一種新型隔膜計量泵單向閥

紀振海

（山東華魯恒升化工股份有限公司，山東德州 253000）

一種新型隔膜計量泵單向閥

紀振海

（山東華魯恒升化工股份有限公司，山東德州 253000）

設計一種新型隔膜計量泵單向閥，解決傳統(tǒng)單向閥在固體顆粒流體介質中頻繁損壞的問題。3球并列的結構形式、蓮花型閥罩、氧化鋯材料的閥座和閥球、哈氏合金彈簧、閥座與閥球采用線密封結構；閥罩內(nèi)部圓周每隔120°開一個彈簧座及通孔，均勻分布；閥罩通過彈簧控制閥球的軸向移動，實現(xiàn)高進低出的出料方式，使單向閥達到密封嚴密、使用周期長、精度高、反應速度快、輸送介質能力強的效果。

計量泵 ；3球并列；氧化鋯；單向閥

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.34

0 引言

某裝置再生催化劑輸送泵主要輸送含有大量固體顆粒、高溫、高壓的流體介質，主要應用于催化劑再生工段。催化劑再生運行情況及再生效果直接影響系統(tǒng)反應，工藝要求必須保證催化劑再生的連續(xù)運行。催化劑再生漿液循環(huán)泵因物料溫度高，含有氧化鋯硬質顆粒，出口壓力高等工況一直運行較差，頻繁檢修，影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

1 傳統(tǒng)單向閥在催化劑再生工段的使用缺陷

目前催化劑再生工段的隔膜計量泵單向閥主要采用單球及低進高出結構（圖1），這種傳統(tǒng)的單向閥有4個缺點。

（1）采用低進高出的進料方式，由于介質中含有大量固體硬質顆粒，易在管道進口的水平段堵塞，同時，閥球卡澀，閥罩堵塞嚴重，固體顆粒介質在計量泵運行過程中抱團積聚，導致進料不暢、流量下降。

（2）采用單球單座的形式，由于介質中含有氧化鋯顆粒，在高溫高壓環(huán)境下，閥座和閥球磨損嚴重，使原有密封面失效，造成單向閥泄漏、流量下降，一套單向閥僅能維持3～5 d的生產(chǎn)周期。

（3）采用哈氏合金，材料昂貴，使用周期短，增加了生產(chǎn)成本。由于該泵為進口設備，備品備件采購周期長，嚴重影響生產(chǎn)。

（4）回座緩慢，閥球靠自身重力及介質壓力回座，沒有其他輔助力，同時，大量固體顆粒積聚在閥罩閥座周圍，導致回座時間長，降低了隔膜泵輸送介質的能力。

圖1 傳統(tǒng)單向閥結構

2 新型單向閥

2.1 新型單向閥結構

改進后的高效單向閥采用3球并列的結構形式，由哈氏合金底座、哈氏合金閥罩、哈氏合金彈簧、陶瓷閥座、陶瓷閥球、定位銷、安裝頂絲及密封墊片組成。哈氏合金底座與陶瓷閥座間隙配合，偏差控制在0.08～0.1 mm，防止閥球出現(xiàn)偏移，造成密封失效。閥罩內(nèi)端部開有行程限制孔，用于限制閥球在閥罩中的軸向位移，閥罩內(nèi)部加工有彈簧座，彈簧支撐閥球，控制閥球的軸向行程，軸向位移控制在6～8 mm；閥罩的另一側開有橢圓形流道；在彈簧及計量泵膜片作用下，閥球進行往復運行，控制介質的流動；哈氏合金閥罩帶有定位銷，固定陶瓷閥座在金屬閥罩中的位置，保證閥球與閥座及閥罩彈簧的對中性；通過頂絲將閥座及閥罩固定為整體；陶瓷閥座與閥球的接觸采用線性密封結構。

