隔膜式启停阀在罗茨鼓风机上的应用

摘要:分析了罗茨鼓风机的启停特性，有针对性地引进了隔膜式启停阀，并对启停阀的结构及工作原理进行了研究，提出了隔膜阀的延伸利用途径。
关键词:罗茨鼓风机　隔膜阀　结构　原理
The Application of Diaphragm Type Starting and Stopping Valve on Roots Blower
Abstract: The characteristics of starting and stopping for roots blower is analyzed. The diaphragm type starting and stopping valve is introduced specially. The structure and working principle of starting and stopping valve are researched. The extended using way of diaphragm valve is put forward.
Key words: Roots blower Diaphragm valve Structure Principle

0　引言

　　罗茨鼓风机^[1]作为一种气体输送设备，具有强制送风的特点，没有内部压缩过程，只是在基元容积与排气口接通的瞬间，由于高压气体向基元容积回流，罗茨转子强制将气体推入系统或管路而实现气体的压缩。因此，在鼓风机的启停过程中，高压气体冲击从动转子，使从动转子反转，主从转子在齿轮侧隙的范围内相对运动不同步，造成叶轮碰撞，损坏叶轮，并造成事故；同时，如果在启动时直接带负荷启动，将会增加电机的启动力矩，加大启动电流，从而造成对电机以及对电网的破坏与冲击。为避免这些可预见故障，通常在罗茨鼓风机的运行系统中采用放空或打回流的方式（见图1和图2）进行卸荷，实现风机的空载启停。

　　不管是采用放空还是打回流的方式进行卸荷 ，均需配置电动或手动闸阀，通过调节闸阀来实现卸荷。这就存在操作麻烦、不及时、动作慢、误操作等缺陷，不利于突发的停车保护要求。为此，从国外引进了一种隔膜式启停阀，它能自动实现随时启停过程中的卸荷要求，并能在一定的范围内实现卸荷时间长短的调整，适应各种电机不同启动时间的需要。
１　隔膜式启停阀的主要结构

　　该阀的主要结构见图3。

　　由图3可见，隔膜式启停阀主要组成部分：调节螺栓1、喷嘴2、阀盖3、阀座4、隔膜5 、阀杆组6等 6个主要部件，其中隔膜是整个启停阀的关键部件，通过它可把阀的上部分成气腔 1 和气腔2 两部分，它有一定的弹力特性和疲劳特性，能在外力撤除的情况下主动复位，且能上下反复运动，不会产生折断、撕裂、疲劳等破坏；喷嘴上钻有很小的喷气孔，可起到降压作用；阀杆组由滑杆和下部的密封橡胶块组成；阀座通过法兰与系统主管上的三通管相连（见图4），可把气流引入启停阀。

2　隔膜式起启停阀的工作原理

　　初始状态下，开车时启停阀处于图3所示的开启位置，气流通过卸压口外排，同时极少部分气体通过喷嘴向气腔1喷射，使气腔1内的压力逐步加大，推动隔膜带动滑杆往下移动，最终使密封橡胶块将阀座进口堵住，完成放空卸压过程；停车时隔膜阀处于关闭状态。

　　由于逆止阀的作用，使系统的高压气体无法返流。风机与逆止阀之间的管路处于低压状态，气腔1内的高压气体开始通过喷嘴往主管路排气，使气腔1内的压力降低，借助隔膜的弹性带动滑杆往上移动，实现密封橡胶块与阀座的分离，逐步回到图3所示的开启位置，再次完成放空卸压过程。
　　设系统启动时负荷（压力）为p_d；阀杆组下端取压口直径为D；喷嘴喷口直径为d；进气速度为v₀；喷嘴后压力为p，喷气速度为v₁；气体密度为ρ；气腔1的原始压力为p₀，根据伯努利方程^[2]有：

　　　　p_d+ρv₀²/2g = p+ρv₁²/2g （1）
根据气体连续流理论有：
　　　 （π·D₂/4）·v0=（π·d²/4）·v₁（2）
　　因为d≈0.02 D，由式（2）可知v1远远大于v₀，所以由式（1）可推出喷嘴后压力p远远小于启动时负荷p_d，同时由于压力p的注入，使得气腔1的压力提高，隔膜下移，体积增大，压力p进一步降低，因此为p= pd平衡条件的达成赢得了时间（延时），实现了延时关闭，获得满意的卸压时间。
　　当然，这里对气体的流动作了尽可能的简化，只能从定性的角度对其进行解释，具体到启停阀的设计计算，可以参照阀门设计手册^[3] ，并根据工程热力学的要求另建数学模型进行解答。

4　引进隔膜式启停阀的现实意义

　　综上所述，通过采用隔膜式启停阀，实现罗茨鼓风机的自动空载启停；可靠性、及时性高，不会出现误操作；同时，通过合理的改进，还可以实现安全阀，放空阀、回流阀的功能，节约系统安装和配套成本，进一步提高罗茨鼓风机系统的运行可靠性、经济性。加装隔膜式启停阀并对系统进行相应的改造后，整个装置由于罗茨鼓风机的原因而发生故障的几率明显下降，提高了整个装置的生产能力，为企业创造了良好的经济效益。