《二氧化碳液体泵设计按模板的样子计算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《二氧化碳液体泵设计按模板的样子计算（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 本科毕业设计论文题目：二氧化碳液体泵设计二氧化碳液体泵设计工业大学机械工程学院摘 要二氧化碳液体泵是往复式活塞泵的一种，是种低温液化分离设备输送高压液体的专用机械。本设计的设计参数为：最大出口压力为10MPa，进口压力为1.52.4MPa，工作流量为1200L/h，功率为5.5KW。基于相关设计参数，本设计提出了低温二氧化碳泵的设计方案，设计了二氧化碳泵的总体结构，分析了性能参数，计算了零部件结构的安全性以及部分工艺参数。关键词：二氧化碳液体泵 低温 高压 往复泵The Design of Cryogenic Pump for Liquid CarbondioxideStudent:Liyo
2、ng Xu Advisor:Dr. Lihua Liang Dr. Xiaogui.WangCollege of Mechanical Engineering Zhejiang University of TechnologyAbstractCryogenic pump for liquid carbon dioxide is one kind of reciprocating piston pump, which is used for separating low-temperature liquid and transporting high-pressure liquid.The de
3、sign parameters of the cryogenic pump for liquid carbon dioxide are 10MPa of the largest export pressure, 1.5 2.4MPa of the import pressure, 1200L/h of the flow flux, 5.5KW power. Base on the corresponding design parameters, the design scheme of the low-temperature carbon dioxide pump is presented i
4、n this paper firstly. The structure and the performance parameters of carbon dioxide pump are then studied. Finally, the safety evaluation of the parts and components are made, as well as some technique parameters are designed.Keywords: Cryogenic pump for liquid carbon dioxide; Cryogenic; High press
5、ure; Reciprocating pump目 录摘 要iAbstractii第一章 绪论11.1 引言11.2 往复式活塞泵的工作原理及研究现状11.3 方案设计2第二章 主要结构参数的选择及原动机的确定42.1 主要技术参数的原始资料42.2 基本尺寸的确定42.3 吸入和排出管径的选择42.4 原动机功率的确定和电机的选择5第三章 二氧化碳液体泵主要零部件设计73.1 液缸体73.2 泵阀设计83.2.1 泵阀选择83.3 活塞、活塞杆和活塞环的设计说明83.3.1 活塞的选择83.3.2 活塞主要尺寸的确定和强度校核93.3.3 活塞杆103.3.4 活塞环133.3.5 柱塞及其密
6、封143.4 主轴结构的设计计算153.5 带轮的设计计算17第四章 设计总结20参 考 文 献21致 22 第一章 绪论1.1 引言二氧化碳液体泵是往复式活塞泵的一种，是一种低温液化分离设备输送高压液体的专用机械，用来循环液体或从贮槽中抽送液体，经汽化后在规定压力下输送给用户或进行充灌钢瓶。在这方面低温活塞泵显示出特有优点，它结构新，体积小，重量轻，使用寿命长，运转平稳，操作维护极为方便，能代替一台活塞式压缩机1。随着大中型空分设备的发展，液态气体产品产量与日俱增，与之配套的低温液体的运输，贮存、充装设备得到了高速发展。液态二氧化碳产品采用往复式低温液体泵充装，可以省去庞大的气体压缩机。以氧
7、为例，液氧泵能耗仅是氧压机的l10左右。利用低温泵充装，可大幅度降低氧气中的水含量，从而提高了氧气质量。用低温泵充装的氧气可达到国标GB898288和GB8983-88的要求2。1.2 往复式活塞泵的工作原理及研究现状低温二氧化碳液体泵最常用的是作灌充泵使用，能代替活塞式压缩机，将低温液化二氧化碳气体从一只贮槽中放出是无压力或压力很低的，经过活塞泵升高压力，将液态输送进一只蒸发器，进行汽化并充灌注钢瓶。这种方法钢瓶的充灌压力通常在15MPa左右。使用的低温活塞泵大多利用电控装置全自动。如果活塞泵作为工艺流程用泵或配料用泵在调节系统使用，那么对活塞泵的要求就特别复杂。根据操作条件要求有手控或遥控
