姬小東

摘 要： 為填補(bǔ)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上能滿(mǎn)足多噴嘴對(duì)置水煤漿氣化技術(shù)工藝系統(tǒng)工作需求的煤漿泵的空白，設(shè)計(jì)并研發(fā)了四缸單作用高壓隔膜泵，闡述了泵的結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)以及優(yōu)勢(shì)，并制造出樣機(jī)進(jìn)行了試車(chē)驗(yàn)證，結(jié)果顯示，性能合格，運(yùn)行平穩(wěn)，對(duì)國(guó)內(nèi)煤氣化技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。

關(guān)鍵詞： 多噴嘴對(duì)置工藝系統(tǒng)；四缸單作用高壓隔膜泵；試車(chē)試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TH323 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

0 前言

煤炭是我國(guó)的主要能源，為了滿(mǎn)足我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要，大型煤化工成套設(shè)備已被列入今后國(guó)家大力發(fā)展的16項(xiàng)重大技術(shù)裝備任務(wù)之一[1]，其中煤氣化技術(shù)已成為我國(guó)解決能源問(wèn)題、減少環(huán)境污染的戰(zhàn)略選擇[2]。大型高壓隔膜泵是煤氣化技術(shù)的核心裝備，是大型煤化工成套設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的關(guān)鍵，具有輸送壓力高、輸送流量大、耐高溫、耐磨蝕、易損件壽命高、維修簡(jiǎn)便、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)效率高、運(yùn)行成本低、高效節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。然而由于多噴嘴（目前都是四噴嘴）對(duì)置水煤漿氣化技術(shù)工藝系統(tǒng)操作條件苛刻，對(duì)系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)要求很高，加上煤漿泵制造技術(shù)比較復(fù)雜，因此長(zhǎng)期以來(lái)煤漿泵基本依靠進(jìn)口[3-4]，進(jìn)口產(chǎn)品不僅價(jià)格昂貴，而且其性能也不能完全滿(mǎn)足我國(guó)自主創(chuàng)新的多噴嘴對(duì)置水煤漿氣化技術(shù)工藝生產(chǎn)要求。多噴嘴對(duì)置工藝系統(tǒng)要求對(duì)置的兩個(gè)噴嘴需要一臺(tái)煤漿泵雙輸出實(shí)現(xiàn)同步喂料，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，四噴嘴對(duì)置工藝系統(tǒng)中應(yīng)用的雙喂料泵除采用進(jìn)口雙缸雙作用泵以外，唯一的國(guó)產(chǎn)應(yīng)用是雙聯(lián)三缸泵（單作用隔膜泵），但是雙聯(lián)泵體積過(guò)大，成本高，安裝困難，易損件多，過(guò)于緊湊，檢修空間狹小且操作復(fù)雜。針對(duì)這一瓶頸問(wèn)題，本文在能夠滿(mǎn)足應(yīng)用要求且保留雙聯(lián)泵原有優(yōu)點(diǎn)并克服缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并研發(fā)一種能滿(mǎn)足氣化爐喂料工作需求且成本較低的四缸單作用高壓隔膜泵，并制造出樣機(jī)進(jìn)行試車(chē)以驗(yàn)證泵的性能。

1 四缸單作用高壓隔膜泵的結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

四缸單作用隔膜泵由液力端、動(dòng)力端、液壓控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、電機(jī)減速機(jī)部裝、進(jìn)料壓力補(bǔ)償系統(tǒng)以及出料壓力補(bǔ)償系統(tǒng)等幾部分組成，其中液力端包括4個(gè)隔膜室，4個(gè)進(jìn)料閥，4個(gè)出料閥以及4個(gè)油缸腔體。工作原理是電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)四拐曲軸、連桿、十字頭，使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)介桿、活塞桿傳遞給活塞。當(dāng)活塞向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞借助油介質(zhì)使隔膜向后移動(dòng)，進(jìn)料壓力打開(kāi)進(jìn)料閥，吸進(jìn)礦漿充滿(mǎn)隔膜室。當(dāng)活塞向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞借助油介質(zhì)將隔膜向前推動(dòng)，出料閥開(kāi)，礦漿排出到泵外，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)不斷的吸排漿過(guò)程。

四缸單作用隔膜泵采用新型四拐曲軸動(dòng)力端為其提供動(dòng)力，動(dòng)力端箱體為與之匹配的三支撐動(dòng)力端箱體，進(jìn)料閥采用直通閥結(jié)構(gòu)，進(jìn)料閥箱與進(jìn)料管聯(lián)接形式使用閥箱體與進(jìn)料管三通一體結(jié)構(gòu)，液壓控制系統(tǒng)采用四油缸補(bǔ)排油技術(shù)實(shí)現(xiàn)供油。

