凸轮机构往复泵与曲柄连杆机构往复泵性能对比分析
凸轮机构3缸单作用恒流量往复泵特性分析
７ ） ∈警 ２ ｒ － ［， ］
（） １
０ ０
０
０
以 Ｓ ３Ｂ一２ ．Ｈ型 ３缸单 作 用恒 流量往 复泵 ＬＺ ２５ 为例 ，基 本 参 数 分 别 为 ：冲 程 Ｓ ＝５ Ｉ， 冲次 。 １ｎｎ ｒ ，＝１０ｒｍｉ， 功率 为 ２ ． Ｗ 。其柱 塞运 动 曲线 ２ ６ ｎ ／ ２５ｋ 如图 ２ 、图 ３ 、图 ４所 示 ， 轴 表 示 凸轮 转 角。
Ｓｏ
一
） ∈弩 ］ ［，
相同的滚轮对滚，两滚轮中心距为定值，其 中一滚 轮为复位滚轮，另一滚轮连接介杆 、柱塞等往复运 动件。随着凸轮转动，带动复位框架、介杆、柱塞 等运动件作往复运动，从而完成吸排液过程。对于 要求连 续运 转且 泵速 较高 、传递 力较 大 的往复 泵来
容 积效 率 。在石 油 、石化 行业应 用 非常 广泛 。其最
条件…。多年来，人 们在对传统 往复泵工 作原理
的研 究 逐步 深入 并取 得 了积极 成果 的 同时 ，也 开始
认识到传统的曲柄连杆机构所决 定的运动与动力特 性局限了往复泵的应用范畴及其发展。通过几年的 研 究，现 已成 功研 制 出 了以 凸轮 传 动机 构 为动力端 的恒 流量 无压 力 波 动 的往 复 泵 （ 图 ｌ所 示 ） 如 。此 泵获得中国石油天然气集 团公司科技进步 二等奖， 并获 中 国发 明专利 （ 利号 ９ １６ ５ ．） 专 ２ ０４ ３５ ，现 已形 成系 列产 品 ，得到 了广 泛应 用 。
凸 轮 机 构 ３缸 单 作 用恒 流 量 往 复泵 特 性 分 析
张慧峰 ，董怀荣 ，裴 峻峰
（． １ 胜利石油管理局 钻井工艺研究院 ，山东 东营 ２ ７ １ ；２ 江苏 石油化工学院 机械工程 系，江苏 常 州 ２ ３ １ ） ５０７ ． １０ ６
往复泵的工作原理及特点
3
4
Q （=0） 3.14
1.57
0.14
0.32
Q （=0.2） 3.2
1.6
0.25 0.32
图1-2 电动往复泵的流量变化曲线
1-1-3 往复泵的特点
1. 有较强的自吸能力。
靠自身抽出泵及吸入管中的空气而将液体从低处吸入泵内的能力。 自吸能力可由自吸高度和吸上时间来衡量。
泵吸口造成的真空度越大，则自吸高度越大 造成足够真空度的速度越快，则吸上时间越短。
1-1-3 往复泵的特点(2)
3. 额定排出压力与泵的尺寸和转速无关
P取决于泵原动机的n、轴承的承载能力、泵的强度 和密封性能等。
为防过载，泵起动前必须打开排出阀，且装设安全阀。 以上是共有特点。此外，往复泵还有： 4. 流量不均匀，排出压力波动
为减轻Q ，常采用多作用往复泵或设置空气室。
第一篇
船用泵和空气压 缩机
第一章 往复泵
第一节 往复泵的工作原理及特点
1-1-1 往复泵的工作原理
➢ 工作原理 ➢ 容积式泵，其对液体作功的主要运动部件
是做往复运动的活塞或柱塞，亦可分别称 为活塞泵或柱塞泵。
图1—1单缸活塞泵的工作原理图。
1-1-2 往复泵的流量
➢ 往复泵的理论流量即活塞的有效工作面在 单位时间内所扫过的容积：
q = Av ➢ 曲柄连杆机构将回转运动转换为往复运动，故v和泵q将周
期性地变化。一般曲柄连杆长度比 ≤0.25，v可用曲柄销 的线速度在活塞杆方向的分速度代替，即
v = r sin ➢ 式中: -曲柄角速度,常数; -曲柄转角 ➢ 单作用泵的流量也近似地按正弦曲线规律变化。
➢ 单作用泵的流量是很不均匀的。 ➢ 多作用往复泵流量的均匀程度显然要比单作用泵强。 ➢ 三作用泵流量的均匀程度不但优于单、双作用泵，而且比四作用
各种泵的优缺点离心泵柱塞泵往复泵螺杆泵ppt课件
2
往复泵（柱塞泵）的优缺点
柱塞泵 柱塞泵的泵油机构包括两套精密偶件：柱塞（plunger）+柱塞套(barrel)构成柱
