第一部分：往复泵工作原理基础理论
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往复泵 reciprocating pump
第一节 第二节 第三节 第四节 水泵分类 往复泵的工作原理和特点 泵的正常工作条件 往复泵的空气室和泵阀
第一节 水泵分类
第一节 水泵分类
按用途分： 1、往复泵：注水泵、增压注水泵、调剖泵、钻机泥浆泵、 洗井泵、压裂泵、固井泵、注聚泵、输油泵、试压泵、加 药泵等 2、离心泵：注水泵、输油泵、消防泵、排污泵、捞砂泵、 锅炉给水泵等 按工艺流程分： 1、往复泵：开工泵、尾矿输送泵、一段钾泵等 2、离心泵：化工流程泵、脱碳泵、脱硫泵等
2 vs ρg ps psr Z s 2 g hs
1．吸入液面的压力 由上式可见，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。 2．吸高的影响 由上式可见，在其它条件不变时，吸高Zs越大，ps就越低， 吸入条件越差。一般泵的吸高为5～6米。 3．吸入管流速和管路阻力的影响 由上式可见，在其它条件不变时，吸入管流速v、和管路阻力 Σhs越大，则ps越小，吸入条件越差。
输送热水、液化烃、石油产品的往复泵
ην=0.6~0.92
第二节 往复泵的工作原理和特点
2.瞬时流量：任一时刻泵的理论流量。
q Av
m /s
3
2 瞬时流量q等于工作面积为A m 的活塞以速度 v 排送的液体量。 电动往复泵是通过曲柄连杆机构将电动机的 回转运动转换为活塞的往复运动，活塞速度 v 是周 期性地变化的，故其瞬时流量也将周期性地变化。
空气室（稳压器）工作动画示意
第四节 往复泵的空气室和泵阀
二、往复泵的泵阀 1. 泵阀的种类
（e）平板组合阀
第四节 往复泵的空气室和泵阀
二、往复泵的泵阀 2. 泵阀阻力 根据泵阀开启瞬间受力的平衡关系：
p p
2
1
ρg
1 Gvs Gvs Rs ρg Av g
j
v
第三节 泵的正常工作条件
影响泵吸入压力的各种因素
2 vs ρg ps psr Z s 2 g hs
4．被输送液体温度的影响 由上式可见液体温度对吸入压力ps的直接影响。液体温度是否影 响吸入压力主要视其对液体密度和管路阻力的影响而定。液体温度越 高，其饱和压力pv越大，泵的允许吸上真空度Hs越小，这就易使正常 吸入条件(2)得不到满足。 5．被输送液体密度的影响 由上式可见，在其它条件相同时，所输送液体的密度ρ越大，则 泵的吸入压力 ps 就越低，吸入条件越差。 6．惯性水头的影响 在液体作不稳定流动(即各处流速随时间而变)时才存在的附加水 头，可用h1表示。
第二节 往复泵的工作原理和特点
四、自吸能力 具有能将泵的吸入管和泵内的空气排除的能力。
五、往复泵的流量
1. 理论流量：活塞的有效工作面在单位时间内所扫过的容积。
Qt =60 K AeS n
m3/h
K——泵的作用数； S——活塞行程，m； n——泵的转速，r／min； Ae——活塞平均有效工作面积，m2。
六、往复泵的特点
1．有较强的自吸能力。 自吸能力可由自吸高度和吸上时间来衡量。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。 2．理论流量与工作压力无关，只取决于转速、泵缸尺寸和作用数。
Qt=60 K AeS n
m3/h
3．额定排出压力与泵的尺寸和转速无关，主要取决于泵原动机的功率 轴承的承载能力、泵的强度和密封性能等。
阀的比载荷：
H
v
G
vs
ρg
Rs
A
v
阀的阻力为（p2-p1)/ρg 主要取决 比载荷， 即： 1）阀重量 2）阀弹簧弹力 3）阀的盘面积
