泵与压缩机 第2章 其他类型泵的简介

1、1.1 轴流泵 第二章 其他类型泵的简介 1.2 往复泵 1.3 旋涡泵 1.4 齿轮泵 1.5 螺杆泵 1.6 滑片泵 1.7 液环泵 1.8 射流泵 除离心泵外： 在油田泵站和污水处理厂常用轴流泵轴流泵。 在输送粘度较高润滑油和燃料油时，常用 到往复泵往复泵、齿轮泵齿轮泵和螺杆泵螺杆泵等容积泵容积泵。 在油库常采用真空泵真空泵对离心泵灌泵以及抽 吸油罐底油。 在油气混输以及原油输送中也采用螺杆泵螺杆泵 。 第一节 轴流泵 一、轴流泵的结构 过流部件由进水管进水管5、 叶轮叶轮4、导叶导叶2、出水管出水管1 和泵轴泵轴3等组成，叶轮为叶轮为 螺旋桨式螺旋桨式。 1-出水弯管；出水弯管；2-导

2、叶；导叶；3-泵轴泵轴 ；4-叶轮；叶轮；5-进水管；进水管；6-轴承轴承 ；7-填料盒；填料盒；8-填料；填料；9-填料填料 压盖；压盖；10-联轴器联轴器 二、轴流泵的工作原理 其工作原理是以空气动力学中机翼升力理论空气动力学中机翼升力理论 为基础。通离心泵一样，轴流泵旋转叶轮传递 给单位质量液体的能量也是用欧拉方程来描述 ，只是由于流线沿轴流叶轮进口和出口的圆周叶轮进口和出口的圆周 速度相等速度相等，因此： g cc g ww g uu H 222 2 1 2 2 2 1 2 2 2 1 2 2 g cc g ww 22 2 1 2 2 2 1 2 2 所以，轴流泵中没有离心力引起的扬程

3、的增加。所以，轴流泵中没有离心力引起的扬程的增加。 三、轴流泵的分类 根据叶片是否可调分为：固定叶片式轴流泵固定叶片式轴流泵 （叶片不可调）、半调节叶片式轴流泵半调节叶片式轴流泵（停机 拆下调节）和全调节叶片式轴流泵全调节叶片式轴流泵（由调节机 构不停机调节）等。 四、轴流泵的特点 适用于大流量适用于大流量 、低扬程、低扬程。 H-Q曲线很陡曲线很陡 ，Q为零时为零时H达额定达额定 的的1.52.0倍倍。 H/Hb ,N/Nb ,h h (%) (%) Q/Qb (%)(%) 0 0 N-Q H-Q h h-Q 流量越小，轴功率流量越小，轴功率 越大越大。 高效范围窄高效范围窄，在额 定点两侧

4、h下降很快。 叶轮一般浸没在液叶轮一般浸没在液 体中，不需考虑汽蚀，体中，不需考虑汽蚀， 启动也不需灌泵启动也不需灌泵。 H/Hb ,N/Nb ,h h (%) (%) Q/Qb (%)(%) 0 0 N-Q H-Q h h-Q 五、轴流泵的流量调节 一般不采用出口阀调节方式，常用改变转速改变转速 或改变叶片安装角改变叶片安装角来调流量。 常用作污水处理。常用作污水处理。P81表表2-1 1轴流泵是基于什么原理 工作的？ （空气动力学机翼升力原理）（空气动力学机翼升力原理） 2轴流泵进出口位置 ？ A扬程为零； B没有圆周速度； C圆周速度之差为零； D液体不受离心力作用 （C（没有离心力引起

5、的扬程（没有离心力引起的扬程 增加）增加） 3轴流泵适用于输送什么 样的液体？ （含固体杂质的液体。）（含固体杂质的液体。） 4轴流泵流量调节的常用 方法有哪些？ （调速（调速/调叶片安装角）调叶片安装角） 第二节 往复泵 往复泵是容积泵的一种。它依靠活塞在泵 缸中往复运动，使泵缸工作容积呈周期性变 化来吸排液体。 一、往复泵的特点 往复泵具有自吸能力往复泵具有自吸能力，在压力急剧变化下 其流量仍能保持基本不变，特别适用于小流特别适用于小流 量、高扬程情形下输送粘性较大的液体量、高扬程情形下输送粘性较大的液体。 但往复泵结构复杂、易损件多、流量有脉 动，大流量时体积庞大。 二、往复泵的结构和工

6、作原理 1往复泵的结构组成往复泵的结构组成 由动力端动力端和液力端液力端两大部分组成。 往复泵示意图往复泵示意图 1-缸体；缸体；2-活塞；活塞；3-吸入阀；吸入阀；4- 排出阀；排出阀；5-阀室；阀室；6-吸入管；吸入管；7- 排出管；排出管；8-曲柄；曲柄；9-连杆；连杆；10- 十字头；十字头；11-活塞杆活塞杆 动力端动力端：皮带轮：皮带轮 、传动轴、连杆、传动轴、连杆9、十、十 字头字头10和曲柄和曲柄8(或偏心或偏心 轮轮)等。等。 液力端液力端：缸体：缸体1、 活（柱）塞活（柱）塞2、吸入阀、吸入阀 3和排出阀和排出阀4、阀室、阀室5等等 。 WB型电动型电动 往复泵往复泵 抽油

7、泵也是一种特殊抽油泵也是一种特殊 结构的往复泵结构的往复泵 钻井泥浆泵钻井泥浆泵 2往复泵的工作原理往复泵的工作原理 活塞在泵缸内两端之间移动的距离称为行行 程程。 往复泵虽有自吸能力，启动前不用灌泵， 但实际中启动时仍应保持缸内有液体启动时仍应保持缸内有液体，既能 保证可立即吸排液体，也可避免活塞干磨而 损坏。 转速对往复泵的自吸能力有影响转速对往复泵的自吸能力有影响。若速度 太大，流动损失会增大，使泵缸内压力低于 液体饱和蒸气压，造成抽空现象而失去吸液 能力。 往复泵转速一般在往复泵转速一般在80200r/min之间，吸入高度为之间，吸入高度为45m。 三、往复泵的分类 1按液缸数分按液缸

