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1、地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室3.叶片泵3.1 单作用叶片泵3.2 双作用叶片泵3.3 双级叶片泵和双联叶片泵3.4 限压式变量叶片泵3.5 单双叶片泵的特点比较 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室单作用叶片泵双作用叶片泵 叶片泵包括两大类：单作用叶片泵和双用叶片泵两大类。 单作用叶片泵：每转吸压油一次，一般是变量泵。 双作用叶片泵：每转吸压油两次，只能做为定量泵。 其主要区别是定子内曲线的形状不同。曲线形状不同时，使泵轴转一圈吸压油的次数也不同。 工作压力一般为7MPa，高压叶片泵可达14MPa；地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻
2、探技术国家专业实验室基本结构： 定子3：内环为圆；转子2：与定子存在偏心e，铣有z个叶片槽；叶片4：在转子叶片槽内自由滑动，宽度为B；配流盘：左右各一个，铣有吸、压油窗口；传动轴：动力带动旋转。 图 单作用叶片泵工作原理 1压油口;2 转子;3 定子;4 叶片;5 吸油口 压油窗口定子吸油窗口压油口吸油口 3.1 单作用叶片泵地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室密封容积的形成： 由定子、转子、叶片、配油盘等组成。密封容积被分成高压和低压两个工作腔。图 单作用叶片泵工作原理 1压油口;2 转子;3 定子;4 叶片;5 吸油口 压油窗口定子吸油窗口压油口吸油口工作原理： 定
3、子的内表面是圆柱面，叶片在转子的槽内可灵活滑动，在转子转动时的离心力以及叶片根部油压力作用下，叶片顶部贴紧在定子内表面上，于是两相邻叶片、配油盘、定子和转子便形成一个密封的工作腔。 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室密封容积的变化： 吸油：体积变大，局部真空，开始吸油； 压油：体积变小，压力增大，排出油液；图 单作用叶片泵工作原理 1压油口;2 转子;3 定子;4 叶片;5 吸油口 压油窗口定子吸油窗口压油口吸油口配油机构：泵在转子转一转的过程中，吸油、压油各一次，故称单作用叶片泵。 配流盘上铣有吸油窗口、压油窗口，分别与低压油和高压油相通，通过旋转进行配流；高压腔和
4、低压腔之间用封油区隔开。地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室单作用叶片泵的平均流量计算 eRB B e R e R qB p p 4 ) ( ) ( 2 2 = - - + = 单作用叶片泵排量为 ：v v eRBn V n Q h p h 4 = = 流量为 B e R e R V Z V 2 2 ) ( ) ( Z - - + = D = p 个叶片时 当泵有 两个叶片形成的密封容积排出的油液： 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 1)单作用泵的流量有脉动，叶片数越多，脉动越少，叶
5、片数位基数的泵脉动比偶数的要少，所以，单作用叶片泵的叶片数均为奇数，一般为13片15片； 2)转子单方向受力，轴承负载大，一般不适宜于高压； 3)改变偏心距，可改变泵排量，形成变量叶片泵；偏心反向时，吸油、压油方向也相反； 4)压油腔叶片顶部有压力油作用，需要在叶片底部通过特殊沟槽与压油腔相通；吸油腔叶片要和吸油腔相通；实现压力平衡，仅依靠离心力的作用顶在定子内表面上。单作用叶片泵特点：地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 单作用叶片泵吸入侧为负压，输出侧压力高，液压油总是从压油侧往吸油侧推，使支撑轴承承受较大的径向力。 3.2 双作用叶片泵图 双作用叶片泵结构1定子；
