2DY—8-4型電動往復泵設計含12張CAD圖

2DY—8-4型電動往復泵設計含12張CAD圖,dy,電動,往復泵,設計,12,十二,cad 2DY—8/4型電動往復泵設計 摘 要 該畢業(yè)設計是對2DY—8/4型電動往復油泵的設計。往復泵是一種發(fā)展較早的動力機械，它是依靠活塞或者柱塞在液缸體工作腔內做往復運動，使得工作腔容積發(fā)生周期性變化來達到實現(xiàn)輸送液體的目的的。從原理上講，它是一種能量轉化裝置，把機械能轉化為壓力能。在理論上，往復泵的流量與排出壓力無關，只取決于工作腔容積變化量以及在單位時間內循環(huán)變化的次數(shù)。本次設計的往復泵為雙缸雙作用電動往復泵，主要由動力部分、傳動部分、液力端部分三部分構成。在活塞、泵閥、液缸體設計計算過程中參考了往復泵設計的相關文獻，并且通過對已知資料數(shù)據(jù)的研究分析，最終完成本次設計。 關鍵詞：電動往復泵；活塞；泵閥；設計 The design of 2DY -8 / 4 electric reciprocating pump Abstract The graduation design is about 2 DY - 8/4 type electric reciprocating pump design. Reciprocating pump is a kind of early developed mechanical power.It is depend on the piston or plunger work in hydraulic cylinder cavity do reciprocating motion,Making periodic changes in working volume to achieve the purpose of conveying liquid.In principle, it is an energy conversion device, the mechanical energy is converted into pressure energy.In theory, the reciprocating pump flow has nothing to do with the discharge pressure, only depends on the working chamber volume variation, and changes in unit time cycle times.The design of reciprocating pump as the two-cylinder double-acting electric reciprocating pump, mainly by the power part, drive part and hydraulic part three parts. In piston, valve and hydraulic cylinder design and calculation process of reference literature about the design of reciprocating pump, and based on the research of the known data analysis, to complete the final design. Key word ：Electrically operated reciprocating pump；Pump valve；Piston；design  目 錄 摘 要 I Abstract II 緒 論 1 第一節(jié) 課題來源背景 1 第二節(jié) 課題研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1 第三節(jié) 課題研究目的和意義 3 第四節(jié) 設計流程和資料查閱 4 第一章 往復泵基本介紹 5 第一節(jié) 往復泵的結構和工作原理 5 一、往復泵的結構 5 二、往復泵的工作原理 5 第二節(jié) 往復泵的特點和分類 6 一、往復泵的特點 6 二、往復泵的分類 7 第二章 往復泵設計基本參數(shù) 9 第一節(jié) 泵的流量 9 一、理論流量 9 二、實際流量 9 三、泵的容積效率 10 第二節(jié) 泵的壓力 10 一、排出壓力 10 二、吸入壓力 10 三、全壓力P 10 第三章 往復泵總體設計 11 第一節(jié) 泵型及總體結構形式選擇 12 一、電動泵 12 二、臥式泵 12 三、聯(lián)數(shù)，缸數(shù)和作用數(shù) 13 第二節(jié) 液力端結構形式的選擇 13 一、活塞泵液力端 14 第三節(jié) 傳動端結構型式選擇 15 第四節(jié) 主要結構參數(shù)的選擇與確定 15 一、容積效率的選擇 17 二、活塞平均速度um的選擇 17 三、活塞每分鐘往復次數(shù)n和行程長度S 18 四、活塞直徑D的確定 18 五、程徑比Ψ=S/D的選擇 19 六、活塞桿直徑Dr的選取 19 七、吸入和排出管內徑d1、d2的選取 20 第四章 液力端主要零部件設計 22 第一節(jié) 液缸體 22 一、液缸體結構特點及選擇 22 二、液缸體壁厚確定及強度校核 23 第二節(jié) 泵閥設計 24 一、泵閥的結構和工作原理 24 二、泵閥設計的一般原則 25 三、泵閥的種類及結構型式的特點和選擇 26 四、泵閥的設計計算 26 第三節(jié) 活塞、活塞桿、活塞環(huán) 31 