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無泄漏環形隔膜泵性能特征與實際利用

2019-11-06 23:16   评论:69 点击:608
針對泵產品密封泄漏和往複式隔膜泵結構複雜、粗笨、調試困難等題目,我們研製成功了Q=2m3/h,25m3/h;P≤0.4MPa環形隔膜泵兩種產品,並於994年元月通過了部級鑒定 ,並獲得國家專利,專利號92236204.。   、結構特征

  環形隔膜泵首先以平麵蠕動式剛性支承環和環形隔膜區別於一般轉子泵和往複式隔膜泵。此外現有隔膜泵多采用片狀隔膜來隔開輸送介質和工作介質,並使用往複式曲柄連杆機構、三閥機構、進出口閥組;環形隔膜泵吸收了軟管泵、撓性襯圈泵及其它轉子泵的特點,采用回轉式驅動機構和環形隔膜有機結合的新奇結構,用環形隔膜將輸送介質與驅動元件隔開,使輸送介質無法向外泄漏。環形隔膜泵首要由泵體、隔離機構2、剛性支承環3、環形隔膜4、軸承套5、軸承6、傳動軸7及浮動承壓環、泵端蓋等構成(圖);環形隔膜端部靠軸承蓋沿軸向壓緊固定 ,其和泵端蓋、剛性支承環、泵體構成封閉容積,當傳動軸旋轉時,借助進、出口隔離機構和剛性支承環、泵體形成吸液和排液腔 ,達到無泄漏輸送介質的目的。

  環形隔膜泵首要結構特征為:

  ()隔膜和泵體間設有平麵蠕動式剛性支承環;

  (2)環形隔膜內置有浮動承壓環;

  (3)環形隔膜將輸送介質和潤滑介質隔開;

  (4)環形隔膜泵獨占進出口組合隔離機構;

  (5)無需底閥和進出口閥組;

  (6)獨特的軸向密封結構;

  (7)剛性支承環與傳動軸間設有軸承。

  2 、設計要點

  2.、流量

  環形隔膜泵中剛性支承環和隔離元件、泵體將液腔隔成吸進和排出部分,隨吸進和排出液腔容積的變化,介質沿進口至出口連續活動。如圖2所示吸人口A和排出口B分別為吸 、排腔徑向密封死點,可見每轉排出理論流量應為:

  Q;,t=0-’n(RZ一r2)BK[L]

  式中B--剛性支承環寬度,cm

  R--泵體內腔半徑,cm

  r--剛性支承環半徑,cm

  K--理論容積係數,首要考慮無效密

  封角α及結構尺寸R,r等對理

  論流量的影響;通常無效密封角

  α分別控製在20。以內,K值可

  精確求得,一般取0.90-0.95

  設計中有R=r+e,其中e為偏心值,cm。則有泵理論流量為:

  考慮到泵的壓差、介質粘度、間隙大小及泵速對流量的影響,則泵的額定流量為:

  Qr=KvQth

  式中Kp--容積係數

  2.2、泵速和泵徑向、軸向間隙的確定

  2.2.、泵速

  由於采用了平麵蠕動的剛性支承環,因此泵體、泵端蓋和剛性支承環間相對滑動速度與泵速相關 ,其值可估算,即:

  V=πne/30

  可見公道控製與降低泵速,則可以減小摩擦和功率損耗 ,延長泵使用壽命 ,進步泵效率。根據經驗,通常將泵速控製在n≤300min-範圍。

  2.2.2、軸、徑向間隙

  吸人和排出腔間徑向密封為楔形間隙,軸向間隙為平行縫隙。泵的性能與徑向、軸向間隙及相關結構參數和介質特性密切有關,其中徑向間隙首要根據壓差△P;輸送介質的粘度γ;剛性支承環半徑r;偏心值e等身分確定。

  即間隙T=f(ν,r)/f(△P,e),顯然當△P和e增大時 ,間隙T應取小值;當ν,r增大時,間隙T可取大值。

  軸向密封采用間隙密封和彈性密封相結合效果良好;而平行間隙的泄漏量可由下式估計:

  q=0-5xT3b△P/.2γL[mL/s]

  式中b—間隙寬度,cm

  L—間隙長度,cm

  △P—壓差,MPa

  ν—介質動力粘度,Pa·s

  T—間隙值,cm

  通常,公道控製徑、軸向間隙可以進步自吸性能和排出壓力 ,減小泵內泄漏量,保持較高容積係數。實踐證實,剛性支承環和泵體、傳動軸和軸承套和軸承和軸承蓋的公差配合、徑軸向尺寸鏈的計算相當首要 。通過設計分析和試驗驗證 ,徑向、軸向間隙應控製在0.03~0.20範圍內。

  2.3、環形隔膜的設計

  環形隔膜是環形隔膜泵中隔開輸送介質和潤滑介質,實現無泄漏輸送介質的關鍵零件,其設計不同於片狀隔膜,我們從結構上保證其承受低壓狀況,通過預定伸長量使之工作狀況下附加變形極小,設計中遵守以下原則:

  ()環形隔膜內外表麵均無相對滑動摩擦;

  (2)控製隔膜內外表麵壓差在0.MPa以內;

  (3)采用浮動承壓環形成浮動支承;

