工程用陶瓷油隔离泥浆泵设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 摘要 泥浆泵广泛应用于矿山、水利、煤炭钻井、石油等工业部门。它的工作条件极其恶劣，往往在高扬程、大流量的工作环境下输送含有小颗粒的混合浆液，磨损情况十分严重。为了提高泵的耐磨性能，人们将耐磨材料应用于缸套等过流部件上，或者采用特殊的工艺方法对易磨损部位进行处理。这些措施取得了一定的效果，但是所采用的材料价格昂贵，工艺复杂，增加了泥浆泵的制造、使用成本，部分材料韧性不足，耐冲击性较差，不能适应多变的工作环境，而且耐磨性也不是十分的好。因此，选用新材料，新工艺，成为解决问题的重要研究方向。工程陶瓷具有良好的耐磨 性能，但是缺乏韧性是陶瓷的致命缺点。 本设计将柱塞泵与隔膜泵相结合，用油将泥浆与活塞缸隔离开来，使活塞缸远离恶劣的工作环境，从而提高其使用寿命，能以较低成本达到显著改善泥浆泵耐磨性能的目的。同时，在缸套内壁使用工程陶瓷，进一步增加其耐磨性能。 关键词：泥浆泵 油隔离 磨损 使用寿命 缸套 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 Abstract Mud Pump widely used in mining, water conservancy, coal drilling, oil and other industrial sectors. Its an extremely poor working conditions, often in high-lift, the flow of the work environment of small particles containing transmission of mixed size, wear is very serious. In order to increase the pump wear resistance, people will wear-resistant materials used in the flow components such as cylinder, or to use special methods of wear and tear on vulnerable sites for processing. These measures have yielded some success, but the materials used is expensive, complicated process, an increase of the mud pump manufacture, use cost, lack of toughness of the material, the impact resistance of the poor, can not adapt to changing work environment, but also resistance Grinding and is not very good. Therefore, the choice of new materials, new technology, a solution to the problem of important research direction. Engineering ceramics has a good wear resistance, but the lack of toughness is the fatal shortcomings of ceramics. This will be designed piston pump diaphragm pump and the integration of oil will be mud and Pistons to isolate the cylinder, piston-cylinder away from the poor working conditions, thus increasing its service life, to achieve a lower cost significantly improve the mud pump-resistant Mill performance. At the same time, the use of ceramic cylinder wall, and further increase their wear resistance. Key words: mud pump Wear Oil isolation Use Life Cylinder 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 目录 前言 . 