高壓大流量陶瓷柱塞泥漿泵密封系統的研究*

康建喜

(咸陽陶瓷研究設計院 陜西 咸陽 712000)

高壓大流量液壓陶瓷柱塞泥漿泵是咸陽陶瓷研究設計院近年來開發出的一種獨創型高新泵產品,是渣漿泵的更新換代產品。該泵適用于輸送高濃度固、液兩相介質，與隔膜泵相比具有結構簡單、操作維護方便等特點；與噴水式柱塞泵相比節水、節能效果顯著。該泵柱塞采用耐磨防腐性能優良的氧化鋁陶瓷柱塞，動密封面摩擦副采用油或水潤滑，摩擦阻力小、效率高、使用壽命長。

1 性能參數與適用介質

流量:Q = 50～100m3/h;介質濃度:固含量≤6 5%;溫度:T≤100 ℃;粘度:μ≤2 000 mm2/s。

2 高壓大流量陶瓷柱塞泥漿泵的結構和工作原理

高壓大流量陶瓷柱塞泥漿泵為立式雙缸單作用陶瓷柱塞泥漿泵。它由電機帶動油泵，通過閥組控制，帶動兩個油缸里的活塞桿做上下運動，再由活塞桿帶動陶瓷柱塞實現上下運動。當柱塞向上運動時，吸入閥打開吸入輸送介質；當柱塞向下運動時，排出閥打開排出介質。在整個閥門的運動過程中，吸入和排出閥門交替地打開、關閉實現吸漿與排漿。在整個輸送過程中，只有柱塞前端與輸送介質接觸，可使輸送介質無外漏，更重要的使輸送的顆粒介質與活塞運動部件不接觸，避免了固體顆粒對泵造成的嚴重磨損，大大改善了密封環境，從而提高了泵的使用壽命。

3 高低壓水的切換和工作原理

3.1 密封結構

高壓大流量陶瓷柱塞泥漿泵密封系統(見圖1)主要由以下幾部分組成：

1)輔助導向支撐套。對柱塞起左右支撐和輔助導向作用，其材料為高分子聚乙烯。柱塞在理想狀態下，在泵體內始終位于中間狀態，而且能夠自由地做上下運動，這樣對密封件的壽命最有利，此運動狀態是由上下的導套來定位的。

2)密封函體。將其用螺栓固定在陶瓷柱塞泥漿泵下的填料箱上，為水進入柱塞清洗密封面提供了通道；也對柱塞導向套與V型密封圈起固定作用;為了提高柱塞的密封壽命，柱塞與密封的配合尺寸非常重要。過盈量太大，密封的壽命會大大縮短；過盈量太小，密封會在很短時間內失效，其使用的材料為ZG45。

3)隔環。在密封圈中間增加隔環其作用是保證密封圈有足夠的強度，不至于柱塞在上下運行當中將密封圈拉翻，導致密封的失效；同時密封圈在隔環的作用下，能夠做到將上下的受力近似均勻地傳遞到下一個密封圈，不至于使某個密封圈加劇磨損，而其他密封圈不受力，這樣可提高密封圈的使用壽命；在每個隔環的下端均設有小孔，可保證在密封圈上下兩端都會受到液壓力的支撐，這種均勻的液壓力支撐，使得密封圈將來在受壓作用下將磨損降至最小。隔環使用的材料為耐磨損、使用壽命長的QA19-4。

1-輔助導向支撐套 2-密封函體 3-隔環 4-柱塞導向套 5-高低壓水的切換及排氣系統 6-陶瓷柱塞圖1 高壓大流量陶瓷柱塞泥漿泵密封結構

4)柱塞導向套。對柱塞起導向作用，此導向為主導向，柱塞在壓力作用下，向兩邊擠壓，支撐定位依靠導向套起作用，密封系統的壽命與這個導向套關系很密切，導向長度也對密封的壽命有著重要影響。所使用的材料是經調質處理的45號鋼，其硬度為 HB 269-285。

5)高低壓水的切換及排氣系統。可提供高低壓的水源，在本系統分別有兩個水閥和一個排氣閥，高壓水閥與高壓水相連接，低壓水閥與低壓水相連接。在密封系統中，設置一個排氣閥，存在氣體時，排氣閥打開，將密封系統中的氣體排出。

高壓水閥的作用是在排出高壓介質時，將高壓水注入到密封系統中防止高壓介質進入到密封系統中，以保持一個干凈的密封環境，可延長密封的使用壽命。

低壓水閥的作用是在柱塞上行時，用較低的壓力水保持在柱塞表面，使得較少的水進入密封面，保持一個干凈的密封環境，以延長密封壽命。

排氣閥的作用是當介質中存在空氣時，通過排氣閥的動作，將介質中的氣體及時地排出，使介質不能進入密封系統。

6)陶瓷柱塞。高壓大流量陶瓷柱塞泥漿泵依靠柱塞筒的往復直線運動及時將介質吸入與排出。所使用的材料為高耐磨性能好，耐腐蝕的Al2O3材料。

3.2 高低壓水閥的切換及工作原理

高低壓水閥的切換是指泵在吸人與排出介質過程中，柱塞密封函體內的水壓始終與泵腔內的介質壓力相等或稍大于介質的壓力，而使泵腔內的介質不能進入柱塞封函體,柱塞始終在水環境的狀態下工作，可延長了柱塞的使用壽命。在泵運行前，先將高壓水閥打開，使水進入上下導套中間、密封件、隔環、下導套，使整個密封腔體注滿水，并將殘余氣體排空。泵運行過程中，泵通過高低壓閥門的切換，始終保證水的壓力與介質的壓力相平衡，或使水的壓力稍大于介質的壓力。當柱塞下行時，高壓水閥門打開，高壓水進入整個密封系統中，使得介質無法進入密封腔體，保證了密封腔體具有干凈的密封環境。當柱塞上行時，低壓水閥接通，低壓水進入密封腔體，既可使密封腔體的環境保持干凈，又能使進入介質的水量最小化。排氣閥的作用是使密封腔體中氣體及時排出，以避免介質進入密封腔體。該系統最大的優點是密封腔體始終保持干凈的密封環境，避免介質進入密封腔體，大大延長了密封的壽命，同時能夠達到節水、節電等功效。

4 結語

高壓大流量陶瓷柱塞泥漿泵的核心技術是通過高低壓水的切換及時排出介質中的氣體，使柱塞密封系統保持一個潔凈的密封環境。在該泵實際運行中會因柱塞潤滑而將少量潤滑油帶出，為了確保介質無法進入密封腔體及密封表面，因此，高壓壓力水和低壓壓力水都要比密封腔體內的壓力稍大一些，這樣可獲得令人滿意的密封效果。經過長期實驗研究及樣機工業考核實踐，高壓大流量陶瓷柱塞泥漿泵具有高效節能、節水顯著，投資少等優點，在化工、冶金、采礦等領域具有獨特的優勢和良好的發展前景。