往复式活塞隔膜泵液压系统的设计

往复式活塞隔膜泵液压系统的设计

0新一代对压压泵式商用车压裂式偶氮泵是在过去式激活泵的基础上改进设计的先进浆输送装置。通过增加隔膜室橡胶隔膜,将矿浆与油介质分隔开来,克服了因活塞泵运动部件与料浆直接接触导致其缸套、活塞密封件易磨损的缺点,成为输送高磨砺性、高腐蚀性料浆的新一代往复式活塞隔膜泵,目前,在冶金、煤化工、建材、电力等行业得到了广泛的应用。该隔膜泵的设计、制造涉及机械、液压、电子及橡胶等多学科技术。其中液压系统是保证隔膜泵正常运行的关键所在。1系统结构及其工作原理1.1隔膜泵液压系统组成隔膜泵液压系统按结构分,主要包括:动力源部分、控制部分、辅助部分及出口压力脉动补偿器充气装置(见图1)。动力源部分由推进液油泵电机组和冲洗油泵电机组构成;控制部分由两位两通阀组、二位三通电磁阀组、压力变送器组件三部分组成;辅助部分包括:气动三联件、蓄能器、滤油器、油箱、管路及仪表等。隔膜泵液压系统按工作特性又可分为三个独立系统,即推进液系统、冲洗系统和出口压力脉动补偿器充气装置。其中推进液系统是整个液压系统的重要组成部分。1.2工作原理1.2.1执行单元-压力分布推进液系统由动力单元、检测单元、控制单元、执行单元及辅助元件组成。其动力单元由油泵电机组及油泵内部装有的设定值为1.5MPa的溢流阀组成。检测单元由隔膜腔上的补油信号发生器、排油信号发生器组成。控制单元由3/2电磁阀及控制油泵电机组开、停的压力变送器组成。补油阀和排油阀组成两位两通阀构成执行单元。辅助元件包括过滤器、蓄能器、仪表、油箱、管路等(见图2、图3)。其正常工作状态是:通过空气压缩机持续供气,二位三通电磁阀处于常开状态,气体进入两位两通阀阀体上腔,作用于小隔膜上,通过压缩小隔膜,使补油阀密封块与单向阀、排油阀密封块与喷嘴紧密闭合。当检测单元补油信号发生器发出隔膜腔内需要补油信号时,补油端二位三通电磁阀关闭,气体泄掉,推进液系统压力(压力设定值为0.5～1MPa)将阀推杆及密封块向上顶开,经单向阀通过管路进入隔膜腔,完成补油过程。当系统需要排油时,排油端二位三通电磁阀关闭,气体泄掉,油经喷嘴流回油箱,完成排油过程。需要说明的是,隔膜腔内油液量的正常与否是保证隔膜泵正常运行的关键,其原理已在多篇文章做过论述,在此不再赘述。1.2.2溢流阀的设计冲洗系统由动力单元及辅助元件组成。其动力单元由油泵电机组及油泵内部装有的设定值为0.8MPa的溢流阀组成。辅助元件由输油管路、滤油器、油箱、分配器等组(见图4)。隔膜泵启动前应先开启冲洗油泵,冲洗油液不间断地冲洗活塞杆和活塞,起润滑和冷却作用,以保证活塞在缸套中良好的运动。1.2.3出口压力脉动补偿器因为往复式活塞隔膜泵的工作原理特点是以脉冲方式间断地输送含有一定浓度的介质,因此,被输送的介质会加速或减速,这样可使隔膜泵的输出流量产生较大变化,而输出流量的变化将引起排出压力脉动,产生液压冲击,造成剧烈振动和噪声,产生的振动特别是共振会损坏管道,发生事故。为了避免这一点,必须设置特殊的平衡装置,即在出料口设置出口压力脉动补偿器(图4),并在隔膜泵启动前,利用充气装置充入一定压力(压力值为1.5～1.65倍的工作压力)的惰性气体,以平衡压力脉动。充气装置由充气元件、高压胶管和压力表等组成。