泵與壓縮機(jī)往復(fù)泵

1、主講主講: 馮馮 進(jìn)進(jìn)長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 在石油儲(chǔ)運(yùn)工業(yè)中，使用最多的是離心泵，在石油儲(chǔ)運(yùn)工業(yè)中，使用最多的是離心泵，這是由于離心泵的流量，揚(yáng)程能滿足生產(chǎn)的需這是由于離心泵的流量，揚(yáng)程能滿足生產(chǎn)的需要，而且適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單、使用維護(hù)方便要，而且適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)所決定。等特點(diǎn)所決定。 在其它一些場(chǎng)合下需要有特殊的使用性能在其它一些場(chǎng)合下需要有特殊的使用性能時(shí)，如在輸送含有氣體的液體時(shí)需要有自吸能時(shí)，如在輸送含有氣體的液體時(shí)需要有自吸能力的泵，像自吸式離心泵、旋渦泵等。在輸送力的泵，像自吸式離心泵、旋渦泵等。在輸送壓力高、流量小、輸送液體粘度大及含有氣

2、體壓力高、流量小、輸送液體粘度大及含有氣體的介質(zhì)時(shí)，需要選用某些容積式泵來完成任務(wù)。的介質(zhì)時(shí)，需要選用某些容積式泵來完成任務(wù)。本章主要介紹往復(fù)泵。本章主要介紹往復(fù)泵。 往復(fù)泵是容積泵的一種，它依靠活塞在泵往復(fù)泵是容積泵的一種，它依靠活塞在泵缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使泵缸工作容積呈周期性的擴(kuò)缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使泵缸工作容積呈周期性的擴(kuò)大與縮小來吸排液體。由于往復(fù)泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大與縮小來吸排液體。由于往復(fù)泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易損件多、流量有脈動(dòng)，大流量時(shí)機(jī)器笨重，易損件多、流量有脈動(dòng)，大流量時(shí)機(jī)器笨重，所以在許多場(chǎng)合為離心泵代替。但在高壓力、所以在許多場(chǎng)合為離心泵代替。但在高壓力、小流量、輸送粘性大的液體，要求精確計(jì)量及

3、小流量、輸送粘性大的液體，要求精確計(jì)量及要求流量隨壓力變化小的情況下仍采用各種型要求流量隨壓力變化小的情況下仍采用各種型式的往復(fù)泵。式的往復(fù)泵。 往復(fù)泵是泵類產(chǎn)品中出現(xiàn)最早的一種，在往復(fù)泵是泵類產(chǎn)品中出現(xiàn)最早的一種，在旋轉(zhuǎn)式原動(dòng)機(jī)出現(xiàn)以前，往復(fù)泵幾乎是唯一的旋轉(zhuǎn)式原動(dòng)機(jī)出現(xiàn)以前，往復(fù)泵幾乎是唯一的泵類。在旋轉(zhuǎn)式原動(dòng)機(jī)出現(xiàn)后，出現(xiàn)了象離心泵類。在旋轉(zhuǎn)式原動(dòng)機(jī)出現(xiàn)后，出現(xiàn)了象離心泵等其它類型泵，在某些應(yīng)用場(chǎng)合取得了往復(fù)泵等其它類型泵，在某些應(yīng)用場(chǎng)合取得了往復(fù)泵。但往復(fù)泵的特點(diǎn)并沒有被其它類型泵所代泵。但往復(fù)泵的特點(diǎn)并沒有被其它類型泵所代替，至今仍將作為一種不可缺少的泵類，被廣替，至今仍將作為一種不

4、可缺少的泵類，被廣泛采用。泛采用。 1.往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)往復(fù)泵的結(jié)構(gòu) 往復(fù)泵主要由兩部分組成，即動(dòng)力部分和往復(fù)泵主要由兩部分組成，即動(dòng)力部分和水力部分。動(dòng)力部分又稱動(dòng)力端，主要由曲柄、水力部分。動(dòng)力部分又稱動(dòng)力端，主要由曲柄、連桿、十字頭等組成。水力部分又稱液力端，連桿、十字頭等組成。水力部分又稱液力端，主要由泵頭、缸套、活塞，活塞桿、吸入閥、主要由泵頭、缸套、活塞，活塞桿、吸入閥、排出閥及密封盤根等組成。排出閥及密封盤根等組成。 2.往復(fù)泵的工作過程往復(fù)泵的工作過程 活塞從最左端往右運(yùn)動(dòng)，工作腔容積增大，活塞從最左端往右運(yùn)動(dòng)，工作腔容積增大，壓強(qiáng)降低，吸入閥打開，排出閥關(guān)閉，液體從壓強(qiáng)降低，吸入

5、閥打開，排出閥關(guān)閉，液體從吸入管流入缸內(nèi)，開始吸入過程，直到活塞運(yùn)吸入管流入缸內(nèi)，開始吸入過程，直到活塞運(yùn)動(dòng)到最右端為止?；钊麖淖钣叶送筮\(yùn)動(dòng)，工動(dòng)到最右端為止?；钊麖淖钣叶送筮\(yùn)動(dòng)，工作腔容積減小，壓強(qiáng)上升，吸入閥關(guān)閉，排出作腔容積減小，壓強(qiáng)上升，吸入閥關(guān)閉，排出閥打開，液體從缸內(nèi)流入排出管，開始排出過閥打開，液體從缸內(nèi)流入排出管，開始排出過程，直到活塞運(yùn)動(dòng)到最左端為止。程，直到活塞運(yùn)動(dòng)到最左端為止。 活塞往復(fù)一次，稱為一個(gè)沖程?；钊鶑?fù)一次，稱為一個(gè)沖程。 在一個(gè)沖程泵吸入和排出液體各一次，這在一個(gè)沖程泵吸入和排出液體各一次，這種泵稱為單作用泵。種泵稱為單作用泵。 在一個(gè)沖程泵吸入和排出液