第四节 往复泵的空气室和泵阀
二、往复泵的泵阀 3. 泵阀的运动规律 根据连续流动方程和孔口出流公式：
q AC
v v
v
α l v hCv
2
m
3
S
Cv ζ 2
η 第二节 往复泵的工作原理和特点 =0.6~0.92
ν
往复泵的实际流量Q＜理论流量Qt的原因
(1) 泵吸入的液体可能含有气泡； (2) 活塞换向时，由于泵阀关闭迟滞造成液体流失； (3) 活塞环、活塞杆填料等处由于存在一定的间隙以及泵阀关闭不严等 会产生漏泄。 输送常温清水的往复泵
η
v
0.80 ~ 0.98
v rω sin β
第二节 往复泵的工作原理和特点
3. 脉动率σ Q
泵供液的不均匀程度可用脉动率来表示：
σ
Q
q
max
q
min
/ q
m
式中 q max, q min, q m 分别为表示最大、最小和平均理论流量。
各种往复泵 σ Q 的理论值后表1—1所列，它与曲柄连杆长度比且关。
λ r / l 0.25
第二节 往复泵的工作原理和特点
对于活塞两侧空间都工作的往复泵，平均有效工作面积:
Ae
1 π 24
D
2
π 4
D
2
π 4
d
2
π 2 1 2 D d 2 4
m2
D ——泵缸直径，m； d ——活塞杆直径，m。 一般d＝(0.12～0.5)D，低压泵取小值。
第二节 往复泵的工作原理和特点
往复泵属于容积式泵（靠泵内工作容积的变化产生吸排）
一、基本组成
二、工作原理 1. 单作用往复泵 活塞（柱塞）往复一次， 吸排液体一次；仅活塞（柱 塞）的一端腔室工作，吸排 阀各一个。
活塞（柱塞）、活塞杆（连接杆）、泵液缸、泵阀、曲柄连杆机构
第二节 往复泵的工作原理和特点
p
ρ
p
1
ζ 2g H v
Cv、lv、Av为阀隙的流速、周长、过流面积 α为断面收缩系数 ζ为流速系数 μ为流量系数
第四节 往复泵的空气室和泵阀
二、往复泵的泵阀 3. 泵阀的运动规律 阀的升程h公式
h
q α l c
v f v
q
μ lv
v
v
2g
H
v
Ⅰ、仅考虑泵缸流量时的泵阀升程，正弦曲线； Ⅱ、阀下容积的瞬时变化时的修正量，余弦曲线； Ⅲ、Ⅰ+Ⅱ Ⅳ、实际泵阀升程曲线 结论： ①泵缸尺寸一定，曲柄转速越高，则qv越 大，hmax越大； ②阀隙的周长lv、比载荷Hv越大，则 hmax越小； ③流量系数μ大的阀，则阀的升程h小; ④阀的最大升程hmax越大，则关闭滞后 角越大。
p
dr
p
sr
第三节 泵的正常工作条件
二、泵的正常排出条件
（1） 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：
hd
p
dr
Z
d
p p Z h ρg
d dr d d
v
d
H
Z
Z
p
d
（2） 容积式泵的排出压力不得超过额定 排出压力，否则，将可能造成原动机过载， 甚至使泵的密封或部件损坏。 泵的排出压力主要取决于排出液面上 的压力、排出高度和排出管路的阻力。
脉动率
σ
Q
表1—1
作用数K σ Q(λ ＝0) σ Q(λ ＝0.2) 1 3.14 3.20 2 1.57 1.60 3 0.14 0.25 4 0.32 0.32
1.多作用往复泵流量的均匀程度显然要比单作用泵强； 2.作用数K越大，流量越均匀； 3.奇数K的往复泵比偶数K的往复泵的流量均匀。
第二节 往复泵的工作原理和特点
2
Z
d
v
d
（2）泵吸口处的真空度不得大于泵的允许 吸上真空度。
H
Z
Z
p
d
p p H p p / ρg H p p
a s s a s s ' s v
p
s
Z
s
Hs 吸入真空度标定值 [Hs] 允许吸上真空高度 P’s 最低吸入压力
p
hs
sr
v
s
第三节 泵的正常工作条件
影响泵吸入压力的各种因素
