毕业设计（论文）-2DS（Y）-106型电动往复泵（含全套CAD图纸）

i 2DS2DS（Y Y）10/610/6 型电动往复泵型电动往复泵 摘摘 要要 该毕业设计是对 2DS（Y）10/6 型电动往复泵的设计。往复泵是借助于活塞在液缸 工作腔内的往复运动，使工作腔容积产生周期性变化来达到输送液体的目的，它是把机 械能转化为压力能的装置。此种泵的流量只取决于工作腔容积变化值及在单位时间内的 变化次数（频率） ，而在理论上与排出压力无关。本次设计通过对已知数据的分析以及参 考相关资料完成的，该系列电动往复泵系双缸双作用泵，主要由液缸体和传动部分组成。 对其活塞、泵阀等零部件进行具体的分析和计算，完成了本次设计的任务。 关键词：电动往复泵；泵阀；活塞；设计 全套完整版全套完整版 CADCAD 图纸，联系图纸，联系 153893706153893706 ii TheThe designdesign ofof 2DS2DS (Y)(Y) -10-10 / / 6 6 electricelectric reciprocatingreciprocating pumppump AbstractAbstract This graduation project is to the 2DS（Y） - 10/6 electrically operated reciprocating pump design. The reciprocating pump is drawssupport the piston in fluid cylinder work cavity reciprocal motion,causes the work cavity volume to have the periodic variation toachieve the transportation liquid the goal, it is transforms themechanical energy as the fluid pressure energy installment. This kindpumps the current capacity is only decided by the work cavity volumechange value and in the unit time change number of times (frequency),but in theoretically has nothing to do with with the deliverypressure. This design through completes to the known data analysis aswell as the reference correlation data, this series electricallyoperated reciprocating pump is the two-cylinder double-acting pump,mainly partially is composed by the fluid cylinder body and thetransmission. To its spare part and so on piston, pump valve carrieson the concrete analysis and the computation, has completed thisdesign task. KeyKey wordword ：Electrically operated reciprocating pump；Pump valve；Piston；design iii 目目 录录 绪 论 1 第一章 概 述 2 第一节 往复泵的结构和工作原理.2 第二节 往复泵的特点和分类.4 第三节 往复泵的应用与发展.7 第二章 往复泵的总体设计 .10 第一节 泵型及总体结构形式选择.10 第二节 液力端结构形式的选择11 第三章 2DS（Y）-10/6 型电动往复泵的设计14 第一节 主要结构参数的选择与确定14 第二节 原动机的选择19 第四章 液力端主要零部件设计 .22 第一节 液 缸 体22 第二节 泵 阀 设 计.23 第三节 活塞、活塞杆、活塞环27 结束语 .40 参考文献 .41 外文资料 .42 中文翻译 .49 1 绪绪 论论 本毕业设计是完成机械专业培养目标所必须的重要的教学环节。是培养我们独 立思考和科学的工作方法的重要过程。毕业设计的目的主要是培养学生综合运用所 学理论知识和技能，分析解决实际问题的能力、培养我们掌握设计的思想和方法， 树立严肃认真的工作作风、培养我们调查研究、查阅技术文献、资料、手册以及编 写技术文献的能力。通过毕业设计，要求我们在指导教师的指导下，独立完成所分 担的设计课程的全部内容。这对我们今后走向工作岗位有很大的帮助。 这次设计主要是对电动往复泵零部件的设计，是设计任务的重点。这次设计我 们将本着：独立分析，互相讨论，仔细认真的思考，充分发挥自己的才能，把毕业 设计搞好。