运行一周后扭矩上升、电机过载。

3. 氟橡胶 FKM：耐溶剂与高温的选项

FKM 分子主链含氟，对矿物油、合成油、芳烃、卤代烃与多数有机溶剂的耐受能力明显优于 NBR，长期使用温度上限可达 150~180 ℃。含溶剂的化工残液、高温导热油、含芳烃的油品适合选 FKM，制药与精细化工的物料输送也常见这一胶种。

它不耐酮、酯、胺、氨与热水蒸汽，价格约为 NBR 的数倍。常温清水工况使用 FKM 属于性能冗余，采购成本上升但寿命未必改善，因为清水工况的失效形式是磨损而不是溶胀。选 FKM 的前提是介质中确实存在 NBR 无法承受的溶剂或温度，而不是“用贵的更保险”。

4. 聚氨酯 PU 与氢化丁腈 HNBR

聚氨酯的耐磨性在常用定子材料中较为突出，硬度可做到邵尔 A 80 以上，适合含细砂、矿粉的磨蚀性浆体。它的耐水解性差，长期浸水或介质温度超过 60 ℃ 时易水解发脆，表现为定子表面出现裂纹与掉屑，因此多用于含水率不高或间歇运行的浆体工况。

HNBR 在 NBR 基础上氢化，耐油性能保持的同时把温度上限提高到 120~150 ℃，耐磨与耐老化也有改善。成本介于 NBR 与 FKM 之间，适合高温含油污水、油田采出液等既含油又有温度的场合。它的耐溶剂能力仍不及 FKM，含芳烃介质不能靠 HNBR 顶替。

5. 相容性判据与浸泡试验

判断橡胶能否用于某种介质，行业里惯用的做法是按 GB/T 1690—2010《硫化橡胶或热塑性橡胶 耐液体试验方法》做浸泡试验，测定体积变化率、硬度变化与拉伸强度保持率。工程上常以体积变化率不超过 10%、硬度变化不超过 10 个邵尔 A 单位为初步判据，超过则视为不相容。

浸泡试验的条件应贴近实际：介质浓度按生产配比、温度按运行温度、时间不少于 72 h，连续运行的工况宜做到 168 h。只提供介质名称而不提供浓度与温度，厂家只能按通用数据推荐，误差往往就出在这一步。含混合物、含微量溶剂的介质，建议直接寄样做浸泡。

• 含矿物油、动植物油的介质优先选 NBR 或 HNBR，不要用 EPDM。
• 含芳烃、酮、酯或有机溶剂的介质应选 FKM，并核对具体溶剂牌号与浓度。
• 清水、污水、弱酸弱碱与含醇介质可选 EPDM，但须确认不含任何油品。
• 含细颗粒的磨蚀性浆体可考虑 PU，介质温度不宜超过 60 ℃。
• 相容性以浸泡试验的体积变化率为准，按 GB/T 1690—2010 执行。

二、转子材质：磨蚀性与氯离子的两条判据

1. 40Cr 调质镀硬铬：常规清水与污水的默认项

40Cr 经调质处理后表面镀硬铬，铬层厚度常见 20~50 μm，表面硬度可达 HV 800 以上，成本与可加工性平衡较好，是清水、生活污水与含少量细颗粒介质的常规配置。转子经过磨削后与定子内腔配合，尺寸精度容易保证。

铬层的弱点是薄且脆。介质中含尖锐砂粒、焊渣或氧化皮时，铬层容易被划伤，划伤处基体裸露，腐蚀与磨损同步发生。含氯离子的介质中，铬层一旦出现针孔，40Cr 基体的锈蚀会沿孔向内扩展，表面看只是一个小点，实际已经形成蚀坑并破坏配合面。

2. 2Cr13 马氏体不锈钢：耐磨优先的中间档

2Cr13 属马氏体不锈钢，淬火回火后硬度可达 HRC 45~50，耐磨性优于普通碳钢，适合含细颗粒的中性污水、纸浆与一般工艺物料。它的耐蚀性来自约 13% 的铬，在弱腐蚀介质中表现尚可，但耐氯离子能力有限，含盐废水中仍会出现点蚀。

