針對泵產(chǎn)品密封泄漏以及往復(fù)式隔膜泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重、調(diào)試?yán)щy等問題,我們研制成功了q=2m3/h,25m3/h;p≤0.4mpa環(huán)形隔膜泵兩種產(chǎn)品,并于1994年元月通過了部級鑒定,并獲得國家專利,專利號92236204.1。1、結(jié)構(gòu)特征環(huán)形隔膜泵首先以平面蠕動式剛性支承環(huán)和環(huán)形隔膜區(qū)別于一般轉(zhuǎn)子泵和往復(fù)式隔膜泵。此外現(xiàn)有隔膜泵多采用片狀隔膜來隔開輸送介質(zhì)和工作介質(zhì),并使用往復(fù)式曲柄連桿機(jī)構(gòu)、三閥機(jī)構(gòu)、進(jìn)出口閥組;環(huán)形隔膜泵吸收了軟管泵、撓性襯圈泵及其它轉(zhuǎn)子泵的特點(diǎn),采用回轉(zhuǎn)式驅(qū)動機(jī)構(gòu)和環(huán)形隔膜有機(jī)結(jié)合的新穎結(jié)構(gòu),用環(huán)形隔膜將輸送介質(zhì)與驅(qū)動元件隔開,使輸送介質(zhì)無法向外泄漏。環(huán)形隔膜泵主要由泵體1、隔離機(jī)構(gòu)2、剛性支承環(huán)3、環(huán)形隔膜4、軸承套5、軸承6、傳動軸7及浮動承壓環(huán)、泵端蓋等組成(圖1);環(huán)形隔膜端部靠軸承蓋沿軸向壓緊固定,其和泵端蓋、剛性支承環(huán)、泵體組成封閉容積,當(dāng)傳動軸旋轉(zhuǎn)時(shí),借助進(jìn)、出口隔離機(jī)構(gòu)和剛性支承環(huán)、泵體形成吸液和排液腔,達(dá)到無泄漏輸送介質(zhì)的目的。環(huán)形隔膜泵主要結(jié)構(gòu)特征為:(1)隔膜和泵體間設(shè)有平面蠕動式剛性支承環(huán);(2)環(huán)形隔膜內(nèi)置有浮動承壓環(huán);(3)環(huán)形隔膜將輸送介質(zhì)和潤滑介質(zhì)隔開;(4)環(huán)形隔膜泵獨(dú)有進(jìn)出口組合隔離機(jī)構(gòu);(5)無需底閥和進(jìn)出口閥組;(6)獨(dú)特的軸向密封結(jié)構(gòu);(7)剛性支承環(huán)與傳動軸間設(shè)有軸承。2、設(shè)計(jì)要點(diǎn)2.1、流量環(huán)形隔膜泵中剛性支承環(huán)和隔離元件、泵體將液腔隔成吸入和排出部分,隨吸入和排出液腔容積的變化,介質(zhì)沿進(jìn)口至出口連續(xù)流動。如圖2所示吸人口a和排出口b分別為吸、排腔徑向密封死點(diǎn),可見每轉(zhuǎn)排出理論流量應(yīng)為:q;,t=10-’n(rz一r2)bk[l]式中b--剛性支承環(huán)寬度,cmr--泵體內(nèi)腔半徑,cmr--剛性支承環(huán)半徑,cmk--理論容積系數(shù),主要考慮無效密封角α及結(jié)構(gòu)尺寸r,r等對理論流量的影響;通常無效密封角α分別控制在20。以內(nèi),k值可精確求得,一般取0.90-0.95設(shè)計(jì)中有r=r+e,其中e為偏心值,cm。則有泵理論流量為:考慮到泵的壓差、介質(zhì)粘度、間隙大小及泵速對流量的影響,則泵的額定流量為:qr=kvqth式中kp--容積系數(shù)2.2、泵速和泵徑向、軸向間隙的確定2.2.1、泵速由于采用了平面蠕動的剛性支承環(huán),因而泵體、泵端蓋和剛性支承環(huán)間相對滑動速度與泵速相關(guān),其值可估算,即:v=πne/30可見合理控制與降低泵速,則可以減小摩擦和功率損耗,延長泵使用壽命,提高泵效率。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),通常將泵速控制在n≤300min-1范圍。2.2.2、軸、徑向間隙吸人和排出腔間徑向密封為楔形間隙,軸向間隙為平行縫隙。泵的性能與徑向、軸向間隙及相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)和介質(zhì)特性密切有關(guān),其中徑向間隙主要根據(jù)壓差△p;輸送介質(zhì)的粘度γ;剛性支承環(huán)半徑r;偏心值e等因素確定。