第二章往复泵

1、 cossin)cos1(2rarurx 往复泵在钻孔工程中用于输送钻孔泥浆往复泵在钻孔工程中用于输送钻孔泥浆,所以又称为泥浆泵所以又称为泥浆泵 1 1、按作用次数划分：、按作用次数划分：单作用泵单作用泵和和双作用泵双作用泵 2 2、按活塞的形式分：、按活塞的形式分：活塞式活塞式和和柱塞式柱塞式 3 3、按缸的数目分、按缸的数目分 ：单缸单缸、双缸双缸和和三缸三缸 4 4、按往复次数分、按往复次数分 ：低速泵低速泵、中速泵和高速泵中速泵和高速泵 5 5、按压力大小分、按压力大小分 ：低压泵低压泵、中压泵中压泵和和高压泵高压泵 往复泵在单位时间内排送的液体体积的理论平均值由泵往复泵在单位时间内排

2、送的液体体积的理论平均值由泵的每个液压油缸在单位时间内完成的每个排出行程中扫过的的每个液压油缸在单位时间内完成的每个排出行程中扫过的体积总和决定。体积总和决定。对于对于单作用泵单作用泵:对于对于双作用泵双作用泵：60zFSnQth 60)2(SnfFzQth sm /3sm /3 1.往复泵每个液缸无杆腔排送液体的往复泵每个液缸无杆腔排送液体的理论瞬时流量理论瞬时流量为：为： 2.往复泵每个液缸有杆腔排送液体的往复泵每个液缸有杆腔排送液体的理论瞬时流量理论瞬时流量为：为：uFQth sm /3ufFQth)( sm /3 活塞的运动是有曲柄活塞的运动是有曲柄-连杆机构带动的，因此，活连杆机构带

3、动的，因此，活塞的运动速度可用下式近似计算：塞的运动速度可用下式近似计算： sinru 往复泵每个液缸无杆腔排送液体的往复泵每个液缸无杆腔排送液体的理论瞬时流量理论瞬时流量又可为：又可为： 或或 往复泵每个液缸有杆腔排送液体的往复泵每个液缸有杆腔排送液体的理论瞬时流量理论瞬时流量又可为：又可为： 或或 由上面的式子可以看出：由上面的式子可以看出： 理论瞬时流量的变化规律近似的按正弦规律变化。两者理论瞬时流量的变化规律近似的按正弦规律变化。两者的的 区别仅在于有杆腔的活塞杆占据了一定的体积，因而理论区别仅在于有杆腔的活塞杆占据了一定的体积，因而理论瞬时流量稍小于无杆腔瞬时流量稍小于无杆腔。多缸泵

4、的理论瞬时流量使所有液缸。多缸泵的理论瞬时流量使所有液缸在同一瞬时流量的叠加值，其合成曲线也按正弦规律变化。在同一瞬时流量的叠加值，其合成曲线也按正弦规律变化。 sinrFQth sm /3sm /3sm /3sm /3 sin)(rfFQth sin60FSnQth sin60)(SnfFQth 下图是不同液缸数的单作用往复泵的理论瞬时流量曲线图下图是不同液缸数的单作用往复泵的理论瞬时流量曲线图: 为了为了 表示各种往复泵流量的不均匀度，引入流量不均匀表示各种往复泵流量的不均匀度，引入流量不均匀度系数，其取值经常用度系数，其取值经常用最大和最小理论瞬时流量的差值与理论最大和最小理论瞬时流量的

5、差值与理论平均流量之比平均流量之比表示。表示。一般取值如下表：一般取值如下表：thththQQQQminmax 往复泵单位时间排出液体的体积量称为往复泵单位时间排出液体的体积量称为实际流量实际流量，以，以Q表示，实际流量小于理论流量，其表达式为：表示，实际流量小于理论流量，其表达式为： 实际流量减小的原因：实际流量减小的原因： 1.吸入过程，当吸入管路中的压力较低时，将会从吸入液吸入过程，当吸入管路中的压力较低时，将会从吸入液体中分离出溶解在液体中的气体；体中分离出溶解在液体中的气体； 2.当吸入管路密封不严时，外界空气也会渗入泵缸内，使当吸入管路密封不严时，外界空气也会渗入泵缸内，使得吸入液