选用 2Cr13 时要区分“磨蚀为主”与“腐蚀为主”两种工况。含砂但水质中性的工况，2Cr13 的硬度优势能体现出来；含盐、含氯离子且温度偏高的工况，硬度再高也挡不住点蚀，此时应转向含钼的不锈钢。把 2Cr13 当作“不锈钢就不会锈”的通用材料，是含盐项目中常见的误判。

3. 316L 与双相不锈钢：氯离子工况的选择

316L 靠 2%~3% 的钼提高抗点蚀能力，常温中性介质中可承受数百 mg/L 的氯离子，适合含盐地下水、海水淡化前端与化工清液。双相不锈钢的屈服强度与抗应力腐蚀能力更强，含氯离子且含少量磨蚀颗粒时更为合适。

这两种材料的硬度低于 2Cr13 与高铬合金，耐磨性不占优势。介质中同时含盐与含砂时，单靠 316L 往往出现“不锈但磨得快”的现象，解决方向是提高表面硬度而不是继续提高铬镍含量，例如表面喷涂碳化钨或改用高铬合金基体。

4. 高铬合金与表面强化

介质中含石英砂、矿粉、氧化铁皮等硬颗粒时，定子与转子的磨损同步加剧，转子可选高铬合金，硬度可达 HRC 55 以上，耐磨性明显优于镀铬层。代价是加工难度与成本上升，且高铬材料的耐氯离子腐蚀能力并不随硬度同步提高。

含盐又含砂的工况需要在耐磨与耐蚀之间取平衡，常见做法是转子用双相不锈钢基体加表面喷涂碳化钨，或在高铬合金表面做钝化处理。选择哪种方案，取决于颗粒粒径、含固量与氯离子浓度的相对强弱，三者中哪一项先导致失效，材料就应向那一侧倾斜。

• 中性清水与生活污水可选 40Cr 镀硬铬，铬层厚度按 20~50 μm 控制。
• 含细颗粒的中性污水可升级到 2Cr13，硬度 HRC 45~50。
• 含盐介质优先 316L 或双相不锈钢，不要用 2Cr13 硬扛氯离子。
• 含石英砂、矿粉的高磨蚀工况宜选高铬合金或碳化钨喷涂转子。
• 定子与转子构成摩擦副，含砂工况应同时提高两者的耐磨等级。

三、温度对定子的影响与各材质温度上限

1. 各胶种的温度上限

NBR 的长期使用温度上限约 90~100 ℃，工程上多按 80 ℃ 以下控制；EPDM 约 120 ℃，过热水与蒸汽冷凝水工况常用；FKM 约 150~180 ℃；PU 约 60~70 ℃；HNBR 约 120~150 ℃。这些数值是材料的连续使用上限，短时停车或冲洗温度可以略高，但不能作为设计依据。

介质温度接近上限时，橡胶的压缩残余变形加快，过盈量衰减，泵的容积效率随运行时间下降。表现为新定子投运时流量正常，运行两三个月后同一转速下流量下滑，操作人员往往误判为泵体磨损，实际是定子橡胶失去了回弹能力。

2. 热膨胀与过盈量的耦合

橡胶的线膨胀系数约为金属的十倍量级，温度升高时定子内腔收缩与橡胶膨胀叠加，使过盈量增大。常温装配时合适的 0.2~0.5 mm 直径过盈，在 80 ℃ 工况下可能增加数成，摩擦扭矩与温升形成正反馈：过盈增大导致发热，发热又使橡胶进一步膨胀。

高温工况选型时应把过盈量按温度修正，或选热膨胀较小、耐温更高的胶种，不要沿用常温样本值。介质温度超过 80 ℃ 的项目，建议在技术协议中写明运行温度与启停频次，由厂家调整定子内腔尺寸，把常温过盈量下调。