8、数分 单缸、双缸、三缸、多缸泵。 2按活塞往返一次，吸排液次数分按活塞往返一次，吸排液次数分 单作用、双作用泵。 3液缸布置分液缸布置分 卧式、立式、V形、星形泵。 4按活塞的构造分按活塞的构造分： 活塞、柱塞、隔膜泵。 （双作用活塞泵双作用活塞泵）（单作用柱塞泵）（单作用柱塞泵）（隔膜泵）（隔膜泵）（曲柄传动泵）（曲柄传动泵） 液压油液压油 （凸轮传动泵）（凸轮传动泵）（卧式蒸汽泵）（卧式蒸汽泵）（水平对置式液压驱动泵）（水平对置式液压驱动泵） 四、往复泵的性能参数 1流量（流量（m3/s）（指平均流量）（指平均流量） 单缸单作用理论流量单缸单作用理论流量QT为： 60 T Asn Q 式中

9、：A 活塞截面积，m2； s 活塞行程，m； n 往复泵的转速，m/s 单缸双作用单缸双作用理论流量理论流量QT为： ）活塞杆截面积，（ 2 T m- 60 )2( a snaA Q 实际平均流量实际平均流量Q为： 式中：hv 容积效率容积效率，主要是由于阀门开、闭阀门开、闭 滞后滞后，阀门、活塞填料泄漏阀门、活塞填料泄漏等所造成。 往复泵在工作中的流量是不均衡的，对于 ）有时也称为排量系数（hh vTvQ Q 由曲轴旋转运动转为活 塞往复运动的单缸单作单缸单作 用往复泵用往复泵而言，其流量 近似为半波正弦规律。 减缓输出流量脉动的方法有：减缓输出流量脉动的方法有： 采用双作用泵；采用双作用泵

10、；采用多缸采用多缸 泵泵；采用空气包。；采用空气包。 2往复泵的扬程（往复泵的扬程（m） 与离心泵一样，扬程H为： )( 2 sd 2 s 2 dsd zz g cc g pp H 式中各字母代号与离心泵相同。 因靠挤压作用压出液体，所以理论上往复泵 的扬程H任意高。实际上考虑到构件的强度、 泵内阀件的泄漏等，其扬程仍有限度。由此可 见，往复泵的压头往复泵的压头H与流量与流量Q无关无关。另： g p H d 返P37 返P45 3往复泵的功率和效率往复泵的功率和效率 往复泵的有效功率（输出功率）往复泵的有效功率（输出功率）Ne为： ）（单位：WgQHN e N gQH N N h e 往复泵的

11、总效率往复泵的总效率h h 因往复泵也存在泄漏损失泄漏损失、泵内液体流动的 阻力损失阻力损失以及活塞、填料函、轴承等摩擦引起 的机械损失机械损失等，使得泵实际所需功率N 泵的 有效功率Ne。因此往复泵的总效率为： 率之积）（机械、容积、水力效 hvm hhhh 钻井用3缸泥浆泵铭牌实例： 五、往复泵的瞬时流量分析 1往复泵活塞运动规律往复泵活塞运动规律 活塞的运动规律就是吸、排液体的规律，也 就是流量的规律。 过A1、A2点引水平线垂线，可推得位移位移x： （往复泵活塞运动示意图）（往复泵活塞运动示意图） O1 O2 x1 x2 B1B2 lr A1 A2 O b b j j j j w w

12、g g )sin11 ()cos1 ( 22 jjlrx 式中，式中，r-曲柄长度；曲柄长度；l- 连杆长度；连杆长度； -曲柄连杆曲柄连杆 比，比， r/l；j j -曲柄转曲柄转 角。角。 位移x对时间t求导即得活塞移动速度u： ）（其中：jw j j jw tru) sin12 2sin (sin 22 ) )sin1 ( sin2cos (cos 322 43 2 j jj jw ra 速度u再对t求导得活塞移动加速度a： 上述各式求活塞向右运动时，取公式中上方 的符号，活塞转角取j 0p；反之，取公式 下方的符号，j p2p。 实际上=r/l0.20，所以： 上述x、u和a的公式虽然

13、精确，但不便记忆 和应用，适当简化可得：推导略 ） 2 sin cos1 ( 2 j jrx ) 2 2sin (sin j jwru )2cos(cos 2 jjwra ）jcos1 ( rx jwsinru jwcos 2 ra 所以，活塞的运动规律所以，活塞的运动规律 即流量规律可近即流量规律可近似看成是似看成是 正弦规律正弦规律的变化。的变化。 2往复泵的瞬时流量往复泵的瞬时流量Qc 往复泵的理论平均流量QT和平均流量Q前已 提及，它是瞬时流量Qc在一定时间内的平均值 。而理论瞬时流量Qcm为： （理论瞬时值）AuQcm 式中：A 活塞横截面积，m2； u 活塞移动速度，m/s。 单作

14、用缸理论瞬时流量单作用缸理论瞬时流量 （单作用瞬时理论值）) 2 2sin (sin m mcm FrQ j jw 式中，式中，m-多缸泵的液缸顺序编号多缸泵的液缸顺序编号。吸入时取公式上面的符号，。吸入时取公式上面的符号， j j =0p p；排出时取公式下面的符号，；排出时取公式下面的符号，j j =p p2p p。 双作用缸理论瞬时流量双作用缸理论瞬时流量 将液缸分为前工作室和后工作室，其理论瞬 时流量分别以Qcmf和Qcmr表示。 （双作用前室）) 2 2sin (sin m mcmf ArQ j jw （双作用后室）) 2 2sin (sin)-( m mcmr raAQ j jw

15、式中，公式正负号的取法与前相同。 双作用缸总的瞬时流量为前、后工作室流量双作用缸总的瞬时流量为前、后工作室流量 之和之和Qcm=Qcmf + Qcmr。 多缸泵总瞬时流量的计算多缸泵总瞬时流量的计算 要根据各曲柄间存在的角位差角位差q q来决定公式 中的角参数。 如三缸单作用泵的角位差q =120，则j1=j ，j2=j+120，j3=j+240。 另外如双缸双作用泵的q = 90，则j1=j， j2=j+90。 （3缸往复泵曲柄相互关系示意图）缸往复泵曲柄相互关系示意图） 0 1 1 p p q q j j w w 2 p p 2 3 3p p 2 3 23 必须以相应的 角参数代入公式 计

