油压驱动海水往复泵的流量脉动及其控制

　　前言

　　目前反渗透海水淡化系统中使用的高压泵主要有往复式容积泵、多级离心高压泵和高速离心泵[1]。且所用的高压泵主要依赖进口,国内目前没有适用于反渗透海水淡化的高压泵[2]。本文研制出了一种油压驱动往复泵,具有结构简单、油水完全隔离、效率高等特点。

　　本文针对油压驱动往复泵输出流量存在的流量脉动问题,进行分析与计算。在往复泵出口处设置蓄能器以解决脉动问题,用AMESim软件建模与仿真,仿真结果表明蓄能器吸收流量和压力脉动的效果良好,并分析了往复泵换向时的停留时间、蓄能器充气压力和容积大小对脉动性的影响。

　　1　油压驱动往复泵结构与运动学分析

　　图1为研制出的油压驱动海水往复泵样机,两侧为油压柱塞缸,中间为双作用海水缸,油缸与海水缸完全隔离,以保证油水分离,完全避免了介质污染及渗透膜堵塞现象。具有结构简单、工作可靠、长冲程、低冲次和效率高等特点。

　　1. 1　油压驱动海水往复泵工作原理

　　如图2所示,由液压泵站1供油给油压驱动往复泵2,驱动油缸活塞杆3带动海水缸活塞8在海水缸6内做直线往复运动。当液压泵站1中的电磁换向阀左位工作时,海水缸活塞8向左运动,海水缸6左腔内的海水受挤压,压力升高迫使海水经出口单向阀5a排出,此为泵的排出过程;同时,海水缸活塞8的左移使海水缸6的右腔内形成负压,海水箱9中的海水在大气压的作用下经进口单向阀4b进入右腔,此为泵的吸入过程。当活塞运动到最左端位置,活塞杆触动行程开关,电磁换向阀换至右位,新的排出和吸入循环开始。

　　在海水往复泵的出口和渗透膜14之间设置有安全阀10、单向阀11、蓄能器12。当系统的压力高于渗透膜的安全工作压力时,安全阀10开始溢流,以保证渗透膜的正常工作;蓄能器12用于吸收换向时产生的液压冲击,且在活塞停止阶段,作为辅助动力源,以维持系统流量和压力稳定。

　　1. 2　油压驱动往复泵的运动学分析

　　油压驱动往复泵的活塞从最左端开始运动到最右端,要经历加速、匀速、减速和停留4个阶段[3],换向后,活塞仍然经历上述4个阶段。为便于分析,假设活塞在加和减速阶段均做等加速和等减速运动。活塞在一个行程中的运动学方程如下:加速阶段(0≤t≤t1):

　　式中v1、a1为活塞的速度值、加速度值; s、v、a、t为活塞的位移、速度、加速度和运动时间。

　　由上述方程可知,在一个运动周期中,往复泵中活塞运动的位移、速度和加速度曲线如图3所示。

　　2　油压驱动往复泵的理想输出流量特性