3. 转速、散热与干转

定子的热量主要由介质带走，介质流量偏小、含气量高或间歇输送时，散热条件变差，实际允许的过盈量与转速都要下调。单螺杆泵的转速常见 100~500 r/min，含固或高温工况宜降到 150 r/min 以下，转速降低后单位时间摩擦行程减少，定子温升随之下降。

短时干转会让定子温度在数十秒内急剧上升，橡胶表面出现焦化与撕裂。液位保护、断料停机与干转保护是定子寿命的基本保障，尤其是间歇投料的场合，靠操作人员盯液位并不可靠。橡胶老化速率近似遵循每升高 10 ℃ 反应速率约翻倍的规律，长期超温 10 ℃ 就可能把寿命缩短一半。

• NBR 按 80 ℃ 以下控制，EPDM 与 HNBR 约 120 ℃，FKM 约 150~180 ℃，PU 约 60~70 ℃。
• 橡胶膨胀系数约为金属的十倍量级，高温工况须按温度修正过盈量。
• 含固或高温工况把转速降到 150 r/min 以下，可明显降低定子温升。
• 液位保护与断料停机是避免定子干转焦化的基本措施。

四、按介质类型给出选型组合

1. 含固颗粒的浆体

矿浆、砂石冲洗水、造纸涂布浆等含固介质，磨损是主要失效形式。定子宜选高硬度 NBR 或 PU，转子选高铬合金或碳化钨喷涂，转速降到 150 r/min 以下，必要时加冲洗水稀释入口浓度。含固量与粒径的组合决定磨损速率，颗粒越粗、棱角越尖锐，定子内腔的划伤越明显。

工程经验上，含固量超过 5% 或颗粒粒径上限超过 2 mm 时，应与厂家核对定子过盈与万向节结构，避免颗粒在过盈面内楔入造成撕裂。入口管路的流速也要控制，流速偏低会让颗粒沉积，下一次启动时形成瞬时高浓度磨损。

2. 含油介质

原油、含油污水、废乳化液、切削液等含油介质，橡胶的耐油性是首要判据。NBR 与 HNBR 是常规选择，含芳烃或溶剂的油品需选 FKM。含油介质中常伴有少量水与气，NBR 长期浸在含水油中会出现水解与溶胀叠加，HNBR 的表现更稳定。

用 EPDM 输送含油介质是现场常见的错误组合，橡胶数天内就可能溶胀抱死。另一种隐蔽情况是介质本身不含油，但上游设备漏油、或清洗时用柴油冲洗管路，残留油品同样会让 EPDM 定子失效，这类问题在排查时应一并确认。

3. 酸碱与盐溶液

稀硫酸、盐酸、氢氧化钠、次氯酸钠等介质，要同时看浓度、温度与氯离子。EPDM 对稀酸稀碱稳定，FKM 对强氧化性酸的耐受有限，次氯酸钠等氧化性介质会使多数橡胶老化。转子在酸性介质中应选 316L 或双相不锈钢，含氯离子时避免用 2Cr13。

介质浓度与温度的组合影响很大，同一种酸在常温与 60 ℃ 下对橡胶的作用可能差出一个等级。选型时应提供实际工况温度而不是常温数据，并提供是否连续运行、是否频繁启停这两项信息，因为它们决定橡胶是长期浸泡还是反复干湿交替。

4. 有机溶剂

苯、甲苯、二氯甲烷、丙酮、乙酸乙酯等溶剂对橡胶的溶胀作用强烈，NBR、EPDM、PU 基本不适用，FKM 是常用选项，但酮、酯、胺类溶剂仍会使 FKM 溶胀。溶剂工况还需关注橡胶萃取物对介质的污染，食品与制药行业还要满足卫生要求。

此类工况的材质选择建议以浸泡试验数据为准，按 GB/T 1690—2010 测定体积变化率，并同时测定质量变化与硬度变化。溶剂纯度、含水量与温度三项都会改变结果，实验室用分析纯试剂做的数据，与实际工业级溶剂中的表现可能不同，必要时用现场介质取样试验。

