往复式泵的作用原理及应用

二、往复式泵与压缩机的工作特点1、适用的压力范围广，不论流量大小都能达到所需压力。目前工业上已达到350MPa，在实验室已能达到1000MPa的高压；2、效率较高；3、适应性较强，流量不受压力高低的影响，特别在小流量的范围内，几乎能满足工程上的任何使用要求；4、转速较低，机器大而重；5、结构复杂，易损件多，维修工作量大；6、流体的吸入和排出不连续，容易造成吸排管道内的压力脉动。三、活塞运动规律根据几何关系和三角级数得)]cos()cos[(2141rx)sin(sin22rup)cos(cos22rap通常＜0.25，在作定性分析时，可略去二阶项四、往复泵的分类1、根据液力端的特点分类1）按与输送介质接触的工作机构分类a）活塞泵；b）柱塞泵；c）隔膜泵2）按往复泵的作用特点分类a）单作用泵；b）双作用泵；c）差动泵3）按液缸数分类a）单缸往复泵；b）双缸往复泵；c）三缸往复泵；d）多缸往复泵2、根据传动端的结构特点分类a）曲柄连杆机构往复泵；b）凸轮轴机构往复泵；c）无曲柄机构往复泵3、根据动力分类a）机动泵(包括电动机驱动的泵和内燃机驱动泵)；b）直接作用泵(包括蒸汽、气、液压直接驱动的泵)；c）手动泵4、根据排出压力p2的大小分类a）低压泵p2＜1Mpa；b）中压泵p2＝1~10Mpa；c)高压泵p2＞10MPa5、根据活塞(柱塞)每分钟往复次数n分类a）低速泵n≤80min-1；b）中速泵；80min-1≤n≤250min-1；c）高速泵250min-1≤n≤550min-1；d）超高速泵n≥550min-1此外，往复泵还可以根据输送液体的种类，流量调节的方式等进行分类五、往复泵的应用高压小流量；特殊性介质：如高粘度、强腐蚀、易燃、易爆、化学工业：各种高压液体物料石油：钻井用泥浆泵；压裂泵化学、食品和轻工业中的计量泵高压切割、高压清洗水压机第二节往复泵的主要性能参数一、流量单作用泵60601phVtZnsAZnVq双作用泵602602)(dphVtAAZnsZnVq差动泵的流量？1、理论平均流量2、理论瞬时流量)sin(sin22rAuAqpppVt单作用泵双作用泵)2sin2(sin)()2sin2(sinrAArAqdppVt3、流量曲线4、流量不均匀系数thththqqqqmax1thththqqqqmin2ththhqqmaxthththqqqqminmax流量脉动的危害：引起振动，危及安全增加阻力，消耗能量降低吸入能力5、实际流量和流量系数实际流量低于理论流量的原因：泄漏阀的开闭滞后气体余隙容积，水的可压缩性thqqVV流量系数容积效率qqqqqiV充满系数ththiVqqqqq二、排出压力和扬程1、排出压力222hgpgp22222Lddhgczgpgp2、吸入压力1211112LSShgcZgphgpgp3、全压力（压力）12ppp4、扬程gccgppgccgpH222122122122)()()(2121LysdLsdsdhHgpphzzgppH通常：gHpp2三、功率和效率2、轴功率P100010002qpgqHPPe3、指示功率Pi（液体从活塞获得的功率）1000iiiHgqP4、容积效率V5、水力效率hhHHHHih6、指示效率ihVithieiHgqgqHPP7、机械效率mPPim8、总效率mhViieePPPPPP1、有效功率Pe100010002qpgqHPe四、吸入性能1、不稳定流动伯努利方程活塞表面压力的限制作用于微元流束的力的平衡条件212222221222221112122lillllllllhhgcgpzhdstcggcgpzgcgpz等断面管路中：Lgahii2、吸入过程中活塞表面压力的变化从I－I到II－II截面运用上述结果)(IILIIIiIpsapshhguzgpgp22压力降低值ZSuphi＝hiS＋hichL＝hLS＋hvS3、吸入压力降低对往复泵转速和几何吸入高度的限制防止空化的条件：vpSpp当ZS一定时)()(13011rLgphzgpDdgnnvvssacr当n一定时)]1(900)([211rnAALhgpgpzpvsvas吸入真空度HS：当外界条件不确定时，如何处理?制造商的角度：从用户的角度：LCppsashgucgppH2221LssashzgcgpgpH2211为防止空化：LCvasmaxhgppH考虑安全余量，制造商提供[Hs]=Hsmax－K保证安全运行，用户保证LssShgcHz221][问题：当下游水面不是pa时如何处理？五、排出过程中活塞表面的压力变化)(guhhhhzgpgppvdLdiciddapd22六、示功图（指示图）、示功仪及其应用示功图：计算指示功率1、理论示功图有空气室2、实际示功图指示功率Pi＝？