以上3个特点也是容积式泵共有的特点
第二节 往复泵的工作原理和特点
六、往复泵的特点
4．流量不均匀，从而会导致排出压力波动。 为了减轻这种弊端，常采用多作用往复泵或设置空气室。 5．转速不宜太快。
若转速过高，泵阀迟滞造成的容积损失就会相对增加；而泵阀撞击更为 严重，引起的噪声增大，磨损也将加剧；液流和运动部件的惯性力也将随之 增加，而产生有害的影响。由于转速受限，故往复泵较难进入大流量泵的范 畴。
2. 双作用往复泵 活塞往复一次，吸排液体 两次；活塞的两端腔室均工作 ，吸排阀各两个。
第二节 往复泵的工作原理和特点
第二节 往复泵的工作原理和特点
三、作用数K 泵在一个360度的曲柄回转角度内，吸（排）液体的
次数。 K与泵的工作腔室数、泵缸数目有关。 单作用泵 K＝1 双作用泵 K＝2 三作用泵 K＝3 多作用泵的作用次数记为K
q Av
m /s
3
v rωsin β
1、空气室的作用原理 往复泵的空气室是一个充有空气的容器，装设在泵的吸入口或排 出口附近，分别称为吸入空气室和排出空气室。
第四节 往复泵的空气室和泵阀
当往复泵的瞬时流量q大于平均流量qm时，排出管流动阻力较大， 泵的排出压力pd较高，空气室内气体被压缩，泵缸所排液体一部分 （超出按平均流量供应的部分），进入空气室储存；当瞬时流量q小于 平均流量qm时，排出管流动阻力较小，排出压力pd较低，空气室内的 气体膨胀，一部分液体中从空气室流向排出管，从而使排出管路中的流 量接近均匀。
第四节 往复泵的空气室和泵阀
液体的流程：
吸入长管 吸入 空气室 吸入短管 吸入阀 泵腔
泵腔
排出阀
排出短管
空气室 排出
排出长管
第四节 往复泵的空气室和泵阀
一般排出管路较长的往复泵（如钻井泥浆泵、注水泵等），为了减 排出压力和流量的脉动，常装设排出空气室（稳压器或蓄能器）。而吸 入端只要压力波动不致使吸入真空度超过允许吸上真空度，一般不装设 吸入空气室（稳压器）。 排出空气室一般用于泵排出压力≤10MPa且输送介质不会与空气 室内的空气发生化学反应的情况下； 稳压器或蓄能器一般用于泵排出压力≥10MPa的情况下；而且稳 压器或蓄能器可通过选用不同材料来满足输送不同介质的需要。
6．运送含固体杂质的液体时，泵阀容易磨损和泄漏。 7．结构比较复杂，易损件(活塞环、泵阀、填料等)较多。
p
dr
pห้องสมุดไป่ตู้
sr
第三节 泵的正常工作条件 h
d
p
dr
一、泵的正常吸入条件 （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。
p
s
Z s vs hs ρg psr 2g
第四节 往复泵的空气室和泵阀
二、往复泵的泵阀 4.对泵阀的要求（严、轻、快、小）
1)关闭严密； 2)关闭时撞击要轻，工作平稳无声； 无声工作条件 hmax•n≤ 600～650 3) 启闭迅速及时； 4）阻力小。（注：比载荷小其阀阻力小，但会使hmax加大，使阀关闭 滞后和敲击加剧。一般hmax取2～3m）
hs
p
s
Z
s
p
sr
v
s
第四节 往复泵的空气室和泵阀
一、往复泵的空气室 由于活塞（柱塞）的变速运动，造成吸、排液体时流量和吸、排 压力的波动。恶化了原动机的工作条件，会引起管路振动，降低了装 置和仪表的工作可靠性。吸排压力的剧烈波动还可能造成活塞（柱塞） 和液流的暂时脱离，引起液击，而且使泵的吸入性能变差，并限制了 泵转速的提高。
第一节 第二节 第三节 第四节 水泵分类 往复泵的工作原理和特点 泵的正常工作条件 往复泵的空气室和泵阀
第一节 水泵分类
第一节 水泵分类
