第二章往复泵

h
H H H i H hv
Ne QH vh N i Qi H i
（三）泵的转化效率：
i
（四）泵的机械效率：
Ni m N
（五）泵的总效率：
Ne Ne Ni v h m N Ni N 一般 0.7 ~ 0.8
三、 泵的驱动功率
第一章 往复泵
§1-1 往复泵的工作原理及其分类
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
一、 往复泵的工作原理
x r (1 cos ) u r sin a r cos
2
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 4、按往复次数分 5、按压力大小分 ：单缸、双缸和三缸 ：低速泵、中速泵和高速泵 ：低压泵、中压泵和高压泵
Nm Km N
当 N m 4 KW 时， K m =1.2~1.5; 当 N m 4 KW 时， K m =1.05~1.2。
§1-5
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：V ' Vmax Vmin t Q' dt Qsh (t 2 t1 ) 因：
H hL
§1-4
往复泵的功率和效率
W
一、往复泵的功率
（一）泵的有效功率： Ne Q H
或
Ne p2Q
N Ne
W
（二）泵的轴功率：

W
（三）泵的转化功率：
N i Qi H i
W
二、 往复泵的效率
（一）泵的容积效率：
v
Q Q Qi Q Q
（二）泵的水力效率：
§1-7
往复泵的构造
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
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
2
LS c s S s cs ds 2g 2g
2
2
2
2 1 2 x x LS L F u 2 2 c 2 Ks r ( ) ( S s ) s ( S S s )( ) ds 2g ds FS 2 g 2g r r
（五）吸入阀的损失水头 hvs
则： H Q 2
三、往复泵与管路的联合特性
四、往复泵的临界工作特性
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、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、如果管路的耐压强度底，以管路的耐压强度为临界工作条件
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
P1 P2P3P4 P5
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
p2
zs
p1
2 c p p c 1 hi hL hvs z z 2g 2g
2
整理后可得吸入过程液缸内压头变化的关系式：
在往复泵中，活塞运动的速度是变化的，因此，液流量是不稳定 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：
z1
c
2 c p2 2 1 z2 hi 2g 2g
2
p1
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 hi 产生的，称为惯性水头，即：
u2 ( zs hi hL hvs ) 2g 下面逐项分析式中各项与活塞位移x关系： （一） pa , zs 和 值 在确定的工况下均为定值，它们与活塞位移x无关。 ps pa
u2 （二）速度水头 2g
2 2 2 2 2 u2 1 r r 2 x x (r sin )2 (1 cos2 ) ( 2) 2g 2g 2g 2g r r
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。
' ' Qth Q thmin Q max Qth
一般取值如下表：
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： Q Qth m3 / s 1, 一般 0.85 ~ 0.98 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。
t2
1
t
t
t 2 t1
V ' 2

2
th
所以：
则：
1

( 2 1 )
1
1

( 21

180
0
)
1
FSn 1 F r sin d ( 21 ) 0 60 180
2Fr cos
Fr

( 21
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 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
双缸单作用
三缸单作用
四缸单作用
3.曲轴箱的结构 有剖分式与整体式
（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
（三）惯性水头 hi
hi his Ls F d r sin Ls F r 2 cos Ls F r 2 (1 x )
s FS dt s FS s FS r
（四）阻力水头 hL
hL hLS hLS 1 hLS 2
（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、BW-250型泥浆泵
三、BW-100型泥浆泵
四、BW-1200型泥浆泵
五、 附件
1、空气室
2.卸荷阀 3.安全阀
§1-2
往复泵的流量
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。
zFSn 对于单作用泵: Qth 60
m /s
3
z( 2F f ) Sn Qth 对于双作用泵： 60
m3 / s
二、理论瞬时流量及流量不均匀度
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:
zFSn Qth 60
m3 / s
双作用泵泵理论泵量：
z( 2F f ) Sn Qth 60
m3 / s
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
往复泵的压头
一、实际液体不稳定流的伯努利方程
P
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：
H hL hLs hLd ls ld 1 1 1 1 2 [( s s ) (d d ) ]Q ds Fs 2 g dd Fd 2 g ls ld 1 1 1 1 (d d ) 令：( s s ) ds Fs 2 g dd Fd 2 g

180
0
0
)
Fr ( 2 cos 1 21

180
)
空气室对应于预压力的气体平均容量V0, 按等温过程有：
V 'm pm FS pm V0 p0 P p0
一般空气室的体积V为：
V (1 ~ 1.5)V0
§1-6
往复泵的工作特性及其运行
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 实际上往复泵的泵量随泵压的上升，由于泄漏量的增加 而有所减小。 Q Qtp Q 0
1 s2 dc hi ds s g 1 dt
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 a 的变动加速度 a 不变，则惯性水头为： hi L g 因此，实际液体不稳定流的伯努利方程为：
2 p c p z1 c1 1 z2 2 2 hi 1 2 hL1 2 2g r 2g r 2
Q'th F r sin
或
Q th/ s
FSn
60
sin
往复泵每个液缸有杆腔排送液体的理论瞬时流量又可为：