河北科技大學畢業(yè)設計

1、 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 44 頁 共 44 頁1 引言1.1 反滲透海水淡化技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀海水淡化是科學家們多年來不斷進行研究的技術(shù)課題。隨著水資源危機的加劇，海水淡化技術(shù)得到迅速發(fā)展。在已經(jīng)開發(fā)的二十多種淡化技術(shù)中，蒸餾法、電滲析法、反滲透法都已經(jīng)達到工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)的水平。最早的淡化方法有兩種：冷凍法和蒸餾法。冷凍法，即冷凍海水使之結(jié)冰，在液態(tài)淡水變成固態(tài)冰的同時鹽被分離出去。這兩種方法都有難以克服的弊端，其中蒸餾法會消耗大量的能源并在儀器里產(chǎn)生大量的鍋垢，而所得到的淡水卻并不多；而冷凍法同樣要消耗許多能源，但得到的淡水味道卻不佳，難以使用。蒸餾法，即將水蒸發(fā)而鹽留下，再將水蒸氣冷凝

2、為液態(tài)淡水。這個過程與海水制鹽的過程相似，其相異的地方是人類要攫取的是淡水。蒸餾法海水淡化技術(shù)利用熱能將海水轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)淡水，它又分為低溫多效、多級閃蒸和壓汽蒸餾三種技術(shù)。蒸餾法海水淡化技術(shù)是最早投入工業(yè)化應用的淡化技術(shù)。蒸餾法具有可利用電廠和其他工廠的低品位熱、對原料海水水質(zhì)要求低、裝置的生產(chǎn)能力大等優(yōu)點，是當前海水淡化的主流技術(shù)，占海水淡化技術(shù)總市場份額的57%以上。反滲透海水淡化法是二十世紀六十年代后期發(fā)展起來的一項新技術(shù)。滲透是一種物理現(xiàn)象，當兩種含有不同濃度鹽類的水，如用一張只讓淡水通過而不讓鹽分通過的“半透膜”隔開，就會發(fā)現(xiàn)含鹽量少的一邊的水分會透過膜滲到含鹽量高的水中，而所含的鹽分

3、并不滲透，這樣，直到兩邊含鹽濃度相等為止。然而，要完成這一過程需要很長時間，這一過程也稱為自然滲透。但如果在含鹽量高的水側(cè)，試加一定壓力，其結(jié)果可以使上述滲透停止，這時的壓力稱為滲透壓力。如果壓力再加大，可以使水向相反方向滲透，而鹽分剩下。因此，反滲透淡化法，就是在有鹽分的水中（如原水），施以比自然滲透壓力更大的壓力，使?jié)B透向相反方向進行，把原水中的水分子壓到膜的另一邊，變成潔凈的水，從而達到除去水中鹽分的目的，這就是反滲透淡化法的原理。反滲透主體設備主要由高壓泵、反滲透膜、能量回收三部分組成。在足夠高壓力的情況下，除水分子外，水中其他礦物質(zhì)、有機及各種離子幾乎都被拒之于膜外，并被高壓水流沖出

4、。滲透到另一面的水即是安全、衛(wèi)生、純凈的水。反滲透法最大的優(yōu)點是節(jié)約能源，生產(chǎn)同等質(zhì)量的淡水它的能源消耗僅為蒸餾法的1/40。隨著海水淡化技術(shù)的發(fā)展，反滲透已成為所有海水淡化方法中最具競爭力的脫鹽技術(shù)之一，因此從1974年以來，世界上的發(fā)達國家不約而同地將海水淡化的研究方向轉(zhuǎn)向反滲透法。但其產(chǎn)品水成本與傳統(tǒng)的市政供水相比較仍較高。反滲透系統(tǒng)中的能耗約占海水廠總運行費用的75%，而且隨著社會的發(fā)展能量成本還在增加，減少系統(tǒng)能耗已成為降低反滲透淡化運行成本的有效方法之一。在淡化系統(tǒng)中，反滲透膜組件排出的濃鹽水仍有很高的壓力，如能回收這部分能量來增壓進料海水，則系統(tǒng)能耗將大幅度降低，為了降低能耗，余

5、壓能量回收裝置已成為淡化系統(tǒng)中必不可少的關鍵設備1.2反滲透基本原理反滲透是一種高效節(jié)能的膜技術(shù)，以壓力為驅(qū)動力將進料水中的水（溶劑）和離子（或小分子）分離，從而達到純化和濃縮的目的。反滲透基本原理如圖1-1所示。用半透膜分離濃度不同的兩個水溶液，稀溶液測得水會自發(fā)的通過半透膜流入濃溶液側(cè)，這種現(xiàn)象叫做滲透。如在濃溶液側(cè)施加壓力P，則水的自發(fā)流動將受到抑制而減慢，當施加的壓力達到某一數(shù)值時，水通過摸的凈流量等于零，出現(xiàn)滲透平衡，濃鹽水側(cè)所施加壓力稱為滲透壓II。滲透壓的大小取決于溶液的種類、濃度和溫度，而與膜本身無關。如在濃溶液側(cè)施加大于滲透壓的外壓P，就能使水分子透過半透膜向稀溶液側(cè)擴散滲透

6、，上述現(xiàn)象是反滲透的基本原理。在實際操作中，為了提高透過水量，所加的外壓一般都達到滲透壓差的若干倍。2 海水淡化缸材料的選擇2.1 玻璃鋼玻璃鋼（FRP）亦稱作GRP，即現(xiàn)為強化塑料，一般指用玻璃纖維增強不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂基體。以玻璃纖維或其制品作為增強材料的增強塑料，稱謂為玻璃纖維增強塑料，或稱謂為玻璃鋼。由于所使用的樹脂品種不同，因此有聚酯玻璃鋼、環(huán)氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼之稱。質(zhì)輕而硬，不導電，機械強度高，回收利用少，耐腐蝕?？梢源驿摬闹圃鞕C械零件和汽車、船舶、壓力容器外殼等。2.1.1 玻璃鋼的力學性能玻璃鋼的力學性能突出的一點是比強度高，這是金屬材料和其他材料無法比擬的。玻

