往复泵和空气包原理

1、1、第一章往复泵1.1概要泵是输送液体的机械，将原动机的机械能和其他能量传递给液体，增加液体能量。 根据结构特征和作用，泵分为三种基本类型。 (2)容积式泵：根据容纳液体的密封工作空间的容积的周期性变化，将能量周期性地传递给液体，增加液体的压力，强制排出液体。 往复泵：3、3、3、螺杆泵属于这一类。 4、(2)叶轮式泵通过旋转叶轮对液体的动力作用，将能量连续地传递给液体，增加液体的速度能(主)和压力能的能量，然后通过排出室将大部分速度能转换成压力能。 像离心泵一样，轴流泵和涡流泵属于这一类。 5、(3)其他类型的泵，如喷射泵、6、水锤泵等。 7、往复泵是典型的容积泵。 收容液体的密封工作空间容

2、积根据活塞(或柱塞)的往复运动而周期性地变化，将活塞(或柱塞)的运动的机械能转换成液体的压力能。 在石油矿山被使用。 它经常用于在高压下输送高粘度、高密度、高砂含量的液体，但流量比较少。 8、在挖掘过程中，需要供给井底岩屑和井底动力钻头的动力，向该井底输送井液就能循环的往复泵被称为挖掘泵或泥浆泵。 9、为了加固井壁，往井底注入高压水泥的往复泵被称为固井泵或水泥泵，10、为了提高油层的生产量和收获率，往井内注入含有大量固体粒子的液体或酸碱液体的往复泵，被称为压裂泵12、1.1.1往复泵的工作原理图11是卧式单汽缸单作用往复泵的示意图。 13、工作中，动力机通过皮带、传动轴、齿轮等传动部件使主轴和

3、固定在主轴上的曲柄转动。 14、曲柄从水平位置向左逆时针旋转时，活塞向右，也就是泵的动力端移动，缸内形成一定的真空度，吸入到池中的液体被液面压力Pa推开吸入阀，进入缸内直到活塞移动到右死点位置。 这个过程称为汽缸的吸入过程。 15、曲柄持续旋转，活塞开始向左即泵的流体端移动，汽缸内的液体被按压，压力变高，吸入阀关闭，排出阀被按压，直到汽缸内的压力比排出管的压力高，液体通过排出阀和排出管，活塞通过这个过程称为汽缸的排出过程。 16、曲柄连续旋转，一周一次活塞往复运动，完成单动泵气缸吸入和排出的过程。 吸入和排出过程中，活塞移动的距离用s表示，称为活塞的行程长度。 用r表示曲柄半径。 这些关系根据

4、：S2r、17、1.1.2往复泵的分类结构特征，石油矿山用的泵大致可分为以下4个方面：1.汽缸数分：有单缸泵、双缸泵、三缸泵、四缸泵等。 2 .根据作用方式的不同，有单动式和双动式两种。 18、单动式泵，如图11所示，其活塞在汽缸内往复1次，该汽缸进行1次吸入和1次排出。 19、双作用式泵如图12所示，气缸被活塞分为两个工作室，没有活塞杆的有前工作室，有活塞杆的有后工作室，各个室有吸入和排出阀。 双作用泵、活塞的往复运动是一次，其气缸分别完成两次吸入过程和排出过程。 20、21、3 .气缸的配置方案及其相互位置：有卧式泵、立式泵、v型泵、星形泵等。 22、4 .按活塞规格：有活塞泵(图11 )

5、、23、有柱塞泵(图13 )。24、通常，以泵的上述主要特点，分为单缸单动立式柱塞泵、双缸双动卧式活塞泵、三缸单动柱塞泵等各种类型的泵。 25、1.1.3往复泵的基本参数是反映泵基本工作性能的参数，1 .泵的排量：泵的排量是指单位时间内泵通过管道输送的液体量。排放量通常用每单位时间的体积表示，称为体积排放量，代表符号为q，单位为l/s或m3s。 26，2 .泵的压力：泵的压力通常指泵出口的液体压力，代表符号为p，单位为MPa。 3 .泵的功率和效率在：单位时间内动力机向往复泵主轴传递的能量称为泵的输入功率。 用n主表示。 27、单位时间内液体通过泵得到的能量称为泵的有效功率或输出功率，用n表示

6、。 泵的电力单位一般用kw表示，在现场也习惯用马力(HP )表示。 28，4 .泵速度泵速度是单位时间内的活塞或柱塞的往复次数，也称为泵的行程，用n表示，单位为行程/min。 29、1.2往复泵的排出量1.2.1往复泵的平均排出量：往复泵的排出量与活塞面积F(m2 )、活塞行程S(m )及行程次数n (行程min )有关。 往复泵在单位时间内理论上应该输送的液体的体积被称为泵的理论平均排出量q理均。 对于30、31、32、往复泵，活塞往复一次，各汽缸输送两次液体，液体体积为(2Ff)S。 如果泵的缸数为I，则I缸双作用泵的理论平均排出量为：33，但实际上，往复泵工作时，吸入阀和排出阀无法及时开

