（机械工程专业论文）高稠度介质半成品上料输送装置的研究.pdf

高稠度介质半成品上料输送装置的研究 摘要 为解决高稠度半成品上料难的问题，研制了一种用于化妆品行业 半成品上料充填的输送装置。该装置与化妆品半成品输送工艺相结合， 在气缸自降过程中，依靠隔膜泵的自重和隔膜泵活塞的往复运动，将 半成品输送到料斗中。与传统的输送装置或输送泵相比，所研制的半 成品上料输送装置具有原理独特、新颖、输送流量大，而且能保证半 成品输送前后的物性值基本保持一致等优点，是解决化妆品行业高稠 度半成品送料难的有效设备。本文的主要工作如下： 第一章阐述目前国内外高稠度半成品上料设备的现状，针对工厂 在半成品灌装过程中存在的主要问题，提出制作半成品自动上料装置 的目的和意义。 第二章阐述了实现半成品自动上料的三种方案，通过实验和比较 分析，最终选择设计制作专用的半成品上料装置。 第三章阐述了半成品上料装置的工作原理及结构设计。 第四章阐述了半成品上料装置的控制系统设计。 第五章阐述了半成品上料装置的安装调试与实验研究。 第六章是总结与展望。 关键词：半成品上料输送装置，泵，气缸，高稠度 一 塑垩三些奎兰三堡堡主堂垡堡苎 s t u d yo nc o n v e y i n gd e v i d ef o rh i g h - c o n s i s t e n c y s e m i p r o d u c t s a b s t r a c t t os o l v et h e p r o b l e m o f c h a r g i n g a n d f i l l i n g t h e h i g h c o n s i s t e n c ys e m i p r o d u c t si nt h ec o s m e t i ci n d u s t r y ，ak i n d o fc o n v e y i n gd e v i c ei sd e v e l o p e d c o m b i n e dw i t ht h ec o n v e y i n g t e c h n i q u e s o fc o s m e t i cs e m i p r o d u c t s ，t h ep r o p o s e d d e v i c e t r a n s p o r t st h es e m i ，p r o d u c tsi n t ot h eh o p p e rb ym e a n so ft h e g r a v i t yo fd i a p h r a g m a t i cp u m pa n dt h er e c i p r o c a t i n gm o t i o no f t h ep u m pp is t o nd u r i n gt h ed e s c e n dw o r k i n gc y c l eo fap n e u m a ti c c y l i n d e r c o m p a r e dw i t ht h ec o n v e n t i o n a lt r a n s p o r t a t i o nd e v i c e o rp u m p ，i ti su n i q u ei nd e s i g n i n gp h i l o s o p h ya n dh a sal a r g e d e li v e r y c a p a c i t y m o r e o v e r ，i t a l s oh a s t h ea d v a n t a g eo f ：h ei d e n t i c a l) e c i f i c a t i o no ft h es e m i )ductssustaining t h e1 d e n t l c a s p e c l1 c a t l o no i t i l e s e m l - p r o o u cs a f t e rb e i n gt r a n s p o r t e d i ti sa ne f f i c i e n td e v i c et os o l v et h e t o u g h p r o b l e mo fh i g h c o n s i s t e n c ys e m i p r o d u c t s t r a n s p o r t a t 。 i o ni nt h ec o s m e t i ci n d u s t r y t h ew o r ki nt h i sa sf o l l o w s t h ef i r s tc h a p t e re l a b o r a ti o na tp r e s e n tt h ed o m e s tica n d f o r e i g nh i g ht h i c k n e s sh a l f 。