彈性體高粘度轉(zhuǎn)子泵設(shè)計(jì)與應(yīng)用

針對(duì)現(xiàn)有泵振動(dòng)明顯及不適應(yīng)含水量低介質(zhì)的突出問題,設(shè)計(jì)了一種彈性體高粘度轉(zhuǎn)子泵,并對(duì)其結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行詳細(xì)介紹,通過測(cè)試驗(yàn)證了其良好的抑振效果,并且能夠很好地適應(yīng)低含水量介質(zhì)的運(yùn)輸送,實(shí)現(xiàn)了干運(yùn)行,對(duì)流體運(yùn)輸相關(guān)產(chǎn)業(yè)具有重大意義。

前言

水泵是輸送流體或使流體增壓的機(jī)械,將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能或其他外部能量傳送給液體,使液體能量增加。水泵主要用來輸送水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態(tài)金屬等液體,也可輸送液、氣混合物及含懸浮固體物的液體。水泵通?？砂垂ぷ髟矸譃槿莘e泵、動(dòng)力泵和其他類型泵三類。水泵因其在輸送流體方面的顯著優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于石油化工、農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、冶金工業(yè)、航空航天和能源產(chǎn)業(yè)等眾多領(lǐng)域。

現(xiàn)有的傳統(tǒng)泵型,因自身結(jié)構(gòu)與工藝原理的限制,難以實(shí)現(xiàn)對(duì)高含固量介質(zhì)的輸送,長期運(yùn)轉(zhuǎn)下其自身振動(dòng)也會(huì)不斷加劇,存在明顯的不足與缺陷。針對(duì)這類問題,本設(shè)計(jì)提出一種創(chuàng)新型彈性體高粘度轉(zhuǎn)子泵。彈性體高粘度轉(zhuǎn)子泵主要由電機(jī)、減速齒輪箱、聯(lián)軸器和泵體等組成,其中泵體由軸承、同步齒輪、隔離腔室、泵殼、襯板、軸封、轉(zhuǎn)子、泵蓋和泵軸等部件組成。

高粘度轉(zhuǎn)子泵轉(zhuǎn)子是全橡膠包覆,耐磨損性強(qiáng),轉(zhuǎn)子與殼體之間高精度間隙配合,具有很強(qiáng)的自吸力和高揚(yáng)程,該高粘度轉(zhuǎn)子泵可靠、堅(jiān)固、節(jié)能,可以輸送各種黏稠的或含有顆粒物的介質(zhì)。高粘度轉(zhuǎn)子泵效率高、節(jié)能、省時(shí),不需要引流、灌泵,可適用于各種復(fù)雜的流體介質(zhì)。干式安裝、在線維修和低成本維護(hù),運(yùn)行平穩(wěn)、自吸、耐磨損且不易堵塞。

二、高粘度轉(zhuǎn)子泵結(jié)構(gòu)與工藝原理

1.高粘度轉(zhuǎn)子泵基本結(jié)構(gòu)

彈性體高粘度轉(zhuǎn)子泵結(jié)構(gòu)組成如,主要由軸承、同步齒輪、隔離腔室、泵殼、襯板、軸封、轉(zhuǎn)子泵蓋和泵軸等部件組成。高粘度轉(zhuǎn)子泵泵殼由整體精密鑄造加工而成,誤差極小。高粘度轉(zhuǎn)子泵隔離腔室的設(shè)計(jì)隔離了過流泵腔和同步齒輪箱,既能防止介質(zhì)污染腐蝕齒輪,又能防止齒輪腔內(nèi)潤滑油污染介質(zhì)。螺旋無脈動(dòng)高精度數(shù)控加工的轉(zhuǎn)子,脈動(dòng)平穩(wěn),誤差極小,能夠有效抑制振動(dòng),極大地提高輸送效率。

(1)高粘度轉(zhuǎn)子泵彈性體轉(zhuǎn)子采用彈性體橡膠專利配方包裹轉(zhuǎn)子技術(shù),解決了傳統(tǒng)泵輸送顆粒介質(zhì)易卡死缺陷,上限通過顆粒直徑80mm;高粘度轉(zhuǎn)子泵轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與泵體之間采用全接觸密封;彈性體高粘度轉(zhuǎn)子泵具有極強(qiáng)的真空自吸能力,上限自吸高度達(dá)9.5m。

