往复泵的构造特点及工作原理13.docx

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往复泵的构造特点及工作原理13

往复泵的工作原理

 一、往复泵的构造和工作原理

主要部件：

传动端:

箱体,曲轴,连杆,十字头

液力端:

泵头.液缸体（缸套）、活塞（柱塞），活塞杆及吸人阀、排出阀。

滤水器

安全阀

空气室

    工作原理：

当曲轴以角速度ω逆时针方向旋转时,活塞自左向右移动，液缸内形成负

往复泵装置简图

压，则贮液槽内液体经吸入阀进入液缸内。

当活塞自右向左移动时，液缸内液体受挤压，压力增大，液体在压力的的作用下,由排出阀排出。

    活塞（柱塞）往复一次，，称为一个工作循环；。

在一个工作循环中，泵各吸入和排出一次液体。

这种泵称为单作用泵

    在一个工作循环中，泵各吸入和排出二次液体。

这种泵称为双作用泵。

    活塞（柱塞）由一端移至另一端的最大距离，称为一个行程。

往复泵的活塞由连杆曲轴与原动机相连。

原动机可用电机，柴油机;或液压马达,亦可用蒸汽机

两点结论:

1.液缸体（泵头）和吸入管路必须严格密封,不得漏气,否则泵不能正常吸水;

2.由于往复泵是依靠大气压力与液缸体内压力表差吸水,往复泵的吸水高度理论上不能超过十米.

往复泵启动时不需灌入液体，因往复泵有自吸能力，但其吸上真空高度亦随泵安装地区的大气压力、液体的性质和温度而变化，故往复泵的安装高度也有一定限制。

  二、往复泵的主要性能参数:

1.流量:

理论流量:

当曲轴以不变的角速度旋转时,活塞（柱塞）是作往复变速运动的,所以泵的流量也是随时间变化的.但对使用者来说,往往要知道在一定时间内所输送液体的体积.因此就需要研究往复泵的理论平均流量,

在不计泵内任何容积损失,泵在单位时间内排出的液体的容积称为泵的理论平均流量,简称理论流量;

单作用泵:

Qt=ASnZ

双作用泵:

Qt=ASnZ（1+K）

式中:

:

Qt----泵的理论流量（l/min）;

A----活塞（柱塞）的截面积;（dm2）;A=πD2/4;（D---活塞（柱塞）直径（dm））;

S----行程（dm）;

n----泵速（min-1）;

Z----缸数;

k----系数;k=1-Ar/A=1-（Dr/D）2;

实际流量:

实际上泵所排出液体的体积要比理论上计算出来的要小;往复泵在单位时间内所排出液体的量称为实际流量;

Q=ηvQt

式中:

ηv-----容积效率;

往复泵的流量与压力无关，与缸套尺寸、活塞冲程及往复次数有关

2.排出压力:

往复泵的排出压力是指泵出口处液体的压力p2（表压）,单位为帕.（1Pa=1N/m2）;

在样本或铭牌中标示的排出压力是指该泵所允许的最大排出压力,称额定排出压力.

3.功率及效率:

有效功率:

单位时间内,通过泵的液体所获得的能量.称为有效功率.（水功率）

Ne=PQ/60（Kw）

式中:

P-----泵的排出压力（MPa）

Q------泵的实际流量（l/min）

输入功率:

动力机传递给泵输入轴上的功率.称为泵的输入功率.（轴功率）

N=Ne/η（Kw）;

式中:

η----泵的总效率;

配套功率:

指驱动泵原动机的功率NP;

NP=kmN/ηP（Kw）;

式中:

km-------功率储备系数（km=1.05-1.5）

ηP-------原动机的效率;

4.泵的总效率:

有效功率Ne与轴功率N之比

η=Ne/N=ηvηhηm

式中:

ηv-------泵的容积效率

ηh------泵的水力效率;

ηm-------泵的机械效率;

三、往复泵工作特点:

1.瞬时流量是脉动的;

2.平均流量是恒定的; 往复泵的流量不能用排出管路上的阀门来调节，而应采用旁路管或改变活塞的往复次数、改变活塞的冲程来实现。

往复泵启动前必须将排出管路中的阀门打开

3.泵的压力取决于管路特征;

4.对输送的介质有较强的适应性;

5.有良好的自吸性能. 往复泵启动时不需灌人液体，因往复泵有自吸能力，但其吸上真空高度亦随泵安装地区的大气压力、液体的性质和温度而变化，故往复泵的安装高度也有一定限制。

