往复式泵的作用原理及应用

当ZS一定时
n n cr
g d1 30 D
pa p (z s hvs v ) g g L1r (1 )
当n一定时
A p n 2r pa pv zs [ hvs L1 ( ) (1 )] g g A1 900
吸入真空度HS：
当外界条件不确定时，如何处理?
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：m1 Pa/mm； m2 m/mm 1、平均指示压力 2、指示功率
Pi
p id
Ai m1 l
Kp id A p sn 60000
3、充满系数和容积效率
4、水力效率h 5、机械效率m
单作用泵
ZnV qVt 1 60
ZnV 60
h

ZnsA 60
p
双作用泵
qVt
h
2

Zns (2 A p Ad ) 60
差动泵的流量？
2、理论瞬时流量
单作用泵
qVt A p u p A p r (sin

2
sin 2 )
双作用泵
A p r (sin sin 2 ) 2 qVt (A A )r (sin sin 2 ) d p 2
1、阀在稳定状态下的运动规律
p 2 p1 G Fs 由力平衡条件： g gA v
忽略阀板厚度和上下流速差
阀的比载荷
Hv
p 2 p 1 G Fs g gAv
用孔口出流公式计算阀隙的流量， 应与活塞流量相等，于是
h
q d v 2 gH

v
q
d v 2
G Fs Av
p2 pd c22 zd hL 2 g g 2g
2、吸入压力
p1 p1 pS c12 h1 Z S hL 1 g g g 2g
3、全压力（压力）
p p2 p1
4、扬程
p c22 c12 p 2 p 1 c22 c12 H g 2g g 2g
pd ps pd ps H (z d z s ) hL (12 ) H y hL (12 ) g g
通常：
p p 2 gH
三、功率和效率
1、有效功率Pe 2、轴功率P
P
Pe
Pe
gqH
1000


qp 2 1000


gqH

2 A22
(q d2 max q d2 min ) K p (q d2 max q d2 min )
流量不均匀系数： q 1
q d max q th q th
q 2
q th q d min q th
通常q1＝q2 ＝ q
p 4k q q q
令
p m As 4p 2 m q
1000
qp 2 1000
3、指示功率Pi（液体从活塞获得的功率） Pi 4、容积效率V 5、水力效率 h 6、指示效率i 7、机械效率m 8、总效率

gq i H i
1000
h
i
H H Hi H h
Pe gqH V h Pi gq th H i
（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。
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）动力来源方便
6）结构变形容易
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ຫໍສະໝຸດ Baidu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≤100 min-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；
最后
其他参数 p＝0.01～0.05 p0＝（0.2～0.8）p2
V0 p m Vm p m As p0 p 0 p
Vm As p
V＝kVm（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 压力变化量
p p max p min pm p V m As Vm Vm
2 th
pm≈p1m+p2m（静压与摩擦阻力）
Vm
2 pm p m As V0 Vm p0 4p 2 m p 0 q
V=k0V0
3、剩余液量系数 的确定
V 1 As As
q
t2 t1
th
q d dt
qd的变化规律未知，可近似取qd＝qth
4、结构尺寸的确定（略）
m
Pi P
P e P e Pi V h m P Pi P
四、吸入性能
活塞表面压力的限制 1、不稳定流动伯努利方程
作用于微元流束的力的平衡条件
p 1l c12 z1 l g 2 g p 2 l c22l 1 c z2 ds hl 12 g 2 g g t p 2 l c22l z2 hil g 2 g
h
H Hi
V
qi l q th l
V
q l q th V l
m
V h
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´
V 剩余液量系数 AS
最大和最小气体体积：Vmax、Vmin 平均气体体积：Vm
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
p max p min pm
p
等温过程 整理后得
p max min p min max V V
p max p min V max V min p pm Vm
忽略管路中的惯性水头，压力变化与管路损失对应
p max p z d d g g 2 g q d max A 2
2
p min p q d min d zd A g g 2 g 2
2
所以
p p max p min
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
x r [(1 cos )

4
(1 cos 2 )]
u p r (sin

2
sin 2 )
a p r 2 (cos cos2 )
通常＜0.25，在作定性分析 时，可略去二阶项
2、阀在非稳定状态下的运动规律 将瞬时流量代入 h
Ap u p
d v 2 gH v

A p r sin
d v 2 gH v
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
Ap u p Ac cc f dv hc v Av w
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
2
hl 12
等断面管路中： hi
ai L g
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
p ps
g

pa (z s hiI g 2g
2 up
II
hLI
II
)
ZS
压 力 降 低 值
up
hi＝hiS＋hic
hL＝hLS＋hvS
3、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： p pS p v
3、流量曲线
4、流量不均匀系数
q th max h q th q th max q th q 1 q th q th max q th min q q th
q 2
q th q th min q th
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
q qth
V V
V
q q qi q q
余隙容积，水的可压缩性
流量系数 容积效率
充满系数
qi q q V q th q th
二、排出压力和扬程
1、排出压力
p2 p2 h2 g g
nh max 600 ~ 700 mm / s
2、阀的计算程序 1）选择往复次数 2）确定hmax
3）选择 和Hv
4）计算dv 5）校核cv 6）密封宽度b 7）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
第一节 往复式泵的作用原理及应用
容积式泵的作用原理？
一、往复泵的作用原理
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；
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
1、理论平均流量
保证安全运行，用户保证
zS
c12 [H s ] hLs 2g
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
p pd
2 up pa (z d hid hic hLd hvd ) g g 2g
六、示功图（指示图）、示功仪及其应用
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＞10MPa 5、根据活塞(柱塞)每分钟往复次数n分类 a）低速泵 n≤80 min-1； b）中速泵；80 min-1≤n≤250 min-1；c）高速泵250 min-1≤n≤550 min-1； d）超高速 泵 n≥550 min-1
制造商的角度：
Hs p a p ps
g

2 c12 u p
2g
hLC
从用户的角度：
p a p 1 c12 Hs z s hLs g g 2 g
为防止空化：
H smax
p a pv hLC g
考虑安全余量，制造商提供
[Hs]=Hsmax－K
h Ap r
d v 2 gH
sin
v
A p r 2 Av ( d v 2 gH
v
)
2
cos
后果：
开闭滞后，泄漏增加
关闭时撞击增加
w0 Ap r 2
d v 2 gH v
hmax
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
w 0 hmax 60 ~ 70 mm / s