2DS(Y)105型電動往復泵設計含5張CAD圖,ds,電動,往復泵,設計,cad i 2DS(Y)10/5 電動往復泵設計 摘 要 該畢業(yè)設計是對 2DS（Y）10/5 型電動往復泵的設計。往復泵是借助于活塞在液缸 工作腔內的往復運動，使工作腔容積產(chǎn)生周期性變化來達到輸送液體的目的，它是把機 械能轉化為壓力能的裝置。此種泵的流量只取決于工作腔容積變化值及在單位時間內的 變化次數(shù)（頻率） ，而在理論上與排出壓力無關。本次設計通過對已知數(shù)據(jù)的分析以及參 考相關資料完成的，該系列電動往復泵系雙缸雙作用泵，主要由液缸體和傳動部分組成。 對其活塞、泵閥等零部件進行具體的分析和計算，完成了本次設計的任務。 關鍵詞：電動往復泵；泵閥；活塞；設計 ii The design of 2DS (Y) -10 / 5 electric reciprocating pump Abstract This graduation project is to the 2DS（Y） - 10/5 electrically operated reciprocating pump design. The reciprocating pump is drawssupport the piston in fluid cylinder work cavity reciprocal motion,causes the work cavity volume to have the periodic variation toachieve the transportation liquid the goal, it is transforms themechanical energy as the fluid pressure energy installment. This kindpumps the current capacity is only decided by the work cavity volumechange value and in the unit time change number of times (frequency),but in theoretically has nothing to do with with the deliverypressure. This design through completes to the known data analysis aswell as the reference correlation data, this series electricallyoperated reciprocating pump is the two-cylinder double-acting pump,mainly partially is composed by the fluid cylinder body and thetransmission. To its spare part and so on piston, pump valve carrieson the concrete analysis and the computation, has completed thisdesign task. Key word ：Electrically operated reciprocating pump；Pump valve；Piston；design iii 目 錄 ABSTRACT.........................................................................................................................................II 緒 論 .............................................................................................................................................1 第一章 概 述 ...............................................................................................................................2 第一節(jié) 往復泵的結構和工作原理 .......................................................................................2 第二節(jié) 往復泵的特點和分類 ...............................................................................................4 第三節(jié) 往復泵的應用與發(fā)展 ....................................................................................................7 第二章 往復泵的總體設計 .........................................................................................................10 第一節(jié) 泵型及總體結構形式選擇 .....................................................................................10 第二節(jié) 液力端結構形式的選擇 ..............................................................................................11 