1 1 绪论 . 1 1.1 油隔离泥浆泵在工业中的应用 . 1 1.2 油隔离泥浆泵的特点和工作原理 . 1 1.3 油隔离泥浆泵的结构和形式 . 3 2 油隔离装置 . 6 2.1 油隔离装置的结构 . 6 2.2 油 泥浆界面的调节 . 8 2.3 分界面的分离效果与油耗 . 9 2.3.1 分界面的分离效果 . 9 2.3.2 油耗 . 9 2.4 油隔离装置 的设计与计算 .10 2.4.1 油罐直径与高度的确定 .10 2.4.2 油罐壁厚计算 .10 3 Z 形管 .12 3.1 Z 形管的结构和作用 .12 3.2 z 形管在油隔离泥浆泵中的配置 .13 3.3 Z 形管的设计与计算 .14 4 泵 阀 .17 4.1 阀种类和结构 .17 4.1.1 锥形阀 .17 4.1.2 球形阀 .21 4.2 泵阀的材料 .23 4.3 泵阀的破坏机理及提高阀寿命的途径 .25 4.3.2 提高阀寿命的途径 .26 4.4 泵阀的设计和计算 .29 4.4.1 阀的计算和基本理论 .29 4.4.2 阀座设计与计算 .32 5 稳压室 .33 5.1 空气式稳压室 .33 5.3 稳压室的计算 .39 5.3.1 预压式球形空气室 .39 5.3.2 充气式圆筒形空气室 .40 5.3.3 吸入空气室 .41 6 安 全 阀 .42 6.1 安全阀的类型和结构 .42 6.1.1 销钉式安全阀 .42 6.1.2 膜片式安全阀 .44 6.1.3 弹簧式安全阀 .44 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 6.2 安全阀设计与计算 .46 6.2.1 销钉式安全阀 .46 6.2.2 膜片式安全阀 .48 7 用户手册 .49 7.1 操作 .49 7.1.1 开车 .49 7.1.2 运行 .50 7.1.3 停车 .50 7.2 维修 .51 7.3 动力端常见故障及处理 .52 总结 .54 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 .57 买文档送全套图纸 扣扣 414951605 1 前言 泥浆泵是固液混合物水力输送的关键设备，在石油钻探、矿井、水利等行业都有广泛的应用。泥浆泵主要用来输送含有硬质颗粒的固液混合物。被输送的固体颗粒在高速运转的活塞缸中运动，泵缸在这种非规则运动的固液混合物中工作，经受强烈的磨损破坏。效率低下和磨损严重是泥浆泵长期存在的两大难题，尤其是在硬质颗粒比较大时，泵的磨损问题更加突出，过流部件的使用寿命非常短暂，经常更换泵过流部件需要花费大量的资金和人力。近年来，我国对于在粒径较小使用条件下的高效抗磨新型泥浆 泵的研究、开发和推广应用工作，已经取得了很大的进展，但是对在粗颗粒使用条件下的泥浆泵的研究、开发和推广应用工作，其进展却十分缓慢。 本课题的研究主要是针对大流量，高扬程使用条件下而设计油隔离泥浆泵。研究的目的与意义在于： （ 1）通过使用新的结构、新的输送方式来改变过流部件所处环境。 （ 2）提高缸套及使用寿命，解决生产企业实际问题，减少泵件消耗，降低企业的生产成本，提高企业效益。 （ 3）将成果应用于生产，转化为生产力。 本课题研究的主要内容包括油隔离装置、阀件、稳压室、等的设计方法。 由于缺乏设计的经验，以及 时间仓促。本论文中还存在不足之处，敬请各位老师指正，这将会对我以后从事设计、工作等都会有很大的帮助。谢谢指点。 1 1 绪论 1.1 油隔离泥浆泵在工业中的应用 油隔离泥浆泵主要用矿浆和泥浆的长距离输送和厂矿区内输送。当前油隔离泥浆泵用于矿山输送料浆长达 100 公里以上，较活塞泵有明显的经济效果。