往复泵.docx

1、往复泵1-1-1 往复泵的工作原理 工作原理： 容积式泵，其对液体作功的主要运动部件是做往复运动的活塞或柱塞，亦可分别称为活塞泵或柱塞泵。1-1-2 往复泵的流量 1.往复泵的理论流量： 往复泵的理论流量即活塞的有效工作面在单位时间内所扫过的容积：Qt=60KAeSn m3/h (11)式中：K 泵的作用数；S 活塞行程，m;n 泵的转速，rmin；Ae 活塞平均有效工作面积，m3。 2.往复泵的实际流量 往复泵的实际流量Q总小于理论流量Qt，即QQtv 这是因为： 1)压力降低时溶解在液体中的气体会逸出，液体本身汽化；空气从填料箱等处漏入。 2)活塞换向时，由于泵阀关闭迟滞造成液体流失。 3

2、)活塞环、活塞杆填料等处的间隙以及泵阀关闭不严等产生的漏泄。一般输送常温清水的往复泵，v0.800.98； 3. 往复泵的瞬时流量 上述表达式是泵的平均流量。当工作面积为A (m2)的活塞以速度v (m/s)排送液体时，瞬时流量表达为:q = Av m3/s 曲柄连杆机构将回转运动转换为往复运动，故v和泵q将周期性地变化。一般曲柄连杆长度比 0.25，v可用曲柄销的线速度在活塞杆方向的分速度代替，即v = r sin式中: -曲柄角速度,常数; -曲柄转角 单作用泵的流量也近似地按正弦曲线规律变化，单作用泵的流量是很不均匀的。多作用往复泵流量的均匀程度显然要比单作用泵强。三作用泵流量的均匀程度

3、不但优于单、双作用泵，而且比四作用泵也强。Q=(qmax-qmin)qm式中：qmax, qmin, qm分别为表示最大、最小和平均理论流量。各种往复泵s Q的理论值如表11所列，它与曲柄连杆长度比l 有关。 作用数K1234Q（=0）3.141.570.140.32Q（=0.2）3.21.60.250.321-1-3 往复泵的特点1.有较强的自吸能力 靠自身抽出泵及吸入管中的空气而将液体从低处吸入泵内的能力。自吸能力可由自吸高度和吸上时间来衡量。泵吸口造成的真空度越大，则自吸高度越大；造成足够真空度的速度越快，则吸上时间越短。自吸能力与泵的型式和密封性能有重要关系。当泵阀、泵缸等密封变差，或

4、余隙容积较大时，其自吸能力就会降低。故起动前灌满液体，可改善泵的自吸能力。2.理论流量与工作压力p无关，只取决于转速n、泵缸尺寸和作用数K。 不能用节流调节法，只能用变速调节或回流调节法。有些特殊结构的往复泵可通过调节柱塞的有效行程来改变流量。3.额定排出压力与泵的尺寸和转速无关工作压力P取决于泵原动机的转速n、轴承的承载能力、泵的强度和密封性能等。为防过载，泵起动前必须打开排出阀，且装设安全阀。以上是共有特点。此外，往复泵还有：4.流量不均匀，排出压力波动 为减轻脉动率Q ，常采用多作用往复泵或设置空气室。5.转速不宜太快 电动往复泵转速多在200300 r/min以下，若转速n过高，泵阀迟

5、滞造成的容积损失就会相对增加；泵阀撞击更为严重，引起噪声和磨损；液流和运动部件的惯性力也将随之增加，产生有害的影响。由于转速n受限，往复泵流量不大。6.运送含固体杂质的液体时，泵阀容易磨损和泄漏 应装吸入滤器。7.结构比较复杂，易损件(活塞环、泵阀、填料等)较多 由于上述特点，笨重(在Q相同时与其它泵相比) ，造价高，管理维护麻烦，在许多场合它已被离心泵所取代。但舱底水泵和油轮扫舱泵等在工作中容易吸入气体，需要具有较好的自吸能力，故常采用往复泵；在要求小流量Q、高压头P时，也可采用往复泵。1-2 泵的正常工作条件 了解泵的正常工作条件，不仅对泵的正确安装和使用管理有重要的意义，同时也有助于分析