第三章 2DS（Y）-10/5 型電動往復泵的設計 ....................................................................14 第一節(jié) 主要結構參數(shù)的選擇與確定 ...................................................................................14 第二節(jié) 原動機的選擇 .........................................................................................................19 第四章 液力端主要零部件設計 ...........................................................................................22 第一節(jié) 液 缸 體 ..................................................................................................................22 第二節(jié) 泵 閥 設 計 .................................................................................................................23 第三節(jié) 活塞、活塞桿、活塞環(huán) .........................................................................................27 總 結 ...........................................................................................................................................40 參考文獻 .......................................................................................................................................41 1 緒 論 本畢業(yè)設計是完成機械專業(yè)培養(yǎng)目標所必須的重要的教學環(huán)節(jié)。是培養(yǎng)我們獨 立思考和科學的工作方法的重要過程。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。 這次設計主要是對電動往復泵零部件的設計，是設計任務的重點。這次設計我 們將本著：獨立分析，互相討論，仔細認真的思考，充分發(fā)揮自己的才能，把畢業(yè) 設計搞好。在設計中，我查找了相關的資料，多次向指導老師詢問，以及和同學們 討論，首先對電動往復泵總體進行了設計；然后是活塞、連桿、曲軸等零部件的設 計；達到了畢業(yè)設計的目的。 作為一名即將上崗的工程技術人員，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(jīng)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。 2 第一章 概 述 往復泵是泵類產(chǎn)品中出現(xiàn)最早的一種，至今已有 2100 多年的歷史。往復泵屬于 容積式泵，它是借助工作腔里的容積周期性變化來達到輸送液體的目的；原動機的 機械能經(jīng)泵直接轉化為輸送液體的壓力能。目前，往復泵的產(chǎn)量只占整個泵類總產(chǎn) 量很少的一部分。但是，往復泵所具有的特點并沒有被其它類型泵所代替。有些特 點仍為其它類型泵所不及，因此，它非但不會被淘汰，而且仍將作為一種不可缺少 的泵類，被廣泛采用。 下面介紹往復泵的結構和工作原理、特點和分類以及往復泵的應用和發(fā)展等。 第一節(jié) 往復泵的結構和工作原理 一、往復泵的結構和工作原理 1、結構如圖 1-1-1 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 1-1-1 往復泵裝置 1- 泵缸；2-活塞；3-活塞桿；4-吸入閥；5-排出閥 3 2、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） 說明 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。 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)。 二、泵的理論流量 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：Q t=ASnZ 雙作用泵：Q t=ASnZ(1+k) 式中Q t理論流量； 柱塞（或活塞）的截面積； = D2（柱塞或活塞直徑）4 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- (Ar活塞桿截面積)Ar =1-( )2 （D r活塞桿直徑）r 三、泵的流量 4 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、 m 3/h、L/min 、L/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 式中 Q泵的流量； Qt泵的理論流量； Q泵的流量損失。 