水泥厂的水泥窑喂料，氧化铝生产中的高压溶出器的供料，火力发电厂的煤灰输送，矿井的尾矿回填和井下泥砂的排除，井下矿浆的提升，炼铁厂高炉炉灰输送和建筑工地的泥土输送等，都在使用油隔离泥浆泵。 实践证明，油隔离泥浆泵与柱塞泵或 活塞泵比较，在条件相同情况下使用油隔离泥浆泵将大大节省维修费用和检修工作量。据日本三菱株式会社资料介绍，油隔离泥浆泵与一般活塞泵比较，在操作工人数和动力消耗费用相同情况下，易损件的材料费，油隔离泥浆泵只有 EMSCO 活塞泵的四分之一。 我国某铝厂将 YS 3 活塞泵改制成油隔离泥浆泵后，设备运转率由 57提高到 98%，活塞杆和活塞缸套使用寿命由 5 7 天提高到 3 个月，每年每台油隔离泥浆泵可节约几万元的维修费用。油隔离泥桨泵的优越性越明显。 油隔离泥浆泵与离心泵比较，油隔离泥浆泵由于设备庞大，占地面积大、操作麻烦、投资高等原因，因而在短时间内尚显示不出其优越性。当操作压力为 4 2千 克 /厘 米 时，使用一台离心泵比油隔离泥浆泵有利。压力为 8 2千 克 /厘 米 时两台离心泵串联，油隔离泥浆泵使用 4 年以后才有利。压力为 11 2千 克 /厘 米 时离心泵三台串联，油隔离泥浆泵两年以后有利。压力为 15 2千 克 /厘 米 时离心泵需四台串联，油隔离泥浆泵 1.3 年以后有利，压力为 18 2千 克 /厘 米 时离心泵需 5 台串联，油隔离泥浆泵 1 年以后有利。由此可见，使用压力越高，油隔离泵的优越性越明显。所以国内外对油隔离泵的应用越来越重视。日本、美国、英国、加拿大、俄罗斯和非洲很多国家都广泛应用 。 1.2 油隔离泥浆泵的特点和工作原理 油隔离泥浆泵是根据油的比重小于泥浆的比重，而且油和泥浆易于分离的原理，在活 2 塞泵的基础上将活塞缸和阀箱之间增设了油和泥浆的隔离罐（简称为油箱）见图 1 l。油罐上部与活塞缸相通，其下部是通过 Z 形管与阀箱相通。由于油罐内油比重较泥浆的比重小，所 以油浮在泥浆上面，从而油罐内形成了油和泥浆的自然分界面，于是油和泥浆在油隔离泵中分成两个系统，即由分界面到活塞缸内充满油，由分界面到阀箱间充满泥浆，并且随着活塞的往复运动，其分界面也上下波动。当活塞往右运动时将油吸到活塞缸内，同时其分界面往上移动。与此同时通过吸入阀将泥浆 吸到油罐下部。当活塞住左运动时，将吸人阀立即关闭，其分界面往下移动，并通过排出阀将泥浆送人排出管路中。 图 1-1 油隔离原理图 由此可见，油罐是油隔离泥浆泵的中心部件，也是油隔离泥浆泵与活塞泵的基本区别所在。在油罐内使油和泥浆分界 面保持稳定并防止乳化，是油隔离泥浆泵正常运转的关键。 油隔离泥浆泵是根据上述原理，油罐内油和泥浆直接接触。虽然泵在长时间运转过程中泥浆带走一些油，但所造成油的损耗甚微，和泵本身性能相比基本可以忽略。为了减少油耗，利用油和泥浆的比重差，还可以采用浮板半隔离油和泥浆，也可以采用隔离液来隔离油和泥浆。 图 l-2 为用浮板隔离油和泥浆的装置。为了使浮板恰好在油和泥浆的分界面上，浮板比重的大小必须界千油和泥浆购比重之间，即图 1 3 为利用隔离液的一种隔离方式，其原理是在 U 形管内装入隔离液体使油和泥浆不直接接触。为此，隔离 液体的比重必须大于油和泥浆的比重，目前我国生产的油隔离泥浆泵：主要是利用前一种原理，后两种尚未得到应用。 3 图 1 2 带浮板的油罐 图 1 3 U 形管隔离器 实践证明，油罐内油和泥浆分界面的稳定性与泵的冲次、油的物理化学性能、油罐的几何形状及尺寸有关。 油隔离泥浆泵活塞的冲次不宜过高，一般不超过 60 次分，通常采用 35 50 次分。当泵的冲次超过 65 次分时，罐内将会出现严重的乳化现象，使泵不能正常运转。为了防止油和泥浆的混合，要求采用抗乳化性、抗碱蚀能力和防锈能力强的以及润 滑性、流动性好的介质油。实践证明，有机油不能满足上述婆求，最好是采用无添加物的优质石蜡类无机油。例如透平油、变压器油，以及冬季车用机油和 60 号机油。现在广泛采用的是 20 号透平油，其油的比重为夏季用 =0.842，冬季闲 0.79。油罐的几何形状和尺寸直接影响油和泥浆的分离效果，其结构将在第六章详细叙述。在实际油罐时，使油罐内分界面处的最大速度控制在比 0.1 米秒左右，其上下波动量一般取 40 60 毫米为好 。