一、活塞 31 二、活塞桿的設計與計算 33 三、活塞環(huán) 39 第四節(jié) 活塞桿的密封 43 一、活塞桿密封方式選擇 43 二、填料密封主要特點和填料箱結構設計 44 第五章 傳動端主要零部件設計 47 第一節(jié) 曲軸 47 一、曲軸的結構特點和選擇 47 二、曲軸的結構設計 48 第二節(jié) 連桿和軸瓦設計 49 一、連桿結構型式特點 49 二、連桿結構設計 50 三、連桿螺栓 51 四、連桿大頭軸瓦 52 五、連桿小頭襯套 52 第三節(jié) 十字頭 53 一、十字頭的結構型式和特點 53 二、十字頭結構設計 53 第六章 動力計算 56 第一節(jié) 原動機的選擇 56 一、原動機功率ND的選擇與確定 56 二、往復泵原動機選擇 57 第二節(jié) 帶傳動設計 60 一、傳動帶設計 60 二、帶輪結構設計 62 三、平鍵的選擇及強度校核 63 第三節(jié) 傳動軸設計 64 第四節(jié) 齒輪傳動機構設計 65 第五節(jié) 曲柄連桿機構的受力分析 71 一、曲柄連桿機構運動規(guī)律及慣性力 71 二、作用力分析 72 第七章 空氣室及潤滑 75 第一節(jié) 空氣室 75 一、空氣室的工作原理 75 二、空氣室的結構型式及特點 75 三、空氣室的安裝 76 四、空氣室的計算和主要結構尺寸的確定 76 第二節(jié) 往復泵的潤滑 77 結束語 80 參考文獻 81 致謝 82 緒 論 第一節(jié) 課題來源背景 隨著全球經濟的發(fā)展，地球上更多的有限能源在被燃燒利用，水資源和液體能源更是成為慢慢減少的一種人類賴以生存的重要資源，如何更有效的利用有限的資源和能源已經早已成為一門重要的課題方向。往復泵是泵類產品中出現(xiàn)最早的一種，至今已有2100多年的歷史。近代泵，自意大利拉梅利發(fā)明滑片泵至今，泵已發(fā)展到5000多個品種，跨越了433年歷史長河。而泵的機器制造，即泵產業(yè)，自1790年至今也有整整243年歷史。往復泵是容積式泵的一種，它是依靠在泵缸內作往復運動的活塞或柱塞來改變工作室的容積，從而達到吸入和排出液體的。由于泵內主要運動部件活塞和柱塞的運動為往復式的，因此稱它為往復泵。往復泵的突出優(yōu)點是：輸送介質十分廣泛，吸入性能好、效率高、流量大，可獲得很高的排出壓力并且流量與壓力無關，因此特別適合于要求大負載的場合。缺點是結構復雜，尺寸體積、占地空間大，配套性能強但是通用性差。在當今能源緊缺的形勢下，往復泵作為節(jié)能產品，在大型船舶、石油開發(fā)、水利水電、管道輸送、煤氣化工、電站排渣和礦山開采等國防和民用領域起到重要的作用。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術要求的不斷提高，往復泵也朝著高速、重載、高強度、輕量化和低震動等方向發(fā)展。因此，針對往復泵的實用性方面提出本次2DY—8/4型電動往復泵設計的課題。 第二節(jié) 課題研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 往復泵產品所適用的工況通常是普通離心泵類產品所不能滿足的一些特殊工況，因此往復泵的用途十分廣泛。 1.往復泵適用于輸送流量較小、揚程較高的各種介質，尤其是特殊性介質，往復泵的用途如高黏度、高腐蝕性、易燃、易爆、有毒介質。當流量小于1OOm3/h、排出壓力大于9.81MPa時，更能顯示往復泵具有較高效率和良好的運行特性。 2.在石化工業(yè)中，合成橡膠、合成塑料、合成纖維、合成氨生產中，往復泵的用途主要用來加壓輸送液體原料、催化劑以及各種工藝介質，如尿素生產中需要用往復式的高壓甲胺泵、液氨泵，其排出壓力達到21.6~?34.3MPa，合成氨生產中需用輸送銅液的電動往復泵等。 3. 在石油工業(yè)中，鉆井泥漿泵和油井壓裂用泵是鉆探和采油工程方面必不可少的設備，高壓注水泵、注聚合物泵都是油田為提高原油產量而采用的二次采油工藝和三次采油工藝中的關鍵裝備，隨著石油工業(yè)的發(fā)展，近海和深海油田的大量開發(fā)，管道的輸送增加，往復泵逐漸向高壓、大功率方向發(fā)展。 4. 往復式雜質泵在大功率、大流量、遠距離、輸送懸浮固體物的過程中，起著十分關鍵的作用，其功率達2200kW。往復泵的用途在采煤、采礦工業(yè)中輸送煤漿、金屬礦漿，在建筑業(yè)中輸送混凝土，在火電站輸送灰漿，在很多場合得到廣泛應用。 5. 往復泵作為大型鍛壓機械的主要動力設備，要求提供的工作介質壓力高、流量大、且流動脈動小。往復泵的用途還主要用于輸送乳化液、清水、液壓油；產品參數(shù)范圍：壓力為20~?40mPa，流量為12~?90m3／h，配帶電動機功率為l00一750kW。 6. 往復泵的用途還作為高壓清洗及水力切割用動力源，此類產品多為三缸或單缸柱塞往復泵，一般為間歇式工作因此泵速較高，泵體積小，重量輕，其工作壓力可達150MPa． 7. 柱塞式往復泵，在化工流程中也具有廣泛用途。這種泵除了輸送液體以外，還具有連續(xù)測量的功能和控制器的作用。因此許多部門把計量泵作為一種精密質工業(yè)儀表使用，計量泵特別適用于將一種或多種介質按一定比例進行混合。計量泵根據(jù)液力壓送元件的結構分為柱塞式計量泵、機械隔膜計量泵和液壓隔膜計量泵等幾種。 總之，往復泵的用途在各行各業(yè)都具有廣泛用途。 從今后發(fā)展的角度來看，盡管往復泵原來占據(jù)的位置有不少已被其它類型泵所取代，其產量也很少，但這并不意味著往復泵有全部被取代的趨勢。