往復(fù)回轉(zhuǎn)泵的設(shè)計(jì)和測(cè)試

1、往復(fù)回轉(zhuǎn)泵的設(shè)計(jì)和測(cè)試xufei wangjurong liu機(jī)械工程學(xué)院，陜西科技大學(xué)，漢中，723003,中國(guó)wxfll8105摘要一一為了改善被運(yùn)用在電廠的真空濾油機(jī)中的泵的功能，研究了 往復(fù)泵和回轉(zhuǎn)泵的原理，并且結(jié)合了他們的優(yōu)勢(shì)與結(jié)構(gòu)。一種新的被設(shè)計(jì) 使用了曲柄轉(zhuǎn)機(jī)制的往復(fù)回轉(zhuǎn)泵產(chǎn)生了。經(jīng)過(guò)計(jì)算和分析，一個(gè)模型機(jī)在 業(yè)務(wù)的需求下被設(shè)計(jì)了出來(lái)。在給定的條件，并參照“移動(dòng)往復(fù)泵試驗(yàn)方 法“對(duì)泵的性能進(jìn)行了測(cè)試。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，實(shí)際與理論z間油的差額只 有5.0%。新的往復(fù)回轉(zhuǎn)泵，不僅達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也包含了高容積 效率，大優(yōu)勢(shì)，低流量脈沖和良好的密封功能關(guān)鍵詞：曲柄轉(zhuǎn)機(jī)制；往復(fù)回轉(zhuǎn)泵；雙

2、缸；設(shè)計(jì)；測(cè)試一簡(jiǎn)介在工業(yè)生產(chǎn)，潤(rùn)滑油可用于各類(lèi)機(jī)械。它可以減少摩擦，保護(hù)機(jī)制。 它充當(dāng)潤(rùn)滑劑，制冷劑，防銹劑，清洗劑，密封和緩沖為主。但是，空氣 水或易溶于潤(rùn)滑油中的有毒氣體溶解影響他的服務(wù)表現(xiàn)。目前這些雜質(zhì)可 能會(huì)通過(guò)使用真空油凈化器來(lái)去除lo一些真空油凈化器被公司制造出來(lái)是為了用于電廠，這些真空油凈化 器是用來(lái)凈化蒸汽渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的動(dòng)壓滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑油。該潤(rùn)滑油商標(biāo) 為l- an46o在工作站點(diǎn)，速度在1200轉(zhuǎn)的條件下，真空濾油機(jī)的外嚙合齒輪泵的實(shí)際排量比理論排量少。該問(wèn)題的主要原因是齒輪泵依賴于齒輪 嚙合傳動(dòng)，兩個(gè)齒輪嚙合齒只有2個(gè)，齒面為一線接觸，容積泵的效率 和密封性相対較低；壓

3、差隨著速度的增加，吸氣能力減弱而減少；俘獲現(xiàn) 象等2。因此，需要設(shè)計(jì)一種新型漏油泵。當(dāng)泵工作時(shí)的泄油速度能在1000 轉(zhuǎn)到1440轉(zhuǎn)間改變，它應(yīng)具有良好的密封性，高容積效率，低流量脈動(dòng)， 大排量配置和高速時(shí)的無(wú)油切斷。二新的往復(fù)回轉(zhuǎn)泵的原理與結(jié)構(gòu)往復(fù)泵和回轉(zhuǎn)泵是常用的正排量泵。往復(fù)泵由液力端和動(dòng)力端組成。 液力端直接運(yùn)輸液體，機(jī)械能被轉(zhuǎn)換為壓力能。動(dòng)力端將能量從主要推動(dòng) 者傳輸?shù)揭毫Χ恕ＧS，連桿，核心，軸承和氣缸端組成了動(dòng)力端。液壓 缸，活塞（或筒狀活塞），感應(yīng)閥，釋放閥填料箱和汽缸端組成了動(dòng)力端。 這個(gè)雙缸雙作用往復(fù)泵原理圖如圖1所示。1.感應(yīng)閥2施放閥3活塞4.液壓缸5填料函6核心7.連