f i n i s h e dp r o d u c tc h a r g i n ge q u i p m e n t p r e s e n ts i t u a t i o n ，f i l l s i nv i e wo ft h ew o r k s h o pi nt h e n 浙江工业大学工程硕士学位论文 h a l f - f i n i s h e dp r o d u c ti n s t a l l st h em a i nq u e s t i o nw h i c hi nt h e p r o c e s se x is t s ，p r o p o s e st h em a n u f a c t u r eh a l f f i n i s h e dp r o d u c t a u t o m a ticc h a r g i n ga n df illi n gi n s t a ll m e n tg o a la n dt h e s i g n i f i c a n c e s e c o n dc h a p t e re l a b o r a t e dt h er e a l i z a t i o nh a l f 。f i n i s h e d p r o d u c t a u t o m a t i c c h a r g i n g t h r e ek i n do fp l a n s ，t h r o u g h e x p e r i m e n t sa n dc o m p a r a t i v ea n a l y s i s ，t h ef i n a lc h o i c ef o rt h e p r o d u c t i o no fs e m i f i n i s h e dd e s i g no nt h ed e v i c e t h et h i r dc h a p t e re l a b o r a t e dt h eh a l f f i n i s h e dp r o d u c t h i g h q u a l i t yg o o d s i n s t a l l m e n tp r i n c i p l eo fw o r ka n dt h e s t r u c t u r a ld e s i g n t h ef o u r t hc h a p t e re l a b o r a t e dt h eh a l f 。f i n i s h e dp r o d u c t h i g h q u a l i t yg o o d si n s t a l l m e n tc o n t r o ls y s t e md e s i g n t h ef i f t h c h a p t e r e l a b o r a t i o nh a l f f i n i s h e dp r o d u c t c h a r g i n gi n s t a l l m e n ti n s t a l l st h ed e b u g g i n ga n dt h ee x p e r i m e n t a l s t u d y s i x t hc h a p t e ri st h es u m m a r ya n dt h ef o r e c a s t k e yw o r d s s e m i - m a n u f a c t u r e dg o o d st r a n s p o r t a t i o nd e v i c e ， p u m p ，a i rc y li n d e r ，h i g ht e x t u r e i i i 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙 江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明 的法律责任。 作者签名：云l j 声民日期：力谚年b 月多日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密圈。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 毒1 3 声艮 别磁轹喝易码 日期：少刀年莎月；日 日期：歹矽易年易月弓日 浙江工业大学工程硕士学位论文 第一章绪论弟一早三；酉了匕 j 。露 ，奠 裂罄髯 。二j 鬯： 浙江工业大学工程硕士学位论文 l u t z 泵还有下面的特点： 1 兼有搅拌器和泵的双重功能：处理粘性乳液、悬浮液或者悬浮物的用户在 处理介质之前，必须对其进行搅拌或使其均匀化。然而，你怎么搅拌储存在有桶 口的2 0 0 升油桶内的流体呢? 对于传统搅拌机来说，这个开口太小了。l u t z 公司 有能够同时搅拌并抽送流体的装置。可以使用这些泵来搅拌流体，不存在把这些 流体输送到生产工艺之前必须把它们输送到另一个容器的不便。 2 桶泵套装几乎适用于所有用途：一旦为一种具体应用选择了适当的泵，必 须有适当的配件( 与耐久性、安全有关的部件) 。为了能够更容易地选择，l u t z 公司提供用于最重要用途的桶泵套装。