淺談高壓漿體泵的特點(diǎn)

淺談高壓漿體泵的特點(diǎn)

管道運(yùn)輸是繼傳統(tǒng)的運(yùn)輸方式（鐵路、公路、水運(yùn)、空運(yùn)）之后的一種新運(yùn)輸方式。其中，漿式管道運(yùn)輸是通過(guò)管道輸送傳遞的粉末材料（如河流、湖泊和水庫(kù)的泥漿、炎熱發(fā)電廠的灰燼、黑色和黃色、化工行業(yè)的最終泥漿、紅砂和其他）的方式。由于它具有投資少、建設(shè)速度快、對(duì)地形適應(yīng)性強(qiáng)、不占或少占土地、不污染環(huán)境、連續(xù)作業(yè)受外界條件干擾小、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低,便于管理等傳統(tǒng)運(yùn)輸方式無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),而引起了各國(guó)的廣泛重視,具有廣闊的應(yīng)用前景。長(zhǎng)距離、高揚(yáng)程、高濃度輸送是目前漿體管道輸送的研究和發(fā)展方向,也是適合我國(guó)國(guó)情的物料輸送方式,而高壓漿體泵是實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的核心設(shè)備,是保證漿體輸送系統(tǒng)輸送能力、安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。我國(guó)高壓漿體泵的品種較少,市場(chǎng)占有率較低,必須加大產(chǎn)品開(kāi)發(fā)力度,才能在競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。隔膜泵是目前世界上較為先進(jìn)的漿體輸送設(shè)備,也是國(guó)內(nèi)外泵行業(yè)中技術(shù)難度最大的泵類產(chǎn)品之一。它采用橡膠隔膜將輸送介質(zhì)與驅(qū)動(dòng)介質(zhì)(油類)隔開(kāi),通過(guò)活塞(柱塞)的往復(fù)運(yùn)動(dòng),并借助油介質(zhì),使橡膠隔膜凹凸變形,完成料漿的吸入和排出。這種泵不僅使輸送介質(zhì)無(wú)外泄,而且使輸送的顆粒性介質(zhì)與泵運(yùn)動(dòng)部件(活塞等)不接觸,免除了固體顆粒對(duì)泵造成的嚴(yán)重磨損。因而它在提高泵的環(huán)保節(jié)能指標(biāo)的同時(shí),也延長(zhǎng)了泵的壽命,使泵的性能穩(wěn)定性及可靠性都大幅度提高。液動(dòng)隔膜泵是沈陽(yáng)大學(xué)開(kāi)發(fā)的一種新型高壓隔膜漿體泵。它與一般隔膜泵的主要區(qū)別是:動(dòng)力端采用液壓傳動(dòng),用液壓泵取代了曲柄連桿、減速器等一系列裝置直接驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。這使其結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化,成本大大下降。該泵目前正處于開(kāi)發(fā)之中。1智能診斷系統(tǒng)如圖1,液動(dòng)隔膜泵由驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)、膜位控制液壓系統(tǒng)、組合缸(由活塞缸和柱塞缸復(fù)合而成,其中活塞桿和柱塞缸缸體為固定件)、隔膜室(主要由隔膜總成、位移傳感器和隔膜室罐體組成,并由隔膜分成油室和漿室兩部分,與組合缸和膜位控制液壓系統(tǒng)相連的一側(cè)為油室,其中充滿推動(dòng)液;與進(jìn)排漿閥相連的一側(cè)稱為漿室,其中充滿輸送漿體,參見(jiàn)圖2)、進(jìn)排漿閥、PLC集控系統(tǒng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和智能診斷系統(tǒng)組成。其工作原理是:驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)在PLC集控系統(tǒng)的控制下,由主電機(jī)帶動(dòng),通過(guò)液壓油驅(qū)動(dòng)組合缸中的柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng),柱塞再借助推動(dòng)液使隔膜室中的隔膜作凹凸運(yùn)動(dòng),隔膜室中漿室的容積因此發(fā)生周期性變化,從而使輸送漿體由進(jìn)漿閥吸入,再經(jīng)排漿閥輸出,以此完成對(duì)漿體的輸送。膜位控制液壓系統(tǒng)在PLC集控系統(tǒng)的控制下對(duì)推動(dòng)液進(jìn)行補(bǔ)充或排放,以調(diào)整隔膜運(yùn)動(dòng)的平衡位置。智能診斷系統(tǒng)能幫助操作人員及時(shí)、準(zhǔn)確地分析判斷故障并排除。實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)可在計(jì)算機(jī)屏幕上模擬顯示整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),方便用戶監(jiān)控。為了消除流量死點(diǎn),使?jié){體泵的輸出流量連續(xù)、平穩(wěn),液動(dòng)隔膜泵采用三缸單作用臥式結(jié)構(gòu),3個(gè)組合缸在PLC集控系統(tǒng)的控制下互相成120°相位差交替往返運(yùn)動(dòng)。