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隨著國(guó) 民經(jīng) 濟(jì) 的發(fā) 展 , 隔膜 計(jì)量 泵 的需 求量越來(lái)越 大 , 應(yīng) 用范 圍也越來(lái)越廣 , 對(duì)使用 計(jì)量 泵的要 求也越 來(lái) 越高 , 例如 , 年產(chǎn) 3 0 萬(wàn) t乙 烯 裝 備 中配套的 7 萬(wàn) t / a 聚 丙 烯 裝置 ,要 求隔膜 計(jì)量 泵 必須 在 8 0 0 0 h 內(nèi) 連續(xù) 運(yùn) 行 ,計(jì)量精 度保持 在士 l % 以內(nèi) ; 隔膜 和 進(jìn) 出 口 閥
的工 作壽命 不少 于 8 0 0 0 h ; 還需配 有 隔 膜破裂報(bào)警裝 置 。我國(guó) J 系列 計(jì)量 泵 中也曾試制 過(guò) 隔膜計(jì) 量泵 。 但是 , 計(jì)量精度 不能 持久 , 復(fù)現(xiàn)性和線 性均 不高 ; 隔 膜 的使用 壽命根本達(dá)不 到 8 0 0 0 h ,進(jìn) 出 口閥 的耐磨、 耐腐蝕性能 均不 能滿 足重 大技術(shù)裝備 的 流程要求 。 因 此 , 只 能依 賴于 進(jìn)口。為實(shí)現(xiàn)隔膜計(jì)量 泵在 大型 石 油、 化 工 、 電力 、 核 工業(yè) 領(lǐng)域 的成套裝置 中的國(guó) 產(chǎn)化 , 高精度計(jì)量 泵 的研制 被列 為 “ 七五” 國(guó) 家重大 技術(shù)裝備攻關(guān) 項(xiàng) 目。攻關(guān) 中 , 根據(jù) 大 型成 套裝置 的 技術(shù)要 求 ,詳細(xì) 分析 了 J 系列 計(jì)量 泵 的結(jié)構(gòu)特 點(diǎn) , 引用 了J 系列 中機(jī)座 的傳動(dòng)調(diào) 節(jié)機(jī)構(gòu) , 重新 研制 出液力端 的液壓 腔和介質(zhì)腔 , 三 閥閥組的優(yōu) 良結(jié)構(gòu) ,使 計(jì)量 精度在調(diào) 量范 圍 ( 1 0 一 1 0 0 ) % 內(nèi)長(zhǎng)期保持在 士 l % 以 內(nèi); 隔膜 和進(jìn) 出 口閥 的使用 壽命超過(guò) 了 8 0 0 h ; 配上壓敏式隔 膜 破裂 報(bào) 警裝置 , 隔膜破 裂后 1 秒鐘內(nèi)發(fā) 出聲或光 報(bào)警 。 試制 的樣機(jī)達(dá) 到 國(guó)外先進(jìn)水平 。
2 液壓 隔膜計(jì)量 泵結(jié)構(gòu) 與工作 原 理
液壓 隔膜 計(jì)量 泵 由液力端 、 傳 動(dòng) 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和 電動(dòng)機(jī)三部分組成。 傳 動(dòng) 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是 由蝸 輪蝸 桿減速 , 通過(guò)曲柄連桿 機(jī)構(gòu) 將 電機(jī) 的 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 轉(zhuǎn)換成 往復(fù)運(yùn)動(dòng)，柱塞行程長(zhǎng)度的 調(diào)節(jié) 是 通過(guò) 旋轉(zhuǎn)手 輪 , 使絲 桿 帶 動(dòng) N 形軸產(chǎn)生軸 向位移 , 從而 改變 曲柄 的 旋轉(zhuǎn)半徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的 , 并 由調(diào)量 表指示 。 隔膜 計(jì)量 泵 的傳動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) , 通常 與柱塞 計(jì)量 泵的 傳動(dòng) 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通用 。 隔膜 計(jì)量 泵 的液 力 端是 由 柱塞 的往 復(fù)運(yùn)動(dòng) , 通過(guò) 液壓油驅(qū)動(dòng)隔 膜 來(lái)完成 吸 排介質(zhì) 。 因此 本文 重 點(diǎn)對(duì) 隔膜式液 力端進(jìn)行 分析研究 。
