畢業(yè)論文-工程用陶瓷油隔離泥漿泵設計（送全套CAD圖紙 資料打包）

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下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763摘要泥漿泵廣泛應用于礦山、水利、煤炭鉆井、石油等工業(yè)部門。它的工作條件極其惡劣，往往在高揚程、大流量的工作環(huán)境下輸送含有小顆粒的混合漿液，磨損情況十分嚴重。為了提高泵的耐磨性能，人們將耐磨材料應用于缸套等過流部件上，或者采用特殊的工藝方法對易磨損部位進行處理。這些措施取得了一定的效果，但是所采用的材料價格昂貴，工藝復雜，增加了泥漿泵的制造、使用成本，部分材料韌性不足，耐沖擊性較差，不能適應多變的工作環(huán)境，而且耐磨性也不是十分的好。因此，選用新材料，新工藝，成為解決問題的重要研究方向。工程陶瓷具有良好的耐磨性能，但是缺乏韌性是陶瓷的致命缺點。本設計將柱塞泵與隔膜泵相結合，用油將泥漿與活塞缸隔離開來，使活塞缸遠離惡劣的工作環(huán)境，從而提高其使用壽命，能以較低成本達到顯著改善泥漿泵耐磨性能的目的。同時，在缸套內壁使用工程陶瓷，進一步增加其耐磨性能。關鍵詞：泥漿泵 油隔離 磨損 使用壽命 缸套下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763AbstractMud Pump widely used in mining, water conservancy, coal drilling, oil and other industrial sectors. It's 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下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763目錄前言 ..................................................................................................................................................11 緒論 ...............................................................................................................................................11.1 油隔離泥漿泵在工業(yè)中的應用 .......................................................................................11.2 油隔離泥漿泵的特點和工作原理 ...................................................................................11.3 油隔離泥漿泵的結構和形式 ...........................................................................................32 油隔離裝置 ..................................................................................................................................62.1 油隔離裝置的結構 ............................................................................................................62.2 油— 泥漿界面的調節(jié) .......................................................................................................82.3 分界面的分離效果與油耗 .............................................................................................92.3.1 分界面的分離效果 .................................................................................................92.3.2 油耗 .........................................................................................................................92.4 油隔離裝置的設計與計算 ...........................................................................................102.4.1 油罐直徑與高度的確定 .......................................................................................102.4.2 油罐壁厚計算 .......................................................................................................103 Z 形管 ......................................................................................................................................123.1 Z 形管的結構和作用 ......................................................................................................123.2 z 形管在油隔離泥漿泵中的配置 ...................................................................................133.3 Z 形管的設計與計算 ......................................................................................................144 泵 閥 ........................................................................................................................................174.1 閥種類和結構 .................................................................................................................174.1.1 錐形閥 ...................................................................................................................174.1.2 球形閥 ...................................................................................................................214.2 泵閥的材料 ......................................................................................................................234.3 泵閥的破壞機理及提高閥壽命的途徑 ..........................................................................254.3.2 提高閥壽命的途徑 ...............................................................................................264.4 泵閥的設計和計算 .........................................................................................................294.4.1 閥的計算和基本理論 ...........................................................................................294.4.2 閥座設計與計算 ...................................................................................................325 穩(wěn)壓室 ......................................................................................................................................335.1 空氣式穩(wěn)壓室 ..................................................................................................................335.3 穩(wěn)壓室的計算 ..................................................................................................................395.3.1 預壓式球形空氣室 ...............................................................................................395.3.2 充氣式圓筒形空氣室 ...........................................................................................405.3.3 吸入空氣室 ...........................................................................................................416 安 全 閥 ................................................................................................................................426.1 安全閥的類型和結構 ...................................................................................................426.1.1 銷釘式安全閥 .......................................................................................................426.1.2 膜片式安全閥 .......................................................................................................446.1.3 彈簧式安全閥 ......................................................................................................44下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397636.2 安全閥設計與計算 .........................................................................................................466.2.1 銷釘式安全閥 .......................................................................................................466.2.2 膜片式安全閥 .......................................................................................................487 用戶手冊 .....................................................................................................................................497.1 操作 .................................................................................................................................497.1.1 開車 .......................................................................................................................497.1.2 運行 .......................................................................................................................507.1.3 停車 .......................................................................................................................507.2 維修 .................................................................................................................................517.3 動力端常見故障及處理 .................................................................................................52總結 ................................................................................................................................................54致謝 ................................................................................................................................................56參考文獻 ........................................................................................................................................57買文檔送全套圖紙 扣扣 4149516051前言泥漿泵是固液混合物水力輸送的關鍵設備，在石油鉆探、礦井、水利等行業(yè)都有廣泛的應用。泥漿泵主要用來輸送含有硬質顆粒的固液混合物。被輸送的固體顆粒在高速運轉的活塞缸中運動，泵缸在這種非規(guī)則運動的固液混合物中工作，經受強烈的磨損破壞。效率低下和磨損嚴重是泥漿泵長期存在的兩大難題，尤其是在硬質顆粒比較大時，泵的磨損問題更加突出，過流部件的使用壽命非常短暫，經常更換泵過流部件需要花費大量的資金和人力。近年來，我國對于在粒徑較小使用條件下的高效抗磨新型泥漿泵的研究、開發(fā)和推廣應用工作，已經取得了很大的進展，但是對在粗顆粒使用條件下的泥漿泵的研究、開發(fā)和推廣應用工作，其進展卻十分緩慢。本課題的研究主要是針對大流量，高揚程使用條件下而設計油隔離泥漿泵。研究的目的與意義在于：（1）通過使用新的結構、新的輸送方式來改變過流部件所處環(huán)境。（2）提高缸套及使用壽命，解決生產企業(yè)實際問題，減少泵件消耗，降低企業(yè)的生產成本，提高企業(yè)效益。（3）將成果應用于生產，轉化為生產力。本課題研究的主要內容包括油隔離裝置、閥件、穩(wěn)壓室、等的設計方法。由于缺乏設計的經驗，以及時間倉促。本論文中還存在不足之處，敬請各位老師指正，這將會對我以后從事設計、工作等都會有很大的幫助。謝謝指點。11 緒論1.1 油隔離泥漿泵在工業(yè)中的應用油隔離泥漿泵主要用礦漿和泥漿的長距離輸送和廠礦區(qū)內輸送。當前油隔離泥漿泵用于礦山輸送料漿長達 100 公里以上，較活塞泵有明顯的經濟效果。水泥廠的水泥窯喂料，氧化鋁生產中的高壓溶出器的供料，火力發(fā)電廠的煤灰輸送，礦井的尾礦回填和井下泥砂的排除，井下礦漿的提升，煉鐵廠高爐爐灰輸送和建筑工地的泥土輸送等，都在使用油隔離泥漿泵。實踐證明，油隔離泥漿泵與柱塞泵或活塞泵比較，在條件相同情況下使用油隔離泥漿泵將大大節(jié)省維修費用和檢修工作量。據日本三菱株式會社資料介紹，油隔離泥漿泵與一般活塞泵比較，在操作工人數和動力消耗費用相同情況下，易損件的材料費，油隔離泥漿泵只有 EMSCO 活塞泵的四分之一。我國某鋁廠將 YS—3 活塞泵改制成油隔離泥漿泵后，設備運轉率由 57％提高到98%，活塞桿和活塞缸套使用壽命由 5～7 天提高到 3 個月，每年每臺油隔離泥漿泵可節(jié)約幾萬元的維修費用。油隔離泥槳泵的優(yōu)越性越明顯。油隔離泥漿泵與離心泵比較，油隔離泥漿泵由于設備龐大，占地面積大、操作麻煩、投資高等原因，因而在短時間內尚顯示不出其優(yōu)越性。當操作壓力為 4 時，2千 克 /厘 米使用一臺離心泵比油隔離泥漿泵有利。壓力為 8 時兩臺離心泵串聯，油隔離2千 克 /厘 米泥漿泵使用 4 年以后才有利。壓力為 11 時離心泵三臺串聯，油隔離泥漿泵兩千 克 /厘 米年以后有利。壓力為 15 時離心泵需四臺串聯，油隔離泥漿泵 1.3 年以后有利，2千 克 /厘 米壓力為 18 時離心泵需 5 臺串聯，油隔離泥漿泵 1 年以后有利。由此可見，使2千 克 /厘 米用壓力越高，油隔離泵的優(yōu)越性越明顯。所以國內外對油隔離泵的應用越來越重視。日本、美國、英國、加拿大、俄羅斯和非洲很多國家都廣泛應用 。 1.2 油隔離泥漿泵的特點和工作原理油隔離泥漿泵是根據油的比重小于泥漿的比重，而且油和泥漿易于分離的原理，在活2塞泵的基礎上將活塞缸和閥箱之間增設了油和泥漿的隔離罐（簡稱為油箱）見圖 1—l。油罐上部與活塞缸相通，其下部是通過 Z 形管與閥箱相通。由于油罐內油比重較泥漿的比重小，所以油浮在泥漿上面，從而油罐內形成了油和泥漿的自然分界面，于是油和泥漿在油隔離泵中分成兩個系統(tǒng)，即由分界面到活塞缸內充滿油，由分界面到閥箱間充滿泥漿，并且隨著活塞的往復運動，其分界面也上下波動。當活塞往右運動時將油吸到活塞缸內，同時其分界面往上移動。與此同時．通過吸入閥將泥漿 吸到油罐下部。當活塞住左運動時，將吸人閥立即關閉，其分界面往下移動，并通過排出閥將泥漿送人排出管路中。圖 1-1 油隔離原理圖由此可見，油罐是油隔離泥漿泵的中心部件，也是油隔離泥漿泵與活塞泵的基本區(qū)別所在。在油罐內使油和泥漿分界面保持穩(wěn)定并防止乳化，是油隔離泥漿泵正常運轉的關鍵。油隔離泥漿泵是根據上述原理，油罐內油和泥漿直接接觸。雖然泵在長時間運轉過程中泥漿帶走一些油，但所造成油的損耗甚微，和泵本身性能相比基本可以忽略。為了減少油耗，利用油和泥漿的比重差，還可以采用浮板半隔離油和泥漿，也可以采用隔離液來隔離油和泥漿。圖 l-2 為用浮板隔離油和泥漿的裝置。