6、各类泵不能正常吸排的原因。 保证泵正常吸入所需的条件：(1)泵必须能造成足够低的吸入压力，其值由吸入条件所决定。可推出稳定流动必须的吸入压力，它主要取决于吸入液面压力、吸高、吸入管路中的速度头和管路阻力，即（2)泵吸口处的真空度不得大于泵的允许吸上真空度，从而确保泵内最低吸入ps不低于所输送液体在其温度下所对应的Pv，否则液体就会汽化，使泵不能正常工作。 即吸入真空度 或 从而 pspv 如果不能满足条件(1)，泵不能造成足够低的吸入压力，液体吸不上来。由于泵内元件损坏或密封不良，吸入管漏气或吸口露出液面所造成。 不能满足条件(2)，泵本身状况正常，吸入管路也未漏气，但吸入条件太差，以致吸入P

7、过低,则也无法正常工作。 下面进一步分析影响泵吸入压力的各种因素。1 .吸入液面压力的影响 由式可见，在其它条件不变时，吸入液面压力psr越小，吸入压力ps就越低，即吸入条件越差。 吸入液面是与大气相通的自由液面时，psr与大气压力相同(变化很小)。 从真空容器吸水的泵，例如凝水泵，psr接近凝水的饱和压力，故吸入条件很差。2. 吸高的影响（impact on) 在其它条件不变时，吸高zs越大，Ps就越低。当吸入液面作用的是大气p时，大多数水泵的许用吸高不超过56m。如果吸入管路阻力较大，则zs就还应减小。而吸入条件很差的泵，如热水泵、凝水泵等，往往必须安装于吸入液面之下，即zs o；作液流作

8、减速运动时, hio。为避免惯性水头使吸入压力脉动过大，常采用多作用泵，必要时可设吸入空气室。吸入阀阻力和吸口段及泵缸内液体的惯性水头的影响。可使PsPv，活塞面上液体汽化，使活塞与液流脱离，形成的“气垫”。当活塞行至后半行程或返回行程时，由于p升高，蒸汽迅速液化，气体也重新溶入，造成严重的液击。泵在工作中因吸入压力过低而出现的这种液体气化现象就称为“气穴现象”，使泵的流量减小和压力表指针剧烈抖动，产生液击声，严重时将导致泵的部件和密封损坏。1-2-2 泵的正常排出条件 泵必须能产生足够大的排出压力，其值由排出条件所决定。 稳定流动时所必需的排出压力: 式中： 排出管路损失hd中已经扣除了排出

9、管出口的速度头损失vs/2g. 容积式泵的排出压力不得超过额定排出压力，否则过载，密封或部件损坏。要限制排出压力pd 的波动率。 泵的排出压力pd主要取决于排出液面上的压力、排出高度和排出管路和阻力。工作中若发现pd变低，意味着泵的流量Q减小使得管路阻力降低。为防泵排出压力pd过高，应开足排出管阀门，防止排出管或滤器堵塞。 活塞面上排出压力pd的大小，还要加上排出阀阻力和泵缸内及排口段液体1-3-1 往复泵的空气室的作用原理 往复泵由于活塞的变速运动，造成吸、排液体时流量Q和吸、排压力p波动。这些特性导致了： 1)往复泵不适合于要求流量均匀的场合； 2)恶化了原动机的工作条件； 3)引起管路振

10、动，降低了装置和仪表的工作可靠性； 4)吸排压力的剧烈波动还可能造成活塞和液流的暂时脱离，引起液击。而且使泵的吸入性能变差，限制了泵转速的提高。 装设空气室是往复泵减小Q和p波动的常见措施。 空气室是一个充有空气的容器，装在泵的吸入或排出口附近，分别称为吸入空气室和排出空气室。图13空气室的工作原理 装空气室后，空气室和泵之间的Q仍然不均匀，但空气室之外的吸排管路Q比较均匀。减少了液流的惯性水头，使泵的p波动大为减轻。工作过程空气室中的气体体积是变化的，因此，空气室pch也是变化的，管路中的Q不可能绝对均匀。只要空气室中气体体积足够大,流量脉动率Q或压力脉动率p就可降低到允许范围。我国规定船用