在设计中，我查找了相关的资料，多次向指导老师询问，以及和同学们 讨论，首先对电动往复泵总体进行了设计；然后是活塞、连杆、曲轴等零部件的设 计；达到了毕业设计的目的。 作为一名即将上岗的工程技术人员，应当从现在开始做起，掌握更多的专业知 识和实际操作能力。在指导老师的精心指导下，较为圆满的完成了这次设计工作， 由于学识和经验不足，其中肯定会出现很多问题，不足之处恳请各位老师加以批评 和指导。 2 第一章第一章 概概 述述 往复泵是泵类产品中出现最早的一种，至今已有 2100 多年的历史。往复泵属于 容积式泵，它是借助工作腔里的容积周期性变化来达到输送液体的目的；原动机的 机械能经泵直接转化为输送液体的压力能。目前，往复泵的产量只占整个泵类总产 量很少的一部分。但是，往复泵所具有的特点并没有被其它类型泵所代替。有些特 点仍为其它类型泵所不及，因此，它非但不会被淘汰，而且仍将作为一种不可缺少 的泵类，被广泛采用。 下面介绍往复泵的结构和工作原理、特点和分类以及往复泵的应用和发展等。 第一节第一节 往复泵的结构和工作原理往复泵的结构和工作原理 一、往复泵的结构和工作原理一、往复泵的结构和工作原理 1、结构如图所示，主要部件包括：泵缸；活塞；活塞杆；吸入阀；排出阀。其 中吸入阀和排出阀均为单向阀。 往复泵装置图 1- 泵缸；2-活塞；3-活塞杆；4-吸入阀；5-排出阀 2、工作原理： 3 （1） 活塞由电动的曲柄连杆机构带动，把曲柄旋转运动变为活塞的往复运动 或直接由蒸汽机驱动，使活塞做往复运动。 （2） 当活塞从左向右运动时，泵缸内形成低压，排出阀受排出管内液体的压 力而关闭，吸入阀由于受液体压强的作用而打开，池内液体被吸入缸内。 （3） 当活塞从右向左运动时，由于缸内液体压力增加，吸入阀关闭，排出阀 打开向外排液。 （4） 说明 往复泵是依靠活塞的往复运动而吸入和排出液体的。通常把活 塞在缸内移动的距离称为冲程。 单动泵，活塞往复运动一次，吸、排液交替进行，各一次，输送液体不连续； 双动泵，活塞两侧都装有阀室，活塞的每一次行程都在吸液和向管路排液，因而供 液连续。 二、泵的理论流量二、泵的理论流量 在不计泵内任何容积损失时，泵在单位时间内应排出的液体容积称为泵的理论 平均流量，简称泵的理论流量。由于不计任何容积损失，泵在单位时间内吸入和排 出的体积，可用下式表示： 单作用泵：Qt=ASnZ 双作用泵：Qt=ASnZ(1+k) 式中 Qt理论流量； 柱塞（或活塞）的截面积； =D2（柱塞或活塞直径） 4 行程长度 n曲轴转速(或柱塞的每分钟往复次数) Z联数(柱塞或活塞数) K系数 K=1- (Ar活塞杆截面积) A Ar =1-()2 （Dr活塞杆直径） D Dr 三、泵的流量三、泵的流量 单位时间内在泵出口处实际测得的液体体积（包括包含于其中的气体和固体体 4 积并折算成泵进口状态下的体积）称为泵的实际平均流量，简称泵的流量。流量的 常用单位有 m3/s、 m3/h、 1/min 、1/h 等。 由于泵内存在容积损失，因此，泵的流量小于泵的理论流量，相互之间的关系 为： Q=Qt-Q 式中 Q泵的流量； Qt泵的理论流量； Q泵的流量损失。 四、泵的容积效率四、泵的容积效率 泵的流量与理论流量之比称为容积效率： v=1 =1 t Q Q t Q Q 式中 v容积效率； Q泵的流量； Qt泵的理论流量； 泵的容积损失。 第二节第二节 往复泵的特点和分类往复泵的特点和分类 一、往复泵的特点一、往复泵的特点 往复泵和其它类型容积式泵的区别，仅在于它实现工作腔容积变化的方式和结 构特点上：往复泵是借助于活塞（柱塞）在液缸工作腔内的往复运动（或通过隔膜、 波纹管等挠性元件在工作腔内的周期性弹性变形）来使工作腔容积产生周期性变化 的。在结构上，往复泵的工作腔是借助密封装置与外界隔开，通过泵阀（吸入阀和 排出阀）与管路沟通或闭合。 往复泵这一实现工作腔容积变化的方式和结构特点，构成了这类类型泵性能参 数和总体结构的一系列特点。这些特点也正是这类类型泵借以生存、竞争和发展的 依据： 1、瞬时流量是脉动的 这是因为在往复泵中，液体介质的吸入和排出过程（即容积变化过程）是交替 5 进行的，而且活塞（柱塞）在位移过程中，其速度又在不断地变化之中。在只有一 个工作腔（单缸泵）的泵中，泵的瞬时流量不仅随时间而变化，而且是不连续的； 在具有多个工作腔（多缸泵）的泵中，如果工作腔的工作相位安排适当，则可减小 排出集液管路中瞬时流量的脉动幅度，乃至可达到在实用上可认为是稳定流的地步。 当然，此时相应的泵的结构也就变得复杂了。也正因为如此，往复泵的工作腔不宜 设置过多。因此，往复泵瞬时流量的脉动性也就不可避免，只不过因不同泵型其脉 动程度有大有小而已。 2、平均流量（即泵的流量）是恒定的 泵的流量只取决于工作腔容积的变化值及其频率。具体地讲：泵的流量只取决 于泵的主要结构参数-n（每分钟往复次数） 、S（活塞或柱塞行程） 、D（活塞或柱 塞直径） 、Z（工作腔或活塞数目） ，而（在理论上）与排出压力无关，且与输送介质 （液体）的温度、粘度等物理、化学性质无关。