高压泵送液体伴有很多风险,它们需要减小到最低程度以确保设备尽可能安全。在这篇基本的指南性文章中,Cat Pumps(英国)有限公司的Brain Hubbard对如何达到这一点提供了一些建议。
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转载请注明出处:http://www.lanbeng-pump.net 往复式正排量柱塞泵适用于高压泵送,它们比离心泵和旋转式正排量泵具有更多优点,因为它们有可以忽略的内部滑动和可预知的流量,功率需求随着压力和流量线性增加,也就是说它们有效地利用了能量。另一个使它们适用于高压的因素是泵腔中不含有会发生相对位移的硬质组件,例如转子、齿轮和轴承衬套等。
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图1:双缸和三缸柱塞泵的压力变化
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泵阀技术论坛http://www.lanbeng-pump.net 最小化风险
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然而,在高压下泵送液体伴随着许多风险,这些因素需要减小到最低程度以确保设备尽可能安全。谈到这个,将泵送系统看作一个整体通常是比较好的,而不是看作来自不同供应商的部件组合。与全面负责控制安全需求的公司合作通常是一条理想的途径。确保最高程度的安全可以在许多不同层次上加以考虑:
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● 应用中泵送需求的评估
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● 完整泵送系统的设计
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● 泵自身的设计中内在的安全考虑
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考虑应用
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泵阀技术论坛http://www.lanbeng-pump.net 当然,基本的问题是:需要泵送什么液体?需要完成什么任务?必须考虑的主要因素有:
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● 为此应用选择正确的制造材料,这取决于将要泵送的液体。
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● 泵送系统的物理位置和它应该是固定的还是可移动的。这里的因素包括整体尺寸、环境条件、现有功率和噪音等。
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● 系统性能需求,特别要考虑使用程度。例如:它是间断性使用(一个月几次)、每天8小时使用或一年365天连续使用?一些泵具有相似的速率但工作周期不同,因此,选择恰当规格的泵是重要的。
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法规要求
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根据应用的不同,遵循特定的法规要求可能是非常重要的,例如机械安全指令(Safety of Machinery Directive)89/392/EC、压力设备指令(Pressure Equipment Directive)97/23/EC和危险环境下的ATEX指令94/9/EC。
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泵阀技术(论坛)http://www.lanbeng-pump.net 例如,处理易燃液体时,防止挥发性液体或蒸汽的泄漏很关键,从而避免易燃环境的形成,确保人们工作的区域没有毒性烟气。
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使用者经常忽略两种情况的细微差别。一种是设备泵送的流体造成危险环境的形成,另一种是被泵送的液体无毒,但泵安装的区域含有或可能含有易燃性蒸汽。
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泵阀技术论坛 http://www.lanbeng-pump.net 无论何时,任何法规都需要遵守,在满足需求的同时,与保证设备得到正式认证的供应商合作很重要。
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与泵供应商或高压泵送专家紧密合作,详细的风险评估必须由终端用户进行,这一信息将被用作设计阶段的一个框架。
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泵阀技术论坛 http://www.lanbeng-pump.net图2:双密封柱塞泵中通过的流体流量图
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系统设计和安装基础
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建造高压泵送系统时,为了安全安装和运行,有许多基本导则需要遵守。它们包括:
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● 为所有的连接件使用正确的额定压力装置。
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● 安全地密封所有装置,检查是否达到正确的紧固扭矩需求。
转载请注明出处:http://www.lanbeng-pump.net ● 安装足够的入口过滤装置。例如:使用粗滤去除颗粒,它们可能堵塞喷嘴等部件,用细滤阻挡磨损密封件的研磨剂。
本文章来源于:www.lanbeng-pump.net/ ● 通过安装液位传感器和/或入口压力开关,进行干运转保护。
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● 停机时,泵的连锁检修阀防止误启动。
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● 为泵提供足够的进料压力(净入口压力或NPIP),一个设计良好的入口管线分布可防止导致系统部件失效的气蚀现象。
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● 转向旁通阀流回源头或不可行时,使用恒温调节阀防止过度加热。
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● 在湿设备中,使用电子元件进行适当的地面故障电路继电器保护。
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● 将系统安装在带有防震装置的坚固水平底座上。
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泵送系统的核心是泵本身,泵内在的设计在确保系统安全方面扮演着重要角色。泵的选择最初基于四个主要参数,分别是流量、压力、所使用的泵送原理和制造材料。
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泵的设计
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泵阀技术论坛 (兰泵论坛)http://www.lanbeng-pump.net 泵设计的考虑是为了确保可靠运行和最大化维修间隔时间。泵自身并不遭受灾难性的失效,不仅因为这可能伤害到员工还因为它可能导致生产线停工,为使用者带来潜在的严重成本问题。
