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工程 陶瓷 隔离 泥浆泵

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工程用陶瓷油隔离泥浆泵,工程,陶瓷,隔离,泥浆泵

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河南理工大学本科毕业设计（论文）中期检查表指导教师： 刘传绍（教授） 张昌娟 （讲师） 所在系部（单位）：机械与动力工程学院 教研室（研究室）： 精密仪器研究所 题 目工程用陶瓷油隔离泥浆泵学生姓名张辉专业班级机制04-1班学号0403010128一、选题质量（主要从以下四个方面填写：1、选题是否符合专业培养目标，能否体现综合训练要求；2、题目难易程度；3、题目工作量；4、题目与生产、科研、经济、社会、文化及实验室建设等实际的结合程度） 工程用陶瓷油隔离泥浆泵符合机械设计制造自动化专业的培养目标，并且体现了综合训练的要求；题目难易程度适当，工作量较大；该装置的设计紧密结合生产实践，广泛应用于排矿渣，钻井等生产中，能较大提高生产效率，创造巨大的经济效益和社会效益。 二、开题报告完成情况主要为毕业设计做好前期准备工作，查阅相关资料，基本掌握毕业设计的方法。三、阶段性成果1、对本次设计进行了方案确定，即确定了用油隔离罐对矿浆和油进行隔离，并对Z形管、阀箱、稳压室等部分进行了设计，基本上达到了设计的目的。 2、运用AutoCAD绘制了部分零件图，并初步掌握了泥浆泵油隔离部分设计的方法。 四、存在主要问题 1、主要问题在于，数据收集不够充分，论证有欠严密，整体布置不够合理，致使初步设计条理不清，复杂难懂，有待进一步的提高改进。五、指导教师对学生在毕业实习中，劳动、学习纪律及毕业设计（论文）进展等方面的评语指导教师： （签名） 年 月 日 河南理工大学2008届毕业生实习报告河南理工大学机械工程学院毕业实习报告 专业班级：机制04-1学 号：0403010128姓 名： 张 辉 指导老师：刘 传 绍1 实习目的通过此次毕业实习，深入了解和研究本专业在国民经济中的重要地位以及发展趋势，对冷冲压工艺、模具设计、模锻工艺、铸造工艺、热处理工艺以及模具制造工艺有更深入的了解；同时也对CAD/CAM/CAE技术的应用及快速成形技术的应用有较深的了解，提高分析问题的能力，为毕业设计收集素材。2 实习时间及地点2.1 实习时间2008年3月26日至2008年4月18日。2.2 实习地点焦作神华重型机械制造有限公司。3 神华重型机械制造有限公司简介焦作神华重型机械制造有限公司（原焦作重型机械制造有限责任公司）是集科技开发、生产经营、技术服务于一体，具有百年历史的国家二级企业，国家二级计量单位，省级文明单位，中国煤矿机械装备公司及河南省煤矿机械制造公司成员厂。公司现有职工二千多人，其中各类专业技术人员300余人，中、高级专业技术职称人员50余人。拥有固定资产5000万元，年产值7000万元，各种机加工设备300台（套），其中5m立车、5m滚齿机、大型数显落地镗、铣床等精良设备50台（套）。公司技术力量雄厚，下设机械加工、铆焊、铸造、热处理、检测及安装等分厂，有先进的理化实验、计量检测、产品检测、信息中心等。本公司面向煤矿、建材、化工、冶金、电力、环保等行业，可承揽年产120万吨煤炭设备、30万吨水泥成套设备、15万千瓦电煤磨设备及20万吨纯碱成套设备、0.630万千瓦燃煤电厂环保设备制造及安装，产品远销全国二十六个省、市、自治区，曾多次为国家重点工程配套。2000年12月获得中国方圆认证委员会质量认证中心ISO9001国际质量体系认证。公司依靠科技进步，坚持走质量效益型道路，形成了从新产品开发、生产制造、销售和服务全过程的质量保证体系。作为国家二级计量合格单位，公司拥有一套完整的质量检测系统，严格的管理程序，先进的测试设备，检测手段齐全，从原材料进厂到产品出厂，每一个环节都进行严格检查。企业设有质量测试中心，中心有九个实验室：化验室、硬度实验室、金相室、探伤室、力学实验室、热工仪表室、机械性能测试室、计量鉴定室、托辊实验室。各种检测仪器和设备30余台，主要有：大型金相显微镜，布氏硬度计，长度测试仪、超声波探伤仪、磨损试验机、高频疲劳试验机、X射线探伤仪，各种拖辊性能测试设备等。通过以上测试手段可以对我厂产品的成品，半成品以及材料的物理，化学和机械性能进行测试分析和质量控制。公司技术力量雄厚，产品设计采用计算机辅助设计和工艺，先后开发出一批具有国内先进水平的新产品，提高了产品的市场竞争力。4 离心泵图4-1 离心泵示意图4.1 离心泵的工作原理和主要部件4.1.1 离心泵的工作原理（1）离心泵的工作原理叶轮安装在泵壳内，并紧固在泵轴上，泵轴由电机直接带动。泵壳中央有一液体吸入阀与吸入管连接。液体经底阀和吸入管进入泵内。泵壳上的液体排出口与排出管连接。在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体；启动后，启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动。在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。（2） 气缚现象当泵壳内存有空气，因空气的密度比液体的密度小得多而产生较小的离心力。从而，贮槽液面上方与泵吸入口处之压力差不足以将贮槽内液体压入泵内，即离心泵无自吸能力，使离心泵不能输送液体，此种现象称为“气缚现象”。为了使泵内充满液体，通常在吸入管底部安装一带滤网的底阀，该底阀为止逆阀，滤网的作用是防止固体物质进入泵内损坏叶轮或妨碍泵的正常操作。4.1.2 离心泵的主要部件主要部件有叶轮、泵壳和轴封装置。（1） 叶轮叶轮的作用是将原动机的机械能直接传给液体，以增加液体的静压能和动能(主要增加静压能)。叶轮一般有612片后弯叶片。叶轮有开式、半闭式和闭式三种。开式叶轮在叶片两侧无盖板，制造简单、清洗方便，适用于输送含有较大量悬浮物的物料，效率较低，输送的液体压力不高；半闭式叶轮在吸入口一侧无盖板，而在另一侧有盖板，适用于输送易沉淀或含有颗粒的物料，效率也较低；闭式叶轮在叶片两侧有前后盖板，效率高，适用于输送不含杂质的清洁液体，一般的离心泵叶轮多为此类。叶轮有单吸和双吸两种吸液方式。（2） 泵壳泵壳作用是将叶轮封闭在一定的空间，以便由叶轮的作用吸入和压出液体。泵壳多做成蜗壳形，故又称蜗壳。由于流道截面积逐渐扩大，故从叶轮四周甩出的高速液体逐渐降低流速，使部分动能有效地转换为静压能。泵壳不仅汇集由叶轮甩出的液体，同时又是一个能量转换装置。（3） 轴封装置轴封装置作用是防止泵壳内液体沿轴漏出或外界空气漏入泵壳内。常用轴封装置有填料密封和机械密封两种。填料一般用浸油或涂有石墨的石棉绳；机械密封主要的是靠装在轴上的动环与固定在泵壳上的静环之间端面作相对运动而达到密封的目的。4.2 离心泵的类型离心泵的种类很多，化工生产中常用离心泵有清水泵、耐腐蚀泵、油泵、液下泵、屏蔽泵、杂质泵、管道泵和低温用泵等。以下仅对几种主要类型作简要介绍。4.2.1 清水泵清水泵是应用最广的离心泵，在化工生产中用来输送各种工业用水以及物理、化学性质类似于水的其它液体。最普通的清水泵是单级单吸式，其系列代号为“B”，如3B33A型水泵，第一个数字表示该泵的吸入口径为3英寸（76.2mm），字母B表示单吸悬臂式，33表示泵的扬程33m，最后的字母A表示该型号泵的叶轮外径比基本型号小一级，即叶轮外周经过一次切削。如果要求压头较高，可采用多级离心泵，其系列代号为“D”。如要求的流量很大，可采用双吸式离心泵，其系列代号为“Sh”。4.2.2 耐腐蚀泵输送酸碱和浓氨水等腐蚀性液体时，必须用耐腐蚀泵。耐腐蚀泵中所有与腐蚀性液体接触的各种部件都须用耐腐蚀材料制造，如灰口铸铁、高硅铸铁、镍铬合金钢、聚四氟乙烯塑料等。其系列代号为“F”。但是用玻璃、橡胶、陶瓷等材料制造的耐腐蚀泵，多为小型泵，不属于“F”系列。4.2.3 油泵输送石油产品的泵称为油泵。因油品易燃易爆，因此要求油泵必须有良好的密封性能。