• 含固浆体按高硬度 NBR 或 PU 定子配高铬转子，转速降到 150 r/min 以下。
• 含油介质用 NBR 或 HNBR，含芳烃与溶剂时改用 FKM，不要用 EPDM。
• 酸碱介质兼顾浓度、温度与氯离子，酸性工况转子选 316L 或双相不锈钢。
• 有机溶剂工况以浸泡试验数据为准，同时测定体积、质量与硬度变化。

五、过盈量与寿命的关系

1. 过盈量提供密封，也产生热量

单螺杆泵靠定子内腔与转子的过盈形成密封线，把介质沿轴向一段段推向出口。过盈量不足，高低压腔之间泄漏增大，容积效率下降，表现为流量不足与出口压力波动；过盈量过大，摩擦扭矩上升，定子温升加快，橡胶的压缩残余变形与磨损同步加剧。

常规单螺杆泵的直径过盈量在 0.2~0.5 mm，具体数值由胶种硬度、转子尺寸与工况温度共同决定。硬度高、直径大的定子取偏大值，软胶与小口径取偏小值。技术协议里只写“按厂家标准”而不写具体过盈量，出现流量争议时双方都没有核对依据。

2. 磨损后的判据与更换

定子磨损后过盈量减小，泵的流量与压力同步下降，变频运行时表现为同一转速下流量降低。现场常用的判据是额定压力下流量下降超过 10%，或达到相同压力所需转速上升超过 10%，此时应检查定子内腔的磨损深度与橡胶硬度变化。

更换定子时一并检查转子镀层，铬层局部剥落会加速新定子的磨损。只换定子不查转子，是寿命“换了也不见长”的常见原因。转子镀层剥落面积超过配合面的两成时，建议同时更换转子，避免新定子在数周内被剥落的硬铬碎屑划伤。

3. 溶胀与温度的联合修正

选型样本给出的过盈量通常对应常温清水，实际工况的温度与介质溶胀会改变配合状态。介质使橡胶体积溶胀 5% 时，线尺寸约增加 1.7%，150 mm 直径的定子内腔相当于缩小 2 mm 以上，过盈量成倍增加，温度升高则进一步叠加。

因此高温或强溶胀介质应向厂家提供介质名称、浓度、温度与连续运行时间，由厂家调整定子内腔尺寸，而不是在现场靠加大间隙处理。现场自行车削定子内腔会破坏橡胶表面的光滑层，短期内扭矩下降，长期反而加速磨损。

• 过盈量不足会降低容积效率，过大则抬高摩擦热与定子磨损。
• 常规直径过盈量 0.2~0.5 mm，按胶种硬度、转子尺寸与温度确定。
• 额定压力下流量下降超过 10% 可作为定子更换的参考判据。
• 强溶胀介质应提供体积变化率数据，由厂家修正定子内腔尺寸。

六、常见误区

1. 用不耐油的 EPDM 送含油介质

EPDM 在清水与酸碱介质中表现稳定，价格也适中，于是一些项目把它当作通用胶种。含油介质中 EPDM 的溶胀速度与油品类型有关，柴油、润滑油这类非极性油品作用下体积变化率可达数十个百分点，定子数天内抱死转子，电机过载跳闸。

避免这类错误的方法很直接：在介质描述中写明含油量，哪怕是“偶尔含油”或“上游可能漏油”。含油量低于 1% 且间歇出现的工况，也建议选 NBR 或 HNBR，成本增加有限，可靠性提升明显。

2. 只看介质名称不看浓度与温度

同一种介质在不同浓度与温度下对橡胶的作用差异很大。30% 的氢氧化钠与 5% 的氢氧化钠、常温与 70 ℃，对应的胶种选择可能完全不同。仅凭“输送烧碱”四个字选型，厂家只能按常见工况给建议，实际寿命无法保证。