塞偶件(plunger and barrel assembly)、出油阀（delivery valve）和出油阀座 (delivery valve seat)构成出油阀偶件(delivery valve assembly）柱塞和柱塞套是 一对精密偶件，经配对研磨后不能互换，要求有高的精度和光洁度和好的耐磨性， 其径向间隙为0.002～0.003mm
往复泵的优缺点
一、往复泵的优点： 1.可获得很高的排压，且流量与压力无关，吸入性能好，效率高。 2.原则上可输送任何介质，几乎不受介质的物理或化学性质的限制。 3.泵的性能不随压力和输送介质粘度的变动而变动。
二、往复泵的缺点： 1.流量不是很稳定。同流量下比离心泵庞大，机构复杂。 2.资金用量大，不易维修等。 3.零件多，易出故障，检修麻烦；不能用出口阀，不好调节流量。
1.泵的性能对液体的粘度变化比较敏感。 2.螺杆泵的加工和装配要求较高； 3.高压能力要求长的泵送元件
7
3
往复泵（柱塞泵）的优缺点
出油阀是一个单向阀，在弹簧压力作用下，阀上部圆锥面与阀座严密配合，其 作用是在停供时，将高压油管与柱塞上端空腔隔绝，防止高压油管内的油倒流入 喷油泵内。 出油阀的下部呈十字断面，既能导向，又能通过柴油。出油阀的锥面下有一个小 的圆柱面，称为减压环带，其作用是在供油终了时，使高压油管内的油压迅速下 降，避免喷孔处产生滴油现象。当环带落入阀座内时则使上方容积很快增大，压 力迅速减小，停喷迅速。 工作时，在喷油泵凸轮轴上的凸轮与柱塞弹簧的作用下，迫使柱塞作上、下往复 运动，从而完成泵油任务，泵油过程可分为以下三个阶段。5 H* \! E' z2 C- v, c9 当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧力的作用下，柱塞向下运动，柱塞上部空间 （称为泵油室）产生真空度，当柱塞上端面把柱塞套上的进油孔打开后，充满在 油泵上体油道内的柴油经油孔进入泵油室，柱塞运动到下止点，进油结束。
曲柄连杆机构国内外主要技术指标
曲柄连杆机构国内外主要技术指标概述曲柄连杆机构是一种常见的机械传动装置，广泛应用于各种机械设备中。
它由曲柄、连杆和活塞组成，通过曲柄的旋转运动将轴向运动转换成往复运动。
曲柄连杆机构的性能指标对于机械设备的工作效率、稳定性和寿命具有重要影响。
本文将从国内外的角度探讨曲柄连杆机构的主要技术指标。
国内技术指标国内对于曲柄连杆机构的技术指标主要包括以下几个方面：1. 转矩传递能力曲柄连杆机构的转矩传递能力是衡量其承载能力的重要指标。
通常使用最大扭矩来表示曲柄连杆机构的转矩传递能力。
国内一些常见的曲柄连杆机构的最大扭矩可以达到几千牛米。
2. 运动平稳性曲柄连杆机构在工作过程中需要保持运动的平稳性，以确保机械设备的正常运行。
国内的曲柄连杆机构通常通过优化设计和使用高精度的加工工艺来提高运动平稳性。
3. 效率曲柄连杆机构的效率是指输入功率与输出功率之间的比值。
国内一些高性能的曲柄连杆机构的效率可以达到90%以上。
4. 寿命曲柄连杆机构的寿命是指其能够正常工作的时间。
国内一些曲柄连杆机构通过使用高强度材料和表面处理技术来提高其寿命。
国外技术指标国外对于曲柄连杆机构的技术指标也有一些独特的要求和标准，下面将介绍几个主要的方面：1. 材料选择国外对于曲柄连杆机构的材料选择有更高的要求。
一些先进的国外曲柄连杆机构采用高强度、高韧性的特种合金材料，以提高其承载能力和寿命。
2. 精度要求国外对于曲柄连杆机构的加工精度要求较高，以确保其运动的平稳性和工作效率。
一些国外曲柄连杆机构的加工精度可以达到亚微米级别。
3. 噪声和振动控制国外对于曲柄连杆机构的噪声和振动控制有更为严格的要求。
一些国外曲柄连杆机构通过优化设计和使用减震、减振措施来降低噪声和振动。