6、體各兩次，稱在一個(gè)沖程泵吸入和排出液體各兩次，稱為雙作用泵。為雙作用泵。 3.往復(fù)泵的工作原理往復(fù)泵的工作原理 活塞在缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工作腔容積變活塞在缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工作腔容積變化，使吸入閥和排出閥交替開閉，從而實(shí)現(xiàn)吸化，使吸入閥和排出閥交替開閉，從而實(shí)現(xiàn)吸排液體的目的，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓能。排液體的目的，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓能。 4.往復(fù)泵的工作特點(diǎn)往復(fù)泵的工作特點(diǎn) 1)往復(fù)泵的流量與往復(fù)泵活塞往復(fù)泵的流量與往復(fù)泵活塞(柱塞柱塞)的直的直徑徑d、沖程長度、沖程長度s、活塞、活塞(柱塞柱塞)每分鐘往復(fù)次數(shù)每分鐘往復(fù)次數(shù)n及液缸數(shù)及液缸數(shù)z有關(guān)，而與往復(fù)泵的揚(yáng)程、輸送介有關(guān)，而與往復(fù)

7、泵的揚(yáng)程、輸送介質(zhì)的溫度和粘度無關(guān)。質(zhì)的溫度和粘度無關(guān)。 2)往復(fù)泵的揚(yáng)程取決于往復(fù)泵在其中工作往復(fù)泵的揚(yáng)程取決于往復(fù)泵在其中工作的裝置特性，只要往復(fù)泵有足夠的強(qiáng)度、原動(dòng)的裝置特性，只要往復(fù)泵有足夠的強(qiáng)度、原動(dòng)機(jī)功率，以及相應(yīng)的密封能力，活塞就可以把機(jī)功率，以及相應(yīng)的密封能力，活塞就可以把液體排出。液體排出。 3)往復(fù)泵不能象離心泵那樣在關(guān)死點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，往復(fù)泵不能象離心泵那樣在關(guān)死點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此在往復(fù)泵裝置中必須裝有安全閥或其它安因此在往復(fù)泵裝置中必須裝有安全閥或其它安全裝置。全裝置。 4)往復(fù)泵有良好的自吸能力，泵在一定的往復(fù)泵有良好的自吸能力，泵在一定的安裝高度下，不需要灌泵就可以在規(guī)定的時(shí)間安

8、裝高度下，不需要灌泵就可以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)并達(dá)到正常工作狀態(tài)。內(nèi)啟動(dòng)并達(dá)到正常工作狀態(tài)。 往復(fù)泵也存在某些缺點(diǎn)；往復(fù)泵也存在某些缺點(diǎn)； 1)往復(fù)泵的流量較小，且流量不均勻。往復(fù)泵的流量較小，且流量不均勻。 2)由于往復(fù)泵的轉(zhuǎn)速比較低，所以，其外由于往復(fù)泵的轉(zhuǎn)速比較低，所以，其外形尺寸和重量較大。形尺寸和重量較大。 3)往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。1.按泵的液力端特點(diǎn)分類按泵的液力端特點(diǎn)分類 1）按與輸送介質(zhì)接觸的工作構(gòu)件分類）按與輸送介質(zhì)接觸的工作構(gòu)件分類 活塞泵、柱塞泵和隔膜泵活塞泵、柱塞泵和隔膜泵 2）按作用特點(diǎn)分類）按作用特點(diǎn)分類 單作用泵、雙作用泵和差動(dòng)泵單作用泵、雙

9、作用泵和差動(dòng)泵 3）按缸的數(shù)量分類）按缸的數(shù)量分類 單缸泵、雙缸泵、三缸泵、多缸泵單缸泵、雙缸泵、三缸泵、多缸泵 4）按缸的布置位置分類）按缸的布置位置分類 臥式泵、立式泵、角式泵、對(duì)置式泵臥式泵、立式泵、角式泵、對(duì)置式泵 2.按泵的動(dòng)力端傳動(dòng)特點(diǎn)分類按泵的動(dòng)力端傳動(dòng)特點(diǎn)分類 曲柄連桿泵、凸輪泵、無曲柄泵曲柄連桿泵、凸輪泵、無曲柄泵 3.按泵的驅(qū)動(dòng)方式分類按泵的驅(qū)動(dòng)方式分類 機(jī)動(dòng)泵、直動(dòng)泵、手動(dòng)泵機(jī)動(dòng)泵、直動(dòng)泵、手動(dòng)泵 4.按泵的排出壓強(qiáng)分類按泵的排出壓強(qiáng)分類 低壓泵（小于低壓泵（小于1mpa） 中壓泵中壓泵(110mpa) 高壓泵（大于高壓泵（大于10mpa） 5.按泵的沖次大小分類按泵的沖

10、次大小分類 低速泵（低速泵（n80rpm ） 中速泵（中速泵（ 80rpm n 250rpm） 高速泵（高速泵（ 250rpm n 550rpm） 超高速泵（超高速泵（ n550rpm ） 6.按泵的輸送介質(zhì)分類按泵的輸送介質(zhì)分類 油泵、酸泵等。油泵、酸泵等。 7.按泵的用途分類按泵的用途分類 注水泵、計(jì)量泵等。注水泵、計(jì)量泵等。 1.理論平均排量理論平均排量 往復(fù)泵的理論流量是單位時(shí)間內(nèi)活塞所排往復(fù)泵的理論流量是單位時(shí)間內(nèi)活塞所排出的液體體積，在理論上等于活塞工作面在吸出的液體體積，在理論上等于活塞工作面在吸入行程中單位時(shí)間內(nèi)在泵缸中掃過的體積，泵入行程中單位時(shí)間內(nèi)在泵缸中掃過的體積，泵的理