即間隙t=f(ν,r)/f(△p,e),顯然當(dāng)△p和e增大時(shí),間隙t應(yīng)取小值;當(dāng)ν,r增大時(shí),間隙t可取大值。軸向密封采用間隙密封和彈性密封相結(jié)合效果良好;而平行間隙的泄漏量可由下式估計(jì):q=10-5xt3b△p/1.2γl[ml/s]式中b―間隙寬度,cml―間隙長度,cm△p―壓差,mpaν―介質(zhì)動力粘度,pa?st―間隙值,cm通常,合理控制徑、軸向間隙可以提高自吸性能和排出壓力,減小泵內(nèi)泄漏量,保持較高容積系數(shù)。實(shí)踐證明,剛性支承環(huán)和泵體、傳動軸和軸承套以及軸承和軸承蓋的公差配合、徑軸向尺寸鏈的計(jì)算至關(guān)重要。通過設(shè)計(jì)分析和試驗(yàn)驗(yàn)證,徑向、軸向間隙應(yīng)控制在0.03~0.20范圍內(nèi)。2.3、環(huán)形隔膜的設(shè)計(jì)環(huán)形隔膜是環(huán)形隔膜泵中隔開輸送介質(zhì)和潤滑介質(zhì),實(shí)現(xiàn)無泄漏輸送介質(zhì)的關(guān)鍵零件,其設(shè)計(jì)不同于片狀隔膜,我們從結(jié)構(gòu)上保證其承受低壓狀態(tài),通過預(yù)定伸長量使之工作狀態(tài)下附加變形極小,設(shè)計(jì)中遵循以下原則:(1)環(huán)形隔膜內(nèi)外表面均無相對滑動摩擦;(2)控制隔膜內(nèi)外表面壓差在0.1mpa以內(nèi);(3)采用浮動承壓環(huán)形成浮動支承;(4)提高隔膜抗拉和抗疲勞性能;(5)合理選擇隔膜硬度;(6)保證隔膜裝拆方便;(7)給定隔膜預(yù)伸長值△l。若環(huán)形隔膜工作變形段尺寸為l,而安裝尺寸為l’,那么環(huán)形隔膜設(shè)計(jì)長度值則為:l=△l+l’其中△l=e/sin(arctge/l)-l通常△l=0.5-2.omm,考慮環(huán)形隔膜雖承壓較低,但接觸腐蝕性介質(zhì)且工作中循環(huán)撓動加上結(jié)構(gòu)尺寸要求嚴(yán)格,我們和有關(guān)制造廠和科研院校研制了丁臘橡膠、聚氨醋橡膠和夭然橡膠等多種隔膜,經(jīng)對比試驗(yàn),聚氨醋隔膜物化性能和疲勞性能較優(yōu)。2.4、剛性支承環(huán)設(shè)計(jì)環(huán)形隔膜泵中剛性支承環(huán)有別于普通轉(zhuǎn)子泵和往復(fù)式隔膜泵。它的設(shè)置不僅使軸向和徑向密封容易形成,而且可以保護(hù)隔膜,保證泵具有較高排出壓力和良好的自吸性能。剛性支承環(huán)上任意質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動為垂直軸線截面內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動和回轉(zhuǎn)運(yùn)動合成的平面運(yùn)動即平面蠕動。剛性支承環(huán)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮采用輕質(zhì)材料或中空結(jié)構(gòu),以減輕重量,減小慣性力。其工作狀態(tài)下外表面承受不平衡液壓力作用,使傳動軸上承受徑向力f,當(dāng)徑向密封點(diǎn)在遠(yuǎn)離組合隔離機(jī)構(gòu)最低點(diǎn)時(shí)有下式:fmax=20?△p?b?r式中△p―壓差,mpab―剛性支承環(huán)寬度,cmr―剛性支承環(huán)半徑,cm由上式可知,剛性支承環(huán)承受較大的徑向力,因此在設(shè)計(jì)中不僅應(yīng)保證其足夠的剛度和強(qiáng)度,同時(shí)還應(yīng)考慮傳動軸可能產(chǎn)生撓度,通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確保泵徑向間隙在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。