針對泵產(chǎn)品密封泄漏以及往復式隔膜泵結構復雜、笨重、調試困難等問(wèn)題，我們研制成功了Q=2m3/h，25m3/h；P≤0.4MPa環(huán)形隔膜泵兩種產(chǎn)品，并于1994年元月通過(guò)了部級鑒定，并獲得國家專(zhuān)利，專(zhuān)利號92236204.1?！　?、結構特征　　環(huán)形隔膜泵首先以平面蠕動(dòng)式剛性支承環(huán)和環(huán)形隔膜區別于一般轉子泵和往復式隔膜泵。此外現有隔膜泵多采用片狀隔膜來(lái)隔開(kāi)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(jìn)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子泵的特點(diǎn)，采用回轉式驅動(dòng)機構和環(huán)形隔膜有機結合的新穎結構，用環(huán)形隔膜將輸送介質(zhì)與驅動(dòng)元件隔開(kāi)，使輸送介質(zhì)無(wú)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(dòng)軸7及浮動(dòng)承壓環(huán)、泵端蓋等組成（圖1）；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(dòng)軸旋轉時(shí)，借助進(jìn)、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(wú)泄漏輸送介質(zhì)的目的?！　…h(huán)形隔膜泵主要結構特征為：　?。?）隔膜和泵體間設有平面蠕動(dòng)式剛性支承環(huán)；　?。?）環(huán)形隔膜內置有浮動(dòng)承壓環(huán)；　?。?）環(huán)形隔膜將輸送介質(zhì)和潤滑介質(zhì)隔開(kāi)；　?。?）環(huán)形隔膜泵獨有進(jìn)出口組合隔離機構；　?。?）無(wú)需底閥和進(jìn)出口閥組；　?。?）獨特的軸向密封結構；　?。?）剛性支承環(huán)與傳動(dòng)軸間設有軸承?！　?、設計要點(diǎn)　　2.1、流量　　環(huán)形隔膜泵中剛性支承環(huán)和隔離元件、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(jìn)口至出口連續流動(dòng)。如圖2所示吸人口A(yíng)和排出口Ｂ分別為吸、排腔徑向密封死點(diǎn)，可見(jiàn)每轉排出理論流量應為：　　Q；，t=10-＇n（RZ一r2）BK[L]　　式中B－－剛性支承環(huán)寬度，cm　　R－－泵體內腔半徑，cm　　r－－剛性支承環(huán)半徑，cm　　K－－理論容積系數，主要考慮無(wú)效密封角α及結構尺寸R，r等對理論流量的影響；通常無(wú)效密封角α分別控制在20。以?xún)?，K值可精確求得，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　　2.2、泵速和泵徑向、軸向間隙的確定　　2.2.1、泵速　　由于采用了平面蠕動(dòng)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(dòng)速度與泵速相關(guān)，其值可估算，即：　?。?πne/30　　可見(jiàn)合理控制與降低泵速，則可以減小摩擦和功率損耗，延長(cháng)泵使用壽命，提高泵效率。根據經(jīng)驗，通常將泵速控制在n≤300min-1范圍?！　?.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。泵的性能與徑向、軸向間隙及相關(guān)結構參數和介質(zhì)特性密切有關(guān)，其中徑向間隙主要根據壓差△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?！　〖撮g隙T=f（ν，r）/f（△P，e），顯然當△P和e增大時(shí)，間隙T應取小值；當ν，r增大時(shí)，間隙T可取大值?！　≥S向密封采用間隙密封和彈性密封相結合效果良好；而平行間隙的泄漏量可由下式估計：　　q=10-5xT3b△P/1.2γL[mL/s]　　式中b-間隙寬度，cm　　L-間隙長(cháng)度，cm　　△P-壓差，MPa　　ν-介質(zhì)動(dòng)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，減小泵內泄漏量，保持較高容積系數。實(shí)踐證明，剛性支承環(huán)和泵體、傳動(dòng)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(guān)重要。通過(guò)設計分析和試驗驗證，徑向、軸向間隙應控制在0.03～0.20范圍內耐磨焊條?！　?.3、環(huán)形隔膜的設計　　環(huán)形隔膜是環(huán)形隔膜泵中隔開(kāi)輸送介質(zhì)和潤滑介質(zhì)，實(shí)現無(wú)泄漏輸送介質(zhì)的關(guān)鍵零件，其設計不同于片狀隔膜，我們從結構上保證其承受低壓狀態(tài)，通過(guò)預定伸長(cháng)量使之工作狀態(tài)下附加變形極小，設計中遵循以下原則：　?。?）