柱塞泵

第一讲往复泵基础知识往复泵是泵类产品中出现最早的一种，至今已有2100多年的历史。在旋转式原动机出现之前，往复泵几乎是唯一的泵类。在旋转式原动机出现之后，才逐步的产生了离心泵和转子泵等其它类型的泵。后出现的泵，由于它们的结构比较简单、操作比较方便，而且还有体积小、重量轻、流量均匀等一系列优点，致使原来使用往复泵的地方逐步地为这些泵类所取代。目前，往复泵的产量只占整个泵类产量很少的一部分。但是，往复泵所具有的特点并没有被其它类型泵所代替。有些特点仍为其它类型泵所不及，因此，它非但不会被淘汰，而且仍将作为一种不可缺少的泵类，被广泛采用。第一讲往复泵基础知识一、往复泵的特点在离心式和容积式两大类泵中，往复泵属于容积式泵，亦即它也是借助工作腔内的容积周期性变化来达到输送液体的目的的。原动机的机械能经泵直接转化为输送液体的压力能，泵的流量只取决于工作容积变化值及其在单位时间内的变化次数（频率），而在理论上与排出压力无关。往复泵和其它类型容积式泵的区别，在于它实现工作腔容积变化方式和结构特点上：往复泵是借助于活塞（柱塞）在液缸工作腔内的往复运动（或通隔膜、波纹管等挠性元件在工工作腔内的周期性弹性变形）来使工作腔容积产生周期性变化的。在结构上，往复泵的工作腔是借助密封装置与外界隔开，通过泵阀（吸入阀与排出阀）与管路沟通或闭合。往复泵这一实现工作腔容积变化方式和结构特点，构成了这类型性能参数和总体结构的一系列特点。这些物点也正是这类型泵借以生存、竞争和发展的依据。第一讲往复泵基础知识1、瞬时流量是脉动的这是因为在往复泵中，液体介质的吸入和排出过程是交替进行的，而且活塞（柱塞）在位移过程中，其速度又在不断的变化之中。在只有一个工作腔（单缸泵）的泵中，泵的瞬时流量不仅随时间而变化，而且是不连续的；在具有多个工作腔的泵中，如果工作腔的工作相位安排适当，则可减小排出集液管路中瞬时流量的脉动幅度，乃至可达到在实用上可认为是稳定流的地步。当然，这时相应的泵的结构也就变得复杂了。也正因为如此，往复泵的工作腔不宜设置过多。因此，往复泵瞬时流量的脉动性也就不可避免，只不过因不同泵型其脉动程度有大有小而已。第一讲往复泵基础知识2、平均流量（即泵的流量）是恒定的由前述往复泵实现工作腔容积变化的方式和结构特点可知，当泵的设计合理、制造质量又好时，泵的流量只取决于工作腔容积的变化值及其频率。具体地讲：泵的流量只取决于泵的主要结构参数——n、S、D、Z，在理论上与排出压力无关。由于受活塞（柱塞）密封技术以及泵阀、液缸体等设计技术及材料强度等方面的限制，往复泵的工作容积一般不宜太大，工作腔数不宜太多，每分钟往复次数不宜太高，因此，泵的流量也就不可能很大。第一讲往复泵基础知识3、泵的压力取决于管路特性离心式容积泵流量和扬程是由泵本身所限定的，而且两者是密切相关的。往复泵则不同，它的排出压力不能由泵本身限定，而是取决于泵装置的管路特性，并且与流量无关。由这一特点导致往复泵在启动和操作过程中与离心泵有着重大区别：①在泵的排出管路上必须设置安全阀，以保证泵的排出压力不高于它的额定值。②在泵启动前，必须把管路上的排出阀门全部打开，且不允许排出管路堵塞，否则就有可能造成设备或人身伤亡事故。③往复泵允许降压使用，此时不会产生超载，也没有机件损伤的可能，只不过没有充分发挥原设计的功能而已第一讲往复泵基础知识4、对输送的介质（液体）有较强的适应性往复泵原则上可以输送任何介质，几乎不受介质的物理或化学性能的限制。当然，在实际应用中，有时也会遇到不能适应的情况。遇到这促情况，多半是因为液力端的材料和制造工艺以及密封技术一时不能解决的缘故。其它类型泵就不能做到这一点。第一讲往复泵基础知识5、有良好的自吸性能往复泵不仅有良好的吸入性能，而且还有良好的自吸性能。因引，对多数往复泵来说，在启动前通常不需灌泵。