往复泵实例

机械分析应用基础------案例集案例五一个古老的平面连杆机构衍生出一代又一代流体机械产品顺德职业技术学院机电工程系机械分析应用基础教学组一个古老的平面连杆机构衍生出一代又一代流体机械产品（一）从平面连杆机构到液体介质输送泵图（1a）所示是一个古老的铰链四杆机构，除其四个运动副皆为低副外，还有一个特点，就是原动件1的运动经过一个不直接与机架相连的中间构件2才能传到从动件3；这个中间构件称为连杆。

又因各构件之间的相对运动为平面运动，故称为平面连杆机构。

就是这种貌似简单的机构，人们通过改变构件的形状和相对尺寸，或通过改变运动副的尺寸，或通过选用不同的构件为机架等不同的方法，如图（1b）（1c）（1d）,而神奇地创造出一代又一代流体机械产品。

较早出现输送液体介质的往复式柱塞泵（图2 a））和摆动式柱塞泵（图3 a））是通过改变从动机构的形状和相对尺寸而成的。

其机构原理是曲柄滑块（见图2(b)）和曲柄摇块机构（见图2 (b)）而这两种机构也是由平面连杆机构演化而来的。

a) b)c) d)图1 平面连杆机构的演化a)b)图2 往复式柱塞泵及其机构图a)b)图3 摆动式柱塞泵及其机构图（二）从输送液体介质到输送气体介质的往复活塞式压缩机1．由立式单缸到双缸压缩机稍晚出现的是以输送气体介质为对象的单缸立式往复活塞式压缩机，它的机构简图为图4a 所示，即将曲柄滑块机构竖立，滑块变换成活塞沿气缸壁往复移动。

虽然曲拐旋转惯性力F可r在曲轴拐的反方向上加设平衡实现完全平衡，但其活塞的往复惯性力无法平衡且造成振动，动力平衡性差，从而也限制了曲轴转速的提高。

因此演变出双曲柄夹角为180°的双缸压缩机，这是两个平面连杆机构的组合形成并列形式（图5e）。

a)机构图b)立式单缸往复活塞开启式空压机c)冰箱全封闭式单缸往复活塞机图4 单缸往复式活塞式压缩机及其机构a) 立式双缸开启示压缩机b) 立式双缸半封闭压缩机外形图 c) 半封闭立式双缸剖面图d) 全封闭卧式双缸压缩机 e) 双并立平面连杆机构 图5 双曲拐双缸压缩机及其机构图5 a ）、b)、c)、d)所展示的是家电产品中广泛使用的开启式、半封闭式和全封闭卧式双缸往复活塞式压缩机。

第二章往复泵第一节往复泵的工作原理和特点第二节泵的正常吸入和排出工作条件第三节往复泵的空气室和泵阀第四节往复泵的实例第一节往复泵的工作原理和特点按结构柱塞式活塞式单作用泵一、往复泵的分类定义：往复泵是一种容积式泵，它是靠活塞或柱塞的往复运动，使工作容积发生变化而实现吸排液体的泵。

多作用泵双作用泵差动作用泵径向柱塞泵轴向柱塞泵二、往复泵的工作原理1.单作用往复泵活塞往复一次，吸排液体一次；仅活塞的一端腔室工作，吸排阀各一个。

二、往复泵的流量1.理论流量：活塞的有效工作面在单位时间内所扫过的容积。

60t Q KA Snm 3／hK ——泵的作用数；S ——活塞行程，m ；n ——泵的转速，r ／min ；A ——活塞平均有效工作面积，m 2。

（1）瞬时流量：任一时刻泵的理论流量。

sm Av q /3=工作面积为的活塞以速度为排送液体。

v ()2m A 电动往复泵是通过曲柄连杆机构将电动机的回转运动转换为活塞的往复运动，活塞速度是周期性地变化的，故其瞬时流量也将周期性地变化。

βωsin r v =2.往复泵的流量不均匀度（2）流量不均匀度：瞬时最大流量qmax 与平均流量qm 之比值称为流量不均匀度，用δ表示。

mq q /m ax =δ（3）改善流量不均的措施： 采用多作用泵； 泵的出口加装空气室二、往复泵的特点1、有较强的自吸能力。

2、额定排出压力主要取决于原动机的功率、泵本身的强度和密封的性能，而与泵流量大小无关 3、理论流量与工作压力无关，只取决于转速、泵缸尺寸和作用数4、流量不均匀，存在惯性影响。