16、算各液缸的瞬 时流量。 3往复泵的流量曲线往复泵的流量曲线 以曲柄转角j j为横坐标为横坐标，排量Q为纵坐标为纵坐标，可 作出泵的流量曲线。 0 Q j j 2p pp p 3p p 2 p p 2 Qmax Qt 0 Q j j 2p pp p 3p p 2 p p 2 Qmax Qt 2 1 p p 0 Q j j 2p pp p 3p p 2 p p 2 3 1 2 2p p 3 QmaxQt 0 Q j j 2p pp p 3p p 2 p p 2 QmaxQt 4 2 1 3 p p 2 （单缸单作用泵）（单缸单作用泵） （三缸单作用泵）（三缸单作用泵） （双缸单作用泵）（双缸单作用

17、泵） （四缸单作用泵）（四缸单作用泵） 对流量曲线的说明对流量曲线的说明： 上述曲线是假设活塞运动规律为严格的正 弦规律情况下做出的，即忽略了的影响。 通常，吸入和排出过程的流量曲线是分别 作出的，排出曲线为正，吸入为负排出曲线为正，吸入为负。考虑的 影响时，两者有一定区别。 0 Q j j 2p pp p 3p p 2 p p 2 3 1 2 2p p 3 QmaxQt （忽略（忽略 的三缸单作用泵）的三缸单作用泵）（实际的三缸单作用泵）（实际的三缸单作用泵） 0 Q(1/Frw w) j j 2p pp p 3p p 2 p p 2 Qp Qt 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 =0

18、.1335 Q1 Q2Q3 4流量曲线的用途流量曲线的用途 可用于往复泵的理论分析和计算，还有： 判断流量的均匀程度判断流量的均匀程度 通常，往复泵在曲柄转动一周的过程中，其 瞬时排量都是变化的，最大值Qcmax、最小值 Qcmin及理论平均值Qt均可在曲线上得出。而最最 大差值与平均值之比大差值与平均值之比称为排量不均度排量不均度d dQ，以此 衡量泵排量的不均匀程度： t cc Q Q QQ minmax d 0 Q(1/Frw w) j j 2p pp p 3p p 2 p p 2 Qp Qt 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 =0.1335 Q1 Q2Q3 （d dQ0.2/0.

19、970.21） 若不考虑不考虑 影响，一、二、三、四缸单作用 泵的dQ分别为：（与实际有一定误差） 57. 1 2 2 p d 单Q pd 单1Q 141. 0 6 32 3 pd 单Q 10 4 p d 单Q 0 Q j j 2p pp p 3p p 2 p p 2 Qmax Qt 0 Q j j 2p pp p 3p p 2 p p 2 Qmax Qt 2 1 p p 0 Q j j 2p pp p 3p p 2 p p 2 3 1 2 2p p 3 QmaxQt 0 Q j j 2p pp p 3p p 2 p p 2 QmaxQt 4 2 1 3 p p 2 液缸越多，排出流量波动越小

20、？液缸越多，排出流量波动越小？ 确定泵输送的液体体积确定泵输送的液体体积V 设曲柄转角变化j 时，流量曲线上Q与横坐 标包围的面积为S，同时泵所输送的液体体积 为V，则： w j j 1 t V V Q V S V w S V 检验曲柄布置是否合理检验曲柄布置是否合理 通过绘制流量曲线，可发现各缸瞬时流量是 否叠加合理，从而检验曲柄布置方案的合理性 。 六、往复泵的工作特性 1往复泵的特性曲线往复泵的特性曲线 表示泵的流量Q、输入功率N及效率h与压 力p的关系。 Q-p Q, h hv, h h, N p h hv-p h h-p N-p 0 （往复泵的性能曲线）（往复泵的性能曲线） 仅由QT

21、Asn/60，似乎流量 QT与压力p无关。 但实际上随着泵压升高，泵 密封的漏失将增加，流量会略 有下降，容积效率hv也会随之 减小。 随着压力p增大，泵对动力 机提出更高输入功率N要求。 另外，因hhmhvhh，虽然 hv略有下降，但hm和hh变化不 大，其有效功率Ne会增大，使 得h上升。 该曲线是纯机械传动往复泵的特性曲线，该曲线是纯机械传动往复泵的特性曲线，Q- p曲线与传动方式紧密相关。曲线与传动方式紧密相关。 （往复泵的性能曲线）（往复泵的性能曲线） Q-p Q, h hv, h h, N p h hv-p h h-p N-p 0 2往复泵的工况点往复泵的工况点 Dp表示管路系统消

22、耗的压管路系统消耗的压 力力。在Q-Dp图上可作出不同 井深Li的管路特性曲线（红色 曲线）。 将Q-p关系画在同一坐标内 ，即得泵与管路联合特性曲泵与管路联合特性曲 线线。（坐标换位） （泵与管路联合的特性曲线）（泵与管路联合的特性曲线） A1 p, D Dp Q0 Q1Q2 L2 L3 L4 L1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 两曲线相交点A1、B1、C1及A2、B2、C2等， 称为泵的工况点泵的工况点，这些点满足质量守恒和能量 守恒条件，泵处于这些点上才能正常工作。 所以井深加大后，要想泵压低，只能减小流量（换小缸套）。所以井深加大后，要想泵压低，只能减小流量（换小缸套）。 3往复

23、泵的临界特性往复泵的临界特性 往复泵设计和使用中，存在两种限制条件。 冲次冲次n/60的限制的限制 一方面，由QTAsn/60可得在As不变的情况 下，流量Q与冲次n/60成正比。另一方面，n过 高，会加速活塞和缸套的磨损，还会使泵阀产 生严重的冲击，大大缩短泵阀寿命。所以对应 nmax就存在Qmax。 若sn不变，则对应不同的活塞面积A1，A2， ，An，即不同的缸套内径，都具有相应的最 大流量Q1，Q2，Qn，即在某i 级缸套下，Q 不允许超过Qi，否则就意味着n超过了允许值。 泵压泵压p的限制的限制 因为泵的活塞杆和曲柄连杆机构等的机械强 度有限，为了满足强度方面的要求，每一级缸 套的最