为了使油隔离泵保持正常运转，对被输送的泥浆要求重量浓度小于 60%（体积浓度小于 40 50%），最大粒度不大于 3 毫米，最好是小于 1 毫米。另外，要求泥浆不易汽化，以免在油罐内增加气体体积而降低泵的容积效率。 1.3 油隔离泥浆泵的结构和形式 目前我国一些单位使用的油隔离泥浆泵，按其传动方式可分为机械传动、液压传动和蒸汽传动三种。按活塞缸安装方向则可分为卧式和立式两种。其中机械传动卧式油隔离泥 4 浆泵具有传动力矩大、运转可靠、操作方便等优，因而应用最为广泛 （见图 1 4）。 由图 1 4 可见，油隔离泥浆泵主 要由传动装置、活塞部分、油和泥浆分离装置、阀箱和稳压室等几个部分组成，油隔离泥浆泵传动装置的结构型式，在很大程度上决定泵的重量和外形尺寸。机械传动结构型式具有设备重、体积大和投资高等缺点。相反，液压传动结构型式具有重量轻、体积小、投资少等优点。目前使用的油隔离泥浆泵的机械传动装置，主要是由皮带传动和齿轮减速箱构成。皮带传动多半采用三角带（国外也有采用平皮带），减速箱齿轮采用人字齿，箱体结构有铸造和焊接两种形式。大齿轮两侧有相错成 45°的偏心轮带动连杆，连杆借助十宇头带动活塞杆使活塞往复移动。 油隔离泥浆泵还 设有 Z 形管。 Z 形管是利用在直径突变处形成的涡流来防止泥桨中的粗颗粒沉淀在油罐下部的横管内。在泵检修或下横管堵塞时，打开油罐下部的排污口盖形螺母（或排污旋塞）放出油罐和下横管内的泥浆在 Z 形管的上横管部分设有开车和清理管道时用的高压水阀。泵阀具有使液体单向流动的作用。当活塞往右运动时，泥浆通过吸人阀被吸到油罐下部；当活塞往左运动时，将泥浆通过排出阀排到泵外。目前使用较多的泵阀为锥形阀和球形阔。为了减少泵的排量和压力的波动，油隔离泥浆泵还装设有空气稳压室（简称空气室）。室气室有吸入空气室和排出空气室两种形式。在室 气室的上部装设有安全阀，以防止泵的操作压力超过泵的额定压力时发生意外事故。立式和卧式油隔离泥浆泵相互比较，立式泵结构紧凑，占地面积及油耗都小，但设备立的高，给设备维修带来一定困难。这种泵目前尚未得到广泛的应用。液压传动与机械传动油隔离泥浆泵相互比较，前者体积和重量都小，寿命长，投资少，无冲击，压力和流量波动小，易于实现无级变速自动控制和过载保护。但液压传动的设备制造精度要求高，安装调试和维修都较复杂。 5 图 1-4 油隔离泥浆泵 6 2 油隔离装置 2.1 油隔离装置的结构 油隔离泥浆泵的油隔离装置包括油罐、 油箱、供油阀和排气阀等四部分组成，见图 2 l 和图 2 2。 图 2-1 油隔离装置 1-油罐； 2-活塞缸； 3-油箱； 4-供油阀； 5-排气阀； 6-Z 型管 油罐是借助于比重差将泥浆和油介质分开的分离器。油在罐的上部，泥浆在其下部。为观测油罐的油泥界面，设有观察窗。 油罐内还设置了隔板和挡板，以减小油和泥浆进出口的紊流直接干扰分界面。为了使油泥分界面上下运动保持稳定，装没了两个圆形孔的筛板，圆形筛孔径一般为 16 毫米。由于油罐内的油和泥浆直接接触，所以油罐内的油自然要有一部分被泥浆带走，同时泵运转时由于泥浆的汽蚀 和气化而产生的气体以及密封不严而近入油罐内的气体，全部积聚在油罐顶部。这样就使泵的容积效率降低，泵的排出量也随之降低。为了及时弥补被泥浆带走的油，应当注意及时排出油罐内的气体。一般在油罐顶上装设油箱、供油阀和排气阀等装置。 7 图 2-2 油罐 1-隔板； 2-供油排气阀； 3-筛板； 4-油观察阀； 5-界面观察阀 6-泥浆观察阀； 7-挡板； 8-筛板 8 图 2 3 供油排气阀 1-阀体； 2-给油拉杆； 3-给油阀芯； 4-弹簧； 5-挡栓； 6-排气阀芯 供油阀 (见图 2 3)主要由阀体、给油拉杆、给油阀芯、弹簧等组成。当 打开供油阀时，油箱内的油靠油塞在吸人行程时的负压，克服弹簧 4 的压力进入罐内。由于在给油阀芯和挡栓之间装设弹簧，所以容易调节供油量，并且活塞在压出行程时，借助弹簧的压力，使给油阀芯很快被关死，以防止罐内的油回流到油箱中去。当打开排气阀时，聚集在油箱上部的气体靠活塞压出行程的压力，通过油箱排到大气中。油罐侧面与活塞缸相通，其底部与 z 形管连接，并有放料阀，以便检修阀或 Z 形管堵塞时清理使用。 2.2 油 泥浆界面的调节 油罐内的油 泥浆界面的调节方法有人工调节和自动控制调节。