为了保证很高的可靠性和安全性，所有单 个部件都能与所使用的的介质兼容。可以在1 0 个不同的套装中选择，能够很容易 找到合适的套装。 二、日本株式会社七呷少少口少罗世一匕久生产的水二歹工二岁卜上料装置乜1 ， 它将柱塞泵立式固定在机架上，通过气缸下降时施加的压力将介质挤压到柱塞泵 的工作部位，然后由柱塞泵将介质输送到料斗中。 1 型号为s r 一1 6 0 m 2 0 4 0 6 0 d a l 永y 7 p 口1 ：空压动作式的升降装置，装有1 6 0 型的空压泵，用于2 0 0 l 料缸的上料装置。油灰、粘着剂、润滑脂等用配管集中供 给、适用于使用量大等场合。升降装置通过切换开关就可升降，可以方便的实现 料缸之间的切换。 图卜3s r 一1 6 0 m 2 0 4 0 6 0 d a l 求y 7 2 型号为s r 一2 3 0 m 2 0 4 0 6 0 d w a l 承y 7n 1 ：将2 3 0 型的空压泵装在固定架上， 依靠空气的压力上下运动，用于2 0 0 l 料缸的上料装置。2 3 0 型的泵吐出量多，可 以将高粘稠度的物料抽动；或者通过配管，可以同时多个出口使用的场合等、在 短时间内得到供应量足而且稳定的场合最适用。 升降装置采用坚固的门型，即使是2 3 0 型规格的泵的重量，通过操作控制箱的 切换开关就可以简单的提起，而且可以实现下降和加压的功能。 浙江工业大学工程硕士学位论文 但l 幻1i l r c l l 矗 图卜4s r 一2 3 0 m 2 0 4 0 6 0 d w a l 承y7 p 上述两类输送装置在食品工业企业、医药制造企业等领域得到了广泛的应用； 但在化妆品生产企业，由于化妆品半成品的特殊性，在经过输送装置前后必须保 证半成品自身的物性值基本一致，上述两类输送装置不能很好的保证这一要求。 1 。2 工场在半成品灌装过程中存在的主要问题 主要问题点： 1 洗颜霜高稠度半成品上料 2 水剂产品灌装时的滴漏 3 水剂产品灌装时的气泡 4 液体面膜灌装时的气泡 表1 - 1 ：半成品灌装过程中存在的问主要题分析 n o问题点迫切性重要性节约金额综合频度 1洗颜霜高稠度半成品上料33393 8 2 水剂产品灌装时的滴漏 32166 3 3水剂产品灌装时的气泡22158 3 4液体面膜灌装时的气泡2l141 0 0 备注： 3 ：表示( 迫切性、重要性和节约金额等) 高 2 ：表示( 迫切性、重要性和节约金额等) 中 1 ：表示( 迫切性、重要性和节约金额等) 低 问题点的排列图： 浙江工业大学工程硕士学位论文 题。 图1 - 5 问题点排列图 通过排列图，我们可以明显的看出洗颜霜高稠度半成品上料是最急需解决的问 1 3 制作半成品自动上料装置的目的和意义 目的：实现高稠度半成品的自动上料， 意义：降低了操作员工的劳动强度， 且半成品的物性值不受影响 由原来的手工上料转变成上料装置自动上 料； 自制设备成本低，采购设备成本高，节约了投资成本； 通过自身制作，提高了自身的技术知识和能力。 4 0伯加如加竹似 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 浙江工业大学工程硕士学位论文 第二章方案的选定 2 1 背景 目前高丝生产的洗颜霜类产品当中，部分产品稠度很高，特别是到了冬天天 气冷的时候，稠度值很低，现有的泵就无法实现上料。如果通过员工手工来上料 的话，不但劳动强度高，而且半成品不够均一，灌装出来的半成品的内容量也不 稳定，给灌装和数据管理带来不便。 根据2 0 0 5 年统计数据，稠度较高的半成品种类和数量如下： 表2 一l ：稠度较高的3 品半成品数量统计 序号品名 内容量( g )数量( 个)重量( k g ) lf c f a y 1 0 0 5 7 2 2 55 7 2 2 5 2f c f n y1 0 07 6 3 3 57 6 3 3 5 3f c f h y1 0 07 6 0 3 17 6 0 3 1 从以上数据表可以看出，高稠度的半成品不仅种类多而且数量多，迫切需要 找到一种方法来解决上料难的问题。 2 2 问题的解析 图2 - 1问题分析鱼刺图 浙江工业大学工程硕士学位论文 从以上鱼刺图可以看出： 材料方面：类似f c f n y 的半成品稠度高，流动性差； 人方面：手工操作不仅不顺手，而且劳动负荷高； 方法方面：用瓢将半成品舀到料斗当中，速度慢，操作不方便； 机器方面：现有的泵动力太小，输送不了这么高稠度的半成品。 2 3 对策方案 通过分析，我们得出以下对策方案： 2 3 1 方案1 ：半成品进行3 5 - - 一4 0 。c 热烘处理 繁 纛；辫 隧? 影誓镧 舟 匕捌 越 醛 图2 - 2 半成品热烘 方案说明：将装有半成品的不锈钢桶推到保温室，保温室温度设定为3 5 - - 4 0 ，放置一段时间，等半成品温度也达到较高温度再拿去灌装。 方案实验分析：对几品稠度较高的洗颜霜产品的热烘处理，并且进行了数据 记录。 