3、性能特點(diǎn)3.1、性能特點(diǎn)環(huán)形隔膜泵以獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、優(yōu)化的設(shè)計(jì)、參數(shù)的合理匹配及高質(zhì)量的隔膜而具備優(yōu)良的性能,主要在如下:(1)無泄漏。由于泵中環(huán)形隔膜將輸送介質(zhì)與潤滑介質(zhì)隔開,輸送介質(zhì)無法外泄。(2)自吸性能強(qiáng)。因是回轉(zhuǎn)式容積泵,故具有較好的自吸能力,可油、氣、水混合輸送,泵無需灌引,直接啟動。(3)適應(yīng)范圍廣。可輸送一般液體亦可輸送粘稠性介質(zhì),應(yīng)用參數(shù)范圍大。(4)效率高。傳動結(jié)構(gòu)緊湊簡單,和同參數(shù)葉片泵相比,效率高5%以上,且高效區(qū)寬廣。該產(chǎn)品易于系列化、通用化;同一機(jī)座產(chǎn)品可更換過流部件、調(diào)整泵速和間隙來適應(yīng)不同工況和介質(zhì)。目前環(huán)形隔膜泵已形成q=1~50m3/h,p≤1.ompa的系列產(chǎn)品,可廣泛用于輸送強(qiáng)腐蝕性、易燃爆、劇毒和放射性的以及高純度或高粘度的介質(zhì)等。此外,依不同用戶要求可采用調(diào)速傳動方式,還可配用隔膜報(bào)警自動執(zhí)行器。3.2、產(chǎn)品實(shí)剛性能據(jù)“軍工艦船用環(huán)形隔膜泵的研制”課題鑒定要求,兩種產(chǎn)品經(jīng)500h型式試驗(yàn)后,經(jīng)檢測其性能見表1。由此可見,產(chǎn)品實(shí)測性能均達(dá)到機(jī)械部課題攻關(guān)指標(biāo),具有良好的自吸性能及氣液混輸、高效率等特性。此外,我們用hm-2.0/0.4型環(huán)形隔膜泵進(jìn)行了對比試驗(yàn),其輸送不同介質(zhì)和不同壓差下的性能見表2。顯然,粘度和壓差不同時(shí),相同的密封間隙下,所產(chǎn)生的內(nèi)泄漏量不同,使得容積系數(shù)不同。4、結(jié)論及應(yīng)用環(huán)形隔膜泵作為新型容積轉(zhuǎn)子式無泄漏泵,采用了旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動機(jī)構(gòu),減少了滑動摩擦潤滑點(diǎn),簡化了結(jié)構(gòu)。采用環(huán)形隔膜隔開潤滑介質(zhì)和輸送介質(zhì),獨(dú)特新穎。此外由于它和往復(fù)式隔膜泵、轉(zhuǎn)子泵、磁力泵、軟管泵等結(jié)構(gòu)有本質(zhì)不同,因而其研究開發(fā)及市場應(yīng)用潛力大。工業(yè)發(fā)達(dá)國家無泄漏泵年產(chǎn)量占泵年產(chǎn)量15%~20%;而我國無泄漏泵年產(chǎn)量占總產(chǎn)量3%左右,是急待發(fā)展的產(chǎn)品。環(huán)形隔膜泵獨(dú)特的性能和良好的通用性和互換性,使之特別適用化工、輕工、食品工業(yè)流程用泵的更新,使運(yùn)行成本降低,維護(hù)和操作方便,以提高經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)對某酒精廠和果糖廠用泵情況調(diào)查,兩單位使用近360臺泵輸送油、水、酒精、酒漿、糖漿、添加劑等不同介質(zhì),其壓差為p=0.2~0.5mpa,流量q=15~40m3/h;選用了油泵、不銹鋼泵、單螺桿泵、屏蔽泵、清水泵等十多個品種,50個規(guī)格的產(chǎn)品,運(yùn)行管理和維護(hù)更換零件不方便。選用環(huán)形隔膜泵系列產(chǎn)品、則只需2個機(jī)座即可滿足,其安裝尺寸、泵體、隔膜等零部件相同,對不同介質(zhì)可更換過流部件材質(zhì),維護(hù)管理更簡單。該泵不僅可滿足軍工艦船用于替代輸送海水、污水的立式電動往復(fù)泵和船用油水分離器使用的柱塞泵,還具有氣、液混輸能力,特別適用于油田油、氣、水混輸;艦船艙底污水、剩油和油罐車底部剩液的抽吸。