按用途分： 1、往复泵：注水泵、增压注水泵、调剖泵、钻机泥浆泵、 洗井泵、压裂泵、固井泵、注聚泵、输油泵、试压泵、加 药泵等 2、离心泵：注水泵、输油泵、消防泵、排污泵、捞砂泵、 锅炉给水泵等 按工艺流程分： 1、往复泵：开工泵、尾矿输送泵、一段钾泵等 2、离心泵：化工流程泵、脱碳泵、脱硫泵等
2 vs ρg ps psr Z s 2 g hs
1．吸入液面的压力 由上式可见，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。 2．吸高的影响 由上式可见，在其它条件不变时，吸高Zs越大，ps就越低， 吸入条件越差。一般泵的吸高为5～6米。 3．吸入管流速和管路阻力的影响 由上式可见，在其它条件不变时，吸入管流速v、和管路阻力 Σhs越大，则ps越小，吸入条件越差。
输送热水、液化烃、石油产品的往复泵
ην=0.6~0.92
第二节 往复泵的工作原理和特点
2.瞬时流量：任一时刻泵的理论流量。
q Av
m /s
3
2 瞬时流量q等于工作面积为A m 的活塞以速度 v 排送的液体量。 电动往复泵是通过曲柄连杆机构将电动机的 回转运动转换为活塞的往复运动，活塞速度 v 是周 期性地变化的，故其瞬时流量也将周期性地变化。
空气室（稳压器）工作动画示意
第四节 往复泵的空气室和泵阀
二、往复泵的泵阀 1. 泵阀的种类
（e）平板组合阀
第四节 往复泵的空气室和泵阀
二、往复泵的泵阀 2. 泵阀阻力 根据泵阀开启瞬间受力的平衡关系：
p p
2
1
ρg
1 Gvs Gvs Rs ρg Av g
j
v
第三节 泵的正常工作条件
影响泵吸入压力的各种因素
2 vs ρg ps psr Z s 2 g hs
4．被输送液体温度的影响 由上式可见液体温度对吸入压力ps的直接影响。液体温度是否影 响吸入压力主要视其对液体密度和管路阻力的影响而定。液体温度越 高，其饱和压力pv越大，泵的允许吸上真空度Hs越小，这就易使正常 吸入条件(2)得不到满足。 5．被输送液体密度的影响 由上式可见，在其它条件相同时，所输送液体的密度ρ越大，则 泵的吸入压力 ps 就越低，吸入条件越差。 6．惯性水头的影响 在液体作不稳定流动(即各处流速随时间而变)时才存在的附加水 头，可用h1表示。
第二节 往复泵的工作原理和特点
四、自吸能力 具有能将泵的吸入管和泵内的空气排除的能力。
五、往复泵的流量
1. 理论流量：活塞的有效工作面在单位时间内所扫过的容积。
Qt =60 K AeS n
m3/h
K——泵的作用数； S——活塞行程，m； n——泵的转速，r／min； Ae——活塞平均有效工作面积，m2。
六、往复泵的特点
1．有较强的自吸能力。 自吸能力可由自吸高度和吸上时间来衡量。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。 2．理论流量与工作压力无关，只取决于转速、泵缸尺寸和作用数。
Qt=60 K AeS n
m3/h
3．额定排出压力与泵的尺寸和转速无关，主要取决于泵原动机的功率 轴承的承载能力、泵的强度和密封性能等。
阀的比载荷：
H
v
G
vs
ρg
Rs
A
v
阀的阻力为（p2-p1)/ρg 主要取决 比载荷， 即： 1）阀重量 2）阀弹簧弹力 3）阀的盘面积
第四节 往复泵的空气室和泵阀
二、往复泵的泵阀 3. 泵阀的运动规律 根据连续流动方程和孔口出流公式：
q AC
v v
v
α l v hCv
2
m
3
S
Cv ζ 2
η 第二节 往复泵的工作原理和特点 =0.6~0.92
ν
往复泵的实际流量Q＜理论流量Qt的原因
(1) 泵吸入的液体可能含有气泡； (2) 活塞换向时，由于泵阀关闭迟滞造成液体流失； (3) 活塞环、活塞杆填料等处由于存在一定的间隙以及泵阀关闭不严等 会产生漏泄。 输送常温清水的往复泵
