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軟管泵的發展歷程和設計經驗

軟管泵應用于工業領域已經很多年了,*早的原始設計甚至可追溯到半個多世紀前。

軟管泵屬于蠕動泵的范疇。蠕動泵是轉子式容積泵的一種,因其工作原理類似消化道以蠕動方式輸送氣、固、液三相介質而得名。軟管泵與蠕動泵之間沒有嚴格的區分。一般而言,蠕動泵指小流量(以毫升/分計)、低出口壓力(不超過3kg/cm2),多用于衛生領域及實驗室計量。而軟管泵是指大流量(*大可達80立米/小時)、高輸出壓力(*大可達16kg/cm2),多用于工業場合大流量輸送及計量。本文探討的是工業軟管泵。

軟管泵的設計者和使用者首要看重的是它輸送強研磨性介質的能力。它無閥、無密封,同介質接觸的唯壹部件是橡膠軟管的內腔,壓縮軟管的轉子完全獨立于介質之外。

此外,軟管泵還有許多獨到之處:沒有其它泵種比軟管泵具有更好的自吸能力,幾乎可以產生上乘的真空來吸液;輸送含氣液、泡沫液而無氣阻;輸送高粘度、剪切敏感性介質也是強項;每轉固定的排量而與出口壓力無關,是天生的計量泵。

種種優勢,使軟管泵越來越廣泛應用于采礦、食品加工、釀造、陶瓷、水處理等行業。

一臺高質量的軟管泵壽命在7-10年,*大的挑戰在于軟管泵的軟管,它是軟管泵的核心部件,其壽命直接關系到泵的使用成本。可以這么說,軟管泵的設計是圍繞軟管壽命*大化來進行的。

一些人直覺地認為,介質的研磨性決定了軟管的使用壽命,這是一種誤解。研磨性介質確實對軟管內壁有磨損,使已知的軟管壁厚變薄,從而因壓縮不嚴產生內泄或倒流及流量下降;內泄進一步增大了內壁的磨損速度;但高質量的軟管泵都應具備軟管壓縮的調節裝置,在泵的使用過程中需不斷地調整以阻止內泄和流量下降。在不考慮輸送介質和軟管材料相容性的前提下,輸送強研磨性介質和非研磨性粘液,軟管的壽命是相同的。實際上,除了軟管本身的膠種及制造質量外,決定軟管壽命的首要因素是壓縮軟管的次數;第二位因素是壓縮軟管的方式、力度和由此產生的磨擦熱。換句話說,軟管的失效是由于壓縮次數的累積及磨擦熱引起的疲勞老化。使軟管壽命*大化及延長停工期間隔的*好辦法是減少壓縮軟管的次數、采用對軟管*小損害的壓縮方式及**的壓縮力度。

軟管泵的設計多種多樣,但從壓縮軟管的方式來區分只有三種: 
 
**種是滑靴式設計(滑靴式軟管泵)。軟管在泵腔中成U形或弓形;兩個或兩個以上的滑靴(滑塊)被固定安裝在轉輪(轉臂)上,以滑動的方式壓縮軟管。轉輪每旋轉一周壓縮軟管二次或多次(取決于滑靴數量)。這種滑動壓縮方式對軟管的損傷是*大的,如同高速行駛的車輛突然急剎車,以滑動方式前行,對輪胎和路面的損傷可想而知。因為產生大量的磨擦熱,為保證正常運行,泵腔中約一半充滿著潤滑劑,一方面為了降低磨擦系數,更主要的是為了將產生的磨擦熱傳遞到泵體從而排出泵外,以保證泵的正常運轉。這種滑靴式設計對泵速有極大的限制。例如,一臺2寸泵只能以40-50轉/分左右的轉速連續工作,速度稍高運行一段時間,不得不停泵進行冷卻。這種設計的軟管泵需較大的啟動扭矩和運轉扭矩,需匹配更大功率的電機,這意味著更大的能耗。但優點是可以達到更高的出口壓力(*高可達1.6Mpa)。

第二種設計是在滑靴式設計的基礎上,將滑靴改為小直徑壓輥(多壓輥式軟管泵)。轉臂旋轉一周,壓輥也同樣壓縮軟管2次或多次(取決于壓輥數量)。這種壓輥式設計同滑靴式設計相比,降低了對軟管的損害,也產生少得多的磨擦熱;延長了軟管壽命,*高可達百分之二十(以轉數計)。相應降低了啟動扭矩和運轉扭矩,降低了能耗。但每轉依然二次或二次以上的壓縮次數和磨擦熱依然限制了轉速。一臺二寸泵在高壓下*高只能以40——50轉/分連續運行。

綜合以上兩種設計,雖然泵速越低對延長軟管壽命越有利,但低速限制了流量。使得用戶為取得相應的流量不得不選擇較大的規格,同時也意味著更大的占地面積。

第三種設計是軟管在泵腔中圍成一個整圓,利用一個大直徑壓輥來壓縮軟管。這可以說是軟管泵發展史上的一個重大突破。貝斯特HPP軟管泵采用的就是這種設計。其優勢如下:

1、360度的操作圓

2、主軸旋轉一周,壓輥只壓縮軟管一次。

3、與同尺寸的U形泵相比,單轉流量提高50%以上;單次壓縮流量提高一倍以上。(為了公平地比較,可引入壓縮次數/每1000升這樣的概念;無論怎樣比較,這種設計泵都是*少的)。這意味著,單輥設計軟管泵在相同轉速下可取得更大的流量,或在相同流量下取得更低的轉速。

4、大直徑單輥壓縮軟管,對軟管的損害*小,只產生極微量的磨擦熱。因此泵可高速連續運行而沒有過熱的隱患。在泵的*大流量及*高壓力范圍內,沒有間歇與連續運行之分。這一點對于工業用途的軟管泵來說是極其重要的。

5、雖然確實需要輕度潤滑,但潤滑劑的單次消耗量一般只為滑靴式設計的1/5——1/10。

6、由于幾乎不產生磨擦熱及啟動扭矩和運轉扭矩低,可匹配更小功率的電機,節約能量消耗(相同條件下,同滑靴式設計相比可節約一半左右)。

經試驗和用戶的使用經驗表明,這種設計的軟管泵軟管壽命是前兩種設計的4——5倍(以轉數計)。因可高速連續運行而無過熱隱患,在大多數應用情況下,為達到同上等量,可以選擇小規格的單輥泵取代較大規格的滑靴式或多壓輥式泵。即使高轉速,軟管壽命也比低轉速的滑靴式或多壓輥式泵明顯長出許多(以實際運行時間計)。

綜合起來,第三種設計,即單輥軟管泵可以取得更長的軟管壽命、更低的能量消耗和潤滑劑消耗、更長的停工期間隔、更少的人工維護費、更小的占地面積。

隨著使用與維護成本的增加,用戶在選擇設備前越來越多地考慮全壽命周期成本。對軟管泵來講,全壽命周期成本包括初置費、電費、維護費(含軟管和潤滑劑的消耗)、停工造成的間接損失等。實際上,一臺傳統軟管泵的初置費在全壽命周期成本中只占很小的比例,一般在百分之十左右。而電費和維護費合計往往約占百分之八十。

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