5、转速不宜太快。

第二节泵的正常吸入和排出工作条件一、泵的正常吸入条件(1)泵必须能造成足够低的吸人压力，其值由吸人条件所决定。

ppsrdr-h d∑ZsZdZ∆vdvspdpspdrpsrHZggh v Z p ps s s sr sρ⎪⎪⎭⎫⎝⎛++-=∑22(2)泵吸口处的真空度不得大于泵的允许吸上真空度，()[]p p H p p Hp p vsssassag '/≤-≤-ρ>H s 吸入真空度标定值[H ] 允许吸上真空高度一、泵的正常吸入条件二、泵的正常排出条件ppsrdr-h d∑h ∑Z sZ dZ∆v dv spdpspdrpsrHZ(1)泵必须能产生足够大的排出压力，其值由排出条件所决定。

本设计采用双阀系统，其结构如图２所示。

在较高的吸气压力下吸气阀片５靠压力差打开，随着抽气过程的进行，缸内气体压力降低，靠压差很难打开吸气阀片，这时通过气缸中活塞末端常开的窄小气道３进气。

当气缸内压力低到打不开排气阀时，活塞２顶端设置有橡胶阀杆７，将排气阀片６强行顶开，采用吸排气的双阀系统，真空泵的真空度得到提高。

本泵采用偏心凸轮机构来实现主轴的旋转运动转化为活塞的直线运动，从而避免了曲轴的加工，曲柄轴的加工难度及成本很高。

从这角度来看本泵更经济些，便于安装调试。

相对列活塞相向运动的对动式结构，其动力平衡性能很好，并因为相对列的作用力能全部或部分的互相抵消，使主轴仅受相对列力矩转化的力，故轴承受力情况改善。

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！曼平键．１．５．鎏孳匀轴承图２Ｈｗｚ一４型往复式无油１６排气气ｊ７气镇勉点：ｊｌ墓声封一ｉ～…ＨＷＺ－４玉蚕真；空翥泵图１结构示意图“２“““４“设计中采用两道组合活塞环的结构，减少了吸排气过程中活塞两侧气体的一２７．HWZ-4型往复活塞式无油真空泵工作过程的模拟作者：徐成海， 楚志高， 张世伟， 王鑫作者单位：东北大学机械工程与自动化学院(沈阳)1.张洪信.张铁柱.赵红.霍炜.张翼.ZHANG Hong-xin.ZHANG Tie-zhu.ZHAO Hong.HUO Wei.ZHANG Yi单缸轴向内燃泵工作过程与性能模拟研究[期刊论文]-流体机械2007,35(3)2.徐成海.刘春姐.张世伟.关奎之无油机械真空泵及其应用[期刊论文]-真空电子技术2002(4)3.徐曦.姜元.高瑞祥.朱衡石.XU Xi.JIANG Yuan.GAO Rui-xiang.ZHU Heng-shi爪式无油增压传输真空泵的设计[期刊论文]-真空2005,42(5)4.杨聚海.Yang Juhai KRS 6型无油旋片真空泵的设计[期刊论文]-石化技术2006,13(1)5.吴立志真空泵的气阀设计[期刊论文]-真空2000(4)6.董辉.徐成海.张世伟.李成贺.王春全无油往复活塞具空输送泵的试制[会议论文]-20007.贾善坡.闫相祯.姜士湖.邓卫东杆式泵泵筒内流体流动规律的数值模拟[期刊论文]-石油机械2003,31(8)8.吴河生.范朝光.WU He-sheng.FAN Chao-guang水环式真空泵性能改造在供热机组中的应用[期刊论文]-能源研究与利用2010(5)9.钟功祥.张天津.吕治忠.阳玲.罗然.ZHONG Gong-xiang.ZHANG Tian-jin.LV Zhi-zhong.YANG Ling.LUO Ran钻井泵活塞动态分析[期刊论文]-石油矿场机械2009,38(11)10.章舟.李锋消失模铸造中真空泵应用的选择[会议论文]-2008本文链接：/Conference_5617754.aspx。