当泵的每分钟往复次数一定时，泵 的流量也是恒定的。 3、泵的压力取决于管路特性 往复泵的排出压力不能由泵本身限定，而是取决于泵装置的管路特性，并且与 流量无关。换句话说，不论泵装置的管路有多大的水力阻力，原则上泵都可以按其 主要结构参数所决定的恒定流量予以排出。也就是说，如果认为输送液体是不可压 缩（因液体压缩率很小，通常可这样认为，但在高压或超高压下，液体的压缩性也 不可忽视）的，那么，在理论上可认为往复泵的排出压力将不受任何限制，即可根 据泵装置的管路特性，建立泵的任何所需的排出压力。 4、对输送的介质（液体）有较强的适应性 往复泵原则上可以输送任何介质，几乎不受介质的物理性能或化 学性能的限制。 当然，在实际应用中，有时也会遇到不能适应的情况。但是，当遇到这种情况时， 多半是因为液力端的材料和制造工艺以及密封技术一时不能解决的缘故。其它类型 泵就不能做到这一点。 5、有良好的自吸性能 往复泵不仅有良好的吸入性能，而且还有良好的自吸性能。因此，对多数往复 泵（除高速泵外）来说，在启动前通常不需灌泵。 由上述往复泵的主要特点可以看出往复泵的主要适用范围。 二、往复泵的分类二、往复泵的分类 6 （一）按泵的液力端特点分 1、按与输送介质接触的工作构件可分为：活塞泵、柱塞泵和隔膜（包括油隔离） 泵； 2、按泵的工作原理或流量的脉动特性可分为：单作用泵、双作用泵、差动泵、 单缸泵、双缸泵、三缸泵、多缸泵等； 3、按泵的活塞（柱塞）数目可分为：单联泵、双联泵、三联泵、多联泵等； 4、按活塞（柱塞）中心线所处的位置可分为：卧式泵、立式泵、角度式（Y 形、 V 形）泵、对置式泵和轴向平行式（无曲柄）泵等； （二）按传动端的结构特点分 根据传动端把原动机的旋转运动转化为活塞（柱塞）的往复运动的方式特点可 分为：曲柄（曲柄连杆机构）泵、凸轮（凸轮轴机构）泵和无曲柄（无曲柄机构） 泵等； （三）按泵的驱动方式或配带的原动机分 机动（以电动机或旋转式内燃机驱动的）泵、直动（以蒸汽、气体或液体直接 驱动的）泵和手动（人力驱动）泵； （四）按泵的排出压力（P2）分 根据泵排出压力高与低可分为：低压泵（P210f/2 ） 、中压泵 （P210100f/2） 、高压泵（P21001000f/2） 、超高压泵（P21000 f/2） ； （五）按泵的每分钟往复次数（n）分 按每分钟往复次数高与低可分为：低速泵（n80spm） 、 高速泵（n 550 spm） 。介于两者之间的，对一般性往复泵来讲，通常是正常选择范围，因此，没有 划分。 （六）按泵输送介质某一突出特性分 根据泵设计时主要适用的介质可分为：热油泵、酸泵、碱泵、盐泵、液氨泵、 甲铵（氨基甲酸铵）泵、泥浆泵、重水泵、清水泵、高温泵、低温泵、超低温泵、 高粘液泵、低粘液泵等。 （七）按泵的用途分 根据泵主要的使用部门或主要用途可分为：工业用泵、农业用泵、陆用泵、船 用泵、化工用泵、原子能用泵、电站用泵、石油场用泵、液压机用泵、压裂泵、固 7 井泵、农药喷雾用泵、注水泵、清砂泵、清渣泵、除锈泵、试压泵、消防泵、计量 泵、平流泵等。 由上述分类可知，往复泵的品种十分繁杂，而且从分类命名中也很难找出它们 之间相互联系，有些称呼也不能确切地反映泵的特点。在实际采用上述称呼时，往 往为了较为确切地反映该泵的结构特点和性能特点，常常就要冠以一连串的组合式 称呼，这种组合方式是多种多样的。 第三节第三节往复泵的应用与发展往复泵的应用与发展 综合前述可知，往复泵是一类品种多、批量少，而通用化程度较低、专业配套 性很强的产品。它常常是随着某一生产工艺的需要而产生，又随着这一生产工艺的 重大改革或取消而更新或淘汰。当这种生产工艺长期稳定时，也有基本上适应这一 工艺需要的定型产品。从上述分类可知，往复泵的应用仍然十分广泛。下面将列举 若干实际应用领域来补充说明这一情况。 例如： 用于化肥生产配套用的有铜液泵，碱液泵和氨基甲酸铵（甲铵）泵和液氨泵等； 用于高压聚乙烯装置配套用的超高压催化剂注射泵等； 用于提供造船或机械制造大型锻压设备上配套用的液压机用泵； 用于输送石油及其副产品和电站锅炉给水备用配套的各种蒸汽直动泵； 用于陆上石油钻井或海上石油开发配套用的钻井泥桨泵、压裂泵、固井泵和注 水泵等； 用于铸造、轧钢方面的水力清砂、除锈泵； 用于长距离管道输送煤粉、冶金矿尾矿的油隔离泵，用于矿井排水的无曲柄泵 以及用于加固井壁、防止地下水害的注桨、堵水用泵等； 用于船舶的舱底泵； 用于农药喷雾机配套用的农用泵； 用于水压试验或窗口爆破试验以及水力切割配套的高压泵和超高压泵。 用于城市污水清洗车配套的清洗泵，用于消防的消防泵； 用于电站或船台等污水处理的各种计量泵。 8 总之，往复泵无论是在工业或农业、陆上和海上、国防与民用、科研与生产等 各个部门，仍然是作为一种不可缺少的品种被广泛地采用着。总括各类往复泵，它 的排出压力可由常压一直到 15000kgf/2,其流量范围由 cc/h600m3/h，输送介质 的温度由-200450，粘度由 0.1cp250000cp。