襯膠防腐隔膜泵進出料緩沖裝置結構研究

楊立業

(中國有色(沈陽)泵業有限公司,遼寧 沈陽 110144)

1 緩沖裝置作用

緩沖裝置是清除管路內流量脈動的一個很有效的裝置,它利用緩沖裝置內氣體(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。目前隔膜泵設計中進料緩沖裝置多選用補償罐結構,出料緩沖裝置選用氮氣包結構,進料緩沖裝置內部充空氣,出料緩沖裝置內部充氮氣。

圖1 常規進料緩沖裝置圖

2 緩沖裝置安裝位置

圖2 常規出料緩沖裝置圖

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

圖3 進出料補償系統安裝位置圖

3 內襯防腐進料緩沖裝置結構研究

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,單側進料,另一側不進料;第二種形式為一個補償罐,中間進料,在補償罐內部分為兩個支路,此結構緩沖及補償效果更為理想。

圖4 進料補償兩側分布圖

圖5 進料補償中間進料分布圖

常規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,無法進行內襯防腐施工。為實現內襯防腐結構,將進料緩沖裝置進行結構優化,將其進行分體設計,按照內襯施工工藝所允許的空間結構和尺寸進行設計,滿足內襯施工要求,并將內襯后的上下結構通過把合螺栓及密封墊進行連接,在實現緩沖功能的前提下滿足防腐性能要求。

4 內襯防腐出料緩沖裝置結構研究

消弱隔膜泵流量脈動的最佳液壓元件是蓄能器,其中總容積V 是選擇蓄能器的依據和重要參數。由于在流量脈動的一個周期T 的時間內,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值或者限定系統壓力脈動的最大值和最小值,使系統能正常運行,滿足工作性能要求,起到消弱系統壓力脈動的作用。

根據文獻《往復泵設計》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據按如下脈動率計算公式。

圖6 防腐進料緩沖裝置結構圖

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,根據流量及工作壓力計算并根據要求的脈動率選擇適合的容積;出料緩沖裝置結構通常為整體鑄造,由于其內部空間大,孔徑較小,無法實現內襯施工。根據防腐內襯施工工藝要求,需要將氮氣包進行分體設計,并分別對氮氣包上下兩部分進行防腐內襯處理,然后通過配合部位將上下兩部分連接為一體。結合原有氮氣包結構,將整體結構改進成分體結構;在內腔與料漿接觸部位內襯軟質防腐蝕、耐磨損橡膠,在密封、配合區域內襯硬質可加工橡膠,軟硬橡膠搭接部位通過改進本體結構和優化橡膠破口形式實現其裝配功能要求,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,起到穩壓和補償的作用。傳統氮氣包結構為整體鑄造,內腔內襯實施難度大。針對強酸介質研制的防腐氮氣包結構采用分體形式,通過配合部位將上下兩部分連接為一體,其結構簡化,滿足內襯施工的條件,同時配合分體氮氣包結構形式,將氣囊設計成碗狀結構。橡膠內襯通常選用一種橡膠,但由于氮氣包需要通過配合關系組裝在一起,因此需要部分區域能夠實現加工,表面達到裝配要求。因此需要將軟硬兩種橡膠結合使用,防腐層為軟質耐腐蝕、耐磨損橡膠,配合面為可加工的硬質橡膠,即能滿足鹽酸性料漿的防腐蝕要求,又能實現氮氣包裝配要求的防腐內襯氮氣包結構。

圖7 防腐出料緩沖裝置結構圖

圖8 防腐出料緩沖裝置產品圖

5 襯膠防腐緩沖裝置適用范圍

(1)橡膠材料在防腐領域應用比較廣泛,其優質的耐酸腐蝕性能使其能夠達到很好的使用效果。橡膠在酸腐蝕的環境中使用壽命相對其它材料具有一定優勢,襯膠防腐緩沖裝置在保留原結構強度及其它性能的前提下,增加內襯橡膠防腐手段,在耐酸腐蝕的工況環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圖

(2)襯膠防腐緩沖裝置是將防腐性能優質的橡膠材料內襯在金屬殼體內部,針對不同的物料選用專業的橡膠,并通過專用膠水、內襯施工工藝及配套硫化工藝使橡膠與基體良好結合,達到使用要求。橡膠與金屬粘結力受粘結材料及工藝限制,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構內部進行內襯橡膠施工,因此對結構的內部空間有一定要求,一般防腐內襯結構需要對基體結構進行簡化設計,力求內襯結構簡單,方便內襯施工;對于空間較小的內襯結構,需要設計專用的內襯工裝,由于內襯橡膠需要一定的粘結力,不建議在尺寸過小的結構中使用。

(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境中。

(5)橡膠既能夠耐磨損又耐高溫的產品較少,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。因此襯膠防腐結構不建議溫度在100 ℃以上環境中使用。

6 結論

(1)在防腐隔膜泵緩沖設計中將金屬骨架與橡膠內襯防腐技術結合使用,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)為滿足防腐內襯工藝要求,將進出料緩沖裝置結構改為分體結構,方便了內襯施工,實現了緩沖裝置的防腐功能。

(3)將軟質、硬質橡膠結合使用,充分發揮其性能優勢,同時滿足防腐和裝配要求。