圖2 新型閥CAD裝配圖

全新設計的新型高效單向閥，閥罩及閥座采用3孔并列方式排列，閥罩端部開有“蓮花”形孔，限制閥球在閥罩中的軸向位移，控制閥球的軸向行程；閥罩的另一側開有橢圓形流道，方便固體顆粒介質進入單向閥；在彈簧及計量泵膜片作用下，閥球進行往復運行，控制介質的流動；哈氏合金閥座帶有定位銷，固定陶瓷閥座在金屬閥座中的位置，保證閥球與閥座及閥罩彈簧的對中性，防止出現(xiàn)閥球偏移的情況；通過頂絲將閥座及閥罩固定為整體；陶瓷閥座與閥球的接觸采用線性密封結構，保證在高溫高壓運行環(huán)境下，密封的嚴密性。

2.2 新型單向閥特點

（1）單向閥外部采用哈氏合金外罩，內(nèi)部采用陶瓷閥座，3個哈氏合金彈簧，3個陶瓷閥球，閥座及閥球密封面全部采用陶瓷材料，提高了耐磨性，緩解高壓高溫固體硬質顆粒對閥座及閥球的沖刷磨損。

（2）單向閥內(nèi)部安裝哈氏合金彈簧，改變傳統(tǒng)依靠閥球自身重力回座的模式，提高單向閥的反應能力，使得閥球快速響應隔膜的往復運動。

（3）單向閥采用高進低出的方式，通過閥罩中彈簧輔助閥球進行復位，有效地解決了隔膜泵頻繁堵塞的問題，改變了隔膜泵的進出料方式，改進傳統(tǒng)隔膜泵低進高出的介質輸送形式，避免大量固體顆粒堵塞管線及閥座閥罩。

（4）單向閥的閥球由傳統(tǒng)結構的單球增加至3球，采用并列排放，3個球的球心在一個圓周上均勻分布，重量減輕，降低閥球對閥座的沖擊，同時增大了閥座的流通面積，流量顯著提高（圖 3）。

圖3 新型閥立體圖

（5）單向閥閥罩內(nèi)設計彈簧座，彈簧與閥罩固定；閥球在彈簧的作用下與閥座緊密貼合，閥座在密封位置倒1 mm×45°的角，保證閥球與閥座在高壓狀態(tài)下密封嚴密，并隨著閥座的磨損，密封線逐漸下移，保證密封；閥座與閥球的接觸采用線密封結構；閥罩內(nèi)部圓周每120°開一個彈簧座及通孔，均勻分布。

（6）單向閥采用整體式設計，將閥座、閥罩、彈簧、密封墊片及閥球組裝成一體，縮短現(xiàn)場檢修時間。

采用上述結構的單向閥密封嚴密、精度高、在顆粒固體介質中使用周期長，裝配簡單，容易操作。

3 應用效果

改造后的單向閥，運行周期由原來的3～5 d延長到4個月，節(jié)省備件費用，減少催化劑的浪費。改造前閥座、閥球8520元/套，每年用60套，加上催化劑消耗，每年費用需要56.12萬元，改造后閥座、閥球5170元/套，每年僅用3套，加上催化劑消耗，每年費用僅需要1.951萬元。

4 結語

新型單向閥屬專利技術，專利名稱：應用于含有固體顆粒流體介質的單向閥（專利號：201620592555.4）。主要涉及控制含有大量固體硬質顆粒流體介質的單向流動，作為高溫高壓隔膜計量泵單向閥，尤其適用涉及各種化工生產(chǎn)、工民建筑等領域的固體催化劑顆粒介質的管路。

［1］孫恒，陳作模.機械原理［M］.北京：高等教育出版社，2005.

［2］濮良貴，紀名剛.機械設計［M］.北京：高等教育出版社，2003.

［3］余曉霞.HP2a精密計量泵單向閥改造［J］.化工生產(chǎn)與技術，2008，15（6）：61-62.

TH322

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〔編輯 李 波〕