11、論平均排量。的理論平均排量。 單作用泵單作用泵 雙作用泵雙作用泵fsniq sniffq 2 2.理論瞬時(shí)排量理論瞬時(shí)排量 由于活塞作變速運(yùn)動(dòng)，所以往復(fù)泵工作過由于活塞作變速運(yùn)動(dòng)，所以往復(fù)泵工作過程中的流量也是變化的。因此，為了研究流量程中的流量也是變化的。因此，為了研究流量變化規(guī)規(guī)律，就必須知道每一瞬時(shí)的排量。在變化規(guī)規(guī)律，就必須知道每一瞬時(shí)的排量。在排出過程中，任一瞬時(shí)往復(fù)泵的理論排量等于排出過程中，任一瞬時(shí)往復(fù)泵的理論排量等于活塞的面積與活塞運(yùn)動(dòng)速度的乘積?；钊拿娣e與活塞運(yùn)動(dòng)速度的乘積。 1）泵的理論瞬時(shí)流量）泵的理論瞬時(shí)流量 曲柄轉(zhuǎn)角曲柄轉(zhuǎn)角從左止點(diǎn)開始算起，即在左止從左止點(diǎn)開始算起

12、，即在左止點(diǎn)時(shí)點(diǎn)時(shí) =00，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向量度?；钊灰疲鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)方向量度?；钊灰苮也以左止點(diǎn)為起點(diǎn)，也以左止點(diǎn)為起點(diǎn)， =00 ， x 0。 （1）活塞位移）活塞位移coscosrlrlxsinsinsinsinsinlrrl222sin1sin1cos2122 sin111cos1xxrx2221sin11cos1rxrx其中：其中：0306090120150180210240270300330360-0.30-0.25-0.20-0.15-0.10-0.050.000.050.100.150.200.250.30 x1 x2 x=x1+x2x（m）0活塞位移（2）活塞運(yùn)動(dòng)速度）活塞運(yùn)

13、動(dòng)速度dtdrdtdldtdxsinsindtdlrdtddtdrdtdlcoscoscoscosdtdt其中：其中：sincoscossinrdtdx212222 sinsin12sin2 sinsin1cossinrrdtdx2221sin12sin21sinrr其中：其中：活塞運(yùn)動(dòng)速度0306090120150180210240270300330360-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.02.5 1 2 =1+1（m/s）0（3）活塞運(yùn)動(dòng)加速度）活塞運(yùn)動(dòng)加速度cossin1cossin2sinsin12cos2223222222rdtda212322232

14、22cossin12sin41sin12cosaar232223222221sin12sin41sin12coscosrara其中：其中：活塞運(yùn)動(dòng)加速度0306090120150180210240270300330360-50-40-30-20-1001020304050 a1 a2 a=a1+a1a（m/s2）0（4）單作用泵的理論瞬時(shí)排量）單作用泵的理論瞬時(shí)排量fq 當(dāng)活塞從左往右運(yùn)動(dòng)，左腔吸入液體，速當(dāng)活塞從左往右運(yùn)動(dòng)，左腔吸入液體，速度度0。當(dāng)活塞從右往左運(yùn)動(dòng)，左腔排出液體，。當(dāng)活塞從右往左運(yùn)動(dòng)，左腔排出液體，速度速度0。因此，單缸單作用泵的理論瞬時(shí)排量。因此，單缸單作用泵的理論瞬時(shí)排

15、量為：為：（0）22sin12sin2sinr（a）單缸單作用泵的理論瞬時(shí)排量）單缸單作用泵的理論瞬時(shí)排量0306090120150180210240270300330360-50-40-30-20-1001020304050 q(瞬時(shí)排流量) q(平均排流量)q或q（l/s）0單缸單作用泵理論瞬時(shí)排量和平均排量（b）雙缸單作用泵的理論瞬時(shí)排量）雙缸單作用泵的理論瞬時(shí)排量 雙缸單作用往復(fù)泵的兩曲柄的相位角為雙缸單作用往復(fù)泵的兩曲柄的相位角為0 = 1800。當(dāng)缸。當(dāng)缸1的活塞從左往右運(yùn)動(dòng)時(shí)，的活塞從左往右運(yùn)動(dòng)時(shí)，缸缸2的活塞從右往左運(yùn)動(dòng)。因此，雙缸單作的活塞從右往左運(yùn)動(dòng)。因此，雙缸單作用泵的理

16、論瞬時(shí)排量為：用泵的理論瞬時(shí)排量為：21qqq222221sin122sin2sinsin12sin2sinrr)0( )0( 222111fqfq0306090120150180210240270300330360-50-40-30-20-1001020304050 q(瞬時(shí)排流量) q(平均排流量)q或q（l/s）0雙缸單作用泵理論瞬時(shí)排量和平均排量（c）三缸單作用泵的理論瞬時(shí)排量）三缸單作用泵的理論瞬時(shí)排量 三缸單作用往復(fù)泵的兩曲柄的相位角為三缸單作用往復(fù)泵的兩曲柄的相位角為0 = 1200。設(shè)缸。設(shè)缸1的瞬時(shí)排量為的瞬時(shí)排量為q1，缸，缸2的瞬的瞬時(shí)排量為時(shí)排量為q2，缸，缸3的瞬時(shí)排

17、量為的瞬時(shí)排量為q3，三缸單，三缸單作用泵的理論瞬時(shí)排量為：作用泵的理論瞬時(shí)排量為：321qqqq)0( )0( )0( 333222111fqfqfq34sin1382sin234sin32sin1342sin232sinsin12sin2sin223222221rrr0306090120150180210240270300330360-50-40-30-20-1001020304050 q1(缸1瞬時(shí)排量) q2(缸2瞬時(shí)排量) q3(缸3瞬時(shí)排量) q=q1+q2+q3 q(平均排量)q或q（l/s）0三缸單作用泵理論瞬時(shí)排量和平均排量（d）四缸單作用泵的理論瞬時(shí)排量）四缸單作用泵的理論