7、璃鋼質(zhì)輕而高強的性能，來源于較低的樹脂密度以及玻璃纖維的高抗伸強度（普通鋼材的5倍以上）。玻璃鋼的密度隨著樹脂含量的不同而有所不同。從高樹脂含量的玻璃氈制品到低樹脂含量的玻璃鋼纏繞制品，玻璃鋼的密度只有普通碳鋼的1/41/5，比鋁還輕1/3左右。復合材料的力學性能具有明顯的方向性，這是與金屬材料不同的。金屬材料，不論在任何方向，強度和彈性模量幾乎完全相同。而對于木材、玻璃鋼等，沿纖維方向的強度和彈性模量就比垂直于纖維方向上的要高得多。象金屬那樣強度不隨方向變化而變化的材料稱為各向同性材料，而像玻璃鋼、木材、鋼筋混凝土等，它們的強度隨方向不同而變化，稱它們是各向異性材料。玻璃鋼等人造的復合材料還

8、可以人為地變化纖維方向和數(shù)量來達到某種特定的強度要求。玻璃鋼主要的化學性能就是它有突出的耐腐蝕性。它不僅不會象金屬材料那樣生銹腐蝕；同時，也不會象木材那樣腐爛，而且?guī)缀醪槐凰?、油等介質(zhì)所侵蝕，可以代替不銹鋼在化工廠中用來制造貯罐、管道、泵、閥等，不僅使用壽命長，而且不需采取防腐、防銹或防蟲蛀等防護措施，減少了維降費用。玻璃鋼在耐腐蝕方面的應用是很廣泛的，國外一些主要工業(yè)國家，玻璃鋼用作耐腐制品方面都在13%以上，其用量有逐年增高趨勢。國內(nèi)用量也不少，大都用作金屬設備的襯里，以保護金屬。玻璃鋼的耐腐蝕性，主要取決于樹脂，作為玻璃鋼用的樹脂，其耐腐蝕性是好的，但單純的用樹脂涂覆在金屬表面上，會出現(xiàn)

9、較嚴重的龜裂裂縫，起不到防滲漏和保護金屬的作用。在樹脂中添加一定量的玻璃纖維后，將樹脂中出現(xiàn)較嚴重龜裂的可能性轉(zhuǎn)化為數(shù)量眾多的微小裂縫，而這些小裂縫形成一個貫串裂縫的機率是很小的，而相互間還有止裂作用，這樣可以阻止化學溶液介質(zhì)的滲透腐蝕。玻璃鋼不僅對多種低濃度的酸、堿、鹽介質(zhì)及溶劑有較好的穩(wěn)定性，而且有抗大氣、海水和微生物作用的良好性能。不過，對于不同的腐蝕性介質(zhì)，應選擇適當?shù)臉渲筒ＡЮw維及其制品。關于玻璃鋼防腐，近幾年來應用越來越普遍，顯示了防腐投資少，使用壽命長，節(jié)約大量不銹鋼材等方面的優(yōu)越性，取得了顯著的經(jīng)濟效果。2.1.2 FRP的生產(chǎn)方法基本上分兩大類，即濕法接觸型和干法加壓成型。

10、如按工藝特點來分，有手糊成型、層壓成型、RTM法、擠拉法、模壓成型、纏繞成型等。手糊成型又包括手糊法、袋壓法、噴射法、濕糊低壓法和無模手糊法。目前世界上使用最多的成型方法有以下四種。手糊法：主要使用國家有挪威、日本、英國、丹麥等。噴射法：主要使用國家有瑞典、美國、挪威等。模壓法：主要使用國家有德國等。RTM法（樹脂傳遞模塑）：主要使用國家有歐美各國、日本。還有：纖維纏繞成型法、拉擠成型法和熱壓灌成型法等等。我國有90%以上的FRP產(chǎn)品是手糊法生產(chǎn)的，其他有模壓法、纏繞法、層壓法。日本的手糊法仍占50%。從世界各國來看，手糊法仍占相當比重，說明它仍有生命力。手糊法的特點是用濕態(tài)樹脂成型，設備簡單

11、，費用少，一次能糊10m以上的整體產(chǎn)品。缺點是機械化程度低，生產(chǎn)周期長，質(zhì)量不穩(wěn)定。近年來，我國從國外引進了擠拉、噴涂、纏繞等工藝設備，隨著FRP工業(yè)的發(fā)展，新的工藝方法將會不斷出現(xiàn)。2.2 不銹鋼在眾多的工業(yè)用途中，不銹鋼都能提供今人滿意的耐蝕性能。根據(jù)使用的經(jīng)驗來看，除機械失效外，不銹鋼的腐蝕主要表現(xiàn)在：不銹鋼的一種嚴重的腐蝕形式是局部腐蝕（亦即應力腐蝕開裂、點腐蝕、晶間腐蝕、腐蝕疲勞以及縫隙腐蝕）。這些局部腐蝕所導致的失效事例幾乎占失效事例的一半以上。303和303Se 是分別含有硫和硒的易切削不銹鋼，用于主要要求易切削和表而光浩度高的場合。303Se不銹鋼也用于制作需要熱鐓的機件，因為

12、在這類條件下，這種不銹鋼具有良好的可熱加工性。 不銹鋼的特點： 表面美觀以及使用可能性多樣化； 耐腐蝕性能好，比普通鋼長久耐用； 耐腐蝕性好； 強度高，因而薄板使用的可能性大； 耐高溫氧化及強度高，因此能夠抗火災； 常溫加工，即容易塑性加工； 不必表面處理，簡便、維護簡單； 清潔，光潔度高； 焊接性能好。 3 管路的選擇3.1管路的概述及要求管路在液壓系統(tǒng)中主要用來把各種元件及裝置連接起來傳輸能量。對管路的基本要求是要有足夠的強度，能承受系統(tǒng)的最高沖擊壓力和工作壓力，管路與各元件及裝置的連接處要密封可靠、不泄露、決不能松動。在系統(tǒng)中的不同部位，應選用不同規(guī)格的管徑，管路在安裝前必須清洗干凈，管

