作为往复泵的一个重要分支,就振动机理而 言,计量泵的机械传动部件承受的载荷是交变的; 瞬时流量是脉动的;由于管内流动液体的加速和 减速,引起了管路内液体压力的脉动;在节流部位 以及弯头处,由于能力损失,不可避免的产生了液 体的冲击。 压力脉动和冲击不仅引起振动并造成管路附 件的疲劳损坏、降低流量精度,而且会引发安全事 故。在大流量或长管线场合,计量泵所引起的振 动甚至会造成工艺系统无法运行。 对引起计量泵振动的主要因素 (即振 源)加以分析,在此基础上提出一些主动减振和 被动减振的方法或措施。

计量泵的结构及原理

典型的柱塞计量泵结构,电机通 过联轴器驱动蜗杆 -蜗杆副,经蜗轮蜗杆副换向并减速后带动与蜗轮刚性连接的偏心轮一起旋 转。偏心轮与连杆和十字头组成的曲柄连杆滑块 机构将偏心轮的旋转运动转变为十字头的往复直线运动。

计量泵结构如图 所示

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计量泵的振动机理分析

计量泵液力端常用单缸单作用结构,在流量 较大或要求流量脉动小的场合则采用双缸和三缸 单作用结构。在不考虑容积损失的情况下,泵在 每一瞬间排出的流量称为理论瞬时流量,简称瞬 时流量。对于多缸多作用泵,总的瞬时流量等于 各个工作腔在同一瞬间的瞬时流量之和。

单缸单作用计量泵的瞬时流量 单缸单作用泵工作时,曲轴转一圈,工作腔完 成吸入和排出各一次,瞬时流量为: q=Au=-rωAsinφ式中q———瞬时流量, m 3 /s A———活塞面积, m 瞬时流量周期为 2π; 在( 0, π)区间,计量泵 仅有液体吸入而无液体排出; 在(π, 2π)区间,计 量泵仅排出液体而无液体吸入。所以单缸单作用 泵的吸入管路及排出管路内的瞬时流量是间隙和 脉动的。

双缸单作用计量泵的瞬时流量 双缸单作用计量泵运行时,两计量泵的活塞 相位相差 180°,一台计量泵吸入液体时,另一台 计量泵排出液体。曲轴每转一圈,吸入和排出液 体各两次。 设两缸的瞬时流量分别为 q 1、 q 2,则总的瞬 时流量: q=q 1 +q 2 =-[rωAsinφ+rωAsin(φ+π)] ( 6)

瞬时流量曲线如图 所示。

计量泵减振降噪措施

技术途径 主动减振:通过改善泵的基本结构或运行状 态,最大限度地控制振动源所产生的能量。 被动减振:采取适当措施减小振源的强度或 阻断振动传播的途径。

主动减振措施

对振动要求比较 高的系统,应优先选用三缸计量泵,因其流量脉动 率之和(δ 1 +δ 2)仅为单缸泵的 4. 4%或双缸泵的 8. 8%。流量脉动减小使得压力脉动减小,振源能 量大幅降低。 另一方面,压力脉动减小后,作用在活塞上的 作用力(即偏心轮的受力)的变化范围相应减小, 传动端机械振动也将减小。

阀组结构选型和设计 一般选用球阀,在阀球直径大约 38mm时,考 虑选用锥形阀或环形阀等。 阀组材料配对是影响阀组振动的另一个重要 因素。金属 -非金属材料组合较金属 -金属材料 组合在减振降噪方面有明显的优势。

系统设计及其它 增加管道通径降低流速,减少弯头及管线长 度、增大弯头半径以降低能量损失,都能在一定程 度上减振;通过工艺措施提高零件的加工精度、 保证装配质量,提高轴承承载能力、改善传动端摩 擦零部件润滑状态、增加散热以降低油温(控制 在 46℃以下)等都是减小振动的有效措施。　

被动减振措施)泵的进出口管路上安装缓冲系统吸收流 量和压力脉动 必须要引起注意的是,缓冲系统的频率特性 与缓冲罐的容积、充气压力及连接管路几何参数 都相关。

（1）只有在缓冲系统的动态特性与计量泵 的动态特性(与计量泵转速、出口压力等相关) 相 互匹配才能取得最佳的减振效果。

( 2)阻尼减振 系统共振振幅 H为: H= 1 a sEη (14) 式中　a s———比例系数, m E———杨氏模量, Pa η———损耗因素, 1/N 为降低共振振幅,应该选用高杨氏模量 E和 高损耗因素的材料。

( 3)采用隔振垫、管路消声器等。

实例分析 中石化某公司资源化重组项目中采用了甲酮 计量泵(型号为 J 6-DMF3000/10. 0 -BY-IV) 及 丙酮计量泵(型号为 J 6 -DMF2500/10. 0 -BYIV),均为单缸单作用隔膜计量泵,出口管线约有 80多米长。装置建成试车时,泵及管线的振动很 大。虽然该公司采取措施对管线经过了数次加 固,但其出口管线最大振幅仍在 10mm左右,无法 投料生产。 由于计量泵型号已经选定,采用被动减振方 案比主动减振方案经济合理。在采集了现场泵及 管线系统的特征参数以后,对甲酮计量泵和丙酮 计量泵分别进行了动态特性的匹配计算 ,设计 了出口缓冲系统,配置可充气的囊式缓冲罐,设定 其充气压力、缓冲罐入口与泵出口的距离等重要 参数。

要完全消除计量泵的流量脉动和柱塞力的交 变是不可能的,但通过理论分析和试验验证,采取 主动减振和被动减振的措施,使振动控制在规定 的范围内是完全可行的。