為了使浮板恰好在油和泥漿的分界面上，浮板比重的大小必須界千油和泥漿購比重之間，即圖 1－3 為利用隔離液的一種隔離方式，其原理是在 U 形管內裝入隔離液體使油和泥漿不直接接觸。為此，隔離液體的比重必須大于油和泥漿的比重，目前我國生產的油隔離泥漿泵：主要是利用前一種原理，后兩種尚未得到應用。3圖 1—2 帶浮板的油罐 圖 1—3 U 形管隔離器實踐證明，油罐內油和泥漿分界面的穩(wěn)定性與泵的沖次、油的物理化學性能、油罐的幾何形狀及尺寸有關。 油隔離泥漿泵活塞的沖次不宜過高，一般不超過 60 次／分，通常采用 35～50 次／分。當泵的沖次超過 65 次／分時，罐內將會出現嚴重的乳化現象，使泵不能正常運轉。為了防止油和泥漿的混合，要求采用抗乳化性、抗堿蝕能力和防銹能力強的以及潤滑性、流動性好的介質油。實踐證明，有機油不能滿足上述婆求，最好是采用無添加物的優(yōu)質石蠟類無機油。例如透平油、變壓器油，以及冬季車用機油和 60 號機油。現在廣泛采用的是 20 號透平油，其油的比重為夏季用 =0.842，冬季閑 ＝0.79。油罐的??幾何形狀和尺寸直接影響油和泥漿的分離效果，其結構將在第六章詳細敘述。在實際油罐時，使油罐內分界面處的最大速度控制在比 0.1 米／秒左右，其上下波動量一般取 40～60毫米為好。為了使油隔離泵保持正常運轉，對被輸送的泥漿要求重量濃度小于 60%（體積濃度小于 40～50%） ，最大粒度不大于 3 毫米，最好是小于 1 毫米。另外，要求泥漿不易汽化，以免在油罐內增加氣體體積而降低泵的容積效率。 1.3 油隔離泥漿泵的結構和形式目前我國一些單位使用的油隔離泥漿泵，按其傳動方式可分為機械傳動、液壓傳動和蒸汽傳動三種。按活塞缸安裝方向則可分為臥式和立式兩種。其中機械傳動臥式油隔離泥4漿泵具有傳動力矩大、運轉可靠、操作方便等優(yōu)，因而應用最為廣泛 （見圖 1－4） 。 由圖 1－4 可見，油隔離泥漿泵主要由傳動裝置、活塞部分、油和泥漿分離裝置、閥箱和穩(wěn)壓室等幾個部分組成，油隔離泥漿泵傳動裝置的結構型式，在很大程度上決定泵的重量和外形尺寸。機械傳動結構型式具有設備重、體積大和投資高等缺點。相反，液壓傳動結構型式具有重量輕、體積小、投資少等優(yōu)點。目前使用的油隔離泥漿泵的機械傳動裝置，主要是由皮帶傳動和齒輪減速箱構成。皮帶傳動多半采用三角帶（國外也有采用平皮帶） ，減速箱齒輪采用人字齒，箱體結構有鑄造和焊接兩種形式。大齒輪兩側有相錯成 45°的偏心輪帶動連桿，連桿借助十宇頭帶動活塞桿使活塞往復移動。油隔離泥漿泵還設有 Z 形管。Z 形管是利用在直徑突變處形成的渦流來防止泥槳中的粗顆粒沉淀在油罐下部的橫管內。在泵檢修或下橫管堵塞時，打開油罐下部的排污口蓋形螺母（或排污旋塞）放出油罐和下橫管內的泥漿在 Z 形管的上橫管部分設有開車和清理管道時用的高壓水閥。泵閥具有使液體單向流動的作用。當活塞往右運動時，泥漿通過吸人閥被吸到油罐下部；當活塞往左運動時，將泥漿通過排出閥排到泵外。目前使用較多的泵閥為錐形閥和球形闊。為了減少泵的排量和壓力的波動，油隔離泥漿泵還裝設有空氣穩(wěn)壓室（簡稱空氣室） 。室氣室有吸入空氣室和排出空氣室兩種形式。在室氣室的上部裝設有安全閥，以防止泵的操作壓力超過泵的額定壓力時發(fā)生意外事故。立式和臥式油隔離泥漿泵相互比較，立式泵結構緊湊，占地面積及油耗都小，但設備立的高，給設備維修帶來一定困難。這種泵目前尚未得到廣泛的應用。液壓傳動與機械傳動油隔離泥漿泵相互比較，前者體積和重量都小，壽命長，投資少，無沖擊，壓力和流量波動小，易于實現無級變速自動控制和過載保護。但液壓傳動的設備制造精度要求高，安裝調試和維修都較復雜。5圖 1-4 油隔離泥漿泵62 油隔離裝置2.1 油隔離裝置的結構油隔離泥漿泵的油隔離裝置包括油罐、油箱、供油閥和排氣閥等四部分組成，見圖2—l 和圖 2—2。圖 2-1 油隔離裝置1-油罐；2-活塞缸；3-油箱；4- 供油閥；5-排氣閥；6-Z 型管油罐是借助于比重差將泥漿和油介質分開的分離器。油在罐的上部，泥漿在其下部。為觀測油罐的油泥界面，設有觀察窗。油罐內還設置了隔板和擋板，以減小油和泥漿進出口的紊流直接干擾分界面。為了使油泥分界面上下運動保持穩(wěn)定，裝沒了兩個圓形孔的篩板，圓形篩孔徑一般為 16 毫米。由于油罐內的油和泥漿直接接觸，所以油罐內的油自然要有一部分被泥漿帶走，同時泵運轉時由于泥漿的汽蝕和氣化而產生的氣體以及密封不嚴而近入油罐內的氣體，全部積聚在油罐頂部。這樣就使泵的容積效率降低，泵的排出量也隨之降低。為了及時彌補被泥漿帶走的油，應當注意及時排出油罐內的氣體。一般在油罐頂上裝設油箱、供油閥和排氣閥等裝置。7圖 2-2 油罐1-隔板；2-供油排氣閥；3-篩板；4- 油觀察閥； 5-界面觀察閥6-泥漿觀察閥；7-擋板；8- 篩板8圖 2—3 供油排氣閥1-閥體；2- 給油拉桿；3- 給油閥芯；4- 彈簧；5-擋栓；6-排氣閥芯供油閥(見圖 2—3)主要由閥體、給油拉桿、給油閥芯、彈簧等組成。當打開供油閥時，油箱內的油靠油塞在吸人行程時的負壓，克服彈簧 4 的壓力進入罐內。由于在給油閥芯和擋栓之間裝設彈簧，所以容易調節(jié)供油量，并且活塞在壓出行程時，借助彈簧的壓力，使給油閥芯很快被關死，以防止罐內的油回流到油箱中去。當打開排氣閥時，聚集在油箱上部的氣體靠活塞壓出行程的壓力，通過油箱排到大氣中。油罐側面與活塞缸相通，其底部與 z 形管連接，并有放料閥，以便檢修閥或 Z 形管堵塞時清理使用。2.2 油—泥漿界面的調節(jié)油罐內的油—泥漿界面的調節(jié)方法有人工調節(jié)和自動控制調節(jié)。