13、內(nèi)不允許有銹蝕、雜質(zhì)、粉塵、水及其他液體或膠質(zhì)等其他污物。管路安裝要固定結(jié)實，布局合理，排列整齊，方便維修和更換元件。管筒規(guī)格按外徑和壁厚確定。外徑定寸管比通徑定寸管具有較高的外徑尺寸精度和內(nèi)外表面粗糙度，易于對管子進行彎曲，適合選用各種管接頭。這類管子有鋼管、銅管和鋁管，后兩種一般用于低壓系統(tǒng)。銅管雖易彎曲與擴口成型，但擴口時易冷作硬化且銅管有易于油液氧化的催化作用。鋼管是液壓系統(tǒng)的主要用管，其強度高，適合各種液壓設備和高壓設備。確定管路的內(nèi)徑、壁厚等尺寸時可按下列方法計算。3.2管內(nèi)油液的推薦流速 對吸油管道取 0.61.3 m/s （一般取1m/s以下） 對壓油管道取 2.57.6 m/

14、s （壓力高時取大值，反之取小值；管道較長時取小值，反之取大值；油液粘度大時取小值，反之取大值）。 對短管及局部收縮處，可取 v=57.62 m/s。 對回油管道，可取 1.74.5 m/s。 對管內(nèi)流速也可按照表3-1選取表3-1液壓系統(tǒng)管路推薦流速吸油管壓油管回油管流速/(m/s)運動粘度流速/(m/s)壓力/MPa流速/(m/s)1500.62.52.531.74.51000.755.03.54501.2104.55301.320562067.6海水淡化系統(tǒng)的工作壓力為10MPa，但在活塞桿進入緩沖時壓力會達到19.17MPa，因此根據(jù)表3-1選取海水淡化系統(tǒng)的海水流速為7.6m/s。3

15、.3管子的內(nèi)徑的計算管子內(nèi)徑的計算公式為 （3-1）式中 d-管子內(nèi)徑（mm）。 q-海水的流量（L/mm）。 v-管內(nèi)海水的流速，可按推薦流速選取，見表3-1。.根據(jù)式3-1可得 管道的內(nèi)徑為 =29.65 mm為方便加工，將其圓整為整數(shù)，選取管道的內(nèi)徑為30mm。3.4 管子壁厚的計算管子壁厚的計算公式為 （3-2）式中 t管子壁厚（mm）。 p-工作壓力（MPa）。 d-管子內(nèi)經(jīng) （mm）。 -許用應力（MPa），對于鋼管。 -抗拉強度 （MPa）。 n-安全系數(shù)。（當壓力p17.5MPa時，取n=4）。由式3-2得管道的壁厚為=1.91 mm將其圓整為整數(shù)，選取壁厚為2mm。3.5 管

16、道的安裝布置應注意的問題管子長度要短，管徑要合適，流速過高會損失能量。固定兩點之間的硬管連接，應避免緊拉直管，要有一個松彎部分，這不僅便于裝卸，且也不會因為熱脹冷縮，造成嚴重的拉應力。管子的彎管半徑應盡可能大，其最小彎管半徑應為管外徑的2.5倍。參考表3-2管子最小彎曲半徑。管端處不宜有彎管半徑，應當留出部分直管，其距離為管接頭螺母高度的2倍以上。對系統(tǒng)的管路安裝連接必須牢固結(jié)實。當管路較長時，需加支撐，支撐管夾的間距，可參考美國材料試驗學會推薦的關夾間距見附表一。表3-2管子最小彎曲半徑管外徑D681012141618202225283035384260最小彎管半徑r16202532.540

17、455565801001101604 密封件的選擇4.1 密封件的作用在液壓系統(tǒng)及其元件中，設計、安置密封裝置和密封元件的作用，在于防止工作介質(zhì)的泄漏及外界塵埃和異物的侵入。設置于密封裝置中，起密封作用的元件，即為密封件。流體狀態(tài)的工作介質(zhì)，在液壓元件及系統(tǒng)的空腔內(nèi)流動和暫存，由于受壓力、間隙、粘度等因素變化，而導致少量工作介質(zhì)越過空腔邊界，由高壓腔向低壓腔流出。這種“越界流出”的現(xiàn)象，稱為泄露。泄露，內(nèi)泄漏和外泄漏兩種。單位時間內(nèi)泄露的液體體積量，稱為泄漏量。內(nèi)泄漏，會引起液壓系統(tǒng)容積效率的急劇下降，達不到所需的工作壓力，使機械設備無法正常工作。外泄漏，會造成工作介質(zhì)浪費和污染環(huán)境，甚至引發(fā)

18、機械操作失靈和人身事故。4.2 密封件的設計和選用的原則4.2.1 基本要求 密封件膠料的配方，其理化性能應滿足在工況條件下，長期浸泡于介質(zhì)中的物化性能指標要穩(wěn)定，即密封件材料與海水的相容性要好； 在液壓系統(tǒng)出現(xiàn)瞬時脈動峰值壓力的條件下，仍能保障密裝置不被擊穿，并且在正常作業(yè)條件下，能滿足主機作業(yè)一個大修期內(nèi)無泄漏的使用要求； 動密封裝置的動、靜摩擦阻力要小，并須保持摩擦系數(shù)的穩(wěn)定。避免出現(xiàn)運動偶件咬死或蠕動等情況； 結(jié)構(gòu)靈巧、拆裝方便、成本低廉。4.2.2 對密封件材料的要求密封件的材料，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，有了長足的進步。物理和化學的性能都以滿足科技發(fā)展的需要。 在介質(zhì)中有良好的化學穩(wěn)定性