7、闭的泵阀、活塞及其他密封部有可能泄漏高压液体34、35、1.2.2往复泵的排量曲线1 .瞬时排量由于往复泵的活塞速度变化，每个汽缸的排量也变化。 活塞的截面积为f，活塞运动速度为u，36，图14是曲柄滑块机构传动的往复泵运动的概略图，将泵主轴的等速旋转运动(角速度)转换为活塞的往复直线运动。 因为37、r/L0.2、sin1，所以(r/L)2sin2较小，所以舍去。 于是，、38、研究：0cos1XrL (右死点)/2cos0XL(r/L小，l和x轴所成的角度小，XL)cos1XrLLr (左死点)2/3cos0XL2cos1XrL (右死点)，39活塞行程： s (s 因为是cosr(1co

8、s )即Sr(1cost )，所以： usr * Sint * r * * sinta ur * * cost * r *2* cost，40、往复泵瞬间得到排出量：微容量VFS式中： f活塞面积； s微小位移； 因此：()因此： q瞬FuFrsint为：41，多汽缸泵的情况下，其瞬时排出量为每个汽缸相同的瞬时输送的液体量之和。 42、2 .往复泵的排出量曲线往复泵工作时，各汽缸(或工作室)和泵的瞬时排出量按一定的规则变化，如果把曲柄角设为横轴，排出量设为纵轴，就能制作泵的瞬时排出量和平均排出量根据曲柄角而变化的曲线，称为泵排出量曲线。 43、图15是单缸单作用往复泵的排出量曲线。44、图16

9、的双缸双作用往复泵的排出量曲线。 45、图17的三缸单作用往复泵的排出量曲线。 46、1.2.3往复泵的排量不均匀度，无论是哪种类型的往复泵，在曲柄旋转一周的过程中，理论上的瞬时排量都发生变化，这种排量的变动引起吸入和排出管线的流量和压力的变动，使管线振动。 在往复泵运转中，希望泵的排量均匀，工作顺利。 47、48、49、50、1.2.4往复泵的排出量系数往复泵的实际工作过程和理论工作过程有一定的差异，但使泵的实际排出量比理论排出量小，具体分析如下： 51，1 .吸入过程在排出结束和吸入开始的瞬间排出阀延迟后立即因此，如果活塞向右移动，工作室内的液压不会急剧下降，而是逐渐下降，排出阀关闭。 泵

10、内的压力低于吸入管线的压力时，吸入阀打开，液体开始被吸入，泵的实际吸入行程比理想的短。52、另外，在吸入过程中，有高压液体经由关闭的排出阀密封件向工作室的泄漏(在双作用泵中，另一个工作室的高压液体也有经由活塞密封件向低压侧的泄漏)，外部气体通过密封的地方进入工作室，溶解在液体中的气体因压力的降低而析出53、2 .排出过程在排出开始的瞬间，即使吸入阀延迟也不马上关闭，以及高压下的液体的压缩性(特别是工作室内含有气体更显着)，虽然不能使工作室内的液体压力急剧增加，但直到吸入阀关闭为止，在室内的实际的排出行程也比理论行程短，排出中高压液体通过吸入阀的密封面和活塞、密封箱等密封部向低压侧泄漏，实际排出

11、的液体量有时会比行程容积小。 如上所述，实际喷出量低于理论喷出量的主要原因是吸入和喷出过程开始阶段的行程损失、压缩液体和气体等引起的行程损失和各密封件的泄漏损失。 也就是说，因为实际进入泵的液体比理论排出量小，另一方面，进入泵获得能量的液体在泄漏。 55、56、1.3往复泵的压头，功率和效率1.3.1往复泵的有效压头液体的位置水头，压力水头和速度水头分别表示单位重量液体具有的势能、压力能和动能的大小。 这些和是液体的总水头，也就是每单位重量的液体所具有的总能量，用J/N表示。 57、图18所示的泵和管路系统中，泵作用于液体，即，将机械能传递给液体，因此，液体自身的能量增加，用n表示重量单位，用

12、N.M (即j )表示能量单位，用h表示重量单位的液体，用泵得到的能量58、59、泵的吸入阀和排出阀以及缸内的水力损失都是泵内损失，虽然影响泵的效率，但不包含在管路损失中。 60，即泵的有效压头h等于排出池液面与吸入池液面的总比能量差，加上吸入和排出线上的水头损失。 也就是说，泵提供每单位重量的液体的能量既能提高液体的总比能，又能克服全线的液体流动阻力。 61、在这种情况下，泵的有效压头等于排出池和吸入池的液面高度之差和管路中的水头损失。 62、以上各种虽然不能直接确定泵的有效压头，但实际上，在现场经常用比较简便的方法直接确定泵的有效压头。 如图18所示，在泵入口(截面)上安装真空计，在泵出口