提交选型参数时，建议按介质名称、浓度、温度、含固量、含油量、pH 值、连续或间歇运行这七项列清。缺项时按偏保守侧取值，并在技术协议中写明适用工况，超出范围时另行确认。

3. 超温运行靠降速凑合

介质温度超过胶种上限时，把转速降下来能减少摩擦热，短期内确实可以运行，但橡胶的化学老化并不因转速下降而停止。NBR 在 110 ℃ 下长期运行，即使转速降到 100 r/min，压缩残余变形仍会持续累积，定子逐渐失去过盈。

温度超限的正确做法是更换耐温更高的胶种，或对介质做降温处理。降速只能作为临时措施，且应同步缩短检查周期，把定子硬度与流量变化纳入点检，发现流量下滑及时更换。

4. 只换定子不查转子

定子是易损件，更换频率高于转子，于是一些用户形成“坏了就换定子”的习惯。转子镀层在含固介质中同样会磨损，铬层剥落后基体裸露，表面粗糙度上升，新定子装上后磨损速率远高于正常值。

更换定子时应测量转子外径、检查镀层完整性，并用粗糙度样板对照表面状态。转子外径小于下限或镀层剥落面积偏大时，应同时更换，避免出现“一个月换两次定子”的情况。

5. 用加大过盈量解决流量不足

流量不足的原因可能是定子磨损、转速偏低、入口供料不足或管路泄漏，过盈量只是其中一项。有的现场为提升流量，直接换用过大过盈的定子，结果扭矩上升、温升加快，定子寿命反而缩短，流量在短期内回升后又快速下滑。

正确的排查顺序是先确认入口供料与转速，再测出口压力与流量，最后解体检查定子磨损与转子镀层。确认是过盈量衰减导致的内漏，才考虑更换定子，且应按原设计过盈量而不是加大。

• EPDM 不耐矿物油，含油介质应选 NBR 或 HNBR。
• 选型参数至少写明浓度、温度、含固量、含油量与运行方式。
• 温度超限应更换胶种或降温，降速只能作为临时措施。
• 更换定子时同步检查转子外径与镀层，剥落面积偏大时一并更换。
• 流量不足先查供料与转速，不要用加大过盈量掩盖问题。

七、常见问题

问：定子橡胶的硬度越高越耐磨吗？

在同类胶种内，硬度提高会带来一定的耐磨改善，但耐温与耐溶胀性能主要由胶种决定，硬度不能跨胶种比较。邵尔 A 硬度按 GB/T 531.1 测定，定子常用范围是 55~70，含固工况取偏上限，高温工况则要兼顾回弹与压缩残余变形。

问：介质温度 90 ℃ 时应选哪种定子橡胶？

优先考虑 EPDM 或 HNBR，NBR 在该温度已接近上限。EPDM 适合不含油的酸性或中性水基介质，HNBR 适合含油污水；若介质同时含芳烃或溶剂，则需选 FKM，并按 150~180 ℃ 的等级留出余量。

问：316L 转子能不能用在含砂介质中？

可以用但不耐磨，含砂量偏高时寿命明显短于 2Cr13 或高铬合金。316L 的优势是耐氯离子点蚀，硬度并不高，含盐又含砂的工况宜选双相不锈钢基体加碳化钨喷涂，或按含砂量优先选高铬合金并另做防腐处理。

问：定子运行多久需要更换？

没有固定周期，按流量与压力的衰减判断更可靠。额定压力下流量下降超过 10%、或达到相同压力所需转速上升超过 10% 时，应解体检查定子内腔磨损与橡胶硬度；含固量高的工况建议每季度测一次流量，建立衰减曲线。

问：为什么新定子装上后扭矩偏大、电机容易过载？

常见原因是过盈量按常温清水配置而实际介质温度偏高，或介质使橡胶溶胀导致过盈增大。处理方向是向厂家提供实际温度与介质相容性数据，修正定子内腔尺寸；同时确认入口供料充分，避免干转或缺料造成的瞬时高温。