浅谈计量泵及计量泵的选型设计

郭玲玲

 (山东莱克工程设计有限公司，山东东营257026)

  【摘要】本文介绍了不同结构型式计量泵的工作原理、性能特点和适用范围;不同结构型式进、出口止回阀、脉动缓冲器的特点和适用范围。结合自己所参与的工程项目，分析了计量泵、进出口止回阀和缓冲器的一些选型经验。

  【关键词】计量泵 止回阀 脉动缓冲器 选型

1 前言

计量泵是一种调节输送液体流量的往复泵，具有排出压力高、排量小、流量准确可调、适用范围广等特点，是现代化连续生产和提高产品质量的重要配套设备。我国在使用和设计制造计量泵方面起步较晚，20 世纪 60 年代初开始生产计量泵，90 年代以后，计量泵产量以 15% 以上的速度迅速增加。随着计量泵的发展，种类也越来越多，合理的选择计量泵变得非常关键。

2 计量泵的选择

根据过流部件分类，计量泵分为柱塞式、液压隔膜式和机械隔膜式三种。

2.1 柱塞式计量泵

泵的液力端借助柱塞组成工作腔，通过柱塞往复直线运动使工作腔的容积发生周期性变化的泵。

主要特点:

(1) 最高出口压力可达 120MPa;

(2)能输送高粘度介质;

(3) 轴封为填料密封，有泄漏;

(4) 柱塞泵的工作脉动很大，流量不稳定;

(5) 流量在0 ～100% 范围内可以无级调节。对非易燃、易爆和有毒介质，常选用柱塞式计量泵。此外，当计量泵出口压力大于 40MPa 时，一般选用柱塞式计量泵。

2.2 隔膜泵

泵的液力端借助于隔膜组成工作腔，以隔膜周期性变化来代替柱塞往复运动的泵称为隔膜泵。根据隔膜的驱动方式，分为液压隔膜式和机械隔膜式。根据膜片个数，隔膜泵分为单隔膜泵、双隔膜泵、三隔膜泵等。

(1)液压隔膜式

隔膜的周期性变形是借助于柱塞在液压工作腔里往复运动的液压驱动的泵，叫液压隔膜式计量泵。

主要特点:

①介质的使用温度不宜超过 100℃ ，不宜低于-30℃ ，否则影响隔膜的使用寿命;

②在输送易燃、易爆、剧毒及贵重液体时应采用双隔膜;

③流量在 0 ～ 100% 范围内可以无级调节;

④无泄漏。对易燃、易爆和有毒介质，常选用液压隔膜式计量泵。

(2)机械隔膜式

通过往复运动的机件直接驱动隔膜前后挠曲周期性变形的泵称为机械隔膜式计量泵。主要特点:

①最高工作压力1.2MPa，一般用在出口压力小于0.3MPa 时;

②吸入性能比柱塞泵和液压隔膜式计量泵低，因此容积效率较低;

③流量适用范围小，计量精度比柱塞泵和液压隔膜泵都低，计量精度可达 ±2% ;

④无安全泄放装置，要求在泵的出口管路设置安全阀。由于机械隔膜式计量泵最高工作压力很低，并且效率较低，所以很少采用。

2.3 电磁隔膜计量泵

隔膜通过柱塞驱动前后挠曲周期性变形，柱塞靠电磁驱动的泵称为电磁隔膜式计量泵。电磁隔膜计量泵非常适合于低流量、低压力工作场合，并且在供电电压波动时有良好的补偿作用。通过校正，每一个冲程的投加量是已知的。因此总的投加量可以通过计算得出。总投加量与频率成线性关系。通过外部的脉冲或模拟量控制，投加量可以在一秒钟之内从最小调到最大。另外它比电机驱动的冲程长度调节成本要低的多。由于电磁隔膜式计量泵适合于低流量、低压力情况，所以很少采用。

3 进、出口止回阀选择

3.1 球阀

球阀公称直径可以达到 DN15，流动特性好，结构可靠，甚至可以使用于输送含固体颗粒的介质。没有阀弹簧，靠球阀自重复位的球阀可以延长使用寿命。球阀分为单球阀和双球阀，双球阀密封性和安全性要好于单球阀，所以国内一般选用双球阀。国外加工精度较高，也经常采用单球阀。球阀根据有没有弹簧，可以分为自重式和弹簧式两种。工程实际中，常选用自重式双球阀。

3.2 锥阀

公称直径可达 DN25，多用于高压工况。工程实际，低压情况下很少使用。

3.3 平板阀

公称直径可达 DN25，使用压力可达20MPa。由于平板阀较轻，适用于柱塞往复频率较大的场合。工程实际中，由于平板阀密封效果没有球阀好，所以很少采用。

4 进、出口脉动缓冲器的选择

4.1 气液接触式

气液接触式脉动缓冲器是一个单纯的压力容器，它依靠增加可压缩气体的容积量来使压力尽量平稳，一般用于泵出口压力小于 1MPa 时。由于气液接触式消除脉动效果差，且气体会进入输送介质中，所以很少采用。

4.2 气囊式

气囊式脉动缓冲器主要用于不可压缩流体中，在结构上，它是一个双层结构，内层是一个橡皮气胆，充有压缩氮气，外层是钢筒容器，与输送介质直接接触，当系统内压力下降时，气胆会膨胀，把一部分压缩能量传递给系统，相反，当系统压力升高时，气胆会被压缩，吸收部分能量，以此来达到蓄能的目的。相对于其他两种缓冲器，气囊式缓冲器需要现场充氮气，充氮气的压力为泵出口压力的 60% 。相对于其他两种型式的脉动缓冲器，气囊式缓冲器消除脉动效果最好，可以将计量泵的出口压力脉动控制到 ± 2% 的范围内，所以常选用气囊式脉动缓冲器。

4.3 隔膜式

隔膜式脉动缓冲器主要用于不可压缩流体中，在结构上，它是在容器内部设置一个隔膜，当系统压力升高时，隔膜向远离介质的方向被压缩，吸收部分能量，当系统内压力下降时，隔膜复位，以此来达到蓄能的目的。隔膜式缓冲器一般用在泵出口压力小于4MPa 时。鉴于隔膜式缓冲器的缓冲能力没有气囊式好，工程实际中一般很少选用。

4.4 进、出口脉动缓冲器设置原则

(1)进出口均设脉动缓冲器。计量泵入口离药剂罐较远或者流量较大(进口流量≥3000L/h) 或者高粘度时，进口侧应设置脉动缓冲器。计量泵出口一般要设置脉动缓冲器。

(2)仅出口设缓冲器。计量泵入口离药剂罐很近或者流量很小，波动很小，计量泵入口可以不设脉动缓冲器。计量泵出口需设置脉动缓冲器。

(3)不设进出口缓冲器。计量泵流量很小(≤30 ～ 40L/h)，并且所选管径很大，对系统产生的脉动很小，进、出口可以不设脉动缓冲器。

5 结语

本文介绍了不同结构形式计量泵的工作原理、性能特点和适用范围;不同类型进、出口止回阀、脉动缓冲器的特点和适用范围。然后，结合自己所参与的工程项目，分析了计量泵的选择，进、出口止回阀的选择和进、出口脉动缓冲器的选择。旨在通过本文的介绍，能够在工程实际中选择更加合适的计量泵。