4. 智能化和自动化国外一些先进的曲柄连杆机构已经实现了智能化和自动化。
通过采用传感器和控制系统，可以实现对曲柄连杆机构的实时监测和控制，提高其工作效率和稳定性。
结论曲柄连杆机构作为一种常见的机械传动装置，在国内外都有不同的技术指标要求。
往复泵曲柄连杆机构振动特性分析
往复泵曲柄连杆机构振动特性分析夏江敏;刘海冰;张振海;朱石坚;俞翔【摘要】运用刚性和柔性多体系统动力学理论，对舱底泵曲柄连杆机构进行运动学和动力学计算，分析出其主要激励力频率和大小，并运用多体系统动力学软件Adams，对其进行运动学、动力学仿真和振动分析。
结果表明，用柔性多体动力学理论将机构柔性化，能够更加准确揭示其振动特性，对往复泵设计和低噪声修理具有重要参考意义。
%Reciprocating bilge pump has a complex structure, high loading intensity and stable line-spectral components. It is always the research focus of ship’s mechanical vibration and noise reduction. In this paper, applying the rigid and flexible multi-body dynamics theory, kinematics and dynamics calculation is done for the crank-link mechanism of the reciprocating bilge pump. The frequency and magnitude of its main excitation force are analyzed. By means of the Adams software, the kinematics and dynamics simulation is done and the system vibration response is analyzed. The results show that with the flexible multi-body dynamics theory, the vibration characteristics of the mechanism can be revealed more accurately. This work has important reference value in reciprocating pump design and low noise improvement.【期刊名称】《噪声与振动控制》【年(卷),期】2016(036)003【总页数】4页(P151-154)【关键词】振动与波;舱底泵;曲柄连杆机构;多体系统动力学;运动学【作者】夏江敏;刘海冰;张振海;朱石坚;俞翔【作者单位】海军工程大学动力工程学院，武汉 430033;中国人民解放军4805工厂上海船厂，上海 200136;海军工程大学动力工程学院，武汉 430033;海军工程大学动力工程学院，武汉 430033;海军工程大学动力工程学院，武汉 430033【正文语种】中文【中图分类】TH113.1船体结构和管路受意外撞击破损会造成舱室内部进水，影响船舶的正常航行和操纵，严重时影响到船舶的生命力。
往复泵的构造特点及工作原理13
往复泵的工作原理一、往复泵的构造和工作原理往复泵的活塞由连杆曲轴与原动机相连。
原动机可用电机，柴油机;或液压马达,亦可用蒸汽机两点结论:1.液缸体(泵头)和吸入管路必须严格密封,不得漏气,否则泵不能正常吸水;2.由于往复泵是依靠大气压力与液缸体内压力表差吸水,往复泵的吸水高度理论上不能超过十米.往复泵启动时不需灌入液体，因往复泵有自吸能力，但其吸上真空高度亦随泵安装地区的大气压力、液体的性质和温度而变化，故往复泵的安装高度也有一定限制。