實際情況是：在各類型泵的生存與競爭中，則是更加突出地發(fā)揮了它們各自的特長，顯示其本身的優(yōu)越性，從而更好地為國民經濟、為四個現(xiàn)代化服務。由此可知，要想求得往復泵的生存與更進一步的發(fā)展，從根本意義上來講，就是要揚長避短，充分發(fā)揮往復泵本身的優(yōu)勢。這就是說： 第一，要充分發(fā)揮往復泵配套性強、適應介質廣泛的優(yōu)勢。 對于其它任何一類泵來講，它所適應的介質都要受到限制。例如，離心泵就不能適應粘度很高的液體；轉子泵則通常不能適應于化工介質。而目前隨著石油化工、化學工業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生等部門生產技術的發(fā)展，使得輸送介質的名目繁多、性狀各異。有些介質對其它類型泵來講，就不能適應，但對往復泵來講，因為它原則上不受介質的物理和化學性能的限制，可見，往復泵是大有用武之地的。 第二，要充分發(fā)揮往復泵在流量比較小而排出壓力又很大情況下，它的整機效率高、運轉經濟性好的優(yōu)勢。 上述兩點，往往不被使用部門所重視。他們往往是過分地注意了往復泵體積較大、結構較復雜、瞬時流量又脈動這些缺點，而忽視了這類泵的特長，因此常常習慣于選用其它類型泵。他們不了解這些泵正是因為對某些介質不能適應或者在壓力高、流量小的范圍內不可能有較高的效率這一弱點，于是歷經數(shù)年，幾經周折，最后又不得不回到往復泵這一選型上來。由此可見，在當前世界性能源危機、強調以節(jié)能原則采用省能機械的現(xiàn)實面前，對于使用部門來講，如何正確地認識各類型泵的特點，如何正確地選型，是面臨的新課題；+對于從事往復泵研究、設計和生產的部門來講，如何正確地宣傳往復泵的特點，如何努力地發(fā)展新品種以滿足用戶的需要，是面臨的新任務。 特別是當排出壓力很高(高壓或超高壓)而流量又很小時，其它類型泵已經不僅是效率很低的問題，而是根本不能適用。因此，往復泵主要是在高壓或超高壓、流量小或比較小的范圍內發(fā)展新品種。在這一領域內，往復泵是獨占優(yōu)勢的。 第三、要充分發(fā)揮往復泵的流量恒定而且與排出壓力無關的優(yōu)勢。 往復泵這一特長是它成為計量泵選型的基礎，而計量泵這一新品種是隨著現(xiàn)代工業(yè)朝著自動化操作，遠距離自動控制這一發(fā)展形勢而出現(xiàn)的。由于計量泵這一新品種的出現(xiàn)，使得原來生產工藝由手工進行物料配比這一環(huán)節(jié)，被計量泵所代替，使物料配比實現(xiàn)了遠距離自動控制下的連續(xù)操作，并使物料配比更加準確無誤，從而為提高產品質量、降低成本、改善勞動條件。計量泵雖然只是從本世紀五十年代才興起的新品種，但是至今已經不僅是在石油、化工合成裝置上被廣泛采用，而且在水處理裝置、研究院所的中間試驗裝置以及化學分析儀器、醫(yī)藥、食品加工和礦井注漿堵水方面也已被廣泛采用。 當然，要求得往復泵的不斷發(fā)展，不僅要注意到充分發(fā)揮它的特長或優(yōu)勢，而且還要不斷地克服它的缺點。為此，就必須加強技術基礎的研究、不斷地提高產品質量、注意采用新技術、新材料、新工藝，以及在保證產品好用、耐用的同時，要力求結構簡單、操作方便、體積小、重量輕和外形美觀。 第三節(jié) 課題研究目的和意義 往復泵的用途廣泛，能夠在各種不同工作環(huán)境和工作條件下穩(wěn)定運行，這是其他類型泵所達不到的。往復泵在石油礦場中廣泛應用于石油鉆井、酸化壓裂、注水等生產中。無論是在工業(yè)或農業(yè)、陸上和海上、國防與民用、科研與生產等各個部門，仍然是作為一種不可缺少的品種被廣泛地采用著，是一類品種多、批量少，而通用化程度較低、專業(yè)配套性很強的產品。它常常是隨著某一生產工藝的需要而產生，又隨著這一生產工藝的重大改革或取消而更新或淘汰。當這種生產工藝長期穩(wěn)定時，也有基本上適應這一工藝需要的定型產品。隨著石油工業(yè)對往復泵的要求越來越高，往復泵向著輸出壓力高、流量大、制造和維修方便、流量壓力脈動小、體積和重量小等方向發(fā)展。在當今電氣信息時代，傳統(tǒng)的機械動力往復泵因為工作環(huán)境受到限制，在長距離、頻繁起停、需要遠程操作自動化控制場合，電動往復泵發(fā)揮著不可替代的作用。 第四節(jié) 設計流程和資料查閱 畢業(yè)設計是工科類學校機械設計制造及其自動化專業(yè)教學培養(yǎng)目標中所必須重視的環(huán)節(jié)，目的是培養(yǎng)和鍛煉我們獨立思考和解決問題的能力，使我們了解和熟悉機械行業(yè)科學的設計工作方法。并在畢業(yè)設計過程中檢驗我們對大學四年專業(yè)課知識的掌握運用程度，為即將畢業(yè)走入社會找工作打下一個堅實的基礎。畢業(yè)設計的目的主要是培養(yǎng)學生綜合運用所學理論知識和技能，分析解決實際問題的能力、培養(yǎng)我們掌握設計的思想和方法，樹立嚴肅認真的工作作風、培養(yǎng)我們調查研究、查閱技術文獻、資料、手冊以及編寫技術文獻的能力。通過畢業(yè)設計，要求我們在指導教師的指導下，獨立完成所分擔的設計課程的全部內容。這對我們今后走向工作崗位有很大的幫助。 這次設計主要是對2DY-8/4型電動往復泵零部件的設計，這是設計任務的重點。在這次設計中，做到獨立分析，互相討論，仔細認真地思考，充分發(fā)揮自己的才能，最終把畢業(yè)設計圓滿完成。在設計中，我查找了相關的資料，多次向指導老師詢問，和同學們激烈地討論，首先對電動往復泵總體型式進行了選擇；然后是活塞、泵閥、連桿、偏心輪軸等零部件的設計；一步步學習，一點點掌握，最終達到了畢業(yè)設計的目的。 