簡要介紹了隔膜泵的結構及工作原理,重點討論了泵閥參數的設計方法及確定原則,分析研究了閥件在使用中的主要損壞形式、產生原因及相應的改進方法。為泵閥設計與檢修提供了理論分析和參考意見。

　　關鍵詞:隔膜泵; 沖刷破壞; 沖擊破壞; 閥座; 閥芯

　　1、前言 

　　往復式活塞隔膜泵是國外20 世紀60～70 年代在泥漿泵的基礎上開發的一種新型機電一體化產品。因為其易損件少,并可以、安全、簡單且不污染環境地輸送高溫、高磨蝕固液兩相介質,所以被廣泛應用于黑色、有色、化工、建材、煤炭和電力等行業內的各類工藝系統。隔膜泵涉及機械、電子、液壓、材料和化工等多學科技術,技術復雜程度高。目前,上只有荷蘭、德國等少數國家進行批量設計生產制造,噸價為一般機械產品的5～10 倍。 

　　2、隔膜泵的結構及工作原理 

　　隔膜泵為臥式雙作用式往復泵,它由電動機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運動。活塞的運動通過其兩端的推進液(液壓油) 使隔膜產生周期性的往復運動。當隔膜向左運動時, 隔膜腔下端的進料閥打開而吸入輸送介質;當隔膜向右運動時,隔膜腔上部的出料閥打開排出輸送介質。在整個輸送介質的過程中,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。通過合理的結構設計,可以使閥件、隔膜更換迅速方便。這樣從隔膜泵結構上而言,就可以保證較高的連續運轉和較低的運行成本。 

    3、隔膜泵的泵閥參數 

　　泵閥的工作過程極其復雜,總的來說取決于工作腔內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律,在實際研究過程中,都進行如下簡化與假定:

　　(1) 輸送介質為不可壓縮液體;

　　(2) 閥芯是無質量的;

　　(3) 閥吸入過程中,輸送的介質滿足流體的連續條件;

　　(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;
　　　　dv ———閥半徑;
　　　　Cv ———閥隙流速;
　　　　ω———轉速;
　　　　θ———閥密封面與閥座端面夾角;
　　　　Av ———閥的面積。
　　由式　　　　    (1) 可導出閥滯后角ψ0 及滯后升高h0 的公式 

　　閥zui大升程發生在ψ=π/ 2 時,可以得到閥zui大閥升程 

　　庫要列夫斯基認為:閥的撞擊是由于閥下落到閥座上時的速度達到某一臨界值時產生的。通過試驗表明,閥落到閥座上的速度u0 ≤60～65 mmPs 時,就不會產生嚴重的撞擊,從而得到下式 

　　閥件的參數設計就是在研究閥破壞機理的基礎上,應用上述公式進行的參數確定。

　　隔膜泵中閥件的破壞機理十分復雜,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生沖擊時的破壞;沖刷破壞是指閥隙的高壓溢流產生的破壞。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,在進行閥件設計時,一般堅持以沖刷破壞為主,兼顧沖擊破壞,即以限制閥隙zui大流速為基礎進行閥件設計,其方法如下:

　　(1) 根據輸送介質的各種性質,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、彈簧預壓力與彈簧剛度: 

    4、主要損壞形式、原因分析及改進方法
　　根據實踐調查分析,發現進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) 產生點蝕。主要原因是輸送介質的硬度太高。其改進方法一般為改進閥盤和閥座的材質,以提高其耐磨性。
　　(2) 閥盤(凡爾體) 及閥座(凡爾體) 產生刺溝。通過現場觀察,發現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域。根據流體運動規律可知,由于閥的密封面為球面,當閥起閉過程中,壓力液體在球面區域運動時有向心趨勢,當流經閥座邊沿時由于流道突然擴大,使部分流體向心趨勢突然減弱,對閥座邊沿產生了沖擊, 從而產生刺溝。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,對閥盤中部產生了沖擊,以至產生刺溝。其改進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) 產生“卡閥”。其原因主要是因為輸送介質中的顆粒過大,卡在閥與閥座之間,造成隔膜泵不能正常運轉。其改進方法有:改進吸入管道中的排渣機構,并設定雙層的振動篩網,防止大顆粒進入吸入端,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”。  

,直通單向閥,

,DIF-L10H1 DIF-L10H2 DIF-L20H1 DIF-L20H2 DIF-L32H1 DIF-L32H2 DF-L10H1,

,

,直角單向閥,

,DF-L10H2 DF-B10H1 DF-B10H2 DF-B20H1 DF-B20H2 DF-L20H1 DF-L20H2 DF-L32H1 DF-L32H2,

,DF-F32H1 DF-F32H2 DF-B32H1 DF-B32H2,