二、往复泵的主要性能参数:1.流量:理论流量: 当曲轴以不变的角速度旋转时,活塞(柱塞)是作往复变速运动的,所以泵的流量也是随时间变化的.但对使用者来说,往往要知道在一定时间内所输送液体的体积.因此就需要研究往复泵的理论平均流量,在不计泵内任何容积损失,泵在单位时间内排出的液体的容积称为泵的理论平均流量,简称理论流量;单作用泵: Q t=ASnZ双作用泵: Q t=ASnZ(1+K)式中::Q t----泵的理论流量(l/min);A----活塞(柱塞)的截面积;(dm2); A=πD2/4;(D---活塞(柱塞)直径(dm));S----行程(dm);n----泵速(min-1);Z----缸数;k----系数; k=1-Ar/A=1-(Dr/D)2;实际流量:实际上泵所排出液体的体积要比理论上计算出来的要小;往复泵在单位时间内所排出液体的量称为实际流量;Q=ηv Q t式中: ηv----- 容积效率;往复泵的流量与压力无关，与缸套尺寸、活塞冲程及往复次数有关2.排出压力:往复泵的排出压力是指泵出口处液体的压力p2(表压),单位为帕.(1Pa=1 N/m2);在样本或铭牌中标示的排出压力是指该泵所允许的最大排出压力,称额定排出压力.3.功率及效率:有效功率:单位时间内,通过泵的液体所获得的能量.称为有效功率.(水功率) N e=PQ/60 (Kw)式中: P-----泵的排出压力(MPa)Q------泵的实际流量(l/min)输入功率:动力机传递给泵输入轴上的功率.称为泵的输入功率.(轴功率)N= N e/η(Kw);式中: η----泵的总效率;配套功率:指驱动泵原动机的功率N P;N P=k m N/ηP (Kw);式中: k m-------功率储备系数(k m=1.05-1.5)ηP-------原动机的效率;4.泵的总效率: 有效功率N e与轴功率N之比η= N e/N=ηvηhηm式中: ηv-------泵的容积效率ηh------ 泵的水力效率;ηm-------泵的机械效率;三、往复泵工作特点:1. 瞬时流量是脉动的;2. 平均流量是恒定的;往复泵的流量不能用排出管路上的阀门来调节，而应采用旁路管或改变活塞的往复次数、改变活塞的冲程来实现。
凸轮转子泵与螺杆泵的比较
凸轮转子泵与螺杆泵的比较一、类型比较容积泵目前有下列种类：齿轮泵、螺杆泵、罗茨泵、旋转活塞泵、滑片泵、挠性叶轮泵等。
凸轮式转子泵与螺杆泵同属于容积泵中的转子泵。
均适用于输送中高粘度的物料，气体、液体、固体三相混合的物料及要求低剪切的物料。
螺杆泵在1932年由法国工程师Moineau发明，并由德国PCM泵公司制成产品。
螺杆泵问世解决了此前流程工艺中的中高粘度、气液固三相混合及要求低剪切的物料输送难题，其制造工艺及技术相对成熟，产品应用范围广，但其结构中因橡胶定子的工艺缺陷（橡胶衬套为易损件），一直是螺杆泵在应用中的困扰。
凸轮式转子泵是综合齿轮泵、罗茨泵及旋转活塞泵的优点的新产品，为螺杆泵、齿轮泵及旋转活塞泵的换代升级产品，有效的解决了螺杆泵存在的问题；其结构及工作原理简易图如下：二、泵体结构比较螺杆泵的泵体内由金属转子和橡胶定子组成，金属转子旋转并与橡胶定子啮合，输送介质被螺杆上的螺旋槽带动，由轴向排出。
在运转过程中金属转子与橡胶定子接触并产生滑动摩擦，导致螺杆泵的橡胶定子属易损件。
凸轮式转子泵泵体内有两根轴，主动轴通过斜齿轮带动从动轴，从而带动泵头内与两轴连接的两个相互啮合的金属转子，被输送的介质由转子运转所产生的容积变化被吸入和排出泵体。
在运转过程中转子与转子、转子与泵体保持一定间隙，转子与转子、转子与泵体之间无滑动摩擦，理论上凸轮式转子泵的泵体内无易损件（但实际上，由于物料流动的反向作用，对转子和泵体有一定磨损）。
