楊立業(yè)

(中國有色(沈陽)泵業(yè)有限公司,遼寧 沈陽 110144)

1 緩沖裝置作用

緩沖裝置是清除管路內(nèi)流量脈動的一個很有效的裝置,它利用緩沖裝置內(nèi)氣體(氮氣或空氣)的壓縮和膨脹來儲存或放出比平均流量多或少的那部分液體,從而達到減小管路中流量脈動的目的。目前隔膜泵設(shè)計中進料緩沖裝置多選用補償罐結(jié)構(gòu),出料緩沖裝置選用氮氣包結(jié)構(gòu),進料緩沖裝置內(nèi)部充空氣,出料緩沖裝置內(nèi)部充氮氣。

圖1 常規(guī)進料緩沖裝置圖

2 緩沖裝置安裝位置

圖2 常規(guī)出料緩沖裝置圖

隔膜泵進出料補償裝置通常安裝在工作區(qū)(通常稱為液力端部分)的進料口和出料口端,距離工作區(qū)的管路盡量不要太長,避免管路內(nèi)漿體慣性力作用增加,影響緩沖裝置補償效果。

圖3 進出料補償系統(tǒng)安裝位置圖

3 內(nèi)襯防腐進料緩沖裝置結(jié)構(gòu)研究

進料補償裝置分為兩種形式,一種為兩個補償罐,布置在進料管兩側(cè),單側(cè)進料,另一側(cè)不進料;第二種形式為一個補償罐,中間進料,在補償罐內(nèi)部分為兩個支路,此結(jié)構(gòu)緩沖及補償效果更為理想。

圖4 進料補償兩側(cè)分布圖

圖5 進料補償中間進料分布圖

常規(guī)進料緩沖裝置為鋼板焊接或選用鋼管焊接制成,由于其進出口較小,無法進行內(nèi)襯防腐施工。為實現(xiàn)內(nèi)襯防腐結(jié)構(gòu),將進料緩沖裝置進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,將其進行分體設(shè)計,按照內(nèi)襯施工工藝所允許的空間結(jié)構(gòu)和尺寸進行設(shè)計,滿足內(nèi)襯施工要求,并將內(nèi)襯后的上下結(jié)構(gòu)通過把合螺栓及密封墊進行連接,在實現(xiàn)緩沖功能的前提下滿足防腐性能要求。

4 內(nèi)襯防腐出料緩沖裝置結(jié)構(gòu)研究

消弱隔膜泵流量脈動的最佳液壓元件是蓄能器,其中總?cè)莘eV 是選擇蓄能器的依據(jù)和重要參數(shù)。由于在流量脈動的一個周期T 的時間內(nèi),蓄能器需完成吸油和排油各一次,蓄能器的氣體在這個過程中來不及與外界進行熱交換,故可認為是絕熱過程。欲使系統(tǒng)壓力沒有脈動,必須使輸出漿體體積沒有變化,顯然做不到。所以一般限定壓力不要超過某一數(shù)值或者限定系統(tǒng)壓力脈動的最大值和最小值,使系統(tǒng)能正常運行,滿足工作性能要求,起到消弱系統(tǒng)壓力脈動的作用。

根據(jù)文獻《往復(fù)泵設(shè)計》一書,壓力脈動率和流量脈動率計算公式如下所示,將采集和記錄的壓力和流量數(shù)據(jù)按如下脈動率計算公式。

圖6 防腐進料緩沖裝置結(jié)構(gòu)圖

即可計算壓力脈動率和流量脈動率。

式中P—壓力脈動率,%;

Pmax—最大壓力,MPa;

Pmin—最小壓力,MPa;

Pave—平均壓力,MPa。

式中Q—流量脈動率,%;

Qmax—最大流量,m3/h;

Qmin—最小流量,m3/h;

Qave—平均流量,m3/h。

出料緩沖裝置即氮氣包,根據(jù)流量及工作壓力計算并根據(jù)要求的脈動率選擇適合的容積;出料緩沖裝置結(jié)構(gòu)通常為整體鑄造,由于其內(nèi)部空間大,孔徑較小,無法實現(xiàn)內(nèi)襯施工。根據(jù)防腐內(nèi)襯施工工藝要求,需要將氮氣包進行分體設(shè)計,并分別對氮氣包上下兩部分進行防腐內(nèi)襯處理,然后通過配合部位將上下兩部分連接為一體。結(jié)合原有氮氣包結(jié)構(gòu),將整體結(jié)構(gòu)改進成分體結(jié)構(gòu);在內(nèi)腔與料漿接觸部位內(nèi)襯軟質(zhì)防腐蝕、耐磨損橡膠,在密封、配合區(qū)域內(nèi)襯硬質(zhì)可加工橡膠,軟硬橡膠搭接部位通過改進本體結(jié)構(gòu)和優(yōu)化橡膠破口形式實現(xiàn)其裝配功能要求,并能夠滿足粘接后的抗拉強度,從而達到裝配和防腐蝕的效果。