24、大活塞力应该不超过某一常数c，即p1A1 p2A2=pnAn=c。也就是每一级缸套都受到一 个最大工作压力或极限泵压pi的限制。 随着钻井深度加深，随着钻井深度加深，p会增大，则要求会增大，则要求A作相作相 应减小。即换成更小的缸套。应减小。即换成更小的缸套。 泵的临界特性曲线正是根据冲次和压力的限 制条件作出的。 例：例：已知某往复泵的平均理论排量为26 L/s ，排出口表压力p表为140大气压，吸入口真空 度p真为0.3大气压，两表高差H0为1.2m，泵的 机械效率hm和转化效率转化效率h hi(=h hvh hh)均为0.9，传 动效率ha为0.95，液体重度g为1200kg/m3。 试

25、求泵的有效功率Ne、输入功率N及发动机 功率Na。 解：解：1重度g (kg/m3)=1密度 (g/cm3)/1000 1重度g (N/m3)=1密度 (g/cm3)g/1000 1大气压=1.01325105Pa=0.101325MPa 一般：1大气压=1.0105Pa=0.1MPa 传动效率ha为指传动系统的效率。 泵的有效压头H为： 0sd 2 s 2 dsd )( 2 H pp zz g cc g pp H g 真表 泵的有效功率Ne为： 液柱）（m11702 . 1 101200 10 )300(140 5 1170026. 0101200 e QHgQHNg ）（）（hp65.49

26、6kW04.365 （1hp=735W） 见P17 泵的轴功率N为： ）（hp N N15.613 9 . 09 . 0 65.496 im e hh 发动机功率Na为： ）（hp N N97.709 95. 0 15.613 1 . 11 . 1 a a h ）（发动机功率为： 传 泵输入 发 h N N1 . 1 七、往复泵的性能调节 往复泵与一定的管路系统组成统一的装置后 ，其工况点一般也是确定的。有时为了某些需 要，希望人为调节泵的流量，改变工况点。 1流量调节流量调节 由于泵的流量与泵的缸数i、活塞面积A、冲 次n/60及冲程s成正比关系，改变其中任一个 参数，都可改变泵的流量。钻井

27、泵中常用的调 节流量方法有以下几种： 更换不同直径的缸套更换不同直径的缸套调节泵的冲次调节泵的冲次 减少泵的工作室减少泵的工作室 旁路调节旁路调节 2往复泵的并联运行往复泵的并联运行 往复泵有较高的扬程，一般情形下不会出现 往复泵串联使用的需求。 为了满足较大流量需要，现场常将往复泵并 联工作。往复泵并联工作时，以统一的排出管 向外输送液体。 并联工作有如下特点： 当各泵的吸入管大致相同，排出管路交 汇点至泵的排出口距离很小时，可以近似地认 为各泵都在相同的压力p下工作，即p1p2 p。 排出管路中的总流量为同时工作的各泵 的流量之和，即Q1+Q2+Q，当单台泵相 同时，m台泵的总流量为QmQ

28、i。 泵组输出的总水力功率为同时工作各泵 输出的水力功率之和，即NN1+N2+，当 各泵相同时，N=pQmNi=mpQi。 在管路特性一定的条件下，对于机械传 动的往复泵，并联总流量等于每台泵单独工作 流量之和，而并联后的泵压大于每台泵在该管并联后的泵压大于每台泵在该管 路上单独工作时的泵压路上单独工作时的泵压。 应注意的是，总压力p必须小于各泵在用缸 套的极限压力，各泵冲次应不超过额定值。 3往复泵具有自吸能力， 所以缸内即使无液体，启动也 不会造成什么影响。（ ） （） 4缓解往复泵流量不均所 采取的措施有哪些？ （采用双作用；采用多缸；增（采用双作用；采用多缸；增 设空气包）设空气包）

29、5往复泵采用的液缸数越 多，其流量脉动越小？（ ） （） 6欲适当提高往复泵的输 出压力，应 ？ A提高Q； B提高n； C降低n； D减小缸径 （D） 7往复泵并联使用时，其 输出压力p与各单泵在同一管 路工作时压力pi相比， 。 Ap=pi； Bppi； Cppi； Dppi （B） 作业：见后页。 附1已知3NB-1300型钻井泵,泵的总效率为 0.75，最小缸套时其最大允许压力为30MPa， 泥浆重度g =1200Kg/m3，泵的冲次不变。 试求此泵的有效压头H、有效功率N、实际 排量Q。 （查表得3NB-1300型钻井泵：单作用泵，额 定功率960kW，冲程长度305mm，额定泵速

30、120r/min，最大排出压力35.6MPa，最大流量 不小于46.6L/s。） 见P17 附2已知某钻井泵（往复泵）的平均理论 排量为1600 L/min，排出口表压力为140大气 压，吸入口真空度为0.25大气压，两表高差为 1.8m，泵的机械效率和转化效率均为0.9，传 动效率为0.95，泥浆重度为1200公斤/m3。 试求泵的有效功率Ne、输入功率N及发动机 功率N发。（设排量系数100% ，泵的转化 效率ht容积效率hv水力效率hh ） 第三节 漩涡泵 旋涡泵是一种叶片泵，又称为涡流泵、再生 泵，也可以把它理解为是一种特殊的离心泵。 一、旋涡泵的结构 主要由叶轮叶轮和有环形流道的壳体

31、有环形流道的壳体组成，叶轮 外缘与泵壳内间隙为0.100.15mm，叶轮上铣 有许多径向叶片。流道由叶轮、泵体及泵盖之 间的环形空腔组成，流道被一个隔舌隔舌分成为吸 、排两方，分别与吸、排管路相联。隔舌与叶 轮径向间隙更小，以防出口液体漏回入口。 闭式漩涡泵闭式漩涡泵 1-叶轮；叶轮；2-叶片；叶片；3-泵壳；泵壳；4-液流道；液流道；5-隔舌隔舌 排出管并非沿泵壳切向引出排出管并非沿泵壳切向引出 旋涡泵分为开式旋涡泵开式旋涡泵和闭式旋涡泵闭式旋涡泵两种。 1开式旋涡泵开式旋涡泵 开式旋涡泵叶片较长，叶片内径小于流道内叶片内径小于流道内 径，液体先进入叶轮，后进入流道径，液体先进入叶轮，后进入