η
v
0.80 ~ 0.98
v rω sin β
第二节 往复泵的工作原理和特点
3. 脉动率σ Q
泵供液的不均匀程度可用脉动率来表示：
σ
Q
q
max
q
min
/ q
m
式中 q max, q min, q m 分别为表示最大、最小和平均理论流量。
各种往复泵 σ Q 的理论值后表1—1所列，它与曲柄连杆长度比且关。
λ r / l 0.25
第二节 往复泵的工作原理和特点
对于活塞两侧空间都工作的往复泵，平均有效工作面积:
Ae
1 π 24
D
2
π 4
D
2
π 4
d
2
π 2 1 2 D d 2 4
m2
D ——泵缸直径，m； d ——活塞杆直径，m。 一般d＝(0.12～0.5)D，低压泵取小值。
第二节 往复泵的工作原理和特点
往复泵属于容积式泵（靠泵内工作容积的变化产生吸排）
一、基本组成
二、工作原理 1. 单作用往复泵 活塞（柱塞）往复一次， 吸排液体一次；仅活塞（柱 塞）的一端腔室工作，吸排 阀各一个。
活塞（柱塞）、活塞杆（连接杆）、泵液缸、泵阀、曲柄连杆机构
第二节 往复泵的工作原理和特点
p
ρ
p
1
ζ 2g H v
Cv、lv、Av为阀隙的流速、周长、过流面积 α为断面收缩系数 ζ为流速系数 μ为流量系数
第四节 往复泵的空气室和泵阀
二、往复泵的泵阀 3. 泵阀的运动规律 阀的升程h公式
h
q α l c
v f v
q
μ lv
v
v
2g
H
v
Ⅰ、仅考虑泵缸流量时的泵阀升程，正弦曲线； Ⅱ、阀下容积的瞬时变化时的修正量，余弦曲线； Ⅲ、Ⅰ+Ⅱ Ⅳ、实际泵阀升程曲线 结论： ①泵缸尺寸一定，曲柄转速越高，则qv越 大，hmax越大； ②阀隙的周长lv、比载荷Hv越大，则 hmax越小； ③流量系数μ大的阀，则阀的升程h小; ④阀的最大升程hmax越大，则关闭滞后 角越大。
p
dr
p
sr
第三节 泵的正常工作条件
二、泵的正常排出条件
（1） 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：
hd
p
dr
Z
d
p p Z h ρg
d dr d d
v
d
H
Z
Z
p
d
（2） 容积式泵的排出压力不得超过额定 排出压力，否则，将可能造成原动机过载， 甚至使泵的密封或部件损坏。 泵的排出压力主要取决于排出液面上 的压力、排出高度和排出管路的阻力。
脉动率
σ
Q
表1—1
作用数K σ Q(λ ＝0) σ Q(λ ＝0.2) 1 3.14 3.20 2 1.57 1.60 3 0.14 0.25 4 0.32 0.32
1.多作用往复泵流量的均匀程度显然要比单作用泵强； 2.作用数K越大，流量越均匀； 3.奇数K的往复泵比偶数K的往复泵的流量均匀。
第二节 往复泵的工作原理和特点
2
Z
d
v
d
（2）泵吸口处的真空度不得大于泵的允许 吸上真空度。
H
Z
Z
p
d
p p H p p / ρg H p p
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p
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Z
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Hs 吸入真空度标定值 [Hs] 允许吸上真空高度 P’s 最低吸入压力
p
hs
sr
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第三节 泵的正常工作条件
影响泵吸入压力的各种因素
以上3个特点也是容积式泵共有的特点