三、凸轮式转子泵与螺杆泵的优缺点螺杆泵的优点：应用时间长，操作应用熟练，转速低，可提供高压力的输送（压力可达20Mpa）。
螺杆泵的缺点：泵体内橡胶定子属易损件，后期使用费用高，更换橡胶定子及密封件需将泵体从管路中拆下来，维护检修麻烦。
凸轮式转子泵的优点：转速低，泵体内无易损件，检查泵体及更换密封件时不需要将泵体从管路中拆下来，维护检修方便。
凸轮式转子泵的缺点：新产品，操作应用需指导（不同使用介质建议先验证），输送压力较低，一般为1.6Mpa以下。
往复泵曲轴受力分析
所示 引。
③⑤一②③⑤ ②⑤ ②④⑤一②④ ①②④一
关键词
五缸
曲轴 Ｔ １ ３３ Ｈ ２ ．；
受力分析 有限元 文献标志码 Ａ
中图法分类号
目前 往复泵 大 多 是三 缸 泵 ， 积大 ， 量 重 ， 体 质 安
装拆卸都 不方便 ， 且 由于 实 际作 业 要 求往 复 泵 朝 而 着 大功率 ， 大排量 方 向发 展 。五缸 泵 相 比同功 率 三 缸泵 有体 积小 ， 量 轻 ， 质 运移 方 便 等优 点 ， 因此 发展 迅速 。 曲轴是 往 复泵 内的重 要 基础 零 件 ， 何外 形 几 复杂 ， 到周期 循 环外 力 作 用 ， 受 用材 料 力 学 ， 理论 力 学等知 识对其进 行 应力 计 算难 以实 现 ¨ ， 过对 曲 Ｊ通
⑥
２ １ Ｓ ｉ ｅｈ Ｅ ｇｇ ０ ０ ｅ Ｔ ｃ． ｎｎ． ．
往 复 泵 曲轴 受 力分 析
汪 历 孙 付 春
（ 成都大学 ， 成都 ６ｏ ｏ ） １ １６
摘
要
五缸往复泵相 比同功率三缸 泵具有体积小 ， 移方便等优 点， 运 五缸 泵 由于考 虑到平衡 ， 曲轴上 曲拐 的分布上具有 在
轴 工况及 运动分 析 ， 曲轴 在 各 个角 度 时 受 到 的外 对
／＿ 一一 ＿
、～ ～，
．
力进 行 计 算 ， 用 有 限元 方 法 对 曲轴 进 行 强 度 分 运 析 。为 曲轴 设计 和优化 提供有 力参考 依据 。 对 于机构 的运 动 学受 力 分 析 来说 ， 义 方 向是 定 相 当重要 的 。本 文 把 上及 左 定 义 为 正 方 向 ， 图 １ 如 中的 Ｙｚ 向。 曲轴 各个相 邻 曲柄 之 间的角 度 间隔 ，方 为 １４ 。传 统 三缸 泵 曲轴 相 邻 曲柄 的角 度 间隔 为 ４。
各类开口机构特点及性能比较
神马是开口 机构
I.凸轮和连杆式开口机构 各类 开口 机构 凸 特 轮
和 点及 连 杆 性能 式 比较 开 口 机 构 I. 有哪些分 类呢？
1 1.1 1.2 2 2.1 2.2 2.3
消极式开口机构 综框联动式凸轮开口机构
弹簧回综式凸轮开口机构
积极式开口机构
共轭凸轮开口机构
沟槽凸轮开口机构 连杆开口机构
2. 积 极 式 开 口 机 构
特点
2.3连杆开口机构称曲
2. 3 连 杆 开 口 机 构
优点:结构简单，不易磨损,制造容易 1.曲柄连杆式开口机构可以调节成清晰或不清晰梭口，由于整 个开口时间内综框没有静止时间，所以避免了柔性冲击而高速适 应性好。 2.综框在最低位置时的相对静止时时间大于综框在最高位置时的 静止时间，故当梭口开足时，下层经纱运动较平稳，有利于引纬。 3.在综平位置时，综框运动速度较大，这样有利于分开经纱．开 清梭口。减少跳纱疵点，而且综平前后经纱张力较小，虽综框运 动迅速．但不造成经纱断头。
电子多臂开口机构
（ 2） 电 子 多 臂 开 口 机 构
优点：纹板制备 简单，适于高 速，品种适应 性好。
工作原理 1）当两电磁铁全有电流时两 电磁铁分别将下拉钩吸出，失去 对上拉钩的控制能力。拉刀及拉 钩运动不能引起综框的运动。 2）当一个电磁铁失电后，下 拉钩在弹簧作用下，进入上拉 钩工作区。
各种织物使用辘轳式吊综法示例：
1. 消 极 式 开 口 机 构
