弹性体凸轮转子泵设计与应用.pdf

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1、GMinCityConstruction＆WaterIndustry弹性体凸轮转子泵设计与应用浙江理工大学(杭州310018)艾迪机器流体机械与控制研究中心【摘要l针对现有泵振动明显及不适应含水量低介质的突出问题，设计了一种弹性体凸轮转子泵，并对其结构组成进行详细介绍，通过测试验证了其良好的抑振效果，并且能够很好地适应低含水量介质的运输送，实现了干运行，对流体运输相关产业具有重大意义。【关键词l弹性体凸轮转子泵高含固量介质转子设计实际应用一、前言泵是输送流体或使流体增压的机械，将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加。泵主要用来输送水、油、酸碱液

2、、乳化液、悬乳液和液态金属等液体，也可输送液、气混合物及含悬浮固体物的液体。泵通常可按工作原理分为容积式泵、动力式泵和其他类型泵三类。泵因其在输送流体方面的显著优势被广泛应用于石油化工、农业、矿业、冶金工业、航空航天和能源产业等众多领域。现有的传统泵型，因自身结构与工艺原理的限制，难以实现对高含固量介质的输送，长期运转下其自身振动也会不断加剧，存在明显的不足与缺陷。针对这类问题，本设计提出一种创新型弹性体凸轮转子泵。弹性体凸轮转子泵主要由电动机、减速齿轮箱、联轴器和泵体等组成，其中泵体由轴承、同步齿轮、隔离腔室、泵壳、衬板、轴封、转子、泵盖和泵轴等部件组成。其转

3、子是全橡胶包覆，耐磨损性强，转子与壳体之间高精度间隙配合，具有很强的自吸力和高扬程力，该泵可70l黑器嬲圳伸期连加悌(浙江杭州310018)孙富强靠、坚固、节能，可以输送各种黏稠的或含有颗粒物的介质。效率高、节能、省时，不需要引流、灌泵，可适用于各种复杂的流体介质。干式安装、在线维修和低成本维护，运行平稳、自吸、耐磨损且不易堵塞。二、结构与工艺原理1．基本结构弹性体凸轮转子泵结构组成如图1所示，主要由轴承、同步齿轮、隔离腔室、泵壳、衬板、轴封、转子、泵盖和泵轴等部件组成。泵壳由整体精密铸造加工而成，误差极小。隔离腔室的设计隔离了过流泵腔和同步齿轮箱，既能防止介质

4、污染腐蚀齿轮，又能防止齿轮腔内润滑油污染介质。螺旋无脉动高精度数控加工的转子，脉动平稳，误差极小，能够有效抑制振动，极大地提高输送效率。图1弹性体凸轮转子泵结构1．衬板2泵盖3．转子4泵壳5泵6轴承7．减速齿轮8同步齿轮9．隔离腔室10．轴封(1)弹性体转子采用弹性体橡胶专利配方包裹转子技术，解决了传统泵输送颗粒介质易卡死缺陷，最大通过颗粒直径80ram；转子与转子之间、转子与泵体之间采用全接触密封；弹性体凸轮转子泵具有极强的真空白吸能力，最大自吸高度达9．5m。(2)纳米喷涂耐磨衬板转子与泵体之间采用轴向和径向纳米喷涂耐磨衬板，磨损后可及时更换，维护方便。目前

5、使用的衬板等易损件一般都采用ZGMnl3高锰钢材质。ZGMnl3奥氏体高锰钢的冲击韧性很高，但原始硬度不够，受冲击时奥氏体高锰钢表面冲击硬化效应不能充分产生，高锰钢表面达不到高硬度，则衬板很快被磨损。同时高锰钢的屈服强度较低(约为350MPa左右)，在使用中，尤其是使用前期易发生塑性变形。另外漏斗衬板和装卸煤炭之间还存在一个硬度匹配问题，研磨介质硬度一般应高于衬板硬度3HRC左右较宜，高锰钢在高冲击负荷下的上述不足常常导致衬板的韧性有余而耐磨性不够，磨损失效快，而且变形严重，致使衬板寿命短有着直接的关系。近年来国内有关单位也开展了高铬铸铁衬板的研究，其耐磨性可达

6、同工况下高锰钢的2倍以上。但这些材料的韧性仍嫌较低而且含钼、铜等合金元素，生产成本较高。本项目对轴向和径向纳米喷涂耐磨衬板进行研制，并取得了很好的使用效果。(3)泵轴双支撑结构针对传统的单支撑转子泵容易产生轴变形的缺陷，本转子两端采用双点支撑结构，大大减小轴的变形，使单泵最大压力能够达到4MPa；双支撑泵运行稳定(多约束)，但投资及维修相对麻烦，主要用于多级泵及大排量(直径较大)泵(如循环水泵等)，而单支撑泵相对来说投资小、维修相对简单，但因扰度大，相对振动大，主要用于单、双级泵及小排量(直径较小)泵(功率小)。单支撑泵受力状况不好，由于悬臂，泵轴会出现挠度，运

7、行时振动会较两端支撑泵要大，同时其轴向圆跳动也会增大，对密封端面的寿命也有影响，特别在高温情况下，尽量选择两端支撑的泵。(4)几何螺旋转子转子技术采用几何螺旋转子转子技术，相对传统直叶转子，螺旋转子完全消除了泵进出口流量、压力脉动，运行平稳、低噪声。不合理转子设计会形成闭死容积或引起汽蚀，从而导致振动和噪声，并产生汽蚀破坏。本项目将在现有转子泵型线的设计经验基础上，进一步从理论上分析转子型线与闭死容城建／水I业通用机械G殛峨GMinCiO,Conso‘uction＆WaterIndustry积的相互关系，并借助FLUENT软件对内部流场进行数值模拟计算和仿真分析

8、，以实现转子型线的优化设