11、双缸四作用电动往复泵排出空气室容积应大于液缸行程容积()的4倍。船用往复泵常装设排出空气室。吸入端一般多不装设吸入空气室。只要压力波动不致使吸入真空度超过允许吸上真空度。1-3-1 空气室的安装和管理图l4 空气室安装时应尽量靠近泵的排出(或吸入)口，以缩短泵和空气室之间仍作不稳定流动的液段长度。 图14 (a) 所示的三通连接，其效果较差。 图14 (b) 排出空气室的正确连接 空气在液体中的溶解量随压力的提高而增加，室内气体会因逐渐溶入液体而减少，从而使空气室的稳压作用降低。应经常向排出空气室补气。有专用补气接头。排压不太高的泵，也可以用吸入少量气体的方法补气，有的往复泵在泵阀箱中层壳体上

12、装有这种用途的补气阀(截止止回阀)。 图14 （c) 吸入空气室 在工作过程中溶解在液体中的气体就会不断逸出，使空气室中气体逐渐增多。为防止空气室内的液面一旦低于进泵的吸入短管的吸口时，使泵吸入大量气体而导致吸入间断，故常在该吸入短管下端钻出许多小孔，或做成斜切口，在吸入空气室液面降低时，少量气体就可以不断地随吸入液体吸出。吸入空气室的下端离进泵短管的管口不能太近，否则，液体就可能从吸入管直接流进泵缸，从而使空气室失去作用。1-3-2 往复泵的泵阀 泵阀的类型：吸入阀和排出阀，靠作用在阀上下压差自动启闭，形式有盘阀、环阀、锥阀、球阀(ball valve)等。1.盘阀和环阀 适用于常温清水、低

13、粘度油或其它粘度不大的介质。易于加工而且耐磨，应用广泛。环阀的阀隙过流周长较大，较适合于大流量的场合,但刚性较差，不宜在高压下使用。2.锥阀 刚性好,阀阻力小,适于输送黏度较大的液体及压力p较高的场合。3.球阀 自身能够旋转，磨损均匀,密封面很窄，对固态杂质不太敏感，密封性能较好。同时流道圆滑，阻力较小，适于输送黏度较高的液体。但尺寸不宜过大，多用于流量Q不大、泵的转速n较低的场合（n100r/min）。1-3-2 往复泵的泵阀阻力阀开启瞬间受力平衡关系：式中：p1,p2阀盘上下的液体压力，Pa；As阀座孔截面积，m2；Gvs阀和弹簧在液体中的重力，N；Rs阀的弹簧力，N；Av阀盘面积，m2；

14、Iv =Gvsjv/g 阀盘作不等速运动的惯性力,N；其中jv表示阀的加速度。 阀与阀座接触面宽度不大，可取As = Av, 则： 弹簧张力随升程的增加而略有增大，阀的加速度在各个位置不尽相同，惯性力的大小和方向也有变化。阀的阻力=阀的比载荷Hv+ 阀刚开启时由于加速度jv较大，故阀的开启阻力较大。阀开启以后，阀的阻力就将主要取决于阀的比载荷。 比载荷在升程变化时变化不大。减轻阀的质量可以减小开启阻力，阀所要求的比载荷可通过选择弹簧张力来实现。1-3-2 往复泵的泵阀运动规律 图1-7 示出泵阀升程的变化曲线I升程变化，正弦曲线； 曲线 升程的修正量，余弦曲线；曲线 I和II的代数和，升程变化

15、理论曲线；曲线 实际升程变化曲线。 由图可见:1）hmax理论上出现在活塞行程中点，实际上滞后一些。2）由于阀运动滞后，在活塞抵达行程终点时，阀并未完全关闭，而要在曲柄再转过2角后才能关(2滞后角）由式可知：1）曲轴n越高，则qv就越大，阀hmax也就越大；2）阀隙的周长lv或阀的比载荷Hv越大，则hmax便越小；3）流量系数m 大的阀h较小。4）阀hmax越大，则阀的关闭q 2也就越大。1-3-2 往复泵的泵阀的要求 除足够的强度，刚度，结构简单、工艺性好和检修方便外，1. 关闭严密。 不严使v降低，使泵的自吸能力变差，甚至根本无法自吸。当阀出现伤痕或磨损不均（严重漏泄），需研磨或更换阀件。

