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弹性体高粘度转子泵设计与应用

发布时间:2019-05-27 15:54 分享:

针对现有泵振动明显及不适应含水量低介质的突出问题,设计了一种弹性体高粘度转子泵,并对其结构組成进行详细介绍,通过测试验证了其良好的抑振效果,并且能够很好地适应低含水量介质的运输送,实现了干运行,对流体运输相关产业具有重大意义。

前言

水泵是输送流体或使流体增压的机械,将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体,使液体能量增加。水泵主要用来输送水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等液体,也可输送液、气混合物及含悬浮固体物的液体。水泵通常可按工作原理分为容积泵、动力泵和其他类型泵三类。水泵因其在输送流体方面的显著优势被广泛应用于石油化工、农业、矿业、冶金工业、航空航天和能源产业等众多领域。

现有的传统泵型,因自身结构与工艺原理的限制,难以实现对高含固量介质的输送,长期运转下其自身振动也会不断加剧,存在明显的不足与缺陷。针对这类问题,本设计提出一种创新型弹性体高粘度转子泵。弹性体高粘度转子泵主要由电机、减速齿轮箱、联轴器和泵体等组成,其中泵体由轴承、同步齿轮、隔离腔室、泵壳、衬板、轴封、转子、泵盖和泵轴等部件组成。

高粘度转子泵转子是全橡胶包覆,耐磨损性强,转子与壳体之间高精度间隙配合,具有很强的自吸力和高扬程,该高粘度转子泵可靠、坚固、节能,可以输送各种黏稠的或含有颗粒物的介质。高粘度转子泵效率高、节能、省时,不需要引流、灌泵,可适用于各种复杂的流体介质。干式安装、在线维修和低成本维护,运行平稳、自吸、耐磨损且不易堵塞。

二、高粘度转子泵结构与工艺原理

1.高粘度转子泵基本结构

弹性体高粘度转子泵结构组成如,主要由轴承、同步齿轮、隔离腔室、泵壳、衬板、轴封、转子泵盖和泵轴等部件组成。高粘度转子泵泵壳由整体精密铸造加工而成,误差极小。高粘度转子泵隔离腔室的设计隔离了过流泵腔和同步齿轮箱,既能防止介质污染腐蚀齿轮,又能防止齿轮腔内润滑油污染介质。螺旋无脉动高精度数控加工的转子,脉动平稳,误差极小,能够有效抑制振动,极大地提高输送效率。

(1)高粘度转子泵弹性体转子采用弹性体橡胶专利配方包裹转子技术,解决了传统泵输送颗粒介质易卡死缺陷,最大通过颗粒直径80mm;高粘度转子泵转子与转子之间、转子与泵体之间采用全接触密封;弹性体高粘度转子泵具有极强的真空自吸能力,最大自吸高度达9.5m。

(2)纳米喷涂耐磨衬板转子与高粘度转子泵泵体之间采用轴向和径向纳米喷涂耐磨衬板,磨损后可及时更换,维护方便。目前高粘度转子泵使用的衬板等易损件一般都采用ZGMn3高锰钢材质。ZGMn13奥氏体高锰钢的冲击韧性很高,但原始硬度不够,受冲击时奥氏体高锰钢表面冲击硬化效应不能充分产生,高锰钢表面达不到高硬度,则衬板很快被磨损。同时高锰钢的屈服强度较低(约为350MPa左右),在高粘度转子泵使用中,尤其是使用前期易发生塑性变形。另外高粘度转子泵漏斗衬板和装卸煤炭之间还存在一个硬度匹配问题,硏磨介质硬度一般应高于衬板硬度3HRC左右较宜,高锰钢在高冲击负荷下的上述不足常常导致衬板的韧性有余而耐磨性不够,磨损失效快,而且变形严重致使衬板寿命短有着直接的关系。

近年来国内有关单位也开展了高铬铸铁衬板的研究,其耐磨性可达同工况下高锰钢的2倍以上。但这些材料的韧性仍嫌较低而且含钼、铜等合金元素,生产成本较高。本项目对高粘度转子泵轴向和径向纳米喷涂耐磨衬板进行硏制,并取得了很好的使用效果。

