針對現有泵振動明顯及不適應含水量低介質的突出問題,設計了一種彈性體高粘度轉子泵,并對其結構組成進行詳細介紹,通過測試驗證了其良好的抑振效果,并且能夠很好地適應低含水量介質的運輸送,實現了干運行,對流體運輸相關產業具有重大意義。

前言

水泵是輸送流體或使流體增壓的機械,將原動機的機械能或其他外部能量傳送給液體,使液體能量增加。水泵主要用來輸送水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態金屬等液體,也可輸送液、氣混合物及含懸浮固體物的液體。水泵通常可按工作原理分為容積泵、動力泵和其他類型泵三類。水泵因其在輸送流體方面的顯著優勢被廣泛應用于石油化工、農業、礦業、冶金工業、航空航天和能源產業等眾多領域。

現有的傳統泵型,因自身結構與工藝原理的限制,難以實現對高含固量介質的輸送,長期運轉下其自身振動也會不斷加劇,存在明顯的不足與缺陷。針對這類問題,本設計提出一種創新型彈性體高粘度轉子泵。彈性體高粘度轉子泵主要由電機、減速齒輪箱、聯軸器和泵體等組成,其中泵體由軸承、同步齒輪、隔離腔室、泵殼、襯板、軸封、轉子、泵蓋和泵軸等部件組成。

高粘度轉子泵轉子是全橡膠包覆,耐磨損性強,轉子與殼體之間高精度間隙配合,具有很強的自吸力和高揚程,該高粘度轉子泵可靠、堅固、節能,可以輸送各種黏稠的或含有顆粒物的介質。高粘度轉子泵效率高、節能、省時,不需要引流、灌泵,可適用于各種復雜的流體介質。干式安裝、在線維修和低成本維護,運行平穩、自吸、耐磨損且不易堵塞。

二、高粘度轉子泵結構與工藝原理

1.高粘度轉子泵基本結構

彈性體高粘度轉子泵結構組成如,主要由軸承、同步齒輪、隔離腔室、泵殼、襯板、軸封、轉子泵蓋和泵軸等部件組成。高粘度轉子泵泵殼由整體精密鑄造加工而成,誤差極小。高粘度轉子泵隔離腔室的設計隔離了過流泵腔和同步齒輪箱,既能防止介質污染腐蝕齒輪,又能防止齒輪腔內潤滑油污染介質。螺旋無脈動高精度數控加工的轉子,脈動平穩,誤差極小,能夠有效抑制振動,極大地提高輸送效率。

(1)高粘度轉子泵彈性體轉子采用彈性體橡膠專利配方包裹轉子技術,解決了傳統泵輸送顆粒介質易卡死缺陷,上限通過顆粒直徑80mm;高粘度轉子泵轉子與轉子之間、轉子與泵體之間采用全接觸密封;彈性體高粘度轉子泵具有極強的真空自吸能力,上限自吸高度達9.5m。

(2)納米噴涂耐磨襯板轉子與高粘度轉子泵泵體之間采用軸向和徑向納米噴涂耐磨襯板,磨損后可及時更換,維護方便。目前高粘度轉子泵使用的襯板等易損件一般都采用ZGMn3高錳鋼材質。ZGMn13奧氏體高錳鋼的沖擊韌性很高,但原始硬度不夠,受沖擊時奧氏體高錳鋼表面沖擊硬化效應不能充分產生,高錳鋼表面達不到高硬度,則襯板很快被磨損。同時高錳鋼的屈服強度較低(約為350MPa左右),在高粘度轉子泵使用中,尤其是使用前期易發生塑性變形。另外高粘度轉子泵漏斗襯板和裝卸煤炭之間還存在一個硬度匹配問題,硏磨介質硬度一般應高于襯板硬度3HRC左右較宜,高錳鋼在高沖擊負荷下的上述不足常常導致襯板的韌性有余而耐磨性不夠,磨損失效快,而且變形嚴重致使襯板壽命短有著直接的關系。

近年來國內有關單位也開展了高鉻鑄鐵襯板的研究,其耐磨性可達同工況下高錳鋼的2倍以上。但這些材料的韌性仍嫌較低而且含鉬、銅等合金元素,生產成本較高。本項目對高粘度轉子泵軸向和徑向納米噴涂耐磨襯板進行硏制,并取得了很好的使用效果。

(3) 高粘度轉子泵泵軸雙支撐結構針對傳統的單支撐轉子泵容易產生軸變形的缺陷,本轉子兩端采用雙點支撐結構,大大減小軸的變形,使單泵上限壓力能夠達到4MPa;