2設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)各部分2.1隔膜材料和幾何尺寸的確定隔膜室是設(shè)計(jì)的重點(diǎn),直接決定了漿體泵開(kāi)發(fā)的成敗。隔膜室的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是:在滿足流量、壓力要求的前提下,保證隔膜具有較高的使用壽命和避免混漿現(xiàn)象的發(fā)生。其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示,主要由隔膜總成1、右罐體2、左罐體3、位移傳感器4和檢測(cè)桿5組成。因?yàn)殡p層隔膜同時(shí)破裂的可能性很小,為了達(dá)到雙重保護(hù),隔膜總成采用了雙層橡膠隔膜的結(jié)構(gòu)形式。而且,在雙層橡膠隔膜中間預(yù)埋了隔膜破裂報(bào)警裝置,可將隔膜破裂瞬間兩層隔膜之間壓力的變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào),并將該信號(hào)送給PLC進(jìn)行處理,以便采取相應(yīng)措施,這樣就避免了混漿現(xiàn)象的發(fā)生。橡膠材料性能和隔膜的邊界條件十分復(fù)雜,致使隔膜材料和幾何尺寸的確定難度和復(fù)雜性都很大。液動(dòng)隔膜泵隔膜材料配方是根據(jù)輸送漿體的性質(zhì)結(jié)合試驗(yàn)來(lái)確定的。隔膜幾何尺寸是影響隔膜壽命的關(guān)鍵因素,尤其是隔膜邊緣幾何形狀的設(shè)計(jì),一方面要防止應(yīng)力集中,另一方面還要考慮其密封性,以防油與漿體的互滲。液動(dòng)隔膜泵隔膜幾何尺寸的設(shè)計(jì)是先按泵的流量初步確定隔膜的外形尺寸,然后對(duì)隔膜各個(gè)部位在全行程中的受力和變形進(jìn)行分析研究,并結(jié)合反復(fù)試驗(yàn),最終得到合理的隔膜幾何尺寸。罐體的設(shè)計(jì)需考慮:吸/排漿要暢通,以避免隔膜室底部積存礦砂和減少對(duì)有關(guān)部件的沖蝕;保證進(jìn)入漿室中的氣體能自動(dòng)排出;隔膜更換要方便。隔膜控制技術(shù)是隔膜泵技術(shù)的核心,合理的隔膜材料和幾何尺寸的確定為隔膜的長(zhǎng)使用壽命奠定了基礎(chǔ)。但在泵工作時(shí),由于油室內(nèi)油量的變化,隔膜凹凸運(yùn)動(dòng)的平衡位置不可避免地要產(chǎn)生漂移,這將導(dǎo)致隔膜的單向拉伸變形,最后造成隔膜被鼓破。因此,要確保隔膜具有較長(zhǎng)的使用壽命,最重要的是要采取措施,準(zhǔn)確控制,使隔膜總是在正確的位置工作,以防產(chǎn)生拉伸變形,而達(dá)到這一目的的前提是對(duì)工作于高壓介質(zhì)中的隔膜位置的準(zhǔn)確檢測(cè),這是隔膜泵設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。位移傳感器是自行開(kāi)發(fā)的一個(gè)隔膜位置檢測(cè)裝置,它可以實(shí)現(xiàn)在高壓介質(zhì)中對(duì)隔膜的位置進(jìn)行連續(xù)、準(zhǔn)確的檢測(cè),避免其產(chǎn)生拉伸變形,從而確保隔膜具有長(zhǎng)的使用壽命。2.2驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)液壓泵d、d、l的設(shè)計(jì)組合缸兼起流量放大和實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)與推動(dòng)液隔離的作用,采用活塞缸與柱塞缸相組合的結(jié)構(gòu)形式,內(nèi)外嵌套,節(jié)省空間,如圖3所示。組合缸設(shè)計(jì)的關(guān)鍵尺寸是:活塞缸無(wú)桿腔內(nèi)經(jīng)D、柱塞缸柱塞外徑D1和柱塞行程L。設(shè)計(jì)時(shí)先選定驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)液壓泵的工作壓力和組合缸增量系數(shù)C0。為最大限度利用液壓泵的最高額定壓力,兼顧減小相關(guān)結(jié)構(gòu)的尺寸,C0一般取4～8比較合適。然后利用下述方法并綜合考慮設(shè)備總體尺寸的大小來(lái)確定D、D1、L。vπD21/4=Q2(1)D21/D2=C0(2)L=4V/πD21(3)vπD12/4=Q2(1)D12/D2=C0(2)L=4V/πD12(3)式中:v為柱塞運(yùn)動(dòng)速度,設(shè)計(jì)時(shí)選定;Q2為漿體泵排漿量,由設(shè)計(jì)要求給定;V為每個(gè)隔膜室的一次排漿量。由漿體泵的流量和單個(gè)缸柱塞的運(yùn)動(dòng)頻率決定,一般柱塞每分鐘運(yùn)動(dòng)5次左右為宜。2.3確定液壓系統(tǒng)壓力級(jí)別液動(dòng)隔膜泵采用三缸單作用臥式結(jié)構(gòu),組合缸結(jié)構(gòu)確定以后,驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)是根據(jù)其動(dòng)作要求、所需壓力和流量進(jìn)行設(shè)計(jì)的。膜位控制液壓系統(tǒng)的主要功能是調(diào)整隔膜運(yùn)動(dòng)的平衡位置。所以,膜位控制液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是根據(jù)所需壓力和流量結(jié)合隔膜位置控制要求來(lái)完成。