18、瞬時(shí)排量 四缸單作用往復(fù)泵的兩曲柄的相位角為四缸單作用往復(fù)泵的兩曲柄的相位角為0 = 900。設(shè)缸。設(shè)缸1的瞬時(shí)排量為的瞬時(shí)排量為q1，缸，缸2的瞬的瞬時(shí)排量為時(shí)排量為q2，缸，缸3的瞬時(shí)排量為的瞬時(shí)排量為q3，缸，缸4的瞬的瞬時(shí)排量為時(shí)排量為q4，四缸單作用泵的理論瞬時(shí)排，四缸單作用泵的理論瞬時(shí)排量為：量為：4321qqqqq)0( )0( )0( )0( 444333222111fqfqfqfq23sin132sin223sinsin122sin2sin2sin12sin22sinsin12sin2sin224223222221rrrr030609012015018021024027030

19、0330360-50-45-40-35-30-25-20-15-10-505101520253035404550 q1(缸1瞬時(shí)排量) q2(缸2瞬時(shí)排量) q3(缸3瞬時(shí)排量) q4(缸4瞬時(shí)排量) q=q1+q2+q3+q4 q(平均排量)q或q（l/s）0四缸單作用泵理論瞬時(shí)排量和平均排量（e）五缸單作用泵的理論瞬時(shí)排量）五缸單作用泵的理論瞬時(shí)排量 五缸單作用往復(fù)泵的兩曲柄的相位角為五缸單作用往復(fù)泵的兩曲柄的相位角為0 =720。設(shè)缸。設(shè)缸1的瞬時(shí)排量為的瞬時(shí)排量為q1，缸，缸2的瞬的瞬時(shí)排量為時(shí)排量為q2，缸，缸3的瞬時(shí)排量為的瞬時(shí)排量為q3，缸，缸4的瞬的瞬時(shí)排量為時(shí)排量為q4，缸，

20、缸5的瞬時(shí)排量為的瞬時(shí)排量為q5，五缸單，五缸單作用泵的理論瞬時(shí)排量為：作用泵的理論瞬時(shí)排量為：54321qqqqqq)0( )0( )0( )0( )0( 555444333222111fqfqfqfqfq54sin1582sin254sin52sin1542sin252sinsin12sin2sin223222221rrr58sin15162sin258sin56sin15122sin256sin225224rr0306090120150180210240270300330360-50-40-30-20-1001020304050 q1(缸1瞬時(shí)排量) q2(缸2瞬時(shí)排量) q3(缸3瞬時(shí)

21、排量) q4(缸4瞬時(shí)排量) q5(缸5瞬時(shí)排量) q=q1+q2+q3+q4+q5 q（平均排量）q或q（l/s）0五缸單作用泵理論瞬時(shí)排量和平均排量（a）單缸雙作用泵的理論瞬時(shí)排量）單缸雙作用泵的理論瞬時(shí)排量)0( )0( rfffq 當(dāng)活塞從左往右運(yùn)動(dòng)，左腔吸入液體，右當(dāng)活塞從左往右運(yùn)動(dòng)，左腔吸入液體，右腔排出液體，理論瞬時(shí)排量為腔排出液體，理論瞬時(shí)排量為(f-f)。當(dāng)活塞從。當(dāng)活塞從右往左運(yùn)動(dòng)，右腔吸入液體，左腔排出液體，右往左運(yùn)動(dòng)，右腔吸入液體，左腔排出液體，理論瞬時(shí)排量為理論瞬時(shí)排量為-f 。因此，單缸單作用泵的。因此，單缸單作用泵的理論瞬時(shí)排量為：理論瞬時(shí)排量為： 22sin12

22、sin2sinr（5）雙作用泵的理論瞬時(shí)排量）雙作用泵的理論瞬時(shí)排量0306090120150180210240270300330360-50-40-30-20-1001020304050 q(瞬時(shí)排流量) q(平均排流量)q或q（l/s）0單缸雙作用泵理論瞬時(shí)排量和平均排量（b）雙缸雙作用泵的理論瞬時(shí)排量）雙缸雙作用泵的理論瞬時(shí)排量)0( )0( 11111rfffq 雙缸雙作用往復(fù)泵的兩曲柄的相位角為雙缸雙作用往復(fù)泵的兩曲柄的相位角為0 =900。設(shè)缸。設(shè)缸1的瞬時(shí)排量為的瞬時(shí)排量為q1，缸，缸2的瞬時(shí)的瞬時(shí)排量為排量為q2，雙缸雙作用泵的理論瞬時(shí)排量為：，雙缸雙作用泵的理論瞬時(shí)排量為：

23、21qqq)0( )0( 22222rfffq2sin12sin22sinsin12sin2sin222221rr0306090120150180210240270300330360-50-40-30-20-1001020304050 q1(缸1瞬時(shí)排量) q2(缸2瞬時(shí)排量) q=q1+q2 q(平均排量)q或q（l/s）0雙缸雙作用泵理論瞬時(shí)排量和平均排量 3. 流量不均度不均勻系數(shù)流量不均度不均勻系數(shù) 往復(fù)泵流量不均勻系數(shù)的表示方法較多，往復(fù)泵流量不均勻系數(shù)的表示方法較多，通常有：通常有： qmax瞬時(shí)排量最大值瞬時(shí)排量最大值 qmin瞬時(shí)排量最小值瞬時(shí)排量最小值 qm瞬時(shí)排量平均值瞬時(shí)

24、排量平均值mmqqqmax3mmqqqmin4mqqmax1mqqqminmax2 由于往復(fù)泵的流量不均勻合造成排出壓力由于往復(fù)泵的流量不均勻合造成排出壓力的脈動(dòng)，尤其是當(dāng)排出壓力的變化頻率與排出的脈動(dòng)，尤其是當(dāng)排出壓力的變化頻率與排出管路的自振頻率相等或成整倍數(shù)時(shí)，就會(huì)引起管路的自振頻率相等或成整倍數(shù)時(shí)，就會(huì)引起共振。往復(fù)泵的流量、壓力波動(dòng)會(huì)使原動(dòng)機(jī)的共振。往復(fù)泵的流量、壓力波動(dòng)會(huì)使原動(dòng)機(jī)的負(fù)載不均勻，縮短往復(fù)泵和管路的使用壽命。負(fù)載不均勻，縮短往復(fù)泵和管路的使用壽命。同樣，因流量和壓力的波動(dòng)會(huì)使往復(fù)泵的吸入同樣，因流量和壓力的波動(dòng)會(huì)使往復(fù)泵的吸入條件變壞。條件變壞。 選樣合適的液缸數(shù)、作用