人工調節(jié)主要是對油罐側面的三個閥和供油閥以及排氣閥進行手工操作，其方法如下：當油隔離泥漿泵運轉一段時間后，泥漿帶走一些油，使油罐內的油和泥漿分界面的位置往上移動，此時需打開供油閥，補充被帶走的油，使分界面的位置復原。當活塞在吸人行程時，將泥漿吸人油罐內，同時將油箱內的油也隨之被吸入油罐內。當活塞在壓送行程時，油罐內壓力逐漸增大，供9油閥借助于油罐內的壓力被關死，并油罐內油的體積增加使其分界面下移到界面閥位置時將供油閥關閉。當油罐內的頂部積聚的氣體增加至使泵的排量變小時，應及時打開排氣閥。排氣閥是依靠油罐內的壓力，將氣體通過油箱排出，并在乙烯軟管中觀察到排油時，立即將排氣閥關死。由于排氣和排礦漿夾帶損失一些油，因此必須及時給以補充。在生產過程中應經常觀察油—泥漿分界面的位置，以便及時調整共分界面。2.3 分界面的分離效果與油耗2.3.1 分界面的分離效果油隔離泥漿泵必須保證具有良好的分界面的分離效果，以減少油耗和維修費用。實踐表明，油罐的幾何形狀和尺寸以及活塞外次直接影響分界面的分離效果。如果上述幾個方面選擇不當就會增加油罐內油的消耗量，甚至在罐內出現嚴重的乳化現象，以至迫使泵不能正常運轉。2.3.2 油耗油隔離泥漿泵在運轉過程中，造成油的損失，主要有以下兩個方面原因：一是泥漿帶走一部分油，二是泵在維修和操作過程中漏掉一部分油。值得注意的是后者的損失比前者大。為了減少油耗，在油罐內可以采用浮筒或隔離膜(金屬膜或橡膠膜) ，以減少油和泥漿接觸來減少油的損耗。另外，延長閥的使用壽命，加強密封性能，防止 Z 形管堵塞等都可以減少油耗。油隔離泥漿泵油耗一般在 0.3—0.6 克油／米 3 礦漿。油隔離泥漿泵常用的隔離油為透平油、變壓器油、冬季則以車用機油、60#機油等礦物油。隔離油的選用主要是根據被排送泥漿的物料性質決定，目前廣泛使用的是 22#透平油。本設計也采用 22#透平油。102.4 油隔離裝置的設計與計算2.4.1 油罐直徑與高度的確定油罐直徑可按下式計算 (60ggnsDV??米 ）式中 ——油罐直徑，米；D——活塞直徑，米；S——活塞行程，米；N——活塞沖次，次/分;——分界面在油罐內最大速度（米/ 秒） 常取 0.08 0.13（米/秒）gVgV:當活塞沖次為 50 次/分時按下式計算5SD?油罐高度 可按下式計算gH(1.6~2)g在 式中，當分界面速度低時取下限值，速度高時取上限值。據計算以及查閱相關手冊可以確定油罐直徑為 =60cm 油罐高度為 =120cmgDgH2.4.2 油罐壁厚計算目前使用油隔離泥漿泵的廠礦較多，這些泵的運轉條件也大不相同，其中泵的操作壓力有的高達 160 千克／厘米 2 以上，溫度 95°C， pH 值達 14 等，經驗證明，對筒體來說操作壓力是計算油睹壁厚的主要依據。筒體的材料可選用 A3、16Mn 等。當泵的壓力較高時，要慎重地詳細計算，應考慮制造和使用上的不利因素，來決定油罐壁厚。油罐壁厚的11計算，包括筒體和封頭兩部分，計算程序如下。當油罐內壓力小于 100 千克／厘米 2 時，筒體壁厚按下式計算。 2sincosco()VVArArhlClC????????式中 S——筒體壁厚，毫米；P——設計壓力，千克／厘米 2；——筒體內徑，毫米； nD——材料的許用應力，千克／厘米 2。[]?2.當油罐內壓力大于 100（千克／厘米 2）時2[]nps???式中符號意義同上。經計算壁厚 s 為 2.5cm123 Z 形管3.1 Z 形管的結構和作用油隔離泥漿泵在油罐和閥箱間裝設有 Z 形管。Z 形管主要由上橫管、下橫管和擴大豎管組成。Z 形管結構特點是擴大豎管比上核管和下橫管都大。z 形管的作用是：1.當泥漿通過 Z 形管時，由于泥漿經過變徑的管道，泥漿擴大管內形成有一定強度的渦流，因而引起水力攪拌作用的遠動，從而防止或減少粗顆粒泥漿沉積在下核管內而堵塞。圖 3—1 Z 形管1-上橫管；2 一擴大豎管；3-下橫管2．Z 形管的擴大管可以降低泥漿的流速，從而防止或減少空與進入油罐內，可使油罐內的分界面上下移動平穩(wěn)。 133．由于擴大管內的體積突然增大，所以對泵的振動起緩沖作用。4．當更換閥箱內的易損件時，不會使油罐內的油通過閥箱流掉，又便于檢修．還可以減少油的損耗。由此可見，Z 形管是油隔離泥漿泵的重要部件。如不根據泥漿的性質來選擇適當的 Z形管尺寸，將導致 Z 形管的堵塞。 3.2 z 形管在油隔離泥漿泵中的配置目前 Z 形管在油隔離泥漿泵小的配置有兩種型式。一種是將 Z 形管設置在閥箱下方，（見圖 3—2） 。我國目前使用的油隔離泥漿泵均屬這種類型。另一種是將 Z 形管裝設在閥圖 3-2 Z 形管在閥箱下方14圖 3-3 Z 形管在閥箱上方箱的上部(見圖 3—3)。這種型式由于泥漿沉淀的方向與 Z 形管出口一致，所以大部分粗顆粒直接流入閥箱而會同泥漿同時排出，因而這種裝置型式的 Z 形管其作用更為明顯。尤其對比重和粒度都較大的泥漿，采用這種裝置型式較為合理。3.3 Z 形管的設計與計算一、Z 形管幾何形狀和尺寸計算1．下橫管直徑 D1對 z 形管的下橫管直徑 D1 的正確選擇是很重要的。如果選擇不當，當管內流速過小，在交變負荷的作用下其流速小于臨界速度時，將導致 z 形管堵塞。Z 形管下橫管管徑 D1 的選擇原則，是根據其管內流速，必須大于或等于該管內交變負荷的臨界流速 。下橫管直徑 D1 按下述步驟進行計算：初步確定下橫管直徑 1DQg?210.785cpDV??