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水泵知识

计量泵改进构想

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     计量泵的流量可通过改变行程、转速或行程和转速均改变来调节,通过对泵的行程机构相衔接的电动伺服机构或气动伺服机构的控制,可实现对计量泵流量的电、气自动调节。图l所示为典型的N轴行程调节机构。

图1

图1 N轴行程调节机构示意
1.下套筒;2.连杆套;3.偏心套;4.推力球轴承;5.压紧环;6.调节杆;7.上套筒;8.N轴;9.偏心轮;10.连杆;11.蜗杆;12.蜗轮;13.深沟球轴承;14.调节座
    此计量泵的工作原理:电机与蜗杆通过连轴器连接,经过蜗轮使下套筒减速转动,通过下套筒内的滑键带动N轴转动,因偏心套与N轴的轴颈一起转动,从而驱动连杆作往复运动。
偏心套偏心距调节:利用手动、电动或气动转动泵体上端的调节杆,因调节杆与调节座之间为螺纹联接,调节座不动,故使调节杆沿轴向移动,调节杆通过推力球轴承带动N轴在上套筒、下套筒内移动,从而到达改变偏心距的目的,最终实现泵的行程调节。N轴上套有偏心轮,偏心轮的偏心距为最大行程长度的1/4,N轴中部的偏心距为零,而N轴上下两端的偏心距相同(为最大行程长度的1/4)。N轴的偏心距和偏心轮的偏心距相互抵消时,总的偏心距为零,即偏心轮的中心和N轴的旋转中心重合,故行程长度为零。N轴的偏心距和偏心轮的偏心距在一侧完全重叠时,偏心轮和N轴的偏心半径为1/2行程长度,即泵在此时为100%行程。由于行程长度可在。100%行程长度内变化,从而实现了计量泵的流量在0-100%额定流量内调节 2。
3 N轴行程调节机构
     目前,国内所生产的大、中型计量泵,大多采用N轴行程调节机构,但N轴行程调节机构也存在着一些不足之处:
    (1)结构形状较复杂。N轴两端大头轴线为N轴的中心线。计量泵的流量调节靠N轴的移动改变偏心块在N轴轴颈上的位置,从而实现其行程改变。
     (2)N轴加工工艺性较差。需采用专门机床或专用工装加工,以保证其外型及尺寸精度,这样增加了泵产品的成本。
     (3)应力集中。由于N轴本身结构上的原因,在运动过程中很容易产生应力集中,从而易造成N轴的断裂,大大降低了产品的可靠性。此外,在N轴行程调节机构中,传动方式是由蜗杆、蜗轮带动可调偏心距的偏心轮将圆周运动转化为往复运动,N轴依靠上、下套筒支承,由于加工套筒时,两个套筒同轴度实际公差存在加工误差,不可能相同,导致对中性较差。上、下套筒采用深沟球轴承支承,轴向定位精度低,蜗轮容易产生轴向窜动,使蜗杆与蜗轮发生偏磨,影响了泵的传动效率及可靠性。
4 新型斜槽轴行程调节结构
    针对上述计量泵行程调节机构存在的问题,提出了一种计量泵用核心部件的全新结构即利用
斜槽轴取代原N型轴的行程调节机构,以改善其工作状态,解决原N型曲轴易疲劳、断裂等技术难题,进而提高计量泵的可靠性和使用寿命,扩大其使用范围。图2所示为斜槽轴行程调节机构。