1. 1 综 框 联 动 式 凸 轮 开 口 机 构
1 2 3 4
1 2 3 4
两页式
三页式
四页式
(1)运动形成：
梭口高度由凸轮的大小半径之差及踏综杆作用臂的长短
往复泵的工作原理及性能特点和应用
往复泵的工作原理及性能特点和应用往复泵是最早应用于实际工程中的一种液体输送机械，属于容积式水泵的一种，它是利用蒸汽往复泵体工作室容积周期性地改变来输送液体并提高其能量。
由于泵的主要工作部件(活塞与柱塞)的运动为往复式，故称为往复泵。
目前由于离心泵的广泛应用，使往复泵的应用范围已逐渐缩小。
但由于往复泵具有在水压急剧变化时仍能维持流量几乎不变这一特点，故往复泵仍有所应用。
1.工作原理当柱塞通过曲柄连杆机构带动向右移动时，泵缸内容积逐渐增大，压力降低，上端的压水阀3被压而关闭，下端的吸水阀4便在吸水液面上大气压力作用下而打开，液体经吸水管进人泵缸，直到柱塞移动到右端顶点为止，完成了吸水过程。
当柱塞从右端顶点向左移动时，泵缸容积逐渐减小，压力升高，出水阀受压被顶开，吸水阀被压而关闭，直到柱塞到达左端顶点为止，由此将水排出，进人压水管，完成了压水过程。
如此往复运动，水就间歇而不间断地由吸水管吸入泵缸再由压水管排出。
柱塞往复一次，泵缸只吸人和排出一次水，这种泵称为单作用往复泵，也称单动泵。
若活塞往复一次，泵缸完成两次吸水和排水，这种泵称为双作用往复泵，也称双动泵。
往复泵的流量与柱塞的冲程有关，如果柱塞单位时间内的往复次数恒定，则可以通过调节柱塞的冲程来改计量泵的流量。
计量泵就是利用调节冲程的调节器来显示流量。
在水厂的自动投药系统中，可直接利用柱塞计量泵作为混凝剂溶液的投加设备，泵在投加药液的同时还能对所投加药液量进行较精确地控制。
柱塞计量泵实际上是一种流量可以调节控制的柱塞式往复泵，流量的大小借助改变柱塞的行程和往复次数来进行调节。
2.扬程往复泵的扬程是依靠活塞的往复运动，将机械能以静压的形式直接传给液体。
因此，其扬程与流量无关，理论上可达到无穷大值，这是它与离心泵不同的地方。
它的实际扬程仅取决于管道系统所需要的总能量及水泵本身的设计强度，即包括管道系统静扬程Hst，吸、压水管道中的总水头损失。
3.往复泵的性能特点和应用往复泵的性能特点可归纳为：①往复泵是一种高扬程、小流量的容积式水泵，可用作系统试压、计量等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
出都极为不利 。
而对凸轮机构 3 缸单作用恒流量往复泵来说 ,
柱塞运动分为 3 个阶段[3 ] : 匀加速运动 、匀速运 动 、匀减速运动 。在凸轮转角 < =π/ 3 ～ 2π/ 3 或 4π/ 3～ 5π/ 3 时 , 加速度 a = 0 , 则惯性负荷也为
零 ; 在其余范围内 , 加速度 a 值的大小始终不变 , 惯性负荷也不变 。在整个凸轮转角 [0 , 2π] 范围
1 - 液力端 ;2 - 柱塞 ;3 - 介杆 ;4 - 十字头 ;5 - 连杆 ;6 - 曲柄 图 1 曲柄连杆机构往复泵工作简图
凸轮机构往复泵的柱塞运动规律是等加速 - 等 速 - 等减速运动规律的组合[3] , 其曲线形状是等 腰梯形 。根据文献 [ 3 ] 位移公式 , 可推导柱塞运 动速度及加速度公式如下 。
·12 ·
江 苏 石 油 化 工 学 院 学 报 2002 年
δQ =
Q泵max - Q泵min Q 理均
(10)
式中 : Q泵max为总管内瞬时流量的最大值 , Q泵min
为总管内瞬时流量的最小值 , Q理均 为总管内理论
平均流量 。
Q吸 = - 3 A S 0 n = 常数
支管内还是总管内 , 其流量总是瞬变 、波动的 , 常
用瞬时流量最大差值与平均流量的比值表示流量不
均匀程度 , 以 δQ 表示 , 则 :