32、流道。 开式漩涡泵开式漩涡泵 1-吸入口；吸入口；2-排出口；排出口； 3-叶轮；叶轮；4-流道流道 2闭式旋涡泵闭式旋涡泵 闭式旋涡泵叶轮的叶片较短，叶片内径等于叶片内径等于 流道内径。液体先进入流道，再从叶轮外周进流道内径。液体先进入流道，再从叶轮外周进 入叶轮入叶轮。 隔舌隔舌 二、旋涡泵工作原理（以闭式漩涡泵为例） 叶轮旋转时，在离心力Fu的作用下，叶轮内 液体向外甩入泵壳中的环形流道，形成高压被 迫回流，进入后面的另一叶道。因此，液体在 叶片与环形流道之间的运动迹线，对静止的泵 壳来说是一种前进的螺旋线；而对于转动的叶 轮来说则是一种后退的螺旋线。旋涡泵即因液 体的这种旋涡运动而得名

33、。这种漩涡也被称为 “纵向漩涡”。 纵向旋涡纵向旋涡 Fu 在纵向旋涡过程中，液体能连续多次进入叶 片，每流经叶轮一次，就获得一次能量，直到 最后从排出口排出。这也是相同叶轮外径情况相同叶轮外径情况 下，旋涡泵比其它叶片泵扬程高下，旋涡泵比其它叶片泵扬程高的原因。旋涡旋涡 泵的工作有些像多级离心泵泵的工作有些像多级离心泵，但旋涡泵只有像 叶轮这样的传能装置，而没有像离心泵蜗壳或 导叶那样的能量转换装置。旋涡泵主要是通过旋涡泵主要是通过 多次连续作功的方式把能量传递给液体，所以多次连续作功的方式把能量传递给液体，所以 能产生较高的压力能产生较高的压力。 纵向漩涡越强，液体进入叶轮的纵向漩涡越强，

34、液体进入叶轮的 次数越多，泵所产生的压头越高。次数越多，泵所产生的压头越高。 三、旋涡泵的特点 1优点优点 体积小、重量轻体积小、重量轻 在叶轮直径和转速相同时，漩涡泵的扬程比扬程比 离心泵高离心泵高24倍倍。在相同扬程时，比容积泵尺比容积泵尺 寸小、结构简单寸小、结构简单。 具自吸能力或借助简单装置即可自吸具自吸能力或借助简单装置即可自吸 开式旋涡泵叶片根径流道内径，液体经 吸入口叶片流道。这种泵有自吸能力，其 原理与液环泵液环泵相似。 闭式旋涡泵在出口附 近加气液分离罩气液分离罩或采用扩大的出口管扩大的出口管后也能自 吸。原理在于： 若液体中混有气体，在叶轮作用下液气在流 道中强烈搅浑，形

35、成液气混合物。混合物在分 离罩中靠离心力分离，或在扩大的出口管中靠 重力分离。分离后气体排出，液体返回流道再 与气体混合，最后达到自吸。 但旋涡泵的吸入能力不如离心泵（即吸上真 空度没有离心泵大）。因此，离心泵+旋涡泵 （称为离心旋涡泵离心旋涡泵）既可提高扬程，又可改善 吸入能力。 具有陡降的扬程和功率特性曲线具有陡降的扬程和功率特性曲线 就旋涡泵与离心泵特性曲线相比较可得： 因漩涡泵靠纵向漩涡 传递能量，所以在小流 量时流道中液体流动速 度小，液体经过叶轮的 次数增加，使泵扬程提 高。 反之，流量大时液体经过叶轮次数少，漩涡 作用小，扬程下降。所以旋涡泵应在出口阀开旋涡泵应在出口阀开 启情况

36、下启动，用旁路调节流量比关小出口阀启情况下启动，用旁路调节流量比关小出口阀 调节要经济、合理调节要经济、合理。 H ,N ,h h Q O 旋涡泵旋涡泵 离心泵离心泵 H H N N h h h h 2缺点缺点 效率较低效率较低 在能量传递过程中，由于液体的多次撞击， 能量损失较大，泵的效率较低，一般为20 50%，最高不超过55%。因此妨碍了它向大功 率方向发展。 旋涡泵不能用来抽送高粘性液体旋涡泵不能用来抽送高粘性液体 因随着液体粘性的增加，泵的扬程和效率会 急剧降低，一般粘度限制在100cSt之内。 加工工艺要求较严加工工艺要求较严 旋涡泵叶轮和泵体之间的径向间隙和轴向间 隙要求较严，给

37、加工和装配带来一定困难。 旋涡泵的汽蚀性能较差旋涡泵的汽蚀性能较差。 抽送的介质只限于较纯净的液体抽送的介质只限于较纯净的液体 当液体中含有固体颗粒时，就会因磨损引起 轴向和径向的间隙增大而降低泵的性能或导致 旋涡泵不能工作。 四、旋涡泵的用途 W型单级直连旋 涡泵用于吸送清水吸送清水 或物理化学性质类物理化学性质类 似于水的液体似于水的液体，使 用液温1（即前一对齿轮脱开前，后一对齿轮就进入啮（即前一对齿轮脱开前，后一对齿轮就进入啮 合）。如此一来，有部分液体会被困在两啮合线和两端盖形合）。如此一来，有部分液体会被困在两啮合线和两端盖形 成的密闭空间里，这个封闭容积称为成的密闭空间里，这个封

38、闭容积称为闭死容积闭死容积。 当当“闭死容积闭死容积”由大变小时，容积内的液体受到挤压，压由大变小时，容积内的液体受到挤压，压 力急剧升高（高达输出压力力急剧升高（高达输出压力10倍以上）。于是被困液体从一倍以上）。于是被困液体从一 切可以泄漏的缝隙中强行挤出，这时，切可以泄漏的缝隙中强行挤出，这时，齿轮和轴承均受到很齿轮和轴承均受到很 大的脉冲径向力，功率损失增加，磨损加剧大的脉冲径向力，功率损失增加，磨损加剧。 当当“闭死容积闭死容积”由小变大时，压力急剧下降，形成局部真由小变大时，压力急剧下降，形成局部真 空，溶解在液体中的气体析出，或液体本身气化等空，溶解在液体中的气体析出，或液体本身