16、密封试验，倒置后注入煤油，5min内应无渗漏。2. 关闭时撞击要轻 要平稳无声，否则加剧阀的磨损，须限制阀落到阀座上时的速度v，v与阀的最大升程hmax和泵的转速n的乘积成正比。 试验得出泵阀无声工作的条件是：hmaxn 600650 当n较高时，hmaxn可提高到700750；对有橡胶密封面的阀；hmaxn允许提高到8001000。3. 启闭迅速及时。 关阀滞后角2过大，将会降低泵的v和自吸能力。 降低n，增大比载荷，采用流量系数m 大的锥阀、球阀，或用环阀、群阀来增大阀隙周长，都可限制阀的最大升程hmax ，从而减轻关闭时的滞后现象。4. 泵阀的阻力要小。 提高泵的水力效率，有助于使泵的允

17、许吸上真空度增大。这就要求阀的质量和阀的比载荷都不宜过大。综上所述： 1）提高转速，将使阀的升程h加大，关闭滞后和落座敲击加重，严重时还会使阀撞击升程限制器造成损坏，故除惯性水头外，泵阀是限制往复泵转速n提高的（除惯性水头影响外）另一个主要原因。 2）减轻泵阀比载荷Hv，虽可减小阀阻，但会使hmax加大，并使关闭滞后和敲击加剧。Hv一般取23m，最大46m。低压泵Hv可选得小些，以免v过低；高速泵则应选大一些，以减小hmax ，吸入阀的Hv常比排出阀小，以利提高允许吸上真空度。1-4 电动往复泵的实例和管理 根据我国国标“GBll034-89”规定的船用电动往复泵的型号表示形式，可举例如下：C

18、DW250.35，其中各项含义是：C船用，D电动，W往复泵，25额定流量(m3h)，0.35额定排出压力(MPa)。 电动往复泵的典型结构：图18所示为国产电动双缸四作用往复泵。 电动机防滴式交流电动机。两级齿轮减速。曲轴由三个滚柱轴承支承，最后一个是自位轴承。两个曲拐(互成90o角)，以减小流量Q和功率W脉动。曲柄连杆机构将曲轴的回转变为活塞往复运动。缸体灰铸铁或黄铜浇铸，内镶青铜或不锈钢缸套。活塞青铜或不锈钢制成。活塞环有金属(灰铸铁、青铜、钢)和非金属(夹布胶木、塑料等)两类，可根据所输送液体的性质、温度和压力选用。1-4-1 电动往复泵的典型结构填料密封。为防空气漏入泵缸或液体从缸中漏

19、出，活塞杆一般采用软填料密封。由于活塞杆的运动速度不高，当工作压力p较低、温度在100以下时，填料函中的软填料一般用浸油的丝麻、棉纱等编制而成，并压制成方形断面，俗称油纱盘根。软填料的圈数根据排出压力由表13选取。表1-3 软填料的圈数 阀箱分成两组，三层。上层-排出室，下层-吸入室，中层隔成单独小室，前后各两个，分别通两泵缸的下部和上部，吸、排阀为盘阀。齿轮滑油泵由曲轴直接带动。排油一路润滑曲轴，连杆轴承，另一路润滑减速齿轮，一般采用40号机油。设有安全阀21开启压力应为泵额定排出压力的1.11.15倍。水压试验：泵缸、缸盖、安全阀阀体、阀箱等受压零件。在工厂应进行，试验压力为安全阀排放压力

20、的1.5倍。试验时间不少于5min，且不应有渗漏现象。1-4-2往复泵的起动、运转和停车1.起动前 应检查滑油油位,久置未用或拆修过的泵，应盘车使曲轴转动12转，开足排出和吸入截止阀，通电，起动。2.运转中 检查转向，防由油泵不能供油。应检查排出和吸入压力，滑油压力应保持0.080.12MPa，油温不应超过70。电机、轴承和各磨擦部位应无过热，轴承温度应不超过70，检查填料函有否发热和过多的漏泄，有否异常声响。3.停车时 切断电源，关闭吸入阀和排出阀。长期停用时应放尽泵缸和阀箱内存水，并对各运动件涂敷油脂。1-4-2 CDW 往复泵的活塞环 重要的密封件之一，是易损件。有呈直口或斜口的搭口自由

