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往复式隔膜泵中泵阀的相关探讨

点击次数:1167 发布时间:2011-09-13

    简要介绍了隔膜泵的结构及工作原理,重点讨论了泵阀参数的设计方法及确定原则,分析研究了阀件在使用中的主要损坏形式、产生原因及相应的改进方法。为泵阀设计与检修提供了理论分析和参考意见。
  关键词:隔膜泵; 冲刷破坏; 冲击破坏; 阀座; 阀芯
  1、前言
  往复式活塞隔膜泵是国外20 世纪6070 年代在泥浆泵的基础上开发的一种新型机电一体化产品。因为其易损件少,并可以、安全、简单且不污染环境地输送高温、高磨蚀固液两相介质,所以被广泛应用于黑色、有色、化工、建材、煤炭和电力等行业内的各类工艺系统。隔膜泵涉及机械、电子、液压、材料和化工等多学科技术,技术复杂程度高。目前,上只有荷兰、德国等少数国家进行批量设计生产制造,吨价为一般机械产品的510 倍。


  2、隔膜泵的结构及工作原理

  隔膜泵为卧式双作用式往复泵,它由电动机带动皮带轮使偏心轮带动连杆,使十字头、活塞杆和活塞作往复运动。活塞的运动通过其两端的推进液液压油使隔膜产生周期性的往复运动。当隔膜向左运动时, 隔膜腔下端的进料阀打开而吸入输送介质;当隔膜向右运动时,隔膜腔上部的出料阀打开排出输送介质。在整个输送介质的过程中,与磨砺性很高的固体颗粒直接接触的部件只有隔膜、进出料阀件,从而延长了十字头、活塞杆、活塞等重要部件的使用寿命。通过合理的结构设计,可以使阀件、隔膜更换迅速方便。这样从隔膜泵结构上而言,就可以保证较高的连续运转和较低的运行成本。


        3
、隔膜泵的泵阀参数

  泵阀的工作过程极其复杂,总的来说取决于工作腔内压力变化及阀上载荷。一般很难用简单的方法来反映其运动规律,在实际研究过程中,都进行如下简化与假定
:

  (1) 输送介质为不可压缩液体
;
  (2) 阀芯是无质量的
;
  (3) 阀吸入过程中,输送的介质满足流体的连续条件
;
  (4) 连杆无限长。


  在上述假定及简化条件下可得出阀升程
  式中A ———活塞面积
;
    r ———活塞半径
;
    u ———流量系数
;
    dv ———阀半径
;
    Cv ———阀隙流速
;
    ω———转速
;
    θ———阀密封面与阀座端面夹角
;
    Av ———阀的面积。

  由式        (1) 可导出阀滞后角ψ0 及滞后升高h0 的公式
  阀zui大升程发生在ψ=π/ 2 ,可以得到阀zui大阀升程

  库要列夫斯基认为:阀的撞击是由于阀下落到阀座上时的速度达到某一临界值时产生的。通过试验表明,阀落到阀座上的速度u0 ≤6065 mmPs ,就不会产生严重的撞击,从而得到下式


  阀件的参数设计就是在研究阀破坏机理的基础上,应用上述公式进行的参数确定。

  隔膜泵中阀件的破坏机理十分复杂,涉及因素也很多,实践证明,阀的破坏主要有2 种形式:冲击破坏和冲刷破坏。冲击破坏是指阀盘与阀座产生冲击时的破坏;冲刷破坏是指阀隙的高压溢流产生的破坏。在阀运动的过程中,上述2 种破坏形式是同时并存的,但实践证明隔膜泵中的阀件一般以冲刷破坏为主。因此,在进行阀件设计时,一般坚持以冲刷破坏为主,兼顾冲击破坏,即以限制阀隙zui大流速为基础进行阀件设计,其方法如下:
  (1) 根据输送介质的各种性质,确定阀隙的zui大流速Cvmax及阀孔流速
;
  (2) 确定阀直径dv ,由式(3) 确定阀件的升程
h0 ;
  (3) 按照无冲击条件nhmax ≤1 500 校核阀件的zui大升程
hmax ;
  (4) 计算阀弹簧的zui大弹簧力、弹簧预压力与弹簧刚度
:

        4
、主要损坏形式、原因分析及改进方法

  根据实践调查分析,发现进出口料阀的主要损坏形式有以下几种:
  (1) 阀盘凡尔体及阀座凡尔座产生点蚀。主要原因是输送介质的硬度太高。其改进方法一般为改进阀盘和阀座的材质,以提高其耐磨性。

  (2) 阀盘凡尔体及阀座凡尔体产生刺沟。通过现场观察,发现阀座的刺沟主要在密封面上下边沿,而阀盘的刺沟主要是在球面的中部区域。根据流体运动规律可知,由于阀的密封面为球面,当阀起闭过程中,压力液体在球面区域运动时有向心趋势,当流经阀座边沿时由于流道突然扩大,使部分流体向心趋势突然减弱,对阀座边沿产生了冲击, 从而产生刺沟。阀盘中部的刺沟主要是由于阀在全开过程中,压力液体的流动主要呈直线方向,对阀盘中部产生了冲击,以至产生刺沟。其改进方法一般是将隔膜泵的球面阀改为锥面阀,并选取合适的锥面角度。
  (3) 产生卡阀。其原因主要是因为输送介质中的颗粒过大,卡在阀与阀座之间,造成隔膜泵不能正常运转。其改进方法有:改进吸入管道中的排渣机构,并设定双层的振动筛网,防止大颗粒进入吸入端,改变排出阀的位置,使大颗粒落下处可以清理,不使其落入阀与阀座上,并改变阀与阀座锥角度,使之适于滑落,以防卡阀 / 

 
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