具體設(shè)計(jì)這兩個(gè)系統(tǒng)時(shí),在保證完成基本功能的前提下,要力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠。最后確定的2個(gè)液壓系統(tǒng)的工作原理如圖4、5所示。液壓泵、液壓閥的選取方法如下,壓力級(jí)別按下式計(jì)算:pa=(1.25~1.6)Cp2(4)pa=(1.25~1.6)Cp2(4)式中pa——液壓泵額定壓力C——液壓缸增量系數(shù)p2——排漿壓力液壓泵、液壓閥的壓力級(jí)別均按此方法進(jìn)行。對(duì)于驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng),其增量系數(shù)為C0;膜位控制液壓系統(tǒng)的增量系數(shù)為1。驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)流量級(jí)別按下式選取:Qa=(1.1~1.3)Q2/C0(5)Qa=(1.1~1.3)Q2/C0(5)式中Qa——液壓泵流量Q2——整臺(tái)漿體泵排漿流量膜位控制液壓系統(tǒng),由于需要流量很小,其液壓泵和液壓閥盡可能選小流量。維修人員不精心或隔膜更換不及時(shí)都可能造成雜質(zhì)混入膜位控制液壓系統(tǒng)中,但由于該系統(tǒng)流量小,便于油液過(guò)濾,同時(shí)該系統(tǒng)為間歇性工作方式,抗油污能力強(qiáng),因而對(duì)油液清潔度的要求相對(duì)較低;驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)要提供漿體輸送的能量,始終處于高壓連續(xù)工作狀態(tài),對(duì)液壓油清潔度要求極高,因而兩液壓系統(tǒng)必須完全分開(kāi)。2.4隔膜自動(dòng)應(yīng)急處理PLC集控系統(tǒng)的控制項(xiàng)目為:根據(jù)隔膜和液壓缸位置檢測(cè)信號(hào),自動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)的工作,以實(shí)現(xiàn)料漿的吸入和排出;根據(jù)隔膜位置檢測(cè)信號(hào),自動(dòng)控制膜位控制液壓系統(tǒng)的工作,以調(diào)整油室中推動(dòng)液的量,從而調(diào)整隔膜的平衡位置;根據(jù)隔膜破裂檢測(cè)信號(hào),實(shí)現(xiàn)報(bào)警并停機(jī);能自動(dòng)完成首次試車(chē)油液填充任務(wù)和其它特殊情況的自動(dòng)應(yīng)急處理,避免隔膜的意外損壞。以上控制項(xiàng)目由一臺(tái)可編程控制器完成并實(shí)現(xiàn)相互間的連鎖。2.5實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)智能診斷系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的主要內(nèi)容是:收集設(shè)計(jì)人員和現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)人員的經(jīng)驗(yàn)知識(shí),從中提取出規(guī)則,并利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)建立知識(shí)庫(kù);以計(jì)算機(jī)為上位機(jī),利用專家系統(tǒng)技術(shù)建造智能診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)能以人機(jī)對(duì)話的形式,根據(jù)故障現(xiàn)象,通過(guò)與下位機(jī)通信,獲取有關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息,然后利用知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)推理出故障的原因和處理方法,開(kāi)發(fā)時(shí)應(yīng)考慮系統(tǒng)的智能性、推理的高效性、解釋的透明性,知識(shí)庫(kù)的可擴(kuò)充性等。實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)主要是以計(jì)算機(jī)為上位機(jī),通過(guò)與下位機(jī)PLC通信獲取有關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息。該系統(tǒng)可在計(jì)算機(jī)屏幕上以動(dòng)畫(huà)的形式生動(dòng)、清晰、準(zhǔn)確地模擬顯示整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。這兩個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是以WingdowsXP為操作系統(tǒng),采用VisualVC++開(kāi)發(fā)環(huán)境完成的。3結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用受務(wù)大、可擴(kuò)充液動(dòng)隔膜泵壓力高、效率高,同時(shí)它無(wú)流量脈動(dòng)、無(wú)混漿、無(wú)水耗、