人工调节主要是对油罐侧面的三个阀和供油阀 以及排气阀进行手工操作，其方法如下：当油隔离泥浆泵运转一段时间后，泥浆带走一些油，使油罐内的油和泥浆分界面的位置往上移动，此时需打开供油阀，补充被带走的油，使分界面的位置复原。当活塞在吸人行程时，将泥浆吸人油罐内，同时将油箱内的油也随之被吸入油罐内。当活塞在压送行程时，油罐内压力逐渐增大，供 9 油阀借助于油罐内的压力被关死，并油罐内油的体积增加使其分界面下移到界面阀位置时将供油阀关闭。当油罐内的顶部积聚的气体增加至使泵的排量变小时，应及时打开排气阀。排气阀是依靠油罐内的压力，将气体通过油箱排出，并在乙烯软管中观 察到排油时，立即将排气阀关死。由于排气和排矿浆夹带损失一些油，因此必须及时给以补充。在生产过程中应经常观察油 泥浆分界面的位置，以便及时调整共分界面。 2.3 分界面的分离效果与油耗 2.3.1 分界面的分离效果 油隔离泥浆泵必须保证具有良好的分界面的分离效果，以减少油耗和维修费用。实践表明，油罐的几何形状和尺寸以及活塞外次直接影响分界面的分离效果。如果上述几个方面选择不当就会增加油罐内油的消耗量，甚至在罐内出现严重的乳化现象，以至迫使泵不能正常运转。 2.3.2 油耗 油隔离泥浆泵在运转过程中，造成油的损失 ，主要有以下两个方面原因：一是泥浆带走一部分油，二是泵在维修和操作过程中漏掉一部分油。值得注意的是后者的损失比前者大。 为了减少油耗，在油罐内可以采用浮筒或隔离膜 (金属膜或橡胶膜 )，以减少油和泥浆接触来减少油的损耗。另外，延长阀的使用寿命，加强密封性能，防止 Z 形管堵塞等都可以减少油耗。油隔离泥浆泵油耗一般在 0.3 0.6 克油米 3 矿浆。油隔离泥浆泵常用的隔离油为透平油、变压器油、冬季则以车用机油、 60#机油等矿物油。隔离油的选用主要是根据被排送泥浆的物料性质决定，目前广泛使用的是 22#透平油。本设计也采用 22#透平油。 10 2.4 油隔离装置的设计与计算 2.4.1 油罐直径与高度的确定 油罐直径可按下式计算 (60ggnsDDV 米 ）式中 gD 油罐直径，米； D 活塞直径，米； S 活塞行程，米； N 活塞冲次，次 /分 ； gV 分界面在油罐内最大速度（米 /秒） gV 常取 0.08: 0.13（米 /秒） 当活塞冲次为 50 次 /分时按下式计算 5SD D S 油罐高度 gH 可按下式计算 (1 .6 2 )ggHD 在 gH 式中，当分界面速度低时取下限值，速度高时取上限值。 据计算以及查阅相关手册可以确定油罐直径为gD=60cm 油罐高度为gH=120cm 2.4.2 油罐壁厚计算 目前使用油隔离泥浆泵的厂矿较多，这些泵的运转条件也大不相同，其中泵的操作压力有的高达 160 千克厘米 2 以上，温度 95° C， pH 值达 14 等，经验证明，对筒体来说操作压力是计算油睹壁厚的主要依据。筒体的材料可选用 A3、 16Mn 等。当泵的压力较高时，要慎重地详细计算，应考虑制造和使用上的不利因素，来决定油罐壁厚。油罐壁厚的 11 计算，包括筒体和封头两部分，计算程序如下。 当油罐内压力小于 100 千克厘米 2 时，筒体壁厚按下式计算。 22s i n c o sc o s ( c o s )VV V V VA A rArhl C l C 式中 S 筒体壁厚，毫米； P 设计压力，千克厘米 2； nD 筒体内径，毫米； 材料的许用应力，千克厘米 2。 2.当油罐内压力大于 100（千克厘米 2）时 2 npDs p 式中符号意义同上。 经计算壁厚 s 为 2.5cm 12 3 Z 形管 3.1 Z 形管的结构和作用 油隔离泥浆泵在油罐和阀箱间装设有 Z 形管。 Z 形管主要由上横管、下横管和扩大竖管组成。 Z 形管结构特点是扩大竖管比上核管和下横管都大。 z 形管的作用是： 1.当泥浆通过 Z 形管时，由于泥浆经过变径的管道，泥浆扩大管内形成有一定强度的涡流，因而引起水力搅拌作用的远动，从而防止或减少粗颗粒泥浆沉积在下核管内而堵塞。 图 3 1 Z 形管 1-上横管； 2 一扩大竖管； 3-下横管 2 Z 形管的扩大管可以降低泥浆的流速，从而防止或减少空与进入油罐内，可使油罐内的分界面上下移动平稳。 3由于扩大管内的体积突然增大，所以对泵的振动起缓冲作用。 