作為一名即將畢業(yè)的機械專業(yè)畢業(yè)生，應當從現(xiàn)在開始做起，掌握更多的專業(yè)知識和實際操作能力。在指導老師的精心指導下，較為圓滿的完成了這次設計工作，由于學識和經驗不足，其中肯定會出現(xiàn)很多問題，不足之處懇請各位老師加以批評和指導。 第一章 往復泵基本介紹 第一節(jié) 往復泵的結構和工作原理 一、往復泵的結構 1. 往復泵結構如圖1所示，主要部件包括：泵缸、活塞、活塞桿、吸入閥、排出閥。其中吸入閥和排出閥均為單向閥。 圖1-1 往復泵原理圖 1-泵缸；2-活塞；3-活塞桿；4-吸入閥；5-排出閥 二、往復泵的工作原理 1. 活塞由電動的曲柄連桿機構帶動，把曲柄旋轉運動變?yōu)榛钊耐鶑瓦\動或直接由蒸汽機驅動，使活塞做往復運動。? 2. 當活塞從左向右運動時，泵缸內形成低壓，排出閥受排出管內液體的壓力而關閉，吸入閥由于受液體壓強的作用而打開，池內液體被吸入缸內。 3. 當活塞從右向左運動時，由于缸內液體壓力增加，吸入閥關閉，排出閥打開向外排液。 4. 往復泵是依靠活塞的往復運動而吸入和排出液體的。通常把活塞在缸內移動的距離稱為沖程。F單動泵，活塞往復運動一次，吸、排液交替進行，各一次，輸送液體不連續(xù)；雙動泵，活塞兩側都裝有閥室，活塞的每一次行程都在吸液和向管路排液，因而供液連續(xù)。 第二節(jié) 往復泵的特點和分類 一、往復泵的特點 往復泵和其它類型容積式泵的區(qū)別，僅在于它實現(xiàn)工作腔容積變化的方式和結構特點上：往復泵是借助于活塞（柱塞）在液缸工作腔內的往復運動（或通過隔膜、波紋管等撓性元件在工作腔內的周期性彈性變形）來使工作腔容積產生周期性變化的。在結構上，往復泵的工作腔是借助密封裝置與外界隔開，通過泵閥（吸入閥和排出閥）與管路溝通或閉合。往復泵這一實現(xiàn)工作腔容積變化的方式和結構特點，構成了這類類型泵性能參數(shù)和總體結構的一系列特點。這些特點也正是這類類型泵借以生存、競爭和發(fā)展的依據(jù)： 1. 瞬時流量是脈動的 這是因為在往復泵中，液體介質的吸入和排出過程（即容積變化過程）是交替進行的，而且活塞（柱塞）在位移過程中，其速度又在不斷地變化之中。在只有一個工作腔（單缸泵）的泵中，泵的瞬時流量不僅隨時間而變化，而且是不連續(xù)的；在具有多個工作腔（多缸泵）的泵中，如果工作腔的工作相位安排適當，則可減小排出集液管路中瞬時流量的脈動幅度，乃至可達到在實用上可認為是穩(wěn)定流的地步。當然，此時相應的泵的結構也就變得復雜了。也正因為如此，往復泵的工作腔不宜設置過多。因此，往復泵瞬時流量的脈動性也就不可避免，只不過因不同泵型其脈動程度有大有小而已。 2. 平均流量（即泵的流量）是恒定的 泵的流量只取決于工作腔容積的變化值及其頻率。具體地講：泵的流量只取決于泵的主要結構參數(shù)---n（每分鐘往復次數(shù)）、S（活塞或柱塞行程）、D（活塞或柱塞直徑）、Z（工作腔或活塞數(shù)目），而（在理論上）與排出壓力無關，且與輸送介質（液體）的溫度、粘度等物理、化學性質無關。當泵的每分鐘往復次數(shù)一定時，泵的流量也是恒定的。 3. 泵的壓力取決于管路特性 往復泵的排出壓力不能由泵本身限定，而是取決于泵裝置的管路特性，并且與流量無關。換句話說，不論泵裝置的管路有多大的水力阻力，原則上泵都可以按其主要結構參數(shù)所決定的恒定流量予以排出。也就是說，如果認為輸送液體是不可壓縮（因液體壓縮率很小，通?？蛇@樣認為，但在高壓或超高壓下，液體的壓縮性也不可忽視）的，那么，在理論上可認為往復泵的排出壓力將不受任何限制，即可根據(jù)泵裝置的管路特性，建立泵的任何所需的排出壓力。 4. 對輸送的介質（液體）有較強的適應性 往復泵原則上可以輸送任何介質，幾乎不受介質的物理性能或化 學性能的限制。當然，在實際應用中，有時也會遇到不能適應的情況。但是，當遇到這種情況時，多半是因為液力端的材料和制造工藝以及密封技術一時不能解決的緣故。其它類型泵就不能做到這一點。 5. 有良好的自吸性能 往復泵不僅有良好的吸入性能，而且還有良好的自吸性能。因此，對多數(shù)往復泵（除高速泵外）來說，在啟動前通常不需灌泵。 二、往復泵的分類 往復泵的類型主要決定于泵的驅動方式、作用次數(shù)、缸數(shù)、活塞結構形式和液缸布置方式。 （一）按泵的液力端特點分： 1、按與輸送介質接觸的工作構件可分為：活塞泵、柱塞泵和隔膜（包括油隔離）泵； 2、按泵的工作原理或流量的脈動特性可分為：單作用泵、雙作用泵、差動泵、單缸泵、雙缸泵、三缸泵、多缸泵等； 3、按泵的活塞（柱塞）數(shù)目可分為：單聯(lián)泵、雙聯(lián)泵、三聯(lián)泵、多聯(lián)泵等； 4、按活塞（柱塞）中心線所處的位置可分為：臥式泵、立式泵、角度式（Y形、V形）泵、對置式泵和軸向平行式（無曲柄）泵等。 （二）按傳動端的結構特點分： 根據(jù)傳動端把原動機的旋轉運動轉化為活塞（柱塞）的往復運動的方式特點可分為：曲柄（曲柄連桿機構）泵、凸輪（凸輪軸機構）泵和無曲柄（無曲柄機構）泵等。 （三）按泵的驅動方式或配帶的原動機分： 機動（以電動機或旋轉式內燃機驅動的）泵、直動（以蒸汽、氣體或液體直接驅動的）泵和手動（人力驅動）泵。 （四）按泵的排出壓力（P2）分： 根據(jù)泵排出壓力高與低可分為：低壓泵（P2＜10㎏f/㎝2 ）、中壓泵（P2≥10～100㎏f/㎝2）、高壓泵（P2＞100～1000㎏f/㎝2）、超高壓泵（P2＞1000㎏f/㎝2）。 （五）按泵的每分鐘往復次數(shù)（n）分： 按每分鐘往復次數(shù)高與低可分為：低速泵（n＜80spm）、 高速泵（n ＞550 spm）。