输送高温油品（200以上）的热油泵还应具有良好的冷却措施，其轴承和轴封装置都带有冷却水夹套，运转时通冷水冷却。其系列代号为“Y”，双吸式为“YS”。4.2.4 屏蔽泵屏蔽泵是一种无泄漏泵，它的叶轮和电机联为一整体并密封在同一泵壳内，不需要轴封装置。近年来屏蔽泵发展很快，在化工生产中常用以输送易燃、易爆、剧毒及具有放射性的液体。其缺点是效率较低。4.3 离心泵的气蚀现象离心泵的气蚀现象是指被输送液体由于在输送温度下饱和蒸汽压等于或低于泵入口处(实际为叶片入口处的)的压力而部分气化，引起泵产生噪音和震动，严重时，泵的流量、压头及效率的显著下降，显然，气蚀现象是离心泵正常操作所不允许发生的。避免气蚀现象发生的关键是泵的安装高度要正确，尤其是当输送温度较高的易挥发性液体时，更要注意。4.3.1 离心泵的安装高度Hg允许吸上真空高度Hs是指泵入口处压力p1可允许达到的最大真空度。而实际的允许吸上真空高度Hs值并不是根据式计算的值，而是由泵制造厂家实验测定的值，此值附于泵样本中供用户查用。位应注意的是泵样本中给出的Hs值是用清水为工作介质，操作条件为20及及压力为1.013105Pa时的值，当操作条件及工作介质不同时，需进行换算。(1) 输送清水，但操作条件与实验条件不同，可依下式换算：Hs1Hs(Ha10.33)(H0.24)(2) 输送其它液体当被输送液体及反派人物条件均与实验条件不同时，需进行两步换算：第一步依上式将由泵样本中查出的Hs1；第二步依下式将Hs1换算成Hs4.3.2 汽蚀余量h对于油泵，计算安装高度时用汽蚀余量h来计算，即：用汽蚀余量h由油泵样本中查取，其值也用20清水测定。若输送其它液体，亦需进行校正。从安全角度考虑，泵的实际安装高度值应小于计算值。当计算之Hg为负值时，说明泵的吸入口位置应在贮槽液面之下。5 单体液压支柱和液压支架5.1 单体液压支柱单体液压支柱与金属顶梁配合，供煤矿一般机械化普采工作面支护顶板用，亦可供综合机械化采煤工作面端头支护或工作面临时支护用，它适用于煤层倾角小于25的缓倾斜的回采工作面，采取一定的措施时亦可用于倾角为2535的回采工作面。 5.2 临时单体液压支柱矿用临时单体液压支柱适用于煤矿井下巷道维护、端头掘进过程中的临时支护作业，也可用于其他矿山和岩土工程中需要临时支护的场合。主要优点： 优点1：采用玻璃新材料、新工艺；轻便实用，性能可靠，操作简单，维护方便； 优点2：初撑力大，工作阻力大，护顶更安全； 优点3：耐腐蚀性能好，工作液体可直接使用经过过滤的矿井压力水，必要时另配注水泵站。 图5-1 单体液压支柱5.3 液压支柱液压阀的密封技术分析液压支柱中各种液压阀的使用寿命很低，国外解决的途径和办法是提高系统的过滤精度和提高乳化液的质量，但收效不大。液压支柱是采煤机械中的支护设备，经过大修在井下一般可使用五年，但是液压支柱中各种液压阀的使用寿命却很低，长的3个月，短的只有几个星期，国外解决的途径和办法是增加系统的过滤精度和提高乳化液的质量，但收效不大。以英国某液压阀为例，虽然加工精度及整个液压系统的过滤精度都比较高，但因使用寿命低，已在我国面临淘汰。5.3.1 影响液压阀密封性能的主要因素密封元件损坏的主要因素是工作液中的杂质。这些杂质在密封元件间研磨，使阀产生泄漏。因此，国外曾提出相应等级的液压元件，应采用相应精度的过滤器。他们认为5M的油泵密封元件，如果采用过滤精度为3M的过滤器，寿命可比采用10M的提高10倍。但液压支柱用阀，工作环境十分恶劣。在采煤工作面，油管总长1000多米，接头插口多达4000多个，液箱无特殊的防尘设施。乳化液中有大量的漂浮杂质，在立柱缸底和阀腔，留有较多的煤粉、岩粒和铁屑。进液阀芯和阀座，由于开启关闭比较频繁，液体流速高，密封很快就会失效。实践证明减少支架液压系统液体的污染杂质，是十分困难的，有人曾经设想在乳化液泵站采用高压过滤器，同时在每台支架进口处增加小型过滤器。但在工作中很快被堵塞，形成断流。另一方面，随着液压支柱技术的发展。对阀的使用性能和阀的使用寿命提出了更高的要求。目前，在装有120目时的过滤器和磁过滤装置的条件下，通过被测试阀的乳化液的总流量和阀的启闭次数，来计量阀的寿命。但实际上室内型式试验与井下实际工作结果相差很大。现在许多国家的形式实验，增加了抗污染要求，有的是在乳化液中掺入适当的煤粉，有的是加入机械杂质。为此，需要使用新型的、抗污染能力强的、适合于井下工作条件的密封副。5.3.2 液压阀密封材料的历史及现状阀芯和阀座接触面的泄漏，是工作液体分子挤入的结果。影响密封效果的主要原因是阀芯和阀座的接触比压、不平度及压差。当阀芯与阀座的接合面以P力压紧，工作液体分子以F力挤入，密封材料会产生弹性变形。如果密封副总抗力大于分子斥力，则密封有效，否则就会形成泄漏。早期的液压支柱，运动副之间没有其他密封措施，是金属直接接触密封，即要求密封副接触平面吻合，具有较高的加工精度，否则必须加大密封副的结合力，使接触表面产生塑性变形，堵塞泄漏通道。5.3.3 煤矿液压支柱用山型圈图5-2 煤矿液压支柱用山型圈示意图用于液压缸，立柱活塞作高压单向密封.在乳化液介质中，100300公斤/平方厘米压力下，作高速往复运动300次/分，行程80m/m多采用夹织物，具有良好耐磨性，与布的粘着性耐乳化液浸蚀，物理机械性能优良密封可靠，使用寿命长。5.3.4 支柱的焊接为了提高钢的耐磨和防腐等性能，对矿用抗炮崩单体液压支柱表面要进行氮化处理.然而氮化对焊缝组织和性能（主要指韧性）有何影响，其机理如何，对工艺的要求不明确，有时，造成单体柱运输使用中产生脆性断裂等现象，出现严重后果。结合我厂产品，在27SiMn材料中用CO2气体保护焊和氮化，通过对比试验和金相分析，研究氮化和焊接的先后顺序及氮化对焊缝组织和性能的影响，对产品的工艺进行了相应的调整。为了有效地防止脆性断裂，必须克服在焊缝区发生高温回火脆性。因此，在编制工艺时应尽量避开此温度区间或缩短在此停留时间。工艺路线为调质、氮化、空冷、焊接的顺序。焊接坡口的加工，安排在氮化后进行。这样避免脆性组织的形成，以利于提高焊缝的韧性，杜绝脆断事故的发生。改变工艺路线后，未发现焊缝有脆断现象，用户反映良好。采用先氮化后焊接的工艺生产单体柱安全可靠，具有良好的经济效益和社会效益，有重要的推广应用价值。5.3.5 液压油煤矿液压支架用浓缩传动液，包括缓蚀剂、润滑剂、水及其它添加剂等组分，所说传动液的特征在于其组分含量（重量）为：油酸三乙醇胺皂，磺化油，羟基苯三唑，乙二醇，乙二醇丁醚，乳化硅油及余量水。5.3.6 单体支柱新型塑料柱帽适用于煤矿采煤工作面单体液压支柱和摩擦支柱支护。该柱帽内有顶盖腔，在顶盖腔底侧中部有沉孔，沉孔周围有台阶，台阶的四角各有一个爪孔，柱帽的周边向内弯有折边，用增强塑料制造。它能和单体支柱顶盖紧密嵌镶，且不易脱离。单体支柱戴上这种柱帽可以改善支护、防止倒柱，并能反复使用，减少坑木消耗。5.4 液压支架液压支架是以高压液体作动力，由液压元件与金属构件组成的一种支撑和管理煤炭矿山井下采面顶板的设备。它的出现极大地提高了劳动生产率，因而广泛地应用于现代化矿山的机械化工作面。其大体如下图5-3：图5-3 液压支架示意图液压支架是一种利用液体压力产生支撑力并实现自动移设来进行顶板支护和管理的一种液压动力装置，是综合机械化采煤不可缺少的配套设备。5.4.1 液压支架的特点（1） 支架稳定性好，不倒架；（2） 护顶面积大，放顶煤不用铺网；（3） 移架速度快；（4） 可用于松软底板工作面；（5） 采高增大，支护力调节范围宽；（6） 后排可增加支柱，以加强切顶能力；（7） 运输方便，组装简单。5.4.2 适用范围地质条件相对稳定，煤层倾角应16，当1630时采用防滑措施。炮采一次采全高，炮采放顶煤整体顶梁组合支架与传统的分体悬移支架区别有如下优点：放顶煤不用铺网。由于支架的顶梁全部连为一提，其对顶梁掩护90%，与综采支架相同，所以，放顶煤不用铺网。(金属丝网按4元/T煤计算，年产20万吨就可节约资金80万元，按3万元/架计算50米的工作面支架投资150万元，出38万吨煤就可收回支架投产品。5.4.3 液压支架的类型（1） 支撑式液压支架；（2） 掩护式液压支架；（3） 支撑掩护式液压支架。