6、2 压油口；3 转子；4 叶片；5 吸油口 双作用叶片泵高压腔和低压腔是对称的，高低压都平衡，不存在径向力平衡型。 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 基本结构： 定子曲线：大半径圆弧、小半径圆弧、过渡曲线等4段曲线组成。定子和转子是同心的。 3.2 双作用叶片泵 双作用叶片泵由壳体、定子1、转子3、叶片4、配油盘等组成图 双作用叶片泵结构1定子；2 压油口；3 转子；4 叶片；5 吸油口地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室工作原理： 封闭容积的形成： 图中，当转子顺时针方向旋转时，密封工作腔的容积在左上角和右下角处逐渐增大，为吸油区，在左下角
7、和右上角处逐渐减小，为压油区；吸油区和压油区之间有一段封油区将吸、压油区隔开。 图 双作用叶片泵工作原理 1定子；2 压油口；3 转子；4 叶片；5 吸油口地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 基本原理： 封闭容积的形成： 在图示位置，叶片2、4、6、8将密封容积分成两个排油腔和两个吸油腔。地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室图 双作用叶片泵工作原理 1定子；2 压油口；3 转子；4 叶片；5 吸油口封闭容积的变化：吸油：吸油腔压力减小，形成局部真空，开始吸油；压油：压油腔压力增大，开始排油；1）吸、排油同时进行；2）泵每转一圈，每个叶片参加两次
8、吸油、两次排油过程（故称双作用）；3）径向力自成平衡配油窗口对称布置；4）配油方式配油盘配油； 基本结论： 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室双作用叶片泵的平均流量计算 当两叶片从a，b 位置转c，d位置时， 排出容积为M的油 液； 从c，d转到e，f 时，吸进了容积为M 的油液。 从e，f 转到g，h时又排出了容积为M的油液； 再从g，h转回到a，b时又吸进了容积为M的油 液。 图 双作用叶片泵平均流量计算原理 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 转子转一周，两叶片间吸油两次，排油
9、两次，每次容积为M；当叶片数为Z时，转动一周所有叶片的排量为2Z个M容积，若不计叶片几何尺度，此值正好为环行体积的两倍。故泵的排量为：式中： R 定子长半径； r 定子短半径；B 转子厚度。 平均流量为： 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 考虑叶片厚度影响后，双作用叶片泵精确流量计算公式为：叶片泵的高压化趋势随着技术的发展，双作用叶片的最高工作压力已达成20-30MPa，这是因为双作用叶片泵转子上的径向力基本上是平衡的，不像齿轮泵和单作用叶片泵那样，工作压力的提高会受到径向承载能力的限制； 叶片泵工作压力提高的主要限制条件是叶片和定子内表面的磨损。地质超深钻探技术国
10、家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 为了解决定子和叶片的磨损，要采取措施减小在吸油区叶片对定子内表面的压紧力，目前采取的主要结构措施有以下几种： （1）双叶片结构 各转子槽内装有两个经过倒角的叶片。两叶片的倒角部分构成从叶片底部通向头部的V型油道，因而作用在叶片底、头部的油压力相等，合理设计叶片头部的形状，使叶片头部承压面积略小于叶片底部承压面积。这个承压面积的差值就形成叶片对定子内表面的接触力。地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 （2）弹簧负载叶片结构 叶片的底面上开有三个弹簧孔，通过叶片头部和底部相连的小孔及侧面的半圆槽使叶片底面与头部沟通。不过，弹簧在工
11、作过程中频繁受交变压缩，易引起疲劳损坏。 图 弹簧负载叶片结构 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室叶片槽中装有母叶片和子叶片，母、子叶片能自由地相对滑 动，正确选择子叶片和母叶片的宽度尺寸之比可使母叶片和定 子的接触压力适当； 转子上的压力平衡孔使母叶片的头部和底部液压力相等，泵的排油压力通到母、子叶片之间的中间压力腔； 叶片作用在定子上的力为： （3）母子叶片结构 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室（4）阶梯叶片结构 叶片做阶梯形式，转子上的叶片槽亦具有相应的形状。它们之间的中间油腔经配流盘上的槽与压力油始终相通，转子上的压力平衡油道把叶片