(3) 高粘度转子泵泵轴双支撑结构针对传统的单支撑转子泵容易产生轴变形的缺陷,本转子两端采用双点支撑结构,大大减小轴的变形,使单泵最大压力能够达到4MPa;

双支撑高粘度转子泵运行稳定(多约束),但投资及维修相对麻烦,主要用于多级泵及大排量(直径较大)泵(如循环水泵等),而单支撑泵相对来说投资小、维修相对简单,但因扰度大,相对振动大,主要用于单、双级泵及小排量(直径较小)泵(功率小)。

高粘度转子泵如果采用单支撑泵设计,则受力状况不好,由于悬臂,泵轴会出现挠度,运行时振动会较两端支撑高粘度转子泵要大,同时其轴向圆跳动也会增大对密封端面的寿命也有影响,特别在高温情况下,尽量选择两端支撑的高粘度转子泵。

(4)高粘度转子泵转子技术采用几何螺旋转子技术,相对传统直叶转子,螺旋转子完全消除了转子泵进出口流量、压力脉动,运行平稳、低噪声。不合理转子设计会形成闭死容积或引起汽蚀,从而导致振动和噪声,并产生汽蚀破坏。

本项目将在现有转子泵型线的设计经验基础上,进一步从理论上分析转子型线与闭死容积的相互关系,并借助 FLUENT软件对内部流场进行数值模拟计算和仿真分析,以实现转子型线的优化设计,从而彻底消除闭死容积和汽蚀,直叶转子与扭叶转子流线与流量脉动。

2.高粘度转子泵工艺原理

弹性体高粘度转子泵工作原理,将弹性体高粘度转子泵的转子容腔分为A、B、C、D四个室,A室为物料入口,B室和C室分别为上下转子工作空间,D室为物料出口。弹性体高粘度转子泵依靠两同步反向转动的转子在旋转过程中于进口处产生吸力(真空度),从而吸入所要输送的物料。

弹性体高粘度转子泵单周期的工作,单周期的运行过程可以分为以下4个状态。当弹性体高粘度转子泵处于状态I时,物料开始进入A室;当弹性体高粘度转子泵处于状态Ⅱ时,上下转子比前一状态转过一定角度,将物料分别吸入B室和C室;当弹性体高粘度转子泵处于状态Ⅲ时,上下转子又比前一状态转过一定角度,前一状态被吸入BC室的物料在转子带动下由BC室前端输送到BC室后端:当弹性体高粘度转子泵处于状态Ⅳ时,处于BC室后端的物料在转子的带动下由D室向外输送,且被输送的高含固量介质输送测试。

为测试及验证弹性体高粘度转子泵对于高含固量介质输送的可行性和稳定性,我公司进行高固含量介质输送试验。

试验中高含固量介质采用城市泥沙污水,其固体含量介于30%-40%。试验所用设备为固、液、气三相流多功能试验台。该试验台为封闭式试验台,试验台主要由测试高粘度转子泵、固液、气液混合罐、电动机、测压装置、电磁流量计、电动平衡阀和管路组成。试验室在不同流量下,测定一组对应转速下流量计读数,转子泵进出口压力参数,即可得出一组高粘度转子泵的流量Q、扬程H、功率N等数据,从而绘制出H-Q、N-Q等特性曲线。

高粘度转子泵高含固量介质输送实验,输送时间为8h,输送方式为不间断输送。从试验效果可以看出CRP-80弹性体高粘度转子泵能够稳定高效地输送高含固量介质,并且运行的稳定性极高,相对与其他传统泵型,弹性体高粘度转子泵的抑振效果十分明显。

三、应用领域

弹性体高粘度转子泵由于其自吸力强、振动极小,适用高含固量介质输送的杰出优势,被广泛应用于市政排涝、畜牧养殖业、交通及野外消防等大颗粒、高黏度、高扬程的工况环境,各个系统的泵型。

四、结语

弹性体高粘度转子泵相对于传统泵型,如螺杆泵、齿轮泵和叶片泵,自吸能力强,自吸高度可达9.5m,排污能力强,能够实现高黏度、高含固量介质及敏感介质的输送,具有抑振效果明显,长期运转可靠性强、稳定性高的优势,可广泛应用于各种大颗粒、高黏度和高扬程的工况环境。

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