液压支架的类型主要是支撑式液压支架，（其又分为垛式液压支架和节式液压支架）掩护式和支撑掩护式液压支架，支撑式液压支架现在用的已经不多了，故这里重点介绍掩护式及支撑掩护式液压支架。5.4.4 掩护式及支撑掩护式液压支架特性及工况分析（1） 掩护式及支撑掩护式液压支架工作原理掩护式及支撑掩护式液压支架有单铰式与双铰式两种主要类型。单铰掩护式支架随采高的变化，顶梁尖端（铰点）围绕支架的后铰点作圆弧运动，因此支架的空顶距随采高的变化而变化，使支架前端无支护空间增大，不利于顶板控制。（见图5-4）采用带四连杆的掩护式及支撑掩护式支架（双铰式），随采高的变化顶梁尖端的运动曲线为双纽线，根据双纽线的特点，在设计中可以使顶梁尖端在采高范围内呈近似垂直层面的直线运动，以保证在支架有效采高范围内，使顶梁尖端距煤壁的距离不变。此外，带四连杆的掩护式及支撑掩护式支架（双铰式）具有承受水平力的能力。（见图5-4）图5-4 单铰式与双铰式掩护式支架顶梁尖端运动曲线液压支架的液压系统由立柱、推移千斤顶、操纵阀、控制阀（安全阀、液控单向阀）、软管等组成。（见图5-5）通过操纵阀和控制阀，液压支架可完成以下动作(立即支护式)：A 降柱、拉架：采煤机通过该支架、顶板暴露后，立即降柱、拉架；B 升柱：支架被拉到新位置后，升柱，使支架撑紧顶板；C 推溜：支架撑紧顶板后，利用推移千斤顶推溜。图5-5 液压支架的液压系统（2） 初撑力与工作阻力（屈服载荷）：升柱后，高压液体进入液压支架各立柱的活塞腔，立柱逐渐升起直至顶梁与顶板紧密接触为止；与此同时，在立柱活塞腔内的高压液体的压力迅速增大到液压泵的工作压力。当高压液体充满活塞腔时，液控单向阀关闭，将高压液体锁在活塞腔内。此时，工作在泵的工作压力下的高压液体压力称初撑压力，支架（所有立柱）对顶板的支撑力称初撑力。支架达到初撑力后，顶板不断下沉，活塞腔的体积不断变小，活塞腔内高压液体的压力不断增大。为保护液压支架的立柱不被高压液体损坏，在活塞腔的液压回路中设安全阀（又称屈服阀）。当顶板下沉，活塞下缩到610mm时，若顶板再继续下沉，安全阀（屈服阀）动作，从活塞腔内放出一点高压液体，使活塞腔内高压液体的压力保持在安全阀调定的压力下。此时，工作在安全阀调定压力下的高压液体压力称安全阀工作压力（屈服压力），支架（所有立柱）对顶板的支撑力称工作阻力（即屈服载荷）。支架的工作阻力是液压支架的主要参数，工作阻力决定支架结构尺寸，支架的支撑能力。关于支架的工作阻力，有两种观点：A 加大工作阻力：支架适应性强，可靠性强，使用寿命长，减少使用过程中维修，安全，但制造费用高；B 支架工作阻力必须与顶板条件相适应，只要支架能控制住整个工作面的顶板下沉与压力，保持控顶区内顶板的完整与可靠即可。加大工作阻力，使支架重量大、造价高、装运使用都不方便。两种观点各有道理，支架的工作阻力有逐渐增大的趋势，要设计“支架系列”。目前，工作阻力高达400t。初撑力也是液压支架的主要参数，初撑力大，立柱能很快达到工作阻力，减少顶板下沉量，避免顶板的离层，改善支护性能。但初撑力过大易破坏直接顶。目前：P初（0.3-0.8）P工式中 P初初撑力；P工工作阻力。初撑力有增大趋势。（3） 掩护式及支撑掩护式液压支架特性曲线：A 一个开采循环内支架阻力变化曲线（见图5-6）图5-6 支架阻力变化曲线（resistance-支架阻力，time-时间）在一个开采循环内支架阻力变化有以下几个阶段：a 支架前移、重新支撑顶板后，在短时间ta（1020秒）内达到初撑压力Ps，(o-s)为支架的初撑阶段；b 顶板开始下沉，支架的阻力在ta时间内迅速增大直至平衡状态为止，(s-a)为支架阻力迅速增加阶段；c 当支架与顶板达到相对平衡时，支架阻力处于稳定状态，(a-b)为支架的稳定阶段；d 当采煤机接近支架时，支架阻力增大，(b-c)为截割影响阶段；e 最后，当相邻支架降柱移架时，顶板载荷突然转移到该支架，在很短时间内（一般为13分钟），该支架阻力迅速增加，(c-d)为又一次迅速增大阶段；f 当支架降柱、前移时，其阻力迅速降至零，此阶段为(d-e)。在一个开采循环内，支架阻力的变化从0经s,a,b,c,d至e。B 一个开采循环内支架阻力实际变化曲线（见图5-7）图5-7 实测支架阻力变化曲线根据现场实际观测资料分析，在一个开采循环内支架阻力的变化与图5-6所表达的曲线有时不同。观测表明：不同支架，其阻力变化曲线不同；同一支架在不同循环内，其阻力变化曲线也不同。一个开采循环内支架阻力变化的实际曲线，大体上可归纳为以下几类：a 阻力迅速增大型：如图5-7a，支架支撑后，立柱的阻力迅速增大，达到或超过立柱的额定初撑力，其特性曲线类似图5-7a的曲线。b 阻力迅速增大到工作阻力（屈服载荷）型：如图5-7b，支架支撑后，立柱的阻力迅速增大，达到或超过立柱的额定初撑力。此后，立柱的阻力继续增大，很快达到立柱的工作阻力（屈服载荷）。此时，安全阀开启，高压液体从安全阀泄出，随顶板下沉，立柱的阻力不变，直至支架降柱前移为止。c 阻力迅速增大到工作阻力后，阻力继续增大型：如图5-7c，当工作面有周期来压时，工作面顶板压力增大，使该支架处于工作阻力状态，与增大的顶板压力保持平衡。当相邻的支架降柱、前移时，顶板载荷立即转移到该支架上，该支架的阻力增大如此之快，以至安全阀还来不及打开释放高压液体，从而导致支架的工作阻力迅速增大并暂时地高于支架的工作阻力。d 阻力缓慢增大型：如图5-7d，支架的阻力在整个循环内不断地、缓慢地增大，但一直未达到其额定的初撑力，只有当相邻支架降柱移架时，支架阻力才达到或超过支架的额定初撑力。该压力变化曲线常常出现在两次周期来压之间。e 低阻力型：如图5-7e，支架的阻力在整个循环内都低于其额定的初撑力。这种情况的出现，常常是因为长壁工作面顶板条件的复杂、支护条件的不同而造成顶板压力的不均匀性。f 阻力的降低型：如图5-7f，支架支撑后，立柱的阻力迅速增大，达到或超过立柱的额定初撑力，此后在整个循环内，支架阻力不但不升高反而逐渐降低，直至降柱、移架为止。评价：a型：支架阻力不超过工作阻力，但始终在额定初撑力之上，若能适当地选择初撑力。这是最理想的一种工作状况。b型：支架在大部分时间里都处在工作阻力的条件下。若适当设计其工作阻力，且在此工作阻力期间顶板下沉不会引起任何较大的顶板控制问题。这也是较好的工作状况。c型类似b型,只是在邻架降柱、移架时支架阻力才会突然超过工作阻力。因此，这就要求支架采用快速或大流量安全阀。d、e、f型，表示支架处于不良的工作状态。d型和e型，支架阻力在额定初撑力以下，始终也不能达到工作阻力。支架阻力缓慢增大，可能是由于压碎支架下方的岩石碎屑或底板凹凸不平造成。e型表示顶板条件更加恶劣，可能会在工作面线前方引起支承压力的高度集中，造成煤壁严重的片帮。其结果使工作面顶板的无支护空间大大地增加。f型的工作状况，是由于不断恶化的软弱顶板或底板而引起的。5.4.5 带四连杆的掩护式及支撑掩护式液压支架支撑能力及顶梁上载荷分析支撑能力含义：支撑能力是指当液压支架的所有立柱和千斤顶都达到工作阻力时顶板作用在支架顶梁上的载荷。顶梁上载荷：顶梁上载荷是指当液压支架的立柱和千斤顶未达到工作阻力时顶板作用在支架顶梁上的载荷，该载荷可根据所测得的立柱载荷换算成顶板作用在顶梁上的载荷。掩护式及支撑掩护式液压支架的支撑能力及顶梁上载荷，不等于支架所有立柱工作阻力之和或实测阻力之和，因为立柱不与顶梁和底座垂直，同时四连杆机构还要承受一部分顶板载荷。影响掩护式及支撑掩护式液压支架支撑能力及顶梁上载荷的因素很多，主要有：A 每个立柱及有关千斤顶的工作阻力或实测阻力；B 水平力的大小和方向；C 支架各构建的尺寸，如顶梁的长度、掩护梁的长度、前柱与后柱之间的距离、四连杆的长度等。D 立柱与垂直线之间的夹角、掩护梁与水平线之间的夹角（即掩护梁的倾角）、四连杆与水平线之间的夹角（即四连杆的倾角），所有这些夹角都随支架的高度变化而变化。