  (4)進步隔膜抗拉和抗疲憊性能;

  (5)公道選擇隔膜硬度;

  (6)保證隔膜裝拆方便;

  (7)給定隔膜預伸長值△L。

  若環形隔膜工作變形段尺寸為L,而安裝尺寸為L’ ,那麽環形隔膜設計長度值則為:

  L=△L+L’

  其中△L=e/sin(arctge/L)-L

  通常△L=0.5-2.Omm,考慮環形隔膜雖承壓較低,但接觸腐蝕性介質且工作中循環撓動加上結構尺寸要求嚴格,我們和有關製造廠和科研院校研製了丁臘橡膠、聚氨醋橡膠和夭然橡膠等多種隔膜 ,經對比試驗,聚氨醋隔膜物化性能和疲憊性能較優。

  2.4、剛性支承環設計

  環形隔膜泵中剛性支承環有別於普通轉子泵和往複式隔膜泵。它的設置不僅使軸向和徑向密封輕易形成,而且可以保護隔膜,保證泵具有較高排出壓力和良好的自吸性能。

  剛性支承環上任意質點的活動為垂直軸線截麵內的往複活動和回轉活動合成的平麵活動即平麵蠕動。剛性支承環的設計應考慮采用輕質材料或中空結構,以減輕重量,減小慣性力。

  其工作狀況下外表麵承受不平衡液壓力感化,使傳動軸上承受徑向力F,當徑向密封點在闊別組合隔離機構最低點時有下式:

  Fmax=20·△P·B·r

  式中△P—壓差 ,MPa

  B—剛性支承環寬度,cm

  r—剛性支承環半徑,cm

  由上式可知,剛性支承環承受較大的徑向力,是以在設計中不僅應保證其足夠的剛度和強度,同時還應考慮傳動軸可能產生撓度,通過結構設計確保泵徑向間隙在設計範圍內。

  3、性能特點

  3.、性能特點

  環形隔膜泵以獨特的結構、優化的設計、參數的公道匹配及高質量的隔膜而具備良好的性能,首要在如下 :

  ()無泄漏。由於泵中環形隔膜將輸送介質與潤滑介質隔開,輸送介質無法外泄。

  (2)自吸性能強 。因是回轉式容積泵,故具有較好的自吸能力,可油 、氣、水混合輸送,泵無需灌引,直接啟動。

  (3)適應範圍廣。可輸送一般液體亦可輸送黏稠性介質,利用參數範圍大。

  (4)效率高。傳動結構緊湊簡單 ,和同參數葉片泵相比,效率高5%以上,且高效區寬廣。

  該產品易於係列化、通用化;同一機座產品可更換過流部件 、調整泵速和間隙來適應不同工況和介質。目前環形隔膜泵已形成Q=~50m3/h ,P≤.OMPa的係列產品,可廣泛用於輸送強腐蝕性、易燃爆、劇毒和放射性的和高純度或高粘度的介質等。此外,依不同用戶要求可采用調速傳動方式,還可配用隔膜報警主動履行器。

  3.2、產品實剛性能

  據“軍工艦船用環形隔膜泵的研製”課題鑒定要求,兩種產品經500h型式試驗後,經檢測其性能見表。

  因而可知,產品實測性能均達到機械部課題攻關指標,具有良好的自吸性能及氣液混輸、高效率等特性。

  此外,我們用HM-2.0/0.4型環形隔膜泵進行了對比試驗,其輸送不同介質和不同壓差下的性能見表2。

  顯然,粘度和壓差不同時,相同的密封間隙下,所產生的內泄漏量不同,使得容積係數不同 。

  4、結論及利用

  環形隔膜泵作為新型容積轉子式無泄漏泵,采用了旋轉式驅動機構,減少了滑動摩擦潤滑點,簡化了結構。采用環形隔膜隔開潤滑介質和輸送介質,獨特新奇 。此外由於它和往複式隔膜泵、轉子泵、磁力泵、軟管泵等結構有本質不同,因此其研究開發及市場利用潛力大。

  產業發達國家無泄漏泵年產量占泵年產量5%~20%;而我國無泄漏泵年產量占總產量3%擺布,是急待發展的產品。環形隔膜泵獨特的性能和良好的通用性和互換性 ,使之特別適用化工、輕工、食品產業流程用泵的更新,使運行本錢降低,維護和操縱方便,以進步經濟效益。

  據對某酒精廠和果糖廠用泵情況調查,兩單位使用近360台泵輸送油、水 、酒精、酒漿、糖漿、添加劑等不同介質,其壓差為P=0.2~0.5MPa,流量Q=5~40m3/h;選用了油泵、不鏽鋼泵、單螺杆泵、屏蔽泵、淨水泵等十多個品種,50個規格的產品,運行治理和維護更換零件不方便。選用環形隔膜泵係列產品、則隻需2個機座即可滿足 ,其安裝尺寸、泵體、隔膜等零部件相同 ,對不同介質可更換過流部件材質,維護治理更簡單。

  該泵不僅可滿足軍工艦船用於替換輸送海水、汙水的立式電動往複泵和船用油水分離器使用的柱塞泵,還具有氣、液混輸能力,特別適用於油田油、氣、水混輸;艦船艙底汙水、剩油和油罐車底部剩液的抽吸。

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