21、状态下其搭口张开，具有一定弹力。 胀圈换新：工作过久会磨损，放入缸内时开口间隙超过规定值，则表明其弹性下降，密封性变差，应予换新。新装胀圈与环槽的轴向和径向间隙应符合表1 4.表1-4 非金属胀圈的安装间隙胀圈直径 /mm300开口间隙 /mm1.52.02.22.53.0轴向间隙 /mm0.150.20.250.300.40径向间隙 /mm1.52.02.22.53.0 新装胶木胀圈，新换时应先将它在热水中浸泡一段时间，待其变软后取出，使开口撑开到8mm左右，冷却后放 入缸内及环槽内，检查各间隙值，合适才可装入使用。1-4-2 CDW 往复泵的缸套 泵缸缸套的圆度和圆柱度应符合要求。 胀圈装

22、配，装入后用灯光检查，整个圆周上的漏光不应多于2处，且与开口距离不小于30 o，每处径向间隙弧长不大于45o。 用内径千分卡测量缸套的圆度和圆柱度，如发现磨耗超过标准，即需镗缸，并换新活塞；如缸套磨损或镗缸后，其厚度减少超过15则应换新。表15列出缸套磨损的极限标准。表1-5缸套磨损的极限标准缸径/mm5075100125150200250磨损极限/mm圆度0.200.250.300.350.400.500.60圆柱度0.080.100.120.150.180.210.251-4-2 CDW 往复泵的泵阀 重要的密封件和易损件之一。（consumable part)。 检查：应经常检查其与阀座

23、贴合的密封面是否完好。当发现该密封面出现伤痕导致阀线不完整时，应予以研磨。 当密封面刻痕太深时，研磨前可先光车。 各弹簧：张力应该均匀，自由高度应基本相等。如果弹簧失去弹性，自由高度减少5以上，应予换新。安装泵阀时应注意是否就位。1-4-2 CDW 往复泵的填料函 是往复泵的易损件之一。(Packing) 安装松紧程度应该适当。应有少量液体滴漏，以润滑和冷却活塞杆。当软填料磨损漏泄增加时，可均匀地压紧填料压盖，注意不得偏斜。如果填料磨损太多，应更换填料。新填料的宽度应按活塞杆与填料函的径向间隙选取。装填时各圈填料的切口应予错开。1-4-3 往复泵故障分析1.不能供液 让泵短时运转，如不能达到较

24、高的真空度, 可能是: (1)填料密封不严或缸套、胀圈磨损过多，胶木涨圈干缩或卡死等原因使泵漏泄严重，失去自吸能力； (2)阀箱中吸、排阀损坏、搁起或严重漏泄。如果泵运行中流量突然降低，很可能是泵阀搁起或破损造成，可用金属捧贴靠阀箱测听，必要时停泵检查。 如果能建立真空，但打开吸入阀如真空消失，则： (3)吸入管漏气，最大可能是在法兰垫片、滤器压盖、阀杆填料等处； (4)吸口露出液面。 如吸入真空度较大，而无法吸上液体，则可能是： (5)吸入管阻塞，最大可能是滤器脏堵，也可能是某截止阀未开足； (6)泵吸高太大，或管路阻力太大； (7)吸油时油温太低，粘度太大； (8)吸入液体的温度过高，虽然

25、吸入真空度可能不很大，但允许吸上真空度减少，这时可能伴有液击声和压力表指针显著波动。 不能正常供液也可能不是吸入有问题，而是： (9)排出端某处旁通，例如安全阀漏泄或弹簧过松。这时即使关小排出阀排出压力也不能升得过高。 (10)排出管路阻塞而安全阀开启，这时排出压力将超过安全阀的开启压力。2.泵发生异响 要分辨响声的部位和特征，还应考虑到“液击”的可能性。常见原因有： (1)泵缸中的敲击声，可能是缸内掉进东西或活塞固定螺帽松动； (2)泵缸中的摩擦声，可能是填料过紧或胀圈断裂； (3)阀箱中的敲击声，可能是弹簧断裂，或弹力不足，以致阀升程过大； (4)传动部分间隙过大； (5)泵缸中的敲击也可能是“液击”，这时必然伴有吸入真空度过大和压力表指针明显摆动等特征。