5.4.6 四柱支撑掩护式支架支撑能力及顶梁上载荷四柱支撑掩护式支架支撑能力及顶梁上载荷计算方法见图5-8：Qx=mQy式中 Qy作用在顶梁上的垂直力Qx 作用在顶梁上的水平力顶梁与顶板之间的摩擦系数, m=00.3（为水平力指向采空区，为水平力指向工作面）图5-8 四柱支撑掩护式液压支架结构尺寸以顶梁为分离体：Fy=0 Qy = P1cosq1+P2cosq2+Ry (5-1)Fx=0 Rx = Qx-P1sinq1-P2sinq2 Rx=Qy-P1sinq1-P2sinq2 (5-2)以掩护梁为分离体：M0=0 Ry = Rxtana (5-3)从（4-1-1）、（4-1-2）、（4-1-3）得Qy的值： （5-4）若R1, R2, R R3, R4, H1, R5, R6, R7, R9, R11, R12, R13和为已知（5-5）（5-6）（5-7） （5-8）若P1,P2 为额定工作阻力，则Qy 为支架支撑能力；若P1,P2 为实测阻力，则Qy为顶梁上的载荷。Qy 距绞点J(x,y)的距离XX=(R12P1cos1+R13P2cos2)/Qy (5-9)根据公式（5-1） 公式（5-9）可计算出不同尺寸的支撑掩护式液压支架在不同高度时的支架支撑能力或顶良上的载荷。图5-9为4柱450吨支撑掩护式支架支撑能力随支架高度的变化曲线（以掩护梁倾角表示）。为顶梁与顶板之间的摩擦系数。图5-9 4柱450吨支撑掩护式支架支撑能力随支架高度的变化曲线5.4.7 四柱掩护式支架支撑能力及顶梁上载荷四柱掩护式支架支撑能力及顶梁上载荷计算方法见图5-10：图5-10 四柱掩护式液压支架结构尺寸以顶梁为分离体：Fy=0 Qy = P1cosq1+Ry (5-10)Fx=0 Rx = Qx-P1sinq1 Rx= Qy-P1sinq1 (5-11)以掩护梁为分离体：M0=0 Ry=(P2D+Rxh)/C=Rxtana+P2D/C (5-12) (5-13)若：R1, R2, R, R3, R4, H1, R5, R6, R7, R8, R9, R11, R12和为已知（5-14）（5-15）（5-16）（5-17）（xd,yd）是点d(立柱与掩护梁交点)坐标若P1,P2 为额定工作阻力，则Qy 为支架支撑能力；若P1,P2 为实测阻力，则Qy为顶梁上的载荷。Qy 距绞点J(x,y)的距离XX=R12P1cos1/Qy根据公式（5-10） 公式（5-17）等，可计算出不同尺寸的四柱掩护式支架在不同高度时的支架支撑能力或顶梁上的载荷。5.4.8 液压支架卸载系统存在问题分析（1） 现有系统特点：图3-11所示为液压支架压传动系统原理图。图5-11支架液压系统原理图1. 立柱2. 安全阀3. 液控单向阀4. 换向阀A 初撑换向阀4处于升柱位置，液压泵送来的高压液体经液控单向阀3进入立柱1下腔，立柱1上腔排液，使支架立柱升起支撑顶板。当立柱下腔压力达到支架液压系统动力泵站工作压力后，阀4切换至中位，阀3关闭，立柱下腔油液被封闭，实现支架对顶板的初撑。B 承载支架支撑后，随着顶板岩层下沉液压支架产生弹性压缩，立柱下腔被封闭的液体压力随之迅速弹升，呈增阻状态；当立柱1下腔油液压力超过安全阀2的动作压力时，高压液体经阀2溢出，低于阀2的动作压力时，安全阀关闭，呈恒阻状态。这一过程称为支架承载阶段，支架的承载载荷称为工作阻力。C 卸载当阀4处于降柱位，高压液体进入立柱1上腔，同时打开液控单向阀3，立柱下腔排液，实现立柱卸载下降。综上所述：液压支架在升柱、支撑到降柱的三个过程中具有三性、即增阻性，恒阻性和可缩性。以国产QY200-1431型掩护式液压支架为例来进行分析。支架主要参数：初撑力：1.4151.577MN(系统压力p31.4MPa)工作阻力：1.7461.952MN(系统压力p38.5MPa)立柱缸径：D160mm液压行程：L870mm伺服阀通过触头接收样件的机械信号，转变为流量和压力信号控制刀架缸的随动，同时借助摇臂实现反馈控制，构成闭环机械反馈控制系统。为适应各种仿形加工的需要，伺服阀的触头可以在360方向上接收信号，也可以只在一个方向接收信号。D 样件支架样件支架6根据需要或操作的方便性可安装在工作台的左侧面或右侧面。样件支架上装有刻度尺和微调器，刻度尺用于对样件位置的粗调，微调器用于精调。(2) 承载阶段分析支架工作立柱的液压行程通常在600mm左右，可求得立柱下腔工作液体容积12064。液压支架使用的工作液体为水包油乳化液，其弹性模数实际上与水的弹性模数没多大差别，水的弹性模数大约在22.1GPa，可推得水包油乳化液的压缩系数（4.75）10-10m2N。在不计管路、立柱缸变形时，立柱下腔内工作液体压缩后容积变化为：VVO（PHPO)4.810101206438.51060.22L式中PO支撑顶板前立柱下腔液体压力，PO0。(3) 卸载阶段分析在极短时间内爆发性的能量释放，必然引起系统剧烈的冲击、振动，这就是在工作现场所能听到沉闷的“咚!咚!”响雷声，导致元件不必要损伤、系统寿命降低。（4）系统改进防止在极短时间内爆发性能量释放产生的恶果，关键在于处理V的问题。即在支架立柱上腔得到工作液体，实现支架降柱之前必须使立柱下腔有效地卸压。改进成如图5-12所示系统，在安全阀2的遥控口上接一手动二位二通换向阀5。在换向阀4实现降柱之前，先让阀5导通后再操纵换向阀4，由于两阀的操作存在时间差，方便地实现立柱下腔高压液体的压缩能量通过二位二通换向阀5和安全阀2的先行导通逐步释放后，工作液体进入立柱上腔，才进行降柱动作。防止在极短时间内爆发性能量释放产生的恶果，关键在于处理V的问题。即在支架立柱上腔得到工作液体，实现支架降柱之前必须使立柱下腔有效地卸压。改进系统，在安全阀2的遥控口上接一手动二位二通换向阀5。在换向阀4实现降柱之前，先让阀5导通后再操纵换向阀4，由于两阀的操作存在时间差，方便地实现立柱下腔高压液体的压缩能量通过二位二通换向阀5和安全阀2的先行导通逐步释放后，工作液体进入立柱上腔，才进行降柱动作。（5） 结论由于煤炭矿山井下工作面空间狭小，各种机器设备运行产生的噪声掩盖了支架立柱下降时所产生的沉闷轰鸣声。卸压回路的故障，造成液体元件、管件的破裂及整机连接件的松脱，不仅影响液压支架的正常工作，还导致液压支架整体寿命的降低。液压支架价格又十分昂贵，因而由立柱(立式油缸)下腔中油液被压缩后所形成的潜在液压系统故障，应引起人们足够的重视了。 实习体会将近一个月的毕业实习结束了，在这期间我们在焦作神华重型机械制造有限公司进行参观实习，在老师和工厂技术人员的带领下看到了很多也学到了很多，让我在实践、观察中有了新的领悟和认识。在这个科技时代中，高技术产品品种类繁多，生产工艺、生产流程也各不相同，但不管何种产品，从原料加工到制成产品都是遵循一定的生产原理，通过一些主要设备及工艺流程来完成的。因此，在专业实习过程中，首先要了解其生产原理，弄清生产的工艺流程和主要设备的构造及操作。其次，在专业人员指导下，通过实习过程见习产品的设计、生产及开发等环节，初步培养我们得知识运用能力。毕业实习的心得体会概括起来有以下几方面：1. 了解了机械制造生产过程中危险因素，每一次进厂都要做一次安全介绍，每个工厂的工作工况不一样，安全隐患都不同，增强了我们的安全意识。2. 了解了机械产品流水线生产，对于大批大量生产，专用机械特别多，对精度，效率都有提高。3. 了解了机械产品的质量标准、技术规格、使用要求。4. 社会工作能力得到了相应的提高，在实习过程中，我们不仅从企业职工身上学到了知识和技能，而且感到了生活的充实和学习的快乐，以及获得知识的满足。真正的接触了社会，使我们消除了走向社会的恐惧心里，使我们对未来充满了信心，以良好的心态去面对社会。同时，也使我们体验到了工作的艰辛，了解了当前社会大学生所面临的严峻问题，促使自己努力学习更多的知识，为自己今后的工作奠定良好的基础。5. 增进了我们的师生和工友的感情，从这次毕业实习的全过程来看，自始至终我们都听从老师和工人师傅的安排，严格要求自己，按时报到，注重安全。作为即将步入社会的大学生，要有好的发展确实要做到心态上的转变和步入岗位后的主动。进入社会后自己将不再是家里、学校里的天之骄子，如果不做到心态上的转变就无法融入单位，融入整个社会。其次，步入社会参加工作要做到主动，主动将自己的才能才华展现出来，让自己的所学得到淋漓尽致的充分发挥，让自己的能力得到承认，得到升华。此次实习让我了解到了当前行业新知识、新技术和现代化生产情况，提高了自己的实践能力，培养了自己吃苦耐劳的精神，为更顺利的完成毕业设计提供了实践依据，为了解机械行业企业发展的现状与方法提供了参考，为将来工作打好了坚实的基础。