19、，即不溶脹，不收縮，不軟化，不硬化； 在介質(zhì)中壓縮永久性變形要小、具有良好的物理性能穩(wěn)定性； 在介質(zhì)中機械性能變化幅度要?。?耐熱、耐寒、耐磨耗及摩擦系數(shù)要低； 不腐蝕密封副偶件表面，不粘結(jié)； 易加工，成本低。液壓系統(tǒng)和元件中，常用的密封件材料，主要是合成橡膠和合成樹脂。由于合成橡膠的膠種頗多，且各自的性能也不一樣。因此密封件使用者，除要求合成樹脂滿足以上要求外，還應根據(jù)不同種類的橡膠的特性和適用范圍，參照密封件的使用工況條件，正確選擇。附表二可作為密封件材料的的選擇參考。5 海水淡化缸的主要性能參數(shù)5.1 壓力 公稱壓力pn，也稱為額定壓力，是液壓缸能用以長期工作的壓力。國標GB7938-8

20、7規(guī)定了液壓缸公稱壓力系列見表5-1 表5-1液壓缸的公稱壓力 單位：MPa0.631.01.62.54.06.310.016.025.031.540.0 最高允許壓力pmax，也是動態(tài)試驗壓力，是液壓缸在在瞬間所能承受的極限壓力。各國規(guī)范通常規(guī)定為： (MPa) （5-1） 耐壓試驗壓力pT,是液壓缸在檢查質(zhì)量時需承受的試驗壓力。在規(guī)定時間內(nèi)，液壓缸在此壓力下，全部液壓缸零件不得有破壞或永久性變形等異?，F(xiàn)象。各國規(guī)范多規(guī)定為：當 額定壓力16Mpa時 （Mpa） （5-2）當 額定壓力16Mpa時 （Mpa） （5-3） 最低啟動壓力p0，是液壓缸在空載工況下，通入液壓油逐漸升壓，活塞桿在剛

21、啟動使得壓力值，此壓力值為液壓缸的最低啟動壓力。5.2 活塞行程國家標準GB2349-80規(guī)定了液壓缸活塞行程系列見表5-2。表5-2（a）液壓缸活塞行程系列 單位：mm2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000表5-2（b）液壓缸活塞行程系列 單位：mm406390110140180220280360450550700900110014001800220028003600表5-2（c）液壓缸活塞行程系列 單位：mm24026030034038042048053060065075085095010501200

22、1300150017001900210024002600300034003800注：液壓缸活塞行程參數(shù)以優(yōu)先次序按表（a）（b）（c）選??； 活塞行程大于4000時，按GB321-80優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系中R10數(shù)系選用，如不能滿足要求時，按R40數(shù)系選擇。根據(jù)使用要求和安裝空間的要求，海水淡化缸的行程選為1m5.3 液壓缸活塞的理論推力和拉力以雙作用活塞桿液壓缸為例，活塞受力如圖5-1。F1F2dDA1A2 圖5-1 液壓缸活塞受力示意圖當活塞桿伸出時的理論推力F1： （N） （5-4）當活塞桿縮回時的理論拉力F2: (N) （5-5）6 海水淡化缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)6.1缸筒內(nèi)徑D國家標準GB

23、/T2348-93規(guī)定了液壓缸缸筒內(nèi)經(jīng)尺寸系列見表6.1。 表6.1液壓缸缸筒內(nèi)經(jīng)尺寸系列 單位：mm810121620253240506380(90)100(110)125(140)160(180)200(220)250(280)320(360)400(450)500注：圓括號內(nèi)尺寸為非優(yōu)先選用者6.2活塞桿外徑d國家標準GB/T2348-93規(guī)定了活塞桿外徑尺寸系列見表6.2。 表6.2液壓缸活塞外徑尺寸系列 單位：mm456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360活塞桿的外徑尺寸

24、選為50mm7 液壓缸參數(shù)計算7.1 單活塞桿液壓缸兩腔面積比單活塞桿液壓缸其面積比可由下列公式計算 （7-1）式中 A1-活塞無桿側(cè)有效面積（m2）； A2-活塞有桿側(cè)有效面積（m2）； V1-活塞桿伸出速度（m/s）； V2-活塞桿縮回速度（m/s）； D-活塞直徑（m）； d-活塞桿直徑（m）。根據(jù)所選的缸筒內(nèi)徑和活塞桿外徑的尺寸可得所以將以上數(shù)據(jù)代入式（7-1）得單活塞桿液壓缸的面積比為單活塞桿液壓缸兩腔面積比應符合國家標準GB7933-87規(guī)定的面積比值系列。7.2活塞的瞬間線速度活塞的瞬間線速度為 （m/s） （7-2）式中 q-液壓缸瞬時體積流量（）； A-活塞的有效作用面積（活

25、塞無桿側(cè)面積為，活塞有桿側(cè)面積）。由式（7-2）及以上的計算可得活塞的瞬時線速度為 m/s8 液壓缸主要零部件設計8.1缸筒8.1.1缸筒的結(jié)構(gòu)缸筒的結(jié)構(gòu)和端蓋的連接形式、液壓缸的用途、工作壓力、使用環(huán)境以及安裝要求等因素有關。端蓋分為前端蓋和后端蓋。前端蓋將液壓缸的活塞桿腔封閉，并起著為活塞桿導向，防塵和密封的作用。后端蓋將缸筒內(nèi)腔一端封閉，并常常起著將液壓缸與其他機件連接的作用。常用的缸筒與端蓋的連接有拉桿、法蘭、焊接、外螺紋、外卡環(huán)、內(nèi)螺紋、內(nèi)卡環(huán)和擋圈等八中連接形式。其中焊接只用于缸筒與后端蓋的連接。法蘭連接結(jié)構(gòu)較簡單，易加工、易拆裝；所以海水淡圖8-1缸筒端部的連接形式化缸的缸筒選用

