水刀高壓水發生設備是高壓水射流設備的主機,由于它是動設備,故對系統的可靠性影響很大。高壓水發生設備包括多種型式的往復泵和增壓器。它與一般流程用往復泵相比,其特點是壓力更高乃至為超高壓,因而對其結構、材料與加工工藝等都有更高的要求。本章僅介紹作為高壓水發生設備的特色技術問題,而忽略往復泵的一般設計問題。
總體設計要求
(1)選擇合適的型式及結構;
(2)確定主要結構參數;
(3)確定泵的整體布置;
(4)系列化設計。
總體設計首先面臨的就是確定設計參數,尤其是壓力、流量、功率參數要針對用戶要求,參照經驗并依據標準系列參數圓整。同時,確定設計參數要考慮到成套設備各種配套件的外購與外協,還要考慮到承上啟下的系列化發展。
用于高壓清洗機的泵大都是柱塞泵,其型式主要有軸向柱塞泵、徑向柱塞泵、立式往復泵和臥式往復泵。
軸向柱塞泵以其與原動機直聯、高速為主要特點,多用于10MPa以下的微小型清洗機。其動力端直聯斜盤旋轉,帶動三個柱塞沿軸向呈120。位的往復運動。為了保證柱塞的及時回位,斜盤與柱塞的點接觸改為斜盤開槽與柱塞鑲嵌結構。受斜盤偏角限制,這類泵的柱塞行程都較短,而高壓下柱塞直徑也受到限制,因而它的設計參數普遍很小,適用范圍也很窄。泵的進、出水閥組均采用工程塑料,液力端則采用壓鑄鋁,這就更顯示出微型泵輕的特點。軸向柱塞泵引發的缺點,如溫升、密封壽命等主要源于高速(多在14 50r/min和2800r/min)。
徑向柱塞泵作為大功率高壓泵已成功應用。為徑向柱塞隔膜泵。泵軸旋轉帶動偏心軸同軸轉動,實現4個柱塞(也可以是6個、8個柱塞)的往復運動。柱塞前移,液缸容積變小,缸內液壓油自徑向擠壓軸外圍管狀隔膜,從而將隔膜內的水自出水球閥壓出;柱塞后移,隔膜恢復管狀,出水球閥關閉,進水閥打開吸水。液缸內油的泄漏通過柱塞口由曲軸箱內油補充。泵正常工作時,隔膜護閥處于常開狀態,當水路發生意外(如閥出故障),則隔膜在高壓水作用下脹大,觸及腔壁及護閥,使其關閉,從而隔斷油路、保護隔膜。
該泵的外形圖。該泵的機械傳動機構和數個液缸全部置于鋁質曲軸箱內,箱內注滿油,保證了泵的高速運轉。該泵的特點在于管狀隔膜將油、水分開,柱塞不接觸高壓水,無需復雜的高壓往復密封。該泵由于多缸、高速(1200r/min),排出壓力無脈動,在大參數下(80MPa、120kW)質量比很小。由于管狀隔膜吸、排水的動力是柱塞往復運行形成的油壓,加之多缸的連接,使該泵的結構比較復雜,且拆卸也不太方便。另外,水刀泵的變型(壓力、流量)能力較差。