環(huán)形隔膜泵的結構設計要點及性能特點.doc

環(huán)形隔膜泵的結構設計要點及性能特點(文章來源陽光泵業(yè))1、結構特征環(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)別于一般轉子泵和往復式隔膜泵。此外現(xiàn)有多環(huán)形隔膜泵采用片狀隔膜來隔開輸送介質(zhì)和工作介質(zhì)，并使用往復式曲柄連桿機構、三閥機構、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子泵的特點，采用 回轉式驅動機構和環(huán)形隔膜有機結合的新穎結構，用環(huán)形隔膜將輸送介質(zhì)與驅動元件隔開，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；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，當傳動軸旋轉時，借助進、出口隔離機構和剛性支承環(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)形隔膜泵主要結構特征為：（1）隔膜和泵體間設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；（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(huán)與傳動軸間設有軸承。2、設計要點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=10-n（RZ一r2）BKL式中B剛性支承環(huán)寬度，cmR泵體內(nèi)腔半徑，cmr剛性支承環(huán)半徑，cmK理論容積系數(shù)，主要考慮無效密封角及結構尺寸R，r等對理論流量的影響；通常無效密封角分別控制在20。以內(nèi)，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(zhì)粘度、間隙大小及泵速對流量的影響，則泵的額定流 量為：QrKvQth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，其值可估算，即：=ne/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n300min-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、軸向間隙及相關結構參數(shù)和介質(zhì)特性密切有關，其中徑向間隙主要根據(jù)壓差P；輸送介質(zhì)的粘度；剛性支承環(huán)半徑r；偏心值e等因素確定。即間隙T=f（，r）/f（P，e），顯然當P和e增大時，間隙T應取小值；當，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=10-5xT3bP/1.2LmL/s式中b-間隙寬度，cmL-間隙長度，cmP-壓差，MPa-介質(zhì)動力粘度，PasT-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重要。通過設計分析和試驗驗證，徑向、軸向間隙應控制在0.030.20范圍內(nèi)。2.3、環(huán)形隔膜的設計環(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)的關鍵零件，其設計不同于片狀隔膜，我們從結構上保證其承受低壓狀態(tài)，通過預定伸長量使之工作狀態(tài)下附加變形極小，設計中遵循以下原則：（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(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)撓動加上結構尺寸要求嚴格，我們和有關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)設計環(huán)形隔膜泵中剛性支承環(huán)有別于普通轉子泵和往復式隔膜泵。它的設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)的往復運動和回轉運動合成的平面運動即平面蠕動。剛性支承環(huán)的設計應考慮采用輕質(zhì)材料或中空結構，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最低點時有下式：Fmax=20PBr式中P-壓差，MPaB-剛性支承環(huán)寬度，cmr-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(chǎn)生撓度，通過結構設計確保泵徑向間隙在設計范圍內(nèi)。3、性能特點3.1、性能特點環(huán)形隔膜泵以獨特的結構、優(yōu)化的設計、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）適應范圍廣?？奢斔鸵话阋后w亦可輸送粘稠性介質(zhì)，應用參數(shù)范圍大。（4）效率高。傳動結構緊湊簡單，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不同工況和介質(zhì)。目前環(huán)形隔膜泵已形成 Q=150m3/h，P1.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)500h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、結論及應用環(huán)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(huán)形隔膜隔開潤滑介質(zhì)和輸送介質(zhì)，獨特新穎。此外由于它和往復式隔膜泵、轉子泵、磁力泵、軟管泵等結構有本質(zhì)不同，因而其研究開發(fā)及市場應用潛力大。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=0.20.5MPa，流 量Q=1540m3/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