2.1 液 力 端的 工作 原 理
液 壓 式隔 膜計(jì)量 泵的 液 力端比較復(fù) 雜, 它 包括 由液缸體、 柱 塞 、 填料密封 、 三閥 ( 即補(bǔ) 償 閥、 放氣 閥 、 安全 閥 ) 組成 的液 壓腔 , 由缸蓋 、 進(jìn) 出 口 閥構(gòu)成 的介質(zhì)腔 和隔膜三部分 。 隔膜設(shè)置在 中間 , 隔開(kāi) 液壓腔 中的液 壓油和介質(zhì)腔 中的被輸送介質(zhì) , 形成 了 以隔膜 為
主體的 壓 力平衡系統(tǒng) 。 其 工作原理就 是將 柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成隔膜的 凹 凸撓 曲變形的 交遞運(yùn) 動(dòng) , 促 使介質(zhì)腔 內(nèi)的壓 力產(chǎn)生變化 , 實(shí)現(xiàn)介
質(zhì) 的吸人 和排 出。 在此 工 作過(guò)程 中, 隔 膜 只能在兩 曲面 限制板 組成 的 膜腔 內(nèi)起 到 壓 力平衡 和隔 離液壓油 的 作用 , 隔膜 自身不能運(yùn)動(dòng) 。 當(dāng)柱塞 在吸入行 程時(shí) , 液壓 油隨 著柱塞 的 向后運(yùn) 動(dòng)而 填補(bǔ) 了柱 塞 的空 間 , 液 壓腔 內(nèi)趨于負(fù)壓 , 此時(shí) 隔膜隨液 壓 油的運(yùn) 動(dòng) 向液 壓腔方 向靠攏 , 以至最后緊貼在后限制板上 , 隔膜就變成 了凹 曲面 , 使得 介質(zhì)腔 內(nèi)產(chǎn)生 了真空 , 吸人球閥 自動(dòng)開(kāi) 啟 , 介質(zhì)隨著 壓差 自動(dòng)進(jìn)人介質(zhì)腔 。 當(dāng)柱塞
轉(zhuǎn)入排 出行程時(shí)柱塞 由后死 點(diǎn) 向前 死點(diǎn) 運(yùn) 動(dòng) ,液壓腔 的壓力隨 著 上升 。 由于介質(zhì)腔 的壓 力低 ,此時(shí) , 隔膜 向介質(zhì)腔靠攏 。 介質(zhì)腔 內(nèi)的壓 力也
隨之上升 , 介質(zhì) 在壓 力 下沖開(kāi)排 出閥 , 進(jìn)人 輸出管 路 , 直至 隔膜 貼在前限制 板為 止 。 這一 排出行 程 , 隔膜 由凹 曲面變 成 了 凸曲面 。 掖壓式隔膜 液 力端就是如 此 反復(fù)交遞地 運(yùn)行 , 連續(xù)不斷 地輸 送 介質(zhì) 。
2.2 三 閥的 功 能
三 閥 ( 即補(bǔ)償 閥 , 放氣 閥 , 安 全 閥 ) 是液壓式隔膜 計(jì)量 泵不 可 缺少 的部件 , 它們 的作 用簡(jiǎn)述 如下 :由于柱塞 長(zhǎng)期 往 復(fù)運(yùn) 動(dòng) , 填料密封不 可避免 地要發(fā) 生磨損 。 這樣 , 當(dāng)柱 塞處于 排 出行程時(shí) , 液 壓腔內(nèi)形成高壓 , 液壓油就會(huì) 從填 料密封處向外 泄漏 。 當(dāng)柱塞 處于 吸人行 程時(shí) , 隔膜已貼上后限制 板 , 而柱 塞 尚未到 達(dá)后死點(diǎn) , 此時(shí)液 壓腔 內(nèi) 由于 液 壓 油的不 足產(chǎn) 生瞬 時(shí)真空 ,空氣就從 填料密封 處進(jìn) 人液 壓腔 。補(bǔ) 償 閥的 作用 是及 時(shí)補(bǔ) 充 因上述液 壓 油的泄漏造成 的油 量不 足 , 避免 容積 系數(shù) 下降 。放氣 閥的 作用 是及 時(shí)將泄人 液壓 腔 內(nèi)的氣體排 出腔外 , 保持 計(jì)量 泵工 作 的穩(wěn)定性 。