四、泵的容積效率 泵的流量與理論流量之比稱為容積效率： v= =1 =1tQt 式中 v容積效率； Q泵的流量； Qt泵的理論流量； 泵的容積損失。 Q泵的流量損失。 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(chǎn)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 5 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。 由上述往復泵的主要特點可以看出往復泵的主要適用范圍。 6 二、往復泵的分類 （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（P 2）分 根據(jù)泵排出壓力高與低可分為：低壓泵（P 210f/ 2 ） 、中壓泵 （P 210100f/ 2） 、高壓泵（P 21001000f/ 2） 、超高壓泵（P 21000 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（n80spm） 、 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 7 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。 第三節(jié) 往復泵的應用與發(fā)展 綜合前述可知，往復泵是一類品種多、批量少，而通用化程度較低、專業(yè)配套 性很強的產(chǎn)品。它常常是隨著某一生產(chǎn)工藝的需要而產(chǎn)生，又隨著這一生產(chǎn)工藝的 重大改革或取消而更新或淘汰。當這種生產(chǎn)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(chǎn)品。從上述分類可知，往復泵的應用仍然十分廣泛。下面將列舉 若干實際應用領域來補充說明這一情況。 例如： 用于化肥生產(chǎn)配套用的有銅液泵，堿液泵和氨基甲酸銨（甲銨）泵和液氨泵等； 用于高壓聚乙烯裝置配套用的超高壓催化劑注射泵等； 用于提供造船或機械制造大型鍛壓設備上配套用的液壓機用泵； 用于輸送石油及其副產(chǎn)品和電站鍋爐給水備用配套的各種蒸汽直動泵； 用于陸上石油鉆井或海上石油開發(fā)配套用的鉆井泥槳泵、壓裂泵、固井泵和注 水泵等； 用于鑄造、軋鋼方面的水力清砂、除銹泵； 用于長距離管道輸送煤粉、冶金礦尾礦的油隔離泵，用于礦井排水的無曲柄泵 以及用于加固井壁、防止地下水害的注槳、堵水用泵等； 用于船舶的艙底泵； 用于農藥噴霧機配套用的農用泵； 用于水壓試驗或窗口爆破試驗以及水力切割配套的高壓泵和超高壓泵。 用于城市污水清洗車配套的清洗泵，用于消防的消防泵； 8 用于電站或船臺等污水處理的各種計量泵。 總之，往復泵無論是在工業(yè)或農業(yè)、陸上和海上、國防與民用、科研與生產(chǎn)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。總括各類往復泵，它 的排出壓力可由常壓一直到 15000kgf/ 2,其流量范圍由 cc/h600m 3/h，輸送介質 的溫度由-200450，粘度由 0.1cp250000cp。被輸送的介質，由一般常溫清水 直至具有強腐蝕、易揮發(fā)、易結晶、易燃、易爆、劇毒、惡臭、磨礪性強、比重大、 粘度高、有放射性或其它貴重液體等。 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(chǎn)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(jīng)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(chǎn)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(jīng)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，以至有這樣的情況發(fā)生 歷經(jīng)數(shù)年，幾經(jīng)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(chǎn)的部門來講，如何正確地宣傳往復泵的特點，如何 9 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(jīng)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。 第二、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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(chǎn)品 質量、注意采用新技術、新材料、新工藝，以及在保證產(chǎn)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。 10 第二章 往復泵的總體設計 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(jīng)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(chǎn)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、電動泵的特點 本次設計泵型為 2DS（Y）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 P 是一個獨立參數(shù)，不是泵的固有特性，它只取決于排出2 11 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、臥式泵的特點 液缸或活塞（柱塞）中心線為水平放置的泵，又稱臥式泵。 