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
速度是离散的 , 但在匀加速段或匀减速段的加速度
始终是一个常数 , 加速度幅值用 a凸max表示如下 :
a凸max
=
9ω2 S 0 2π2
(7)
在冲程长度和泵轴转速 n 相同 , ω = 2πn 时 ,
二者之比为 :
a凸max∶a曲max = 1∶π3 2 (1 +λ)
(8)
以 3 缸单作用往复泵为例 , 曲柄连杆比取设计
柱塞运动速度 v 越大 , 则阀的升程越大 。凸
轮传 动 机 构 恒 流 量 往 复 泵 的 最 大 柱 塞 运 动 速 度
v凸max :
v 凸 max
=
3
S 0ω 2π
(14)
曲柄 连 杆 机 构 往 复 泵 的 最 大 柱 塞 运 动 速 度
v曲max :
v曲max =
S 0ω 2
(15)
若在 A 、 C 相同的情况下 , 凸轮传动机构恒
长期以来 , 人们对传统的曲柄连杆机构往复泵 进行了深入的研究 , 并取得了许多积极的成果 , 为 设计 、制造 、使用 、维护往复泵奠定了重要的理论 基础 。但也认识到传统的曲柄连杆机构往复泵所决 定的运动与动力特性局限了它的应用范围及其发 展[1 ] 。例如 , 在油田 3 次采油注聚合物驱油工艺 中 , 曲柄连杆机构往复泵对聚合物的降解较为严 重 , 大大影响了驱油效果 。以凸轮机构为动力端的 恒流量往复泵 , 正是在此情况下发明成功的 。由于 动力端采用的结构型式不一样 , 使得往复泵的性能 也发生了重要改变 。
内位移和速度都是光滑连续的 , 而加速度在 < = 0 、 π/ 3 、2π/ 3 、4π/ 3 、5π/ 3 处 有 突 变 , 但 均 为 有 限
值 。因此柱塞运动采用等加速 - 等速 - 等减速组合
运动规律时 , 无刚性冲击存在 , 但有柔性冲击 。加
速度有突变 , 由此必然导致从动件系统包括柱塞 、 介杆 、复位框架等运动件的惯性力突变 。特别是凸 轮转速越高 , 即泵的冲次 (泵轴转速) 越高 , 突变 幅度越大 , 柔性冲击越严重 。因此柱塞采用等加速 - 等速 - 等减速组合运动规律时 , 不宜作高速运 转。
条件 , 限制了往复泵使用范围及发展 。 而对于恒流量往复泵来说 , 在任一时刻 , 以相
位角 2π/ 3 的 3 个缸支管内瞬时流量相叠加 , 可得 总管流量曲线为一条直线 , 其流量不均度为零[3 ] 。
根据各缸柱塞运动速度以及吸入与排出情况的交替
变化情况 , 以凸轮转角 < 为统一自变量 , 则得出 叠加后总管内排出与吸入流量表达式为[3 ] :
经验值 λ= 11414 计算 , a凸max∶a曲max = 1∶11251 。
因此在相同参数下 , 凸轮机构恒流量往复泵匀
加速段或匀减速段的加速度比曲柄连杆传动往复泵
要小 2511 %左右 。加速度减小了 , 惯性力也就减 小了 , 从而改善了往复泵的动力特性 。
3 吸入与排出性能的比较
曲柄连杆机构往复泵的单缸流量表达式为 :
根据弹性冲击理论可以推导出 , 阀盘对阀座的 最大冲击力为 :
Fmax = v max
m KT 2
(16)
式中 : Fmax为阀盘对阀座的最大冲击力 ; v max为阀
盘下落到阀座时最大速度 ; KT 为相互冲击物的弹
第 14 卷 第 4 期 2002 年 12 月
江 苏 石 油 化 工 学 院 学 报 JOURNAL OF J IAN GSU INSTITU TE OF PETROCHEM ICAL TECHNOLO GY
Vol114 No14 Dec12002
文章编号 : 1005 - 8893 (2002) 04 - 0010 - 04
为位移 , < 为曲柄转角 , ω为曲柄角速度 。当 < 在
[0 , π] 范围为吸入冲程 ; 当 < 在π～2π范围内为