被输送的介质，由一般常温清水 直至具有强腐蚀、易挥发、易结晶、易燃、易爆、剧毒、恶臭、磨砺性强、比重大、 粘度高、有放射性或其它贵重液体等。 从今后发展的角度来看，尽管往复泵原来占据的位置有不少已被其它类型泵所 取代，其产量也很少，但这并不意味着往复泵有全部被取代的趋势。实际情况是： 在各类型泵的生存与竞争中，则是更加突出地发挥了它们各自的特长，显示其本身 的优越性，从而更好地为国民经济、为四个现代化服务。由此可知，要想求得往复 泵的生存与更进一步的发展，从根本意义上来讲，就是要扬长避短，充分发挥往复 泵本身的优势。这就是说： 第一，要充分发挥往复泵配套性强、适应介质广泛的优势。 对于其它任何一类泵来讲，它所适应的介质都要受到限制。例如，离心泵就不 能适应粘度很高的液体；转子泵则通常不能适应于化工介质。而目前随着石油化工、 化学工业、医药卫生等部门生产技术的发展，使得输送介质的名目繁多、性状各异。 有些介质对其它类型泵来讲，就不能适应，但对往复泵来讲，因为它原则上不受介 质的物理和化学性能的限制，可见，往复泵是大有用武之地的。 第二，要充分发挥往复泵在流量比较小而排出压力又很大情况下，它的整机效 率高、运转经济性好的优势。 上述两点，往往不被使用部门所重视。他们往往是过分地注意了往复泵体积较 大、结构较复杂、瞬时流量又脉动这些缺点，而忽视了这类泵的特长，因此常常习 惯于选用其它类型泵。他们不了解这些泵正是因为对某些介质不能适应或者在压力 高、流量小的范围内不可能有较高的效率这一弱点，以至有这样的情况发生 历经数年，几经周折，最后又不得不回到往复泵这一选型上来。由此可见，在当前 世界性能源危机、强调以节能原则采用省能机械的现实面前，对于使用部门来讲， 如何正确地认识各类型泵的特点，如何正确地选型，是面临的新课题；对于使用部 门来讲，如何正确地认识各类型泵的特点，如何正确地选型，是面临的新课题；对 于从事往复泵研究、设计和生产的部门来讲，如何正确地宣传往复泵的特点，如何 努力地发展新品种以满足用户的需要，是面临的新任务。 9 特别是当排出压力很高(高压或超高压)而流量又很小时，其它类型泵已经不仅 是效率很低的问题，而是根本不能适用。因此，往复泵主要是在高压或超高压、流 量小或比较小的范围内发展新品种。在这一领域内，往复泵是独占优势的。 第二、要充分发挥往复泵的流量恒定而且与排出压力无关的优势。 往复泵这一特长是它成为计量泵选型的基础，而计量泵这一新品种是随着现代 工业朝着自动化操作，远距离自动控制这一发展形势而出现的。由于计量泵这一新 品种的出现，使得原来生产工艺由手工进行物料配比这一环节，被计量泵所代替， 使物料配比实现了远距离自动控制下的连续操作，并使物料配比更加准确无误，从 而为提高产品质量、降低成本、改善劳动条件。计量泵虽然只是从本世纪五十年代 才兴起的新品种，但是至今已经不仅是在石油、化工合成装置上被广泛采用，而且 在水处理装置、研究院所的中间试验装置以及化学分析仪器、医药、食品加工和矿 井注浆堵水方面也已被广泛采用。 当然，要求得往复泵的不断发展，不仅要注意到充分发挥它的特长或优势，而 且还要不断地克服它的缺点。为此，就必须加强技术基础的研究、不断地提高产品 质量、注意采用新技术、新材料、新工艺，以及在保证产品好用、耐用的同时，要 力求结构简单、操作方便、体积小、重量轻和外形美观。 10 第二章第二章 往复泵的总体设计往复泵的总体设计 根据设计要求在通常情况下，泵的总体设计应遵循下述基本原则： （1）有足够长的使用寿命（指大修期应长）和足够的运转可靠性（指被迫停车 次数应少） ； （2）有较高的运转经济性（效率高，消耗少） ； （3）尽可能采用新结构，新材料，新技术； （4）尽可能提高产品的“三化” （系列化、标准化、通用化）程度； （5）制造工艺性能好； （6）使用、维护、维修方便； （7）外形尺寸和重量尽可能小。 第一节第一节 泵型及总体结构形式选择泵型及总体结构形式选择 一、电动泵的特点一、电动泵的特点 本次设计泵型为 2DS（Y）属于机动泵，即采用独立的旋转原动机（电动机） 驱动的泵。因采用电动机驱动又叫电动泵。 电动泵的特点是： （1）瞬时流量脉动与平均流量（泵的流量）Q 只取决于泵的主要结构参数 n（每分钟往复次数） 、S（柱塞行程） 、D（柱塞直径） ，而与泵的排出压力几乎无关， 当 n、S、D 为定值时，泵的流量是基本恒定的； （2）泵的排出压力 P2 是一个独立参数，不是泵的固有特性，它只取决于排出 管路的特性而与泵的结构参数和原动机功率无关； 11 （3）机动泵都需要有一个把原旋转运动转化为柱塞往复运动的传动端，故一般 讲，结构较复杂，运动零部件数量较多，造价也较昂贵； （4）实现流量调节时，必须采用相应措施，或改变 n、S、D 或采用旁路放空 办法来实现； （5）结构变形比较容易。 二、卧式泵的特点二、卧式泵的特点 液缸或活塞（柱塞）中心线为水平放置的泵，又称卧式泵。 卧式泵的共同特点是： （1） 便于操作者观察泵的运转情况，拆装，使用，维修； （2） 机组高度方向尺寸小时，不需要很高的厂房，但长宽方向尺寸较大时， 占地面积则较大； （3） 因为活塞（柱塞）做往复运动时，密封件在工作时须受活塞（柱塞）自 重，容易产生偏磨，尤其当活塞（柱塞）较重时，悬颈很长时，这种现象将更为明 显。 （4） 卧式泵的机械惯性力水平分力较大，而泵的基础承受水平分力的能力又 较差，故卧式泵对基础的强度和刚度要求较高。 虽然卧式泵缺点不少，但因优点突出，故采用卧式泵的较多。 三、联数，缸数和作用数三、联数，缸数和作用数 每一根活塞（柱塞）以及该活塞（柱塞）连接在一起的活塞杆、十字头、连杆 等称为组合体，叫一联。一般讲，该泵有几根活塞（柱塞）就称几联泵。2DS（Y） 往复泵有两根活塞，因此又可称为双联泵。 只有当 Z 联泵的活塞（柱塞）间相位差不同，各活塞（柱塞）的直径也不同， 并且各联的排出口连接起来经同一排出集合管排出时，才可称为 Z 联缸，否则，只 称 Z 联泵。因此 2DS（Y）往复泵又称双缸泵。 活塞（柱塞）每往复运动一次对介质吸入和排出的次数，叫做作用数。当活塞 （柱塞）每往复运动一次，介质被吸入、排出各一次的泵，叫做单作用泵；当活塞 （柱塞）每往复运动一次，介质被吸入、排出各两次的泵，叫做双作用泵；由 2DS（Y）往复泵活塞每往复运动一次，介质被吸入，排出各两次，因此又称双作用 泵。 联数是指相对泵的总体结构形式而言，缸数是指相对液力端排出流量脉动特性 12 而言，作用数是相对活塞（柱塞）在每一次往复运动中对介质的作用数而言的。 第二节第二节液力端结构形式的选择液力端结构形式的选择 在往复泵上把活塞（柱塞）从十字头处脱开一直到泵的进口、出口法兰处的部 件，称为液力端。液力端是介质过流部分，通常由液缸体、活塞和缸套或柱塞及其 密封（填料箱） 、吸入阀和排出阀组件、缸盖和阀箱、阀箱盖以及吸入和排出集合管 （或集液器）等组成。 在选择液力端结构形式时，应遵循下述基本原则： （1）过流性能好，水力损失小，为此液流通道应要求端而直，尽量避免拐弯和 急剧的断面变化； （2）液流通道应该利于气体排出，不允许死区存在，造成气体滞留。通常，吸 入阀应置于液缸体下部，排出阀应置于液缸体顶部； （3）吸入阀和排出阀一般应垂直布置，以利于阀板正常起动和密封，特别情况 下也可以倾斜或水平布置； （4）余隙容积应尽可能的小，尤其是在对高压短行程泵后当泵输送含气量大， 易挥发介质时，更要求减小余隙容积； （5）易损件，更换方便； （6）制造工艺性好。 一活塞泵液力端一活塞泵液力端 因为活塞泵主要是双联（缸）双作用泵，近年来也出现了每分钟往复次数较高 的三联（缸）单作用活塞泵。至于单联（缸）双作用泵或三联（缸）双作用泵也间 或有之，但为数甚少。 （一）卧式双联（缸）双作用活塞泵液力端 按吸、排阀布置型式，该液力端又可分为两种基本型式叠式和侧罐式。当 液力端每一个液缸里的吸、排阀均位于活塞中心线所在的轴面内的一侧，且吸、排 阀呈上、下重叠形式，流道为直通式的，叫做叠式液力端；当每一个液缸里只有排 出阀（或吸入阀）位于活塞中心线所在的轴面内，而吸入阀（排出阀）不在这一平 面内，其流道呈阶梯形式的，称为侧罐式液力端。 1、叠式液力端 13 叠式液力端，吸、排阀分为上下两层。排出阀装在上层，吸入阀装在下层。若 想拆下吸入阀，必须先拆排出阀。为此，又采用两种方式： （1）带阀座板的叠式液力端 这种液力端的排出阀装在上层可拆的阀座板上，吸入阀则直接装在液缸体上。 只要打开上盖，取下阀座板，则吸、排阀就可分组装配，故拆装较为方便。但必须 增加一块有足够刚度的阀座板，也增加了一道密封，使加工工时也有所增加。 （2）不带阀座板的叠式液力端 这种液力端的上、下两层排出阀和吸入阀均直接装在液缸体上。吸入阀必须经 排出阀座孔处拆、装，故排出阀尺寸必须大于吸入阀尺寸，装、拆也不方便。但因 整体铸造的液缸体的刚性好，阀在工作时，阀板不易变形，而且也可省工时，降低 成本。 叠式液力端主要用于卧式双联（缸）双作用机动活塞泵和直接作用活塞泵。 2、侧罐式液力端 侧罐式液力端和阶梯式液力端一样，流道是阶梯状，吸、排阀可分别拆装，检 修、更换均较方便。但尺寸较大，余隙容积也较大。 （二）立式双联（缸）双作用活塞泵液力端 立式活塞泵的液力端尺寸较大，常置于传动端的下方，这样可增加整机的稳定 性。吸、排阀通常是重叠布置，流道为直通式。阀箱有的布置在液缸的一侧，有的 则对称布置在液缸的两侧。前者便于拆装和维护，后者则整机重心稳定性好。 本设计 2DS（Y）电动往复泵是卧式双缸双作用带阀座板的叠式液力端。 14 第三章第三章 2DS2DS（Y Y）-10/6-10/6 型电动往复泵的设计型电动往复泵的设计 2DS（Y）-10/6 型泵是由电机驱动的活塞式往复泵。其中 2DS 型泵为清水泵， 2DY 型泵为油泵。主要适用于工厂、矿山、钻探、铁路运输、建筑工地等单位输送 运动粘度不超过 8502/s，温度不高于 105的石油及其制品，也可用于输送常温 清水或物理化学性质类似于水的其他液体。 型号意义：2DS（Y）-10/6 2双缸双作用 D电力驱动泵 S输送介质为清水 Y输送介质为油类 10泵设计流量值（m3/h） 6泵的额定排出压力(kgf/cm2) 结构：2DS（Y）-10/6 型泵系卧式电机驱动双缸双作用往复泵，主要分为液缸 部分和传动部分。