26、法蘭連接。如圖8-1。8.1.2缸筒的材料缸筒的材料，一般要求有足夠的強度和沖擊韌性，對焊接的缸筒還要求有良好的焊接性能。目前，普遍采用的缸筒材料是熱軋和冷拔無縫鋼管。近幾年來由專業(yè)廠提供內(nèi)圓已經(jīng)過垳磨和外圓精加工的高精度冷拔無縫鋼管，按所需長度切割下料。再根據(jù)與端蓋連接形式的要求在兩端進行加工，就可清洗安裝。海水淡化缸必須考慮防腐蝕，但又要考慮其經(jīng)濟性，因此內(nèi)部采用不銹鋼材料，外部用玻璃鋼材料。8.1.3缸體的技術(shù)要求 缸體內(nèi)徑采用H8、H9配合。表面粗糙度：當活塞采用橡膠密封圈時，Ra為0.1-0.4vm，當活塞用活塞環(huán)密封時Ra為0.2-0.4vm。且均需絎磨。 缸體內(nèi)徑D的圓度公差值可

27、按9、10或11級精度選取，圓柱度公差值可按8級精度選取。 缸體端面T的垂直度公差可按7級精度選取。 當缸體與缸頭采用螺紋連接時，螺紋應采用米制螺紋。 當缸體帶有耳環(huán)或銷軸時，孔徑D或軸頸d2的中心線對缸體內(nèi)孔軸線的垂直度公差值應按9級精度選取。5.1.4缸筒計算 液壓缸缸筒內(nèi)徑的計算根據(jù)液壓缸的供油壓力和負載，缸筒內(nèi)徑D可按公式初步計算。最后確定液壓缸的內(nèi)徑D值應根據(jù)表3.1“液壓缸缸筒內(nèi)徑尺寸系列”進行圓整。根據(jù)要求缸筒內(nèi)徑的尺寸初步選為180mm。 缸筒壁厚計算缸筒壁厚值，可按下列情況分別進行計算。當時（可用薄壁缸筒的實用計算式） （m） （8-1）當時 （m） （8-2）式中 D-缸筒

28、內(nèi)徑（m） Pmax-最高允許壓力(MPa) （見表2-1和式2-1） -缸筒材料的許用應力（MPa）液壓缸的壁厚為 m當按式（8-1）計算時0.0214 此時 (不符合條件舍去)；當按式（8-2）計算時0.024 此時 （符合條件保留）。將壁厚圓整為整數(shù)，選取壁厚為90mm。由于海水淡化缸的介質(zhì)為海水，缺乏潤滑而且有很高的腐蝕性，玻璃鋼表面粗糙度難以加工的很小，所以在玻璃鋼的內(nèi)部嵌套一個不銹鋼的襯套用來降低缸筒內(nèi)壁的粗糙度，降低摩擦阻力和磨損。不銹鋼的厚度為4mm。由此，海水淡化缸缸筒的外徑為=368 mm 缸筒壁厚的驗算計算求得的缸筒壁厚值后，應進行以下四個方面的驗算，以保證液壓缸安全的工

29、作。 液壓缸的額定壓力pn應低于一定的極限值，保證工作安全： （8-3） = =11.98 MPa液壓缸的額定壓力為12MPa。 為了避免鋼桶在工作時發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定壓力值應與塑性變形壓力有一定的比例范圍： （MPa） （8-4） （MPa） （8-5）由式（8-5）得塑性變形壓力為 =32 MPa由式（8-4）得液壓缸的額定壓力為 =0.432 （系數(shù)選取0.4）=12.8MPa 為了確保液壓缸安全的使用，液壓缸的爆裂壓力應大于耐壓試驗壓力： (MPa) （8-6） = =157 同樣也可用費伯爾公式來計算缸筒的爆裂壓力的值 (8-7)以上各式中 D-缸筒內(nèi)徑（m）； -缸筒外徑（

30、m）； -液壓缸的額定壓力（）； -缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力（）； -液壓缸耐壓試驗壓力（）； -缸筒發(fā)生爆裂時的壓力（）； -缸筒材料的抗拉強度（）； -缸筒材料的屈服強度（）； 計算求得時，應遠遠超過耐壓試驗壓力時，才可保證液壓缸安全的使用。 即 缸筒底部厚度的計算缸筒底部為平面時，其厚度可以按照四周嵌住的圓盤強度公式進行近似的計算如圖8-1 圖8-1 缸筒平面底部其計算公式為 （8-8）式中 -缸筒底部厚度（m）；-計算厚度處的直徑(m)；-液壓缸的額定壓力（）；-缸筒底部材料的許用應力（）。其選用方法與缸筒壁厚計算相同。由公式（8-8）得缸筒底部厚度為 =0.051mm為了加工方便，

31、將其圓整為整數(shù)，選取缸底厚度為52mm。 缸筒端部法蘭厚度計算 (m) (8-9)式中 F-法蘭在缸筒最大內(nèi)壓下，所承受的軸向力（N）； -法蘭外圓半徑（m）。其余符號代表的意義見圖8-2圖8-2 缸筒端部法蘭厚度為了便于安裝螺栓，將螺栓孔的中心線距離缸筒外表面的距離為46mm，距離法蘭外圓的距離為41mm，所以法蘭處外圓直徑為D=287+368=542mm。法蘭的厚度為m將其圓整為整數(shù)，選取法蘭的厚度為50mm。8.2活塞8.2.1活塞的結(jié)構(gòu)形式活塞根據(jù)壓力、速度、溫度等工作條件來選擇密封件的結(jié)構(gòu)形式，而選定的密封件形式?jīng)Q定了活塞的機構(gòu)形式。常用的活塞的結(jié)構(gòu)形式分為整體活塞和分體活塞，活塞的