表2 - 2 ：热烘前后温度对比一览表 产品名称热烘前温度热烘后温度热烘时间 边缘温度中心温度 b f c v j y 1 5 72 4 21 9 23 小时 b - f c f h y 1 6 42 3 71 8 83 小时 b - f c f n y1 6 82 4 61 9 53 小时 方案缺点：热烘后，桶内各位置的半成品温度不均一，靠桶壁的比较高， 靠中心的比较低。 热烘时间不易控制，如果热烘过头，半成品的品质和稳定性会受到影响。 数据管理人员操作不方便，每次上料之前增加了一个作业环节。原本可以 直接用于生产；现在要热烘好之后再用于生产。 浙江工业大学工程硕士学位论文 2 3 2 方案2 ：返回乳化锅中搅拌 ； 、 i 图2 - 3 返回乳化锅再生 方案说明：人工将半成品锹到乳化锅当中重新搅拌，搅拌后再拿去灌装。 示意图： 图2 - 4 再生过程 方案实验分析：1 将半成品桶通过升降台运送到乳化锅的工作平台。 2 用锹将桶中的半成品锹到乳化锅中，开启乳化锅，搅拌半成品。 3 半成品搅拌好后出料。 表2 3 ：f c v j l 等3 品实验数据记录 品名稠度值半成品重量 规格值搅拌前搅拌后搅拌前搅拌后 f c v j y1 2 0 3 0 9 8 1 4 51 4 71 3 1 f c f h y2 2 8 4 01 9 62 6 41 8 61 7 1 f c f n y1 3 0 5 08 91 7 61 6 91 5 5 备注：稠度值的数值越大，半成品越稀；数值越小，半成品越稠。 采用该方案会产生： ( 1 ) 人工费增加金额： 每返回乳化锅中搅拌一次需2 名员工，花费1 小时左右，人工费单价1 2 5 元 人时。 由此增加的人工费为： 1 2 5 2 i = 2 5 0 元 浙江工业大学工程硕士学位论文 ( 2 ) 半成品损耗金额： ( 搅拌前重量一搅拌后重量) 木半成品单价( 以f c f h y 为例) = 1 5 1 8 4 3 = 2 7 6 4 5 元 方案缺点：需人工将半成品锹到乳化锅当中，劳动负荷和成本高、强度大。 搅拌时，对稠度值不好把握，可能会将半成品搅拌的过稀。 半成品损耗大。 2 3 3 方案3 ：设计制作专用的半成品上料装置 图2 - 5 专用的半成品上料装置 方案说明：通过设计制作新的半成品上料装置，将半成品输送到料斗当中。 优点：i 可以较好地实现半成品上料； i i 半成品的品质不会受影响。 2 4 三种对策方案的比较和选定 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 骥 7 ，。臻 鬃 一繁 雾罄 l w ；w l ；：瓤 ：鬻7 1 二 劳动强度可操作性 半成品均一性 方案i ( 热烘) 方案2 ( 回锅) 方案3 ( 专用设备) 图2 - 63 种方案比较 对方案1 、2 和3 ，通过劳动强度、可操作性和半成品均一性等三方面的比较， 我们可以看出： 浙江工业大学工程硕士学位论文 方案3 与方案1 和2 相比，具有较低的劳动强度、很好的可操作性和半成品 均一性的优点。 通过比较，最终选定方案3 。 2 5 方案3 的2 种实现方法 2 5 1 方案3 的2 种实现方法介绍 方法l ：使用提升机。 方法说明：使用提升机，将半成品桶提升到料斗的高度，然后将半成品刮到料斗 当中。 工作 炯 图2 - 7 提升机 方案实验分析： 1 将半成品桶用提升机上的抱箍抱紧，开始向上提升，如上图a 位置所示。 2 当上升到料斗高度时，提升机停止，将半成品桶的口子向下方向翻转，如上图 b 位置所示。 3 将桶中的半成品扒到料斗当中，用于灌装。 浙江工业大学工程硕士学位论文 试验报告如下： 鱼篷塞主羹垄塾验壑鱼塞 批准审核起草 品名 升降机上料试验试验名运输试验试验次数第1 次 目 确认升降机能否实现半成品上料。 的 使用使用材使用机 半成品 b f c f n y升降机 料 器 结 升降机可以实现半成品上料，但还需进一步改善才能满足正常生产的要求。 论 1 软管机的料斗高度为1 9 0 米，半成品桶半径0 3 米，因此升降机的最低高度要求 为2 2 米。 现有的升降机高度为2 0 米，需改善或另购解决。 结 2 车间天花板的高度偏低，如若采用升降机提升上料，需改善。 3 如果半成品的粘度较高，流动性差，上料时还需要制作相应的工具，手工将半成 果 品从桶送到料斗中。 4 上料操作人员的操作空间需要做改善，目前情况下没有操作人员合适的操作位置。 考 1 。升降机提升过程中的安全性，一、二百公斤半成品桶提升到2 米的高度，是否能够 保持稳当，要做充分的检讨。 察 ( 附属资料) 卑 1 旋转盘尺寸太小，当料桶中半成 无 口 品较多，旋转时就需要很大的力 处 ( 试验日 口日 开才能转动；适当增大旋转盘尺寸 置 2 0 0 5 0 2 2 2 发解决。 担2 旋转盘安装位置要做调整，便于 方 ( 试验者) 当 桶提升后倾倒时操作方便。 见3 料斗的高度要做调整，可适当放 法 解低。 浙江工业大学工程硕士学位论文 缺点：将2 0 0 公斤的半成品桶提升到2 米多的高度，才能达到灌装机料斗的高 度，操作安全性差。 半成品粘度高，手工不易将半成品刮到料斗当中，可操作性较差。 提升机太笨重，需要2 人才可以操作。 方法2 ：设计制作专用半成品上料装置，将半成品输送到料斗当中。 图2 9 专用的半成品上料装置 优点： 粘度高的半成品，可以顺利地输送到料斗当中，可操作性好。 