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面向未来的无铰接关节泵

作者:FRANK KOCH 文章来源:《流程工业》2003年第2期  点击数:1936  发布时间:12-17
频繁发生故障和大量更换部件一度使得偏心螺杆泵名声不好.今天的型号以其可靠的输送性能和较长的使用寿命的诱人组合改变了一切.无铰接关节、低磨损的偏心螺杆泵正面向一个光明的未来.

频繁发生故障和大量更换部件一度使得偏心螺杆泵名声不好。今天的型号以其可靠的输送性能和较长的使用寿命的诱人组合改变了一切。无铰接关节、低磨损的偏心螺杆泵正面向一个光明的未来。

早在1931 年,法国数学家Rene Moineau就第一个设计出一台用于处理粘性、腐蚀性和非均相物质的泵系统。从那时起,我们就看到偏心螺杆泵(通常也称为mono 泵)事实上成为了整个工业界的标准泵。这种类型的泵被用来处理任何东西,从酸奶到矿石混合物悬浮液和污水。供应商和消费者联合投入了大量的努力以便开发出新的设计特征从而使得偏心螺杆泵适用于手头的任何工作并且更加有效。一台现代的偏心螺杆泵的典型参数如下所列:

置换流量达到约420m3/h;

输送压力达到约100bar;

操作温度—取决于定子性质—达到约100℃。

操作原则和易磨损性

一台偏心螺杆泵的主要部件是它的不移动的定子和在其中转动的转子。在一台标准结构的偏心螺杆泵中,转子是一个大螺距单螺纹的螺杆,而固定的定子包含两条双倍于转子螺距的螺纹。这就在定子和转子之间形成了进料夹腔,在这其中被输送的物质随着转子的运动从入口运动到出口。

定子表面的一部分和转子齐平,这就是所谓的“密封线”。这条密封线造成压力累积,同时影响偏心螺杆泵的入口能力。根据级数的不同(例如二、四或八),可以产生各种不同的压差,而流速没有脉动。杆转速率和体积流率之间的线性关系,使偏心螺杆泵也可以用作计量泵。

通常转矩通过驱动轴和铰接的联杆关节由驱动系统传到转子上。在标准设计的泵上,这些关节将转子的偏心运动转化为驱动轴的圆周转动。根据应用的不同,关节用油或是油脂润滑,而所谓的“衬套”通常是用来保护它们免受输送介质的腐蚀。用于食品工业时也可以不用外部润滑而由被输送的物质提供润滑。

各种不同结构的定子和转子以及动态受力的铰接关节均不断地受到磨损。处理腐蚀性和磨损性的物质时往往对安装在关节周围的保护性衬套造成不可修复的损坏。当这种类型的损坏发生后,输送物质会泄漏到关节中—很快像腐蚀衬套一样腐蚀关节。关节所在部位的多重振动对可能安装的各种杆转机械密封和定子的使用寿命也有负面的影响。最终结果往往是大修泵的全部内件。

如果系统频繁开关,关节磨损的速率也会加快。因此标准的工业惯例是无论何时更换转子都要更换新的关节,为的是尽可能的消除泵的突然损坏。

轴密封的种类繁多,包括填料密封和单作用或双作用杆转密封。

把运行磨损降至最低

作为偏心螺杆泵原理的最初专利使用商,Mono 公司从1935 年开始设计、生产和销售这种类型的泵。从那时起,超过800000 台的各种类型、各种用途的偏心螺杆泵投入使用。早在1970 年,这家公司就展示了一种偏心螺杆泵,这种泵删除了原联杆区内易受磨损的所有部件,而改用一种无磨损的弹性轴Flexishaft 来传递力。由于力矩通过这个弹性轴从驱动轴传到转子上,因此使得易磨损的主要部件(例如联杆关节)变得多余。由于现在再也无需润滑这个区域或是检查相应的密封,从而大大简化了泵的维护,提高了系统的效率。

基本类型的弹性轴由高拉伸强度的特种钢制成,它可以补偿转子的偏心运动。由于其特殊的几何设计,尽管在转子一侧因偏心轨道运动而缩回,变形量仍然远在它的弹性限度以下。一种Halar涂层被用来保护弹性轴免受腐蚀性物质的腐蚀,该涂层也可以用于食品工业。这样弹性轴就可以适用于任何类型的标准泵了。

同时,一种新开发的弹性轴也出现在市场上。钛弹性轴的使用意味着今天所有的泵可以比以前短20%。而且,这种“短”型式的泵具有已知的所有有益的特征。

特别值得一提的是把弹性轴与转子和驱动轴连接起来的部分:

与转子之间是一种纯静态负荷、无磨损的法兰连接。只要拧松六个螺栓,用户就可以在现场拆除标准泵上的转子。

与驱动轴之间是一种无磨损的驱动装置连接。用一个拉杆将弹性轴的锥销拉入锥座,用一根固定螺丝可以方便地进行拆卸。

删除关节后,泵的运行噪音降低,为用户带来了更多的好处:延长了转子/定子以及装配的各种杆转机械密封的使用寿命。开发出新型的短结构弹性轴之后,现在也可以改造其它泵制造商提供的标准泵。无须改变泵配管的主要尺寸,就可以替用户以低成本将磨损降至最少。同时还可以提供Netzsch NE.A 系列泵的改造工具。

焦点问题:转子/ 定子系统

转子和定子的使用寿命受多种因素的影响。除差压和输送介质之外,另一个最重要的因素就是:转速越高,磨损越大。因此有经验的专家必须进行面向用户的设计。另一个降低磨损的方法是改进制造材料,对最终产品进行质量检验。

改进制造材料

近几年来,用于降低转子磨损的涂层和材料越来越受到重视。Mono泵也拥有一种专用于此目的的专利涂层,该涂层可以延长转子的使用寿命,即使泵的日常输送介质是磨损性物质。同时该涂层还表现出延长定子使用寿命的特性。

质量控制

用户通常使用其它供货商提供的转子和定子,这样可以明显地降低成本。但是这些转子和定子在实际操作条件下很少能够经久耐用。转子在定子中运转不正确会增大磨损,提高维修费用。延长使用寿命的唯一方法是不断地检查泵部件的尺寸稳定性。在很多情况下,杆转机械密封可以用作轴密封。但是只有最近开发的偏心螺杆泵才具有易维修,低成本的特点,因为这种泵无须拆除轴承就可以安装或拆卸密封压盖。使用正确的密封压盖自然地对泵的可靠运行至关重要。

从石灰乳到糖——广泛的应用

从1992 年开始,几乎工业的所用领域都开始用相似能力的弹性轴泵替换标准泵。此外,用户也将重点放在降低定子或密封压盖的磨损。

当输送高磨损性物质时,弹性轴泵的优点便突显出来。这种类型的泵已经在陶瓷工业连续运行了9年,而未出现任何过量磨损的迹象。输送石灰乳时,改变弹性轴泵的转子的制造材料可以将恒定转速下定子的使用寿命提高10 倍。

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