往復(fù)式低溫液體泵排出閥型式的探討
往復(fù)式低溫液體泵是將低溫液體(如液氧、液氮、液氬)增壓充瓶或管道輸送到用氧處的低溫設(shè)備,以其結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠、安全經(jīng)濟(jì)、轉(zhuǎn)速較低等特性深受用戶的青睞。往復(fù)泵中的吸人閥和排出閥是其核心所在,因此排出閥的使用壽命是影響往復(fù)泵使用效果的重要因素之一。
閥的基本要求有
(1)在關(guān)閉時有良好的密封性,沒有液體串漏。
(2)閥的開啟和關(guān)閉動作,要與活塞的運動協(xié)調(diào)一致,否則由于閥的滯后現(xiàn)象而引起低溫液體的泄漏,使泵的容積效率降低。
(3)要求閥平穩(wěn)地工作,特別是閥關(guān)閉時,沒有嚴(yán)重的撞擊現(xiàn)象,導(dǎo)向要靈活,不得有卡住現(xiàn)象。
(4)低溫液體流經(jīng)閥時,其阻力損失要小。
(5)結(jié)構(gòu)簡單,加工工藝性要好,檢修方便。(6)要有足夠的強度和剛度,耐磨性要好,使用壽命要長。
閥門的運動規(guī)律
根據(jù)閥板上下力的平衡及流體力學(xué)的伯努力方程和流體流經(jīng)閥隙(小孔)時流量公式,可得出閥升程hv,速度V和加速度a與轉(zhuǎn)角Φ的關(guān)系。
可見,在轉(zhuǎn)角Φ等于0到π/2范圍內(nèi),閥的速度為正值,而加速度為負(fù)值。閥上升時,是一種減速運動。在Φ等于π/2到π范圍內(nèi),閥瓣下降,閥的速度為負(fù)值,而加速度也為負(fù)值,說明閥瓣落下時是一種增速運動,這會加強對閥座的沖擊。由于實際上閥在工作時是不斷運動的,存在一種魏斯特法爾現(xiàn)象,在排出行程開始的瞬間,閥并未升起,經(jīng)過一滯后角后,閥才開始動作,較活塞滯后,在排出行程終了的瞬間,閥尚未關(guān)閉,停留在升程為hmax的高度,經(jīng)過一滯后角后,閥才關(guān)閉。
閥的種類及結(jié)構(gòu)型式
排出閥的型式有許多,如平板閥、環(huán)狀閥、錐形閥、球面閥等,但其開啟和關(guān)閉的力,都是依靠 閥前后的液體壓力差來進(jìn)行的?,F(xiàn)就兩種典型的結(jié)構(gòu)形式作個比較。
帶彈簧的平板閥,一般閥桿選用材料 為不銹鋼而閥座材料選用黃銅,兩者撞擊產(chǎn)生的碰撞力較大,閥門壽命較短,需要經(jīng)常對研閥桿閥座。 圖3用的閥芯材料為聚四氟乙烯,閥座材料為黃銅, 兩者撞擊產(chǎn)生的碰力較小,閥門壽命較長,且其結(jié)構(gòu)簡單,維修起來方便。實踐證明,在大流量、高壓力的情況下,后者使用效果好于前者,充瓶的壓力越高,反向壓力越大,閥門越易封死。后者作為易損件,成本也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于前者。但是在小流量、低壓力的 情況下,后者使用效果欠佳。閥的工作滯后性使得閥門不能及時關(guān)閉,因低壓力狀態(tài)下壓力差值偏小,又無彈簧力推動閥門及時動作,經(jīng)常會造成壓力打 不上的情況。一般說來,流量低于150L/h的泵宜 采用前種排液閥,而流量大于150 L/h的泵可采用后者結(jié)構(gòu)簡單的排液閥,可以帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。 通常在設(shè)計上兩者可設(shè)計成有互換性的安裝,根據(jù) 實際情況選用。