在这将近一个月中，让我们初步从理性回到感性的重新认识，也让我们进一步的认识了这个社会，对于以后做人所应把握的方向也有所启发。纵观此次实习，我们真正到达机械制造业的第一前线，了解了我国目前制造业的发展状况，也初步了解了机械制造业的发展趋势。在新的世纪里，科学技术必将以更快的速度发展，更快更紧密得融合到各个领域中，而这一切都将大大拓宽机械制造业的发展方向。在此，我要再次感谢我的导师刘传绍及张昌娟老师，以及关心帮助我的同学和一线的工人师傅。27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AbstractMud 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目录前言11绪论11.1 油隔离泥浆泵在工业中的应用11.2 油隔离泥浆泵的特点和工作原理11.3 油隔离泥浆泵的结构和形式32 油隔离装置62.1油隔离装置的结构62.2 油泥浆界面的调节82.3 分界面的分离效果与油耗92.3.1分界面的分离效果92.3.2油耗92.4 油隔离装置的设计与计算102.4.1油罐直径与高度的确定102.4.2油罐壁厚计算103 Z形管123.1 Z形管的结构和作用123.2 z形管在油隔离泥浆泵中的配置133.3 Z形管的设计与计算144 泵 阀174.1 阀种类和结构174.1.1锥形阀174.1.2球形阀214.2泵阀的材料234.3泵阀的破坏机理及提高阀寿命的途径254.3.2提高阀寿命的途径264.4 泵阀的设计和计算294.4.1阀的计算和基本理论294.4.2阀座设计与计算325 稳压室335.1空气式稳压室335.3稳压室的计算395.3.1预压式球形空气室395.3.2充气式圆筒形空气室405.3.3吸入空气室416 安 全 阀426.1 安全阀的类型和结构426.1.1销钉式安全阀426.1.2膜片式安全阀446.1.3 弹簧式安全阀446.2 安全阀设计与计算466.2.1销钉式安全阀466.2.2膜片式安全阀487用户手册497.1 操作497.1.1开车497.1.2运行507.1.3停车507.2 维修517.3 动力端常见故障及处理52总结54致谢56参考文献57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河南理工大学本科毕业设计（论文）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 YS3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57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时，使用一台离心泵比油隔离泥浆泵有利。压力为8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时离心泵三台串联，油隔离泥浆泵两年以后有利。压力为15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1l。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13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。图12 带浮板的油罐 图13 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3550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4060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4050%），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14）。 由图14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。图1-4 油隔离泥浆泵582 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2l和图22。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。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-筛板图23 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23)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0.30.6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。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式中油罐直径，米；D活塞直径，米；S活塞行程，米；N活塞冲次，次/分;分界面在油罐内最大速度（米/秒）常取0.080.13（米/秒）当活塞冲次为50次/分时按下式计算油罐高度可按下式计算在式中，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=60cm油罐高度为=120cm2.4.2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95C， 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。式中S筒体壁厚，毫米；P设计压力，千克厘米2；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）时式中符号意义同上。经计算壁厚s为2.5cm3 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31 Z形管1-上横管；2一扩大竖管；3-下横管2Z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。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32）。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形管在阀箱上方箱的上部(见图33)。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式中折合到Z形管内的流量，即Q泵的排量，米时；当泥浆容积重量1.25吨米3时，当125时，,式中为泥浆的比重，D为z形管的下横管直径(米)；u为泥浆的中值粒径的的沉降速度(米秒)；为中值粒径(毫米)；为矿浆体积浓度，K为折减系数，一般取K0.785。按上式计算结果必须满足，然后取2扩大竖管直径，高度H扩大竖管直径可取扩大竖管高度H可取。3上竖管长度B 经计算得出应用数据为Z形管几何尺寸数据1352304002505501.701.741.85二、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。式中p设计压力，DZ形管直径，厘米；许用应力，式中等于钢材的抗拉极限除以安全系数，即,一般取58。经计算以及查阅相关手册知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41)。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42。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43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。