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(chǎn)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。 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。2DS（Y） 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(jīng)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 2DS（Y）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 2DS（Y）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。 12 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 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）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。 13 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(jīng) 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。 （二）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。 本設計 2DS（Y）電動往復泵是臥式雙缸雙作用帶閥座板的疊式液力端。 14 第三章 2DS（Y）-10/5 型電動往復泵的設計 2DS（Y）-10/5 型泵是由電機驅動的活塞式往復泵。其中 2DS 型泵為清水泵， 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：2DS（Y）-10/5 2雙缸雙作用 D電力驅動泵 S輸送介質為清水 Y輸送介質為油類 10泵設計流量值（m 3/h） 5泵的額定排出壓力(kgf/cm 2) 結構：2DS（Y）-10/5 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(jīng)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。 傳動部分的油滑借齒輪傳動所形成的飛濺油來實現(xiàn)或用附于齒輪軸上的小型油 泵泵油潤滑。 15 第一節(jié) 主要結構參數(shù)的選擇與確定 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 = =)1(60KASnZ)1(240KSnZD = = m3/s82uDm3 式中 Q泵的實際流量，m 3/s Qt泵的理論流量，m 3/s 泵的容積效率； A= D2活塞（柱塞）截面積，4 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，)Ar =1-（ ） 2 (Dr活塞桿直徑，)Dr um= 活塞（柱塞）平均速度，m/s30Sn = 程徑比。 由上式可知，要確定 Q，必須確定 n、S、D、D r、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、d 1，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，d 1、d 2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。 16 由往復泵的設計實踐經(jīng)驗得知，為了確定 n、S、D 組合的最佳方案，一般應選 擇合適的活塞（柱塞）平均速度 um入手，爾后再確定 n,進而再比較程徑比 ，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， =0.800.98；當輸送石油產(chǎn)品、 熱水、液化烴等介質時， =0.600.80。 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。u m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(jīng)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(jīng)投入生產(chǎn)的若干常見泵型 um進行了 統(tǒng)計和分析，得到了以下的經(jīng)驗公式。由統(tǒng)計可知，u m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 就可 式中 u m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 17 Nez= kw162KZ QP = 50621.9 =0.35kw 查1圖 2-5 各類型泵的 um選取 um=0.33 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 um=nS/30，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，爾后再確定 S。 n 值選取的一般原則： 1、活塞直徑大，程徑比 大，連桿比 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1表 2-6 常見泵型的 n 值范圍 取 n =84 spm 根據(jù)，u m= 得30S S= num30 =300.33/84 =120 四、活塞直徑 D 的確定 D= )1(4KSnZQ 18 = 608.914.3281.00 =0.083m D 值應按國家規(guī)定標準尺寸序列圓整,D=80 五、程徑比 =S/D 的選擇 值選取的一般原則： 1、n 值高時， 取較小值；反之取較大值； 2、排出壓力大時， 取大值；反之取小值。 