8、，但在多种情况下都是自动调节的根据压力、温度、流量的要求变化但是由于往复式泵周期性工作的特性，必然会对设备和管道产生脉动式冲击，引起振动，严重时甚至会造成设备故障或事故。因此，了解往复式泵工作原理、振动的原因、危害及消除与预防措施是非常有必要的。由往复式泵工作原理可知，往复泵是借助于活塞在液缸工作腔的往复运动来使工作腔容积产生周期性的变化，通过泵阀来向管路输送液体的，因为液体的吸入与排出过程（即容积变化过程）是交替进行的，且活塞在移动过程中的速度又是在不断变化的，所以，泵的瞬时流量是随时间变化而变化，不是连续的，往复式泵的流量输出是脉冲式的，必然会对吸入管道和排出管道产生脉动冲击，引起振动，导
9、致原动机的负载不均匀，对泵及管道的正常工作也有影响，设备长期在此状态下运行必然会引发故障或损坏，影响生产的正常进行，在往复式泵的排液管路安装脉冲缓冲器是消除往复式泵设备和管道流量脉动的一个很有效的装置，在空分系统中的往复式低温泵巧妙地依据了低温液体的特性，利用脉冲阻尼器的原理，在它的出口管路装一气室型脉冲阻尼器。为保证气室中存有一定量的气体，使泵的压力波动保持在允许的围，脉冲阻尼器的上半部分未做绝热处理，低温液体便在其顶部汽化形成一个气体囊，从而起到脉冲阻尼器的作用3。连文等人对于往复式低温泵进排液阀的改进设计也值得参考4。采用高压往复泵系统的虚拟设计，尤其是关键零部件如泵阀的虚拟设计5，6，
10、它不仅实现了往复泵的零件参数化设计、参数化绘图和虚拟装配，以及装配体的仿真和干涉检查，而且有利于往复泵设计的系列化和标准化。采用质地柔软，韧性和回弹性好，无水解作用，摩擦系数低，抗腐蚀性能好，耐高温的戈尔盘根作为高压柱塞泵的填料比较理想，依据填料密封机理，设计填料与铜环的规格，逐圈减压。选用双重压盖式填料密封结构，可有效延长往复泵填料使用寿命5。往复泵介杆密封的密封效果和寿命取决于密封装置的结构、密封元件的材料及型式和几何尺寸同时还要受到泵的技术参数、机壳及相关零件制造精度的影响，在使用中由于变形和磨损这些影响还会加大密封盒的设计就是要使之适应以上复杂工况并使之有良好效果和较长寿命双保险密封圈
11、组合式介杆密封装置及新型全浮动式介杆密封装置具有可补偿磨损、调整密封间隙、调整同轴度、密封效果好和使用寿命长等特点，值得进一步推广应用6。45钢的综合力学性质较好，经过分析比较，确定45钢作为主轴材料。连善7提出的关于低温液体泵的设计和制造在泵泄漏量的控制、泵容积效率的提高、正确的安装、使用等方面提出的建议，也值得采纳。日本原子能研究所氚过程实验室已经为氚的使用研制出一种大型无油循环泵。这种循环泵用碳化聚酰亚胺膜合成活塞环和活动金属做成的风箱密封11，这为我们的泵设计时的密封关系提供的参考的依据。1.3 方案设计往复式低温泵由泵体和原动机两大部分组成8，其中泵体又可以分成两大部分：液力端和传动
12、端。液力端（又可称泵头）的作用就是在泵体压缩低温液体，使机械能转化为液体的压力能，使排出的液体的压力升高。传动端的作用，就是将原动机的动力通过减速机构输入，并通过连杆机构将旋转运动转换为往复运动。工作原理如图1所示。图1 往复式活塞泵的原理图当活塞（或柱塞）从左向右移动时，泵缸部的容积就增大，压力随着降低，进入管路的液体压力大于泵缸中的压力时，液体在压差作用下，打开吸入阀而进入泵缸。在传动箱的曲柄转过180度后，活塞向左移动。由于低温液体基本是不可压缩的，低温液体立即被活塞压缩而压力迅速升高，同时从密封部分（从活塞与活塞环或柱塞与泵缸的间隙中）泄露的低温液体量也增加，会使泵缸中的压力升高的速度
13、变得小一点，但压力还是一直在升高。直到泵缸中的液体压力大到足够打开排出阀时，低温液体经过排出阀向排液管道输出。当活塞被曲柄拉动又向右移动时，重复以上过程。往复式低温泵前半个周期是吸入低温液体，后半个周期是排出低温液体。排液是间断式的，不是连续性的。液力端主要包括排出阀、吸入阀（或吸液窗口）、泵缸和缸套、活塞（或柱塞）、密封器、各种连接管及补偿管。这部分零件都接触到低温液体，一般都采用铜、不锈钢和聚四氟乙烯等低温材料，并注意去除油脂、防水、防止异物进入。图2是本设计的二氧化碳液体泵的设计总图，主要由电机通过皮带轮40和41将扭矩传递给轴33。轴上的曲柄33带动活塞杆18做往复运动，当活塞管向右运
14、动时，泵缸部的容积就增大，压力随着降低，二氧化碳液体通过进液阀10进入泵体，当曲柄转过180度后，活塞杆18向左，将液体通过软管1排除。图2 二氧化碳液体泵的设计总图第二章 主要结构参数的选择及原动机的确定2.1 主要技术参数的原始资料最大出口压力：10MPa进口压力：1.52.4MPa工作流量：1200L/h功率：5.5KW2.2 基本尺寸的确定设计容计算及说明结果缸径、活塞行程和曲轴转速的确定初选缸径D58mm，活塞行程S40mm。由流量的计算公式：式中，Q为泵的实际流量，（m3/s）；为活塞的横截面积（m2）；n为曲轴转速（rpm）或活塞的每分钟往复次数（spm）；Z为泵的联数（活塞数）
15、。本次设计中，取Z=1。由提供的原始资料可知（见2.1节）：Q1200L/h=20L/min故计算可得： rpm由文献9的表2-5知，二氧化碳液体泵应选择 n=120985。可见n=189rpm在允许围，故所取的D和S为合适值。缸径D58mm活塞行程S40mm曲轴转速n=189rpm2.3 吸入和排出管径d1、d2的选择吸入和排出管径d1、d2的确定这两值的选取主要取决于吸入、排出管介质的流速v1和v2。由文献9知， v1=12m/s v2=1.52.5m/s初选v1=1.6m/s v2=2m/s m则 根据总体尺寸需要，圆整为d1=16mm v1=1.66m/s m则根据总体尺寸需要，圆整为d2=14 mmv2=2.17m/s