由上述往复泵和主要特点可以看出往复泵的主要适用范围，即往复泵主要适用于高压或超高压、小流量，要求泵的流量恒定或定量（计量）或成比例地输送各种不同的介质，或者要求吸入性能好或者要求有自吸性能的场合。第一讲往复泵基础知识二、往复泵分类1、按泵的液力端特点分①按与输送介质接触的工作构件可分为：活塞泵、柱塞泵和隔膜泵；②按泵的工作原理或流量的脉动特性可分为：单作用泵、双作用泵、差动泵、单缸泵、双缸泵、三缸泵、多缸泵等；③按泵的活塞（柱塞）数目可分为：单联泵、双联泵、三联泵、多联泵等；④按活塞（柱塞）中心线所处的位置可分为：卧式泵、立式泵、角度式泵、对置式泵和轴向平行式等。第一讲往复泵基础知识2、按传动端的结构特点分根据传动端把原动机的旋转运动转化为活（柱）塞的往复运动的方式特点可分为：曲柄泵、凸轮泵和无曲柄泵等。3、按泵的驱动方式或配带的原动机分机动泵（以电动机或旋转式内燃机驱动的）、直动泵（以蒸汽、气体工液体直接驱动的）和手动泵（人力驱动）。4、按泵的排出压力分根据泵排出压力高与低可分为：低压泵（p2＜1MPa）、中压泵（p2≥1～10MPa）、高压泵（p2≥10～100MPa）、超高压泵（p2＞100MPa）。第一讲往复泵基础知识•5、按泵每分钟往复次数（n）分•按泵每分钟往复次数高与低可分为：低速泵（n80rpm）、高速泵（n550rpm）。介于两者之间的，对一般性往复泵来讲，通常是正常选择范围。•6、按泵输送介质某一突出特性分：•根据泵设计时主要适用的介质可分为：热油砂、酸泵、碱泵、盐泵、液氨泵、甲铵泵、泥浆泵、重水泵、清水泵、高温泵、低温泵、高粘度泵、低粘度泵等。•7、按泵的用途分•根据泵的主要使用部门或主要用途可分为：工业用泵、农业用泵、陆用泵、船用泵、化工泵、原子能用泵、电站用泵、石油矿场用泵、液压机用泵、压裂泵、固井泵、农药喷雾泵、注水泵、清砂泵、清渣泵、除锈泵、试压泵、消防泵、计量泵、平流泵等。•油田上使用的基本上是柱塞式往复泵。第一讲往复泵基础知识三、往复泵的应用与发展应用：油田钻井泥浆泵、压裂泵、固井泵、注水泵；化肥生产配套用的铜液泵、碱液泵、甲铵泵和液氨泵；中间试验装置上的各种计量泵；铸造、轧钢方面的除鳞泵、清砂泵；清洗车配套用的清洗泵；煤矿用的喷雾泵；纺织用水刺；试压用试压泵、还有锅炉给水泵及水力切割用超高压泵等。发展：往复泵是一类品种多、批量少，而通用性程度较低、专业配套性很强的产品。要充分发挥往复泵配套性强、适应介质广的优势——大有用武之地，流量小而排出压力很高的情况下，它的整机效率高、运转经济性好——超高压泵，流量恒定而且与排出压力无关——计量泵提高泵转速、改进密封结构、采用陶瓷材料、复合材料、变频控制、恒压供水、提高泵质量和寿命，减少维修时间，增强可靠性，节能增效。第二讲柱塞泵工作原理柱塞泵属于容积式泵的一种，它是依靠在液缸内作往复运动的柱塞来改变工作室的容积，从而达到吸入和排出液体的目的。第二讲柱塞泵工作原理电动往复泵：由电动机为原动机，通过曲柄连杆机构等带动柱塞作往复直线运动。按作用方式分：单作用、双作用、差动按泵缸位置分：卧式、立式按泵缸数目分：单缸、双缸、三缸、多缸。油田最常用的是三缸和五缸单作用卧式电动柱塞泵。主要适用于高压或超高压、小流量，要求泵的流量恒定或定量（计量）或成比例地输送各种不同的介质，或者要求吸入性能好或者要求有自吸性能的场合。效率一般比离心泵高10%——20%。第三讲注水泵主要性能参数一、流量：流量是指泵在单位时间内输出液体的体积的数值。单位：立方米/小时、立方米/秒、升/秒。1．理论流量：在不计任何容积损失，泵在单位时间内应排出的液体容积。又分为理论平均流量和理论瞬时流量单作用泵：Q理平=m×双作用泵：Q理平=m×Q理平——理论平均流量，m3/sF——活塞的截面积，m2S——活塞的行程，mN——冲数，次/min60nSF60nSF60)2(nSfF第三讲注水泵主要性能参数2．实际平均流量：在单位时间内泵所排出的真实液体数量。