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1、 第一章第一章 往复泵往复泵 1-11-1 往复泵的工作原理及其分类往复泵的工作原理及其分类 一、一、 往复泵的工作原理往复泵的工作原理 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 二、往复泵的分类二、往复泵的分类 1、按作用次数划分：单作用泵和双作用泵 2、按活塞的形式分：活塞式和柱塞式 3、按缸的数目分 ：单缸、双缸和三缸 4、按往复次数分 ：低速泵、中速泵和高速泵 5、按压力大小分 ：低压泵、中压泵和高压泵 一、理论平均流量一、理论平均流量 往复泵在单位时间内排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 体积总和决定。 对于单作用泵: 对
2、于双作用泵： 1-2 1-2 往复泵的流量往复泵的流量 二、理论瞬时流量及流量不均匀度二、理论瞬时流量及流量不均匀度 1.往复泵每个液缸无杆腔排送液体的理论瞬时流量为： 2.往复泵每个液缸有杆腔排送液体的理论瞬时流量为： 活塞的运动是有曲柄-连杆机构带动的，因此，活 塞的运动速度可用下式近似计算： 往复泵每个液缸无杆腔排送液体的理论瞬时流量又可为 ： 或 往复泵每个液缸有杆腔排送液体的理论瞬时流量又可为 ： 或 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 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 瞬时流量稍小于无杆腔。多缸泵的理论瞬时流量使所有液缸
3、在同一瞬时流量的叠加值，其合成曲线也按正弦规律变化。 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: 单缸单作用单缸单作用 三缸单作用三缸单作用 四缸单作用四缸单作用 双缸单作用双缸单作用 为了 表示各种往复泵流量的不均匀度，引入流量不均匀度 系数，其取值经常用最大和最小理论瞬时流量的差值与理论平 均流量之比表示。 一般取值如下表： 三、实际流量及流量调节三、实际流量及流量调节 往复泵单位时间排出液体的体积量称为实际流量，以Q 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： 1.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； 2.当吸入管
4、路密封不严时，外界空气也会渗入泵缸内，使 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 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 体会经液力端各密封处泄露，减少液体的排除量。 由理论平均流量公式可知，往复泵调节流量的 方法有： 单作用泵理论泵量: 双作用泵泵理论泵量： 1.改变活塞的往复次数； 2.改变缸套和活塞杆直径； 3.改变活塞的往复行程； 1-3 1-3 往复泵的压头往复泵的压头 一、实际液体不稳定流的伯努利方程一、实际液体不稳定流的伯努利方程 在往复泵中，活塞运动的速度是变化的，因此，液流量是不稳
5、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，所 以，理想液体不稳定流的伯努利方程式为： 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，称为惯性水头，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 的变动加速度 不变，则惯性水头为： 因此，实际液体不稳定流的伯努利方程为： 二、吸入过程液压缸内压头变化规律二、吸入过程液压缸内压头变化规律 左图是往复泵吸、排水示 意图。吸入过程吸入管路始、 末端液流截面的能量平衡方程 式为： z zd zs p1 p2 整理后可得吸入过程液缸内压头变化的关系式： 下面逐项分析式中各项与活塞位
6、移x关系： （一） 和 值 在确定的工况下均为定值，它们与活塞位移x无关。 （二）速度水头 （三）惯性水头 （四）阻力水头 （五）吸入阀的损失水头 a a b b d d c c 0 r 2r 0 0 0 0 三、往复泵的吸入高度三、往复泵的吸入高度 为了保证正常吸入，液缸内最小吸入压头 必须大于饱和 汽化压头，即： 吸入开始时，液缸内压头最小。X=0，则有： 往复泵的安装高度为： 最大允许安装高度为： 四、往复泵的有效压头四、往复泵的有效压头 往复泵的有效压头可用下式表示： 有效压头可简化为： 在冲洗液循环系统中，泵的有效压头为： 1-4 1-4 往复泵的功率和效率往复泵的功率和效率 一、往
7、复泵的功率一、往复泵的功率 （一）泵的有效功率： 或 （二）泵的轴功率： （三）泵的转化功率： 二、二、 往复泵的效率往复泵的效率 （一）泵的容积效率： （二）泵的水力效率： （三）泵的转化效率： （四）泵的机械效率： （五）泵的总效率： 三、三、 泵的驱动功率泵的驱动功率 当 时， =1.21.5; 当 时， =1.051.2。 1-5 1-5 空气室的工作原理与计算空气室的工作原理与计算 空气室的计算： 空气室的有效容积： 因： 所以： 则： 空气室对应于预压力的气体平均容量V0, 按等温过程有： 一般空气室的体积V为： 1-61-6 往复泵的工作特性及其运行往复泵的工作特性及其运行 一、
8、往复泵的特性一、往复泵的特性 理论上说往复泵的泵量不随泵压的变化而变化，而理论上说往复泵的泵量不随泵压的变化而变化，而 实际上往复泵的泵量随实际上往复泵的泵量随泵压的上升泵压的上升，由于，由于泄漏量的增加泄漏量的增加 而有所减小。而有所减小。 Q 0 P Qtp Q 二、往复泵管路的特性二、往复泵管路的特性 往复泵管路中损失的总水头可用下式计算： 令 ： 则： 三、往复泵与管路的联合特性三、往复泵与管路的联合特性 四、往复泵的临界工作特性四、往复泵的临界工作特性 1 1、以泵的主要传动件的强度极限作为泵的临界工作条件 2 2、泵的强度足够、以泵配备动力机输出的最大功率为临界工作条件 3 3、如
9、果管路的耐压强度底，以管路的耐压强度为临界工作条件 QQ 1 1 QQ2 QQ 3 3 QQ 4 4 QQ 5 5 P1 P2P3P4 PP1 P2P3P4 P 5 5 1-71-7 往复泵的构造往复泵的构造 一、往复泵的结构形式一、往复泵的结构形式 按照往复泵各部分的作用不同，可将往复泵分为动力端和液 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 作用是完成不同能量的转换。 （一）动力端的结构形式（一）动力端的结构形式 1.变量机构的设置方式 无变量机构、变量机构设在动力 端和另设变速箱 2.曲轴的形式 有曲拐式、曲柄式和偏心轮式 3.曲轴箱的结构 有剖分式与整体式 （二）液力
10、端的结构形式二）液力端的结构形式 1.泵体的结构形式 有整体式、剖分式、组合式 整体式 组合式 2.吸入阀与排出阀的布置形式 有阶梯式、直通式和直角式 3.液缸的吸排水形式 有单作用和双作用之分 4.液缸的数目 有单缸、双缸、和三缸泵头 5.活塞的结构形式 有活塞式和柱塞式 （1）柱塞式活塞的类型与结构 柱塞式按柱塞的材料分：有陶瓷和钢两种；按结构形式分： 有整体式和组合式 （2）活塞式活塞的类型与结构 活塞式按照活塞与缸套的密合方式可分为：间隙密封式、自 封式、胀紧式和过盈式四种。 活塞式按作用次数分单作用式和双作用式 6.阀的结构形式 有片阀、锥阀和球阀三种 二、二、BW-250BW-250型泥浆泵型泥浆泵 五、五、 附件附件 1、空气室 2.卸荷阀 3.安全阀 4、底阀
