高压入口往复泵的优化设计

文章编号:　1005—0329(2005)04—0020—03

高压入口往复泵的优化设计

王颐合,刘广兵,李　强

(合肥通用机械研究院,安徽合肥　230031)

摘　要:　针对往复泵进口压力过高所产生的问题,通过对往复泵动力端润滑液压平衡机构、柱塞密封副、进出口组合阀结构的分析研究,提出了高压入口往复泵独特的结构设计特点,同时结合现场使用情况给出了最适用的场合和工况。

关键词:　高压入口;组合阀;低线速;短行程

中图分类号:　TH32 文献标识码:　A

Design on R eciprocating Pump of H igh Pressure E ntry Type

W ANG Y i2he,LI U G uang2bing,LI Qiang

(Hefei G eneral Machinery Research Institute,Hefei230031,China)

Abstract:　The pum p power end liquor pressure balance organization,plunger seal pair and the structure of im ported and exported ass o2 ciation valve were analyzed1The unique structure of the reciprocating pum p at keeping entry was pointed.The operating position of com2 bining this pum p scene1The m ost suitable occasion and operating m ode was provided.

K ey w ords:　high pressure entry;exported ass ociation valve;low line speed;short stroke

1　概述

通常化工装置中由于输送介质温度高或易汽化需提高泵的进口压力,例如甲乙酮工程中反应器进料泵丁烯介质、化肥工程中液氨介质以及过饱和冷凝水介质均需提高进口压力(提高0.5～2.2MPa)。经过对现场设备的调研,发现高压入口的往复泵普遍存在运行效率低、噪声大、动力端润滑不良的问题。经过分析,决定对使用的三缸电动往复泵作为典型机型进行改进设计。针对往复泵进口有压工况和可输送易汽化介质状态设计,泵的设计参数为:

设计流量:Q=3.0～5.0m3/h;进口压力:P1 =0.1～1.0MPa;出口压力:P2=6.0MPa;介质温度:≤120℃;泵速:n=132～260min-1;柱塞直径: D=45mm;所选电机(Y B160M24)功率为11kW。

该泵为带外置式减速机的卧式三柱塞电动往复泵。采用外置式减速器。减速器独立于泵与电机之外,由齿轮传动而产生的径向力由独立的外置式减速器承担。通过减速器传递给曲轴的只有单纯的转矩,不会有额外的附加径向力。这样就消除了由于内减速或侧挂式减速装置而增加的曲轴中部或单端的附加径向力,改善了曲轴的受力情况,减少了曲轴产生的附加挠度,通过减小曲轴挠度使其轴颈与轴瓦接触面积增大、接触面压强减小,减轻了曲轴的磨损,提高了曲轴的寿命。同时加工精度高,可提高传动效率6%～8%,降低噪声,增强泵的使用可靠性。

2　动力端润滑平衡结构研究

通常,泵通过电机将动力传递给曲轴,曲轴、连杆将旋转运动转换为十字头、柱塞的往复运动。通过液力端压力变化来控制进出口阀的闭启,从而完成泵的输送液体的过程。

一般情况下,泵入口端适当有压有利于改善泵的工作状况和保持泵良好的吸入状态,以免发生汽蚀。但若泵的入口压力过高就会产生对泵不

收稿日期:　2004—11—15　修稿日期:　2004—12—22

02 F LUI D MACHI NERY V ol133,N o14,2005

利的影响,还会影响泵的润滑,导致泵动力端部件曲轴轴颈、连杆轴瓦严重磨损,使其寿命缩短。泵进口压力正常情况下,当泵在吸程时,在驱动力的作用下,曲轴拉着连杆向后运动,连杆与曲轴的接触面1(见图1)在连杆的前端、曲轴的前端;当泵在排程时,在驱动力的作用下,曲轴压着连杆向前运动,连杆与曲轴的接触面

。在连杆与曲轴前后端接触点周期交替,如图1所示。这样润滑油就能较好地对曲轴和轴瓦运动副进行润滑,保证该运动副的正常工作。

图1　连杆机构

如果泵进口压力过高,对柱塞端面产生的作

用力超过连杆柱塞运动杆系的摩擦力和惯性力之和时:吸程时,进口液压力在柱塞端面产生的作用力使连杆与曲轴始终保持接触面2;而在排程时,两者也作用于接触面2,连杆及曲轴始终受力于前端局部区域,使润滑油无法进入连杆与曲轴间,无法形成润滑油膜和油的吸入和排出循环。接触面2始终处于干磨状态,摩擦产生的热量无法散去和平衡,局部温度快速升高,润滑油失效,磨损加剧。同时还会使油池中的油温升高,使润滑油乳化变质,加剧恶化了泵润滑条件和泵的磨损,如此产生一个恶性循环,使泵无法正常运行。

为解决上述技术难题,在泵动力端采用柱塞回程中动力腔润滑油液压平衡控制的专有技术,即在曲轴端采取螺旋式增压轮的结构型式。该技术针对入口端高压的情况,能非常有效地改善动力端的润滑效果。强制润滑油进入连杆轴瓦与曲轴轴颈滑动摩擦副的表面,相对均匀地润滑整个摩擦副,使接触面2得到有效润滑并使润滑油循环进出摩擦副以保持油温平衡。这样就避免了接触面2的干磨现象,从而有效地解决了常用普通往复泵因进口有压而造成曲轴磨损、润滑油温升过高变质等问题。

3　结构参数的优化设计

采用较大承载能力机座,使用大推力柱塞增大泵的柱塞直径。对于单作用泵:

Q =0.785×60D 2

SnZ

式中　Q ———泵流量,m 3/h

　D ———柱塞直径,m S ———行程长度,m n ———泵转速,r/min

　Z ———联数

由上式可以得出,当增大柱塞直径D 时,可以通过减小行程长度S 和降低转速来达到保持流量Q 不变的目的。降低泵速,则减小了柱塞与填料的摩擦,使填料摩擦副寿命加长;同时减小了由于填料磨损而导致物料泄漏的可能性,增加了泵的运行可靠性。由于往复泵在输送介质过程中会产生加速和减速运动,故加大了液缸内压力的变动。吸排过程中,介质的加速运动会使液缸内的压力进一步下降,如果压力下降到小于液体的汽化压力,液体就会汽蚀,严重时还会造成脱流、水击损坏机组,在管路系统中产生噪声和振动。而在低速下运行就会尽可能地避免汽蚀,从而提高泵的吸入性能,降低泵的噪声和管路的振动。

采用柱塞运行低线速度设计方法降低泵速。根据公式[1]:

v =Sn/30

计算出柱塞平均速度:v =0.61m/s 。

3T C 高压往复泵完全符合化工泵柱塞线速度的限制要求,从而保证了泵的平稳运转,延长了密封寿命。

4　液力端密封与阀组优化设计

柱塞密封采用双导向组合式填料密封(见图2)。该密封采用了柱塞双导向,支撑点增加,受力

均匀,不存在柱塞悬臂运动,柱塞在运行过程中不会偏磨或偏磨程度减轻,有效地起到了对填料的保护作用,增加了导向的可靠性。由于提高了填料的使用寿命,还可减少更换填料的次数,降低生产成本,避免了因更换填料对正常生产造成的影响,从而提高生产效率。

液力端采用新型组合阀(见图3)。进出口阀板密封接触面宽度、阀座孔径设计合理,不仅密封

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22005年第33卷第4期 流　体　机　械