32、寬度一般由密封件、導向環(huán)的安裝溝槽尺寸來決定。有時，對長行程的液壓缸為了避免負載引起的側(cè)向力，可以結(jié)合中隔圈來確定活塞的寬度。根據(jù)以上考慮得出的活塞寬度通常能滿足強度的要求。8.2.2活塞的密封活塞的密封選用準則取決與壓力、速度、溫度和工作介質(zhì)等因素。以往活塞常用的密封有間隙密封，活塞環(huán)，O型密封、Y型密封、U型密封和V型密封圈等橡膠密封件。近年來選用較多的是O型密封圈或特殊的外形輪廓密封件作為副密封件和聚四氟乙烯主密封件組合在一起使用（圖8-3）。這種組合方式顯著提高了密封性能，降低了摩擦阻力，無爬行現(xiàn)象，具有良好的動態(tài)及靜態(tài)密封性，耐磨損，使用壽命長、安裝溝槽簡單、拆裝方便。另一個特點就是

33、允許活塞外圓與缸筒內(nèi)壁間有較大的間隙。因為組合式的密封圈能防止擠入間隙內(nèi)，這就降低了活塞和缸筒的加工要求。圖8-3 活塞的組合式密封圈8.2.3活塞的材料一般情況下，無導向環(huán)（支承環(huán)）的活塞選用高強度鑄鐵HT200300、球墨鑄鐵和青銅QAl9-4等材料。有導向環(huán)（支承環(huán)）的活塞選用碳素鋼20號、35號及40號?，F(xiàn)在海水淡化用液壓缸的活塞需要滿足防腐蝕的要求，所以選用玻璃鋼材料。8.2.4活塞的技術(shù)要求 活塞外徑D對內(nèi)孔D1的徑向跳動公差值，按7、8級精度選取。 端面T對內(nèi)孔D1軸線的垂直度公差值，應按7級精度選取。 外徑D的圓柱度公差值，按9、10或11級精度選取。 活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu):活

34、塞與缸體之間既有相對運動，又需要使兩腔之間不漏油。因此在結(jié)構(gòu)上應慎重考慮。8.2.5活塞的質(zhì)量活塞的體積可看做為總體的體積減去四個密封圈槽的體積、與活塞桿配合處的體積再減去安裝螺母處的體積。如圖8-4圖8-4 活塞的結(jié)構(gòu)活塞外圓處密封圈槽的體積為=69.8 活塞外圓組合式密封槽的體積為 =51 與活塞桿配合處的密封槽的體積為 =3.14 與活塞桿配合處的通孔的體積為 =50 安裝螺母處的體積為 =321.5 活塞總體積為 =2645 由以上各式得，活塞的實際體積為 = =2149.56 活塞的質(zhì)量為=3.87 kg8.3活塞桿8.3.1活塞桿的結(jié)構(gòu)活塞桿的桿體分為實心桿和空心桿兩種。由于海水淡

35、化用液壓缸缸桿不對外做功（即不承受拉力或壓力），現(xiàn)在為減輕液壓缸的重量采用空心桿。如圖8-5。圖8-5 空心活塞桿活塞桿的外端是液壓缸用以與負載連接的部位，可根據(jù)液壓缸的安裝連接方式有多種結(jié)構(gòu)形式?；钊麠U的外端螺紋形式和尺寸系列應符合國家標準GB2350-80的規(guī)定?；钊麠U的內(nèi)端是用來和活塞連接的部位。所有的連接形式都應該有鎖緊措施，以防止活塞作往復運動時松動。當選用螺紋連接結(jié)構(gòu)形式時，需有一個定位軸肩，以防止螺紋的間隙引起活塞的徑向跳動，另外還需要考慮活塞與活塞桿的靜密封。由于活塞桿不是拉力或壓力所以不用對活塞桿進行彎曲穩(wěn)定性校核。5.3.2活塞桿的材料活塞桿選用45號碳素鋼，由于海水有很強

36、的腐蝕性，所以在活塞桿的外部噴涂一種名為Ceramax-1000陶瓷涂層，具有比鍍硬洛的活塞桿在強度、抗腐蝕性和抗磨損方面更好的特性。5.3.4活塞桿的技術(shù)要求 活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)制到硬度為229-285HBW，必要時，再經(jīng)高頻淬火，硬度達到45-55HRC。 活塞桿d和d1的圓度公差值，按9、10或11級精度選取。 活塞桿d的圓柱度公差值，應按8級精度選取。 活塞桿d對d1的徑向跳動公差值，應為0.01mm。 端面的垂直度公差值，則應按7級精度選取。 活塞桿上的螺紋，一般按6級精度加工；如載荷較小，機械振動也較小時允許用7級或8級精度選取。 活塞桿上如有連接銷孔時，該孔徑應按H11級

37、加工。該孔軸線與活塞桿軸線的垂直度公差值，按6級精度選取。 活塞桿上工作表面的粗糙度為Ra0.63m。5.3.5活塞桿的尺寸圖8-6 活塞桿的結(jié)構(gòu)活塞桿的主體部分（即5處）外徑為50mm，由于活塞桿的兩端為連接用的螺紋，而螺紋有國家的標準，見附表三所以初選外螺紋的直徑和螺距為M362，（即1處、10處）。9與10處開螺紋退刀槽，9處為活塞桿和活塞的配合部分，根據(jù)密封環(huán)的尺寸選取9處的軸頸為40mm。8處軸段的作用一是為了活塞的軸向定位，二是為了活塞桿在到達液壓缸的左端時用于活塞桿的減速。根據(jù)緩沖和定位的要求8處軸段的外徑為92mm。3、4、6、7軸段處的作用是為了和活塞的空心部分焊接。2處軸段