图2

图2 斜槽轴结构示意
1.连杆;2.轴瓦;3.偏心轮;4.调节杆;5.斜槽轴;6,斜槽轴套;7.销套;8.圆柱销;9.支承环;10.蜗轮;11.蜗杆;12.角接触球轴承
    新型计量泵是由传动箱体、盖板、斜槽轴调节机构、调节座、电机托架、液缸托架、连杆、十字头等组成。而其中的核心机构——斜槽轴调节装置则由圆柱销、销套、偏心轮、斜槽轴、斜槽轴套、轴瓦及支承环等组成。其特征:
    (1)驱动转矩与行程调节的传递是通过2个明显分离的部件完成的,动力直接从电机驱动轴由刚性连接的蜗杆、蜗轮部件传递到偏心轮;所有传动部件的连接都是由其静态条件所决定,确保了该泵具有最小的机械跳动,较高的过载安全;
    (2)行程调整与行程长度之间的关系呈线性的,方便了泵流量的调节;
    (3)通过调节杆来进行行程调节不会传递任何驱动转矩,因此只需要手动施加一个很小的力矩即可完成行程调节;
    (4)所有的运动部件都是在不间断油浴润滑
条件下工作的,磨损、耗功小,传动效率高,运行可靠。与传统的N轴行程调节机构(见图1)相比,新型斜槽轴行程调节机构的优点有:
    (1)结构较简单、工艺性较好斜槽轴两端为圆柱形,中间对称矩形平面设有斜槽孔,加工工艺简单,易于制造。
    (2)油隙均匀、润滑良好支承环用于支承连杆,防止连杆在工作中因自重下降,造成连杆轴瓦间隙不均,润滑不良,产生偏磨、失效。
    (3)轴向定位精度高
     采用角接触球轴承替换原深沟球轴承。由于轴向定位可以防止轴向窜动超出设计范围,保证了蜗杆与蜗轮的位置度,防止了蜗杆与蜗轮因轴向窜动过大而产生的偏磨,提高了产品的可靠性。
    (4)径向定位精度高
     斜槽轴处设有一个斜槽轴套,该斜槽轴套是一个整体,而原N型轴套是由上下两个轴套组成。比较而言,斜槽轴套提高了整体支承的刚度与强度,保证了上下轴承的同轴度,改善了斜槽轴的受力与支承状况,防止了因转向改变或轴径向窜动所产生的偏磨。斜槽轴行程调节机构的工作原理:电机通过蜗杆蜗轮部件驱动斜槽轴套旋转,带动置于斜槽轴套上的偏心块同步转动,偏心块驱动连杆大头摆动,而连杆通过与连杆小头相连的十字头,将偏心块的旋转运动转变为往复运动。当调节杆轴向移动时,斜槽轴斜槽内的销套和圆柱销也随之移动,通过与圆柱销相连接的偏心块也同时产生径向移动,偏心距得以改变。这样在泵的运转中,通过调节行程,改变泵的流量,达到计量输送的目的。电机驱动蜗杆、蜗轮、斜槽轴套和偏心块旋转,偏心块借助轴瓦驱动连杆摆动,通过与连杆相连接的十字头,产生往复运动,借助柱塞,吸排出阀。在图2所示情况下,偏心块的偏心距为零,故行程也为零。当需要调整柱塞的行程长度时,用手操作在垂直于图2方向顺时针(假定)旋转调节套,则调节杆向上移动,并随之带动斜槽轴向上轴向移动。此时,在斜槽轴斜槽内的圆柱销与斜槽发生相对移动,其偏心距增大。而柱塞的行程长度是由偏心距决定的,也就是说柱塞的行程长度会随着偏心距的增加而增加。
5.膜驱动变频计量泵的设计
     油田对计量泵的要求是结构简单、耐用、易于维护,特别是海上平台要求无泄漏、无污染。根据油田要求,针对目前计量泵使用中存在的问题,决定采用变频方式,通过调节电机转速改变柱塞泵的冲次来调节泵的流量;动力端采用固定冲程柱塞泵的基本结构,省去复杂的冲程调节装置;液力端采用直接驱动式膜片,使柱塞直接推动膜片工作。新型柱塞泵不再使用工作液及其补偿装置,无需对柱塞进行密封。因而,其结构简单,正常工作时维护少,彻底解决了柱塞的密封问题。