(2)納米噴涂耐磨襯板轉(zhuǎn)子與高粘度轉(zhuǎn)子泵泵體之間采用軸向和徑向納米噴涂耐磨襯板,磨損后可及時(shí)更換,維護(hù)方便。目前高粘度轉(zhuǎn)子泵使用的襯板等易損件一般都采用ZGMn3高錳鋼材質(zhì)。ZGMn13奧氏體高錳鋼的沖擊韌性很高,但原始硬度不夠,受沖擊時(shí)奧氏體高錳鋼表面沖擊硬化效應(yīng)不能充分產(chǎn)生,高錳鋼表面達(dá)不到高硬度,則襯板很快被磨損。同時(shí)高錳鋼的屈服強(qiáng)度較低(約為350MPa左右),在高粘度轉(zhuǎn)子泵使用中,尤其是使用前期易發(fā)生塑性變形。另外高粘度轉(zhuǎn)子泵漏斗襯板和裝卸煤炭之間還存在一個(gè)硬度匹配問題,硏磨介質(zhì)硬度一般應(yīng)高于襯板硬度3HRC左右較宜,高錳鋼在高沖擊負(fù)荷下的上述不足常常導(dǎo)致襯板的韌性有余而耐磨性不夠,磨損失效快,而且變形嚴(yán)重致使襯板壽命短有著直接的關(guān)系。

近年來國內(nèi)有關(guān)單位也開展了高鉻鑄鐵襯板的研究,其耐磨性可達(dá)同工況下高錳鋼的2倍以上。但這些材料的韌性仍嫌較低而且含鉬、銅等合金元素,生產(chǎn)成本較高。本項(xiàng)目對(duì)高粘度轉(zhuǎn)子泵軸向和徑向納米噴涂耐磨襯板進(jìn)行硏制,并取得了很好的使用效果。

(3) 高粘度轉(zhuǎn)子泵泵軸雙支撐結(jié)構(gòu)針對(duì)傳統(tǒng)的單支撐轉(zhuǎn)子泵容易產(chǎn)生軸變形的缺陷,本轉(zhuǎn)子兩端采用雙點(diǎn)支撐結(jié)構(gòu),大大減小軸的變形,使單泵上限壓力能夠達(dá)到4MPa;

雙支撐高粘度轉(zhuǎn)子泵運(yùn)行穩(wěn)定(多約束),但投資及維修相對(duì)麻煩,主要用于多級(jí)泵及大排量(直徑較大)泵(如循環(huán)水泵等),而單支撐泵相對(duì)來說投資小、維修相對(duì)簡單,但因擾度大,相對(duì)振動(dòng)大,主要用于單、雙級(jí)泵及小排量(直徑較小)泵(功率小)。

高粘度轉(zhuǎn)子泵如果采用單支撐泵設(shè)計(jì)，則受力狀況不好,由于懸臂,泵軸會(huì)出現(xiàn)撓度,運(yùn)行時(shí)振動(dòng)會(huì)較兩端支撐高粘度轉(zhuǎn)子泵要大,同時(shí)其軸向圓跳動(dòng)也會(huì)增大對(duì)密封端面的壽命也有影響,特別在高溫情況下,盡量選擇兩端支撐的高粘度轉(zhuǎn)子泵。

(4)高粘度轉(zhuǎn)子泵轉(zhuǎn)子技術(shù)采用幾何螺旋轉(zhuǎn)子技術(shù),相對(duì)傳統(tǒng)直葉轉(zhuǎn)子,螺旋轉(zhuǎn)子完全消除了轉(zhuǎn)子泵進(jìn)出口流量、壓力脈動(dòng),運(yùn)行平穩(wěn)、低噪聲。不合理轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)會(huì)形成閉死容積或引起汽蝕,從而導(dǎo)致振動(dòng)和噪聲,并產(chǎn)生汽蝕破壞。

本項(xiàng)目將在現(xiàn)有轉(zhuǎn)子泵型線的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,進(jìn)一步從理論上分析轉(zhuǎn)子型線與閉死容積的相互關(guān)系,并借助 FLUENT軟件對(duì)內(nèi)部流場進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算和仿真分析,以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子型線的優(yōu)化設(shè)計(jì),從而徹底消除閉死容積和汽蝕,直葉轉(zhuǎn)子與扭葉轉(zhuǎn)子流線與流量脈動(dòng)。