4、桿8曲軸圖1.兩缸雙作用往復(fù)泵圖當(dāng)曲軸從左水平位置以逆時(shí)針角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，左液圧缸中的活塞向右 轉(zhuǎn)向，左液壓氣缸容積增大，壓力降低，被運(yùn)輸?shù)囊后w克服了吸線和感應(yīng) 閥的阻礙進(jìn)入液壓缸。當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)超過(guò)180。角之后，活塞左移，液體被 推動(dòng)，液壓缸的壓力突然加大，在此壓力下，感應(yīng)閥被關(guān)閉，施放閥被打 開(kāi)。在此壓力下，液體被應(yīng)用于清潔管道。當(dāng)往復(fù)泵的曲柄軸以低于一個(gè) 角速度的速度下不停旋轉(zhuǎn)時(shí)，往復(fù)泵將液體不斷的吸入與排除。右液壓缸 中的活塞的運(yùn)動(dòng)則相反的向左。所以，當(dāng)右側(cè)的液壓缸將吸和放油，左側(cè) 的則相反。這個(gè)泵可以一個(gè)循環(huán)周期不斷的吸油和放油?；剞D(zhuǎn)泵由靜態(tài)泵和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子組成，這里沒(méi)有感應(yīng)閥和釋放閥。轉(zhuǎn)子

5、的 靜壓直接作用于液體上，在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)載的擠壓下液體放電。與此同時(shí)，另一 側(cè)的轉(zhuǎn)子撤離空間，形成低壓，液體可以不斷被吸取。要設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的泵，兩缸雙作用往復(fù)泵和回轉(zhuǎn)泵泵的工作原理, 結(jié)構(gòu)和好處都是被研究的。圖2給出了新的旋轉(zhuǎn)往復(fù)泵的轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸機(jī)制圖。1.機(jī)架2.曲柄3連桿4.轉(zhuǎn)身塊圖2.曲柄回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)圖這是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。曲柄2是一個(gè)主要推動(dòng)者。該機(jī)架1 的長(zhǎng)度和曲柄2相同。當(dāng)曲柄2勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)塊4的運(yùn)動(dòng)也均勻了。 連接桿3和旋轉(zhuǎn)塊4的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。根據(jù)泵內(nèi)的等級(jí)和旋轉(zhuǎn) 滑塊機(jī)構(gòu)的數(shù)量，它被稱為n缸往復(fù)回轉(zhuǎn)泵，兩缸往復(fù)回轉(zhuǎn)泵如圖3所示。1 泵體2.活塞3轉(zhuǎn)子4端蓋5.曲軸

6、6入口管7.出口管圖3.兩缸往復(fù)回轉(zhuǎn)泵這個(gè)機(jī)械的成分和往復(fù)回轉(zhuǎn)泵的備件相符。泵殼1表示泵體。曲軸5 表示曲柄?；钊?表示連桿。轉(zhuǎn)子3表示旋轉(zhuǎn)塊。當(dāng)泵工作時(shí)，曲軸5以 勻速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子3的運(yùn)動(dòng)也是勻速的?；钊?和轉(zhuǎn)子3的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是往復(fù) 直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞的兩端，轉(zhuǎn)子的孔的內(nèi)氣缸表面和機(jī)架內(nèi) 壁面構(gòu)成了2個(gè)獨(dú)立的液壓油室。一個(gè)是吸液壓流體室，一個(gè)是液壓流體 引流室。當(dāng)曲柄不斷旋轉(zhuǎn)，吸取和排放將在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)下同時(shí)完成，吸液 腔和排液腔互相轉(zhuǎn)換。這兩個(gè)端面的活塞和轉(zhuǎn)子的孔的內(nèi)氣缸表面將往復(fù) 回轉(zhuǎn)泵分割成高壓區(qū)和低壓區(qū)。由于曲軸5在勻速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子3的運(yùn)動(dòng)也是勻速的。若干曲柄和旋轉(zhuǎn) 塊機(jī)構(gòu)可以并排