25、數(shù)或采用空氣室選樣合適的液缸數(shù)、作用數(shù)或采用空氣室等方法可以減小流量和壓力的脈動(dòng)。等方法可以減小流量和壓力的脈動(dòng)。 4.實(shí)際流量實(shí)際流量 實(shí)際上，往復(fù)泵所排出液體的體積要比實(shí)際上，往復(fù)泵所排出液體的體積要比理論上計(jì)算的體積小。往復(fù)泵在單位時(shí)間內(nèi)理論上計(jì)算的體積小。往復(fù)泵在單位時(shí)間內(nèi)所排出液體量稱為實(shí)際流量，用所排出液體量稱為實(shí)際流量，用q表示。表示。 a流量系數(shù)，流量系數(shù)， a小于小于1。taqq 實(shí)際流量和理論流量差別的原因有：實(shí)際流量和理論流量差別的原因有： 1)由于吸人閥和排出閥開閉遲緩所引起。由于吸人閥和排出閥開閉遲緩所引起。 2)閥、活塞和液缸體、活塞桿和填料箱等閥、活塞和液缸體、活

26、塞桿和填料箱等有關(guān)地方的不嚴(yán)密引起的泄漏。有關(guān)地方的不嚴(yán)密引起的泄漏。 3)在吸入管路中的壓力降低時(shí)，從吸入液在吸入管路中的壓力降低時(shí)，從吸入液體中分離出溶解在液體中的氣體，以及少量空體中分離出溶解在液體中的氣體，以及少量空氣通過吸入管路、填料箱等不嚴(yán)密處進(jìn)入液缸氣通過吸入管路、填料箱等不嚴(yán)密處進(jìn)入液缸體內(nèi)形成空氣囊。體內(nèi)形成空氣囊。 4)當(dāng)往復(fù)泵的工作壓力較高時(shí)，就不能忽當(dāng)往復(fù)泵的工作壓力較高時(shí)，就不能忽略液體的壓縮性。略液體的壓縮性。 根據(jù)上述原因可以把流量系數(shù)分為兩部分，根據(jù)上述原因可以把流量系數(shù)分為兩部分，即充滿系數(shù)即充滿系數(shù)v和容積效率和容積效率v 。 在吸入過程中，受進(jìn)入氣體和析出

27、氣體在吸入過程中，受進(jìn)入氣體和析出氣體的影響，液體未充滿液缸，實(shí)際進(jìn)液量為：的影響，液體未充滿液缸，實(shí)際進(jìn)液量為：tvqq1tvqq111qqqtvva 在排出過程中，受閥的開閉遲緩和密封在排出過程中，受閥的開閉遲緩和密封不嚴(yán)的影響，造成液體泄漏，實(shí)際排液量為：不嚴(yán)的影響，造成液體泄漏，實(shí)際排液量為： 一般往復(fù)泵的流量系數(shù)一般往復(fù)泵的流量系數(shù)a 0.850.98。tvvvqqq11qqv21qqq 1.排出壓強(qiáng)排出壓強(qiáng)p2 往復(fù)泵的排出壓強(qiáng)是指泵出口處的壓強(qiáng)換往復(fù)泵的排出壓強(qiáng)是指泵出口處的壓強(qiáng)換算到基準(zhǔn)面上的值，用算到基準(zhǔn)面上的值，用p2表示，單位為表示，單位為pa。 往復(fù)泵的基準(zhǔn)面，對(duì)臥式泵

28、是指包括液缸中心往復(fù)泵的基準(zhǔn)面，對(duì)臥式泵是指包括液缸中心線的水平面，對(duì)立式泵是指包括活塞線的水平面，對(duì)立式泵是指包括活塞(柱塞柱塞)行行程中點(diǎn)的水平面，程中點(diǎn)的水平面，222hgpgp 在樣本或技術(shù)文件中規(guī)定的排出壓強(qiáng)是在樣本或技術(shù)文件中規(guī)定的排出壓強(qiáng)是指往復(fù)泵允許的最大排出壓強(qiáng)。在實(shí)際應(yīng)用指往復(fù)泵允許的最大排出壓強(qiáng)。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，必須使排出壓強(qiáng)小于額定的排出壓強(qiáng)。時(shí)，必須使排出壓強(qiáng)小于額定的排出壓強(qiáng)。ddddhgcgpzgcgph2222222ddddhgccgpzgphgp2222222 2.吸入壓強(qiáng)吸入壓強(qiáng)p1 往復(fù)泵的吸入壓強(qiáng)是指泵入口處的壓強(qiáng)換往復(fù)泵的吸入壓強(qiáng)是指泵入口處的壓強(qiáng)換算到

29、基準(zhǔn)面上的值，用算到基準(zhǔn)面上的值，用p1表示，單位為表示，單位為pa。 往復(fù)泵的基準(zhǔn)面，對(duì)臥式泵是指包括液缸中心往復(fù)泵的基準(zhǔn)面，對(duì)臥式泵是指包括液缸中心線的水平面，對(duì)立式泵是指包括活塞線的水平面，對(duì)立式泵是指包括活塞(柱塞柱塞)行行程中點(diǎn)的水平面，程中點(diǎn)的水平面，111hgpgpssahgcgphzgp22111ssahgczgphgpgp221111 3.往復(fù)泵的揚(yáng)程往復(fù)泵的揚(yáng)程h 往復(fù)泵的揚(yáng)程是指單位重量液體經(jīng)過泵以往復(fù)泵的揚(yáng)程是指單位重量液體經(jīng)過泵以后能量的增加量。也即液體在泵出口和進(jìn)口的后能量的增加量。也即液體在泵出口和進(jìn)口的比能差。比能差。gccgpphhhgcgphhgcgph22