38、起過度作用，減緩軸徑的變化。5.3.6 活塞桿的重量活塞桿的重量為 ，其中由組成由于活塞桿的材料為45號鋼，所以活塞桿各軸段處的密度相同，由此可先求得各軸段處的體積，相加后再乘以密度可得活塞桿的質(zhì)量。1軸段處的體積為= 2軸段處的體積為= 3軸段處的體積為= 4軸段處的體積為= 5軸段處的體積為= 6軸段處的體積為= 7軸段處的體積為= 8軸段處的體積為= 9軸段處的體積為= 10軸段處的體積為= 11軸段處的體積為= 有以上各式得活塞桿的總體積為 = 活塞桿的質(zhì)量為kg =22kg5.3.7 活塞桿的剛度校核由于活塞桿在海水淡化缸中的起到增壓作用，而不是用來對外做功，所以只校核其剛度。當活塞

39、桿運動到液壓缸的最左端時，其受力分析如圖8-7。圖8-7 活塞桿的受力分析活塞桿的總長度為L=1583mm，L2的長度為368mm。所以活塞桿的重心距離支點的距離為=1583-368 =1215 mm活塞桿的重力在支撐點處產(chǎn)生的彎矩為 = =262 Nm空心圓軸危險截面處應滿足以下強度條件 其中 所以危險截面處的應力為 =因為所以空心活塞桿是安全的。8.4 活塞桿的導向、密封和防塵在液壓缸的前端蓋內(nèi)，又對活塞桿導向的內(nèi)孔；有對缸筒有桿側(cè)腔密封的密封件；有活塞桿內(nèi)縮時刮出附著在表層的雜質(zhì)、灰塵和水分的防塵圈。圖8-8所示為活塞桿的導向、密封和防塵的典型結(jié)構(gòu)。圖8-8 活塞桿的導向、密封和防塵5.

40、4.1 活塞桿的導向活塞桿的導向有無導向環(huán)、金屬導向環(huán)和和非金屬導向環(huán)等三種形式。（1） 無導向環(huán) 前端蓋用青銅QAL9-4，球墨鑄鐵和高強度鑄鐵的耐磨材料制成，用其內(nèi)孔對活塞桿導向。特點：耐磨金屬材料用料較多，成本高。當內(nèi)控磨損后無法修補。（2） 金屬導向套 前端蓋用碳素鋼制成，其內(nèi)孔壓入如青銅QAL9-4等耐磨金屬材料制的導向套，對活塞桿導向。特點：用耐磨金屬材料制導向套，材料是節(jié)約了但加工復雜了。內(nèi)空磨損后，維修較困難。（3） 非金屬導向套 前端蓋用碳素鋼制成，其內(nèi)孔安裝有高強度塑料或纖維復合材料等非金屬材料的導向環(huán)，對活塞桿導向。如圖8-8特點：用高強度塑料或纖維復合材料制造導向環(huán)。前

41、端蓋和活塞桿為非金屬接觸，摩擦阻力低，耐磨、使用壽命長，裝導向環(huán)溝槽加工簡單。當磨損后，導向環(huán)更換方便。5.4.2 活塞桿的密封和防塵以往活塞桿的密封多用O型密封圈、窄斷面Y型密封圈及V型密封圈。這些密封形式由于活塞桿和密封件之間是干摩擦，摩擦阻力大，往往導致密封唇過早磨損。因此近幾年來多選用組合式密封圈，如K型斯特封，它是由兩個不同元件組成：一個是聚四氟乙烯加入青銅填料制造的階梯型密封圈（主密封件），另一個是O型密封圈（彈性元件和副密封作用）。如圖8-9。組合式密封圈（K型斯特封）具有低摩擦阻力、啟動時無爬行、極低的泄漏量和抗磨損等特點。123 圖8-9 組合式密封圈（K型斯特封）1-前端蓋

42、 2-活塞桿 3-組合式密封圈（K型斯特封）活塞桿的防塵，以往多選用無骨架防塵圈。目前多采用，既可以防塵又可以密封雙唇型防塵圈，見圖8-10。123圖8-10 雙唇型防塵圈1-前端蓋 2-雙唇型防塵圈 3-活塞桿外唇起防塵作用，保持活塞桿表面干凈，內(nèi)唇相當于密封唇口。當當活塞桿外伸時，通過主密封圈黏在活塞桿表層的油膜，即被雙唇型防塵圈的內(nèi)唇（密封唇口）刮下，這樣就在主密封圈防塵圈之間保留了一層油膜，起潤滑作用，提高密封圈的使用壽命。5.4.3 活塞桿的導向環(huán)尺寸的計算活塞桿的導向環(huán)的主要尺寸是導向?qū)挾龋ǔ０椿钊麠U直徑、導向環(huán)的形式、導向環(huán)材料的承載能力，以及可能遇到的最大側(cè)向負載等因素來考慮

43、。導向環(huán)的受力情況，因根據(jù)液壓缸的安裝方式，導向環(huán)的結(jié)構(gòu)形式、外部載荷、有無導向裝置等因素作具體分析。導向環(huán)承受的支撐壓力 (MPa) （8-10）式中：b-導向環(huán)的寬度（m）； K-安全系數(shù)，通常取12； FG-活塞桿導向環(huán)承受的載荷； d-活塞桿的外徑。式(8-10)中計算的支撐壓力，應在導向環(huán)材料允許范圍之內(nèi)。通常聚四氟乙烯：15MPa。 導向環(huán)的寬度b （m） （8-11）式中 -導向環(huán)材料允許的壓力（MPa）。其他符號同前。由式（8-11）得活塞桿導向環(huán)的寬度為 =12mm所以活塞桿導向環(huán)的寬度為12mm。8.5 緩沖裝置液壓缸的行程終端緩沖裝置可是帶著負載的活塞在達到形成終端時減速

