弹性体凸轮转子泵设计与应用.pdf

GM城建/水工业通用机械
G M in City Construction Water Industry
弹性体凸轮转子泵
设计与应用
浙江理工大学(杭州310018)连加俤
艾迪机器流体机与控制研究中心(浙江杭州310018)孙富强
摘要】针对现有泵振动明显及不道应含水量靠、坚固、节能,可以输送各种黏稠的或含有颗粒物的
低介质的突出问题,设计了一种弹性体凸轮转子泵,并介质。效率高、节能、省时,不需要引流、灌泵,可适
对其结构組成进行详鋼介绍,通过测试验证了其良好的用于各种复杂的流体介质。干式安装、在线维修和低成
护振效果,并且能够很好地造应低含水量介质的运输送,本维护,运行平稳、自吸、耐磨损且不易堵塞。
实现了干运行,对流体运输相关产业具有重大意义。
【关词】弹性体凸轮转子泵高含因量介质转
二、结构与工艺原理
子设计实际应用
1.基本结构
弹性体凸轮转子泵结构组成如图1所示,主要由轴
前言
承、同步齿轮、隔离腔室、泵壳、衬板、轴封、转子、
泵是输送流体或使流体增压的机械,将原动机的
泵盖和泵轴等部件组成。泵壳由整体精密铸造加工而
机械能或其他外部能量传送给液体,使液体能量增加。
成,误差极小。隔离腔室的设计隔离了过流泵腔和同步
泵主要用来输送水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液
齿轮箱,既能防止介质污染腐蚀齿轮,又能防止齿轮腔
态金属等液体,也可输送液、气混合物及含悬浮固体物
内润滑油污染介质。螺旋无脉动高精度数控加工的转
的液体。泵通常可按工作原理分为容积式泵、动力式泵
子,脉动平稳,误差极小,能够有效抑制振动,极大地
和其他类型泵三类。泵因其在输送流体方面的显著优勢提高输送效率。
被广泛应用于石油化工、农业、矿业、治金工业、航空
航天和能源产业等众多领域
现有的传统泵型,因自身结构与工艺原理的限
制,难以实现对高含固量介质的输送,长期运转下其自
身振动也会不断加剧,存在明显的不足与缺陷。针对这
类问题,本设计提出一种创新型弹性体凸轮转子泵。弹
性体凸轮转子泵主要由电动机、减速齿轮箱、联轴器和
泵体等组成,其中泵体由轴承、同步齿轮、隔离腔室、
泵売、衬板、轴封、转子、泵盖和泵轴等部件组成。其
图1弹性体凸轮转子泵结构
转子是全橡胶包覆,耐磨损性强,转子与売体之间高精
衬板2.泵盖3转子4.泵壳5.那6.轴承
度间隙配合,具有很强的自吸力和髙扬程力,该泵可
7减速齿轮8.同步齿轮9.隔离腔室10.轴封
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eby]x.com20]7年第7期
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城建/水工业通用机械(CM
GM in City Construction Water I ndustry
(1)弹性体转子采用弹性体橡胶专利配方包裹」积的相互关系,并借助 FLUENT软件对内部流场进行数
转子技术,解决了传统泵输送颗粒介质易卡死缺陷,最值模拟计算和仿真分析,以实现转子型线的优化设计,
大通过颗粒直径80mm;转子与转子之间、转子与泵体从而彻底消除闭死容积和汽蚀,直叶转子与扭叶转子流
之间采用全接触密封;弹性体凸轮转子泵具有极强的真线与流量脉动如图2所示。
空自吸能力,最大自吸高度达9.5m。
0.00100
(2)纳米喷涂耐磨衬板转子与泵体之间采用轴
0.00095
直线转子
向和径向纳米喷涂耐黁衬板,磨损后可及时更换,维护
0.00090
方便。目前使用的衬板等易损件一般都采用ZGMn13高
0.00085
锰钢材质。 ZGMNL3奥氏体高锰钢的冲击韧性很高,但
原始硬度不够,受冲击时奥氏体高锰钢表面冲击硬化效
0.00
应不能充分产生,高锰钢表面达不到高硬度,则衬板很
0.00075
螺旋转子
快被磨损。同时高锰钢的屈服强度较低(约为350MPa
0.0007
左右),在使用中,尤其是使用前期易发生塑性变形。
0.00065
180036005400
7200
另外漏斗衬板和装卸煤炭之间还存在一个硬度匹配问
步长
题,研磨介质硬度一般应高于衬板硬度3HRC左右较
宜,高锰钢在高神击负荷下的上述不足常常导致衬板的
韧性有余而耐磨性不够,磨损失效快,而且变形严重
致使衬板寿命短有着直接的关系。
近年来国内有关单位也开展了高铬铣铁衬板的研
究,其耐磨性可达同工况下高锰钢的2倍以上。但这些
材料的韧性仍嫌较低而且含钼、铜等合金元素,生产成
本较高。本项目对轴向和径向纳米喷涂耐磨衬板进行研
制,并取得了很好的使用效果。
(a)直叶转子泵
(b)扭叶转子泵
(3)泵轴双支撑结构针对传统的单支撑转子
泵容易产生轴变形的缺陷,本转子两端采用双点支撑
图2直叶转子与扭叶转子流线与流量脉动
结构,大大减小轴的变形,使单泵最大压力能够达到
2.工艺原理
4MPa;双支撑泵运行稳定(多约束),但投资及维修
弹性体凸轮转子泵工作原理如图3所示,由图3a可
相对麻烦,主要用于多级泵及大排量(直径较大)泵知,将弹性体凸轮转子泵的转子容腔分为A、B、C、D
(如循环水泵等),而单支撑泵相对来说投资小、维修四个室,A室为物料人口,B室和C室分别为上下转子
相对简单,但因扰度大,相对振动大,主要用于单、双工作空间,D室为物料出口。弹性体凸轮转子泵依靠两
级系及小排量(直径较小)泵(功率小)。单支撑泵同步反向转动的转子在旋转过程中于进口处产生吸力
受力状況不好,由于悬臂,泵轴会出现挠度,运行时振(真空度),从而吸入所要输送的物料。弹性体凸轮转
动会较两端支撑泵要大,同时其轴向圆跳动也会增大,子泵单周期的工作如图3b所示,单周期的运行过程可
对密封端面的寿命也有影响,特别在高温情况下,尽量以分为以下4个状态。当弹性体凸轮转子泵处于状态I
选择两端支撑的泵。
时,物料开始进入A室;当弹性体凸轮转子泵处于状态
(4)儿何蝶旋转子转子技术采用几何螺旋转子「I时,上下转子比前一状态转过一定角度,将物料分别
转子技术,相对传统直叶转子,螺旋转子完全消除了泵吸人B室和C室:当弹性体凸轮转子泵处于状态田时,
进出口流量、压力脉动,运行平稳、低噪声。不合理转上下转子又比前一状态转过一定角度,前一状态被吸入
子设计会形成闭死容积或引起汽蚀,从而导致振动和噪BC室的物料在转子带动下由BC室前端输送到BC室后
声,并产生汽蚀破坏。本项目将在现有转子泵型线的设端;当弹性体凸轮转子泵处于状态Ⅳ时,处于BC室后
计经验基础上,进一步从理论上分析转子型线与闭死容端的物料在转子的带动下由D室向外输送,且被输送的
CM通用?
2017年第7期ww. styx.con
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