6、缸内的液体量减少；得吸入液缸内的液体量减少； 3.排出过程开始时，由于泵阀滞后活塞的运动，这时吸入排出过程开始时，由于泵阀滞后活塞的运动，这时吸入阀滞后关闭，使吸入到泵缸内的液体倒流阀滞后关闭，使吸入到泵缸内的液体倒流; 4.排出过程，随着泵缸内压力的升高，接受活塞能量的液排出过程，随着泵缸内压力的升高，接受活塞能量的液体会经液力端各密封处泄露，减少液体的排除量。体会经液力端各密封处泄露，减少液体的排除量。98. 085. 0, 1 一般一般thQQsm /3 由理论平均流量公式可知，往复泵由理论平均流量公式可知，往复泵调节流量调节流量的的方法有：方法有： 单作用泵理论泵量单作用泵理论泵量:

7、双作用泵泵理论泵量：双作用泵泵理论泵量： 1.改变活塞的往复次数；改变活塞的往复次数； 2.改变缸套和活塞杆直径；改变缸套和活塞杆直径； 3.改变活塞的往复行程；改变活塞的往复行程；60zFSnQth 60)2(SnfFzQth sm /3sm /3 在往复泵中，活塞运动的速度是变化的，因此，液流量是不稳定在往复泵中，活塞运动的速度是变化的，因此，液流量是不稳定的。在不稳定流量中，速度和压力不仅是位置的函数，也是时间的函数，的。在不稳定流量中，速度和压力不仅是位置的函数，也是时间的函数，所以所以，理想液体不稳定流的伯努利方程式理想液体不稳定流的伯努利方程式为：为： 可以看出，它比理想稳定流的伯

8、努利方程多一项，这一项是液体变速运动可以看出，它比理想稳定流的伯努利方程多一项，这一项是液体变速运动产生的，称为产生的，称为惯性水头惯性水头，即：，即： 当液体在管路中流动时，管路截面一般是不变的，若沿管路流动方向上当液体在管路中流动时，管路截面一般是不变的，若沿管路流动方向上的变动加速度的变动加速度 不变，则不变，则惯性水头惯性水头为：为： 因此，因此，实际液体不稳定流的伯努利方程实际液体不稳定流的伯努利方程为：为： ihpgczpgzc 2222121122dsdtdcghssi 211Lgahi a21212222121122 Lihhrpgczrpgzcih左图是往复泵吸、排水示左图是

9、往复泵吸、排水示意图。吸入过程吸入管路始、意图。吸入过程吸入管路始、末端液流截面的末端液流截面的能量平衡方程能量平衡方程式式为：为： pgzc221vsLihhhpgcz 22zzdzsp1p2 整理后可得整理后可得吸入过程液缸内压头变化吸入过程液缸内压头变化的关系式：的关系式： 下面逐项分析式中各项与活塞位移下面逐项分析式中各项与活塞位移x关系：关系： （一）（一） 和和 值值 在确定的工况下均为定值，它们与活塞位移在确定的工况下均为定值，它们与活塞位移x无关。无关。 （二）（二）速度水头速度水头)2(2vsLisashhhguzpp sazp , gu22)2(2)cos1(2)sin(2

10、12222222222rxrxgrgrrggu （三）（三）惯性水头惯性水头（四）（四）阻力水头阻力水头)1(cossin22rxrFFsLrFFsLrdtdFFsLhSsSsSsis ihggdLhhhhccssssSSLSLSLSL222221 gFFdLgdLucSssSSsssSS2)(2)(222 )2(21222rxrxrgKs ih Lh（五）五）吸入阀的吸入阀的损失水头损失水头vsh )1 ()2(21)1 (22222vsSSssashrxrFFgLrxrxrgKzrprp 0 r 2r0 0 0 0 minsPaP maxsP 为了保证正常吸入，液缸内最小吸入压头为了保证正