44、到零，目的是消除因活塞的慣性力和液壓力所造成的活塞與端蓋之間的機械撞擊，同時也為了降低活塞在改變運動方向時液體發(fā)出的噪聲。緩沖裝置的工作原理，是在活塞到達行程終端之前的一段距離內(nèi)，設設法把排油腔內(nèi)之油液的一部分或全部封存起來，使其通過節(jié)流小孔（或縫隙）排除。從而使被封存的油液，產(chǎn)生適當?shù)木彌_壓力作用在活塞的排油側(cè)上，與活塞的慣性力相對抗，以達到加速制動的目的。緩沖裝置的結(jié)構(gòu)形式，可根據(jù)節(jié)流小孔（或縫隙）的流通面積，在緩沖過程中能否自動改變來分類，通?？煞譃楹懔鞴?jié)流和變節(jié)流型。海水淡化缸的緩沖裝置采用恒節(jié)流型。8.5.1恒節(jié)流緩沖裝置恒節(jié)流型緩沖裝置其緩沖柱塞通常為圓柱形，當緩沖柱塞進入后端蓋時

45、，緩沖腔連通排油口節(jié)流面積減減變小，最后變?yōu)榱恪＞彌_腔內(nèi)油液被封存，而只能通過緩沖柱塞與后端蓋的環(huán)形縫隙流入后端蓋的排油口。在緩沖腔被封存的油液受活塞的擠壓緩沖壓力上升到高于活塞另一側(cè)的壓力，是活塞減速制動，以達到緩沖制動的目的。8.5.2緩沖裝置的計算A. 假設油液是不可壓縮的；節(jié)流系數(shù)是恒定的；流動狀態(tài)是紊流；緩沖過程中，進口壓力不變；密封件摩擦阻力相對于慣性力很小，可忽略不計。B. 緩沖壓力一般計算公式在緩沖制動情況下，液壓缸活塞的運動方程式（見圖8-11） 為一般情況下，出口壓力p20，由此可得緩沖壓力 （MPa） （8-12）式中 -緩沖腔內(nèi)的緩沖壓力（MPa）； A-緩沖腔內(nèi)的有效

46、作用面積()； p1-進油口壓力（MPa）； A1-工作腔活塞的有效作用面積（）； R-折算到貨賽上的一切外部載荷，包括重量及液壓缸內(nèi)外摩擦阻力在內(nèi)（N），其作用方向與活塞的運動方向一致者取“+”，反之則取“-”號，（因此摩擦阻力取“-”）； G-折算到活塞上的一切運動部分的重量（N）； g-重力加速度 g=9.81； a-活塞的減速度（）；在式（8-12）中帶入平均減速度，即得平均緩沖壓力 （MPa） （8-13）pcAp1A1dp2A2SSc圖8-11 用環(huán)形縫隙節(jié)流的緩沖裝置采用環(huán)形縫隙節(jié)流的緩沖裝置，其環(huán)形縫隙的計算。環(huán)形縫隙可按以下近似公式計算 （m） (8-14)式中 -從環(huán)形縫隙

47、中流過的平均體積流量（）； -液壓油的動力粘度（Pa/s）； -活塞的緩沖行程（m）； -平均緩沖壓力（MPa），按式（8-14）計算； -環(huán)形縫隙的平均直徑（m），可取d（m）； d-緩沖柱塞直徑（m）；因為，活塞的平均減速度 （），所以，緩沖時間（s）。平均體積流量 （）。式中 -活塞在開始緩沖時的速度（m/s）； A、Se 符號代表的意義同前。將、d代入式（8-14）中，則環(huán)形縫隙可用一下的計算公式來計算 （8-15）在實際設計中環(huán)形縫隙不能過小，通常取0.100.12mm。緩沖行程Se不可過長，以免外形尺寸過大。當活塞運動到缸筒的底部時，對活塞桿進行受力分析 圖8-12F2F11121

48、152260G圖8-12 活塞桿的受力分析活塞桿的重量為G=mg=229.8=223 N以F1處支點為原點，由彎矩公式可得F2的大小為 =97 N所以活塞桿上的折算到活塞上的重量為97N。螺母的質(zhì)量為 =0.91 kg活塞受到的壓力為活塞桿折合到活塞上的壓力、活塞的重量、螺母的重量。 = =144 N活塞桿在減速時的平均緩沖壓力為 =19.17MPa根據(jù)以上各式可得由式（5-14）得緩沖縫隙為= =0.112 mm選取緩沖縫隙為0.12mm。8.6 排氣閥排氣閥用于排除液壓缸內(nèi)的空氣，使其工作穩(wěn)定。一般把排氣閥安裝在液壓缸兩端的端蓋的最高位置，與壓力腔相通，以便安裝后調(diào)試前排除液壓缸內(nèi)的氣體。

49、8.7 進、出油口尺寸液壓缸的進、出油口可布置在液壓缸缸筒或前、后端蓋上，其連接形式有螺紋、方形法蘭或矩形法蘭等。海水淡化缸進、出油口的形式采用螺紋連接。國家標準 GB/T2878-93規(guī)定了液壓缸進、出口螺紋連接的油口尺寸系列表。另外，16MPa小型系列單桿液壓、16MPa中型系列檔案液壓缸和25MPa系列單桿液壓缸均有國際標準規(guī)定其油口安裝尺寸。9 螺栓的選擇9.1 載荷計算采用普通螺栓聯(lián)接，螺栓個數(shù)為6個。對螺栓進行受力分析，可得，缸底受到的載荷為軸向載荷，其作用線與螺栓軸線平行，并且通過螺栓組的對稱中心，因此計算時可認為各螺栓均勻承載，則每個螺栓所承受的軸向載荷為： （9-1）式中 -軸向總載荷； z-螺栓的個數(shù)。軸向總載荷為 N9.2 螺栓工作載荷計算由式（9-1）得，每個螺栓所承受的軸向載荷為 N液壓缸為壓力容器，因此裝配時需要擰緊螺母，螺栓受預緊力作用，加軸向工