防腐出料緩沖裝置(氮氣包)主要由防腐氮氣包上殼體、防腐氮氣包下殼體、防腐橡膠氣囊及把合件等組成。其特征在于:氮氣包運行時氣囊上下運動,料漿通過入口進入和流出,起到穩(wěn)壓和補償?shù)淖饔谩鹘y(tǒng)氮氣包結(jié)構(gòu)為整體鑄造,內(nèi)腔內(nèi)襯實施難度大。針對強酸介質(zhì)研制的防腐氮氣包結(jié)構(gòu)采用分體形式,通過配合部位將上下兩部分連接為一體,其結(jié)構(gòu)簡化,滿足內(nèi)襯施工的條件,同時配合分體氮氣包結(jié)構(gòu)形式,將氣囊設(shè)計成碗狀結(jié)構(gòu)。橡膠內(nèi)襯通常選用一種橡膠,但由于氮氣包需要通過配合關(guān)系組裝在一起,因此需要部分區(qū)域能夠?qū)崿F(xiàn)加工,表面達到裝配要求。因此需要將軟硬兩種橡膠結(jié)合使用,防腐層為軟質(zhì)耐腐蝕、耐磨損橡膠,配合面為可加工的硬質(zhì)橡膠,即能滿足鹽酸性料漿的防腐蝕要求,又能實現(xiàn)氮氣包裝配要求的防腐內(nèi)襯氮氣包結(jié)構(gòu)。

圖7 防腐出料緩沖裝置結(jié)構(gòu)圖

圖8 防腐出料緩沖裝置產(chǎn)品圖

5 襯膠防腐緩沖裝置適用范圍

(1)橡膠材料在防腐領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛,其優(yōu)質(zhì)的耐酸腐蝕性能使其能夠達到很好的使用效果。橡膠在酸腐蝕的環(huán)境中使用壽命相對其它材料具有一定優(yōu)勢,襯膠防腐緩沖裝置在保留原結(jié)構(gòu)強度及其它性能的前提下,增加內(nèi)襯橡膠防腐手段,在耐酸腐蝕的工況環(huán)境下能夠達到很好的使用效果。

圖9 緩沖裝置氣囊工作狀態(tài)圖

(2)襯膠防腐緩沖裝置是將防腐性能優(yōu)質(zhì)的橡膠材料內(nèi)襯在金屬殼體內(nèi)部,針對不同的物料選用專業(yè)的橡膠,并通過專用膠水、內(nèi)襯施工工藝及配套硫化工藝使橡膠與基體良好結(jié)合,達到使用要求。橡膠與金屬粘結(jié)力受粘結(jié)材料及工藝限制,具有一定上限,不宜使用在壓力過大的工況環(huán)境,一般情況下工作壓力在4 MPa 以下使用。

(3)襯膠防腐緩沖裝置需要在結(jié)構(gòu)內(nèi)部進行內(nèi)襯橡膠施工,因此對結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空間有一定要求,一般防腐內(nèi)襯結(jié)構(gòu)需要對基體結(jié)構(gòu)進行簡化設(shè)計,力求內(nèi)襯結(jié)構(gòu)簡單,方便內(nèi)襯施工;對于空間較小的內(nèi)襯結(jié)構(gòu),需要設(shè)計專用的內(nèi)襯工裝,由于內(nèi)襯橡膠需要一定的粘結(jié)力,不建議在尺寸過小的結(jié)構(gòu)中使用。

(4)橡膠具有良好的耐腐蝕效果,耐磨效果相對差一些。襯膠防腐緩沖裝置與物料直接接觸,因此該裝置適用于漿體顆粒較小、磨損要求不太高的工況環(huán)境中。

(5)橡膠既能夠耐磨損又耐高溫的產(chǎn)品較少,襯膠防腐緩沖裝置與漿體直接接觸,受漿體高溫影響,對橡膠的耐腐蝕及耐磨損性能造成一定損失。因此襯膠防腐結(jié)構(gòu)不建議溫度在100 ℃以上環(huán)境中使用。

6 結(jié)論

(1)在防腐隔膜泵緩沖設(shè)計中將金屬骨架與橡膠內(nèi)襯防腐技術(shù)結(jié)合使用,可以確保承壓件的強度要求,又避免強腐蝕性漿體對金屬件的腐蝕性影響,起到很好的耐腐蝕效果。

(2)為滿足防腐內(nèi)襯工藝要求,將進出料緩沖裝置結(jié)構(gòu)改為分體結(jié)構(gòu),方便了內(nèi)襯施工,實現(xiàn)了緩沖裝置的防腐功能。

(3)將軟質(zhì)、硬質(zhì)橡膠結(jié)合使用,充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢,同時滿足防腐和裝配要求。