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43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44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422a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。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45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46a)、空心钢球(图46b)橡胶钢芯球(图46c、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。图427c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427d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8898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132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，钢)，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0608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24毫米，表面硬度在HRC 5055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HRC4952。30CrMo，35CrMo经渗碳淬火后，渗层深度在l毫米以上， 硬度HRC576l，芯部硬度HRC3445。NiCrMo经渗碳淬火后，渗碳层为1.5毫米，硬度为HRC6065，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，原材料来源方便，钢中夹杂物较少，纯度较高，钢的热处理表面不比合金钢差，在弹簧的使用温度不低于120C并在相同表面状态及热处理条件下，其疲劳性能也不低于合金弹簧钢。2合金弹簧钢合金弹簧钢主要有50CrVA、 60Si2Mm 65Mn等。50CrVA钢中加入钒的目的是细化组织，使之不易过热，这将提高钢的强度和韧性。在硬度高时，这种弹簧的缺口敏感性也较低，还具有良好的低温冲击韧性。在50055C温度下回火后，仍有较高的抗拉强度和屈服强度，因为在高温工作时性能比较稳定。所以50CrVA是良好的弹簧材料605i2Mn钢中加硅可显著地提高弹性极限屈服限，提高回火稳定性，从而在高温下回火时可得到良好的综合机械性能。但含硅高时，表面易脱落，因此可加锰元素克服此缺点。目前60SiMn钢作为泵阀的材料得到了广泛地应用。不锈钢、青铜材料有4CrB、Ni80Cr20、QSn43、QSn40.3、QSn6.50.1、Q5n6.50.4，QSi31、QBe2等。这类材料主要用于输送各种腐蚀性泥浆的油隔离泥浆泵。其中化工用泵弹簧材料一般为4CrB、Ni80Cr20等材料。4.3泵阀的破坏机理及提高阀寿命的途径4.3.1泵阀的破坏机理泵阀的寿命主要取决于泵的冲次、泵内液体流动形式、吸入条件、排出压力、工作液体特性、阀内液体流速。阀升高、阀材料和结构等多方面的因素。泵阀的破坏机理是较复杂的，与很多因素有关。实践证明，泵阀破坏机理丰要有两种形式：冲击破坏和冲刷破坏。当泵工作时，阀盘多次给阀座冲击，使泥浆的磨砺性颗粒牢固地嵌入阀盘和阀座表层金属内，从而其工作表面产生局部性变形，结果形成不同形状和深度的凹痕。与此同时所产生的变形引起表面撕裂，并且内于多次塑性变形使金属表面某些区域产生了弹性剥落。这种破坏叫做冲击破坏。泵阀的另一种形式的破坏是高压溢流的冲刷破坏。这种破坏起初是从微小的刺漏介始，在高压作用下泥浆以极高速度从微小的缝隙小冲刷出去，使其缝隙迅速扩大，在金属表面很快形成沟槽，直到完全破坏。最初产生的微小缝隙主要是从阀橡胶密封圈的损坏而开始的。当密封圈开始破坏时仅出现初始沟槽，而当严重破坏时，则出现不同类型的深沟槽。这就表明金属表面沟槽的大小和深浅与橡胶圈的破坏程度有关。由此可见，阀橡胶密封圈是保护阀正常运动，延长阀寿命的主要零件。产生冲刷破坏的原因还有导杆的磨损、阀接触面的加工偏差以及粗颗粒等。当阀导杆磨损后，其导向间隙增大，不能保证阀盘运动时良好的对中和平稳性，因而当阀盘下落在阀座上时产生偏斜而不能封严，内此出现冲刷破坏。的密封不严，除了上述原因外，还有由阀盘和阀座的锥角制造公差不符合要求或公差规定的不合理等造成的。另外，硬度和粘度都大的粗颗粒，夹在工作面上也存在间隙，同样引起冲刷破坏。对不同的泵，上述两种破坏有所不同，有的泵冲击破坏为主要，冲刷破坏为次要，有的阀冲刷破坏为主要，冲击破坏为次要。在一些文献资料中提出，当阀隙液体流速超过67米秒，单位负荷低于250千克平方厘米时，为一般为冲刷破坏；当调隙液体流速低于67米秒，单位负荷高于250千克厘米2时，一般为冲击破坏；当阀隙液体流速超过10米秒时，不论多大压力，一般都属于冲刷破坏。4.3.2提高阀寿命的途径近年来，为了提高阀的寿命，国内外都在广泛地进行试验研究、寻求提高阀使用寿命的途径，并正不断出现阀寿命更长的新的阀结构和阀材料，在泵生产使用了取得的良好的经济效果，并且提供了以下几个方面提高阀寿命的途径：1改进阀密封圈的几何形状和材质实践证明，合理地选择阀密封圈的几何形状，从而提高阀的密封性能是提高阀寿命的很重要措施。目前，油隔离泥浆泵普通采用锥形和单锥面的密封圈。这种密封圈由于几何形状不合理，所以当阀下落时，阀橡胶的尖部容易挤到阀座和阀盘的间隙中波剪坏，使阀失去密封作用。这种密封圈的阀寿一般在7一15天左右。图47是一种改进的双锥面密封圈几何形状。图4-7 双锥面密封圈这种结构将单锥面的密封圈尖角由40改成13l，以增加该处的橡胶强度和抗剪能力，并将单锥面的密封圈唇角140改成86，由此增加了自封能力。改进后阀的寿命比原来提高3倍以上。图48为苏联KCK型的一种截面呈水滴状的橡胶密封圈。这种密封圈，由于截面容积较大，能吸收较大的能量，而减少阀体运动的冲击。另外，它具有较好的刚性，不易被挤入缝隙里，同时密封部位的切应力和压应力均减小45倍。采用这种密封圈，阀使用寿命可提高到500600小时。图4-8 水滴状密封圈2加强阀座和阀盘的耐磨性能提高阀座和阀座的硬度及改变其几何尺寸的方法加强阀座和阀盘的耐磨性能是延长阀寿命的非常重要的途径。为了提向磨损件的硬度，目前广泛采用离子氮化、碳氮共渗、碳氮硼和碳氮钛等三元共渗、软氮化等新热处理工艺。其中碳氮硼三元共渗已经广泛用来提成阀座和阀盘的硬度，并延长寿命，效果比较明显。影响阀寿命的因素，还有阀体和阀座接触支承面的角度和形式。水平面和圆锥面双支承面结构的阀座和阀体，能改善阀体和阀座的受力状态。3利用高压垫原理图49是cs2型胶垫。这种结构类似于气垫船浮在有压力的气垫上，胶垫凡尔浮在高压的胶垫上。当阀体下落时，内密封环和邻近的胶皮先接触阀座，切断液流。这时候胶皮的大直径处距离阀座23毫米(缓冲距离)，形成高压液垫，随着阀体下落，液垫中的泥浆将挤到高压腔内，液压垫随之消失，这样橡胶垫和液垫都同时起着减震作用，避免了产生巨大的冲击力。这种阀平均寿命为1400小时，最高可达2300小时以上。种阀具有密封性好、工作平稳、耐磨性好、寿命长等优点。但泥浆中含有较大颗粒时胶垫易被破坏，阀寿命也短。图4-9 CS-2型泵阀4不断改变阀盘落在阀座上的位置改变阀盘落在阀座上位置，减小冲击和冲刷磨损可使阀的寿命显著提高。采用球形阀就属于这种方法。球形阀的特点是球阀在上下运动中随时改变对阀座的位置从而阻止阀座和阀体间微小缝隙的扩大，以大大减少冲刷破坏。球阀有纯胶球、钢芯橡胶球、钢芯尼龙球等。目前油隔离泥浆泵上使用的球形阀使用寿命可提高到2000小时以上。图416为旋转式翼形导向。