7、排列，每一個(gè)活塞軸的圓周夾角的相位誤差是相同的，這 種布局可以確定轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)方向，并能減少流量脈動(dòng)。它也可以增加往復(fù) 回轉(zhuǎn)泵的排水效率。三.泵的計(jì)算參數(shù)根據(jù)該往復(fù)回轉(zhuǎn)泵的原理分析，n缸往復(fù)回轉(zhuǎn)泵能提高一些往復(fù)回轉(zhuǎn) 泵的運(yùn)行表現(xiàn)。兩缸往復(fù)回轉(zhuǎn)泵的最終圖示如圖4所示，兩缸往復(fù)回轉(zhuǎn)泵 的曲柄ab和ab'的夾角為180。o圖4.兩缸機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)圖圖5.速度分析a：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在圖3中，當(dāng)曲柄5的曲軸和旋轉(zhuǎn)滑塊機(jī)構(gòu)在勻速運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子3的運(yùn) 動(dòng)也是勻速的。為了分析速度聯(lián)系，根據(jù)圖2 (4)畫(huà)出圖(5)中的速度 聯(lián)系。速度矢量方程寫(xiě)成如下：vc3?vb?vc3bvc3?vc3?vc3c4因?yàn)?，lab?iac

8、,?/2因此,?4?2/2(1)同樣，旋轉(zhuǎn)塊的速度是轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸的一半。所以，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是n缸往 復(fù)回轉(zhuǎn)泵的曲軸的轉(zhuǎn)速一半。b：水泵流量如圖2所示，任意漏液壓油腔。從零開(kāi)始。當(dāng)曲柄旋轉(zhuǎn)2圈，體積從最大變化到零，然后從零變化到最大(在吸液壓液腔有相反的變化)。這 是一個(gè)吸收與排放的循環(huán)，該理論流量變化是液壓油漏室(或吸液壓油室) 的體積變化。假設(shè)往復(fù)泵是由n個(gè)均勻曲柄和旋轉(zhuǎn)滑塊機(jī)構(gòu)組成，由活塞 i引起的排放則為方程式(2)。qi?vc3c4?1800?s?s?vb?sin?i?l) ?2n?(2)這里，s一一活塞端面面積n活塞數(shù)量在圖5中vc3c4按公式(3)計(jì)算：vc3c4?vb?sin(?/2)

9、.排量q如公式(4)計(jì)算:n(3)q?s?vb?sini?ln?2?180n0 (4)(i?180n0?s?lab?2?sini?l?2t2?(i?c.非均勻流的系數(shù)排放的非均勻系數(shù)是一個(gè)用來(lái)衡量流量脈動(dòng)的配額，用來(lái)表達(dá)方程式(5)中的排放的非均勻性系數(shù)。?q?qmax?qminqm?100%(5)這里，qmin最低排放瞬間qmax最大排放瞬間qm平均排放 一缸到十缸的往復(fù)回轉(zhuǎn)泵的?q的計(jì)算結(jié)果如圖6所示。圖6非均勻流的因子根據(jù)圖6所示，當(dāng)氣缸數(shù)量增加，平均流量呈線性增加，排量的不均 勻性系數(shù)下降。當(dāng)汽缸的數(shù)量超過(guò)八個(gè)時(shí)，放電不均勻系數(shù)特別小。氣缸 的數(shù)冃可以通過(guò)排放量和工作條件來(lái)選定。四.基