值的一般取值范圍是 =1.03.5。當 n 值很高時，有的取 =0.8；對于高 壓或超高壓泵， 值可能大到 =57。 程徑比: = DS = 8012 =1.5 六、活塞桿直徑 Dr的選取 Dr的取值取決于比值 Ar/A 或（D r/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。可見，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 =0.100.20。2)(DArr 取 =0.10Ar 比值一經(jīng)確定，活塞桿直徑 Dr和系數(shù) K 即可確定： Dr=D mArr2 =80 1.0 =25.28 按國家規(guī)定標準尺寸序列圓整,D r=25 19 K= 21DArr =1-0.1 =0.9 七、吸入和排出管內徑 d1、d 2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 。12 、 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12 產(chǎn)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12 大。在往復泵中，通常要限制 、 值，尤其是 值限制更重要。12 一般取值范圍是： =12 m/s, =1.52.5 m/s. 取 =1 m/s, =2 m/s12 、 選定后，d 1、d 2即可確定：2 d1= 4Q = 360. =0.06 m 按標準管材圓整, d 1=65 d2= 4Q = 3601. =0.042 m 按標準管材圓整, d 2=40 將以上計算結果列入下表: Q m3/h P2 kgf/cm2 n spm S mm D mm Dr mm d1 mm d2 mm 10 5 84 120 80 25 1.5 65 40 20 泵的理論流量： Qt= KSnZD142 = 9.01284.0.3 2 =0.19 m3/min 泵的容積效率： tQ19.0684. 第二節(jié) 原動機的選擇 在選擇泵型和總體結構型式的同時，還應考慮原動機的選擇。 往復泵選擇原動機的一般原則： 1、原動機必須滿足要求的功率； 2、選擇原動機時應注意轉差率； 3、應注意原動機的啟動力矩和啟動電流； 4、注意泵輸送介質和操作環(huán)境的易燃，易爆性； 5、原動機外形、尺寸應與泵搭配合適，機組外形美觀，便于安裝和檢修。 一原動機功率 ND的選擇與確定 （一）泵的軸功率 N 和泵的總效率 1、泵的有效功率 kw7.36 PQe = ps2 也可按下式計算： kw61 PQNe = 052 =1.36 kw 21 2、泵的軸功率（輸入功率） kwn=eN 泵效率 一般的選擇原則是，當泵的流量大、壓力較低、介質含氣量較少、制 造質量高的泵，可選較大值；反之則取較小值。電動泵的效率，低于直接作用泵的 效率。 電動泵的效率范圍是 =0.600.90。 蒸汽直接作用泵的 =0.800.95。 本設計是電動泵， 取 0.80。 kweN =1.3608 =1.7 kw (二)原動機功率 dNdedN 式中 泵的傳動裝置效率；d 原動機效率。 泵的傳動裝置效率只與泵的減速機構的機械損失有關。當采用平皮帶傳動時， =0.920.98；三角皮帶傳動時, =0.900.94；齒輪傳動時, d d =0.940.99(閉式)；蝸桿傳動時, =0.700.90(閉式).d 原動機效率 通常由原動機出廠說明書給出.d 本設計是三角皮帶傳動, 取 0.92。ddeN 1.360.89270.85 =3.06 kw (三)儲備系數(shù) 和原動機功率選擇cK 22 為了使泵在實際運轉中不致超載,常常在選擇原動機時,還要留有一定的富裕量, 把這一富裕量稱為儲備系數(shù) 。cK 儲備系數(shù)可按1表 2-7 選擇， =1.5c 實際原動機功率應為： = aNdc =1.53.06 =4.59 kw 因此,原動機的功率選用 Y132S-4 型三相異步電動機,功率為 5.5kw，轉速 為 1140r/min。 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。主要設計任務 是：正確地選擇零部件的結構型式，確定主要結構尺寸，進行強度和剛度的核算工 作，選取合適的材料和熱處理方式，完成零部件的施工圖，并提出合理的技術要求。 第一節(jié) 液 缸 體 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 23 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。 二、液缸體壁厚確定及強度校核 （一） 液缸體壁厚確定： CPD1 式中 壁厚，； 焊接系數(shù)，無焊接 =1； P缸內最大工作壓力，kgf/cm 2; D1液缸體內徑，； C考慮鑄造偏心及腐蝕所留的余量，一般取 C=0.30.8。 對灰鑄鐵，球墨鑄鐵等脆性材料，許用應力可按抗拉強度 選取， b ， 一般取 812。即對普通鑄鐵可取=150160 kgf/cm2， 對球墨鑄bN 鐵可取=600800kgf/cm 2。 CPD1 59.07 =1.0 （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 2r1r 相對輪?。?）時，則可由薄壁筒公式確定壁厚5.12r 24 對薄壁筒（ ）：5.12r kgf/)(1CDP2cm =50.82 =51 kgf/ 160 kgf/2c2c 第二節(jié) 泵 閥 設 計 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。 