2工作功能、所在系统的工作性能2.1液体系统的工作性能从图5可知,隔膜泵完成料浆输送作业是由吸入和排出两个过程组成。2.1.1向左轴方向进入隔膜腔设:活塞断面积为A,活塞行程为S,则体积为V=A·S。当活塞向左(曲轴)方向开始移动时,缸内压力会立即下降,此时吸入压力大于缸内压力,于是进料阀开启,同时相当于(A·S)体积的料浆进入隔膜腔内。2.1.2隔膜泵输送料浆的工作特性当活塞回程时,活塞挤压(A·S)体积的料浆,经排出阀排出。根据上述隔膜泵输送料浆的吸入过程和排出过程,可以得知,推进液系统的排油必须在隔膜泵的吸入过程中完成,补油必须在隔膜泵的排出过程中完成,此乃推进液系统的工作特性。2.1.3pp的定量泵+总负载压力系统见图1推进液系统的动力源流量为定值,压力可通过调节油泵内装有的溢流阀来设定,若不考虑管路压力损失,可将系统近似作为压力适应回路,这种系统的基本特征是:液压泵的工作压力pp能跟随负载F或负载压力p1的增减而增减,并且始终比负载压力p1大一恒定值,即:pp=p1+FsA0=FA1+FsA0pp=p1+FsA0=FA1+FsA0(1)式中pp—定量泵的工作压力,MPa;p1—负载压力,MPa;Fs—作用在溢流阀阀芯上的弹簧力,N;A0—溢流阀阀芯有效作用面积,m2,A1—活塞缸有效作用面积,m2。2.1.4单向阀5下装压液压力(1)压缩空气持续供气,密封块11与单向阀12及喷嘴3的接触面要起到良好的密封作用;(2)当压缩空气泄压后,阀推杆10应能在弹簧力的作用下轻松复位;(3)需要补油时,补油阀5上部的压缩空气泄压后,阀推杆10向上抬起,单向阀12在推进液系统压力作用下应及时打开,推进液油迅速进入隔膜腔;(4)需要排油时,排油阀1上部的压缩空气泄压后,阀推杆10向上抬起,油液要顺畅地回到油箱;(5)各面贴合处及密封件密封处不得有任何泄漏;(6)工作可靠,压力损失要小;(7)工作过程中,减小振动和噪声;(8)便于拆、装、维护与维修等。2.2冲洗油液回油箱由图4可知,冲洗系统由一个油源回路构成,其工作特点是,冲洗油泵从油箱吸出的油液直接送到各个活塞杆,完成冲洗作业。然后,油液从隔膜泵动力端的排油通道流回油箱。工作过程中,通过压力表来检测系统的工作状况。2.3压力变送器控制出口压力脉动补偿器充气装置是一个单一的开环气动系统。充气时,将图4所示充气工具处节流阀打开,参照压力表中的读数,充入指定压力的惰性气体(常用氮气),充气完毕关闭节流阀。液压系统中各压力表所检测到的压力值均可通过压力变送器组件中相应的压力变送器反馈给PLC,然后由输出设备提供给操作人员直观、明确的数据。其具体流程见图6。3液压系统性能好,容易实现自动控制(1)系统启动、制动迅速,运动平稳;对油液的污染敏感度较低;(2)操作简便,与电力、气动传动相配合,易于实现远距离操纵和自动控制;(3)各液压元件有自润滑和冷却作用,使其不易磨损,易实现过载保护,因而寿命长;(4)液压系统各部件多采用模块化设计,不仅提高了零部件的互换性,便于装配,而且为产品的升级奠定了基础。(5)易于实现标准化、系列化和通用化,便于设计、制造和推广使用。4延长了设备周期多年来,通过不断探索、实践,隔膜泵液压系统的设计逐步得到优化。其中主要的零、部件设计已经实现模块化、系列化,不仅保证了设计质量,同时也缩短了整机的设计周期,而且为用户使