13 4当更换阀箱内的易损件时，不会使油罐内的油通过阀箱流掉 ，又便于检修还可以减少油的损耗。 由此可见， Z 形管是油隔离泥浆泵的重要部件。如不根据泥浆的性质来选择适当的 Z形管尺寸，将导致 Z 形管的堵塞。 3.2 z 形管在油隔离泥浆泵中的配置 目前 Z 形管在油隔离泥浆泵小的配置有两种型式。一种是将 Z 形管设置在阀箱下方，（见图 3 2）。我国目前使用的油隔离泥浆泵均属这种类型。另一种是将 Z 形管装设在阀 图 3-2 Z 形管在阀箱下方 图 3-3 Z 形管在阀箱上方 14 箱的上部 (见图 3 3)。这种型式由于泥浆沉淀的方向与 Z 形管出口一致，所以大部分粗颗粒直接流入阀箱而会 同泥浆同时排出，因而这种装置型式的 Z 形管其作用更为明显。尤其对比重和粒度都较大的泥浆，采用这种装置型式较为合理。 3.3 Z 形管的设计与计算 一、 Z 形管几何形状和尺寸计算 1下横管直径 D1 对 z 形管的下横管直径 D1 的正确选择是很重要的。如果选择不当，当管内流速过小，在交变负荷的作用下其流速小于临界速度时，将导致 z 形管堵塞。 Z 形管下横管管径 D1 的选择原则，是根据其管内流速，必须大于或等于该管内交变负荷的临界流速 。 下横管直径 D1 按下述步骤进行计算： 初步确定下横管直径1DQg21 0 .7 8 5cpQDV 式中 Qg 折合到 Z 形管内的流量，即 2 2 3 6 0 0QQ 3 /（ 米 秒 ） Q 泵的排量，米时； 当泥浆容积重量 n 1.25 吨米 3 时， 13 619 . 5 ( 1 ) l k g vV g D u p K gg 当 n 1 25 3吨 /米 时， 1361509 . 5 ( 1 ) 1 2 Vl k g v PV g D u p K Kd g g g,式中 g 为泥浆的比重， D 为 z 形管 15 的下横管直径 (米 )； u 为泥浆的中值粒径 50d 的的沉降速度 (米秒 )； 50d 为中值粒径 (毫米 )；vP 为矿浆体积浓度， K 为折减系数，一般取 K 0.785。 按上式计算结果 必须满足 cp lkVV ，然后取 11DD 2扩大竖管直径 2D ，高度 H 扩大竖管直径 2D 可取 213DD 扩大竖管高度 H 可取 112 3 .4H D D 。 3上竖管长度 B 15.2BD 经计算得出应用数据为 Z形管几何尺寸 1D 2D H B A 21DD2HD1BD数据 135 230 400 250 550 1.70 1.74 1.85 二、 Z 形管壁厚计算 Z 形管一般由无缝钢管焊成，也有铸钢铸成的，其壁厚计算公式如下。 2 pD 式中 p 设计压力， D Z 形管直径，厘米； 许用应力，式中 等于钢材的抗拉极限 b 除以安全系数 bn ，即bbn , bn 一般取 58。 16 经计算以及查阅相关手册知 5mm 17 4 泵 阀 油隔离泥浆泵阀是一种保证液体单向流动的装置。由于吸入阀和排出阀间歇动作，所以交替地将泵腔与吸入管线和排出管线连通或断开，从而保证泥浆在泵内单向流动。泵阀是油隔离泥浆泵内的极为关键的部件，其工作性能的好坏直接影响泵的性能和工作的可靠性。泵阀是油隔离泥浆泵消耗量最多的易损件，是最薄弱的环节。因此延长泵的寿命对于提 高泵的经济效果有着极并重要意义。 因此，近年来国内外为提高泵阀的寿命，在阀的破坏机理试验、分析和阀的工作理论以及阀的计算等方面，做了大量的工作，正不断试制出寿命长的新的阀结构和阀材料。 4.1 阀种类和结构 油隔离泥浆泵和活塞式往复泥浆泵的工作原理基本相同，因此对阀的要求和结构形式也基本相同。目前在油隔离泥浆泵上使用的泵阀的类型和结构不太多，但在活塞式往复泥浆泵上使用的泵阀的类型和结构繁多，这对改进油隔离泥浆泵的泵阀结构和材料提供了很多经验和枝术资料。泵阀按结构可分为锥形阀、球形阀、碟形阀 (见图 4 1)。按 阀组合个数可分为单阀和群阀。其中锥形阀用的最为广泛，其次是球形阀。 4.1.1 锥形阀 锥形阀主要由阀座、阀盘、阀弹簧、阀密封、导向机构、加固密封圈、阀盖、阀箱等组成，见图 4 2。 1.阀座 阀座是阀的重要零件，其结构形式和材料对阀寿命有很大影响。阀座外表面同阀箱的配合有两种形式：一种是锥面配合 (锥阀座结构 )，另一种是圆柱面配合 (直阀座结构 )，见图4 3 锥阀座比直阀座易于保证阀座与阀箱锥孔间的配合紧度，从而减少了锥阀座在冲击液流下所产生的跳阀座现象，还可以提高阀座与阀箱锥孔间的密封。