水煤浆输送用隔膜泵产品研究

6FLUID MACHINERYVol.31No.42003文章编号:1005-03202003)4-0006-03水煤浆输送用隔膜泵产品研究张生昌李强叶晓琰2赵胜2许诚1.浙江工业大学浙江杭州3100002.合肥通用机械研究所安徽合肥230031)摘要:结合国家重大科技攻关低压煤浆泵课题产品鉴定成果及对产品的开发研究、工业运行考核结果阐述隔膜泵关键核心技术指出水煤浆隔膜泵产品国产化的途径。关键词:水煤浆隔膜泵隔膜挠曲曆损中图分类号:TH323文献标识码:AProduct Research on Water Coal Slurry Diaphragm PumpZhang Shengchang Li Qing Ye Xiaoyan Zhao Sheng Xu ChengAbstract: The study of water coal slurry Diaphragm Pump and performance development industrial experiment of Product, the proper-ties of the diaphragm pump was introduced some results were analysed tooKeywords: water coal slurry diaphragm pump Flexure wear down1前言荷兰GEHO公司隔膜泵是通过与隔膜连成体、由金属和非金属构成的控制杆来控制隔膜变隔膜泵属于国内外泵行业技术难度最大、产形。当挠曲过大隔膜偏离中间平衡位置向前或品附加值最高泵类产品之一。它采用隔膜将输送向后并超过设计允许值时通过电磁阀把多余的介质与驱动介质(油类隔开使输送介质不仅无驱动液油排出去或把缺少的油补充进来由此来外漏更重要的是输送的颗粒性介质与泵活塞运保证隔膜两侧的压力平衡和隔膜的挠曲不超过设动部件不接触免除了固体颗粒对泵造成的严重计允许值。该产品有多个电磁阀和一套油路系磨损从而使泵的性能稳定性及可靠性大幅度提统对电器元件的灵敏度和操作技能要求较高。高。由合肥通用机械研究所承担的国家八五”重英国菲鲁瓦 FELUWA公司采用软管筒状隔大科技攻关子专尟′低压煤浆泵研制″产品具有膜加片状隔膜的液压方案实现双重安全保证这独创性并已于1999年初通过国家机械工业局鉴种型式对液压腔的油量平衡要求高主要用于给定。现对低压煤浆泵课题产品鉴定成果和水煤浆电厂冶炼厂输煤浆、灰浆及矿浆。隔膜泵的隔膜液控系统设计及工业试验结果等介2.2隔膜控制系统设计及特点绍如下。合肥通用机械研究所研制的低压隔膜式煤浆泵采用国外截然不同的技术方案,即液压隔膜控2隔膜控制系统设计制其系统结构见图1。为了确保隔膜使用寿命并保证隔膜在破裂瞬间报警隔膜控制系统具有2.1国外隔膜控制技术简介如下技术特点隔膜泵与一般往复泵的根本区别就在于设有该泵采用纯机械式液压补偿机构没有磁电嗝膜其技术的核心就是隔膜控制技术并确保隔转V凵中国煤化工的电磁阀及其配套的膜有较长使用寿命。目前国外各大往复隔膜泵油 CNMHG操作容易而且经试生产商多采用的技术方案有验证明其实用可靠收稿日期:2002-2003年第31卷第4期流体机械曲变形到最大允许挠度时正好使隔膜的曲面伸展成盆状不产生附加的拉伸应力内应力几乎等于零。这样一来虽然隔膜在工作状态下不断地从中心平衡位置向两侧做反复挠曲位移但因内应力很小或近于零,就可大大地延长隔膜的使用寿命。显然这种隔膜的设计和制造比一般平板形隔膜复杂很多但样机试验证明这种隔膜更耐疲劳寿命更长。3)隔膜破裂报警技术的应用虽然采取了上述措施后可以保障隔膜有较长寿命但隔膜始终处于每秒1~2次的反复挠曲疲劳状态加之磨砺性很强的浆液对它的曆损总会有破坏的时候。而一旦隔膜破裂浆液就有可能进入活塞缸导致活塞与缸套严重曆损这不仅要更换隔膜而且还要更换活塞和缸套为避免这种图1液压隔膜控制系统结构情况的出现该泵设置中采用了双层夹心”隔膜,以便采用压敏技术的隔膜破裂报警系统”不论(1)保证隔膜两侧动态压力平衡是与输送液体接触的还是与驱动液体接触的哪虽然隔膜泵排岀压力低于高压往复泵其实层破裂液体压力迅速传到微压传感器及微动开隔膜两侧的作用力是很大的(压力为1.6MPa,有关使之可以在破裂后0.2秒之内发出声、光、电效尺寸为400mm的隔膜两侧作用力约为20t)b报警信号警示隔膜已破并可实施立即紧急停泵也就是说必须保持隔膜两傚一则是驱动液体另或停泵后立即启动备用泵保证了设备和流程的侧是输送液体的压差很小或近似等于零使压运行安全。