液缸的动力由电机经皮带轮传动给减速齿轮副，并由曲轴（偏心 齿轮） 、连杆、十字头等传动机构将旋转运动转变为活塞的往复直线运动。为防止部 分液体与传动部分润滑油混肴，在十字头导板前加装挡油圈。液缸里分别有四组盘 状吸液阀和排液阀。 传动部分的油滑借齿轮传动所形成的飞溅油来实现或用附于齿轮轴上的小型油 泵泵油润滑。 15 第一节第一节 主要结构参数的选择与确定主要结构参数的选择与确定 在进行往复泵设计时，泵的基本性能参数排出压力 P2和流量 Q 是由用户提 供的。 Q=Qt= = )1 ( 60 K ASnZ )1 ( 240 2 K SnZD = m3/s )1 ( 8 2 K ZuD m )1 ( 240 3 K nZD 式中 Q泵的实际流量，m3/s Qt泵的理论流量，m3/s 泵的容积效率； A= D2活塞（柱塞）截面积， 4 D活塞（柱塞）直径，m S（活塞）柱塞行程长度，m n曲轴转数（rpm）或活塞（柱塞）的每分钟往复次数,spm Z泵的联数（活塞或柱塞数） ； K系数； K=1- (Ar 活塞杆截面积，) A Ar =1-（）2 (Dr活塞杆直径，) D Dr um=活塞（柱塞）平均速度，m/s 30 Sn =程径比。 D S 由上式可知，要确定 Q，必须确定 n、S、D、Dr、Z 等与结构有关的参数。此外， 在绘制总体方案图时，还需知道排出管和吸入管的内径 d2、d1，它们也与 Q 有关。 以上这些参数统称之谓泵的结构参数。但是，d1、d2是在 Q 确定后确定的，如果在 总体设计时预先选定了泵型和总体结构型式，那么，Z、K 即为已知，可预先选 取。因此，决定 Q 的主要结构参数就是 n、S、D 和 Dr。 由往复泵的设计实践经验得知，为了确定 n、S、D 组合的最佳方案，一般应选 16 择合适的 um入手，尔后再确定 n,进而再比较 ，由此而逐步确定组合的最佳方案。 一、容积效率一、容积效率 的选择 的选择 往复泵的容积效率与许多因素有关，很难在设计时精确确定。 值选取过大，实际泵的将低于予选值，泵的流量也将低于设计值；选取 过小，实际泵的将高于予选值，泵的流量也将大于设计值。如果考虑到泵运转后 的磨损，一般在选取值时，都要略低些。 选取的一般原则是：当泵的排出压力 P2高、流量 Q 小、每分钟往复次数 n 高、 液力端余隙容积大、制造精度低且当输送高温、高粘度或低粘度、高饱和蒸汽压的 液体介质或介质中含气量大、含有固体颗粒时，应选取较低值；反之，可取较高 值。 的一般取值范围是：当输送常温清水时，=0.800.98；当输送石油产品、 热水、液化烃等介质时，=0.600.80。 二、活塞平均速度二、活塞平均速度 u um m的选择的选择 um的大小直接影响泵各运动副零、部件的摩擦和磨损，特别是对活塞及其密封 这一对运动副的影响尤为显著。 um不应选择过大。um过大，摩擦和磨损严重，特别是当活塞及其密封一旦严重 磨损，泄露就将增加，流量下降，排出压力也不能达到额定值。 um也不应选取过小，要获得一定的 Q 值，当 um一经确定，D 即为确定值。如果 um选取过小，D 值必然较大。这样一来，不仅使液力端径向尺寸增加，而且因活塞 力是和 D2成正比的，传动端受力也随之骤增，从而回使泵的总体尺寸和重量增大。 为了提供 um的定量选取范围，对目前已经投入生产的若干常见泵型 um进行了统 计和分析，得到了以下的经验公式。由统计可知，um大小主要与折合成单联单作用 泵的有效功率 Nez有关，即： um=KtNez0.4 m/s 式中 um活塞平均速度，m/s Kt统计系数， Nez折合成单联单作用泵的有效功率，kw 17 Nez= kw 1612 12 KZ QPP 1612 2 KZ QP = 9 . 1261260 100006 =0.43 kw 查1图 2-51 各类型泵的 um选取 um=0.33 m/s 三、活塞每分钟往复次数三、活塞每分钟往复次数 n n 和行程长度和行程长度 S S um选定后，活塞直径即为确定值。但因 um=nS/30，所以，必须再确定一个 n 或 S，才能最后确定 n、S、D 的组合方案。此时可先选取 n，尔后再确定 S。 n 值选取的一般原则： 1、活塞直径大，程径比 大，连杆比 大的，n 应取低值；反之，可取较高 值； 2、吸入性能要求高的泵，应取较低的 n 值；反之可取较高的 n 值。因为，提高 泵吸入性能虽然有许多途径，但最有效的途径还是降低 n 值； 3、隔膜泵要比活塞泵取较低的 n 值； 4、直接作用泵应比机动泵的 n 值低； 5、单缸泵应比多缸泵的 n 值低； 6、短期、间断性工作的泵，n 可高些；长期、连续工作的泵，n 值应低些； 7、卧式泵应比立式泵的 n 值低些。 n 的一般取值范围可参看1表 2-6 常见泵型的 n 值范围 取 n =84 spm 根据，um= 得 30 Sn S= n um30 =300.33/84 =120 四、活塞直径四、活塞直径 D D 的确定的确定 D= )1 ( 4 KSnZ Q 18 = 608 . 