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通过设计减少系统失效
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Cat Pumps公司制造三缸往复式活塞泵和正排量柱塞泵。三缸设计比单缸和双缸设计提供更流畅的流量。
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在双缸设计中,输出流量的压力变化是高于平均压力60%,低于平均压力100%,总压力变化是160%。在三缸泵中(图1),压力变化为高出平均压力15%,低于平均压力7%,总压力变化是22%——大约是双缸系统变化之的七分之一。
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更流畅的流量大大降低了过量震动导致的系统失效。在压力高达490巴(49 MPa)的情况下,同步活塞可以产生0.1~265 l/min的流量。
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柱塞由专利的陶瓷材料制成。它们非常光滑,经过抛光并耐磨损。活塞也固定得很好,确保不将侧向载荷传递给密封件。
泵阀技术(论坛)http://www.lanbeng-pump.net 密封件本身也是泵的最关键部件之一。
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泵阀技术论坛 http://www.lanbeng-pump.net 密封件的设计
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本文章来源于:泵阀技术论坛--http://www.lanbeng-pump.net/ 密封件仍然是保持泵完整性的一个关键元素。无论一种设计如何复杂,密封件仍然被看作磨损元件,需要定期更换。
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每个系统将经历不同的密封维修期。这取决于工作周期、被泵送的液体和其它化学品、流体温度、系统安装和保养得有多好和泵维修时间表的制定。
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柱塞或活塞的密封件通常依靠被泵送的流体提供自然润滑和冷却。必然地,在这一自然润滑过程中,少量流体将从高压一侧通过密封件流向低压一侧。
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泵阀技术(论坛)http://www.lanbeng-pump.net图3:柱塞泵的一部分,显
泵阀技术论坛 http://www.lanbeng-pump.net示了从密封间隙到入口处的
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循环回路
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减少泄漏的可能
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密封磨损的潜在泄漏问题是不言自喻的。克服此问题的一个方式是使用双密封系统,即在空气一侧使用二级密封。
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这种方法显著降低了被泵送流体向外界泄漏的可能,这是通过为两个密封件间的渗流提供自然的密封区域达到的。密封腔的设计使得渗流又被引导回到泵入口处。图2显示了通过双密封柱塞泵的全部流体,图3表明了通过柱塞泵的一部分,显示了从密封间隔回到入口处的循环路线。
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润滑和冷却
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在一些应用中,被泵送的流体没有足够的固有润滑性使密封件起作用,因此需要重新改装双密封设计以使相当的冲洗液体在密封件之间循环。这既实现了润滑也实现了冷却。
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在这种情况下,渗流不会回到入口处。相反地,它被循环或输送出去(因此图3中显示的循环路线不再出现)。这种冲洗系统也特别适合危险、热和接触空气时改变状态的流体(例如结晶)。对于危险流体,这种设计使任何渗流都得以安全处理。
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监测
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这种系统带来的另外一个优点是可以利用合适的设备检测密封的流体,条件的改变提前预告密封失效。这允许不时地中断进行替换,避免灾难性的失效。
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通常,可用于检查冲洗流体变化的监测参数包括:容积的增加(因为更多量的流体通过高压密封件)和温度或pH值的变化。这些因素将取决于被泵送流体的特性。
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计算机模拟
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使用计算机模拟缩短了产品开发时间,不仅为泵类制造商带来好处也有重大的安全意义。
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有限元分析技术用以产生泵的几何模型,泵被分解成更小的简单形状的元件,在特定的节点上连接。这一软件使得流体压力载荷可以施加在不同的表面上,从而产生压力图,揭示最高压力区域。
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可以改变不同的设计参数观察其对压力图的影响。改变可能是几何上的,例如内径的尺寸和位置或岐管所用材料的改变。利用这一方法,设计可以迅速和精确地得以分析、优化和修改。
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本文章来源于:泵阀技术论坛--http://www.lanbeng-pump.net/ 为节约时间和成本,实质的试验和优化在设计周期中早早进行。除了确保泵满足它的目标运行条件,将参数在软件中优化之前,不需要制造试验用原型。
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计算机辅助设计系统还可以从优化设计中产生完整的组装图。
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有许多领域可以让高压泵制造商涉足,以使他们的产品尽可能安全。然而将高压泵送系统看作完整的系统是非常重要的。寻求系统整体设计的建议在最小化风险方面是非常难得的。
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联系方式:
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Brain Hubbard
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Cat Pumps (UK) Limited
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Sandy Lane, Church Crookham
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Fleet, Hampshire, GU52 8BF, UK
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