39、气化等形成气蚀形成气蚀 ，使泵产生振动和噪声，使泵产生振动和噪声。 上述现象称为上述现象称为“困液现象困液现象”。“困液现象困液现象”对齿轮泵的工对齿轮泵的工 作性能及使用寿命都有很大的影响。作性能及使用寿命都有很大的影响。 2卸荷措施（消除困液现象的措施）卸荷措施（消除困液现象的措施） 使闭死容积与吸排口相通使闭死容积与吸排口相通。当闭死容积由大 变小时，与排出腔相通；当闭死容积由小变大 时，与吸入腔相通。 开卸荷槽（或将吸排口做成月牙形）开卸荷槽（或将吸排口做成月牙形） 。在两端盖的闭死容积处开一槽，分别与。在两端盖的闭死容积处开一槽，分别与 吸液腔和排出腔相连。吸液腔和排出腔相连。 开卸

40、荷孔开卸荷孔。由于从动轴固定不动，可。由于从动轴固定不动，可 在从动轴上铣出两个凹槽，并在从动轮的在从动轴上铣出两个凹槽，并在从动轮的 每个齿顶和齿谷底部开卸荷孔。当每个齿顶和齿谷底部开卸荷孔。当“闭死闭死 容积容积”变小时，卸荷孔通过轴上凹槽与排液腔连通；当变小时，卸荷孔通过轴上凹槽与排液腔连通；当“闭死容积闭死容积 ”变大时，卸荷孔通过轴上凹槽与吸入液腔相通，达到消除变大时，卸荷孔通过轴上凹槽与吸入液腔相通，达到消除 “困液现象困液现象”的目的。的目的。 采取其他措施。如采取其他措施。如采用斜齿齿轮采用斜齿齿轮等。等。 四、齿轮泵的主要性能参数 1流量流量 每转排容量每转排容量Vh 齿轮泵

41、的理论流量常用近似公式计算。假定 每转压出液体量=两齿轮齿谷容积之和；假定 齿谷体积=齿的体积。因齿高一般为齿高一般为2m（m为 模数），则每转排容每转排容Vh为： ）（r /102 6- h LDmbVp 式中：式中：Vh 泵每转的排容量，泵每转的排容量，L/转；转； m 齿轮模数，齿轮模数，mm； b 齿宽，齿宽，mm； D 齿轮节圆直径，齿轮节圆直径，D=mz，z为齿数，为齿数，mm。 理论流量理论流量QT为： ）（min/102 6-2 hT LzbnmnVQp 式中：n 泵转速，r/min。 实际流量实际流量Q 实际上齿谷体积齿的体积，用3.33代替p加 以修正。再考虑容积效率hv的

42、影响，最后得实 际流量Q为： ）（min/1066. 6 6- v 2 LzbnmQh 式中：hv 容积效率，一般取0.70.9，高压小 流量时hv值取其中较小值。 影响齿轮泵流量的因数影响齿轮泵流量的因数 转速转速n。n越高，相同尺寸下越高，相同尺寸下Q越大越大，一 般由选配电机来确定。但n过高时，齿间液体 产生离心力太大，会使齿谷充不满，Q反而会 降低。故对节圆线速度有一定限制对节圆线速度有一定限制。 模数模数m和齿数和齿数z。在外形尺寸一定时，外形尺寸一定时，z越越 少（少（m越大），则越大），则Q也越大也越大。一般齿轮泵中齿 轮的z较少（m较大），z常为814。但太少会太少会 会使流量

43、脉动振幅增大会使流量脉动振幅增大。取值见P90表2-2 齿宽齿宽b。b与与Q成正比成正比。但但b越大，轴承所越大，轴承所 承受的负荷越大，使泵尺寸增大而寿命短承受的负荷越大，使泵尺寸增大而寿命短。取 值见P90表2-3 2功率功率 齿轮泵有效功率Ne为： ）（kWpQN -3 e 10 ）（kW pQ N 3- 10 h 齿轮泵轴功率N为： 式中：式中：Ne ,N 分别为有效功率和轴功率，分别为有效功率和轴功率，kW； Q 实际流量，实际流量，m3/s； p 泵的全压力，泵的全压力，Pa； h h 泵效率，泵效率，h h=h hvh hm，在，在0.60.8之间；之间； h hv 容积效率；容

44、积效率； h hm 机械效率。机械效率。 3齿轮泵的特性齿轮泵的特性 即泵流量Q、效率h及轴功率N与泵全压p的 关系。 以Ch4.5型齿轮泵特性为例。 压力高出最大值后， 因泵内泄漏增大和安全 阀回流增加，流量会减 少。其临界点压力、流 量最大，效率最高。 Q ,h h ,N p-Q p p-h h p-N O pmax 11当齿轮泵主动轮转向变 化后， 吸排方向。 A外啮合泵会改变； B内啮合泵会改变； C内外啮合泵均会改变； D内外啮合泵均不会改变 （C） 12何为齿轮泵的困液现象 ？有何危害？如何消除？ （封闭在齿轮啮合空间里的液（封闭在齿轮啮合空间里的液 体所产生的现象。体所产生的现象

45、。/产生很大产生很大 的脉冲径向力；功率损失增加的脉冲径向力；功率损失增加 ；磨损加剧；产生汽蚀。；磨损加剧；产生汽蚀。/使使 闭死容积与吸排口相通）闭死容积与吸排口相通） 第五节 螺杆泵 螺杆泵也是一种容积泵容积泵。它是利 用相互啮合的螺杆螺杆与衬套衬套之间容积 的变化为流体增加能量。螺杆泵常 用于输送润滑油、密封油及油气混 输等。 卧式螺杆泵卧式螺杆泵 立立 式式 螺螺 杆杆 泵泵 通常分为单螺杆 、双螺杆、三螺杆 和五螺杆泵，或卧 式泵、立式泵等。 一、螺杆泵的结构 1转子螺杆转子螺杆 螺杆的任一断面都是半径为螺杆的任一断面都是半径为R的圆的圆。整个螺 杆的形状可以看成是由很多半径为R的

