您當前的位置：網(wǎng)站首頁
> 技術(shù)應(yīng)用 > 正文
|
無泄漏環(huán)形隔膜泵的開發(fā)
來源：互聯(lián)網(wǎng)
發(fā)布日期：2011/12/26
針對泵產(chǎn)品密封泄漏以及往復(fù)式隔膜泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重,、調(diào)試困難等問題，我國成功研制了Q=2m3/h,，25m3/h；P≤0.4MPa環(huán)形隔膜泵兩種產(chǎn)品,。
1、結(jié)構(gòu)特征
環(huán)形隔膜泵首先以平面蠕動式剛性支承環(huán)和環(huán)形隔膜區(qū)別于一般轉(zhuǎn)子泵和往復(fù)式隔膜泵,。此外現(xiàn)有隔膜泵多采用片狀隔膜來隔開輸送介質(zhì)和工作介質(zhì),，并使用往復(fù)式曲柄連桿機構(gòu)、三閥機構(gòu),、進出口閥組,；環(huán)形隔膜泵吸收了軟管泵、撓性襯圈泵及其它轉(zhuǎn)子泵的特點,，采用回轉(zhuǎn)式驅(qū)動機構(gòu)和環(huán)形隔膜有機結(jié)合的新穎結(jié)構(gòu),，用環(huán)形隔膜將輸送介質(zhì)與驅(qū)動元件隔開，使輸送介質(zhì)無法向外泄漏,。環(huán)形隔膜泵主要由泵體1,、隔離機構(gòu)2、剛性支承環(huán)3,、環(huán)形隔膜4,、軸承套5、軸承6,、傳動軸7及浮動承壓環(huán),、泵端蓋等組成(圖1)；環(huán)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(huán)、泵體組成封閉容積,，當傳動軸旋轉(zhuǎn)時,，借助進,、出口隔離機構(gòu)和剛性支承環(huán)、泵體形成吸液和排液腔,，達到無泄漏輸送介質(zhì)的目的,。
環(huán)形隔膜泵主要結(jié)構(gòu)特征為：
(1)隔膜和泵體間設(shè)有平面蠕動式剛性支承環(huán)；
(2)環(huán)形隔膜內(nèi)置有浮動承壓環(huán),；
(3)環(huán)形隔膜將輸送介質(zhì)和潤滑介質(zhì)隔開,；
(4)環(huán)形隔膜泵獨有進出口組合隔離機構(gòu)；
(5)無需底閥和進出口閥組,；
(6)獨特的軸向密封結(jié)構(gòu),；
(7)剛性支承環(huán)與傳動軸間設(shè)有軸承。
2,、設(shè)計要點
2 .1,、流量
環(huán)形隔膜泵中剛性支承環(huán)和隔離元件、泵體將液腔隔成吸入和排出部分,，隨吸入和排出液腔容積的變化,，介質(zhì)沿進口至出口連續(xù)流動。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(zhuǎn)排出理論流量應(yīng)為：
Q；,，t=10-'n(RZ一r2)BK [ L]
式中B－－剛性支承環(huán)寬度,，cm
R－－泵體內(nèi)腔半徑，cm
r－－剛性支承環(huán)半徑,，cm
K－－理論容積系數(shù),，主要考慮無效密
封角α及結(jié)構(gòu)尺寸R， r等對理
論流量的影響,；通常無效密封角
α分別控制在20,。以內(nèi)，K值可
精確求得,，一般取0.90-0.95
設(shè)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(zhì)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－－容積系數(shù)
2.2,、泵速和泵徑向、軸向間隙的確定
2.2.1,、泵速
由于采用了平面蠕動的剛性支承環(huán),，因而泵體,、泵端蓋和剛性支承環(huán)間相對滑動速度與泵速相關(guān)，其值可估算,，即：
Ｖ=πne/30
可見合理控制與降低泵速,，則可以減小摩擦和功率損耗，延長泵使用壽命,，提高泵效率,。根據(jù)經(jīng)驗，通常將泵速控制在n≤300min-1范圍,。