一、泵閥設計的一般原則是： 1、閥應能及時啟、閉，關閉速度和關閉滯后角不應大于允許值，以減小關閉沖 擊和回流損失； 2、密封可靠，減小或避免關閉后的漏損； 3、盡可能減小水力阻力損失； 4、根據(jù)不同的輸送介質，選擇相應的材料、閥板和閥座材料及其硬度匹配適當， 并保證足夠的強度和剛度； 5、結構簡單、拆裝方便、工藝性好，盡可能有良好的互換性； 6、工作平穩(wěn)、噪音小，壽命長。 二、泵閥的種類及結構型式的特點和選擇 泵閥主要是自動閥，只有當輸送高粘度介質時，才采用強制閥。自動閥又分為 彈簧閥（多為盤形閥和環(huán)形閥）和自重閥（多為球閥）兩種。 （一）盤形閥 根據(jù)閥板與閥座密封面型式，盤形閥又可分為兩種：一種是以平面接觸的。稱 為平板閥；一種是以錐面接觸的，稱為錐形閥。 1、平板閥 平板閥廣泛用于輸送常溫清水、低粘度油或類似于清水的介質。結構較簡單、 制造較容易。但密封性能不如錐形閥，多用于排壓較低的泵。 2、錐形閥 25 錐形閥較平板閥在制造上略復雜，但流道較平滑，流量系數(shù)大、水力阻力小、 過流能力強、密封性能好，不論介質粘度較高或較低都比較適宜，而且因閥板剛度 較大，通常多用于高壓和超高壓泵上，在計量泵自重閥也間有采用的。 （二）環(huán)形閥 環(huán)形閥比相同的平板閥閥間隙面積大一倍（單環(huán)閥）或幾倍（多環(huán)閥） ，故閥間 隙過流面積大，適用于流量大的泵。但因閥板直徑大而剛性差，在高壓或超高壓泵 中很少用。 （三）自重閥 自重閥大多采用球閥，也有采用錐形閥的。由于自重閥沒有彈簧，閥板慣性力 影響較大，因此只適用于每分鐘往復次數(shù)較低（通常 n150spm,大多 n100spm） 、 流量不大的泵。 由上選擇盤形閥中的平板閥 泵閥的設計計算 設計內容 參數(shù)選取及計算公式 結果 泵的排壓 P2(kgf/cm2) 5 缸數(shù) Z 2 活塞直徑 D (cm) 8 活塞行程 S(cm) 12 每分鐘往復次數(shù) n(spm) 84 介質重度 j 1 泵閥型式 (度) 90 已 知 條 件 閥板材料重度 f(g/cm3) 8.8 活塞截面積 A(cm2) 24DA49 通過一個閥的流量 Qtf（cm 3/s） ftfZSnQ60782 1 閥座孔最大瞬時流速 (cm3/s)maxk150300maxu140 當量閥座孔直徑 dk(cm) = =4.88,取 4.6kdax/ktfQ4.6 26 閥座環(huán)寬 b0(cm) b0=(0.190.24) kd1.5 環(huán)平均直徑 dm(cm) = /4b0md2k 3.5 密封面接觸寬度 b(cm) b=0.20.4, 取 0.4 0.4 閥板寬 bf(cm) bf= b0+2b 2.3 閥座環(huán)外圓 d02(cm) d02= +b0m5.0 閥座環(huán)內圓 d01(cm) d01= -b0 2.0 閥板環(huán)外圓 df2(cm) df2= 1bm5.8 閥板環(huán)內圓 df1(cm) df1=dm-bf 2.2 閥板厚度 (cm) =( )06kd0.9 閥板厚度 df (cm) 5.4 密封面面積 Aj(cm2) =2 b1Am8.79 試驗系數(shù) K ( )scmkg/按阿道爾夫試驗取 1.30 允許關閉速度 1u =30, 取 121ufjK12 最大升程 h0max(cm) nuhf0max01.45 面積比 0axbAkx1.245 當量系數(shù) 1m 查1中,圖 3-25 6.1 系數(shù) K3 2313sin5kfjdGSDK1.54 系數(shù) K1 K1=0.684KhK3( )2max6.54 彈簧初始安裝力 F0(g) ffjkgdF 120 224 泵 閥 的 設 計 計 算 系數(shù) K4 14. 3max3hdKk 11.5 27 彈簧剛度 C(g/cm) 4 2KgGCf 96.5 彈簧最大工作力 F1(g) F1= F0+Ch0max 336 閥上最大載荷 Fmax(g) fj)(max466.4 彈簧中徑 Dm(mm) 按結構選取 26 彈簧指數(shù) Ch 查1中,表 3-3, hmdDC17.3 彈簧曲度系數(shù) Kn 查1中,表 3-2 1.08 許用扭轉應力 (kgf/mm2)查1中,表 3-4,按 65Mn 鋼絲 取 30 鋼絲直徑 dh(mm) 3106.nhhKCFd1.5 剪切彈性模量 G(kgf/mm2) 查1中,表 3-5 8000 彈簧工作圈數(shù) i(圈) CDGimh3 481 4 彈簧總圈數(shù) i1(圈) i1=i+(1.52.0) 5.5 彈簧節(jié)距 t(mm) hdFt41 30 9.5 自由高度 H(mm) H=(t-dh)i+( i1-0.5) dh 38 安裝高度 H0(mm) CH0034.4 彈 簧 的 設 計 計 算 鋼絲展開長 L(mm) 21tDiLm434.8 密封面比壓校核 Py(kgf/cm2) yyPbpdP4sin2 =140200 25強 度 校 核 彎曲強度校核 (kgf/cm2)2431.0bdk 250 220 28 第三節(jié) 活塞、活塞桿、活塞環(huán) 一、活塞 活塞與缸套（有的無缸套而直接與液缸體內壁）組成一對動密封、密封元件組 裝在活塞上。通過活塞的往復運動，交替地改變著工作腔的容積，借助于泵閥來實 現(xiàn)泵的吸、排液過程。因此，要求活塞必須具有： 1、良好的密封性能； 2、足夠的強度和剛度； 3、活塞體與活塞桿、活塞環(huán)等的連結和定位應牢固、可靠； 4、在保證密封的前提下，應盡可能減少摩擦和磨損，減少功率損耗 提高使用壽命。 （一）活塞的結構型式和選擇 活塞的結構型式，按活塞與缸套密合狀況可分為間隙密封活塞（迷宮式） 、脹緊 式活塞（活塞環(huán)活塞） 、過盈封密活塞（軟填料