水压柱塞泵配流阀的设计及试验研究

　　0 引言

　　与端面配流式水压柱塞泵相比,阀配流式泵避免了配流盘摩擦副的泄漏和磨损问题,是水压泵中较有吸引力的结构型式。在泵送海(淡)水、化学药品、污水等低粘度、腐蚀性、污染性强的流体等生产领域中,阀配流泵的应用十分广泛。该类泵的特点是利用吸入阀和压出阀控制泵中流体的吸入和压出,配流阀的性能对泵的容积效率有重要影响。

　　本文基于水介质粘度低、汽化压力高、有腐蚀性等特点,设计了几种类型的配流阀,并对其性能进行了试验研究,得出的结论可为水压泵配流阀的设计提供参考。

　　1 配流阀结构型式的确定

　　选择适合于水介质特性的配流阀结构对保证水压泵的性能十分重要。配流阀一般有球阀、锥阀、蕈阀和平板阀等型式[1]。

　　锥阀虽然导向准确,密封性好,但体积大、重量大,因而惯性大,限制了柱塞泵的最高转速。球阀在使用水介质时,若采用不锈钢钢球,与其他型式相比,其重量最大,不适合作配流阀。但若采用陶瓷球,并与高分子材料配对,其优点十分明显:由于陶瓷材料的密度小,可大大减轻陶瓷球的重量,减小阀芯的惯性;由于陶瓷材料硬度高,耐腐蚀、气蚀、流体侵蚀的性能好,其表面不易被划伤;与高分子材料配对时,由于对偶面可吸收冲击能量,避开了陶瓷脆性大的缺点;加工简单,只需加工阀座,陶瓷球可直接购买。因此,陶瓷球阀作为压出阀应是一种较理想的选择。

　　蕈阀除了具有锥阀导向准确、密封性好的优点外,在较大通径下,阀的重量较轻。但是,为了保证阀口的密封性、阀芯的运动灵活性及其导向的准确性,要求阀芯和阀座的加工精度较高。

　　平板阀在配流阀中应用较广泛[2],其优点是重量很轻,惯性很小,同时由于阀芯与阀座的接触面为平面,容易加工。但密封面磨损后,自动补偿能力较差,会影响密封性能。设计时以避免这种失效模式的产生。

　　国内外阀配流式水压柱塞泵中所采用的配流阀的结构型式是多种多样的[2~4]。为了选择适合于水介质的配流阀结构型式,初步确定吸入阀采用蕈阀(见图1)、平板阀(见图2),压出阀采用平板阀、球阀(见图3)的结构型式,以便进行性能对比试验。

　　2 配流阀的材料选择及其主要结构参数

　　与矿物油相比,水(尤其是海水)具有以下特点:粘度低,易泄漏,对阀口的密封性能要求较高润滑性差,阀芯与导向套之间的摩擦力较大,影响阀芯的开启与闭合,并且该摩擦副容易发生粘着磨损;腐蚀性强,配流阀材料容易产生腐蚀磨损。

　　水压泵配流阀阀口与水压控制阀阀口相比,其共同点是对阀口的密封性要求较高,但工作特点有明显的不同,如配流阀开度一般较大,阀口开启时的工作压差较小,流速不高,所受到的气蚀和拉丝侵蚀远没有控制阀阀口严重,但是配流阀芯与阀座因高频撞击而损伤的可能性较大。根据水介质的特点及配流阀的工况,确定配流阀材料的选材原则如下:所选材料有很好的耐腐蚀性能;导向面摩擦副应选用摩擦系数小、不易发生粘着现象的对偶材料;运动件(阀芯)材料的密度小,以减小运动惯性;满足强度和硬度的要求,防止变形及密封表面损伤;阀芯和阀座材料的硬度搭配合理,以提高密封性和使用寿命。根据上述原则,配流阀试件选用的材料见表1,各配流阀的主要结构参数见表2。