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(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)和介質(zhì)特性密切有關(guān),，其中徑向間隙主要根據(jù)壓差△P,；輸送介質(zhì)的粘度γ；剛性支承環(huán)半徑r,；偏心值e等因素確定,。
即間隙T = f (ν， r) / f (△P,， e)，顯然當△P和e增大時,，間隙T應(yīng)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(jié)合效果良好；而平行間隙的泄漏量可由下式估計：
q=10-5 x T3b△P/1.2γL [mL/s]
式中b—間隙寬度,，cm
L—間隙長度,，cm
△P—壓差，MPa
ν—介質(zhì)動力粘度,，Pa·s
T—間隙值,，cm
通常，合理控制徑,、軸向間隙可以提高自吸性能和排出壓力,，減小泵內(nèi)泄漏量，保持較高容積系數(shù),。實踐證明,，剛性支承環(huán)和泵體,、傳動軸和軸承套以及軸承和軸承蓋的公差配合、徑軸向尺寸鏈的計算至關(guān)重要,。通過設(shè)計分析和試驗驗證,，徑向、軸向間隙應(yīng)控制在0.03～0.20范圍內(nèi),。
2.3,、環(huán)形隔膜的設(shè)計
環(huán)形隔膜是環(huán)形隔膜泵中隔開輸送介質(zhì)和潤滑介質(zhì)，實現(xiàn)無泄漏輸送介質(zhì)的關(guān)鍵零件,，其設(shè)計不同于片狀隔膜,，我們從結(jié)構(gòu)上保證其承受低壓狀態(tài)，通過預(yù)定伸長量使之工作狀態(tài)下附加變形極小,，設(shè)計中遵循以下原則：
(1)環(huán)形隔膜內(nèi)外表面均無相對滑動摩擦,；
(2)控制隔膜內(nèi)外表面壓差在0.1MPa以內(nèi)；
(3)采用浮動承壓環(huán)形成浮動支承,；
(4)提高隔膜抗拉和抗疲勞性能,；
(5)合理選擇隔膜硬度；
(6)保證隔膜裝拆方便,；
(7)給定隔膜預(yù)伸長值△L,。
若環(huán)形隔膜工作變形段尺寸為L，而安裝尺寸為L',，那么環(huán)形隔膜設(shè)計長度值則為：
L=△L+L'
其中△L=e/ sin (arctge/L)－L
通�,！鱈=0.5-2.Omm，考慮環(huán)形隔膜雖承壓較低,，但接觸腐蝕性介質(zhì)且工作中循環(huán)撓動加上結(jié)構(gòu)尺寸要求嚴格,，我們和有關(guān)制造廠和科研院校研制了丁臘橡膠、聚氨醋橡膠和夭然橡膠等多種隔膜,，經(jīng)對比試驗,，聚氨醋隔膜物化性能和疲勞性能較優(yōu)。
2.4,、剛性支承環(huán)設(shè)計
環(huán)形隔膜泵中剛性支承環(huán)有別于普通轉(zhuǎn)子泵和往復(fù)式隔膜泵,。它的設(shè)置不僅使軸向和徑向密封容易形成，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(huán)上任意質(zhì)點的運動為垂直軸線截面內(nèi)的往復(fù)運動和回轉(zhuǎn)運動合成的平面運動即平面蠕動。剛性支承環(huán)的設(shè)計應(yīng)考慮采用輕質(zhì)材料或中空結(jié)構(gòu),，以減輕重量,，減小慣性力。
其工作狀態(tài)下外表面承受不平衡液壓力作用，使傳動軸上承受徑向力F,，當徑向密封點在遠離組合隔離機構(gòu)低點時有下式：
Fmax=20·△P·B·r
式中△P—壓差,，MPa
B—剛性支承環(huán)寬度，cm
r—剛性支承環(huán)半徑,，cm
由上式可知,，剛性支承環(huán)承受較大的徑向力，因此在設(shè)計中不僅應(yīng)保證其足夠的剛度和強度,，同時還應(yīng)考慮傳動軸可能產(chǎn)生撓度,，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計確保泵徑向間隙在設(shè)計范圍內(nèi)。