第二节 往复泵的工作原理和特点
六、往复泵的特点
4．流量不均匀，从而会导致排出压力波动。 为了减轻这种弊端，常采用多作用往复泵或设置空气室。 5．转速不宜太快。
若转速过高，泵阀迟滞造成的容积损失就会相对增加；而泵阀撞击更为 严重，引起的噪声增大，磨损也将加剧；液流和运动部件的惯性力也将随之 增加，而产生有害的影响。由于转速受限，故往复泵较难进入大流量泵的范 畴。
2. 双作用往复泵 活塞往复一次，吸排液体 两次；活塞的两端腔室均工作 ，吸排阀各两个。
第二节 往复泵的工作原理和特点
第二节 往复泵的工作原理和特点
三、作用数K 泵在一个360度的曲柄回转角度内，吸（排）液体的
次数。 K与泵的工作腔室数、泵缸数目有关。 单作用泵 K＝1 双作用泵 K＝2 三作用泵 K＝3 多作用泵的作用次数记为K
q Av
m /s
3
v rωsin β
1、空气室的作用原理 往复泵的空气室是一个充有空气的容器，装设在泵的吸入口或排 出口附近，分别称为吸入空气室和排出空气室。
第四节 往复泵的空气室和泵阀
当往复泵的瞬时流量q大于平均流量qm时，排出管流动阻力较大， 泵的排出压力pd较高，空气室内气体被压缩，泵缸所排液体一部分 （超出按平均流量供应的部分），进入空气室储存；当瞬时流量q小于 平均流量qm时，排出管流动阻力较小，排出压力pd较低，空气室内的 气体膨胀，一部分液体中从空气室流向排出管，从而使排出管路中的流 量接近均匀。
第四节 往复泵的空气室和泵阀
液体的流程：
吸入长管 吸入 空气室 吸入短管 吸入阀 泵腔
泵腔
排出阀
排出短管
空气室 排出
排出长管
第四节 往复泵的空气室和泵阀
一般排出管路较长的往复泵（如钻井泥浆泵、注水泵等），为了减 排出压力和流量的脉动，常装设排出空气室（稳压器或蓄能器）。而吸 入端只要压力波动不致使吸入真空度超过允许吸上真空度，一般不装设 吸入空气室（稳压器）。 排出空气室一般用于泵排出压力≤10MPa且输送介质不会与空气 室内的空气发生化学反应的情况下； 稳压器或蓄能器一般用于泵排出压力≥10MPa的情况下；而且稳 压器或蓄能器可通过选用不同材料来满足输送不同介质的需要。
6．运送含固体杂质的液体时，泵阀容易磨损和泄漏。 7．结构比较复杂，易损件(活塞环、泵阀、填料等)较多。
p
dr
pห้องสมุดไป่ตู้
sr
第三节 泵的正常工作条件 h
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一、泵的正常吸入条件 （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。
p
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Z s vs hs ρg psr 2g
第四节 往复泵的空气室和泵阀
二、往复泵的泵阀 4.对泵阀的要求（严、轻、快、小）
1)关闭严密； 2)关闭时撞击要轻，工作平稳无声； 无声工作条件 hmax•n≤ 600～650 3) 启闭迅速及时； 4）阻力小。（注：比载荷小其阀阻力小，但会使hmax加大，使阀关闭 滞后和敲击加剧。一般hmax取2～3m）
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第四节 往复泵的空气室和泵阀
一、往复泵的空气室 由于活塞（柱塞）的变速运动，造成吸、排液体时流量和吸、排 压力的波动。恶化了原动机的工作条件，会引起管路振动，降低了装 置和仪表的工作可靠性。吸排压力的剧烈波动还可能造成活塞（柱塞） 和液流的暂时脱离，引起液击，而且使泵的吸入性能变差，并限制了 泵转速的提高。