[工學]乳化液柱塞泵結構設計畢業設計說明書-資料下載頁

　　

【正文】 非常必要的技術保證。在現在的工程技術中，活塞泵是最廣泛應用的運動單元。在水力活塞泵中、不良的潤滑比在液壓中更可能發生，在水力系統中，首要的目標就是對在活塞泵和活塞馬達中用原水做為壓力介質的研制開發。為了解決利用原水做為潤滑劑所能遇到的問題，一些重要的滑動副像汽缸體，配流盤，活塞，缸徑，旋轉斜盤，滑塊支座等應該被加以重視。水力活塞泵（馬達）在許多發達國家都已經被開發，像美國、英國、日本、德國、芬蘭等。泵和馬達是有明顯區分的，英國的沼澤公司已經開發了一種使用原水的擁有固定排水量的軸流泵，其中泵和馬達都是旋轉斜盤型。軸承的中心和單元的扭矩定中心被設計在同一線上，其目的是為了使受壓后配流盤活塞的傾斜減到最小。全部的摩擦面都使用不銹鋼的聚合體接觸面。一種應用陶瓷活塞的適應性泵已經成功地把壓力實現到14Mpa，它的外殼是就是用不銹鋼制成的。徑向活塞泵在德國的研制開發下，已經擁有了固定的排水量。泵的設計主要是基于應用新的和非傳統的材料，因此一套獨立的潤滑系統對于泵來說不可缺少的，所以那些泵的工作介質和工業水都可以作為一種潤滑劑。典型泵的額定值是：流速達到242l／min,p壓力達到32MPa。在丹麥那種有高壓泵軸的泵是基于旋轉斜盤的運動規則設計成為一成套的機組。全部的摩擦表面像圓柱面、止推板，活塞等都使用增強塑料或者是不銹鋼，因而通常被單獨地制造。為了避免腐蝕，泵的外殼和凸緣都是由鉻鎳特種合金和特種黃銅所制成，而泵也要設計成為能夠便于活動部件利用水本身所能保持的潤滑。要想確保泵擁有較強的使用壽命，泵的所有部件都要用抗腐蝕的材料制成，當泵的壓力是16Mpa時，軸向活塞泵也能夠當作標準的馬達使用，并且它也能被應用于普通的自來水和海水中。當泵的壓力是21 Mpa時，它的使用壽命為8000 小時左右。在高水位流體水力十年來的研究和開發之后，從1990到今天由中國國家科學基金會贊助，在華中科技大學進行的一種新的海水液壓支架的研究和發展計劃正在進行。最近，一種新型的帶吸力套管的海水水力活塞泵已經被開發了。許多的研究都集中在了新材料、結構、以及大量的實驗上，而這些也都將在此作以特別的介紹，同時水壓技術在一些方面的應用也將被詳細描述。1．水力液壓系統軸向活塞泵圖表1顯示了海水液壓系統軸向活塞泵的示意圖，它是一種帶有穩定排水量的軸向旋轉斜盤式七位活塞泵，并且工作介質是海水或者是原水，這種機泵的額定值是:流量可達到40l／min,最大壓力可達到14MPa，一般工作壓力為10MPa。帶有軟密封的核對閥的輸入和輸出都與各自地活塞運動有關，在活塞組的吸入沖程過程中，水是從符合校核標準的進氣口真空吸入的，然后再充滿活塞組左邊的側面間隔。在活塞組的排放沖程過程中,水是通過排泄閥的出口排出的。為了改善軸承的潤滑，泵的驅動機構是使用油來潤滑的，并且活塞右側邊的儲油器是通過利用充填帶封條繞在各個活塞上，才使得其與工作容積的側面是分開的。所以，軸承和旋轉斜盤滑動摩擦副都是采用油潤滑的。活塞和汽缸徑的摩擦是使用原水進行潤滑的。圖1 海水軸向活塞泵示意圖當用原水做為潤滑劑時，由于原水的化學活性和較低的粘性，不良的潤滑和較高的蒸氣壓以及材料的選擇和應用等因素在決定水壓系統泵的壽命中發揮著重要的作用。泵前后的外殼和汽缸組都是由經過陽化處理的鋁混合物所制成。活塞和汽缸襯筒分別是由不銹鋼和增強聚合物所制成。