盧春陽，歐陽志強，李明星，歐喜生，田愛民

(衡陽中地裝備探礦工程機械有限公司，湖南衡陽 421002)

0 引言

泥漿泵是地質(zhì)鉆探和工程施工的重要配套設備，能夠?qū)C械能轉(zhuǎn)換成液壓能。泥漿泵的用途非常廣泛，可用于各種軟地基的注漿處理、工程施工鉆進、水井鉆進、高山送水、礦井排水、堤防灌漿等。在鉆探施工中，泥漿泵主要是向孔內(nèi)供給沖洗液，使之在鉆孔中循環(huán)，以達到攜帶巖屑返回地面、保持孔底干凈、保護孔壁防止坍塌的作用，同時還可以冷卻與潤滑鉆頭及鉆具。在特殊工序(如堵漏、封孔)中，還可用泥漿泵向孔內(nèi)灌注水泥漿等物質(zhì)。

在鉆探生產(chǎn)中，應用最為廣泛的是往復式泥漿泵，這是一種容積式泵，由動力端和液力端兩大部分組成。動力端由曲柄連桿機構、十字頭和其他機械傳動部件組成，液力端由泵頭體、缸套、活塞或柱塞、安全閥、空氣室、吸入閥和排出閥等組成。

1 泵閥的結(jié)構特點

往復式泥漿泵的工作原理是活塞在缸套中作往復運動，形成液缸容積變化。當抽吸使液缸容積增大時，腔內(nèi)壓力降低，水池中的液體在壓力差的作用下經(jīng)吸入管推開吸入閥進入液缸；當排擠液缸使容積變小時，液缸中的液體受到擠壓，腔內(nèi)壓力升高，吸入閥關閉，排出閥打開，液體被排出液缸，進入管路，如此不斷循環(huán)，實現(xiàn)吸入或排出液體。每個液缸工作腔都設有一個吸入閥和一個排出閥，總稱為泵閥。在實際生產(chǎn)中，為便于互換和維修，通常吸入閥和排出閥做成完全相同的結(jié)構。

泵閥結(jié)構型式多種多樣，有用于低壓小流量泵上的自重球閥，用于中、高壓泵上的平板閥和錐形閥(片閥)等。球閥一般由閥座、閥球、消聲墊、限位裝置等組成，限位裝置為閥蓋或限位套，用以限制泵閥的升程。片閥一般由閥座、閥片、閥體、彈簧和限位套等組成，泵閥的升程由限位套或閥蓋控制。

泥漿泵泵閥對泵的正常工作具有重要的作用，是泥漿泵的重要零部件。為保證泥漿泵的正常工作，要求泵閥關閉時具有良好的密封性并避免嚴重撞擊，運動應平穩(wěn)，噪聲小，具有足夠的強度和剛度，經(jīng)久耐用。

2 泵閥的應用

我公司生產(chǎn)泥漿泵歷史較久，產(chǎn)品齊全，品種豐富，有成熟的生產(chǎn)工藝、完善的生產(chǎn)條件和試驗檢測方法，有良好的口碑，市場占有率高。系列化的泥漿泵流量50～3000 L/min，壓力2～30 MPa，功率5～300 kW，可滿足地質(zhì)勘探、工程勘察、高山送水、非開挖配套等不同用戶的需求。在我公司泥漿泵產(chǎn)品中，泵閥的結(jié)構型式也是多樣化，根據(jù)不同的應用領域和不同的輸送介質(zhì)，采用不同的泵閥，應用較廣泛的是球閥和片閥。

2.1 球閥的應用

球閥具有結(jié)構簡單，檢修拆裝方便，通用性、互換性好，使用成本較低等特點，普遍用于流量較小、壓力較低的泥漿泵，如BW-150、BW-250泥漿泵。

圖1為BW-150泥漿泵的排水閥，閥球為鋼球，閥球和閥座直接金屬接觸密封，沖擊較大，容易產(chǎn)生較大的噪聲，為降低噪聲，在閥蓋上安裝消聲墊，起到降噪緩沖的作用。球閥的閥隙流道圓滑，流液阻力小，也常用于砂漿泵的泵閥上，圖2為BWH-150/1.5水泥砂漿泵的吸排閥，砂漿泵要求閥座通徑大，通過性好，與之相配的閥球較重，泵的吸入排出要克服閥球的重量，為解決這一矛盾，通常采用空心閥球減輕重量以滿足砂漿泵的性能要求。

圖1 BW-150泥漿泵排水閥結(jié)構圖Fig.1 BW-150 structural drawing of drain valve of mud pump

圖2 BWH-150/1.5水泥砂漿泵的吸排閥結(jié)構圖Fig.2 BWH-150/1.5 structural drawing of suction and discharge valve of cement mortar pump