数据管理员的劳动负荷明显降低，内容量管理更便利。 泵采用新的装拆方法，装拆所需时间也降低了。 2 5 2 方案3 的2 种实现方法比较 _ i - _ i糜 二糜 劳动强度可操作性安全性 图2 - 1 02 种实现方法比较 通过比较，我们可以看出：方法2 比方法1 劳动强度低、可操作性和安全性明 显要好。 选定方法2 。 n v n v o u o n u n u n u n v o 9 8 7 6 5 4 3 2 1 浙江工业大学工程硕士学位论文 第三章半成品上料装置的工作原理及结构设计 3 1 半成品上料装置的工作原理 半成品上料输送装置是将隔膜泵立式固定在机架上，通过气缸自降时隔膜泵 自重产生的压力将半成品挤压到泵的口子部位，然后由隔膜泵将半成品打到料斗 当中。机架装有两气缸和气动控制系统，气动控制系统控制气缸的上下运动，有 上升、强降和自降功能。 工作时，先通过气动控制系统将气缸上升，将隔膜泵上升到比桶高i o c m 的高 度，之后将半成品桶放在隔膜泵的正下方，然后打开气动控制系统的自降开关，让 隔膜泵沿桶壁下降。由于是自降，当到达半成品液面高度时，变会因半成品的阻 力停止下降。此时打开隔膜泵的空压开关，半成品便会随着隔膜泵内活塞的往复 运动沿管壁输送到料斗当中。在打料的过程中，气动控制系统一直处于自降状态， 桶中的半成品输送到料斗中多少隔膜泵便下降多少高度，直到桶中的半成品输送 由 兀。 该装置主要是通过隔膜泵如1 和机架的有效结合，来达到半成品上料输送的目 的。如下图3 - 1 所示： 鹳 图3 1隔膜泵工作过程图解 隔膜泵通过压缩空气的作用使活塞左右往复运动，实现半成品的供料输送。 3 2 半成品上料装置的结构设计 原始设计参数： i 半成品不锈钢桶高9 0 0 m m ，内径5 6 0 m m 2 半成品稠度值 b - f c v j i ：规格值1 2 0 3 0 b - f c f h y ：规格值2 2 8 4 0 b - f c f n y ：规格值1 3 0 5 0 3 2 1 泵的选择 3 2 1 1 泵的定义 泵1 的定义：通常把提升液体、输送液体或使液体增加压力，即把原动机的机 囊。糕。弧ry盘 浙江工业大学工程硕士学位论文 械能变为液体能量从而达到抽送液体目的的机器统称为泵。 3 2 1 2 泵的发展历程 泵是输送液体或使液体增压的机械。它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。泵主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、 悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。 水的提升对于人类生活和生产都十分重要。古代就已有各种提水器具，例如 埃及的链泵( 公元前1 7 世纪) ，中国的桔槔( 公元前1 7 世纪) 、辘轳( 公元前1 1 世 纪) 和水车( 公元1 世纪) 。比较著名的还有公元前三世纪，阿基米德发明的螺旋杆， 可以平稳连续地将水提至几米高处，其原理仍为现代螺杆泵所利用。 j 。： ： 7 i + 一。 7 ：- 1 r， 。 t !，： 、_ 孓、* ? jo 。j 。l _ ， 。十一j 一：一。一、j 。羹 _ ：三 、。j - 一，一t o _ 一 - 、一 ，。：一c i j 。 图3 - 2 古代提水器具 公元前2 0 0 年左右，古希腊工匠克特西比乌斯发明的灭火泵是一种最原始的 活塞泵，已具备典型活塞泵的主要元件，但活塞泵只是在出现了蒸汽机之后才得 到迅速发展。 1 8 4 0 - - - , 1 8 5 0 年，美国沃辛顿发明泵缸和蒸汽缸对置口3 的，蒸汽直接作用的活 塞泵，标志着现代活塞泵的形成。1 9 世纪是活塞泵发展的高潮时期，当时已用于 水压机等多种机械中。然而随着需水量的剧增，从2 0 世纪2 0 年代起，低速的、 流量受到很大限制的活塞泵逐渐被高速的离心泵和回转泵所代替。但是在高压小 流量领域往复泵仍占有主要地位，尤其是隔膜泵、柱塞泵独具优点，应用日益增 多。 回转泵的出现与工业上对液体输送的要求日益多样化有关。早在1 5 8 8 年就有 了关于四叶片滑片泵的记载，以后陆续出现了其他各种回转泵，但直到1 9 世纪回 转泵仍存在泄漏大、磨损大和效率低等缺点。2 0 世纪初，人们解决了转子润滑和 密封嘲等问题，并采用高速电动机驱动，适合较高压力、中小流量和各种粘性液 体的回转泵才得到迅速发展。回转泵的类型和适宜输送的液体种类之多为其他各 类泵所不及。 利用离心力输水的想法最早出现在列奥纳多达芬奇所作的草图中。1 6 8 9 年， 法国物理学家帕潘发明了四叶片叶轮的蜗壳离心泵。但更接近于现代离心泵的， 则是1 8 1 8 年在美国出现的具有径向直叶片、半开式双吸叶轮和蜗壳的所谓马萨诸 塞泵凹3 。1 8 5 1 , - - - 1 8 7 5 年，带有导叶的多级离心泵相继被发明，使得发展高扬程离 心泵成为可能。 浙江工业大学工程硕士学位论文 尽管早在1 7 5 4 年，瑞士数学家欧拉就提出了叶轮式水力机械的基本方程式， 奠定了离心泵设计的理论基础，但直到1 9 世纪末，高速电动机的发明使离心泵获 得理想动力源之后，它的优越性才得以充分发挥。