11、常吸入，液缸内最小吸入压头 必须大于饱和必须大于饱和汽化压头，即：汽化压头，即：吸入开始时，液缸内压头最小。吸入开始时，液缸内压头最小。X=0，则有：，则有：往复泵的安装高度往复泵的安装高度为：为：最大允许安装高度最大允许安装高度为：为： vspp min vvsSssasphRFFgLzpp )(2min)(2vsSssvashrFFgLppZ )900(2maxvsSssvashrnFFgLppz 往复泵的往复泵的有效压头有效压头可用下式表示：可用下式表示：有效压头可简化为：有效压头可简化为：在冲洗液循环系统中，泵的在冲洗液循环系统中，泵的有效压头有效压头为：为： 1221222ppgCC

12、hH 2pH LhH （一）一）泵的泵的有效功率有效功率： 或或 （二）（二）泵的泵的轴功率轴功率： （三）（三）泵的泵的转化功率转化功率：HQNe QpNe2 NeN iiiHQN WWWW （一）（一）泵的泵的容积效率容积效率： （二）（二）泵的泵的水力效率水力效率：（三）（三）泵的泵的转化效率转化效率：（四）（四）泵的泵的机械效率机械效率：（五）（五）泵的泵的总效率总效率：QQQQQiv vihhHHHH hviiieiHQQHNN NNim mhviieeNNNNNN 8 . 07 . 0 一般一般 当当 时，时， =1.21.5; 当当 时，时， =1.051.2。NKNmm KWN

13、m4 KWNm4 mKmK 空气室的计算空气室的计算：空气室的有效容积：空气室的有效容积：因：因：所以：所以：则：则：)(12minmax21ttQdtQVVVshthtt t t)1802(1)(1011212 tt)1802(1601sin20121 FSndrFV)1802(cos201 rFFr)18021cos2(01 Fr 空气室对应于预压力的气体平均容量空气室对应于预压力的气体平均容量V0,按按等温过程等温过程有：有：一般空气室的一般空气室的体积体积V为：为：000ppFSppVVmPmm 0)5 . 11(VV Q0PQtpQ22211)(211)(211)(211)(QHgF

14、dlgFdlQgFdlgFdlhhhHdddddsssssdddddsssssLdLsL 往复泵管路中损失的往复泵管路中损失的总水头总水头可用下式计算：可用下式计算：令：令：则：则：以泵的以泵的主要传动件的强度极限主要传动件的强度极限作为泵的临界工作条件作为泵的临界工作条件泵的强度足够、以泵配备泵的强度足够、以泵配备动力机输出的最大功率动力机输出的最大功率为临界工作条为临界工作条件件如果管路的耐压强度底，以如果管路的耐压强度底，以管路的耐压强度管路的耐压强度为临界工作条件为临界工作条件2 按照往复泵各部分的作用不同，可将往复泵分为按照往复泵各部分的作用不同，可将往复泵分为动力端动力端和和液液力

15、端力端。动力端的作用是传递液力端能量转换所需的动力。液力端的。动力端的作用是传递液力端能量转换所需的动力。液力端的作用是完成不同能量的转换。作用是完成不同能量的转换。1.变量机构的设置方式变量机构的设置方式 无变量机构、变量机构设在动力无变量机构、变量机构设在动力端端和和另设变速箱另设变速箱2.曲轴的形式曲轴的形式 有有曲拐式曲拐式、曲柄式曲柄式和和偏心轮式偏心轮式3.曲轴箱的结构曲轴箱的结构有有剖分式剖分式与与整体式整体式1.泵体的结构形式泵体的结构形式 有有整体式整体式、剖分式剖分式、组合式组合式整体式整体式组合式组合式2.吸入阀与排出阀的布置形式吸入阀与排出阀的布置形式 有有阶梯式阶梯式、直通式直通式和和直角式直角式3.液缸的吸排水形式液缸的吸排水形式 有有单作用单作用和和双作用双作用之分之分4.液缸的数目液缸的数目 有有单缸单缸、双缸双缸、和、和三缸三缸泵头泵头5.活塞的结构形式活塞的结构形式 有有活塞式活塞式和和柱塞式柱塞式（1）柱塞式活塞的类型与结构）柱塞式活塞的类型与结构 柱塞式按柱塞的材料分：有柱塞式按柱塞的材料分：有陶瓷陶瓷和和钢钢两种；按结构形式分：两种；按结构形式分：有有整体式整体式和和组合式组合式 （2）活塞式活塞的类型与结构）活塞式活塞的类型与结构 活塞式按照活