12、头部的压力油引入叶片底部。这种结构由于叶片及槽的形状较为复杂，加工工艺性较差，应用较少。 图 1定子；2 转子；3 中间油腔；4 压力平衡油道 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室3.3 双级叶片泵和双联叶片泵双级叶片泵和双联叶片泵 双级叶片泵工作原理 ： 为了得到较高的工作压力，可以不用高压叶片泵，也可以使用双级叶片泵，通过将两个普通压力级的单级叶片泵串联起来连接而成，压力从7MPa升级成14MPa， 双级叶片泵P63图2-18 压力升高地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 双联叶片泵工作原理 为了得到较大的工作流量，可以使用双联叶片泵，通过将
13、两个普通单级叶片泵并联起来连接而成，流量翻倍。快速进给与卸荷场合。 双联叶片泵P63图2-18 流量增大 有级调速地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室3.4 限压式变量叶片泵 变量泵操纵力来自泵本身的排油压力，内反馈式变量叶片泵配流盘的吸、排油窗口的布置如图。 图 变量原理 1最大流量调节螺钉；2 弹簧预压缩量调节螺钉；3 叶片；4 转子；5 定子 单作用泵：根据输出压力的变化调节输出流量。 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 由于存在偏角，排油压力对定子环的作用力可以分解为垂直于轴线OO的分力F1及与之平行的调节分力F2，调节分力F2与调节弹
14、簧的压缩恢复力、定子运动的摩擦力及定子运动的惯性力相平衡。定子相对于转子的偏心距、泵的排量大小可由力的相对平衡来决定，变量特性曲线如图所示。 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 当泵的工作压力所形成的调节分力F2小于弹簧预紧力时，泵的定子环对转子的偏心距保持在最大值，不随工作压力的变化而变，由于泄漏，泵的实际输出流量随其压力增加而稍有下降，如上图中AB段。 定量段，变量压力小于弹簧预压力地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 图2.10开始变量点变量段，变 量压力大于 弹簧预压力 当泵的工作压力P超过PB后，调节分力F2大于弹簧预紧力，使定子环向
15、减小偏心距的方向移动，泵的排量开始下降（变量）。 改变弹簧预紧力可以改变曲线的B点；调节最大流量调节螺钉，可以调节曲线的A点。 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室限压式变量叶片泵动画地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室3.5 单双叶片泵的特点比较 单作用叶片的特点 存在困油现象 叶片沿旋转方向向后倾斜 配流盘的吸、排油窗口间的密封角略大于两相邻叶片间的夹角，而单作用叶片泵的定子不存在与转子同心的圆弧段，因此，当上述被封闭的容腔发生变化时，会产生与齿轮泵相类似的困油现象。通常，通过配流盘排油窗口边缘开三角卸荷槽的方法来消除困油现象。 转子承受径向
16、液压力 单作用叶片泵转子上的径向液压力不平衡，轴承负荷较大。这使泵的工作压力和排量的提高均受到限制。 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室双作用叶片泵的结构特点 定子过度曲线 定子内表面的曲线由四段圆弧和四段过渡曲线组成，应使叶片转到过渡曲线和圆弧段交接点处的加速度突变不大，以减小冲击和噪声，同时，还应使泵的瞬时流量的脉动最小。 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 压力：中低压叶片泵的额定压力一般为6.3MPa，双作用高压叶片泵的压力可达28-30MPa，变量叶片泵的压力一般不超过17.5MPa； 排量：常用的排量范围为2.5-300mL/r，变量泵为2.5-300mL/r； 转速：小排量双作用叶片泵的最高转速可达8000-10000r/min，一般排量的泵为1500-2000r/min，常用变量泵的最高转速为600-2000r/min。 效率：容积效率93%-95%，机械效率85%-90%。 寿命：高于齿轮泵，可达5000h以上。3.5 叶片泵的主要性能
