隔膜泵設計-無泄漏環(huán)形隔膜泵的設計
無泄漏環(huán)形隔膜泵的設計原理：
1、結(jié)構特征
環(huán)形隔膜泵首先以平面蠕動式剛性支承環(huán)和環(huán)形隔膜區(qū)別于一般轉(zhuǎn)子泵和往復式隔膜泵。此外現(xiàn)有隔膜泵多采用片狀隔膜來隔開輸送介質(zhì)和工作介質(zhì)，并使用往復式曲柄連桿機構、三閥機構、進出口閥組；環(huán)形隔膜泵吸收了軟管泵、撓性襯圈泵及其它轉(zhuǎn)子泵的特點，采用回轉(zhuǎn)式驅(qū)動機構和環(huán)形隔膜有機結(jié)合的新穎結(jié)構，用環(huán)形隔膜將輸送介質(zhì)與驅(qū)動元件隔開，使輸送介質(zhì)無法向外泄漏。環(huán)形 隔膜泵主要由泵體1、隔離機構2、剛性支承環(huán)3、環(huán)形隔膜4、軸承套5、軸承6、傳動軸7及浮動承壓環(huán)、泵端蓋等組成；環(huán)形隔膜端部靠軸承蓋沿軸向壓緊固定，其和泵端蓋、剛性支承環(huán)、泵體組成封閉容積，當傳動軸旋轉(zhuǎn)時，借助進、出口隔離機構和剛性支承環(huán)、泵體形成吸液和排液腔，達到無泄漏輸送介質(zhì)的目的。
環(huán)形隔膜泵主要結(jié)構特征為：
（1）隔膜和泵體間設有平面蠕動式剛性支承環(huán)；
（2）環(huán)形隔膜內(nèi)置有浮動承壓環(huán)；
（3）環(huán)形隔膜將輸送介質(zhì)和潤滑介質(zhì)隔開；
（4）環(huán)形隔膜泵*進出口組合隔離機構；
（5）無需底閥和進出口閥組；
（6）*的軸向密封結(jié)構；
（7）剛性支承環(huán)與傳動軸間設有軸承。
2、設計要點
2 .1、流量
環(huán)形隔膜泵中剛性支承環(huán)和隔離元件、隔膜泵泵體將液腔隔成吸入和排出部分，隨吸入和排出液腔容積的變化，介質(zhì)沿進口至出口連續(xù)流動。如圖2所示吸人口A和排出口Ｂ分別為吸、排腔徑向密封死點，可見每轉(zhuǎn)排出理論流量應為：
Q；，t=10-''n（RZ一r2）BK [ L]
式中B--剛性支承環(huán)寬度，cm
R--泵體內(nèi)腔半徑，cm
r--剛性支承環(huán)半徑，cm
K--理論容積系數(shù)，主要考慮無效密
封角α及結(jié)構尺寸R， r等對理
論流量的影響；通常無效密封角
α分別控制在20。以內(nèi)，K值可
求得，一般取0.90-0.95
設計中有R=r+e，其中e為偏心值，cm。則有泵理論流量為：考慮到泵的壓差、介質(zhì)粘度、間隙大小及泵速對流量的影響，則泵的額定流量為：Qr＝KvQth 式中Kp--容積系數(shù)
2.2、隔膜泵泵速和泵徑向、軸向間隙的確定
2.2.1、隔膜泵泵速
由于采用了平面蠕動的剛性支承環(huán)，因而泵體、泵端蓋和剛性支承環(huán)間相對滑動速度與泵速相關，其值可估算，即： Ｖ=πne/30 可見合理控制與降低泵速，則可以減小摩擦和功率損耗，延長泵使用壽命，提高泵效率。根據(jù)經(jīng)驗，通常將泵速控制在n≤300min-1范圍。
2.2.2、軸、徑向間隙
吸人和排出腔間徑向密封為楔形間隙，軸向間隙為平行縫隙。隔膜泵的性能與徑向、軸向間隙及相關結(jié)構參數(shù)和介質(zhì)特性密切有關，其中徑向間隙主要根據(jù)壓差△P；輸送介質(zhì)的粘度γ；剛性支承環(huán)半徑r；偏心值e等因素確定。
即間隙T = f （ν， r） / f （△P， e），顯然當△P和e增大時，間隙T應取小值；當ν， r增大時，間隙T可取大值。
軸向密封采用間隙密封和彈性密封相結(jié)合效果良好；而平行間隙的泄漏量可由下式估計： q=10-5 x T3b△P/1.2γL [mL/s]
式中b—間隙寬度，cm
L—間隙長度，cm
△P—壓差，MPa
ν—介質(zhì)動力粘度，Pa·s
T—間隙值，cm