10、本參數(shù)和泵的實(shí)驗(yàn)a.泵的參數(shù)和測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)原理和參數(shù)的計(jì)算，并且根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，兩汽缸的往復(fù)回轉(zhuǎn)泵 是為了油凈化器二設(shè)計(jì)的。該泵的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示；往復(fù)回轉(zhuǎn)泵的 基本參數(shù)如表格1所示：gb/t7784-2006的容量法以及質(zhì)量法設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)試站。根據(jù)性能測(cè) 試系統(tǒng)的要求，我們通過(guò)節(jié)流負(fù)載來(lái)選定負(fù)載模式，通過(guò)流量計(jì)和重量法 兩種方法來(lái)計(jì)算和測(cè)定輸出流量；油壓則通過(guò)壓力傳感器和壓力表測(cè)定。b測(cè)試方法往復(fù)回轉(zhuǎn)泵的工作性能測(cè)試系統(tǒng)圖如圖76所示。1.加熱器2.郵箱3燃油濾清器4節(jié)流閥5截止閥6壓力指示器7溫度 計(jì)8截止閥（感應(yīng)開(kāi)關(guān)）9計(jì)量泵10聯(lián)軸器口速度扭矩儀12聯(lián)軸器13. 變速電動(dòng)機(jī)14溢流

11、閥15截止閥（感應(yīng)開(kāi)關(guān)）16.累加器17截止閥（感應(yīng) 開(kāi)關(guān)）18壓力指示器19節(jié)流閥20溫度計(jì)21.截止閥（感應(yīng)開(kāi)關(guān)）22流量 表23止回閥24石油矯直機(jī)圖7.測(cè)試系統(tǒng)示意圖 根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)圖，實(shí)際測(cè)試乂圖8所示的設(shè)備進(jìn)行。圖8.實(shí)際試驗(yàn)場(chǎng)所 根據(jù)性能測(cè)試的數(shù)據(jù)，往復(fù)回轉(zhuǎn)泵的性能曲線圖如圖97所示。圖9性能曲線根據(jù)該曲線，在額定轉(zhuǎn)速1440rpm時(shí)，入口和出口壓力的細(xì)微變化， 其容積效率值介于0.95和0.98o這個(gè)往復(fù)回轉(zhuǎn)泵的工作效率隨著壓差的增 大而增大，在額定壓力下，效率的增幅高達(dá)75%o這個(gè)往復(fù)回轉(zhuǎn)泵的真空 值隨著壓差的增加而緩慢增加，真空值在68mmhg到83mmhg之間。該往 復(fù)回轉(zhuǎn)

12、泵的排放隨著壓差的增加而減緩，其排放量在4.2m3/h到4.0m3/ho 該往復(fù)回轉(zhuǎn)泵的功率隨著壓差的的增加而呈現(xiàn)線性的增加，最大功率可達(dá) 3.2千瓦。綜上所述，該往復(fù)回轉(zhuǎn)式水泵的性能達(dá)到了設(shè)計(jì)耍求。在額定 壓力2.5mpa和額定轉(zhuǎn)速1440rpm下，實(shí)際位移和理論位移的誤差只有5.0%。從上面可看出，往復(fù)回轉(zhuǎn)泵具有以下的一些優(yōu)點(diǎn)，在相同的輸入功率 條件下，其排油效率比相同的齒輪泵高；在相同排量條件下，王子低于柱 塞泵；在中低電壓下工作，其工作性能優(yōu)于齒輪泵；往復(fù)回轉(zhuǎn)泵的體積也 很小。五結(jié)論新的往復(fù)回轉(zhuǎn)泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分的靈巧。因此，有往復(fù)泵和回轉(zhuǎn)泵的 優(yōu)點(diǎn)。試驗(yàn)后，往復(fù)回轉(zhuǎn)泵的特點(diǎn)被歸結(jié)于以下幾點(diǎn)：在新的往復(fù)回轉(zhuǎn)泵中，兩個(gè)曲柄與轉(zhuǎn)動(dòng)塊機(jī)構(gòu)是并排排列的，而口 1) 每一個(gè)活塞軸的圓周夾角的相位誤差是相同的。這種布局可以有效 地減少?zèng)_擊負(fù)荷，減少振動(dòng)和噪音。與雙杠雙作用往復(fù)泵相比，新的往復(fù)回轉(zhuǎn)泵并不需要分散設(shè)備。在2) 工作過(guò)程中，轉(zhuǎn)子的圓柱外表面和皮套中的進(jìn)一