高压大流量陶瓷柱塞泥浆泵密封系统的研究*

康建喜

(咸阳陶瓷研究设计院 陕西 咸阳 712000)

高压大流量液压陶瓷柱塞泥浆泵是咸阳陶瓷研究设计院近年来开发出的一种独创型高新泵产品,是渣浆泵的更新换代产品。该泵适用于输送高浓度固、液两相介质，与隔膜泵相比具有结构简单、操作维护方便等特点；与喷水式柱塞泵相比节水、节能效果显著。该泵柱塞采用耐磨防腐性能优良的氧化铝陶瓷柱塞，动密封面摩擦副采用油或水润滑，摩擦阻力小、效率高、使用寿命长。

1 性能参数与适用介质

流量:Q = 50～100m3/h;介质浓度:固含量≤6 5%;温度:T≤100 ℃;粘度:μ≤2 000 mm2/s。

2 高压大流量陶瓷柱塞泥浆泵的结构和工作原理

高压大流量陶瓷柱塞泥浆泵为立式双缸单作用陶瓷柱塞泥浆泵。它由电机带动油泵，通过阀组控制，带动两个油缸里的活塞杆做上下运动，再由活塞杆带动陶瓷柱塞实现上下运动。当柱塞向上运动时，吸入阀打开吸入输送介质；当柱塞向下运动时，排出阀打开排出介质。在整个阀门的运动过程中，吸入和排出阀门交替地打开、关闭实现吸浆与排浆。在整个输送过程中，只有柱塞前端与输送介质接触，可使输送介质无外漏，更重要的使输送的颗粒介质与活塞运动部件不接触，避免了固体颗粒对泵造成的严重磨损，大大改善了密封环境，从而提高了泵的使用寿命。

3 高低压水的切换和工作原理

3.1 密封结构

高压大流量陶瓷柱塞泥浆泵密封系统(见图1)主要由以下几部分组成：

1)辅助导向支撑套。对柱塞起左右支撑和辅助导向作用，其材料为高分子聚乙烯。柱塞在理想状态下，在泵体内始终位于中间状态，而且能够自由地做上下运动，这样对密封件的寿命最有利，此运动状态是由上下的导套来定位的。

2)密封函体。将其用螺栓固定在陶瓷柱塞泥浆泵下的填料箱上，为水进入柱塞清洗密封面提供了通道；也对柱塞导向套与V型密封圈起固定作用;为了提高柱塞的密封寿命，柱塞与密封的配合尺寸非常重要。过盈量太大，密封的寿命会大大缩短；过盈量太小，密封会在很短时间内失效，其使用的材料为ZG45。

3)隔环。在密封圈中间增加隔环其作用是保证密封圈有足够的强度，不至于柱塞在上下运行当中将密封圈拉翻，导致密封的失效；同时密封圈在隔环的作用下，能够做到将上下的受力近似均匀地传递到下一个密封圈，不至于使某个密封圈加剧磨损，而其他密封圈不受力，这样可提高密封圈的使用寿命；在每个隔环的下端均设有小孔，可保证在密封圈上下两端都会受到液压力的支撑，这种均匀的液压力支撑，使得密封圈将来在受压作用下将磨损降至最小。隔环使用的材料为耐磨损、使用寿命长的QA19-4。

1-辅助导向支撑套 2-密封函体 3-隔环 4-柱塞导向套 5-高低压水的切换及排气系统 6-陶瓷柱塞图1 高压大流量陶瓷柱塞泥浆泵密封结构

4)柱塞导向套。对柱塞起导向作用，此导向为主导向，柱塞在压力作用下，向两边挤压，支撑定位依靠导向套起作用，密封系统的寿命与这个导向套关系很密切，导向长度也对密封的寿命有着重要影响。所使用的材料是经调质处理的45号钢，其硬度为 HB 269-285。

5)高低压水的切换及排气系统。可提供高低压的水源，在本系统分别有两个水阀和一个排气阀，高压水阀与高压水相连接，低压水阀与低压水相连接。在密封系统中，设置一个排气阀，存在气体时，排气阀打开，将密封系统中的气体排出。

高压水阀的作用是在排出高压介质时，将高压水注入到密封系统中防止高压介质进入到密封系统中，以保持一个干净的密封环境，可延长密封的使用寿命。

低压水阀的作用是在柱塞上行时，用较低的压力水保持在柱塞表面，使得较少的水进入密封面，保持一个干净的密封环境，以延长密封寿命。

排气阀的作用是当介质中存在空气时，通过排气阀的动作，将介质中的气体及时地排出，使介质不能进入密封系统。

6)陶瓷柱塞。高压大流量陶瓷柱塞泥浆泵依靠柱塞筒的往复直线运动及时将介质吸入与排出。所使用的材料为高耐磨性能好，耐腐蚀的Al2O3材料。

3.2 高低压水阀的切换及工作原理

高低压水阀的切换是指泵在吸人与排出介质过程中，柱塞密封函体内的水压始终与泵腔内的介质压力相等或稍大于介质的压力，而使泵腔内的介质不能进入柱塞封函体,柱塞始终在水环境的状态下工作，可延长了柱塞的使用寿命。在泵运行前，先将高压水阀打开，使水进入上下导套中间、密封件、隔环、下导套，使整个密封腔体注满水，并将残余气体排空。泵运行过程中，泵通过高低压阀门的切换，始终保证水的压力与介质的压力相平衡，或使水的压力稍大于介质的压力。当柱塞下行时，高压水阀门打开，高压水进入整个密封系统中，使得介质无法进入密封腔体，保证了密封腔体具有干净的密封环境。当柱塞上行时，低压水阀接通，低压水进入密封腔体，既可使密封腔体的环境保持干净，又能使进入介质的水量最小化。排气阀的作用是使密封腔体中气体及时排出，以避免介质进入密封腔体。该系统最大的优点是密封腔体始终保持干净的密封环境，避免介质进入密封腔体，大大延长了密封的寿命，同时能够达到节水、节电等功效。

4 结语

高压大流量陶瓷柱塞泥浆泵的核心技术是通过高低压水的切换及时排出介质中的气体，使柱塞密封系统保持一个洁净的密封环境。在该泵实际运行中会因柱塞润滑而将少量润滑油带出，为了确保介质无法进入密封腔体及密封表面，因此，高压压力水和低压压力水都要比密封腔体内的压力稍大一些，这样可获得令人满意的密封效果。经过长期实验研究及样机工业考核实践，高压大流量陶瓷柱塞泥浆泵具有高效节能、节水显著，投资少等优点，在化工、冶金、采矿等领域具有独特的优势和良好的发展前景。