30、22122122122222112ssaddddhzgphgcgpz22gchgpgcgphh2221112222sddadsdhhgcgppzz22 1.有用功率有用功率pe 單位時(shí)間內(nèi)通過泵的液體所獲得的能量單位時(shí)間內(nèi)通過泵的液體所獲得的能量稱為有用功率。有用功率可按下式計(jì)算：稱為有用功率。有用功率可按下式計(jì)算： q泵的實(shí)際排量，單位泵的實(shí)際排量，單位m3s； h泵的揚(yáng)程，單位泵的揚(yáng)程，單位m。 )(1000kwghqpe 2.指示功率指示功率pi 單位時(shí)間內(nèi)通過活塞對(duì)液體所作的功稱為單位時(shí)間內(nèi)通過活塞對(duì)液體所作的功稱為指示功率。指示功率可按下式計(jì)算：指示功率。指示功率可按下式計(jì)算： q1

31、單位時(shí)間從活塞得到能量的液體量，單單位時(shí)間從活塞得到能量的液體量，單位位m3s； hi指示揚(yáng)程，表示單位重量液體從活塞獲指示揚(yáng)程，表示單位重量液體從活塞獲得的能量，單位得的能量，單位m。)(10001kwqghpii 3.效率效率 1）容積效率）容積效率v 容積效率容積效率 表示往復(fù)泵的實(shí)際流量表示往復(fù)泵的實(shí)際流量q和進(jìn)和進(jìn)入泵內(nèi)液體流量入泵內(nèi)液體流量q1的比值。的比值。21qqqqqv 2）水力效率）水力效率h 單位重量液體通過泵以后所獲得的能量單位重量液體通過泵以后所獲得的能量和活塞對(duì)單位重量液體所作功的比稱水力效和活塞對(duì)單位重量液體所作功的比稱水力效率。水力效率主要是考慮液體在泵內(nèi)流動(dòng)時(shí)

32、，率。水力效率主要是考慮液體在泵內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于沿程摩擦阻力損失和局部阻力損失所造由于沿程摩擦阻力損失和局部阻力損失所造成的壓力損失及液體的慣性損失。成的壓力損失及液體的慣性損失。hhhhhih 3）機(jī)械效率）機(jī)械效率m 輸入到泵軸上的功率要經(jīng)過曲柄連桿機(jī)構(gòu)、輸入到泵軸上的功率要經(jīng)過曲柄連桿機(jī)構(gòu)、填料箱等各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和摩擦副，要消耗一填料箱等各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和摩擦副，要消耗一部分功率。因此，泵的指示功率總部分功率。因此，泵的指示功率總pi是要比軸是要比軸功率功率p小，其比值稱為機(jī)械效率。小，其比值稱為機(jī)械效率。ppim 4） 總效率總效率 mvhiiiieemppqqhhpppppp1 4原動(dòng)機(jī)功率

33、原動(dòng)機(jī)功率p。 當(dāng)原動(dòng)機(jī)和泵直接連接時(shí)，原動(dòng)機(jī)的輸當(dāng)原動(dòng)機(jī)和泵直接連接時(shí)，原動(dòng)機(jī)的輸出功率就等于輸入到泵軸上的功率。當(dāng)通過出功率就等于輸入到泵軸上的功率。當(dāng)通過傳動(dòng)裝置與泵連接時(shí)，要考慮傳動(dòng)效率傳動(dòng)裝置與泵連接時(shí)，要考慮傳動(dòng)效率d 。 dedoppp 原動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率要考慮到往復(fù)泵流量原動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率要考慮到往復(fù)泵流量脈動(dòng)的影響而留一定余量，原動(dòng)機(jī)的實(shí)際功脈動(dòng)的影響而留一定余量，原動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率率pd為為: k功率儲(chǔ)備系數(shù)。功率儲(chǔ)備系數(shù)。odkpp 1. 1.不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)伯努利方程不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)伯努利方程 在往復(fù)泵中，活塞運(yùn)動(dòng)的速度是變化的，在往復(fù)泵中，活塞運(yùn)動(dòng)的速度是變化的，因此，液流是不穩(wěn)定的，

34、在不穩(wěn)定流動(dòng)中的速因此，液流是不穩(wěn)定的，在不穩(wěn)定流動(dòng)中的速度和壓強(qiáng)不僅是位置的函數(shù)數(shù)，也是時(shí)間的函度和壓強(qiáng)不僅是位置的函數(shù)數(shù)，也是時(shí)間的函數(shù)。所以，需要研究在不穩(wěn)定流動(dòng)中的壓強(qiáng)變數(shù)。所以，需要研究在不穩(wěn)定流動(dòng)中的壓強(qiáng)變化。化。 如圖所示，假定在不穩(wěn)定液流的微小流束如圖所示，假定在不穩(wěn)定液流的微小流束中取一微小段，其長度為中取一微小段，其長度為ds，面積，面積da。假定。假定為理想流體，因此流體之間沒有摩擦力，只有為理想流體，因此流體之間沒有摩擦力，只有重力和壓力的作用。重力和壓力的作用。把作用在這一小段液體上的所有外力都投影到把作用在這一小段液體上的所有外力都投影到流動(dòng)力向上，由牛頓第二定律得

35、：流動(dòng)力向上，由牛頓第二定律得：dtdcdadsgdadsdadsdsdpppdacos221cdsdtcdsdcctcdtdc221coscdsdtcgdsdpdtdcgdsdpcos由于液體是不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，由于液體是不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，c (s,t)，從而有，從而有:dzdscos考慮考慮，因此，因此0212cdsddsdpdsdzgtc021212122121221ccppzzgdstcss2112222222111ssdstcggcgpzgcgpz這就是理想液體不穩(wěn)定流動(dòng)伯努利方程式。這就是理想液體不穩(wěn)定流動(dòng)伯努利方程式。從式中可以看出它比穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)伯努利方程式從式中可以看出它比穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)伯努利方程