通常，合理控制徑、軸向間隙可以提高自吸性能和排出壓力，減小隔膜泵內(nèi)泄漏量，保持較高容積系數(shù)。實踐證明，剛性支承環(huán)和泵體、傳動軸和軸承套以及軸承和軸承蓋的公差配合、徑軸向尺寸鏈的計算至關重要。通過設計分析和試驗驗證，徑向、軸向間隙應控制在0.03～0.20范圍內(nèi)。
2.3、環(huán)形隔膜泵隔膜的設計
環(huán)形隔膜是環(huán)形隔膜泵中隔開輸送介質(zhì)和潤滑介質(zhì)，實現(xiàn)無泄漏輸送介質(zhì)的關鍵零件，其設計不同于片狀隔膜，我們從結(jié)構上保證其承受低壓狀態(tài)，通過預定伸長量使之工作狀態(tài)下附加變形極小，設計中遵循以下原則：
（1）環(huán)形隔膜內(nèi)外表面均無相對滑動摩擦；
（2）控制隔膜內(nèi)外表面壓差在0.1MPa以內(nèi)；
（3）采用浮動承壓環(huán)形成浮動支承；
（4）提高隔膜抗拉和抗疲勞性能；
（5）合理選擇隔膜硬度；
（6）保證隔膜裝拆方便；
（7）給定隔膜預伸長值△L。
若環(huán)形隔膜泵隔膜工作變形段尺寸為L，而安裝尺寸為L''，那么環(huán)形隔膜設計長度值則為：
L=△L+L''
其中△L=e/ sin （arctge/L）－L
通?！鱈=0.5-2.Omm，考慮環(huán)形隔膜雖承壓較低，但接觸腐蝕性介質(zhì)且工作中循環(huán)撓動加上結(jié)構尺寸要求嚴格，我們和有關制造廠和科研院校研制了丁臘橡膠、聚氨醋橡膠和夭然橡膠等多種隔膜，經(jīng)對比試驗，聚氨醋隔膜物化性能和疲勞性能較優(yōu)。
2.4、剛性支承環(huán)設計
環(huán)形隔膜泵中剛性支承環(huán)有別于普通轉(zhuǎn)子泵和往復式隔膜泵。它的設置不僅使軸向和徑向密封容易形成，而且可以保護隔膜，保證泵具有較高排出壓力和良好的自吸性能。
剛性支承環(huán)上任意質(zhì)點的運動為垂直軸線截面內(nèi)的往復運動和回轉(zhuǎn)運動合成的平面運動即平面蠕動。剛性支承環(huán)的設計應考慮采用輕質(zhì)材料或中空結(jié)構，以減輕重量，減小慣性力。
其工作狀態(tài)下外表面承受不平衡液壓力作用，使傳動軸上承受徑向力F，當徑向密封點在遠離組合隔離機構zui低點時有下式： Fmax=20·△P·B·r
式中△P—壓差，MPa
B—剛性支承環(huán)寬度，cm
r—剛性支承環(huán)半徑，cm
由上式可知，剛性支承環(huán)承受較大的徑向力，因此在設計中不僅應保證其足夠的剛度和強度，同時還應考慮傳動軸可能產(chǎn)生撓度，通過結(jié)構設計確保泵徑向間隙在設計范圍內(nèi)。
3、性能特點
3.1、性能特點
環(huán)形隔膜泵以*的結(jié)構、優(yōu)化的設計、參數(shù)的合理匹配及高質(zhì)量的隔膜而具備優(yōu)良的性能，主要在如下：
（1）無泄漏。由于泵中環(huán)形隔膜泵隔膜將輸送介質(zhì)與潤滑介質(zhì)隔開，輸送介質(zhì)無法外泄。
（2）自吸性能強。因是回轉(zhuǎn)式容積泵，故具有較好的自吸能力，可油、氣、水混合輸送，泵無需灌引，直接啟動。
（3）適應范圍廣。可輸送一般液體亦可輸送粘稠性介質(zhì)，應用參數(shù)范圍大。
（4）效率高。傳動結(jié)構緊湊簡單，和同參數(shù)葉片泵相比，效率高5%以上，且區(qū)寬廣。
該隔膜泵產(chǎn)品易于系列化、通用化；同一機座產(chǎn)品可更換過流部件、調(diào)整泵速和間隙來適應不同工況和介質(zhì)。目前環(huán)形隔膜泵已形成Q=1～50m3/h， P≤1.OMPa的系列產(chǎn)品，可廣泛用于輸送強腐蝕性、易燃爆、劇毒和放射性的以及高純度或高粘度的介質(zhì)等。此外，依不同用戶要求可采用調(diào)速傳動方式，還可配用隔膜報警自動執(zhí)行器。
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