淺析往復式活塞隔膜泵液壓系統的主要特性和設計

摘要：往復式活塞隔膜泵是在往復式活塞泵的基礎上研制成功的一種先進的料漿輸送設備。通過增加隔膜室橡膠隔膜，將礦漿與油介質分隔開來，克服了因活塞泵運動部件與料漿直接接觸導致其缸套、活塞密封件易磨損的缺點，成為輸送高磨礪性、高腐蝕性料漿的新一代往復式活塞隔膜泵，目前，在冶金、煤化工、建材、電力等行業得到了廣泛的應用。該隔膜泵的設計、制造涉及機械、液壓、電子及橡膠等多學科技術。其中液壓系統是保證隔膜泵正常運行的關鍵所在。本文概述往復式活塞隔膜泵液壓系統的主要組成部分及分類，介紹其功用、原理和特點；論述其工作特性和設計要點，重點介紹往復式活塞隔膜泵的核心技術——推進液系統的工作原理。

關鍵詞：隔膜泵；推進液系統；工作原理

1液壓系統結構及其工作原理

1.1液壓系統結構

隔膜泵液壓系統按結構分，主要包括：動力源部分、控制部分、輔助部分及出口壓力脈動補償器充氣裝置（見圖1）。動力源部分由推進液油泵電機組和沖洗油泵電機組構成；控制部分由兩位兩通閥組、二位三通電磁閥組、壓力變送器組件三部分組成；輔助部分包括：氣動三聯件、蓄能器、濾油器、油箱、管路及儀表等。

1.氣動三聯件組件2.工作壓力表3.出口壓力脈動補償器充氣裝置4.推進液油泵電機組5.空氣壓力表6.二位三通電磁閥組件7.卸荷閥8.推進液壓力表9.推進液濾油器10.沖洗油泵電機組11.兩位兩通閥組12.壓力變送器組件13.蓄能器14.沖洗濾油器

隔膜泵液壓系統按工作特性又可分為三個獨立系統，即推進液系統、沖洗系統和出口壓力脈動補償器充氣裝置。其中推進液系統是整個液壓系統的重要組成部分。

1.2液壓系統工作原理

1.2.1推進液系統工作原理

其正常工作狀態是：通過空氣壓縮機持續供氣，二位三通電磁閥處于常開狀態，氣體進入兩位兩通閥閥體上腔，作用于小隔膜上，通過壓縮小隔膜，使補油閥密封塊與單向閥、排油閥密封塊與噴嘴緊密閉合。當檢測單元補油信號發生器發出隔膜腔內需要補油信號時，補油端二位三通電磁閥關閉，氣體泄掉，推進液系統壓力（壓力設定值為0.5～1MPa）將閥推桿及密封塊向上頂開，經單向閥通過管路進入隔膜腔，完成補油過程。當系統需要排油時，排油端二位三通電磁閥關閉，氣體泄掉，油經噴嘴流回油箱，完成排油過程。

需要說明的是，隔膜腔內油液量的正常與否是保證隔膜泵正常運行的關鍵，其原理已在多篇文章做過論述，在此不再贅述。[2]

1.2.2沖洗系統工作原理

沖洗系統由動力單元及輔助元件組成。其動力單元由油泵電機組及油泵內部裝有的設定值為0.8MPa的溢流閥組成。輔助元件由輸油管路、濾油器、油箱、分配器等組（見圖4）。隔膜泵啟動前應先開啟沖洗油泵，沖洗油液不間斷地沖洗活塞桿和活塞，起潤滑和冷卻作用，以保證活塞在缸套中良好的運動。

1.液力端2.活塞缸3.出口壓力脈動補償器4.充氣工具

圖4沖洗系統原理圖

1.2.3出口壓力脈動補償器充氣裝置

2液壓系統工作特性

2.1.1吸入過程

2.1.2排出過程

根據上述隔膜泵輸送料漿的吸入過程和排出過程，可以得知，推進液系統的排油必須在隔膜泵的吸入過程中完成，補油必須在隔膜泵的排出過程中完成，此乃推進液系統的工作特性。

2.1.3靜態分析

（1）壓縮空氣持續供氣，密封塊11與單向閥12及噴嘴3的接觸面要起到良好的密封作用；

（2）當壓縮空氣泄壓后，閥推桿10應能在彈簧力的作用下輕松復位；

（3）需要補油時，補油閥5上部的壓縮空氣泄壓后，閥推桿10向上抬起，單向閥12在推進液系統壓力作用下應及時打開，推進液油迅速進入隔膜腔；

（4）需要排油時，排油閥1上部的壓縮空氣泄壓后，閥推桿10向上抬起，油液要順暢地回到油箱；

（5）各面貼合處及密封件密封處不得有任何泄漏；

（6）工作可靠，壓力損失要小；

（7）工作過程中，減小振動和噪聲；

（8）便于拆、裝、維護與維修等。

2.2沖洗系統的工作特性

2.3出口壓力脈動補償器充氣裝置[4]

3往復式活塞隔膜泵液壓系統特點

（1）系統啟動、制動迅速，運動平穩；對油液的污染敏感度較低；

（2）操作簡便，與電力、氣動傳動相配合，易于實現遠距離操縱和自動控制；

（3）各液壓元件有自潤滑和冷卻作用，使其不易磨損，易實現過載保護，因而壽命長；

（4）液壓系統各部件多采用模塊化設計，不僅提高了零部件的互換性，便于裝配，而且為產品的升級奠定了基礎。

（5）易于實現標準化、系列化和通用化，便于設計、制造和推廣使用。

4結束語

多年來，通過不斷探索、實踐，隔膜泵液壓系統的設計逐步得到優化。其中主要的零、部件設計已經實現模塊化、系列化，不僅保證了設計質量，同時也縮短了整機的設計周期，而且為用戶使用和維護隔膜泵提供了方便。近年來，隨著該泵在冶金、礦山、有色、石油化工、建材、煤炭、電力及環保等工業領域中應用范圍的擴大，隔膜泵液壓系統的運行不僅在正常工作環境中滿足設計要求，而且能夠在高溫、高原、防爆等特殊工作場合穩定運行，隔膜泵液壓系統的技術水平、液壓元件的使用壽命及系統的運行穩定性均趨于成熟。

[參考文獻]

[1]成大先.機械設計手冊（第4版）第1～4卷[M].北京：化學工業出版社，2002.

[2]凌學勤.往復式活塞隔膜泵[A].中國國際裝備制造業博覽會論文集[C].沈陽：沈陽冶金機械有限公司，2006.

[3]官中范.液壓傳動系統[M].北京：機械工業出版社，2005.

[4]太原科技大學液壓教研組.液壓元件[M].山西：太原科技大學，2007.