排出冲程 。
1 柱塞运动规律的比较
通过对柱塞运动规律的比较 , 反映了凸轮机构 恒流量往复泵与曲柄连杆机构往复泵运动特性的差 别 。根据文献 [ 1 , 2 ] , 结合图 1 所示曲柄连杆机 构往复泵工作简图 , 我们很容易推导出曲柄连杆机 构往复泵的柱塞运动规律 , 分别用位移 s 、速度 v 及加速度 a 表示 :
411 阀盘最大升距 hmax
按照泵阀运动研究成果和连续流原理 , 假定单 个液缸内活塞每一瞬时排出或吸入的液体全部经过 阀隙走 , 则阀盘升距 h 的表达式为[1 ] :
h
=
A C
v
(13)
式中 : v 为柱塞运动速度 , A 为柱塞截面积 , h 为
阀盘的升距 , C 为与泵阀结构有关的常数 。
图 2 曲柄连杆机构 3 缸单作用往复泵瞬时流量与总管内叠加 流量曲线
在不考虑曲柄连杆比情况下 , 可计算出以曲柄 连杆机构为动力端的各种型式往复泵的流量不均度
δQ , 如表 1 所示 。
表 1 曲柄连杆机构往复泵流量不均匀程度δQ
缸数 型式 δQ
单缸 单作用 双作用 31140 11570
速度 。
从方程 (1) 可以看出位移 s 、速度 v 及加速
度 a 等变量均相应的按近似于正弦或余弦规律变
化 。特别是当曲柄转角 < = 0 时 , 位移 s 、加速度
a 达到最大值 , 刚好发生在吸入过程的始点 , 而且 当 < 在 [0 , 2π] 整个范围加速度 a 始终是变化的 ,
也必然引起惯性负荷的变化 , 无论对泵的吸入或排
连杆往复泵流量是瞬变的 , 管线内液流始终是受到 冲击和震荡 , 从而引起系统的压力波动也是瞬变 的 。由此引起整机振动大 、噪音高 。由于管线中液
流速度 、加速度均是瞬变的 , 而且泵速越高 , 加速 度越大 , 液流惯性损失也越大 , 且最大值刚好发生 在吸入过程的始点 , 恶化了往复泵的自吸性能 , 恶 化了泵阀 、柱塞 、柱塞密封圈等运动密封件的工作
Ξ 收稿日期 : 2002 - 06 - 10 作者简介 : 董怀荣 (1969 - ) , 男 , 江苏盱眙人 , 高级工程师 , 从事石油 、化工机械的研究与设计工作 , 主要研究方
向是流体工程及设备 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
Q = A v = ±A rω ( sin < + 1/ 2λsin2 <)
(9)
式中 : A 为柱塞面积 , “ + ”表示排出 , “ - ”表
示吸入 , 其余符号同前 。
曲柄连杆往复泵 3 个缸支管内瞬时流量 Q1 、 Q2 和 Q3 曲线以及它们叠加结果如图 2 所示 , 以
排出总管内排出流量 Qd 为例 , 吸入总管内吸入流 量曲线与此类似 。曲柄连杆机构往复泵无论是单缸
双缸 单作用 双作用 11570 01314
3缸 单作用 01141
4缸 单作用 01314
从使用观点看 , 流量不均度越小越好 。因为流 量越均匀 , 管线中液流越接近稳定流动状态 , 引起 的压力脉动越小 , 这有助于减小管线振动 , 使泵工 作平稳 。
流量不均度也反映了压力波动情况 。由于曲柄
(11)
Q排 = 3 A S 0 n = 常数
(12)
式中 : Q吸 为吸入总管内流量 , Q排 为排出总管内
流量 。
在整个凸轮转角 [ 0 , 2π] 范围内 , 吸入与排
出总管内流量始终保持常数 , 输送的液体在吸入与
排出管内是稳定的匀速流动 , 流量不均度为零 , 没
有波动和振荡 。
4 泵阀工作特性比较
董怀荣等 1 凸轮机构往复泵与曲柄连杆机构往复泵性能对比分析
·11 ·
凸轮转角 < 在 [0 , π] 范围时 :
9 S 0ω 2π2
<
<∈ 0,
π 3
v=
3
S 0ω 2π
<
∈
π 3
,
2π 3
(2)