進水閥和放水閥的密封件是由聚四氟乙烯所制成，并且管閥上的軟密封件是由青銅色的不銹鋼所制成。為了減少表面的磨損，應該使用具有較低摩擦系數的材料，尤其是一些新的聚合體，與帶有水膜的鋼相比，高分子聚合體擁有非常低的摩擦系數，與鋼和礦物油磨擦系數相比，~。近年來，在液壓泵和馬達中，高分子聚合體通常被用來作為其滑動部分。2．實驗性2．1實驗設備為了調查這種泵的功能，需要進行實驗性地研究。試驗泵是由電動機驅動的。為了研究這種由電子操縱臺來調整和控制的泵在不同的抽吸轉動中的功能，安全閥的應用是必不可少的，并且可用來保護此體系，節流閥就被用作加載單元，冷卻劑用來控制體系的溫度，而全液壓式元件通常是根據我們的需要所設計的。2．2試驗方法測試的方法如下：無論是原水（純自來水）或海水（模擬海水）能被當做壓力介質來使用。其中模擬海水可以依照美國的標準來制成，見表1。試驗的主要特征可敘述如下：a 負載壓力應校準到 14MPa。 轉速可以完全地變到1000r/min.3 當速度到達穩定之后，壓力和流速應被記錄。4 液體培養基的溫度應控制在 20～40攝氏度范圍內圖2 實驗裝置簡圖表1 海水含量 %2．3試驗步驟這個試驗的目的是確定容積效率的變化，對于泵來說,壓力和速度的曲線,就像真空進口率和流率的特性曲線一樣。通常容積效率是用來描述某一泵的性能。它可描述如下： =100℅是容積效率，Ｑ是實際流量，單位時間的平均供給量，單位是l/min，Q是理論流量，單位時間的平均供給量，單位是l/min 。系統壓力可以通過水路的節流來校準，不斷變化的流量可以改變泵的外部壓力。負載壓力應該由0逐漸增加到14MPa。3．結果與討論3．1結果從流量表中，我們可以觀察到，有效流量率是在一個相對小的范圍內起伏的，觀測數據的平均數是經過計算并將其作為最后的結果，在三種速度狀況（1000r／min,750r／min,500r／min）下，容積效率是壓力的函數，如圖3所示，有效容積效率，在泵中也是壓力的函數，如圖4所示。3．2討論海水泵的容積效率隨著負載壓力的變化而變化，它的穩定范圍在82% 到85%.最終，在恒等的情況下，低載的泄露能夠達到典型液壓油的40倍，因為水的粘性是海洋水的1/50。這樣就能很快地降低海水泵的容積效率。因此海水泵容積效率的提高也是泵設計中的一個關鍵性問題。q=其中Ｑ是通過間余縫隙的滲漏，是間余縫隙厚度、是流體密度、v是流體運動粘性、是壓力, L是間余縫隙長度，d是直徑。 圖3 容積效率和系統壓力的測試特性曲線 圖4 流速和系統壓力的測試特性曲線如果我們想要得到和液壓油同樣的流速，那么間余縫隙（比如活塞／汽缸的分界面）就將被減少大約70%左右，比如說，厚度大約在5~40。這將會導致與其相配合的材料的表面粗糙度較高，,并且帶有嚴重的機械磨耗。同時也會引起高速度流過較小的余隙,而導致在配合面上的流體侵蝕，這被稱作為拉絲。很顯然，這是不實際的。,如果轉速降低到1000r/min 或者750r/min時，~。4．應用在嚴格的試驗之后，海水泵就能夠成功地應用于深潛的緊急復原循環系統。在水力體系中，大量的應用優勢已經被逐漸地研究和發展。以下所論及的應用明確的顯示了水壓技術已不再被局限于靜止的應用。4．1海洋勘探工程當海水水力體系用于海底控制系統時，電源和海水泵應該放置在工作地點的附近，并要求有唯一的地表電功率。