在英国的雷诺和德国的普夫莱 德雷尔等许多学者的理论研究和实践的基础上，离心泵的效率大大提高，它的性 能范围和使用领域也日益扩大，已成为现代应用最广、产量最大的泵。 3 2 1 3 泵的种类和工作原理 泵口2 1 通常按工作原理分容积式泵、动力式泵和其他类型泵，如射流泵、水 锤泵、电磁泵、气体升液泵。泵除按工作原理分类外，还可按其他方法分类和命 名。例如，按驱动方法可分为电动泵和水轮泵等；按结构可分为单级泵和多级泵； 按用途可分为锅炉给水泵和计量泵等；按输送液体的性质可分为水泵、油泵和泥 浆泵等。 容积式泵是依靠工作元件在泵缸内作往复或回转运动，使工作容积交替地增 大和缩小，以实现液体的吸入和排出。工作元件作往复运动的容积式泵称为往复 泵，作回转运动的称为回转泵。前者的吸入和排出过程在同一泵缸内交替进行， 并由吸入阀和排出阀加以控制；后者则是通过齿轮、螺杆、叶形转子或滑片等工 作元件的旋转作用，迫使液体从吸入侧转移到排出侧。 容积式泵在一定转速或往复次数下的流量是一定的，几乎不随压力而改变；往 复泵的流量和压力有较大脉动，需要采取相应的消减脉动措施；回转泵一般无脉 动或只有小的脉动；具有自吸能力，泵启动后即能抽除管路中的空气吸入液体； 启动泵时必须将排出管路阀门完全打开；往复泵适用于高压力和小流量；回转泵 适用于中小流量和较高压力；往复泵适宜输送清洁的液体或气液混合物。总的来 说，容积泵的效率高于动力式泵。 卜泵缸 2 一活塞 3 一活塞杆 4 一吸入阀 5 一排出阀 图3 - 3 往复泵 动力式泵靠快速旋转的叶轮对液体的作用力，将机械能传递给液体，使其动能 和压力能增加，然后再通过泵缸，将大部分动能转换为压力能而实现输送。动力 式泵又称叶轮式泵或叶片式泵。离心泵是最常见的动力式泵。 1 4 浙江工业大学工程硕士学位论文 动力式泵在一定转速下产生的扬程有一限定值，扬程随流量而改变；工作稳 定，输送连续，流量和压力无脉动；一般无自吸能力，需要将泵先灌满液体或将 管路抽成真空后才能开始工作；适用性能范围广：适宜输送粘度很小的清洁液体， 特殊设计的泵可输送泥浆、污水等或水输固体物。动力式泵主要用于给水、排水、 灌溉、流程液体输送、电站蓄能、液压传动和船舶喷射推进等。 其他类型的泵是指以另外的方式传递能量的一类泵。例如射流泵是依靠高速 喷射出的工作流体，将需要输送的流体吸入泵内，并通过两种流体混合进行动量 交换来传递能量；水锤泵是利用流动中的水被突然制动时产生的能量，使其中的 一部分水压升到一定高度；电磁泵是使通电的液态金属在电磁力作用下，产生流 动而实现输送；气体升液泵通过导管将压缩空气或其他压缩气体送至液体的最底 层处，使之形成较液体轻的气液混合流体，再借管外液体的压力将混合流体压升 上来。 3 2 1 4 泵的打料试验n 纠们和效果比较 i 齿轮泵n 纠们及其工作原理 齿轮泵的概念是很简单的，即它的最基本形式就是两个尺寸相同的齿轮在一 个紧密配合的壳体内相互啮合旋转，这个壳体的内部类似“8 字形，两个齿轮装 在里面，齿轮的外径及两侧与壳体紧密配合。来自于挤出机的物料在吸入口进入 两个齿轮中间，并充满这一空间，随着齿的旋转沿壳体运动，最后在两齿啮合时 排出。 在术语上讲，齿轮泵也叫正排量装置，即像一个缸筒内的活塞，当一个齿进 入另一个齿的流体空间时，液体就被机械性地挤排出来。因为液体是不可压缩的， 所以液体和齿就不能在同一时间占据同一空间，这样，液体就被排除了。由于齿 的不断啮合，这一现象就连续在发生，因而也就在泵的出口提供了一个连续排除 量，泵每转一转，排出的量是一样的。随着驱动轴的不间断地旋转，泵也就不间 断地排出流体。泵的流量直接与泵的转速有关。 实际上，在泵内有很少量的流体损失，这使泵的运行效率不能达到1 0 0 ，因 为这些流体被用来润滑轴承及齿轮两侧，而泵体也绝不可能无间隙配合，故不能 使流体1 0 0 地从出口排出，所以少量的流体损失是必然的。然而泵还是可以良好 地运行，对大多数挤出物料来说，仍可以达到9 3 - 9 8 的效率。 对于粘度或密度在工艺中有变化的流体，这种泵不会受到太多影响。如果有 一个阻尼器，比如在排出口侧放一个滤网或一个限制器，泵则会推动流体通过它 们。如果这个阻尼器在工作中变化，亦即如果滤网变脏、堵塞了，或限制器的背 压升高了，则泵仍将保持恒定的流量，直至达到装置中最弱的部件的机械极限( 通 常装有一个扭矩限制器) 。 对于一台泵的转速，实际上是有限制的，这主要取决于工艺流体，如果传送 的是油类，泵则能以很高的速度转动，但当流体是一种高粘度的聚合物熔体时， 这种限制就会大幅度降低。 推动高粘流体进入吸入口一侧的两齿空间是非常重要的，如果这一空间没有 填充满，则泵就不能排出准确的流量，所以p v 值( 压力流速) 也是另外一个限制 因素，而且是一个工艺变量。由于这些限制，齿轮泵制造商将提供一系列产品， 即不同的规格及排量( 每转一周所排出的量) 。这些泵将与具体的应用工艺相配合， 以使系统能力及价格达到最优。 浙江工业大学工程硕士学位论文 p e p i i 泵的齿轮与轴共为一体，采用通体淬硬工艺，可获得更长的工作寿命。 “d 型轴承结合了强制润滑机理，使聚合物经轴承表面，并返回到泵的进口侧， 以确保旋转轴的有效润滑。这一特性减少了聚合物滞留并降解的可能性。精密加 工的泵体可使“d ”型轴承与齿轮轴精确配合，确保齿轮轴不偏心，以防齿轮磨损。 p a r k o o l 密封结构与聚四氟唇型密封共同构成水冷密封。这种密封实际上并不接触 轴的表面，它的密封原理是将聚合物冷却到半熔融状态而形成自密封。也可以采 用r h e o s e a l 密封，它在轴封内表上加工有反向螺旋槽，可使聚合物被反压回到进 口。为便于安装，制造商设计了一个环形螺栓安装面，以使与其它设备的法兰安 装相配合，这使得筒形法兰的制造更容易 p e p - - i i 齿轮泵带有与泵的规格相匹配的加热元件，可供用户选配，这可保证 快速加温和热量控制。与泵体内加热方式不同，这些元件的损坏只限于一个板子 上，与整个泵无关。 齿轮泵由一个独立的电机驱动，可有效地阻断上游的压力脉动及流量波动。 在齿轮泵出口处的压力脉动可以控制在1 以内。在挤出生产线上采用一台齿轮 泵，可以提高流量输出速度，减少物料在挤出机内的剪切及驻留时间，降低挤塑 温度及压力脉动以提高生产率及产品质量。 齿轮泵打料试验报告如下： 批准审核起草 下沙技术课发行日2 0 0 5 0 3 11 品名 试验名 齿轮泵打料试验试验次数第1 次 目 通过试验，确认使用齿轮泵能否实现高稠度半成品的上料，经过泵打之后的 的半成品稠度值是否还在规格值以内。 使用 b - f c f n y使用材料 使用机器齿轮泵 半成品 结论齿轮泵可以实现高稠度半成品的上料，泵打之后稠度值在规格值以内。 结1 f c f n y 的半成品稠度高、流动性差，使用齿轮泵打料，半成品在打料前后的稠 度值基本没有发生变化，还是在f c f n y 的标准规格值以内。 果2 半成品的出料流速较慢，只有1 5 l m i n 。 考察 1 从保证半成品不被( 附属资料) 污染的角度来看，最无 1 齿轮泵虽然可以实现半成 处 好不采用齿轮泵。寻( 试验日 产品开品的上料，但是安装比较复 置 找其它的更洁净的2 0 0 5 0 3 10 发担当杂，而且由于是采用齿轮变速 泵。 见解箱，可能会有油渗漏，污染半 方 法 ( 试验者) 成品。 浙江工业大学工程硕士学位论文 表3 1 ：齿轮泵打料试验数据记录 齿轮泵流量( l r a i n ) 半成品物性值( 泵打之后) 稠度值流动性 1 1 51 5 6 适中 21 61 6 4 适中 31 41 6 3 适中 平均值 1 5 1 6 1 备注：f c f n y 稠度值低( 规格值1 3 0 5 0 ) ，流动性差。 i i 1 u t z 泵及其工作原理 l u t z 插桶泵：l u t z 模块化设计的插桶泵用于低粘度液体的输送。材质的多样 性可适用于输送酸碱溶液，腐蚀性液体、易燃易爆液体、有机溶剂或中性液体。 也有特殊设计的r e 泵管可将桶完全泵空，减少原材料和产品的浪费。m p 搅拌泵将 搅拌器和输送泵合而为一，减少设备投资。 驱动方式有电动和气动。模块化的设计，马达和泵管可以任意的互换，减少投资 成本。 多种多样的配件，使l u t z 插桶泵可以满足几乎任何工业用途。 主要由马达和泵杆两部分组成，两者通过手轮连接，可以任意拆装组合。根 据应用情况的不同，可分为四类分别介绍： a 实验室b 2 泵：主要用于小批量的低粘度的酸碱液体的输送。有p p 和不锈 钢两种材质和6 5 0 及1 0 0 0 m m 两种长度并有充电型。可灵活使用于无电源场合。可 配用流量表进行输送计量。 b 低粘度泵：l u t z 模块化设计的插桶泵用于低粘度液体的输送。材质的多样 性可适用于输送酸碱溶液。腐蚀性液体，易燃易爆液体，有机溶剂或中性液体， 也有特殊设计的r e 泵管可将桶完全泵空，减少原材料和产品的浪费。m p 搅拌泵将 搅拌器和输送泵合而为一，减少设备投资。驱动方式有电动和气动，模块化的设 计。马达和泵管可以任意的互换，减少投资成本。多种多样的配件，使l u t z 插桶 泵可以满足几乎任何工业用途。 c 中粘度泵：适合输送中粘度液体：5 0 0t o4 0 0 0p a s 输送液体输率可达2 0 l m i n 压力可达4 b a r ，单相马达2 3 0 v 5 0h z ，重量较轻，易清洗，适合输送食品 级化妆品等原料。 d 高粘度泵：l u t z 螺杆泵，用于中高粘度液体的输送，可柔和的输送高粘度 液体而不会造成对液体的剪切力。可用于食品、油漆、化妆品、树脂等粘稠液体 的输送。高粘度泵本身具有防爆型，设计的紧凑和简单化，使得l u t z 螺杆泵易于 拆卸和完全的清洗。选用3 1 6 不锈钢材质和卫生级的密封结构可用于食品和制药 等卫生要求的场合。 表3 - 2 ：l u t z 泵打料试验数据记录 l u t z 泵流量( l m i n )半成品物性值( 泵打之后) 稠度值流动性 l1 62 1 2 太稀 21 71 9 8 太稀 31 8 2 0 6 太稀 平均值1 72 0 5 3 3 浙江工业大学工程硕士学位论文 l u t z 泵打料试验报告如下： 鱼羹生彦垫垄堇墼塑鱼塞 批准 审核起草 品名|试验名l u t z 泵打料试验试验次数第1 次 目 通过试验，确认使用l u t z 泵能否实现高稠度半成品的上料，经过泵打之后 的 的半成品稠度值是否还在规格值以内。 