四、往复泵的分类:

往复泵的的种类繁多,可按以下几种主要方式进行分类:

1.根据液力端的特点分:

⑴.按泵的工作机构的密封方式:

活塞泵,柱塞泵,隔膜泵;

⑵.按泵的作用特点:

单作用泵,双作用泵,差动泵;

⑶.按泵的缸数:

单缸泵,双缸泵,三缸泵,多缸泵

⑷.按活塞（柱塞）中心线所处的位置:

卧式泵,立式泵,角度式泵,对置式泵和轴向平行式泵

2.根据传动端的特点分:

   ⑴.曲柄连杆机构（曲枘泵）;

⑵.直轴偏心机构（凸轮轴机构）;

⑶.无曲柄机构

⑷.行程调节机构

3.根据排出压力分:

低压泵:

泵压小于或等于4MPa

中压泵:

泵压大于4MPa小于32MPa

高压泵:

泵压大于32MPa小于100MPa

超高压泵:

泵压大于100MPa

4.根据泵速分:

低速泵:

泵速小于或等于80min-1

中速泵:

泵速大于80min-1小于250min-1

高速泵:

泵速大于250min-1小于550min-1

超高速泵:

泵速大于550min-1

5.按泵送介质某一突出特性分:

泥浆泵,清水泵,水泥砂浆泵

6.按用途分:

地质钻探用泵,清洗泵,除锈泵,注浆泵

在实际采用上述称呼时,为了较准确的反映出泵的特点和性能,往往冠以一串组合称呼:

;

例如:

BW-250泥浆泵为:

卧式三缸单作用活塞往复式泥浆泵,

往复泵液力端结构型式及主要零部件

往复泵的液力端通常由液缸体和缸盖,吸入阀和排出阀,阀盖,活塞和缸套（活塞泵）或柱塞和填料箱（柱塞泵）以及进出口法兰等组成.

一、结构型式:

按吸入阀,排出阀的布置型式可分为:

1.直通式泵头

2.直角式泵头

3.阶梯式泵头

二、液缸体（泵头）

液缸体是往复泵的主要受液体压力的零件之一.一般由球墨铸铁或合金钢制造.

可分为整体式和分体式（每缸一个的单列式）及组合式（分层组合）泵头;

泵头内有液体的流道,安装吸入阀座和排出阀座的阀穴,上部为安装阀盖的孔,

前部有安装缸盖的孔.

根据泵的工作原理液缸体（泵头）和吸入管路必须严格密封,因此泵头装配时应注意的几个问题:

1.各结合面应清理各清洗干净;以便于装配上零件时严格密封;

2.阀座必须紧密地贴合在阀座穴内,不得有任何松动;

3.安装阀盖和缸盖时必须使孔口光滑,并在O形圈上涂上润滑脂;

4.O形圈不得有任何损伤;安装后的O形圈不能有切伤;

泵头的主要失效型式:

1.泵头炸裂;

2.铸造缺陷，如砂孔，气孔，疏松，偏析，裂纹等;

3.密封部位损坏;

4.水击伤，致使密封失效;

5.冻裂;

6.水泥浆在过流部位凝固。

三、泵阀:

进排出阀是往复泵工作过程中的直接组成件,是往复泵中最重要的易损件之一;

泵阀的结构:

阀,阀座及导向机构

对泵阀的要求是:

1.及时地开启和关闭;良好的导向,升程控制

2.尽可能减少水力阻力;

3.保证足够的强度和刚度;

4.装拆方便,有良好的互换性;

5.工作平稳,寿命长;

泵阀的种类:

1.盘形阀:

平板阀,锥形阀,

2.环形阀;

3.球阀;

4.强制阀;

泵阀的失效形式:

1.锈蚀;

2.水击伤;

3.炸裂;

4.导向损坏;

5.杂物卡阻;

泵阀的设计:

●通过泵阀出流速度的允许值:

[V]

阀速度（m/s）

清洁液体吸入阀0.9-2.5

清洁液体排出阀1.8-6.1

悬浮液吸入阀和排出阀1.8-3.6

●泵阀孔过流面积:

（dm2）

A=Qv/（300*[V]*Z）

式中:

A---泵阀孔过流面积（dm2）

Qv—泵的流量（L/min）

Z—泵吸入阀或排出阀数量;