第五章往复泵5.1 往复泵的工作原理及分类5.1.1 在国民经济中的应用及发展趋势往复泵是一种发展较早的动力机械之一，往复泵包括活塞泵和柱塞泵。

它适于输送流量较小，压力较高的各种介质。

如低粘度、高粘度、腐蚀性、易燃、易爆、剧毒等各种液体。

特别是当流量小于100m3/h、排出压力大于100kgf/cm2时，更加显示出它有较高的效率和良好的运行性能。

因此，直到目前仍广泛用于国民经济的各个领域中。

如钻井泥浆泵的驱动功率达1250kW，最大排出压力为380kgf/cm2，流量达50～601/S。

又如年产三十万吨合成氨设备中的高压甲铵泵是尿的工作压力达200kgf/cm2所输送的甲铵液对金属材料有很强的腐蚀作用，甲铵液在低温时容易析出结晶，从而引起管路堵塞，因而必须在高温下工作，甲铵泵大都采用柱塞泵。

通常往复泵的应用范围如图5-1所示。

图5-1 往复泵的应用范围理论上，往复泵的流量和排出压力无关，因此，使用往复式计量泵可以精确地、可调节地输送各种介质。

在石油化学工业中，计量泵可以代替物料配比仪表，实现连续操作、自动控制等，这对于提高产品质量、降低成本、实现自动化运行创造了条件。

在输送各种不同的介质时，采用隔膜式往复泵和隔膜式计量泵为输送特殊介质开辟了道路。

随着石油化学工业、机械制造工业、造纸、食品、医药、化学分析等发219展，对往复泵（包括计量泵、隔膜泵等）的需求日益增加，同时，行产的发展对往复泵提出更高的要求。

1)一方面要求往复泵向小流量、微流量和高压、超高压领域发展，另一方面也向高压大流量、大功率方向发展。

2)要求往复泵的体积小、重量轻、寿命长，这主要是要求提高往复泵的转速以及解决提高转速后出现的各种问题。

3)要求往复泵更好在适应各种介质的性质和状况。

4)发展新产品。

5.1.2 往复泵的工作原理及特点5.1.2.1 复泵的工作原理如图5-2所示，往复泵通常由两部分组成。

一部分是直接输送液体，把机械能转换为液体压力能的液力端，另一部分是将原动机的能量传给液力端的传动端。

实例分析无锡东泰精细化工有限公司使用的电动往复泵品种较多，经常遇到的问题是流量不足、密封泄漏，因此对照故障现象对应的处理方法都能解决。

2003年东泰公司新上年产2万t/年天然脂肪醇项目，采用DCS控制系统，项目2003年6月投产。

其中往复泵选用了合肥通用机械研究所生产的3TC-4.5/9型、3TC-4.5/27型，该泵为吸收美国同类产品技术国产化的产品，具有流量大，占地面积小的特点。

项目投产后的初期，这几台往复泵运行平稳，但逐渐出现流量不足的现象，进料量减少严重影响生产正常进行。

为此对其中1台泵进行检修，对照流量不足现象的原因进行拆检，发现吸入管道阀门全开、阀芯未脱落，过滤器未堵塞，阀接触面略有损坏（阀芯与阀座环向接触稍有间断，组装后用煤油试5分钟略有渗漏）、阀面上无杂物，填料磨损。

经初步认定阀面密合不严、填料磨损是造成流量不足的主要原因，在更换阀芯、阀座、柱塞、填料后进行试车，空负荷时运转平稳，无撞击等异常现象，带负荷试车观察泵出口压力表仍指示为零、填料处无泄漏，缸内无冲击、碰撞等异常响声，停泵检查确认出口压力表完好。

针对出口压力表指示为零的现象进行了分析，发现：（1）该泵进出口阀门采用平状阀，JT-2×250/320型采用球阀，表3中其他型号的泵采用平状阀；（2）该泵进出口阀门运动方向与柱塞运动方向为同一方向，表3中其他型号的泵进出口阀门、阀座为竖式布置，其进出口阀门运动方向与柱塞运动方向垂直；（3）该泵出口阀门设有导向柱导向，进口阀门及弹簧安装在定位套内，表3中其他型号的泵进出口阀门都设有导向柱导向。

由于液体具有不可压缩性，带负荷试车时该泵出口压力表指示为零，经认真分析认为：泵吸入的液体压缩后并没有从出口阀门排出，而是仍回到进口阀门处循环，是造成泵出口压力表指示为零的直接原因。

排除阀面密合不严引起液体在进口阀门处循环的原因还有：（1）弹簧损坏；（2）进口阀门在定位套中行程受阻。

对此又对故障泵进行了拆检，发现进口阀门均卡在定位套外径￠49的位置，将进口阀门、弹簧、定位套取出，弹簧完好，观察发现定位套外径为￠49的外表面根部有裂纹，在更换定位套重新组装后，空负荷、带负荷试车一切正常，出口压力、流量均达到工艺要求。