使用 半成品 f使用材料使用机器l u t z 泵 结 论 l u t z 泵可以实现高稠度半成品的上料，泵打之后半成品稠度值太稀，不在规格值以内。 结 f c f n y 的半成品稠度高、流动性差，使用l u t z 泵打料，半成品在打料之后变的很 果 稀，半成品稠度值超出f c f n y 的标准规格值。 产1 不能使用l u t z 泵( 附属资料) 口 处 上料。无 口日 开1 l u t z 泵易安装，可以实现半成品 置 ( 试验日) 发的上料，但是半成品经过泵打之后 2 0 0 5 0 3 21 担 物性值发生了很大变化，稠度值超 方 当 标变成了不合格的半成品。( 试验者) 见 法 解 气动隔膜泵及其工作原理 气动隔膜泵m 3 是一种新型输送机械，是目前国内最新颖的一种泵类。采用压 缩空气为动力源，对于各种腐蚀性液体，带颗粒的液体，高粘度、易挥发、易燃、 剧毒的液体，均能予以抽光吸尽。 气动隔膜泵其有四种材质：塑料、铝合金、铸铁、不锈钢。隔膜泵根据不同 液体介质分别采用丁晴橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、聚四六乙烯。以 满足不同用户的需要。安置在各种特殊场合，用来抽送种常规泵不能抽吸的介质， 均取得了满意的效果。 一、气动隔膜泵适用场合 由于气动隔膜泵具有以上特点，所以在世界上隔膜泵自从诞生以来正逐步侵 入其他泵的市场，并占有其中的一部分。如：喷漆、陶瓷业中隔膜泵已占有绝对 的主导地位，而在其他的一些行业中，像环保、废水处理、建筑、排污、精细化 工中正在扩大它的市场份额，并具有其他泵不可替代的地位。气动隔膜泵的优势 在于： l 、由于用空气作动力，所以流量随背压( 出口阻力) 的变化而自动调整，适 合用于中高粘度的流体。而离心泵的工作点是以水为基准设定好的，如果用于粘 度稍高的流体，则需要配套减速机或变频调速器，成本就大大的提高了，对于齿 轮泵也是同样如此。 浙江工业大学工程硕士学位论文 2 、在易燃易爆的环境中用气动泵可靠且成本低，如燃料、火药、炸药的输送， 因为：第一、接地后不可能产生火花；第二、工作中无热量产生，机器不会过热； 第三、流体不会过热因为隔膜泵对流体的搅动最小。 3 、在工地恶劣的地方，如建筑工地、工矿的 废水排放、由于污水中的杂质多且成分复杂，管路易于堵塞，这样对电泵就 形成负荷过高的情况，电机发热易损。气动隔膜泵可通过颗粒且流量可调，管道 堵塞时自动停止至通畅。 4 、另外隔膜泵体积小易于移动，不需要地基，占地面极小，安装简便经济。 可作为移动式物料输送泵。 5 、在有危害性、腐蚀性的物料处理中，隔膜泵可将物料与外界完全隔开。 6 、或是一些试验中保证没有杂质污染原料。 7 、可用于输送化学性质比较不稳定的流体，如：感光材料、絮凝液等。这是 因为隔膜泵的剪切力低，对材料的物理影响小。 二、气动隔膜泵工作原理 1 、压缩空气为动力。 2 、是一种由膜片往复变形造成容积变化的容积泵，其工作原理近似于柱塞泵。 3 、工作原理图示 黼 磁 图3 4 流体填满b 室 空气经由气阀压缩进入膜片a 之背面，由膜片挤压液室。此种以空气驱动的 方式可免除一般活塞驱动之机械应力，从而显著的延长膜片的寿命。在压缩空气 将膜片a 推离中心体之前，另一端膜片b 同时被连结之中心轴拉向中心体，此时 膜片b 背面之空气由出口排向泵体外。此时使b 室形成真空状态，因此能靠外面 大气压力之作用将流体由入口支管将球阀使流体能自由地进入b 室直至填满。 图3 - 5 流体填满a 室 浙江工业大学工程硕士学位论文 当受空气挤压之膜片a 达到其位移极限时，空气阀会将空气引导至膜片b 之 背面，同时形成挤压力而使其推向中心体，同时将连结的膜片a 拉回中心体，此 时膜片b 之驱动所产生的液压将入口球阀推向阀座，同时将出口球阀推离阀座使 流体能被挤压而从出口排出泵体外。膜片a 被拉回中心体这个动作使a 室形成真 空状态，因而能靠大气压力作用将流体由入口支管将阀球推离阀座而进入a 室直 至充满。 蕊 图3 6 循环泵送 当膜片之运动完成时，空气阀再次引导空气至膜片a 之背面，同时膜片b 做 空气排放动作。在泵回复到原启动状态时，泵内的两个膜片各自完成了一个空气 排放或流体排放的过程。这构成了一个循环泵送过程。依使用状况，泵通过数次 完全的循环泵送动作而使泵达到自吸状态。 由于隔膜泵工作原理的特点，因此隔膜泵具有以下特点： ( 1 ) 泵不会过热：压缩空气作动力，在排气时是一个膨胀吸热的过程，气动 泵工作时温度是降低的，无有害气体排出。 ( 2 ) 不会产生电火花：气动隔膜泵不用电力作动力，接地后又防止了静电火 花 ( 3 ) 可以通过含颗粒液体：因为容积式工作且进口为球阀，所以不容易被堵。 ( 4 ) 对物料的剪切力极低：工作时是怎么吸进怎么吐出，所以对物料的搅动 最小，适用于不稳定物质的输送 ( 5 ) 流量可调节，可以在物料出口处加装节流阀来调节流量。 ( 6 ) 具有自吸的功能。 ( 7