式中使用数值300是因为在1/2次泵速中全部液体通过了泵阀

四、活塞及缸套（柱塞及其密封）:

活塞及缸套（柱塞及其密封）是往复泵最重要的易损件之一,活塞及缸套（柱塞及其密封）组成一对动密封,密封元件组装在活塞芯上（密封元件固定在填料箱内）,通过活塞（柱塞）的往复运动,交替地改变着工作腔的容积,借助泵阀实现泵的吸排液过程,因此要求活塞及缸套（柱塞及其密封）具有:

1.良好的密封性能;

2.足够的强度和刚度,以承受泵压所产生的载荷;

3.活塞与活塞杆（柱塞与拉杆）连接牢固和定位正确,

4.尽量减少磨擦,减少功率损失,较长的使用寿命;

5.适应泵的输送介质和使用条件;在小于密封件允许的线速度范围内运行

（一般小于0.5m/s）;必要时加装冷却装置。

自封式活塞结构:

活塞座,皮碗,尼龙靠背环,垫圈,压紧螺母组成

活塞皮碗呈碗形结构,前端为75°左右的楔形,为活塞的唇部.它能在排出液本身的液压作用下,使唇部与缸套贴合,压力越高贴合越紧.

活塞皮碗一般由硫化橡胶制成,常用丁腈橡胶,氯丁橡胶和聚氨脂橡胶等材料为主体,再加入其它成份的混炼胶,下表为各种橡胶使用范围:

丁腈橡胶

聚氨脂橡胶

氟碳树脂

特点

耐油,耐磨,耐老化

机械强度高,耐磨损,耐压

几乎能耐各种化学药品,有自润滑性能,弹性差

使用温度

-50-120℃

-10-80℃

-60-250℃

适用介质

油,水,酒精,泥浆

高压,油,水,酒精,泥浆

高温介质,

新活塞的腰部外径小于缸套外径,间隙约为0.05-0.25,橡胶皮碗唇部外径要

大于缸套内径,径向过盈量应为0.9-2.6,由唇部过盈到腰部间隙为平缓过渡;

为了防止活塞根部的挤出破坏,一般在活塞的根部增加一个尼龙靠背环.在活塞处于排程时,在皮碗根部形成一个紧贴缸套壁的靠背环,而且尼龙有较好的弹性,当缸套内孔磨损时,在泵排出压力的作用下,能自动补偿,保持密合.

活塞的失效形式:

1.往复运动时,被挤入活塞与缸套之间的间隙而被剪切;

2.磨擦热引起化学变化,加据老化而失效;

3.单边磨损;

4.坚硬物质被挤入橡胶皮碗唇部;

5.存放过长,保存不善,（紫外线,高温）老化而失效;

6.缸套内壁缺陷,造成非正常磨损;

缸套:

呈圆筒形,它的一个端部与泵头结合,结合面必须良好密封;

与泵头结合面的两种密封方式:

1.周边密封;在缸套端部外圆柱面上切制密封槽,用O形密封圈密封;BW250,BW450,

2.端面密封;在缸套与泵头的结合面之间装是厚约3mm的密封垫,密封垫可用橡胶或尼龙1010,尼龙6,尼龙MC制造,密封是靠泵头与缸套之间的压紧力实现的.BW150,BWF160/10

缸套与泵头之间的密封至关重要,如果密封不良,结合面很可能被强大的液压流剌坏一旦产生这种损坏,更换O形圈也无济于事.为了防止密封被破坏,必须按下述去做:

1.从密封槽内清除任何脏物;

2.保证密封槽标准正确,清除毛剌;

3.结合面涂油保护,

4.装配时放平放正;孔口倒圆,并在O形圈上涂上润滑脂;不能强行装入.

缸套通常由45号钢,40Cr,制造,内孔表面淬火,硬度HRc50左右,硬层深1-1.5或用20号钢,18CrMnTi制造,内孔经渗碳淬火,硬度为HRc60左右.内孔经磨削,粗糙度小于Ra1.6.适应于HP值7-8泥浆和清水.

为了提高缸套和活塞的使用寿命,BW-300/12泥浆泵采用了高铬耐磨合金为内衬的双金属缸套,内表面粗糙度Ra0.8以下,内表面硬度大于HRc60..

为了延长缸套和活塞的使用寿命,必须注意下列问题:

1.控制被输送介质的温度,一般应低于50℃;

2.尽量采用较低的