46、薄圆盘 组成，不过这些圆盘的中心分布在一条圆柱螺这些圆盘的中心分布在一条圆柱螺 旋线上旋线上。该圆柱的半径为螺杆泵的偏心距离e 、螺旋线的螺距为t。 螺杆端头为偏心连接螺杆端头为偏心连接 螺杆动画： 2定子衬套定子衬套 衬套的断面形状是由两个半径为衬套的断面形状是由两个半径为R(螺杆断面螺杆断面 圆半径圆半径)的半圆和两个长度为的半圆和两个长度为4e的直线段组成的直线段组成 的长圆形的长圆形。衬套的内表面就是由很多个这样的 断面所组成的导程为T(T=2t)的双头内螺旋面双头内螺旋面 。衬套的旋向与螺杆的旋向是相同的。 衬套一般由橡胶（如丁腈橡胶）制成。 其其 它它 衬衬 套套 断断 面面 单螺

47、杆泵典型衬套单螺杆泵典型衬套 衬套动画： 3单螺杆泵结构单螺杆泵结构 液体从吸入口吸入口6进入，从出料腔出料腔1排出。 连接轴连接轴7实际上是一个万向轴。旋转时整个 轴的旋转面近似椭圆锥面。 1-出料腔；出料腔；2-拉杆；拉杆；3-螺杆胶套；螺杆胶套；4-螺杆轴；螺杆轴；5-万向节总成；万向节总成；6-吸入口吸入口 体；体；7-连接轴；连接轴；8-填料器；填料器；9-填料压盖；填料压盖；10-轴承座；轴承座；11-轴承盖；轴承盖；12-电电 机；机；13-连轴器；连轴器；14-轴套；轴套；15-轴承；轴承；16-传动主轴；传动主轴；17-底座底座 二、螺杆泵的工作原理 1单螺杆泵工作原理单螺杆

48、泵工作原理 将螺杆置于衬套内，则每1个横截面上，螺 杆与衬套都有有2点接触点接触。不同截面上，接触点 不同。当螺杆断面位于衬套长圆形断面的两端 时，螺杆和衬套的接触为半圆弧线接触为半圆弧线，而在其它 位置，螺杆和衬套仅有a、b两点接触，这些接 触点在螺杆-衬套副的有效长度范围内构成了 空间密封线密封线，在衬套的一个导程T内形成一个 完整的密封腔密封腔。这样，沿螺杆泵的全长，在螺 杆的外螺旋表面和衬套的内螺旋表面间形成了 一个一个的密封腔室。 T t =0 =180=360 =0 =60 =120 =180 =240 =360 a a b b a a b b b ba a b b a a 当螺杆

49、转动时，螺杆-衬套副中靠近吸入端 的第一个腔室的容积增加，形成负压，在压力 差的作用下，液体被吸入第一个腔室。 随着 螺杆的继续转动，工作腔容积不断增至最大后 ，该腔室形成封闭，以螺旋方式向排出端移动 ，并最终在排出端消失并排除液体。由于密封 腔室的不断形成、推移和消失，使液体通过一 个一个密封腔室，从吸入端被推挤到排出端， 出口压力不断升高。 单螺杆泵工作动画： 2多螺杆泵多螺杆泵 有双螺杆泵双螺杆泵、三螺杆泵三螺杆泵和五螺杆泵五螺杆泵。 双螺杆泵工作原理双螺杆泵工作原理 是外啮合螺杆泵。两根螺杆在衬套中相互啮 合但互不接触，齿侧之间保持恒定的间隙（其 间隙值由工况及泵本身规格决定），螺杆外

50、圆 与衬套内圆面也保持恒定的间隙不变。两根螺 杆的传动由同步齿轮完成。 双吸式双螺杆泵双吸式双螺杆泵 三螺杆泵工作原理三螺杆泵工作原理 三螺杆泵主要由1根主动螺杆主动螺杆3、2根从动螺从动螺 杆杆4和包容3根螺杆的衬套衬套2组成密封腔，主动主动 螺杆螺杆3为凸齿的右旋螺纹，从动螺杆从动螺杆4为凹齿的 左旋螺纹。3个螺杆之间不传递扭矩，从动杆 是由液体的压力作用而旋转的，有很长的使用 寿命和较高的机械效率。 三螺杆泵结构图三螺杆泵结构图 1-后盖；后盖；2-壳体（衬套）；壳体（衬套）； 3-主动螺杆；主动螺杆；4-从动螺杆；从动螺杆； 5-前盖；前盖；6-止推轴承止推轴承 三、螺杆泵的工作特点

51、与活塞泵、离心泵、齿轮泵、叶片泵相比： 1流量均匀、压力稳定流量均匀、压力稳定 当螺杆旋转时，密封腔是连续推进，各瞬时 流量相同。因此，它的流量均匀、压力稳定， 低转速时更为明显。压力可达300105Pa。 2受力情况良好受力情况良好 多数螺杆泵的主动螺杆不受径向力作用，所 有从动螺杆不受扭转力矩的作用。因此，泵的 使用寿命长。多螺杆泵不少均设计成双吸式， 可平衡轴向力。 3具有良好的流量可调性具有良好的流量可调性 螺杆泵的流量与转速成正比，因而可通过改 变转速方便地调节流量。 4能输送高固体含量及不同粘度的介质能输送高固体含量及不同粘度的介质 因液体在泵中是被密封着向前推动的，与螺 杆之间几

52、乎没有摩擦，所以可输送不同粘度及 高固体含量的液体。 5运转平稳、噪声低运转平稳、噪声低 因被输送液体不受搅动，不会形成涡流和冲 击现象，所以运行平稳，噪声低。 6具有良好的自吸能力具有良好的自吸能力 螺杆密封性好，可以输送气体，启动时无需 灌泵，可进行气液混输。 四、螺杆泵的运动学问题 1螺杆的自转与公转螺杆的自转与公转 以衬套的中心衬套的中心O为圆心，2e为 半径作圆，称为衬套的定中心衬套的定中心 圆圆。再以螺杆的轴线螺杆的轴线O2为圆心 ，以螺杆的断面中心螺杆的断面中心Ol到O2的 距离e为半径作圆，称为螺杆的螺杆的 动中心圆动中心圆。 动中心圆不是螺杆截面圆动中心圆不是螺杆截面圆 O