曲軸是把原動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的重要部件之一[5]。工作時(shí)，它將承受周期的交變載荷，產(chǎn)生交變的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，因此也是曲柄連桿機(jī)構(gòu)中重要的受力部件。為研究新型四拐曲軸動(dòng)力學(xué)性能是否滿(mǎn)足要求，首先用ADINA的隱式動(dòng)力學(xué)確定四拐曲軸的最危險(xiǎn)工況，然后再對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度分析。設(shè)定邊界條件為：輸入端施加徑向約束，輸出端施加軸向約束，支撐上施加全約束，曲軸與支撐之間做接觸，二、四拐上施加30T活塞力。經(jīng)分析得到的結(jié)果顯示，曲軸所受最大應(yīng)力為65Mpa，低于材料許用應(yīng)力，所產(chǎn)生的應(yīng)變也在許用范圍內(nèi)，滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。

箱體主要起支撐與固定作用，也是重要的受力部件之一，為保證其強(qiáng)度滿(mǎn)足要求，根據(jù)四拐曲軸的分析，確定箱體的最危險(xiǎn)工況，然后在此工況下對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行分析。施加邊界條件，箱體軸承座孔處承受曲軸支反力，按照余弦分布力方式施加，在箱體底面地角螺栓處施加Y、Z方向約束，靠近液力端與缸體聯(lián)接面施加X(jué)方向約束。經(jīng)分析得到的結(jié)果顯示，箱體的最大應(yīng)力和最大應(yīng)變均出現(xiàn)在中間軸承座處，最大應(yīng)力值為62.838MPa，最大變形值為0.203mm，均在許用范圍內(nèi)，滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。

四缸單作用隔膜泵采用兩個(gè)氮?dú)獍M合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)出料脈動(dòng)削弱功能。為使泵的出口脈動(dòng)率達(dá)到應(yīng)用要求，利用ADINA對(duì)泵送水煤漿的出料脈動(dòng)率進(jìn)行分析研究，充氣壓力為0.5～0.65倍的工作壓力，經(jīng)分析得到的結(jié)果顯示出口最大流速為2671.38mm/s，最小流速為2643.44mm/s，平均流速為2656.97mm/s，其脈動(dòng)率為1.05%，滿(mǎn)足工藝要求。

2 四缸單作用高壓隔膜泵的優(yōu)勢(shì)

四缸單作用隔膜泵是作為固液兩相介質(zhì)輸送的水煤漿氣化關(guān)鍵配套設(shè)備，該產(chǎn)品具有效率高，運(yùn)行可靠和成本低等許多優(yōu)點(diǎn)，有利于節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)。四缸單作用隔膜泵是為煤化工四噴嘴對(duì)置工藝系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的隔膜泵，以取代國(guó)外進(jìn)口設(shè)備，實(shí)現(xiàn)單作用隔膜泵滿(mǎn)足四噴嘴工藝系統(tǒng)的要求。主要優(yōu)點(diǎn)有單作用動(dòng)力端受力更均勻，運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn)；活塞桿不竄油，零故障率；出料補(bǔ)償系統(tǒng)故障率低，檢修方便；各個(gè)隔膜室出料量完全相同，流量更加穩(wěn)定；能夠完成更大流量、壓力的工藝系統(tǒng)需求；關(guān)鍵在于售后服務(wù)及時(shí)方便，價(jià)格優(yōu)勢(shì)，服務(wù)優(yōu)勢(shì)，備件價(jià)格等等取代進(jìn)口。

3四缸單作用高壓隔膜泵的試車(chē)驗(yàn)證

依照理論設(shè)計(jì)依據(jù)研發(fā)制造出四缸單作用高壓隔膜泵樣機(jī)，對(duì)其進(jìn)行24小時(shí)的清水試車(chē)性能試驗(yàn)。通過(guò)驗(yàn)證，得到泵的各項(xiàng)性能曲線如圖1所示。

由圖1可知，泵樣機(jī)的流量維持在100～110m3/h之間，效率均高于80%。將圖1所示結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)GB/T7784-2006性能試驗(yàn)曲線對(duì)比分析可知，四缸單作用高壓隔膜泵樣機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果曲線和結(jié)果數(shù)據(jù)基本與標(biāo)準(zhǔn)示例吻合，性能合格，運(yùn)行平穩(wěn)，達(dá)到應(yīng)用要求。

4 結(jié)論

1.設(shè)計(jì)并研發(fā)了一種較為理想的能夠滿(mǎn)足四噴嘴工藝系統(tǒng)要求的四缸單作用高壓隔膜泵，并對(duì)其結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)以及優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了介紹。

2.依據(jù)理論結(jié)果制造出泵樣機(jī)，并進(jìn)行了24小時(shí)清水試車(chē)試驗(yàn)，結(jié)果表明，四缸單作用高壓隔膜泵性能合格，運(yùn)行平穩(wěn)，符合要求，為國(guó)內(nèi)煤氣化技術(shù)的發(fā)展提供了可靠的途徑，打破了國(guó)內(nèi)對(duì)置式四噴嘴煤氣化工藝用高壓喂料隔膜泵一直以來(lái)被國(guó)外設(shè)備壟斷的局面。

參考文獻(xiàn)

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