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软管泵的发展历程和设计经验

软管泵应用于工业领域已经很多年了,*早的原始设计甚至可追溯到半个多世纪前。

软管泵属于蠕动泵的范畴。蠕动泵是转子式容积泵的一种,因其工作原理类似消化道以蠕动方式输送气、固、液三相介质而得名。软管泵与蠕动泵之间没有严格的区分。一般而言,蠕动泵指小流量(以毫升/分计)、低出口压力(不超过3kg/cm2),多用于卫生领域及实验室计量。而软管泵是指大流量(*大可达80立米/小时)、高输出压力(*大可达16kg/cm2),多用于工业场合大流量输送及计量。本文探讨的是工业软管泵。

软管泵的设计者和使用者首要看重的是它输送强研磨性介质的能力。它无阀、无密封,同介质接触的唯壹部件是橡胶软管的内腔,压缩软管的转子完全独立于介质之外。

此外,软管泵还有许多独到之处:没有其它泵种比软管泵具有更好的自吸能力,几乎可以产生完美的真空来吸液;输送含气液、泡沫液而无气阻;输送高粘度、剪切敏感性介质也是强项;每转固定的排量而与出口压力无关,是天生的计量泵。

种种优势,使软管泵越来越广泛应用于采矿、食品加工、酿造、陶瓷、水处理等行业。

一台高质量的软管泵寿命在7-10年,*大的挑战在于软管泵的软管,它是软管泵的核心部件,其寿命直接关系到泵的使用成本。可以这么说,软管泵的设计是围绕软管寿命*大化来进行的。

一些人直觉地认为,介质的研磨性决定了软管的使用寿命,这是一种误解。研磨性介质确实对软管内壁有磨损,使已知的软管壁厚变薄,从而因压缩不严产生内泄或倒流及流量下降;内泄进一步增大了内壁的磨损速度;但高质量的软管泵都应具备软管压缩的调节装置,在泵的使用过程中需不断地调整以阻止内泄和流量下降。在不考虑输送介质和软管材料相容性的前提下,输送强研磨性介质和非研磨性粘液,软管的寿命是相同的。实际上,除了软管本身的胶种及制造质量外,决定软管寿命的首要因素是压缩软管的次数;第二位因素是压缩软管的方式、力度和由此产生的磨擦热。换句话说,软管的失效是由于压缩次数的累积及磨擦热引起的疲劳老化。使软管寿命*大化及延长停工期间隔的*好办法是减少压缩软管的次数、采用对软管*小损害的压缩方式及精确的压缩力度。

软管泵的设计多种多样,但从压缩软管的方式来区分只有三种: 
 
第一种是滑靴式设计(滑靴式软管泵)。软管在泵腔中成U形或弓形;两个或两个以上的滑靴(滑块)被固定安装在转轮(转臂)上,以滑动的方式压缩软管。转轮每旋转一周压缩软管二次或多次(取决于滑靴数量)。这种滑动压缩方式对软管的损伤是*大的,如同高速行驶的车辆突然急刹车,以滑动方式前行,对轮胎和路面的损伤可想而知。因为产生大量的磨擦热,为保证正常运行,泵腔中约一半充满着润滑剂,一方面为了降低磨擦系数,更主要的是为了将产生的磨擦热传递到泵体从而排出泵外,以保证泵的正常运转。这种滑靴式设计对泵速有极大的限制。例如,一台2寸泵只能以40-50转/分左右的转速连续工作,速度稍高运行一段时间,不得不停泵进行冷却。这种设计的软管泵需较大的启动扭矩和运转扭矩,需匹配更大功率的电机,这意味着更大的能耗。但优点是可以达到更高的出口压力(*高可达1.6Mpa)。

第二种设计是在滑靴式设计的基础上,将滑靴改为小直径压辊(多压辊式软管泵)。转臂旋转一周,压辊也同样压缩软管2次或多次(取决于压辊数量)。这种压辊式设计同滑靴式设计相比,降低了对软管的损害,也产生少得多的磨擦热;延长了软管寿命,*高可达百分之二十(以转数计)。相应降低了启动扭矩和运转扭矩,降低了能耗。但每转依然二次或二次以上的压缩次数和磨擦热依然限制了转速。一台二寸泵在高压下*高只能以40——50转/分连续运行。

综合以上两种设计,虽然泵速越低对延长软管寿命越有利,但低速限制了流量。使得用户为取得相应的流量不得不选择较大的规格,同时也意味着更大的占地面积。

第三种设计是软管在泵腔中围成一个整圆,利用一个大直径压辊来压缩软管。这可以说是软管泵发展史上的一个重大突破。贝斯特HPP软管泵采用的就是这种设计。其优势如下:

1、360度的操作圆

2、主轴旋转一周,压辊只压缩软管一次。

3、与同尺寸的U形泵相比,单转流量提高50%以上;单次压缩流量提高一倍以上。(为了公平地比较,可引入压缩次数/每1000升这样的概念;无论怎样比较,这种设计泵都是*少的)。这意味着,单辊设计软管泵在相同转速下可取得更大的流量,或在相同流量下取得更低的转速。

4、大直径单辊压缩软管,对软管的损害*小,只产生极微量的磨擦热。因此泵可高速连续运行而没有过热的隐患。在泵的*大流量及*高压力范围内,没有间歇与连续运行之分。这一点对于工业用途的软管泵来说是极其重要的。

5、虽然确实需要轻度润滑,但润滑剂的单次消耗量一般只为滑靴式设计的1/5——1/10。

6、由于几乎不产生磨擦热及启动扭矩和运转扭矩低,可匹配更小功率的电机,节约能量消耗(相同条件下,同滑靴式设计相比可节约一半左右)。

经试验和用户的使用经验表明,这种设计的软管泵软管寿命是前两种设计的4——5倍(以转数计)。因可高速连续运行而无过热隐患,在大多数应用情况下,为达到同上等量,可以选择小规格的单辊泵取代较大规格的滑靴式或多压辊式泵。即使高转速,软管寿命也比低转速的滑靴式或多压辊式泵明显长出许多(以实际运行时间计)。

综合起来,第三种设计,即单辊软管泵可以取得更长的软管寿命、更低的能量消耗和润滑剂消耗、更长的停工期间隔、更少的人工维护费、更小的占地面积。

随着使用与维护成本的增加,用户在选择设备前越来越多地考虑全寿命周期成本。对软管泵来讲,全寿命周期成本包括初置费、电费、维护费(含软管和润滑剂的消耗)、停工造成的间接损失等。实际上,一台传统软管泵的初置费在全寿命周期成本中只占很小的比例,一般在百分之十左右。而电费和维护费合计往往约占百分之八十。

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