安 全 閥是計(jì) 量 泵 自身保護(hù)裝置 。 當(dāng)過(guò)量補(bǔ)油 , 液 壓腔 內(nèi)壓 力上升 到開(kāi)啟壓 力時(shí) , 安全 閥就自動(dòng)開(kāi) 啟 , 排放多 余的 液壓 油 , 避免 隔膜損壞 。另 一方面萬(wàn) 一 因誤操 作 將排 出 管路 關(guān)閉或 因其它 原 因使 排 出管路 受堵 , 介 質(zhì)腔 壓 力超過(guò) 安全閥 的開(kāi) 啟 壓 力 , 安 全 閥 自動(dòng) 開(kāi) 啟 , 排放液 壓腔內(nèi)的液 壓 油 , 避 免 泵 和系統(tǒng)管 路損 壞 。
2.3 影響計(jì) 量 精度 的 因 素
計(jì)量精度是 計(jì) 量 泵產(chǎn) 品結(jié)構(gòu) 、 制 造裝 配精度等 方面 引起 的流量 計(jì)量誤差的 集中反映 , 是一 個(gè) 主要 的 技術(shù) 經(jīng) 濟(jì)指標(biāo) 。 計(jì)量精度在 數(shù)值 上可用三 種方式表示 , 即穩(wěn) 定性 精 度 瓦、 復(fù)現(xiàn)性精度 E r 和 線 性度 及 。影響計(jì)量精度 的 因素 是多方面 的 , 有設(shè) 計(jì) 、制 造 和裝配方 面 的 因素 , 也有選 型 、 使用 和維修方面 的因素 。 但就計(jì)量 泵本身而 言 , 計(jì) 量精度 的持久性在很 大 程 度 上取決 于柱塞 填料密封、 進(jìn)出 口閥 、 放氣 閥 和補(bǔ) 償 閥的工 作性能 。下面 將 結(jié)合 樣機(jī) 的研 制說(shuō) 明如何提高計(jì) 量精度的 持久性 的技術(shù) 措施 。
3 . 2 . 1 進(jìn) 出 口 閥選擇
為防 止介質(zhì) 的 內(nèi)漏 , 采 用圖 3 所示
的雙層剛玉 陶瓷球 閥 。 計(jì)量 泵采 用 球 閥結(jié)構(gòu) , 它與平板 閥 , 錐 閥相 比有 以下優(yōu)點(diǎn) :
( l ) 球 閥在 運(yùn)動(dòng) 中伴有球 在 閥套中的 自身 旋轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 。 不僅球 的 自身磨損 均 勻 , 提 高使用 壽命 , 而且在球體上 沒(méi) 有適 合 固體 微 粒粘附
的 部位 。 另外 , 球 閥 的密封是 線 性 密 封 , 即使在混有固體 顆粒 的介 質(zhì)中仍 能保證 良好 的密封 。 另外 , 球 閥沒(méi) 有導(dǎo) 向裝置 , 避免 了阻 礙運(yùn)動(dòng) 的不穩(wěn)定摩擦 力 , 減少 了球在 閥套 中運(yùn) 動(dòng)的滯后因素 , 因此 能 保證計(jì)量精度的持久性 。
( 2 ) 閥 球采 用標(biāo) 準(zhǔn) 的鋼球 , 結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單 ,互換性 強(qiáng) , 便于裝拆和 清洗 。 還 可采 用 陶瓷 ,瑪 瑙等 非金屬球 , 既 防腐蝕 , 又 耐磨 。
( 3 ) 過(guò)流流道 平滑 , 水 力阻 力小 , 適宜輸送粘 度 較高 的液體 , 粘 度一 般 在 l ~ 7 0 0 0m m’/ s 范 圍 內(nèi) , 仍能 保持較高 的容積系數(shù) 。
3.2.2 補(bǔ) 償閥 的選擇與比 較補(bǔ) 償 閥工作 的 靈敏性 , 決定 了計(jì) 量泵 的容積 系數(shù) 和計(jì) 量精 度 。 樣機(jī)設(shè)計(jì) 中, 對(duì) 幾種 補(bǔ)償閥進(jìn)行 了全 面 的分析 。 目前 , 常 用 的補(bǔ)償 閥有 :自動(dòng) 補(bǔ) 償 閥 , 強(qiáng) 制開(kāi) 啟補(bǔ) 償 系統(tǒng) 和限位補(bǔ) 償系統(tǒng) 。
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