53、O2 O1 w w w wO2 动中心圆动中心圆 定中心圆定中心圆 w w与与w wO2的转向关系的转向关系 螺杆在衬套中的运动就是螺杆动中心圆在衬 套定中心圆中作纯滚动。 当螺杆的动中心圆逆时针自转自转时，动中心圆 的圆心O2绕衬套的定中心圆O作顺时针公转公转。 所以，螺杆的自转方向与公转相反螺杆的自转方向与公转相反。 w w与与w wO2的大小关系的大小关系 定坐标系定坐标系XOY和动坐标动坐标 系系XO2Y方位固定。 w =传动轴角速度。 则有如下关系： O O2 O1 w w w wO2 Y Y e e X X vrve=vO2 vO2 式中：vO1 O1点的绝对速度； vr O1点的

54、相对速度，即由螺杆自转或 相对于动坐标系转动而产生的； vO2 牵连速度，即由动坐标系原点O2公 转而产生的。 所以： O O2 O1 w w w wO2 Y Y e e X X vrve=vO2 vO2 2r1OO vvv ev r w eev OO - 21 ww ev O2O2 w 又因为螺杆动中心圆螺杆动中心圆在衬套定中心圆衬套定中心圆中作纯 滚动，所以vO1=0，从而有w =wO2。即螺杆的螺杆的 自转角速度自转角速度w w与公转角速度与公转角速度w wO2大小相等，方大小相等，方 向相反向相反。 螺杆的自转是传动轴通过万向联轴器或软轴 来带动的，其转速为n(r/min)，所以： O

55、 O2 O1 w w w wO2 Y Y e e X X vrve=vO2 vO2 )/( 60 2 srad n O p ww 2螺杆在衬套中的运动特点螺杆在衬套中的运动特点 螺杆转角螺杆转角j j1与衬套转角与衬套转角j j 的关系的关系 Z轴为螺杆-衬套副的长度方向。Z=0即衬套 入口处 ，任意Z 断面为 从衬套 入口处 轴向移 动任意 距离。 在任意断面Z上，衬套转角即长轴OM转角 为j ： T Zp j 2 而螺杆转角为j1： j pp j2 2/ 22 1 T Z t Z 即：螺杆转角螺杆转角j j1：等于：等于 衬套转角衬套转角j j 的的2倍倍。 可以证明O1必定在长轴OM上

56、螺杆在衬套中的运动特点螺杆在衬套中的运动特点 在螺杆螺杆-衬套副衬套副的任意断面上，螺杆断面螺杆断面 中心中心位于衬套断面的长轴衬套断面的长轴上； 随着螺杆的转动，该断面上的螺杆断面螺杆断面 中心中心沿衬套断面的长轴方向衬套断面的长轴方向作直线往复运动。 五、螺杆泵的特性曲线 1理论特性曲线理论特性曲线QT-H 流量(QT)-压头(H)曲线为一条水平线，表明 其QT不随H的变化而改变。 QT-H O H Q Q-H q-H 2实际特性曲线实际特性曲线Q-H 随着H，通过螺杆螺杆-衬衬 套副套副密封线从泵排出端到 吸入端的液体漏失量q也 ，实际Q理论QT漏失 量q。随着H，Q逐渐。 六 、螺杆泵

57、的流量和基本参数（单螺杆） 1单螺杆泵的流量单螺杆泵的流量 理论流量理论流量QT 60 4 T eDTn Q 式中：e 螺杆偏心距，e=18mm； D 螺杆断面直径，D2R； T 衬套的导程，T=2t； n 螺杆的转速。 实际流量实际流量Q 式中：hv 单螺杆泵的容积效率，初步计算时 ，对于具有过盈值的螺杆-衬套副，取hv =0.80 0.85；对于具有间隙值的螺杆-衬套副，取hv 0.7。 2单螺杆泵的基本参数单螺杆泵的基本参数 以k=T/D，mT/e代入上式，换算后得： v 60 4 h eDTn Q 为保证单螺杆泵给出一定的流量Q，首先应 确定e、D、T三个参数。对于采油用的小流量 、高

58、压头单螺杆泵，一般取：k=22.5，m 2832。因此，一般将螺杆断面直径D作为计 算的基础，因为它受到油井直径的限制。确定 螺杆断面直径D后，再计算螺杆的偏心距e和 衬套的导程T。 3 2 15 V nk mQ D h 3 15 V mQ T ph 3 2 15 V nm kQ e h 根据泵流量Q的要求确定出e、D、T 三个参 数后，再按照泵压头H和衬套单个导程的压力 增加值p的要求确定螺杆-衬套副的长度或衬 套工作部分的长度L： p gHT L D p 的正确选择直接影响螺杆-衬套副的效率 和寿命，一般可取p 0.5MPa左右。 13一个具有普通螺纹的螺 杆，其外径与一个橡胶圆形空 心轴

59、内径相同，二者配合能传 送液体吗？能获得高压液体吗 ？为什么？ （可传送液体（可传送液体/不能获得高压不能获得高压/ 不能形成连续移动的密封腔）不能形成连续移动的密封腔） 第六节 滑片泵 一、滑片泵的工作原理 滑片泵是容积泵的一 种，它是靠泵体泵体3、泵盖泵盖 、偏心转子偏心转子1和滑片滑片2之 间形成的容积（称基元 容积）的周期性变化吸 、排液体的泵。 1-转子；转子；2-滑片；滑片；3-泵体泵体 泵转子转子1为圆柱形，转子上有若干个径向槽 ，每个槽内装有可径向滑动的滑片滑片2。转子在 泵壳内偏心安装，其偏心距为e。滑片靠离心 力、弹簧力或液体压力压向壳体，使滑片端部 紧贴壳体而保证密封。吸

60、入口吸入口A和排出口排出口B靠 转子与壳体之间很小的间隙密封分开。 若将泵制作成偏心距可变化的结构，则可以可以 调节流量调节流量。若制成一转中两次吸入，两次排出 的结构则称双作用滑片泵双作用滑片泵。 1-转子；转子；2-滑片；滑片；3- 滚柱；滚柱；AB-密封凸座密封凸座 二、滑片泵的特殊问题 1滑片泵的高压腔与低压腔靠密封凸座滑片泵的高压腔与低压腔靠密封凸座AB 段密封段密封 因此，密封凸座间夹角应因此，密封凸座间夹角应 两滑片间夹角。滑片径向两滑片间夹角。滑片径向 端部应紧贴缸壁，为此，可端部应紧贴缸壁，为此，可 将高压液通入滑片根部而达将高压液通入滑片根部而达 到到自紧式密封自紧式密封。