另外采用锥阀座结构 可 18 图 4-1 阀的种类 图 4-2 锥形阀 a-碟形阀； b-锥形阀； 1-阀盖； 2-导向套； 3-阀弹簧； c-球形阀 4-阀芯； 5-锁板； 6-压板； 7-阀 橡胶密封圈； 8-阀座； 9-导向机构 以省去用来支承阀座的阀箱体上的台阶，从而可相应地减小阀箱的高度，以减少泵缸余隙容积而提高容积效率。锥阀座的缺点是要求加工精度高，维修 时取出阀座较为团难。圆柱阀座虽然有加工方便、易取出等优点，但不易保证密封性能，只适用于小型低压泵上。 2 阀密封圈 阀的密封圈不但在阀关闭时阀盘对阀座的冲击起缓冲作用，而且还起密封作用，从而提高了阀的使用寿命。实践证明，阀密封圈的几何形状不但对阀座和阀体间密封性能有影响，而是对延长阀使用寿命也起很大作用。为了提高阀寿命，相继出现了多种密封圈的几何形状。密封圈安装在阀盘上的结构：阀盘上部的密封圈的截面形状有单锥面、双锥面、圆截面、卷边面、水滴状等。 19 3 导向装置 阀的导向装置用来保证阀盘沿阀座轴线平稳地上下运动， 并平正地下落在阀座上，以获得良好的密封性能。设计阀导向装置时，应注意 (1)能获得良好的对中性能。 (2)阀的有效过流断面积尽可能大，有足够的寿命，且易于维修。 (3)有合适的导向间隙。 其导向有上导向和下导向两种。上导向型式一般采有杆式和无杆式。下导向有翼形导向和杆式导向两种型式。 .4 阀弹簧 泵阀的弹簧是泵阀的主要零件。其特性和弹力的大小对泵阀的工作性能及阀的寿命有很大影响。 在泵阀中经常用的弹簧有圆柱形和圆锥形两种。圆柱形弹簧属于不变刚性的弹资。它的直径较小，刚性较大，制造容易，因而能满足做为泵阀弹簧的 基本要求，并已广泛地被应用在泵阀上。但由于圆柱形弹簧钢丝直径比较小，对腐蚀性缺口敏感性较大，因而影响位用寿命。 锥形弹簧属于变刚性弹簧。内于锥形弹簧各圈旋绕比不同，所以各圈刚性不同。当阀盘上升时，其最大变形产生在直径最大的工作处，当直径最大的工作圈与弹簧支撑圈并合后，就不再参加工作，而其余的工作圈继续变形，这时弹簧的工作圈数减少，弹簧的最大直径也减小，弹簧刚性在变形过程中逐渐增大，相应地减轻了阀盘对阀盖的冲击力。当阀盘下落时反而刚性逐渐减弱，同时也减轻了阀盘对阀座的冲击力。所以，锥形弹簧比圆柱形弹簧更能满足 泵阀的工作特性。 在设计锥形弹簧时必须控制弹簧的预压缩量，使弹簧的转折点位于泵阀的开闭过程中，否则弹簧的变刚性特性效果不明显。锥形弹簧尺寸较大，加工麻烦。 5 加固密封圈结构 加固密封圈主要有锁紧机构和螺母结构。 图 4 3 是锁紧结构。锁板 l 由半圆形钢板制成，并借助阀芯的构槽，压紧压板 2 而加固密封圈。利用 O 形密封圈或螺钉将锁板固定在压板上，以防止阀盘运动时锁板脱开。图 20 4 4 是用螺母压紧的密封圈。 实践证明，这种结构型适用于高压泵，并且拆卸方便。为了加强密封圈的密封性能，在阀芯的上锥面上加工成凸缘或水线 (图 4 22a 和 b)，以橡胶压紧，使泥浆不易漏到夹层中去。 图 4-3 用锁板压紧密封圈 图 4-4 用螺母压紧密封圈 1-锁板； 2-压板； 3-密封圈 a-突缘； b-水线 6 阀盖 阀盖是易损件，需要经常更换。因而，要求阀盖耐高压和不漏失以及拆装方便。阀盖是经常拆卸的构件，其类型繁多。起初阀盖和阀体是采用螺栓连接，但由于螺栓连接拆卸不方便，现在一般不采用这种结构，目前的常用的阀盖与阀体之间的连接有矩形 (或梯形 )螺纹连接。 21 4.1.2 球形阀 目前球形阀在油隔 离泥浆泵上使用的越来越广泛，因为球形阀在工作中可不断地自行改变阀座与球形阀的接触位置，所以大大延长了球形阀的使用寿命。 图 4 5 是球形阀的结构。阀球在导向套简内运动，用限制器 4 来限制阀球向上运动的最上端位置。阀球 2 有实心钢球 (图 4 6a)、空心钢球 (图 4 6b)橡胶钢芯球 (图 4 6c、d)等多种。 实心钢球一般用在小流量泵上，而大流量泵为了减轻阀球的重量几乎都采用空心钢球。实践表明，橡胶钢芯球比纯钢球耐磨性能强，使用寿命长。目前在低压泵上，橡胶钢芯球的寿命达 2000 小时以上。 