3,、性能特點
3.1,、性能特點
環(huán)形隔膜泵以獨特的結(jié)構(gòu)、優(yōu)化的設(shè)計,、參數(shù)的合理匹配及高質(zhì)量的隔膜而具備優(yōu)良的性能,，主要在如下：
(1)無泄漏。由于泵中環(huán)形隔膜將輸送介質(zhì)與潤滑介質(zhì)隔開,，輸送介質(zhì)無法外泄,。
(2)自吸性能強。因是回轉(zhuǎn)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(yīng)范圍廣,。可輸送一般液體亦可輸送粘稠性介質(zhì),，應(yīng)用參數(shù)范圍大。
(4)效率高,。傳動結(jié)構(gòu)緊湊簡單,，和同參數(shù)葉片泵相比，效率高5%以上,，且高效區(qū)寬廣,。
該產(chǎn)品易于系列化、通用化,；同一機座產(chǎn)品可更換過流部件,、調(diào)整泵速和間隙來適應(yīng)不同工況和介質(zhì)。目前環(huán)形已形成Q=1～50m3/h,， P≤1.OMPa的系列產(chǎn)品,，可廣泛用于輸送強腐蝕性,、易燃爆、劇毒和放射性的以及高純度或高粘度的介質(zhì)等,。此外,，依不同用戶要求可采用調(diào)速傳動方式，還可配用隔膜報警自動執(zhí)行器,。
3.2,、產(chǎn)品實剛性能
據(jù)“軍工艦船用環(huán)形隔膜泵的研制”課題鑒定要求，兩種產(chǎn)品經(jīng)500 h型式試驗后,，經(jīng)檢測其性能見表1,。
由此可見，產(chǎn)品實測性能均達到機械部課題攻關(guān)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(huán)形隔膜泵進行了對比試驗,，其輸送不同介質(zhì)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(chǎn)生的內(nèi)泄漏量不同,，使得容積系數(shù)不同,。
4、結(jié)論及應(yīng)用
環(huán)形隔膜泵作為新型容積轉(zhuǎn)子式無泄漏泵,，采用了旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動機構(gòu),，減少了滑動摩擦潤滑點，簡化了結(jié)構(gòu),。采用環(huán)形隔膜隔開潤滑介質(zhì)和輸送介質(zhì),，獨特新穎。此外由于它和往復(fù)式隔膜泵,、轉(zhuǎn)子泵,、磁力泵、軟管泵等結(jié)構(gòu)有本質(zhì)不同,，因而其研究開發(fā)及市場應(yīng)用潛力大,。
工業(yè)發(fā)達國家無泄漏泵年產(chǎn)量占泵年產(chǎn)量15%～20%；而我國無泄漏泵年產(chǎn)量占總產(chǎn)量3%左右,，是急待發(fā)展的產(chǎn)品,。環(huán)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,、食品工業(yè)流程用泵的更新,，使運行成本降低，維護和操作方便,，以提高經(jīng)濟效益,。
據(jù)對某酒精廠和果糖廠用泵情況調(diào)查，兩單位使用近360臺泵輸送油,、水,、酒精、酒漿,、糖漿,、添加劑等不同介質(zhì)，其壓差為P=0.2～0.5MPa,，流量Q=15～40m3/h,；選用了油泵、不銹鋼泵,、單螺桿泵,、屏蔽泵、清水泵等十多個品種,，50個規(guī)格的產(chǎn)品,，運行管理和維護更換零件不方便。選用環(huán)形隔膜泵系列產(chǎn)品,、則只需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(zhì)可更換過流部件材質(zhì)，維護管理更簡單,。
該泵不僅可滿足軍工艦船用于替代輸送海水,、污水的立式電動往復(fù)泵和船用油水分離器使用的柱塞泵，還具有氣,、液混輸能力,，特別適用于油田油、氣,、水混輸；艦船艙底污水,、剩油和油罐車底部剩液的抽吸,。 |
