往復(fù)式隔膜泵中泵閥的相關(guān)探討
簡要介紹了隔膜泵/的結(jié)構(gòu)及工作原理,重點討論了泵閥參數(shù)的設(shè)計方法及確定原則,分析研究了閥件在使用中的主要損壞形式、產(chǎn)生原因及相應(yīng)的改進(jìn)方法。為泵閥設(shè)計與檢修提供了理論分析和參考意見。
關(guān)鍵詞:隔膜泵; 沖刷破壞; 沖擊破壞; 閥座; 閥芯
1、前言
往復(fù)式活塞隔膜泵是國外20 世紀(jì)60～70 年代在泥漿泵的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新型機(jī)電一體化產(chǎn)品。因為其易損件少,并可以、安全、簡單且不污染環(huán)境地輸送高溫、高磨蝕固液兩相介質(zhì),所以被廣泛應(yīng)用于黑色、有色、化工、建材、煤炭和電力等行業(yè)內(nèi)的各類工藝系統(tǒng)。隔膜泵涉及機(jī)械、電子、液壓、材料和化工等多學(xué)科技術(shù),技術(shù)復(fù)雜程度高。目前,上只有荷蘭、德國等少數(shù)國家進(jìn)行批量設(shè)計生產(chǎn)制造,噸價為一般機(jī)械產(chǎn)品的5～10 倍。
2、隔膜泵/的結(jié)構(gòu)及工作原理
隔膜泵為臥式雙作用式往復(fù)泵,它由電動機(jī)帶動皮帶輪使偏心輪帶動連桿,使十字頭、活塞桿和活塞作往復(fù)運動。活塞的運動通過其兩端的推進(jìn)液（液壓油） 使隔膜產(chǎn)生周期性的往復(fù)運動。當(dāng)隔膜向左運動時, 隔膜腔下端的進(jìn)料閥打開而吸入輸送介質(zhì);當(dāng)隔膜向右運動時,隔膜腔上部的出料閥打開排出輸送介質(zhì)。在整個輸送介質(zhì)的過程中,與磨礪性很高的固體顆粒直接接觸的部件只有隔膜、進(jìn)出料閥件,從而延長了十字頭、活塞桿、活塞等重要部件的使用壽命。通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計,可以使閥件、隔膜更換迅速方便。這樣從隔膜泵結(jié)構(gòu)上而言,就可以保證較高的連續(xù)運轉(zhuǎn)和較低的運行成本。
3、隔膜泵的泵閥參數(shù)
泵閥的工作過程極其復(fù)雜,總的來說取決于工作腔內(nèi)壓力變化及閥上載荷。一般很難用簡單的方法來反映其運動規(guī)律,在實際研究過程中,都進(jìn)行如下簡化與假定:
（1） 輸送介質(zhì)為不可壓縮液體;
（2） 閥芯是無質(zhì)量的;
（3） 閥吸入過程中,輸送的介質(zhì)滿足流體的連續(xù)條件;
（4） 連桿無限長。
在上述假定及簡化條件下可得出閥升程
式中a ———活塞面積;
r ———活塞半徑;
u ———流量系數(shù);
dv ———閥半徑;
cv ———閥隙流速;
ω———轉(zhuǎn)速;
θ———閥密封面與閥座端面夾角;
av ———閥的面積。
由式（1） 可導(dǎo)出閥滯后角ψ0 及滯后升高h(yuǎn)0 的公式
閥zui大升程發(fā)生在ψ=π/ 2 時,可以得到閥zui大閥升程
庫要列夫斯基認(rèn)為:閥的撞擊是由于閥下落到閥座上時的速度達(dá)到某一臨界值時產(chǎn)生的。通過試驗表明,閥落到閥座上的速度u0 ≤60～65 mmps 時,就不會產(chǎn)生嚴(yán)重的撞擊,從而得到下式
閥件的參數(shù)設(shè)計就是在研究閥破壞機(jī)理的基礎(chǔ)上,應(yīng)用上述公式進(jìn)行的參數(shù)確定。
隔膜泵中閥件的破壞機(jī)理十分復(fù)雜,涉及因素也很多,實踐證明,閥的破壞主要有2 種形式:沖擊破壞和沖刷破壞。沖擊破壞是指閥盤與閥座產(chǎn)生沖擊時的破壞;沖刷破壞是指閥隙的高壓溢流產(chǎn)生的破壞。在閥運動的過程中,上述2 種破壞形式是同時并存的,但實踐證明隔膜泵中的閥件一般以沖刷破壞為主。因此,在進(jìn)行閥件設(shè)計時,一般堅持以沖刷破壞為主,兼顧沖擊破壞,即以限制閥隙zui大流速為基礎(chǔ)進(jìn)行閥件設(shè)計,其方法如下:
（1） 根據(jù)輸送介質(zhì)的各種性質(zhì),確定閥隙的zui大流速cvmax及閥孔流速;
（2） 確定閥直徑dv ,由式（3） 確定閥件的升程h0 ;
（3） 按照無沖擊條件nhmax ≤1 500 校核閥件的zui大升程hmax ;
（4） 計算閥彈簧的zui大彈簧力、彈簧預(yù)壓力與彈簧剛度:
4、主要損壞形式、原因分析及改進(jìn)方法
根據(jù)實踐調(diào)查分析,發(fā)現(xiàn)進(jìn)出口料閥的主要損壞形式有以下幾種:
（1） 閥盤（凡爾體） 及閥座（凡爾座） 產(chǎn)生點蝕。主要原因是輸送介質(zhì)的硬度太高。其改進(jìn)方法一般為改進(jìn)閥盤和閥座的材質(zhì),以提高其耐磨性。
（2） 閥盤（凡爾體） 及閥座（凡爾體） 產(chǎn)生刺溝。通過現(xiàn)場觀察,發(fā)現(xiàn)閥座的刺溝主要在密封面上下邊沿,而閥盤的刺溝主要是在球面的中部區(qū)域。根據(jù)流體運動規(guī)律可知,由于閥的密封面為球面,當(dāng)閥起閉過程中,壓力液體在球面區(qū)域運動時有向心趨勢,當(dāng)流經(jīng)閥座邊沿時由于流道突然擴(kuò)大,使部分流體向心趨勢突然減弱,對閥座邊沿產(chǎn)生了沖擊, 從而產(chǎn)生刺溝。閥盤中部的刺溝主要是由于閥在全開過程中,壓力液體的流動主要呈直線方向,對閥盤中部產(chǎn)生了沖擊,以至產(chǎn)生刺溝。其改進(jìn)方法一般是將隔膜泵的球面閥改為錐面閥,并選取合適的錐面角度。
（3） 產(chǎn)生“卡閥”。其原因主要是因為輸送介質(zhì)中的顆粒過大,卡在閥與閥座之間,造成隔膜泵不能正常運轉(zhuǎn)。其改進(jìn)方法有:改進(jìn)吸入管道中的排渣機(jī)構(gòu),并設(shè)定雙層的振動篩網(wǎng),防止大顆粒進(jìn)入吸入端,改變排出閥的位置,使大顆粒落下處可以清理,不使其落入閥與閥座上,并改變閥與閥座錐角度,使之適于滑落,以防“卡閥”。