3、示功仪4、示功图的应用设比例尺：m1Pa/mm；m2m/mm1、平均指示压力1mlApiid2、指示功率60000snAKpPpidi3、充满系数和容积效率llqqthiVllqqVthV4、水力效率hihHH5、机械效率mhVm6、故障诊断（略）第三节空气室一、空气室的工作原理预压与常压空气室空气室的工作过程工作循环最大液量：Vmax最小液量：Vmin剩余液量：V´剩余液量系数ASV最大和最小气体体积：Vmax、Vmin平均气体体积：Vm二、空气室的计算（一）排出空气室的计算1、按压力不均匀系数计算适用于长管路mppppminmax等温过程maxminminmaxVpVp整理后得pmmVVVpppminmaxminmax最后AsVpm其他参数p＝0.01～0.05p0＝（0.2～0.8）p2pmmmpAsppVpV000V＝kVm（常压式k＝1.5，预压式k＝1.0）2、按流量不均匀系数q计算适用于短管路AsVpVVppppmmmmminmax压力变化量忽略管路中的惯性水头，压力变化与管路损失对应222Aqggpzgpdddmaxmax222Aqggpzgpdddminmin)()(minmaxminmaxminmax2222222ddpddqqKqqAppp所以流量不均匀系数：ththdqqqqmax1thdthqqqqmin2令pm≈p1m+p2m（静压与摩擦阻力）qmmmpAspV24qmmmmppAspVppV022004V=k0V0通常q1＝q2＝q24thqqqkp3、剩余液量系数的确定dtqqAsAsVttdth211qd的变化规律未知，可近似取qd＝qth4、结构尺寸的确定（略）（二）吸入空气室的计算第四节泵阀对阀的要求：密封好开闭及时工作平稳阻力小加工、检修方便强度与刚度一、阀的种类与结构型式二、泵阀运动理论的研究假设条件：1）流经泵阀的液体是不可压缩的；2）工作时泵零件不会变形；3）阀盘的质量可以忽略；4）在吸入过程中液缸体被完全充满；5）连杆为无限长，故可忽略连杆长度的影响。1、阀在稳定状态下的运动规律由力平衡条件：vsgAFGgpp12忽略阀板厚度和上下流速差阀的比载荷vsvgAFGgppH12用孔口出流公式计算阀隙的流量，应与活塞流量相等，于是vsvvvAFGdqgHdqh222、阀在非稳定状态下的运动规律将瞬时流量代入vvpvvppgHdrAgHduAh22sin假定、cv、FS不随时间变化（！？），可求得阀板的速度与加速度魏斯特法尔（Westphal）现象wAhcdcAuAvvvfccppcos)(sin2222vvvpvvpgHdArAgHdrAh后果：开闭滞后，泄漏增加关闭时撞击增加maxhgHdrAwvvp220三、最大允许往复次数的确定及泵阀计算1、对转速的另一限制：泵阀的撞击速度smmhw/~max70600smmnh/~max7006002、阀的计算程序1）选择往复次数2）确定hmax3）选择和Hv4）计算dv5）校核cv6）密封宽度b7）弹簧关于阀的尺寸关于Hv第五节往复泵的结构型式一、机动泵与直动泵机动泵:1）流量脉动，平均流量与排出压力无关2）允许排出压力取决于结构强度、密封及原动机的功率3）结构复杂，价格较高。4）流量调节不方便5）动力来源方便6）结构变形容易直动泵：1）流量脉动较小，平均流量与动力介质的压力及泵的排出压力有关2）最大压力与动力介质的压力有关；不易过载，安全性好3）结构简单、价格便宜4）可用阀门调节流量5）动力来源困难6）效率较低二、活塞泵、柱塞泵和隔膜泵隔膜泵的特点：1）无泄漏，特别适用于输送危险的介质；2）液压隔膜泵在吸入过程中为克服隔膜的弹性变形，还需消耗一定的能量，因此吸入性能较柱塞泵低；3）隔膜泵的余隙容积较大，同时由于隔膜在压力下的变形，使流量系数较低；4）为保证隔膜寿命和提高容积效率，隔膜泵的往复次数较低，多数情况下n≤100min-1；5）隔膜泵缸头的径向尺寸较大，当流量过大时，结构布置困难，因此隔膜泵的流量较小；6）受隔膜强度的限制，排出压力不能很高；液力端的结构：阀的布置方式其他类型：动力端：三：计量泵：可精确调节并显示流量值的往复泵精度可达1％分类：柱塞泵隔膜泵调节流量的方法：1、改变转速2、改变曲柄半径3、改变行程4、改变有效行程容积第六节往复泵主要结构参数的选择决定流量的因素：KZsnDqp6042主要结构参数：n、Dp、s一、活塞平均速度um的选择好处：尺寸小成本低坏处：磨损增加，阀门撞击，寿命降低吸入能力下降惯性力增加，平衡困难提高速度的选择标准（相对）1、有效功率2、类型和总体方案直动泵隔膜泵单缸立式3、介质特性润滑性粘性挥发性腐蚀性4、密封结构型式和材料自润滑性摩擦系数散热性二、往复次数n和行程长度S的选择泵总长与S的关系：Ls＝（8～16）s对n的限制条件：吸入能力阀的撞击三、活塞（柱塞）程径比＝s／Dp的选择程径比对总体尺寸的影响主要影响因素：压力还没有涉及的问题:机构的动力学分析——惯性力及其平衡；转速波动与控制强度计算动力端结构密封部件——结构型式、性能、材料结构设计细节工艺问题往复泵与往复式压缩机的比较：流量脉动问题转速余隙容积冷却多级压缩惯性力平衡无十字头结构