水切割机高压水发生设备是高压水射流设备的主机,由于它是动设备,故对系统的可靠性影响很大。
高压水发生设备包括多种型式的往复泵和增压器。它与一般流程用往复泵相比,其特点是压力更高乃至为超高压,因而对其结构、材料与加工工艺等都有更高的要求。本章仅介绍作为高压水发生设备的特色技术问题,而忽略往复泵的一般设计问题。
总体设计要求
(l)选择合适的型式及结构;
(2)确定主要结构参数;
(3)确定泵的整体布置;
(4)系列化设计。
总体设计首先面临的就是确定设计参数,尤其是压力、流量、功率参数要针对用户要求,参照经验并依据标准系列参数圆整。同时,确定设计参数要考虑到成套设备各种配套件的外购与外协,还要考虑到承上启下的系列化发展。
用于高压清洗机的泵大都是柱塞泵,其型式主要有轴向柱塞泵、径向柱塞泵、立式往复泵和卧式往复泵。
轴向柱塞泵以其与原动机直联、高速为主要特点,多用于10MPa以下的微小型清洗机。其动力端直联斜盘旋转,带动三个-柱塞沿轴向呈1200相位的往复运动。为了保证柱塞的及时回位,斜盘与柱塞的点接触改为斜盘开槽与柱塞镶嵌结构。受斜盘偏角限制,这类泵的柱塞行程都较短,而高压下柱塞直径也受到限制,因而它的设计参数普遍很小,适用范围也很窄。泵的进、出水阀组均采用工程塑料,液力端则采用压铸铝,这就更显示出微型泵轻的特点。轴向柱塞泵引发的缺点,如温升、密封寿命等主要源于高速(多在1450r/min和2800r/min)。
径向柱塞泵作为大功率高压泵已成功应用。径向柱塞隔膜泵。泵轴旋转带动偏心轴同轴转动,实现4个柱塞(也可以是6个、8个柱塞)的往复运动。柱塞前移,液缸容积变小,缸内液压油自径向挤压轴外围管状隔膜,从而将隔膜内的水自出水球阀压出;柱塞后移,隔膜恢复管状,出水球阀关闭,进水阀打开吸水。液缸内油的泄漏通过柱塞口由曲轴箱内油补充。泵正常工作时,隔膜护阀处于常开状态,当水路发生意外(如阀出故障),则隔膜在高压水作用下胀大,触及腔壁及护阀,使其关闭,从而隔断油路、保护隔膜。
该泵的外形图。由图可见,该泵的机械传动机构和数个液缸全部置于铝质曲轴箱内,箱内注满油,保证了泵的高速运转。该泵的特点在于管状隔膜将油、水分开,柱塞不接触高压水,无需复杂的高压往复密封。该泵由于多缸、高速( 1200r/min),排出压力无脉动,在大参数下(80MPa、l20kW)质量比很小。由于管状隔膜吸、排水的动力是柱塞往复运行形成的油压,加之多缸的连接,使该泵的结构比较复杂,且拆卸也不太方便。另外,该泵的变型(压力、流量)能力较差。
用于高压水射流设备的高压往复泵主要有立式泵和卧式泵。它们具有共同的特点,如随压力变化流量基本保持不变,技术参数之间的匹配对泵的影响适用于高压、大功率工作场合,需要安全、调压、溢流等相同的泵系统,系列化、通用化、标准化程度高,运行可靠性也是对这类高压泵的共同要求。立式高压往复泵。它的柱塞往复方向是垂直的,这一特点使得泵在运行中,往复密封无需承受柱塞的质量,滑履也无需承受十字头的质量,也就不会出现密封和滑履的偏磨现象,有利于提高液力端和传动端的可靠性;另外,立式泵将平板阀垂直安装,非常利于阀的导向和均匀冲击。当然,立式泵最大的缺点是重心高、机组运行稳定性差,高压下工作这一问题也就更突出 与立式泵相比较,卧式高压往复泵其运行平稳、拆装方便、便于观察为主要优点而广为应用。虽然它占地面积大,但对高压设备,运行可靠性是第一位的。为典型的卧式高压往复泵。由图可见,它的传动端与立式泵基本一致,所不同的是柱塞呈水平布置。另外,高压水射流设备用泵工况还不同于连续运行的流程泵,加之随着技术水平的提高,水切割机泵的高速化使其外形尺寸大为减小,卧式泵也就更具有竞争力了。