介于兩者之間的，對一般性往復泵來講，通常是正常選擇范圍，因此，沒有劃分。 （六）按泵輸送介質某一突出特性分： 根據(jù)泵設計時主要適用的介質可分為：熱油泵、酸泵、堿泵、鹽泵、液氨泵、甲銨（氨基甲酸銨）泵、泥漿泵、重水泵、清水泵、高溫泵、低溫泵、超低溫泵、高粘液泵、低粘液泵等。 （七）按泵的用途分： 根據(jù)泵主要的使用部門或主要用途可分為：工業(yè)用泵、農業(yè)用泵、陸用泵、船用泵、化工用泵、原子能用泵、電站用泵、石油場用泵、液壓機用泵、壓裂泵、固井泵、農藥噴霧用泵、注水泵、清砂泵、清渣泵、除銹泵、試壓泵、消防泵、計量泵、平流泵等。 由上述分類可知，往復泵的品種十分繁雜，而且從分類命名中也很難找出它們之間相互聯(lián)系，有些稱呼也不能確切地反映泵的特點。在實際采用上述稱呼時，往往為了較為確切地反映該泵的結構特點和性能特點，常常就要冠以一連串的組合式稱呼，這種組合方式是多種多樣的。 第二章 往復泵設計基本參數(shù) 第一節(jié) 泵的流量 一、理論流量 在不計泵內任何容積損失時，泵在單位時間內應排出的液體容積稱為泵的理論平均流量，簡稱泵的理論流量。由于不計任何容積損失，泵在單位時間內吸入和排出的體積，可用下式表示： 單作用泵： Qt=ASnZ （2-1） 雙作用泵： Qt=ASnZ(1+k) （2-2） 式中　：Qt————理論流量； Ａ——柱塞（或活塞）的截面積； Ａ=（Ｄ——柱塞或活塞直徑） Ｓ——行程長度 n——曲軸轉速(或柱塞的每分鐘往復次數(shù)) Z——聯(lián)數(shù)(柱塞或活塞數(shù)) K——系數(shù) K=1-=1-()2 (Ar———活塞桿截面積、Dr——活塞桿直徑） 二、實際流量 單位時間內在泵出口處實際測得的液體體積（包括包含于其中的氣體和固體體積并折算成泵進口狀態(tài)下的體積）稱為泵的實際平均流量，簡稱泵的流量。流量的常用單位有m3/s、 m3/h、 1/min 、1/h等。 由于泵內存在容積損失，因此，泵的流量小于泵的理論流量，相互之間的關系為： Q=Qt-Q （2-3） 式中 Q——泵的流量； Qt——泵的理論流量； Q——泵的流量損失。 三、泵的容積效率 泵的流量與理論流量之比稱為容積效率： ==1－ =1－ （2-4） 式中 ——容積效率； Q——泵的流量； Qt——泵的理論流量； ——泵的容積損失。 工作腔的容積損失由一下幾部分組成：由于液體壓縮或者膨脹造成的容積損失率，由于閥在關閉時滯后造成的容積損失，由于閥關閉后密封不嚴，通過密封面的泄露造成的容積損失率，以及通過柱塞或活塞桿、活塞環(huán)的泄漏量造成的容積損失率。通常很小，可以忽略，所以工作腔的容積損失率： =++ （2-5） 第二節(jié) 泵的壓力 一、排出壓力 泵出口處的壓力換算到泵基準面上的值稱為排出壓力。泵的排出壓力不是泵固有的特性，它取決于管路特性。對泵本身來說，一般只根據(jù)泵的強度和配帶功率規(guī)定最大排出壓力。 二、吸入壓力 泵入口處的壓力換算到泵基準面上的值稱為吸入壓力。泵的吸入壓力也不是泵的固有特性，它同樣取決于管路特性。對于泵本身來說，一般只根據(jù)泵的氣蝕要求提出最小吸 入壓力。一般泵的吸入壓力。 三、全壓力P 泵的全壓力是指排出壓力與吸入壓力之差（壓力的增值）。 P=- （2-6） 第三章 往復泵總體設計 總體設計是泵設計過程中重要的一環(huán)，對該泵的經濟、技術指標是否先進，運轉是否安全可靠均有重大的影響。因此設計者必須從總體設計階段起就要認真汲取同類產品的設計經驗，認真查閱國內外資料，這樣才能做到精心設計、使產品在滿足設計要求的前提下，力求先進的經濟技術指標。 總體設計的依據(jù)是設計要求，因此，設計時候應當盡可能滿足設計要求： 1. 基本性能參數(shù)：流量Q，排出壓力； 2. 輸送介質的物理、化學性質：介質名稱、組成成分、混合比例、粘度以及有無腐蝕性、放射性、易燃、易爆、揮發(fā)、結晶、劇毒、惡臭等特殊性質； 3. 泵的使用場地和環(huán)境：室內和室外，環(huán)境的溫度、濕度，灰塵，防爆以及泵的外形尺寸和重量的限制等； 4. 運轉要求：泵在運轉過程中遇到的外界干擾，以及泵運轉過程中的噪聲限制。 根據(jù)設計要求，總體設計的任務： 1. 選擇合適的類型和結構； 2. 確定主要結構參數(shù)； 3. 選擇合適的原動機或驅動方式； 4. 初步確定泵的附屬設備和整體布局。 根據(jù)設計要求在通常情況下，泵的總體設計應遵循下述基本原則： （1）有足夠長的使用壽命（指大修期應長）和足夠的運轉可靠性（指被迫停車次數(shù)應少）； （2）有較高的運轉經濟性（效率高，消耗少）； （3）盡可能采用新結構，新材料，新技術； （4）盡可能提高產品的“三化”（系列化、標準化、通用化）程度； （5）制造工藝性能好； （6）使用、維護、維修方便； （7）外形尺寸和重量盡可能小。 第一節(jié) 泵型及總體結構形式選擇 一、電動泵 本次設計泵型為2DY，屬于機動泵，即采用獨立的旋轉原動機（電動機）驅動的泵。因采用電動機驅動又叫電動泵。電動往復泵由原動機、傳動端、減速機、液力端、其他附屬設備（潤滑冷卻系統(tǒng)）組成。 電動泵的特點是： 1. 瞬時流量脈動與平均流量（泵的流量）Q只取決于泵的主要結構參數(shù)n（每分鐘往復次數(shù)）、S（柱塞行程）、D（柱塞直徑），而與泵的排出壓力幾乎無關，當n、S、D為定值時，泵的流量是基本恒定的； 2. 泵的排出壓力P2是一個獨立參數(shù)，不是泵的固有特性，它只取決于排出管路的特性而與泵的結構參數(shù)和原動機功率無關； 3. 