式中 ——折合到 Z 形管內的流量，即g2360Q??3/（ 米 秒 ）Q——泵的排量，米／時；當泥漿容積重量 n?＜1.25 噸／米 3 時，1369.5()'lkgvVDupK??:當 n?＞1．25 3噸 /米 時，15136509.5()' 2VlkgvPVDupKd?????::,式中 g?為泥漿的比重，D 為 z 形管的下橫管直徑(米)；u 為泥漿的中值粒徑 的的沉降速度 (米／秒)； 50d為中值粒徑( 毫米)； vP為礦漿體積濃度，K 為折減系數，一般取 K＝0.785。按上式計算結果必須滿足 cplkV?，然后取'1?2．擴大豎管直徑 2D，高度 H擴大豎管直徑 可取 13擴大豎管高度 H 可取 112~3.4D。3．上豎管長度 B15.2?經計算得出應用數據為Z形管幾何尺寸1D2HBA21D2H1BD數據 135 230 400 250 550 1.70 1.74 1.85二、Z 形管壁厚計算Z 形管一般由無縫鋼管焊成，也有鑄鋼鑄成的，其壁厚計算公式如下。 2[]pD???式中 p——設計壓力，D——Z 形管直徑，厘米；[]?——許用應力，式中 []?等于鋼材的抗拉極限 b?除以安全系數 bn，即[]b??,16bn一般取 5~8。經計算以及查閱相關手冊知 5m??174 泵 閥油隔離泥漿泵閥是一種保證液體單向流動的裝置。由于吸入閥和排出閥間歇動作，所以交替地將泵腔與吸入管線和排出管線連通或斷開，從而保證泥漿在泵內單向流動。泵閥是油隔離泥漿泵內的極為關鍵的部件，其工作性能的好壞直接影響泵的性能和工作的可靠性。泵閥是油隔離泥漿泵消耗量最多的易損件，是最薄弱的環(huán)節(jié)。因此延長泵的壽命對于提高泵的經濟效果有著極并重要意義。因此，近年來國內外為提高泵閥的壽命，在閥的破壞機理試驗、分析和閥的工作理論以及閥的計算等方面，做了大量的工作，正不斷試制出壽命長的新的閥結構和閥材料。4.1 閥種類和結構油隔離泥漿泵和活塞式往復泥漿泵的工作原理基本相同，因此對閥的要求和結構形式也基本相同。目前在油隔離泥漿泵上使用的泵閥的類型和結構不太多，但在活塞式往復泥漿泵上使用的泵閥的類型和結構繁多，這對改進油隔離泥漿泵的泵閥結構和材料提供了很多經驗和枝術資料。泵閥按結構可分為錐形閥、球形閥、碟形閥(見圖 4—1)。按閥組合個數可分為單閥和群閥。其中錐形閥用的最為廣泛，其次是球形閥。4.1.1 錐形閥 錐形閥主要由閥座、閥盤、閥彈簧、閥密封、導向機構、加固密封圈、閥蓋、閥箱等組成，見圖 4—2。1.閥座閥座是閥的重要零件，其結構形式和材料對閥壽命有很大影響。閥座外表面同閥箱的配合有兩種形式：一種是錐面配合(錐閥座結構) ，另一種是圓柱面配合 (直閥座結構)，見圖 4—3 錐閥座比直閥座易于保證閥座與閥箱錐孔間的配合緊度，從而減少了錐閥座在沖擊液流下所產生的跳閥座現象，還可以提高閥座與閥箱錐孔間的密封。另外采用錐閥座結18構可圖 4-1 閥的種類 圖 4-2 錐形閥a-碟形閥； b-錐形閥； 1-閥蓋；2-導向套；3-閥彈簧； c-球形閥 4-閥芯；5-鎖板；6-壓板；7- 閥橡膠密封圈；8-閥座；9- 導向機構以省去用來支承閥座的閥箱體上的臺階，從而可相應地減小閥箱的高度，以減少泵缸余隙容積而提高容積效率。錐閥座的缺點是要求加工精度高，維修時取出閥座較為團難。圓柱閥座雖然有加工方便、易取出等優(yōu)點，但不易保證密封性能，只適用于小型低壓泵上。2 閥密封圈閥的密封圈不但在閥關閉時閥盤對閥座的沖擊起緩沖作用，而且還起密封作用，從而提高了閥的使用壽命。實踐證明，閥密封圈的幾何形狀不但對閥座和閥體間密封性能有影響，而是對延長閥使用壽命也起很大作用。為了提高閥壽命，相繼出現了多種密封圈的幾19何形狀。密封圈安裝在閥盤上的結構：閥盤上部的密封圈的截面形狀有單錐面、雙錐面、圓截面、卷邊面、水滴狀等。3 導向裝置閥的導向裝置用來保證閥盤沿閥座軸線平穩(wěn)地上下運動，并平正地下落在閥座上，以獲得良好的密封性能。設計閥導向裝置時，應注意(1)能獲得良好的對中性能。(2)閥的有效過流斷面積盡可能大，有足夠的壽命，且易于維修。(3)有合適的導向間隙。其導向有上導向和下導向兩種。上導向型式一般采有桿式和無桿式。下導向有翼形導向和桿式導向兩種型式。.4 閥彈簧泵閥的彈簧是泵閥的主要零件。其特性和彈力的大小對泵閥的工作性能及閥的壽命有很大影響。在泵閥中經常用的彈簧有圓柱形和圓錐形兩種。圓柱形彈簧屬于不變剛性的彈資。它的直徑較小，剛性較大，制造容易，因而能滿足做為泵閥彈簧的基本要求，并已廣泛地被應用在泵閥上。但由于圓柱形彈簧鋼絲直徑比較小，對腐蝕性缺口敏感性較大，因而影響位用壽命。錐形彈簧屬于變剛性彈簧。內于錐形彈簧各圈旋繞比不同，所以各圈剛性不同。當閥盤上升時，其最大變形產生在直徑最大的工作處，當直徑最大的工作圈與彈簧支撐圈并合后，就不再參加工作，而其余的工作圈繼續(xù)變形，這時彈簧的工作圈數減少，彈簧的最大直徑也減小，彈簧剛性在變形過程中逐漸增大，相應地減輕了閥盤對閥蓋的沖擊力。當閥盤下落時反而剛性逐漸減弱，同時也減輕了閥盤對閥座的沖擊力。所以，錐形彈簧比圓柱形彈簧更能滿足泵閥的工作特性。在設計錐形彈簧時必須控制彈簧的預壓縮量，使彈簧的轉折點位于泵閥的開閉過程中，否則彈簧的變剛性特性效果不明顯。錐形彈簧尺寸較大，加工麻煩。5 加固密封圈結構加固密封圈主要有鎖緊機構和螺母結構。20圖 4—3 是鎖緊結構。鎖板 l 由半圓形鋼板制成，并借助閥芯的構槽，壓緊壓板 2 而加固密封圈。利用 O 形密封圈或螺釘將鎖板固定在壓板上，以防止閥盤運動時鎖板脫開。