图 4-5 球形阀 1-密封圈； 2-阀球； 3-导向套筒； 4-限制器； 5-阀座 值得注感的是，橡胶钢芯球的橡胶外皮和钢芯间结合方式直接影响阀球的使用寿命。 22 图 4 27c 结构，在阀球下落时由于阀球和阀座间发生很大冲击，所以外皮和钢芯间容易产生滑移，并导致外皮开裂而停止使用。图 4 27d 的钢芯表面制出了很多构槽，使橡胶外皮和钢芯之间结合得比较牢固，防止了上述现象，提高了阀寿命。 图 4-6 阀球 密封圈的硬度应大于肖氏 80 度，最好为 88 98 度，而最适宜的材料是采用聚氨基甲酸酯。阀密封圈在预压后，其内径应处于阀球直径到阀球直径加 1 32 英寸的范围内，同时使密封圈的水平中心线刚好与阀球水平中心线对齐 (当阀处于关闭位置时 )。这样，当阀关闭时就能依靠阀上的高压使密封圈在阀球上产止变形而实现密封，而不是靠阀球推压密封圈实现密封。为此必须使阀球在工作时能在密封圈孔内作自由滑动。此外，阀球与密封 23 圈孔之间的微小间隙还具有从阀球表面刮下固体颗粗的作用，使之不存留在上述两者表而间而损坏密封圈。 4.2 泵阀的材料 阀的材料及共制造工艺件能，对阀的寿命有很大影响。阀的主要零件有密封件、阀座和阀盘以及阀弹簧。泵阀密封件的材料应该具有较高的弹性模量、足够的 硬度、强度和耐腐蚀等。此外，在满足其工艺性能的条件下，应具有最小的残余变形。常用的阀密封材料有丁脂橡胶、氯丁橡胶、聚胺酯橡胶、硬聚氯乙烯、聚四氟乙烯、尼龙 6、尼龙 1010 等，丁腈橡胶具有较成的耐磨、耐油、耐热性能，并且价格较低，在低压泵中广泛被采用。聚胺能橡胶比丁脂橡胶具有更为良好的韧性和耐磨性能，目前已被广泛采用。但聚胺酯橡胶在高温和高浓度碱性介质中工作时，其性能显著降低。 目前开始采用 MC 尼龙密封圈，可显著地提高阀的使用寿命，因而广泛地被应用。尼龙密封圈具有以下几个优点： 1具有较好的化学稳定性，在泥 浆中对酸、碱、油等介质有良好的抗腐蚀和抗老化能力。 2尼龙弹性模数比钢小得多 (尼龙 423 . 6 1 0 / 千 克 厘 米，钢 622 . 1 1 0 / 千 克 厘 米)，在一定的应力条件下，相对的有较大的变形，能吸收较大的碰撞能量，并具有较大的耐磨性能，大大延长了阀的寿命。 3尼龙受热后质地较软，尤其在外力作用下，能有较大的变形。因此，除了具有良好的密封作用外，对泥浆中的颗粒 (如铁屑、砂粒 )有良好的嵌入性，大大改善了阀的工作条件。 4尼龙阀门比钢芯阀门结构简单，重量轻，更换 容易。 阀芯和阀座材料有 45、 50、 40Cr、 20Cr、 40CrMo、 40CrNi2MnA、 20CrMnTi、 20CrMnMo，3Crl3、 35CrNi2、 1Crl8Ni9Ti、 2Crl8Ni9、 NiCrMo、 Crl7Ni2 等，种类繁多，但其中常用的材料是 45、 40Cr、 20CrMo 等。 据分析，阀盘和阀座工作表面的金属微观组织和硬度，对阀的寿命影响很大。如果阀 24 工作锥面的金属组织内含有软的铁素体，则当阀盘下落在阀应上时，在阀盘和阀座接触面之间有磨砺性颗粒的地方，将使金属表层产生凹痕和剥落，从而加速阀的破坏。 若仅在阀盘工作锥面的上部边缘为屈氏马丁体组织 (其深度为 0 6 0 8 毫米 )，而在其它地方均存有大量残余铁素体时其阀寿命也很短。如整个工作表面为屈氏马丁组织，不存在残余铁素体时，其阀的寿命比较长。阀盘和阀座金属表面硬度一般在 HRC56 以下，但个别泵阀已经达到 HRC 70 以上。用 50、 40Cr、 20Cr、 15CrNi2、 CrNi3 钢制造阀时，可采用渗碳处理。其工作表面可用高频淬火或整体淬火，其淬火深度达 2 4 毫米，表面硬度在 HRC 50 55以上。用 40Cr 制造阀时，由于淬火后其表面组织内易存有残余铁素体，易于 渗碳处理。40CrMo 采用火焰淬火后可获得良好的效果， 35crNi2 经整体淬火后，其硬度可达 HRC49 52。 30CrMo， 35CrMo 经渗碳淬火后，渗层深度在 l 毫米以上， 硬度 HRC57 6l，芯部硬度 HRC34 45。 NiCrMo 经渗碳淬火后，渗碳层为 1.5 毫米，硬度为 HRC60 65，芯部硬度 HRC95。实践证明，提高阀件的硬度是延长阀寿命的很重要途径。 泵阀弹簧常用的材料有以下几种 1优质碳素弹簧钢 优质碳素弹簧钢的特点是价格低廉，原材料