雙支撐高粘度轉子泵運行穩定(多約束),但投資及維修相對麻煩,主要用于多級泵及大排量(直徑較大)泵(如循環水泵等),而單支撐泵相對來說投資小、維修相對簡單,但因擾度大,相對振動大,主要用于單、雙級泵及小排量(直徑較小)泵(功率小)。

高粘度轉子泵如果采用單支撐泵設計，則受力狀況不好,由于懸臂,泵軸會出現撓度,運行時振動會較兩端支撐高粘度轉子泵要大,同時其軸向圓跳動也會增大對密封端面的壽命也有影響,特別在高溫情況下,盡量選擇兩端支撐的高粘度轉子泵。

(4)高粘度轉子泵轉子技術采用幾何螺旋轉子技術,相對傳統直葉轉子,螺旋轉子完全消除了轉子泵進出口流量、壓力脈動,運行平穩、低噪聲。不合理轉子設計會形成閉死容積或引起汽蝕,從而導致振動和噪聲,并產生汽蝕破壞。

本項目將在現有轉子泵型線的設計經驗基礎上,進一步從理論上分析轉子型線與閉死容積的相互關系,并借助 FLUENT軟件對內部流場進行數值模擬計算和仿真分析,以實現轉子型線的優化設計,從而徹底消除閉死容積和汽蝕,直葉轉子與扭葉轉子流線與流量脈動。

2.高粘度轉子泵工藝原理

彈性體高粘度轉子泵工作原理,將彈性體高粘度轉子泵的轉子容腔分為A、B、C、D四個室,A室為物料入口,B室和C室分別為上下轉子工作空間,D室為物料出口。彈性體高粘度轉子泵依靠兩同步反向轉動的轉子在旋轉過程中于進口處產生吸力(真空度),從而吸入所要輸送的物料。

彈性體高粘度轉子泵單周期的工作,單周期的運行過程可以分為以下4個狀態。當彈性體高粘度轉子泵處于狀態I時,物料開始進入A室;當彈性體高粘度轉子泵處于狀態Ⅱ時,上下轉子比前一狀態轉過一定角度,將物料分別吸入B室和C室;當彈性體高粘度轉子泵處于狀態Ⅲ時,上下轉子又比前一狀態轉過一定角度,前一狀態被吸入BC室的物料在轉子帶動下由BC室前端輸送到BC室后端:當彈性體高粘度轉子泵處于狀態Ⅳ時,處于BC室后端的物料在轉子的帶動下由D室向外輸送,且被輸送的高含固量介質輸送測試。

為測試及驗證彈性體高粘度轉子泵對于高含固量介質輸送的可行性和穩定性,我公司進行高固含量介質輸送試驗。

試驗中高含固量介質采用城市泥沙污水,其固體含量介于30%-40%。試驗所用設備為固、液、氣三相流多功能試驗臺。該試驗臺為封閉式試驗臺,試驗臺主要由測試高粘度轉子泵、固液、氣液混合罐、電動機、測壓裝置、電磁流量計、電動平衡閥和管路組成。試驗室在不同流量下,測定一組對應轉速下流量計讀數,轉子泵進出口壓力參數,即可得出一組高粘度轉子泵的流量Q、揚程H、功率N等數據,從而繪制出H-Q、N-Q等特性曲線。

高粘度轉子泵高含固量介質輸送實驗,輸送時間為8h,輸送方式為不間斷輸送。從試驗效果可以看出CRP-80彈性體高粘度轉子泵能夠穩定高效地輸送高含固量介質,并且運行的穩定性極高,相對與其他傳統泵型,彈性體高粘度轉子泵的抑振效果十分明顯。

三、應用領域

彈性體高粘度轉子泵由于其自吸力強、振動極小,適用高含固量介質輸送的杰出優勢,被廣泛應用于市政排澇、畜牧養殖業、交通及野外消防等大顆粒、高黏度、高揚程的工況環境,各個系統的泵型。

四、結語

彈性體高粘度轉子泵相對于傳統泵型,如螺桿泵、齒輪泵和葉片泵,自吸能力強,自吸高度可達9.5m,排污能力強,能夠實現高黏度、高含固量介質及敏感介質的輸送,具有抑振效果明顯,長期運轉可靠性強、穩定性高的優勢,可廣泛應用于各種大顆粒、高黏度和高揚程的工況環境。