5.1膜驱动变频计量泵基本结构及工作原理
柱塞泵的流量
Q = Asnk (1)
式中A—柱塞截面面积;
S— 柱塞冲程;
n—柱塞冲次;
η一泵效。
     由此可见,调节流量的途径有两个:一是改变冲程,二是改变冲次。变频计量泵就是利用变频器改变电源频率,从而改变电机转速,达到调节柱塞冲次和流量的目的。为了彻底解决柱塞密封,防止泄漏的药剂污染环境和腐蚀机件,采用直接驱动膜片代替柱塞工作,由曲轴连杆直接驱动膜片前后移动.实现无泄漏运行,且膜片更换简单,维修工作量小。
膜驱动变频计量泵结构如图2所示。它由变频控制器、三相异步电动机、涡轮涡杆减速机构、固定偏心距曲轴、连杆、导向柱塞、膜片、单向阀和安全阀等组成。由于采用了固定偏心距曲轴,取消了冲程调节装置,其导向柱塞冲程不变。当电机通过连轴器带动涡轮涡杆转动时.偏心轴转动。通过连杆、导向柱塞式驱动膜片前后移动。驱动膜片由基层、聚四氟乙烯保护层、夹心钢网和硬芯等组成。左行程时,导向柱塞带动硬芯使膜片向左凸起,泵腔容积变小.被输送液体压力升高,顶开出口单向阀排出;右行程时,导向柱塞使膜片向右凸起,泵腔容积变大,呈负压状态,被输送液体顶开进口单向阀进入泵腔内。驱动膜片在工作时.两侧的压力不同,因而计量泵的工作是依靠膜片本身力作用驱动被输送液体的。导向柱塞在带动膜片工作时,不需要填料密封,也不需要工作液补偿装置,结构简单。当需要计量泵流量时,只需调节变频控制器,改变电源频率,即可改变电机转速与导向柱塞冲次,达到调节流量的目的。由于采用变频调速,计量泵的曲轴连杆装置为固定偏心距的曲轴,滑动轴承支撑,故强度大、承载大、结构简单、制造容易。流量可由变频器直接用数字显示。当调节流量过小时,电机负载电流大于变频器过载保护电流,变频器自动保护.切断电源。变频器输出频率最大为400 Hz,在电机温升允许的情况下,电机转速略高于额定转速,其流量可在5 ~ 120 额定流量范围内调节。
5.2 膜驱动变频计量泵的特点
膜驱动变频计量泵有如下特点:
(1)结构简单,可靠性高;
(2)变频调速,提高泵效,节能降耗;
(3)自动保护性强,功能多;
(4)采用直接驱动膜片,解决泄漏问题。
5.3膜驱动变频计量泵适用范围及推广意见
(1)用于输送原油脱水用破乳剂,污水处理用的絮凝剂、杀菌剂、除氧剂和防垢剂,锅炉用的软化水辅助处理剂以及其他助剂。
(2)用于要求无泄漏、无污染,可遥控调节流量的场合,如海上采油平台。
(3)膜驱动变频计量泵结构简单、工作可靠、维护工作量小,具有一定的实用价值和推广价值。
(4)后期开发功能强。可以配用流量传感器,使计量泵自动调节加药量,与主要生产参数实现最佳比例加药,达到精确控制;也可以对计量泵出口流量进行反馈控制,实现闭环控制,提高流量的稳定性和精度,成为高精度电子控制计量泵。
5.4膜驱动变频计量泵存在的问题
(1)膜驱动变频计量泵的变频器的有效工作范围与电机的性能有关。小频率条件下,电机的输出力矩由试验确定。但变频器具有补偿功能,可以在小频率下提高输出电压,实现低频下使电机具有恒定力矩输出,故要求流量不低于额定流量的5% 。
(2)采用直接驱动膜片,膜片在工作过程中的变形对计量精度有一定的影响。

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