λ=λ——流量系数（容积效率、容积系数），一般λ=0.85～0.95。容积损失可以分为两部分，一部分是有能量损失的，如高压液体通过阀密封面的泄漏，一部分是几乎没有能量损失的，如液体的压缩和膨胀造成的容积损失。λ=理平实际QQ第三讲注水泵主要性能参数二、压力1．排出压力：泵出口处的压力换算到泵基准面上的值。2．吸入压力：泵入口处的压力换算到泵基准面上的值。3．全压力：排出压力与吸入压力之差（压力的增值）。第三讲注水泵主要性能参数三、泵功率和效率1．有效功率：泵在单位时间内所做的有效功率，表示泵在单位时间内输出去的液体从泵中获得的有效能量。2．泵效率（泵效）η=×100%η——泵的效率，%N——泵的有效功率，KWN轴——泵的输入功率（轴功率），KW往复泵的国家标准主要有GB/T9234《机动往复泵》、GB/T7784《往复泵试验方法》等。轴NN第四讲电动柱塞泵结构油田上注水（或注聚）使用的柱塞式往复泵通常都是卧式三柱塞泵和卧式五柱塞泵，三柱塞泵与五柱塞泵只是工作缸数不同，结构与工作原理相同。柱塞泵主要由动力端和液力端两大部分组成，并附有电机和皮带轮（或柴油机与减速机）、安全阀、稳压器、润滑系统、底架等。见图柴油机泵型、五缸卧式、立式泵体、齿轮减速等图片。下面以三缸柱塞泵为例。第四讲电动柱塞泵结构第四讲电动柱塞泵结构第四讲电动柱塞泵结构第四讲电动柱塞泵结构一、动力端（动力端图）第四讲电动柱塞泵结构第四讲电动柱塞泵结构第四讲电动柱塞泵结构1、曲轴曲轴是泵中关键部件之一，是把原动机的旋转运动转化为柱塞往复运动的重要部件。主轴颈：安装轴承的部位曲柄销：与连杆大头连接的部位曲柄：连接主轴颈和曲柄销或两相邻曲柄销的部位曲拐：曲柄与曲柄销的组合体曲轴材料：常用45、40Cr、35CrMo等材料锻制，曲柄销表面淬火或氮化等硬化处理，提高其耐磨性能。合金钢强度高，对应力集中敏感，成本高。球墨铸铁吸振性能好、对应力集中不敏感。考虑到惯性力和惯性力矩的平衡，各曲柄销与中心互成120度，从大皮带轮方向看，曲轴逆时针方向旋转。第四讲电动柱塞泵结构2、连杆连杆是动力端曲柄连杆机构中连接曲轴和十字头的部件。连杆的运动是一种平面运动，可以把连杆运动看成是沿液缸中心线移动和绕十字头销摆动的两种简单运动的合成。它将柱塞上的推力传递给曲轴，又将曲轴的旋转运动转化为柱塞的往复运动。连杆与曲轴相连的一头称为大头，与十字头相连的一头称为小头。连杆大头通常为剖分式，连杆一般由连杆体、连杆盖、大头轴瓦、小头衬套以及连杆螺栓等组成。连杆体截面形状有工字形、矩形等。采用强制润滑时，杆体沿杆中心线钻有油孔，把由曲轴油孔进入连杆瓦的润滑油引入小头衬套。若采用飞溅润滑时，则杆体上不钻油孔而在连杆大头和小头分别钻有相应的进油孔。连杆材料一般为35、45钢铸造或锻造。连杆螺栓通常就应有防松装置。为保证连杆盖与杆体装配位置固定不变，通常在杆体与盖之间有定位。连杆螺栓材料通常采用45、40Cr、35CrMo等。第四讲电动柱塞泵结构连杆定位是用来限制连杆在工作时垂直于连杆体中心线方向的窜动的，定位分为大头定位和小头定位两种。大头采用厚壁瓦时，适合于大头定位；采用薄壁瓦时，多用小头定位。根据连杆大头轴瓦的壁厚，可分为薄壁瓦和厚薄瓦两种：当壁厚t与轴瓦内径D之比t/D≥0.05时，称为厚壁瓦；当t/D＜0.05时，称为薄壁瓦。为防止大头内轴瓦在孔内相对转动，要轴瓦上有定位凸台，连杆盖与杆身上分别制有定位凹台。轴瓦材料一般采用锡基合金、铝基合金、铜基合金。连杆小头均制成整体式，小头内孔一般压配有整体衬套，衬套材料常采用ZQSn6-6-3，ZQSn10-1铸造锡青铜或QAl9-4铸造青铜。修配时要注意：衬套与小头内孔为过盈配合。第四讲电动柱塞泵结构3、十字头十字头在其滑道内做直线往复运动，具有导向作用。通过十字头把作摇摆运动的连杆和作往复运动的柱塞连接起来并起着力的传递作用。十字头与中间杆（联