機動泵都需要有一個把原旋轉運動轉化為柱塞往復運動的傳動端，故一般講，結構較復雜，運動零部件數(shù)量較多，造價也較昂貴； 4. 實現(xiàn)流量調節(jié)時，必須采用相應措施，或改變n、S、D或采用旁路放空辦法來實現(xiàn)； 5. 結構變形比較容易。 二、臥式泵 電動往復泵按照結構可以分為立式泵、臥式泵、角度式泵。 液缸或活塞（柱塞）中心線為水平放置的泵，又稱臥式泵。 液缸或活塞（柱塞）中心線間互成某一角度的泵，稱為角度式泵。 臥式泵的共同特點是： 1. 便于操作者觀察泵的運轉情況，拆裝，使用，維修； 2. 機組高度方向尺寸小時，不需要很高的廠房，但長寬方向尺寸較大時，占地面積則較大； 3. 因為活塞（柱塞）做往復運動時，密封件在工作時須受活塞（柱塞）自重，容易產生偏磨，尤其當活塞（柱塞）較重時，懸頸很長時，這種現(xiàn)象將更為明顯。 4. 臥式泵的機械慣性力水平分力較大，而泵的基礎承受水平分力的能力又較差，故臥式泵對基礎的強度和剛度要求較高。 雖然臥式泵缺點不少，但因優(yōu)點突出，故采用臥式泵的較多。本設計也采用臥式泵。 三、聯(lián)數(shù)，缸數(shù)和作用數(shù) 每一根活塞（柱塞）以及該活塞（柱塞）連接在一起的活塞桿、十字頭、連桿等稱為組合體，叫一聯(lián)。一般講，該泵有幾根活塞（柱塞）就稱幾聯(lián)泵。2DY往復泵有兩根活塞，因此又可稱為雙聯(lián)泵。 只有當Z聯(lián)泵的活塞（柱塞）間相位差不同，各活塞（柱塞）的直徑也不同，并且各聯(lián)的排出口連接起來經同一排出集合管排出時，才可稱為Z聯(lián)缸，否則，只稱Z聯(lián)泵。因此2DY往復泵又稱雙缸泵。 活塞（柱塞）每往復運動一次對介質吸入和排出的次數(shù)，叫做作用數(shù)。當活塞（柱塞）每往復運動一次，介質被吸入、排出各一次的泵，叫做單作用泵；當活塞（柱塞）每往復運動一次，介質被吸入、排出各兩次的泵，叫做雙作用泵；由2DY往復泵活塞每往復運動一次，介質被吸入，排出各兩次，因此又稱雙作用泵。 聯(lián)數(shù)是指相對泵的總體結構形式而言，缸數(shù)是指相對液力端排出流量脈動特性而言，作用數(shù)是相對活塞（柱塞）在每一次往復運動中對介質的作用數(shù)而言的。 第二節(jié) 液力端結構形式的選擇 液力端的結構形式選擇應與泵型及總體結構形式選擇同時進行。在往復泵上把活塞（柱塞）從十字頭處脫開一直到泵的進口、出口法蘭處的部件，稱為液力端。液力端是介質過流部分，通常由液缸體、活塞和缸套或柱塞及其密封（填料箱）、吸入閥和排出閥組件、缸蓋和閥箱、閥箱蓋以及吸入和排出集合管（或集液器）等組成。 在選擇液力端結構形式時，應遵循下述基本原則： 1. 過流性能好，水力損失小，為此液流通道應要求端而直，盡量避免拐彎和急劇的斷面變化； 2. 液流通道應該利于氣體排出，不允許死區(qū)存在，造成氣體滯留。通常，吸入閥應置于液缸體下部，排出閥應置于液缸體頂部； 3. 吸入閥和排出閥一般應垂直布置，以利于閥板正常起動和密封，特別情況下也可以傾斜或水平布置； 4. 余隙容積應盡可能的小，尤其是在對高壓短行程泵后當泵輸送含氣量大，易揮發(fā)介質時，更要求減小余隙容積； 5. 易損件，更換方便； 6. 制造工藝性好。 一、活塞泵液力端 因為活塞泵主要是雙聯(lián)（缸）雙作用泵，近年來也出現(xiàn)了每分鐘往復次數(shù)較高的三聯(lián)（缸）單作用活塞泵。至于單聯(lián)（缸）雙作用泵或三聯(lián)（缸）雙作用泵也間或有之，但為數(shù)甚少。 （一）立式雙聯(lián)（缸）雙作用活塞泵液力端 立式活塞泵的液力端尺寸較大，常置于傳動端的下方，這樣可增加整機的穩(wěn)定性。吸、排閥通常是重疊布置，流道為直通式。閥箱有的布置在液缸的一側，有的則對稱布置在液缸的兩側。前者便于拆裝和維護，后者則整機重心穩(wěn)定性好。 （二）臥式雙聯(lián)（缸）雙作用活塞泵液力端 按吸、排閥布置型式，該液力端又可分為兩種基本型式——疊式和側罐式。當液力端每一個液缸里的吸、排閥均位于活塞中心線所在的軸面內的一側，且吸、排閥呈上、下重疊形式，流道為直通式的，叫做疊式液力端；當每一個液缸里只有排出閥（或吸入閥）位于活塞中心線所在的軸面內，而吸入閥（排出閥）不在這一平面內，其流道呈階梯形式的，稱為側罐式液力端。 1、疊式液力端 疊式液力端，吸、排閥分為上下兩層。排出閥裝在上層，吸入閥裝在下層。若想拆下吸入閥，必須先拆排出閥。為此，又采用兩種方式： （1）帶閥座板的疊式液力端 這種液力端的排出閥裝在上層可拆的閥座板上，吸入閥則直接裝在液缸體上。只要打開上蓋，取下閥座板，則吸、排閥就可分組裝配，故拆裝較為方便。但必須增加一塊有足夠剛度的閥座板，也增加了一道密封，使加工工時也有所增加。 （2）不帶閥座板的疊式液力端 這種液力端的上、下兩層排出閥和吸入閥均直接裝在液缸體上。吸入閥必須經排出閥座孔處拆、裝，故排出閥尺寸必須大于吸入閥尺寸，裝、拆也不方便。但因整體鑄造的液缸體的剛性好，閥在工作時，閥板不易變形，而且也可省工時，降低成本。 疊式液力端主要用于臥式雙聯(lián)（缸）雙作用機動活塞泵和直接作用活塞泵。 2、側罐式液力端 側罐式液力端和階梯式液力端一樣，流道是階梯狀，吸、排閥可分別拆裝，檢修、更換均較方便。但尺寸較大，余隙容積也較大。 本設計2DY電動往復泵是臥式雙缸雙作用帶閥座板的疊式液力端。 第三節(jié) 傳動端結構型式選擇 往復泵上傳遞動力的部件叫傳動軸。對電動泵，傳動端是指從十字頭起一直到主軸（曲軸）伸出端（動力輸入端）為止的部件。