圖 4—4 是用螺母壓緊的密封圈。實踐證明，這種結構型適用于高壓泵，并且拆卸方便。為了加強密封圈的密封性能，在閥芯的上錐面上加工成凸緣或水線(圖 4—22a 和 b)，以橡膠壓緊，使泥漿不易漏到夾層中去。圖 4-3 用鎖板壓緊密封圈 圖 4-4 用螺母壓緊密封圈1-鎖板； 2-壓板；3-密封圈 a-突緣；b- 水線6 閥蓋閥蓋是易損件，需要經常更換。因而，要求閥蓋耐高壓和不漏失以及拆裝方便。閥蓋是經常拆卸的構件，其類型繁多。起初閥蓋和閥體是采用螺栓連接，但由于螺栓連接拆卸不方便，現在一般不采用這種結構，目前的常用的閥蓋與閥體之間的連接有矩形(或梯形)螺紋連接。214.1.2 球形閥目前球形閥在油隔離泥漿泵上使用的越來越廣泛，因為球形閥在工作中可不斷地自行改變閥座與球形閥的接觸位置，所以大大延長了球形閥的使用壽命。圖 4—5 是球形閥的結構。閥球在導向套簡內運動，用限制器 4 來限制閥球向上運動的最上端位置。閥球 2 有實心鋼球(圖 4—6a)、空心鋼球(圖 4—6b)橡膠鋼芯球( 圖 4—6c、d)等多種。實心鋼球一般用在小流量泵上，而大流量泵為了減輕閥球的重量幾乎都采用空心鋼球。實踐表明，橡膠鋼芯球比純鋼球耐磨性能強，使用壽命長。目前在低壓泵上，橡膠鋼芯球的壽命達 2000 小時以上。圖 4-5 球形閥1-密封圈； 2-閥球；3-導向套筒；4- 限制器； 5-閥座值得注感的是，橡膠鋼芯球的橡膠外皮和鋼芯間結合方式直接影響閥球的使用壽命。22圖 4—27c 結構，在閥球下落時由于閥球和閥座間發(fā)生很大沖擊，所以外皮和鋼芯間容易產生滑移，并導致外皮開裂而停止使用。圖 4—27d 的鋼芯表面制出了很多構槽，使橡膠外皮和鋼芯之間結合得比較牢固，防止了上述現象，提高了閥壽命。圖 4-6 閥球密封圈的硬度應大于肖氏 80 度，最好為 88—98 度，而最適宜的材料是采用聚氨基甲酸酯。閥密封圈在預壓后，其內徑應處于閥球直徑到閥球直徑加 1／32 英寸的范圍內，同時使密封圈的水平中心線剛好與閥球水平中心線對齊(當閥處于關閉位置時) 。這樣，當閥關閉時就能依靠閥上的高壓使密封圈在閥球上產止變形而實現密封，而不是靠閥球推壓密封圈實現密封。為此必須使閥球在工作時能在密封圈孔內作自由滑動。此外，閥球與密封23圈孔之間的微小間隙還具有從閥球表面刮下固體顆粗的作用，使之不存留在上述兩者表而間而損壞密封圈。4.2 泵閥的材料閥的材料及共制造工藝件能，對閥的壽命有很大影響。閥的主要零件有密封件、閥座和閥盤以及閥彈簧。泵閥密封件的材料應該具有較高的彈性模量、足夠的硬度、強度和耐腐蝕等。此外，在滿足其工藝性能的條件下，應具有最小的殘余變形。常用的閥密封材料有丁脂橡膠、氯丁橡膠、聚胺酯橡膠、硬聚氯乙烯、聚四氟乙烯、尼龍 6、尼龍 1010 等，丁腈橡膠具有較成的耐磨、耐油、耐熱性能，并且價格較低，在低壓泵中廣泛被采用。聚胺能橡膠比丁脂橡膠具有更為良好的韌性和耐磨性能，目前已被廣泛采用。但聚胺酯橡膠在高溫和高濃度堿性介質中工作時，其性能顯著降低。目前開始采用 MC 尼龍密封圈，可顯著地提高閥的使用壽命，因而廣泛地被應用。尼龍密封圈具有以下幾個優(yōu)點：1．具有較好的化學穩(wěn)定性，在泥漿中對酸、堿、油等介質有良好的抗腐蝕和抗老化能力。2．尼龍彈性模數比鋼小得多(尼龍 423.610/?千 克 厘 米 ，鋼 62.10/?千 克 厘 米 )，在一定的應力條件下，相對的有較大的變形，能吸收較大的碰撞能量，并具有較大的耐磨性能，大大延長了閥的壽命。3．尼龍受熱后質地較軟，尤其在外力作用下，能有較大的變形。因此，除了具有良好的密封作用外，對泥漿中的顆粒(如鐵屑、砂粒) 有良好的嵌入性，大大改善了閥的工作條件。4．尼龍閥門比鋼芯閥門結構簡單，重量輕，更換容易。閥芯和閥座材料有45、50、40Cr、20Cr、40CrMo、40CrNi2MnA、20CrMnTi、20CrMnMo，3Crl3、35CrNi2、1Crl8Ni9Ti、2Crl8Ni9、NiCrMo、Crl7Ni2 等，種類繁多，但其中常用的材料是45、40Cr、20CrMo 等。24據分析，閥盤和閥座工作表面的金屬微觀組織和硬度，對閥的壽命影響很大。如果閥工作錐面的金屬組織內含有軟的鐵素體，則當閥盤下落在閥應上時，在閥盤和閥座接觸面之間有磨礪性顆粒的地方，將使金屬表層產生凹痕和剝落，從而加速閥的破壞。若僅在閥盤工作錐面的上部邊緣為屈氏馬丁體組織(其深度為 0．6 —0．8 毫米) ，而在其它地方均存有大量殘余鐵素體時其閥壽命也很短。如整個工作表面為屈氏馬丁組織，不存在殘余鐵素體時，其閥的壽命比較長。閥盤和閥座金屬表面硬度一般在 HRC56 以下，但個別泵閥已經達到 HRC 70 以上。用 50、40Cr、20Cr、15CrNi2 、CrNi3 鋼制造閥時，可采用滲碳處理。其工作表面可用高頻淬火或整體淬火，其淬火深度達 2—4 毫米，表面硬度在 HRC 50—55 以上。用 40Cr 制造閥時，由于淬火后其表面組織內易存有殘余鐵素體，易于滲碳處理。40CrMo 采用火焰淬火后可獲得良好的效果，35crNi2 經整體淬火后，其硬度可達HRC49—52。30CrMo ，35CrMo 經滲碳淬火后，滲層深度在 l 毫米以上， 硬度HRC57—6l，芯部硬度 HRC34—45。NiCrMo 經滲碳淬火后，滲碳層為 1.5 毫米，硬度為HRC60—65，芯部硬度 HRC95。實踐證明，提高閥件的硬度是延長閥壽命的很重要途徑。泵閥彈簧常用的材料有以下幾種1．優(yōu)質碳