13、(截面)上安装压力计。 因为表压力、绝对压力、大气压力(绝对压力、大气压力)真空度、大气压力、绝对压力、63、64、65、66，部分水头损失主要取决于泥浆的性能及其管路中的流型、流速和管长等因素，管路尺寸越长，井越深，水头损失就越大在管路尺寸一定的条件下，管路水头损失与流量的平方成比例，也就是说是p管BQ2。 67、68、1.3.2往复泵的功率，69、n是泵的实际工作效果，故也被称为泵的有效功率，也称为泵的水力功率或输出功率。 很明显，泵把能量传递给液体是外部机械能输入的结果。 假设发动机(柴油机、电动机等)向泵主轴(或传动轴)输送的电力为n主(或Np，一般n主是泵的主轴电力或泵的输入电力)，

14、则70，71，72，1.3.3往复泵的效率往复泵动作中的电力损失泵输入功率n主要将减去该部分的损失剩馀的功率称为泵的转换功率，用Ni表示单位时间内从机械能转换为液体能的部分的功率。74、75、76、3 .容积损失n泵实际排出的液体体积比泵的理论排出体积小。 这是因为获得了一部分能量的高压液体从活塞和缸膛之间、活塞杆和密封之间、阀和阀座之间泄漏。 77、78，在该部分泄漏的高压流体的体积为q泄漏，由此引起的能量损失为n泄漏(参照图19 )。 在79、1.4往复泵的吸入、排出过程和气囊1.4.1往复泵的正常吸入条件下，往复泵能够从吸入池吸入液体，是因为活塞在汽缸内移动，汽缸内的压力比吸入池的液面的

15、压力低，液体通过压力差流入汽缸。 80、图1-10是示出往复泵吸入流路的图。 81、吸入池截面为11个截面，由于液池大，吸入中的液面变化速度为零，即比动能看起来为零的截面上的压力为大气压Pa，即比压能为Pag。 吸入池用密闭罐或离心泵向往复泵内注入液体时，Pa必须是密闭罐内的液面压力或注入泵出口压力。82、截面11，液体的总比能量： E11Pag为活塞截面22，液体与活塞一起运动，比动能为u2g，比位能量为Z0，z0z 10 Z2z 1为从液面到吸入法兰的台阶，z2为从吸入法兰到泵的汽缸中心、83、对气缸内的绝对压力进行p吸引，84、在往复泵工作中，为了将气缸内的吸引压力吸引到气缸内，请使气缸

16、内的吸引压力小于池液面压力，即p吸引Pa。 但是，气缸内的吸入压力也不能无限制地下降。 这是因为，如果p达到液体在该温度下的气化压力Pt以下，则液体的一部分开始在汽缸内气化，结果，泵的充满系数降低，也产生气蚀。 85、严重的气穴会引起水击，泵不能正常工作，泵的零件也破损。 为了避免这种情况，请使气缸内的最小吸入压力p总是大于液体的气化压力。 86、液体的气化压力与温度有关，温度不同，气化压力也不同。 表11显示了几种液体在不同温度下气化的压力。 往复泵的实际安装高度z必须小于容许安装高度Z0、ZZ0，以免汽缸内的液体气化。 90、为了改善往复泵的吸入性能，特别是提高泵的自吸能力，一般措施是：1

17、)减小h阻力的具体措施是缩短吸入管线的长度，尽量不要使用弯管和阀门等。 2 )安装吸入气囊，降低吸入管中液体的惯性水头。 91、3 )降低泵安装高度，或提高池液面高度，用罐吸引或离心泵注入。 4 )冲头高的往复泵采用有效过流面积大的节流阀，减小k阻力和k惯性。 5 )降低拳头，减少h习惯、k习惯。 在92、4.2往复泵排出中的汽缸内的压力变化规则往复泵排出中，活塞按压汽缸内的液体，提高压力，克服排出流路中的液体的流动阻力和惯性力、排出阀的阻力和惯性力，增加液体的势能，使液体具有一定的流动速度。 与图93、图111的泵排出过程的示意图、94、吸入过程类似，从图111所示的泵排出过程的示意图，得到排出过程的能量平衡方程式：95，由图112可知，活塞运动速度不稳定，排出流路的液体流不稳定，缸内压力发生很大变化96、在各种影响因素中，惯性水头的影响最大，h惯性与排放管线长度成比例，所以在泵速度高的情况下，h惯性能达到相当大的数值。 另外，当排出结束时，h习惯达到最大负值，因此p列g成为负值，或者比气化压子Ptg小，液体从活塞脱离，或者液体从活塞脱离9