環(huán)形隔膜內外表面均無(wú)相對滑動(dòng)摩擦；　?。?）控制隔膜內外表面壓差在0.1MPa以?xún)?；　?。?）采用浮動(dòng)承壓環(huán)形成浮動(dòng)支承；　?。?）提高隔膜抗拉和抗疲勞性能；　?。?）合理選擇隔膜硬度；　?。?）保證隔膜裝拆方便；　?。?）給定隔膜預伸長(cháng)值△L?！　∪舡h(huán)形隔膜工作變形段尺寸為L(cháng)，而安裝尺寸為L(cháng)‘，那么環(huán)形隔膜設計長(cháng)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(dòng)加上結構尺寸要求嚴格，我們和有關(guān)制造廠(chǎng)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)?！　?.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?！　傂灾С协h(huán)上任意質(zhì)點(diǎn)的運動(dòng)為垂直軸線(xiàn)截面內的往復運動(dòng)和回轉運動(dòng)合成的平面運動(dòng)即平面蠕動(dòng)。剛性支承環(huán)的設計應考慮采用輕質(zhì)材料或中空結構，以減輕重量，減小慣性力?！　∑涔ぷ鳡顟B(tài)下外表面承受不平衡液壓力作用，使傳動(dòng)軸上承受徑向力F，當徑向密封點(diǎn)在遠離組合隔離機構最低點(diǎn)時(shí)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(shí)還應考慮傳動(dòng)軸可能產(chǎn)生撓度，通過(guò)結構設計確保泵徑向間隙在設計范圍內?！　?、性能特點(diǎn)　　3.1、性能特點(diǎn)　　環(huán)形隔膜泵以獨特的結構、優(yōu)化的設計、參數的合理匹配及高質(zhì)量的隔膜而具備優(yōu)良的性能，主要在如下：　?。?）無(wú)泄漏。由于泵中環(huán)形隔膜將輸送介質(zhì)與潤滑介質(zhì)隔開(kāi)，輸送介質(zhì)無(wú)法外泄?！　。?）自吸性能強。因是回轉式容積泵，故具有較好的自吸能力，可油、氣、水混合輸送，泵無(wú)需灌引，直接啟動(dòng)?！　。?）適應范圍廣?？奢斔鸵话阋后w亦可輸送粘稠性介質(zhì)，應用參數范圍大?！　。?）效率高。傳動(dòng)結構緊湊簡(jiǎn)單，和同參數葉片泵相比，效率高5%以上，且高效區寬廣?！　≡摦a(chǎn)品易于系列化、通用化；同一機座產(chǎn)品可更換過(guò)流部件、調整泵速和間隙來(lái)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(hù)要求可采用調速傳動(dòng)方式，還可配用隔膜報警自動(dòng)執行器?！　?.2、產(chǎn)品實(shí)剛性能　　據"軍工艦船用環(huán)形隔膜泵的研制"課題鑒定要求，兩種產(chǎn)品經(jīng)500h型式試驗后，經(jīng)檢測其性能見(jiàn)表1?！　∮纱丝梢?jiàn)，產(chǎn)品實(shí)測性能均達到機械部課題攻關(guān)指標，具有良好的自吸性能及氣液混輸、高效率等特性?！　〈送?，我們用HM-2.0/0.4型環(huán)形隔膜泵進(jìn)行了對比試驗，其輸送不同介質(zhì)和不同壓差下的性能見(jiàn)表2?！　★@然，粘度和壓差不同時(shí)，相同的密封間隙下，所產(chǎn)生的內泄漏量不同，使得容積系數不同?！　?、結論及應用　　環(huán)形隔膜泵作為新型容積轉子式無(wú)泄漏泵，采用了旋轉式驅動(dòng)機構，減少了滑動(dòng)摩擦潤滑點(diǎn)，簡(jiǎn)化了結構。采用環(huán)形隔膜隔開(kāi)潤滑介質(zhì)和輸送介質(zhì)，獨特新穎。此外由于它和往復式隔膜泵、轉子泵、磁力泵、軟管泵等結構有本質(zhì)不同，因而其研究開(kāi)發(fā)及市場(chǎng)應用潛力大?！　」I(yè)發(fā)達國家無(wú)泄漏泵年產(chǎn)量占泵年產(chǎn)量15%～20%；而我國無(wú)泄漏泵年產(chǎn)量占總產(chǎn)量3%左右，是急待發(fā)展的產(chǎn)品。環(huán)形隔膜泵獨特的性能和良好的通用性和互換性，使之特別適用化工、輕工、食品工業(yè)流程用泵的更新，使運行成本降低，維護和操作方便，以提高經(jīng)濟效益?！　δ尘凭珡S(chǎng)和果糖廠(chǎng)用泵情況調查，兩單位使用近360臺泵輸送油、水、酒精、酒漿、糖漿、添加劑等不同介質(zhì)，其壓差為P=0.2～0.5MPa，流量Q=15～40m3/h；選用了油泵、不銹鋼泵、單螺桿泵、屏蔽泵、清水泵等十多個(gè)品種，50個(gè)規格的產(chǎn)品，運行管理和維護更換零件不方便。選用環(huán)形隔膜泵系列產(chǎn)品、則只需2個(gè)機座即可滿(mǎn)足，其安裝尺寸、泵體、隔膜等零部件相同，對不同介質(zhì)可更換過(guò)流部件材質(zhì)，維護管理更簡(jiǎn)單?！　≡摫貌粌H可滿(mǎn)足軍工艦船用于替代輸送海水、污水的立式電動(dòng)往復泵和船用油水分離器使用的柱塞泵，還具有氣、液混輸能力，特別適用于油田油、氣、水混輸；艦船艙底污水、剩油和油罐車(chē)底部剩液的抽吸。