力基本平衡。如果压力不平衡隔膜在瞬间就会4)隔膜形状及膜腔曲面优化设计破坏对液压驱动隔膜泵若设计活塞行程容积为由于活塞杆密封处泄漏、气体的吸入或因补V,隔膜设计最大允许挠曲容积vn隔膜膜腔形偿系统补偿不足或过量以及第一次注油过多或成容积V侧应遵循以下设计准则过少活塞缸内的油量总是在不断的变化这都将破坏隔膜两侧的压力平衡。Vg≥Vm>V就橡胶与塑料等非金属隔膜而言两侧即使我们采用液压隔膜泵用隔膜最大挠曲机械有微小的压差在隔膜面积上所产生的拉力都是式自控机构″专利技术。设计采用一套完善的补偿系统不论驱动液体油Ⅻ何变化本系统都能能隔膜近似为弯曲刚度为零即可忽略弹性变形时自动补偿从而始终保证了隔膜两侧的动态压力平衡。并确保隔膜从中心平衡位置向两侧挠曲位弯曲对隔膜平衡产生的影响。移时隔膜的最大挠曲值不会超过设计允许值根据圆形柔韧隔膜挠度理论给岀近似弹性(2)采用预变形隔膜使挠曲变形所产生的曲面方程内应力最小W=W[1-(r/R)]隔膜是采用了预变形橡胶双层复合隔膜。所计算隔膜压差与最大挠度有以下方程谓预变形隔膜是指隔膜的形状不是一块平板形隔中国煤化工3-〃(1-)膜而是预先制成曲面设计采用了耐油、耐磨又CNMHG )具有良好弹性的橡胶经模具压制成设计给定的隔膜离开中间位置向两侧挠曲所包围的容曲面并使两层能很好的吻合在一起构成了一块积为完整的隔膜且具有一定的厚度以保证有足够的V= TWoR磨损周期/瘐襻握隔膜从中心平衡位置向两侧挠式中P—隔膜两侧的压差FLUID MACHINERYVol.31No.42003E——材料的弹性模量累计运行1008h连同调试运行46h共运行1054h。R—隔膜有效半径该泵在运行过程中油温、声响及隔膜均无异常水隔膜中心的挠曲度煤浆粘度2064mPts实测流量54.12m3/h实用h——隔膜的厚度水煤浆的粘度范围是1000±200mPas。从9月23——材料的泊松系数日至11月10日经水煤浆厂检测共13次,水煤r——从隔膜对称轴到挠曲面上计算点的浆的灰份、浓度比较稳定但因泵的不断循环输距离送,使介质粘度变化范围较大,最高粘度达按以上公式及经验综合确定最大工作挠度4648mPas。经添加剂处理后粘度又降下来最低Wo=35m隔膜有效直径2R=400mm粘度为504 mPa试验表明该泵工况适应能力计算出隔膜设计最大允许挠曲容积V(离开很强在输送浆液粘度最高达4648 mPa s仍能正中间位置包围容积常运行。Vn=πW0R2=4396cm3=44L其攻关指标与试验实测数据比较见表1。其活塞最大行程容积为表1V.=xD2S/4=3799cm3=3.80L项目指标名称「课题攻关指标试验实测数据使隔膜挠曲变形所产生的内应力最小,根据泵的额定流量(m/h)5.00计算得出的隔膜膜腔曲线采用预变形隔膜形状泵的排岀压力氏MPa)1.6及膜腔曲线如图2。泵的吸入压力P(MPa)0.008泵的效率n(%)80泵的容积系数K(%)≥8888.10介质浓度(%)60~6562~67介质粘度(meas)1400-300504-4648R158介质密度p(kg/m3)200目占60%,介质粒度140目占1%,标准水煤浆其余为40目介质温度t(℃)38~60结论1体本文介绍的低压隔膜式煤浆泵是采用专利技术液压隔膜泵用隔膜最大挠曲机械式自控机构”自主开发的产品具有独创性复合预报警隔膜2羟经过长期试验研究及中间样机工业运行考核实践证明本文介绍的低压隔膜式煤浆泵结图2隔膜形状及膜腔曲线构更简单运行更可靠3涮用现有隔膜泵机组的关键专利技术、低3水煤浆隔膜泵性能及工业试验压隔膜式煤浆泵的成果将大大推进我国隔膜泵国产化的进程合肥通用机械研究所研制的低压隔膜式煤浆泵Q=50m3hP=1.6MPa厅1998年9月在北中国煤化工京水煤浆示范厂安装调试完毕,调试期间运行累CNMHG教授级高工从事容积泵开计46h9月23日正式开始满载连续试验至11发研究。通讯地址31002浙江杭州市浙江工业大学化工机械设月10日16时泫泵在排出压力1.6MPa下共连续计研究所