球閥的失效形式主要包括：①閥球在載荷下對閥座的沖擊，使閥座變形，沖程增大，造成接觸面磨損或?qū)蛑鶖嗔?圖3)；②閥球在輸送介質(zhì)的高壓沖蝕下遭到破壞，導致密封失效(圖4)；③泥漿泵在使用后，腔內(nèi)液體未排盡，造成閥座與閥球生銹，影響泵的吸入，也是泥漿泵的常見故障之一。

圖3 損壞的閥座Fig.3 Damaged valve seat

圖4 損壞的閥球Fig.4 Damaged valve ball

2.2 片閥的應用

片閥結(jié)構相對較復雜，零件多，加工制造工序多，成本較高，但使用性能優(yōu)良。片閥具有良好的密封性，運動平穩(wěn)、噪聲小、經(jīng)久耐用，普遍用于大流量、高壓力的泥漿泵。片閥是通過閥片與閥座金屬面的錐面接觸實現(xiàn)密封，閥片除起密封作用外，還對閥體落座時的沖擊起緩沖作用。泵閥上的彈簧用于在閥上建立載荷，保證閥的及時關閉。為了控制閥片的運動和平穩(wěn)準確地落座，在閥體上還配有導向裝置。

圖5為BW-300/16型泥漿泵的片閥結(jié)構圖，該泵閥的閥體與閥片為一體制造，限位套和閥體均為精鑄件，加工制造成本較高。在較大流量泵上使用時，閥座與泵頭接觸的錐面加工精度要求較高，否則容易松開脫落，造成泵閥損壞，脫落的泵閥被柱塞頂壞，見圖6。

圖5 BW-300/16泥漿泵片閥結(jié)構圖Fig.5 BW-300/6 structural drawing of mud pump diaphragm valve

圖6 損壞的片閥Fig.6 Damaged flap valve

圖7 BW-850/10泥漿泵片閥結(jié)構圖Fig.7 BW-850/10 structural drawing of slurry pump diaphragm valve

圖7為BW-850/10和BW-1000/12泥漿泵的片閥結(jié)構，該泵閥的閥座與泵頭采用過盈配合的密封形式。BW-850/10泥漿泵在內(nèi)蒙古通遼某鈾礦基地砂土層施工中，體現(xiàn)了使用壽命長、效果較好的優(yōu)勢，組合式的閥片有效地降低了用戶的使用成本。

片閥的失效形式主要是沖擊載荷或高壓輸送液體通過閥隙時沖蝕閥片，使閥片出現(xiàn)磨損或裂紋，密封性能遭到破壞，圖8為被沖蝕的閥片。

圖8 被沖蝕的閥片F(xiàn)ig.8 Erosion valve plate

3 泵閥結(jié)構對泵的影響

我們在對用戶進行走訪和工地調(diào)研時，用戶也對泵閥結(jié)構有不同的要求。例如，使用BW-320泵時，有用戶要求用球閥，有用戶中意于片閥。為進一步驗證球閥和片閥對泵性能的影響，我們在試驗室對多種流量的泵進行了多次測試。

表1是對產(chǎn)銷量較大、使用范圍較廣，在系列泵中最有代表性的BW-600/10泥漿泵的性能測試數(shù)據(jù)。在同一臺泵上分別安裝球閥和片閥，泵閥的升程和閥座的通徑均相同，有效地避免了各種因素對測試結(jié)果的干擾。在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，片閥的各擋壓力均勻，排出流量穩(wěn)定，測量的噪聲比球閥噪聲低1～3 dB(A)，噪聲無較大波動。通過測試數(shù)據(jù)對比，片閥的實測流量比球閥多5～15 L/min，容積效率明顯好于球閥。

4 結(jié)論

影響泥漿泵質(zhì)量和性能的因素很多，有加工制造的因素，也有產(chǎn)品結(jié)構的因素。動力端的曲軸箱和變速箱的溫升、齒輪的噪聲，液力端的壓力不均勻、流量排出不穩(wěn)定、容積效率過低等都對泥漿泵有影響。泵閥是泥漿泵的重要零部件，泵閥的密封性能和結(jié)構形式對泥漿泵的影響較大。結(jié)合泥漿泵的工地使用情況和試驗室測試數(shù)據(jù)可見：流量低于300 L/min用球閥有優(yōu)勢，結(jié)構簡單，維護更換方便；流量在300～600 L/min用球閥和片閥均可，但使用圖5所示結(jié)構的片閥對泵性能的提升較好；流量大于600 L/min較適合用圖7所示結(jié)構的片閥，對液體的通過性和流動性較好。不同泵閥結(jié)構各有優(yōu)勢，應根據(jù)不同的流量及輸送的介質(zhì)對泵閥結(jié)構進行優(yōu)化選擇。

表1 BW-600/10泥漿泵不同泵閥性能測試對比Table 1 Performance comparison of different pump valves for mud pumps