当液体在阀座孔内流动时，接触翼形的液体运动方向发生改变，给翼形一个推力，迫使阀盘转动，从而不断改变阀盘落在阀座上的位置，可达到提高阀寿命的目的。5合理地确定泵冲次和阀升程泵的冲次是影响阴性能及寿命的一个重要因素，随着冲次的增加，阀寿命明显下降。但是，由于油隔离泥浆泵冲次一般在3550次分的低冲次，所以对提高阀寿命很有利。另外，阀的升程也对阀寿命有影响。总之，为了提高阀寿命，国内外正在进行一系列科学实验和理论研究，不断改进和完善阀的结构，研制一些新的阀产品。4.4 泵阀的设计和计算4.4.1阀的计算和基本理论1阀计算公式阀的工作理论比较复杂，在很多文献中提出不少阀工作理论和计算方法，例如库可列夫斯基方法、别尔格方法、马特维夫方法、阿道尔夫方法等。这些方法都是以阀无冲击条件为基础，还没有涉及到阀冲刷破坏机理，因此与实际有一定的误差。尽管如此，目前仍以上述公式为阀的设计计算基础。实际计算表明，结果基本一致。由于油隔离泥浆泵的冲次低(3550次分)，泵阀可按库可列夫斯基方法计算，即式中n泵每分钟冲次，次/分； h一阀升程，毫米。 2阀的基本理论泵阀的升程h近似为式中 h阀升程，米；A活塞面积，米；一阀的面积，米；r曲柄半径，米；曲柄转角，弧度；阀的密封面与阀座端面的夹角；间隙流量系数；阀隙理论流速，米秒， 其中为弹簧力(千克)，为阀和弹簧在液体中的重量(千克)； 阀隙总周长，（米），其中为一个工作腔中吸入阀或排出阀数目，为一个阀的阀隙周长(米)。由阀的升程公式可得： (1)当0时，即活塞的吸入行程(对吸入阀和排出行程)，在开始的瞬间，排出阀并未升起，直至时，阀开始动作，较活塞滞后角(滞后角)；当时，即活塞的吸入行程和排出行程终了的瞬间，阀尚未关闭，停留在升程为的高度(滞后高度)上，直至时，阀才关闭，即较活塞滞后角。阀滞后虽然不可避免，但应设法使之尽量减小滞后角。阀的滞后高度阀的滞后角(米)（2）阀的最大升程发生在时（滞后影响），近似为式中 h阀升程，米；A活塞面积，；阀的面积，；r油柄半径，米；曲柄转角，度；阀的密封面与阀座端面的夹角，平板阀=0，球阀角为圆心角之半；阀隙流量系数；阀隙理论流速，从阀中流出为正(米秒)，；其中为弹簧力，向下为正(千克)，为阀和弹簧在液体中的重量，向下为正(千克)；阀隙总周长(米)，其中为工作腔中吸入阀或排出阀数目，为阀的阀隙周长。阀的滞后阀体的落座速度为（米/秒）或的方向向下，会引起阀的冲击，设计时应尽量减小值。(3)阀的阻力1)阀的开启阻力式中弹簧的预压力，千克； G阀的重量，千克；阀座孔截面积，泥浆比重。2）阀开启后的水力阻力损失式中阻力系数（与阀的形状、升程、密封面宽度以及液体的性质有关）阀座孔流速(米秒)，对于水或类似于水的液体4.4.2阀座设计与计算1对阀设计的基本要求(1)启闭迅速及时；(2)关闭后无泄漏；(3)工作平稳噪音小；(4)阻力尽量小；(5)有足够的强度和刚度(6)结构简单，制造容易2阀主要尺寸的确定本设计采用球形阀阀孔直径为120毫米，阀升程为60毫米5 稳压室曲柄传动的往复式泥浆泵或油隔离泥浆泵，由于曲柄连杆机构将原动机回转运动转化为活塞的往复运动，所以活塞运动速度不均，因此泵的瞬时排量和压力不断在变化。由于泵的排量较大和压力波动，往往引起吸入性能降低，恶化原动机的工作条件，造成泵和管道振动等严重情况。为了减小泵的排量和压力波动，一般采用多缸多作用泵，例如双缸双作用泵(四作用泵)和三缸单作用泵等。除此而外，可以采用稳压室来控制往复系由于排量不均而引起的振动.稳压室根据其工作原理可分为空气式和滤声式两种。5.1空气式稳压室空气式稳压室(简称空气室)是一密闭容器，通常装置在吸入阀前，排出阀后。空气室是利用空气的可压缩性来保证泵流量均匀的一种设备。当活塞的排出流量增大时，空气室内的空气被压缩，将超出平均流量的一部分液体(泥浆)暂时留在室内；当流量减小时，空气室内的空气膨胀，便将暂存的液体排入排出管路中，使泵的排量均匀。同时，空气室还能由泵排量不均而产生的水流惯性和水力冲击起缓冲作用。目前，油隔离泥浆泵上使用的空气室有隔膜式空气室和圆筒形空气空两种。图51为隔膜式球形空气室，是由底盘、壳体、气囊、顶盖、压力表、充气阀等主要零件组成。壳体下部与排出管线相连，上部通过充气阀充气。压力表指示气囊中的压力。工作时随排出压力的变化，橡胶囊上下移动，当排气压力降低时气囊的阀堵住外壳下部的孔口。空气室的壳体为扁球体状，共下部是圆锥面，此圆锥面与孔口相接处要圆滑，以便在靠近孔口处形成流线型的汶丘里控制。气囊是由橡胶制成，借顶盖固定在壳体内。气囊圆锥部分的倾角应较角小，一般角取30，角取54。如图51所示，当充气后最好使气囊处于F位置。在E位置气囊橡胶均末扩张，从位置E到F逐渐伸张。由于皮囊底锥的锥高X比弯曲环半径Y小得多，加上进入空气室的液体和入口的流线型汶丘里效应，泥浆进入空气室后分布均匀，防止了泥浆局部集中而产生的隔膜偏移，所以这种形状的皮囊动作时具有最小的折皱、弯曲和伸展，这是该结构的主要特点之一。图5-1 球形空气包底盘；2-壳体；3-气囊；4-顶盖；5-压力表；6-充气阀当气囊处于F位置时由于气囊弯折部分具有一定的刚性，气囊下半部外壁与壳体壁间形成空间C，使气囊不直接与壳壁接触，防止了气囊的磨砺性磨损。气囊是易损件，其寿命主要是与其材质有关，气囊的材质有氯丁橡胶、天然胶、丁腈橡胶等。目前采用外模成型工艺，气囊材料用25%天然胶，75丁腈胶，其机械性能良好，气囊寿命也有很大的提高。 图52为带有稳定片的球形空气室。这种空气室中心部分增加了一个稳定片，它是由天然橡胶或合成橡胶的扁平圆板制成，其厚度较隔膜稍大，硬度也较隔膜高。这样，稳定片的轴向刚性就比隔膜的刚性大。在稳定片的外周应有双面倒角，以防止工作时其边缘刺破气囊隔膜壁；空气室的隔膜在赤道而A上的直径与稳定片直径之比取11：9为宜，以保证稳定片相对于隔膜壁做所需的径向伸张。气囊颈部的内径与稳定片直径之比，取5.5：9为宜。带稳定片的球形空气室适用于泵输送变性的或快速结硬皮型的泥浆。图52 带有稳定片的球形空气室这种泥浆易于胶结在空气室壁和气囊周围，从而造成气囊容量逐渐减小，最终导致气囊中的气体压力几乎接近泵送泥浆的峰压，则空气室将起不到有效的缓冲作用。稳定片的作用是它能增加泥浆材料中央核心的断面积，因而相应地减少了胶结材料的环形体积。同时，稳定片和隔膜壁渐渐贴合，加强隔膜对胶结性材料的推力，使过多的泥浆从通道排出，从而减轻了泥浆对空气室的结疤。当空气室借助于三通接头与管线连接时，往往因管道中流体(或泥浆)的惯性，不进入空气室而直接流进管道系统。为了提高空气室的作用，采用阻流管和液枕导向装置。如图53所示，阻流管设在靠近空气室的管道上，并利用阻流管的阻流作用，可使更多的流体进入空气室，从而使排出管线的压力更趋平稳。经实践证明，加阻流管的空气室可以消除液体脉动幅度8590%，而无阻流管时只消除6070%。图53 加阻流管的空气室这种方法适合于对工作粘度和含磨砺性方面要求高，并只适合于泵冲次低于50(次分)的往复式泥浆泵或者油隔离泥浆系。值得注意的是，上述两种方法对泥浆或矿浆并不适用，这是由于一方面导向装置和阻流管会产生严重磨损，另一方而由于增加了这些附加局部阻力，会导致泵本身的工作压力增加，而降低易损件的使用寿命。油隔离泥浆泵为了提高空气室的效能，经常选用大容量的空气室，并在安装位置上予以注意。吸入空气室的作用原理与排除空气室相同，区别在于使用这种空气室来缓外低压流体的压力脉动。吸人空气室有常压吸入空气室、隔膜式预压吸人空气室和带有弹簧的隔膜式预压吸人空气室等。其中常用的是常压吸入空气室。这种空气室的效能随吸人高度的增加而增加。因此，吸人高度的增加使空气室内的真空度提高，这时由液体内分离出一部分气体，增大了空气室的气体容量。圆筒形空气室(见图54)，尽管它的体积庞大、笨重，充气需用辅助设备，但因泵的操作压力比较平稳，管道振动小，所以目前在油隔离泥浆系上图54 圆筒形空气室1一筒体；2压力表；3-安全阀用得比较广泛。圆筒形空气室主要由筒体、压力表、安全阀组成。通常筒体是圆筒状，由铸铁、铸钢做成，或者用钢板焊成。圆筒形空气空的排出口和吸入门位置可以不同，但是要求全部的液体都应通过空气室，同时在空气室内的液体必须改变原来的方向和速度。