對于流動的和返回的液壓的流體將不再需要，并且昂貴的遠程控制體系也是不需要的，而最后的利潤也是相當的明顯。4. 2冶金工業和采礦在高溫和采礦的應用中，材料的不可燃性具有極為重要的作用。在冶金工業（變頻器、熔爐和鋁加工）中，通過利用水壓技術代替傳統的耐火的液壓技術，塑料加工設備、核工業和煤礦中的動力, 不僅可避免火險的發生，也可以減少操作費用和環境的污染。4．3造紙業 相當新的發展被用來制造造紙機的橫電磁波噴射切削系統，而造紙機所造的紙的邊緣毫無疑問是被快速而平坦地切斷。傳統的方法是采用鋼切削，由于它的不可靠性以及諸多的利害關系，使得現在用射流的方法來進行切削。換句話說，主要問題是金屬切削磨損相當快，并且必須經常替換，而可供選擇的方法就是用射流切削。80MPa切削法已經在芬蘭得以發展，而目前這在我們市場上是見不到的。在瑞典有一種很有趣的帶有水壓技術的移動式應用操作。說得更精確些那是廢料的包裝卡車，那種廢料卡車是一種日常的操作車輛，并且那液壓系統必須設計成工作溫度在露天溫度的零下10度到零上40度之間。而自來水里只含有35%的丙二醇，所以這種流體被劃分為是對人和環境無危害的一類。5更深一步的研究5．1 泵（馬達）一種新型中低壓力的軸向活塞泵（馬達）在現今仍然在發展階段。它的活塞數是四的倍數（通常是8,12,16,20或24），而活塞一般放置在泵（馬達）軸的周圍。閥是由內部的水力分配器和活塞組所組成，而這些三向的柱形閥做成的旋轉斜盤一般是旋轉的。在正常的自來水和原水中，泵也可以當做馬達來用，那種被叫做活塞閥的閥門系統有許多的設計優勢，它沒有旋轉部分并且當它被用作馬達時不會有新增的轉動慣量。由于雜質在瓣膜區內只是受到剪切，所以它有很高的污垢耐受度。，所以它有很低的啟動力，這種閥的另一優勢就是它允許用凹的和直的軸結構，因為在泵中心的下面沒有任何的機械裝置。它可以利用信息系統所支持的幾乎任何大小的軸承。它是一種在海水和原水中都可使用的帶有安裝排量的旋轉斜盤式的軸向八位活塞泵（馬達）。這種泵所有的軸承、活塞、沖刷式的滑動表面都是油潤滑的，并且是通過密封的活塞組與排水面隔開的，所以對于泵中的許多接觸點處的潤滑是有很多好處的。在泵（馬達）的設計中，為了選擇合適的材料和計算參數，一架磨耗試驗裝備可以被用來評價流體匹配材料的潤滑性能。在本質上，它是帶有孔道分流閥的單個活塞旋轉斜盤泵。這種試驗裝置的額定值是: ／r,壓力可達到 21MPa。轉速可達到2000r/min. 它可用于測試不同流體的不同的潤滑性質。例如海水、原水和礦物油等等。一系列的預初試驗的研究工作已經開始利用這臺試驗裝備。泵中的三個關鍵的潤滑地帶（汽缸組／活塞／旋轉斜盤）在今天也仍然在發展之中。在水壓系統泵（馬達）的結構設計中，選材和優化結構參數都是非常重要的。6．綜述水壓技術是一種可以被用于多種場合的多用途的技術。這也使得它在開發和研制方面成為一個很有前景的技術領域。在水力液壓技術系統中,第一個目標就是要開發利用原水當做壓力介質的活塞泵和活塞馬達，不良的潤滑、磨損和腐蝕在水力活塞泵（馬達）中比在油壓的系統中更有可能發生，所以，材料的選擇，結構與制造的優化應被認為是在機泵（馬達）設計中的關鍵問題。與此同時，在泵（馬達）中，對于摩擦副的實驗性的研究經驗應該為水壓系統軸向活塞泵和馬達的設計和發展提供好的幫助。現代的水壓系統技術仍然是全新的，間而言之，對于制造方法中的大量問題應該予于解決，因而才可得到更為廣泛地電力傳輸應用。61