36、式多一項(xiàng)，這一項(xiàng)是液體作變速運(yùn)動(dòng)所引起的多一項(xiàng)，這一項(xiàng)是液體作變速運(yùn)動(dòng)所引起的慣性水頭，即慣性水頭，即211ssidstcgh 當(dāng)液體在管路中流動(dòng)隊(duì)管路斷面一般是不當(dāng)液體在管路中流動(dòng)隊(duì)管路斷面一般是不變的，當(dāng)沿流動(dòng)方向上的加速度半不變時(shí)，慣變的，當(dāng)沿流動(dòng)方向上的加速度半不變時(shí)，慣性水頭可以寫成：性水頭可以寫成：lgassgahi12 對(duì)于實(shí)際液體來說，不僅要克服慣性水頭，對(duì)于實(shí)際液體來說，不僅要克服慣性水頭，同時(shí)也要克服各種阻力。因此，實(shí)際液體不穩(wěn)同時(shí)也要克服各種阻力。因此，實(shí)際液體不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)伯努利方程式可寫成定運(yùn)動(dòng)伯努利方程式可寫成2121212222211122ifjhhhgcgpzgcg

37、pz 為了究吸入過程活塞表面上壓力的變化規(guī)為了究吸入過程活塞表面上壓力的變化規(guī)律，以吸入液面為基準(zhǔn)面，列出截面律，以吸入液面為基準(zhǔn)面，列出截面-與與截面截面- 之間的不穩(wěn)定流動(dòng)伯努利方程。對(duì)之間的不穩(wěn)定流動(dòng)伯努利方程。對(duì)無吸入空氣室的單作用往復(fù)泵。吸入過程伯無吸入空氣室的單作用往復(fù)泵。吸入過程伯努利方程有：努利方程有：ifjhhhgcgpzgp22ifjhhhgczgpgp22 為了使往復(fù)泵正常工作，在吸入過程中為了使往復(fù)泵正常工作，在吸入過程中不能出現(xiàn)汽蝕。根據(jù)不發(fā)生汽蝕條件，限制不能出現(xiàn)汽蝕。根據(jù)不發(fā)生汽蝕條件，限制往復(fù)泵的工作轉(zhuǎn)速和幾何安裝高度。由于吸往復(fù)泵的工作轉(zhuǎn)速和幾何安裝高度。由于

38、吸入閥由關(guān)閉到開啟時(shí)的局部損失很大和缸內(nèi)入閥由關(guān)閉到開啟時(shí)的局部損失很大和缸內(nèi)殘余液體的慣性水頭很大，在吸入過程開始?xì)堄嘁后w的慣性水頭很大，在吸入過程開始時(shí)有很大壓力降。因此，幾何安裝高度應(yīng)滿時(shí)有很大壓力降。因此，幾何安裝高度應(yīng)滿足：足：1maxlgahgpgpz閥 為了究排出過程活塞表面上壓力的變化為了究排出過程活塞表面上壓力的變化規(guī)律，以液缸中心線為基準(zhǔn)面，列出截面規(guī)律，以液缸中心線為基準(zhǔn)面，列出截面-與截面與截面 -之間的不穩(wěn)定流動(dòng)伯努利之間的不穩(wěn)定流動(dòng)伯努利方程。對(duì)無空氣室的單作用往復(fù)泵。排出過方程。對(duì)無空氣室的單作用往復(fù)泵。排出過程伯努利方程有：程伯努利方程有：ifjhhhgcgpz

39、gcgpz2222ifjhhhgccgpzzgp222 在排出過程中活塞表面上的壓力是不均勻在排出過程中活塞表面上的壓力是不均勻的，排出管路很長時(shí)這種壓力波動(dòng)就很大，壓的，排出管路很長時(shí)這種壓力波動(dòng)就很大，壓力波動(dòng)會(huì)使泵和管路發(fā)生振動(dòng)。在開始排出時(shí)力波動(dòng)會(huì)使泵和管路發(fā)生振動(dòng)。在開始排出時(shí)形成壓力峰值。形成壓力峰值。 總之，由于往復(fù)泵中的流動(dòng)不均勻降低總之，由于往復(fù)泵中的流動(dòng)不均勻降低了泵的吸入性能，限制了泵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的提高，產(chǎn)生了泵的吸入性能，限制了泵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的提高，產(chǎn)生了壓力波動(dòng)，使系統(tǒng)及原動(dòng)機(jī)的工作條件變壞。了壓力波動(dòng)，使系統(tǒng)及原動(dòng)機(jī)的工作條件變壞。所以，應(yīng)盡量減少流動(dòng)的不穩(wěn)定現(xiàn)象。例如，所以，應(yīng)盡

40、量減少流動(dòng)的不穩(wěn)定現(xiàn)象。例如，用多缸往復(fù)泵、雙作用往復(fù)泵或用空氣室等各用多缸往復(fù)泵、雙作用往復(fù)泵或用空氣室等各種方法。種方法。 1.1.空氣室的工作原理空氣室的工作原理 往復(fù)泵由于結(jié)構(gòu)及工作特點(diǎn)，必然產(chǎn)生流往復(fù)泵由于結(jié)構(gòu)及工作特點(diǎn)，必然產(chǎn)生流量和壓力脈動(dòng)，從而降低泵構(gòu)性能，縮短泵和量和壓力脈動(dòng)，從而降低泵構(gòu)性能，縮短泵和管路的使用壽命。因此，為了改善往復(fù)泵的工管路的使用壽命。因此，為了改善往復(fù)泵的工作條件，盡可能減少不穩(wěn)定現(xiàn)象對(duì)往復(fù)泵工作作條件，盡可能減少不穩(wěn)定現(xiàn)象對(duì)往復(fù)泵工作的影響，通常采用在泵上裝置空氣室的方法來的影響，通常采用在泵上裝置空氣室的方法來減少流量和壓力的脈動(dòng)。減少流量和壓力的