2.高粘度轉(zhuǎn)子泵工藝原理

彈性體高粘度轉(zhuǎn)子泵工作原理,將彈性體高粘度轉(zhuǎn)子泵的轉(zhuǎn)子容腔分為A、B、C、D四個(gè)室,A室為物料入口,B室和C室分別為上下轉(zhuǎn)子工作空間,D室為物料出口。彈性體高粘度轉(zhuǎn)子泵依靠兩同步反向轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中于進(jìn)口處產(chǎn)生吸力(真空度),從而吸入所要輸送的物料。

彈性體高粘度轉(zhuǎn)子泵單周期的工作,單周期的運(yùn)行過程可以分為以下4個(gè)狀態(tài)。當(dāng)彈性體高粘度轉(zhuǎn)子泵處于狀態(tài)I時(shí),物料開始進(jìn)入A室;當(dāng)彈性體高粘度轉(zhuǎn)子泵處于狀態(tài)Ⅱ時(shí),上下轉(zhuǎn)子比前一狀態(tài)轉(zhuǎn)過一定角度,將物料分別吸入B室和C室;當(dāng)彈性體高粘度轉(zhuǎn)子泵處于狀態(tài)Ⅲ時(shí),上下轉(zhuǎn)子又比前一狀態(tài)轉(zhuǎn)過一定角度,前一狀態(tài)被吸入BC室的物料在轉(zhuǎn)子帶動(dòng)下由BC室前端輸送到BC室后端:當(dāng)彈性體高粘度轉(zhuǎn)子泵處于狀態(tài)Ⅳ時(shí),處于BC室后端的物料在轉(zhuǎn)子的帶動(dòng)下由D室向外輸送,且被輸送的高含固量介質(zhì)輸送測(cè)試。

為測(cè)試及驗(yàn)證彈性體高粘度轉(zhuǎn)子泵對(duì)于高含固量介質(zhì)輸送的可行性和穩(wěn)定性,我公司進(jìn)行高固含量介質(zhì)輸送試驗(yàn)。

試驗(yàn)中高含固量介質(zhì)采用城市泥沙污水,其固體含量介于30%-40%。試驗(yàn)所用設(shè)備為固、液、氣三相流多功能試驗(yàn)臺(tái)。該試驗(yàn)臺(tái)為封閉式試驗(yàn)臺(tái),試驗(yàn)臺(tái)主要由測(cè)試高粘度轉(zhuǎn)子泵、固液、氣液混合罐、電動(dòng)機(jī)、測(cè)壓裝置、電磁流量計(jì)、電動(dòng)平衡閥和管路組成。試驗(yàn)室在不同流量下,測(cè)定一組對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速下流量計(jì)讀數(shù),轉(zhuǎn)子泵進(jìn)出口壓力參數(shù),即可得出一組高粘度轉(zhuǎn)子泵的流量Q、揚(yáng)程H、功率N等數(shù)據(jù),從而繪制出H-Q、N-Q等特性曲線。

高粘度轉(zhuǎn)子泵高含固量介質(zhì)輸送實(shí)驗(yàn),輸送時(shí)間為8h,輸送方式為不間斷輸送。從試驗(yàn)效果可以看出CRP-80彈性體高粘度轉(zhuǎn)子泵能夠穩(wěn)定高效地輸送高含固量介質(zhì),并且運(yùn)行的穩(wěn)定性極高,相對(duì)與其他傳統(tǒng)泵型,彈性體高粘度轉(zhuǎn)子泵的抑振效果十分明顯。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

彈性體高粘度轉(zhuǎn)子泵由于其自吸力強(qiáng)、振動(dòng)極小,適用高含固量介質(zhì)輸送的杰出優(yōu)勢(shì),被廣泛應(yīng)用于市政排澇、畜牧養(yǎng)殖業(yè)、交通及野外消防等大顆粒、高黏度、高揚(yáng)程的工況環(huán)境,各個(gè)系統(tǒng)的泵型。

四、結(jié)語

彈性體高粘度轉(zhuǎn)子泵相對(duì)于傳統(tǒng)泵型,如螺桿泵、齒輪泵和葉片泵,自吸能力強(qiáng),自吸高度可達(dá)9.5m,排污能力強(qiáng),能夠?qū)崿F(xiàn)高黏度、高含固量介質(zhì)及敏感介質(zhì)的輸送,具有抑振效果明顯,長期運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性強(qiáng)、穩(wěn)定性高的優(yōu)勢(shì),可廣泛應(yīng)用于各種大顆粒、高黏度和高揚(yáng)程的工況環(huán)境。