本設計是泵外減速，傳動端內不包括減速機構，減速機獨立。 電動泵的傳動端主要由機體、曲軸（主軸）連桿、曲柄、十字頭及潤滑冷卻等輔助設備組成。傳動端結構型式選擇也應和泵型及總體結構型式選擇同時進行。 傳動端結構形式選定為偏心輪軸曲柄連桿機構傳動端。該傳動端的偏心輪軸是組合式的結構，偏心輪為整體鑄鍛件，中心軸為筒支梁，主軸承設在軸的兩端。當偏心輪直徑大于主軸直徑時，連桿大頭可不用剖分，可以整體組裝，使連桿結構簡化。這種傳動端，可以獲得較大的曲柄半徑，是雙聯(lián)雙作用泵中常用的一種型式。 第四節(jié) 主要結構參數(shù)的選擇與確定 2DY-8/4型電動往復油泵是由電機驅動的活塞式往復泵。其中2DY型泵為油泵。主要適用于工廠、礦山、鉆探、鐵路運輸、建筑工地等單位輸送運動粘度不超過850㎜2/s，溫度不高于105℃的石油及其制品，也可用于輸送常溫清水或物理化學性質類似于水的其他液體。 型號意義：2DY-8/4 2—雙缸雙作用 D—電力驅動泵 Y—輸送介質為油類 8—泵設計流量值（m3/h） 4—泵的額定排出壓力(MPa) 結構：2DY-8/4型泵系臥式電機驅動雙缸雙作用往復泵，主要分為液缸部分和傳動部分。液缸的動力由電機經皮帶輪傳動給減速齒輪副，并由曲軸（偏心齒輪）、連桿、十字頭等傳動機構將旋轉運動轉變?yōu)榛钊耐鶑椭本€運動。為防止部分液體與傳動部分潤滑油混肴，在十字頭導板前加裝擋油圈。液缸里分別有四組盤狀吸液閥和排液閥。傳動部分借齒輪傳動所形成的飛濺油來實現(xiàn)潤滑。 在進行往復泵設計時，泵的基本性能參數(shù)——排出壓力P2和流量Q是由用戶提供的。 Q=Qt= （3-1） = = = m3/s 式中 Q——泵的實際流量，m3/s Qt——泵的理論流量，m3/s ——泵的容積效率； A= D2——活塞（柱塞）截面積，㎡ D——活塞（柱塞）直徑，m S——（活塞）柱塞行程長度，m n——曲軸轉數(shù)（rpm）或活塞（柱塞）的每分鐘往復次數(shù),spm Z——泵的聯(lián)數(shù)（活塞或柱塞數(shù)）； K——系數(shù)； K=1- (Ar—— 活塞桿截面積，㎡) =1-（）2 (Dr—活塞桿直徑，㎡) =0.10～0.20，在此選取=0.1，因此K=0.9。 um=——活塞（柱塞）平均速度，m/s ψ=——程徑比。 由上式可知，要確定Q，必須確定n、S、D、Dr、Z等與結構有關的參數(shù)。此外，在繪制總體方案圖時，還需知道排出管和吸入管的內徑d2、d1，它們也與Q有關。以上這些參數(shù)統(tǒng)稱之謂泵的結構參數(shù)。但是，d1、d2是在Q確定后確定的，如果在總體設計時預先選定了泵型和總體結構型式，那么，Z、K即為已知，可預先選取。因此，決定Q的主要結構參數(shù)就是n、S、D和Dr。 由往復泵的設計實踐經驗得知，為了確定n、S、D組合的最佳方案，一般應選擇合適的um入手，爾后再確定n,進而再比較ψ，由此而逐步確定組合的最佳方案。 一、容積效率的選擇 往復泵的容積效率與許多因素有關，很難在設計時精確確定。 值選取過大，實際泵的將低于予選值，泵的流量也將低于設計值；選取過小，實際泵的將高于予選值，泵的流量也將大于設計值。如果考慮到泵運轉后的磨損，一般在選取值時，都要略低些。 選取的一般原則是：當泵的排出壓力P2高、流量Q小、每分鐘往復次數(shù)n高、液力端余隙容積大、制造精度低且當輸送高溫、高粘度或低粘度、高飽和蒸汽壓的液體介質或介質中含氣量大、含有固體顆粒時，應選取較低值；反之，可取較高值。 的一般取值范圍是：當輸送常溫清水時，=0.80～0.98；當輸送石油產品、熱水、液化烴等介質時，=0.60～0.80。 二、活塞平均速度um的選擇 um的大小直接影響泵各運動副零、部件的摩擦和磨損，特別是對活塞及其密封這一對運動副的影響尤為顯著。 um不應選擇過大。um過大，摩擦和磨損嚴重，特別是當活塞及其密封一旦嚴重磨損，泄露就將增加，流量下降，排出壓力也不能達到額定值。 um也不應選取過小，要獲得一定的Q值，當um一經確定，D即為確定值。如果um選取過小，D值必然較大。這樣一來，不僅使液力端徑向尺寸增加，而且因活塞力是和D2成正比的，傳動端受力也隨之驟增，從而回使泵的總體尺寸和重量增大。 為了提供um的定量選取范圍，對目前已經投入生產的若干常見泵型um進行了統(tǒng)計和分析，得到了以下的經驗公式。由統(tǒng)計可知，um大小主要與折合成單聯(lián)單作用泵的有效功率Nez有關，即： um=KtNez0.4 m/s （3-2） 式中 um——活塞平均速度，m/s Kt——統(tǒng)計系數(shù)， Nez——折合成單聯(lián)單作用泵的有效功率，kw Nez=≈ kw = =0.23 kw 查《往復泵設計手冊》137頁圖2-5各類型泵的um選取=0.5 m/s 三、活塞每分鐘往復次數(shù)n和行程長度S um選定后，活塞直徑即為確定值。但因，所以，必須再確定一個n或S，才能最后確定n、S、D的組合方案。此時可先選取n，然后再確定S。 n值選取的一般原則： 1.活塞直徑大，程徑比ψ大，連桿比λ大的，n應取低值；反之，可取較高值； 2.吸入性能要求高的泵，應取較低的n值；反之可取較高的n值。因為，提高泵吸入性能雖然有許多途徑，但最有效的途徑還是降低n值； 3.隔膜泵要比活塞泵取較低的n值； 4.直接作用泵應比機動泵的n值低； 5.單缸泵應比多缸泵的n值低； 6.短期、間斷性工作的泵，n可高些；長期、連續(xù)工作的泵，n值應低些； 7.臥式泵應比立式泵的n值低些。