41、脈動(dòng)。 空氣室是利用氣體可壓縮和膨脹的特性，空氣室是利用氣體可壓縮和膨脹的特性，交替地儲(chǔ)存或釋放比平均流量多的或少的一部交替地儲(chǔ)存或釋放比平均流量多的或少的一部分液體，從而達(dá)到減小管路中流量脈動(dòng)的目的。分液體，從而達(dá)到減小管路中流量脈動(dòng)的目的?？諝馐覒?yīng)盡可能安裝在靠近泵的進(jìn)、出口管路空氣室應(yīng)盡可能安裝在靠近泵的進(jìn)、出口管路處或液力端上，裝在靠近泵進(jìn)口的稱吸入空氣處或液力端上，裝在靠近泵進(jìn)口的稱吸入空氣室，裝在泵出口的稱排出空氣室。室，裝在泵出口的稱排出空氣室。 空氣室分為常壓空氣室和預(yù)壓空氣室兩空氣室分為常壓空氣室和預(yù)壓空氣室兩種。常壓空氣室是在密閉容器中充入常壓氣種。常壓空氣室是在密閉容器中

42、充入常壓氣體，預(yù)壓空氣室是在密閉容器中加一彈性元體，預(yù)壓空氣室是在密閉容器中加一彈性元件件(如橡膠囊如橡膠囊)，其內(nèi)充壓縮空氣。，其內(nèi)充壓縮空氣。 空氣室內(nèi)有一定體積的氣體，當(dāng)往復(fù)泵的空氣室內(nèi)有一定體積的氣體，當(dāng)往復(fù)泵的瞬時(shí)流量大于平均流量時(shí)，由于流量的增加，瞬時(shí)流量大于平均流量時(shí)，由于流量的增加，排出管路內(nèi)的阻力增加，液缸內(nèi)壓力上升，空排出管路內(nèi)的阻力增加，液缸內(nèi)壓力上升，空氣室內(nèi)氣體被壓縮，從而在空氣室內(nèi)儲(chǔ)存了一氣室內(nèi)氣體被壓縮，從而在空氣室內(nèi)儲(chǔ)存了一部分液體，這樣就減少了排出管路中的流量。部分液體，這樣就減少了排出管路中的流量。同樣，當(dāng)泵的瞬時(shí)流量小于平均流量時(shí)，由于同樣，當(dāng)泵的瞬時(shí)流量

43、小于平均流量時(shí)，由于流量減少，排出管路內(nèi)的阻力也相應(yīng)減少，泵流量減少，排出管路內(nèi)的阻力也相應(yīng)減少，泵內(nèi)壓力下降，這時(shí)空氣室內(nèi)氣體就膨脹，把儲(chǔ)內(nèi)壓力下降，這時(shí)空氣室內(nèi)氣體就膨脹，把儲(chǔ)存在空氣室內(nèi)的一部分液體排到排出管路中去，存在空氣室內(nèi)的一部分液體排到排出管路中去，增加了管路中的流量，從而減少了管路中流量增加了管路中的流量，從而減少了管路中流量和壓力的脈動(dòng)。和壓力的脈動(dòng)。 空氣室把吸入管路分成兩段，空氣室前的空氣室把吸入管路分成兩段，空氣室前的管路較長、而空氣室到泵進(jìn)口的一段管路較短。管路較長、而空氣室到泵進(jìn)口的一段管路較短。在吸入過程中，隨著流量的增加，吸入管路的在吸入過程中，隨著流量的增加，

44、吸入管路的壓力降也增加，這時(shí)液缸中的壓強(qiáng)也隨之減小。壓力降也增加，這時(shí)液缸中的壓強(qiáng)也隨之減小。當(dāng)空氣室的壓強(qiáng)大于液缸中的壓強(qiáng)時(shí)，空氣室當(dāng)空氣室的壓強(qiáng)大于液缸中的壓強(qiáng)時(shí)，空氣室中的氣體膨脹，把空氣室中的一部分液體排到中的氣體膨脹，把空氣室中的一部分液體排到液缸中，從而減少吸入管路中的流量。當(dāng)泵的液缸中，從而減少吸入管路中的流量。當(dāng)泵的吸入流量減小時(shí)，吸入管路的壓力降也減小，吸入流量減小時(shí)，吸入管路的壓力降也減小，當(dāng)空氣室的壓強(qiáng)小于液缸中的壓強(qiáng)時(shí)，空氣室當(dāng)空氣室的壓強(qiáng)小于液缸中的壓強(qiáng)時(shí)，空氣室中的氣體被壓縮，液體沿吸入管路進(jìn)入空氣室。中的氣體被壓縮，液體沿吸入管路進(jìn)入空氣室。 1)1)排出空氣室的

45、計(jì)算排出空氣室的計(jì)算 空氣室的計(jì)算主要是確定空氣室的體積，空氣室的計(jì)算主要是確定空氣室的體積，使空氣室內(nèi)的壓力波動(dòng)在允許的范圍內(nèi)。使空氣室內(nèi)的壓力波動(dòng)在允許的范圍內(nèi)。 （1）根據(jù)壓力不均度系數(shù)計(jì)算）根據(jù)壓力不均度系數(shù)計(jì)算 當(dāng)瞬時(shí)流量大于平均流量時(shí)，在曲線當(dāng)瞬時(shí)流量大于平均流量時(shí)，在曲線ab這這一段時(shí)間內(nèi)，由于流量增大后排出管路內(nèi)的阻一段時(shí)間內(nèi)，由于流量增大后排出管路內(nèi)的阻力增加，排出壓力增大，空氣室內(nèi)氣體被壓縮，力增加，排出壓力增大，空氣室內(nèi)氣體被壓縮，把把a(bǔ)bb部分的液體儲(chǔ)存在空氣室內(nèi)，使空氣室部分的液體儲(chǔ)存在空氣室內(nèi)，使空氣室內(nèi)液面不斷升高，直到內(nèi)液面不斷升高，直到b點(diǎn)，液面升高到最高點(diǎn)，液面升高到最高位置位置2，空氣室內(nèi)液體的體積達(dá)到最大值，空氣室內(nèi)液體的體積達(dá)到最大值