09 . 114 . 3 28412 . 0 104 =0.083m D 值应按国家规定标准尺寸序列圆整,D=80 五、程径比五、程径比 =S/D=S/D 的选择的选择 值选取的一般原则： 1、n 值高时， 取较小值；反之取较大值； 2、排出压力大时， 取大值；反之取小值。 值的一般取值范围是 =1.03.5。当 n 值很高时，有的取 =0.8；对于高 压或超高压泵， 值可能大到 =57。 程径比: = D S = 80 120 =1.5 六、活塞杆直径六、活塞杆直径 D Dr r的选取的选取 Dr的取值取决于比值 Ar/A 或（Dr/D）2。显而易见，该比值越小，双作用效果 （流量大，流量不均匀度小）越明显；反之，该比值越大，则双作用效果越差。由 此可见，该比值应尽量取小值。但是，比值太小时，活塞杆直径 Dr太小，难以保证 强度和刚度的要求。特别是当泵的排出压力很高时，该比值难以减小。可见，双作 用泵也不适合排出压力很高的泵。通常比值取值范围是 =0.100.20。 2 )( D D A A rr 取=0.10 A Ar 比值一经确定，活塞杆直径 Dr和系数 K 即可确定： Dr=D m A A D D D rr 2 =801 . 0 =25.28 按国家规定标准尺寸序列圆整,Dr=25 19 K= 2 11 D D A A rr =1-0.1 =0.9 七、吸入和排出管内径七、吸入和排出管内径 d d1 1、d d2 2的选取的选取 这两值的选取主要取决于吸入、排出管内径介质的流速和。 1 2 、过大，水力阻力损失过大，消耗的能量多，泵的吸入性能差，而且容易 1 2 产生液缸内的空化和汽蚀以及泵的过流量现象；、过小，管路和液力端尺寸较 1 2 大。在往复泵中，通常要限制、值，尤其是值限制更重要。 1 2 1 一般取值范围是：=12 m/s, =1.52.5 m/s. 1 2 取=1 m/s, =2 m/s 1 2 、选定后，d1、d2即可确定： 1 2 d1= 1 4 Q = 3600114 . 3 104 =0.06 m 按标准管材圆整, d1=65 d2= 2 4 Q = 3600214 . 3 104 =0.042 m 按标准管材圆整, d2=40 将以上计算结果列入下表: Q m3/h P2 kgf/cm2 n spm S mm D mm Dr mm d1 mm d2 mm 1068412080251.56540 20 泵的理论流量： Qt=K SnZD 1 4 2 =9 . 01 4 28412 . 0 08 . 0 14 . 3 2 =0.19 m3/min 泵的容积效率： t Q Q 19 . 0 16 . 0 84 . 0 第二节第二节 原动机的选择原动机的选择 在选择泵型和总体结构型式的同时，还应考虑原动机的选择。 往复泵选择原动机的一般原则： 1、原动机必须满足要求的功率； 2、选择原动机时应注意转差率； 3、应注意原动机的启动力矩和启动电流； 4、注意泵输送介质和操作环境的易燃，易爆性； 5、原动机外形、尺寸应与泵搭配合适，机组外形美观，便于安装和检修。 一原动机功率一原动机功率 N ND D的选择与确定的选择与确定 （一）泵的轴功率 N 和泵的总效率 1、泵的有效功率 kw 7 . 36 PQ Ne = ps 27 PQ 也可按下式计算： kw 612 PQ Ne = 60612 6100010 =1.63 kw 21 2、泵的轴功率（输入功率） N= kw e N 泵效率一般的选择原则是，当泵的流量大、压力较低、介质含气量较少、制 造质量高的泵，可选较大值；反之则取较小值。电动泵的效率，低于直接作用泵的 效率。 电动泵的效率范围是=0.600.90。 蒸汽直接作用泵的=0.800.95。 本设计是电动泵，取 0.80。 kw e N N = 80 . 0 63 . 1 =2.04 kw (二)原动机功率 d N dd e d N N 式中 泵的传动装置效率； d 原动机效率。 d 泵的传动装置效率只与泵的减速机构的机械损失有关。当采用平皮带传动时， =0.920.98；三角皮带传动时, =0.900.94；齿轮传动时, d d =0.940.99(闭式)；蜗杆传动时, =0.700.90(闭式). d d 原动机效率通常由原动机出厂说明书给出. d 本设计是三角皮带传动, 取 0.92。 d dd e d N N 85 . 0 71 . 0 92 . 0 80 . 0 63 . 1 =3.67 kw (三)储备系数和原动机功率选择 c K 22 为了使泵在实际运转中不致超载,常常在选择原动机时,还要留有一定的富裕量, 把这一富裕量称为储备系数。 c K 储备系数可按1表 2-7 选择，=1.5 c K 实际原动机功率应为： = a N ac NK =1.53.67 =5.5 kw 因此,原动机的功率选用 Y132S-4 型三相异步电动机,功率为 5.5kw，转速为 1440r/min。 