n的一般取值范圍可參看《往復泵設計手冊》141頁圖2-6 常見泵型的n值范圍， 選取n =80 spm 根據(jù)，um= 得 S= （3-3） =105㎜ 根據(jù)液壓缸標準行程系列，圓整為100mm。 四、活塞直徑D的確定 D= （3-4） = =0.084m D值應按國家規(guī)定標準尺寸序列圓整,D=80㎜。 五、程徑比Ψ=S/D的選擇 Ψ值選取的一般原則： 1.n值高時，Ψ取較小值；反之取較大值； 2.排出壓力大時，Ψ取大值；反之取小值。 Ψ值的一般取值范圍是Ψ=1.0～3.5。當n值很高時，有的取Ψ=0.8；對于高壓或超高壓泵，Ψ值可能大到Ψ=5～7。 程徑比: Ψ= （3-5） = =1.25 六、活塞桿直徑Dr的選取 Dr的取值取決于比值Ar/A或（Dr/D）2。顯而易見，該比值越小，雙作用效果（流量大，流量不均勻度?。┰矫黠@；反之，該比值越大，則雙作用效果越差。由此可見，該比值應盡量取小值。但是，比值太小時，活塞桿直徑Dr太小，難以保證強度和剛度的要求。特別是當泵的排出壓力很高時，該比值難以減小?？梢?，雙作用泵也不適合排出壓力很高的泵。通常比值取值范圍是： =0.10～0.20 取=0.10，K==1-0.1=0.9 比值一經確定，活塞桿直徑Dr和系數(shù)K即可確定： Dr=D （3-6） =80 =25.28㎜ 按國家規(guī)定標準尺寸序列圓整,Dr=25㎜ 七、吸入和排出管內徑d1、d2的選取 這兩值的選取主要取決于吸入、排出管內徑介質的流速和。 、過大，水力阻力損失過大，消耗的能量多，泵的吸入性能差，而且容易產生液缸內的空化和汽蝕以及泵的過流量現(xiàn)象；、過小，管路和液力端尺寸較大。在往復泵中，通常要限制、值，尤其是值限制更重要。 一般取值范圍是：=1～2 m/s, =1.5～2.5 m/s. 取=1 m/s, =2 m/s 、選定后，d1、d2即可確定： d1= （3-7） ==0.055 m 按標準管材圓整, d1=65㎜ d2= （3-8） ==0.038 m 按標準管材圓整, d2=40㎜ 將以上計算結果列入下表3-1: 表3-1 電動往復泵總體設計參數(shù)表 Q m3/h P2 MPa n spm S mm D mm Dr mm Ψ d1 mm d2 mm 8 4 80 100 80 25 1.25 65 40 泵的理論流量： Qt= （3-9） = =9.168 m3/h 泵的容積效率： =0.87 （3-10） 第四章 液力端主要零部件設計 往復泵液力端通常由液缸體和缸蓋，吸入閥和排出閥及其閥箱、閥蓋，活塞和缸套（對活塞泵）或柱塞和填料箱（對柱塞泵）以及進出口法蘭等。 第一節(jié) 液缸體 液缸體是往復泵中主要承受液壓的零件之一。由于它外形復雜、壁厚不均、內有十字或者Ｔ型的交孔、應力集中大，而且與輸送介質接觸，并承受內壓交變載荷。因此，它的設計合理性，對其壽命有很大影響。 一、液缸體結構特點及選擇 液缸體的結構型式主要是服從來泵的總體結構型式和液力端結構選型。液缸體結構特點可按泵的作用數(shù)分為單作用液缸體和雙作用泵液缸體，還可按各工作腔是否在同一塊體上來分為整體式和組合式液缸體。 1. 單作用泵液缸體 單作用泵液缸體可分為整體式和組合式兩種。 整體式液缸體是指泵的多個工作腔都在同一體上的液缸體。這種液缸體剛性好、工作腔間距小、機加工量少，但工件較大。它即適用單作用柱塞泵，也適用于單作用活塞泵。 2. 雙作用泵液缸體 雙作用泵液缸體形狀較復雜，一般多采用整體式并多采用鑄造結構，流道孔也多半直接鑄出，個別的采用鍛焊或鑄焊結構。 3. 組合式液缸體 組合式液缸體是指把只包括一個或一部分工作腔的塊體分別制造，然后再用適當?shù)姆椒ò阉B接在一起。這種液缸體多用于高壓、超高壓或輸強腐蝕性介質的泵上，并且多半是鍛鋼和鑄造件，加工面增多，連接處的密封件也增多，而且受力情況變壞，一般情況下不予采用。 本設計采用整體式雙作用泵液缸體。 二、液缸體壁厚確定及強度校核 液缸體可視為是一種特殊的高壓容器，它是往復泵中最重要的承受液壓零件。 液缸體與輸送介質直接接受并承受交變的內壓，而且由于液缸體與閥組、缸蓋、管路、機體等配置和連接的需要，其內部流道孔和外表形狀都很復雜。流道孔相交造成的應力集中可能使局部應力高出若干倍；形狀復雜使應力狀況和分布也很復雜。 目前對一般液缸體壁厚確定和強度校核時，仍沿用壓力容器有關薄壁筒和厚壁筒的計算公式。但考慮到液缸體比一般壓力容器形狀復雜，受力情況惡劣，許用應力值應取更低些。 （一） 液缸體壁厚確定： ㎝ （4-1） 式中 δ——壁厚，㎝； ——焊接系數(shù)，無焊接=1； P——缸內最大工作壓力，kgf/cm2; D1——液缸體內徑，㎝； C——考慮鑄造偏心及腐蝕所留的裕量，一般取C=0.3～0.8。 對灰鑄鐵，球墨鑄鐵等脆性材料，許用應力[σ]可按抗拉強度選取，[σ] ，一般取8～12。即對普通鑄鐵可取[σ]=150～160 kgf/cm2，對球墨鑄鐵可取[σ]=600～800kgf/cm2。 =0.75 ㎝ 圖4-1 液缸體 （二）強度校核 當液缸體為一外圓半徑，內圓半徑為的內圓半徑的等厚圓筒且其壁厚δ相對輪?。ǎr，則可由薄壁筒公式確定壁厚 對薄壁筒（）： kgf/ （4-2） = =46.9 kgf/160 kgf/ 第二節(jié) 泵閥設計 一、泵閥的結構和工作原理 1. 泵閥的結構：泵閥通常由閥座、閥板、閥導向桿、彈簧、升程限制器等零件所組成。 圖4-2 泵閥 2. 泵閥的工作原理 往復泵的泵閥分吸入閥和排出閥，吸入閥和排出閥都為單向閥且安裝順序不同，通過活塞的左右移動實現(xiàn)工作腔容積周期性交替變化，將機械能轉化為壓力能。 在活塞移動的過程中，工作腔容積發(fā)生變化，