在图55中，b就不能满足上述要求，其余的都能满足这个要求。为了保证圆筒形空气室的正常工作，在空气室上部放置玻璃水位表、压力表、空气旋塞、安全阀等安全设施。往复泵正常工作时，吸入空气室中的空气量不断增加，排出空气室的空气量不断地减少，因此必须采取些措施来充气或抽气，以免影响泵的正常工作。排气空气室的充气采用充气栓、副空气室和空气压缩机等方法。图5-7 圆筒形空气室进、排出口位置 油隔离泥浆泵一股采用空气压缩机给空气室充气。充气方法有两种：一是充气压力低于泵的操作压力时叫做低压充气；一是充气压力高于泵的操作压力时叫做高压充气。低压充气压力通常取6千克厘米2。这种低压充气优点是可以利用厂内空气压缩机站供应的压缩空气进行充气，不需要装设专用的空压机。但低压充气需停泵充气后重新开泵，故充气操作复杂。高压充气可以在系运行中进行，其压力最好最大于操作压力的12倍，具体可根据空压机性能确定。高压充气最好采用空气贮罐，充气前先开空压机，以空压机的额定压力在贮罐内贮存压缩空气，充气时就利用贮罐内高压空气，供给空气室直到空气室达到所需压力为止。这种充气方法比较方便，而且安全。5.3稳压室的计算5.3.1预压式球形空气室1.空气室容积（）式中 行程容积，； 充气压力(绝对值)，； 排出管路的平均水力阻力(校平均流速计算)，千克米空气室内气体的平均工作压力，（绝对值）； 剩余流量系数(见表51)； 管路允许的流量不均匀度(绝对值)。当未给出值时，可按下式计算：式中压力不均匀度，=0.020.05.2空气室容积设计空气室半径5.3.2充气式圆筒形空气室1.允许最大压力波动时气体体积2.被泥浆带走的气体体积式中 Q泵排量， 小时； t规定的充气周期，小时； 1 （） 泥浆1小时内带走的空气量（/小时)。3室内气体总体积4.空气室总体积空气室高度和直径空气室高度一般取H=36(米)空气室直径圆筒形空气室壁厚式中最大工作压力，千克；空气室内径，厘米；许用应力(千克)，其中为抗拉强度极限，为安全系数，一般取3.54；补加壁厚(厘米)，其中为钢板负公差，为腐蚀余度，为封头冲压的拉伸减薄量。如果圆筒形空气室封头为椭圆形，其壁厚式中 封头内高度，厘米。5.3.3吸入空气室 吸入空气室的空气容积一般取5V，空气室容积取10V，空气室直径不小于2倍吸入管直径。本设计采用圆柱形空气稳压室空气室直径为500毫米高度为2560毫米6 安 全 阀6.1 安全阀的类型和结构安全阀的作用是保证油隔离泥浆泵能在允许工作压力下正常工作。当工作压力超过泵所允许的最大工作压力时，安全阀即自动打开泄压，以保护油隔离泥浆泵和系统的正常运转。安全阀种类繁多，一般常用的有销钉式、膜片式、弹簧式、弹簧式和重锤式等多种形式。6.1.1销钉式安全阀图61 销钉式安全阀 1-橡胶活塞；2一杆；3-销钉销钉式安全阀在油隔离泥浆泵上已被广为采用。它是由销钉、顶杆、阀杆和活塞等组成。其中销钉对安全阀灵敏度的影响很大，故对销钉的直径和材料的物理、化学性能要求比较严格。销订式安全阀的结构形式，见图61.目前采用的销钉材料有A3和20号钢。 经实践证明，由于A3钢材质成分不稳定，故同样直径的销钉由于加工制造、热处理等原因对安全阀销钉强度的影响很大，因而也影响安全阀的灵敏度。而20号钢(优质钢)比A3钢优越，使用效果也好。销钉式安全阀的特点是结构简单。但由于销钉的材质不稳定，以及阀的橡胶活塞和拉杆日久不活动时易于粘死在阀体上等缺点，造成阀的工作特性不稳定，常常超过规定压力时才开启。由于存在上述缺点，放需定期检查阀的灵敏度，并涂黄油以防锈死。图62膜片式安全阀1膜片；2压环；3一换片螺套6.1.2膜片式安全阀膜片式安全阀主要出壳体和膜片组成。当泵压力超过允许值时，膜片自动破裂而泄压。膜片通常采用金属膜，如铜片、钢片或合成橡胶片以及塑料和酚醛板等。这种安全阀的优点是不怕冻结也没有胶皮活塞粘卡的缺点，更换膜片也简单方便。但膜片的选样和加工很重要，其结构见图6-2。图63 弹簧式安全阀工作原理示意图1一活塞及杆，2、5、7、8-销；3、6杆，4一臂6.1.3 弹簧式安全阀弹簧安全阀的工作原理见图6-3，当液体压力作用在活塞上时，产生推力这个力通过销2、杆3、销5、杆6、销7，传给臂4一个围绕销8逆时针方向转动的力矩。当液体压力较小时，一部分弹簧力P弹与壳体A的反力P壳产生压力差()，这个压力差给臂4一个绕销8作顺时针方向转动的力矩，此力矩与液压推力产生的力矩相平衡。在阀关闭时，杆3、杆6内折线变成直线，再变到相反的折线，这时折点(销5)上的水平分力不是向着臂4和4A，而是使杆3、杆6失去的销5移到如图示假想线位置，此时泵放空。图64 弹簧安全阀l连接杆；2-指针；3-连杆；4-复位手柄；5-调压螺母；6-释放钮图64是弹簧安全阀的结构图。当系停车后，只要转动复位手柄，使连杆和连接板复位(即图示中杆6和杆3复位)，阀就自动重新关闭。按释放钮，连接杆和连接板的折线改变折向(即图64中的杆6和杆3改变折向，此时阀放空。所以，这种安全阀可以随时由人工放空，而不管泵的压力大小。释放钮表示阀的开闭位置。压力的大小和压力准确度不受振动和压力波动以及阀操作的影响。这种阀的优点是可以无级调压，灵饱度高，零件动作灵活，阀跳开后泵压几乎可以立即降到大气压。这种阀的缺点是零件较多，结构较复杂，笨重等。尽管这样，在新泵设计上弹簧阀仍然广泛地被采用。重锤式安全阀曾用于油隔离泥浆泵上，但使用效果不如上述几种优越。油隔离泥浆系的安全阀可以装在空气室的上部或出料管道和油罐上部位置。当安全阀装在圆筒形空气室上部时，安全阀借助于空气室上部的压缩空气与泥浆隔开，从而可避免泥浆粘接在活塞上而影响安全阀的灵敏度。但圆筒形空气室上部位置较高，对于泄压后更换安全销或薄膜不方便。为此，有内油隔离泥浆泵的安全阀装在出料管道上。油隔离泥浆泵输送粗颗粒泥浆时，经常出现Z形管堵塞而引起油罐和活塞缸内压力突然上升，而发生意外事故。因此，将安全阀装在油罐上部，以保护油罐和活塞缸。为了加强油隔离泥浆泵的安全运转，可利用两个安全阀装在一台泵上。例如装在油罐上部和空气室上部，以保证泵的安全运转。另外，安全阀活塞的动作可以和电机相连通，当安全阀泄压的同时切断电机电源，使泵停止运转。6.2 安全阀设计与计算6.2.1销钉式安全阀安全阀活塞直径D（毫米）式中 Q泵的排量， V安全阀导液通路所允许的液体流速，要求米秒。安全销直径d（厘米）式中 d安全销直径，厘米； 泵平均工作压力，千克；压力不均匀度(即允许压力波动系数)D安全阀活塞直径，厘米；n销子个数；材料抗拉极限强度，千克/；将材料的极限强度折算成剪切强度极限T5的系数；安全销复杂阻力和限制安全销弯曲出现的挤压 应力等作用系数，当没有实验数据时可取=1 阀杆的静摩擦力，千克； 活塞和拉杆等部分重力；安全阀活塞冲击力式中活塞冲击力，千克； m阀杆质量， ；活塞在导液通路中行程，厘米；d活塞杆直径，厘米；活塞杆移动一个销子直径距离时所需要的时间，秒；活塞走距离时所需要的时间，秒；活塞走距离时所需要的时间，秒。6.2.2膜片式安全阀膜片的厚度S:（厘米）式中p膜片破裂时的压力，千克厘米；d安全阀壳内直径，厘米；材料的抗剪强度极限(千克)有色金属取=(0.6.8)；对由铜制成的膜片厚度S可由下式算出。 7用户手册7.1 操作7.1.1开车1)泵安装或大修后应检查各部润滑点是否已注满润滑油脂，润滑油泵运转是否正常可靠。2)利用传动大皮带轮，盘车一周检查泵的运行，无障碍时再空载运行十分钟，认为设备能正常运转后即停车，以备生产使用。3)关闭与泵有关的所有阀门，向油箱内注入隔离介质油(通常采用HV22汽轮机油或22号透平油)。4)盘车，将其中的一个活塞调节至活塞缸中间位置，再打开与该活塞缸相连接的两个油罐的油泥浆界面观察阀。5)稍开压力水阀向油罐内缓慢罐注水，至油泥浆界面观察阀溢出水后，再关闭高压水阀和关闭油泥浆界面观察阀。6)打开该油嘴顶部的供油阀和排气阀，由油箱向油罐内注入介质油。当介质油由排气阀的连接管溢出介质油时即行打开油泥浆界面观察阀，至介质油由观察间溢出时立即关闭观察阀，并再向油罐内注介质油直至介质油由排气管中溢出时，再关闭供油阀和排气阀。7)盘车使另一活塞缸的活塞调节至活塞缸的中间位置重复上述步骤，使油罐内的介质油和泥浆的界面调至油泥浆界面观察阀位置。8)当