第四章第四章 液力端主要零部件设计液力端主要零部件设计 往复泵液力端通常由液缸体和缸盖，吸入阀和排出阀及其阀箱、阀盖，活塞和 缸套（对活塞泵）或柱塞和填料箱（对柱塞泵）以及进出口法兰等。主要设计任务 是：正确地选择零部件的结构型式，确定主要结构尺寸，进行强度和刚度的核算工 作，选取合适的材料和热处理方式，完成零部件的施工图，并提出合理的技术要求。 第一节第一节 液液 缸缸 体体 一、液缸体结构特点及选择一、液缸体结构特点及选择 液缸体的结构型式主要是服从来泵的总体结构型式和液力端结构选型。液缸体 结构特点可按泵的作用数分为单作用液缸体和双作用泵液缸体，还可按各工作腔是 否在同一块体上来分为整体式和组合式液缸体。 1、单作用泵液缸体 单作用泵液缸体可分为整体式和组合式两种。 整体式液缸体是指泵的多个工作腔都在同一体上的液缸体。这种液缸体刚性好、 工作腔间距小、机加工量少，但工件较大。它即适用单作用柱塞泵，也适用于单作 23 用活塞泵。 2、双作用泵液缸体 双作用泵液缸体形状较复杂，一般多采用整体式并多采用铸造结构，流道孔也 多半直接铸出。个别的采用锻焊或铸焊结构。 3、组合式液缸体 组合式液缸体是指把只包括一个或一部分工作腔的块体分别制造，然后再用适 当的方法把它连接在一起。这种液缸体多用于高压、超高压或输强腐蚀性介质的泵 上，并且多半是锻钢和铸造件，加工面增多，连接处的密封件也增多，而且受力情 况变坏，一般情况下不予采用。 二、液缸体壁厚确定及强度校核二、液缸体壁厚确定及强度校核 （一） 液缸体壁厚确定： C P PD 1 式中 壁厚，； 焊接系数，无焊接=1； P缸内最大工作压力，kgf/cm2; D1液缸体内径，； C考虑铸造偏心及腐蚀所留的裕量，一般取 C=0.30.8。 对灰铸铁，球墨铸铁等脆性材料，许用应力可按抗拉强度选取， b ，一般取 812。即对普通铸铁可取=150160 kgf/cm2，对球墨铸 bb N b N 铁可取=600800kgf/cm2。 C P PD 1 8 . 0 6155 5 . 96 =1.2 （二）强度校核 当液缸体为一外圆半径，内圆半径为的内圆半径的等厚圆筒且其壁厚 2 r 1 r 相对轮薄（）时，则可由薄壁筒公式确定壁厚5 . 1 1 2 r r 24 对薄壁筒（）：5 . 1 1 2 r r kgf/ )(2 )( 1 C CDP 2 cm = 1)8 . 02 . 1 (2 )8 . 02 . 1 (10 6 =78 kgf/160 kgf/ 2 cm 2 cm 第二节第二节泵泵 阀阀 设设 计计 泵阀通常由阀座、阀板、阀导向杆、弹簧、升程限制器等零件所组成。 一、泵阀设计的一般原则是：一、泵阀设计的一般原则是： 1、阀应能及时启、闭，关闭速度和关闭滞后角不应大于允许值，以减小关闭冲 击和回流损失； 2、密封可靠，减小或避免关闭后的漏损； 3、尽可能减小水力阻力损失； 4、根据不同的输送介质，选择相应的材料、阀板和阀座材料及其硬度匹配适当， 并保证足够的强度和刚度； 5、结构简单、拆装方便、工艺性好，尽可能有良好的互换性； 6、工作平稳、噪音小，寿命长。 二、泵阀的种类及结构型式的特点和选择二、泵阀的种类及结构型式的特点和选择 泵阀主要是自动阀，只有当输送高粘度介质时，才采用强制阀。自动阀又分为 弹簧阀（多为盘形阀和环形阀）和自重阀（多为球阀）两种。 （一）盘形阀 根据阀板与阀座密封面型式，盘形阀又可分为两种：一种是以平面接触的。称 为平板阀；一种是以锥面接触的，称为锥形阀。 1、平板阀 平板阀广泛用于输送常温清水、低粘度油或类似于清水的介质。结构较简单、 制造较容易。但密封性能不如锥形阀，多用于排压较低的泵。 2、锥形阀 25 锥形阀较平板阀在制造上略复杂，但流道较平滑，流量系数大、水力阻力小、 过流能力强、密封性能好，不论介质粘度较高或较低都比较适宜，而且因阀板刚度 较大，通常多用于高压和超高压泵上，在计量泵自重阀也间有采用的。 （二）环形阀 环形阀比相同的平板阀阀间隙面积大一倍（单环阀）或几倍（多环阀） ，故阀间 隙过流面积大，适用于流量大的泵。但因阀板直径大而刚性差，在高压或超高压泵 中很少用。 （三）自重阀 自重阀大多采用球阀，也有采用锥形阀的。由于自重阀没有弹簧，阀板惯性力 影响较大，因此只适用于每分钟往复次数较低（通常 n150spm,大多 n100spm） 、 流量不大的泵。 由上选择盘形阀中的平板阀 泵阀的设计计算 设计内容参数选取及计算公式结果 泵的排压 P2(kgf/cm2) 6 缸数 Z 2 活塞直径 D (cm) 8 活塞行程 S(cm) 12 每分钟往复次数 n(spm) 84 介质重度 j 1 泵阀型式 (度) 90 已 知 条 件 阀板材料重度 f(g/cm3) 8.8 活塞截面积 A(cm2) 2 4 DA 49 通过一个阀的流量 Qtf（cm3/s） f tf Z ASn Q 60 782 1 阀座孔最大瞬时流速 (cm3/s) maxk 150300 max u 140 当量阀座孔直径 dk(cm) =4.88,取 4.6 k d max / ktf Q 4.6 26 阀座环宽 b0(cm) b0=