往復泵的基礎知識

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發布日期:2023-03-27 10:25
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往復泵是一種發展較早的動力機械之一,它屬于容積式泵。在生產中它用來輸送壓力較高的液體或高黏度、具有腐蝕性以及易燃、易爆、劇毒的各種液體。特別是當流體較小時,這種泵的優越性愈加明顯,流量小于100mm³/h、壓力高于100MPa是最佳使用范圍。

一、往復泵的工作原理

往復泵是依靠缸內的活塞或柱塞作往復運動來改變工作室的容積,從而進行液體輸送的。它由輸送液體的泵體部分和將原動機的能量傳給活塞的傳動機構兩個基本部分組成。其泵體部分由活塞、泵缸、工作室、閥和管路輸送系統等組成。傳動機構由曲柄、連桿、十字頭等組成,如圖1所示。

當活塞從泵缸左端向右端移動時,活塞左邊泵缸內的容積增大,同時壓力降低,排出閥緊閉,儲液槽的液體在大氣壓力作用下,沿吸入管頂開吸入閣進入泵缸,直到活塞移動到最右端,泵缸內充滿液體,吸液過程結束。然后,活塞在曲柄連桿的帶動下,由右止點向左移動,泵缸內液體受擠壓,壓力逐漸增高并頂開排出閥,使液體從排出管排出,直到活塞移動到最左端,泵缸內液體被全部排出,排液過程結束。接著活塞又進行吸液、壓縮和排液。吸液過程中排出閥關閉,壓液和排液過程中吸入閥關閉。這樣周而復始地工作,液體便一股一股地自儲液槽吸入并壓送至排液管及與其相通的管路系統。這就是往復泵的工作原理。
圖1 往復泵的工作原理

1-儲液槽;2-吸入閥;3-工作室;4-排出閥;5-泵缸;6-活塞;7-十字頭;8-連桿;9-曲柄

活塞往返運動一次,完成吸入和排出過程一次,稱為一個工作循環。活塞由一端移至另一端的距離,稱為活塞的行程或沖程,左、右兩端點稱為止點。


二、往復泵的分類

往復泵的種類很多,一般根據液力端和傳動端結構特點進行分類。

1、根據液力端結構特點分類

(1)按泵頭的型式可分為活塞(柱塞)泵和隔膜泵。

(2)按作用特點可分為單作用泵、雙作用泵、差動泵。

單作用往復泵就是將吸入閥和排出閥裝在活塞(柱塞)的同側,在一個工作循環中,只有一個吸入過程和一個排出過程,如圖2所示。

圖2、3 單作用往復泵、雙作用往復泵

雙作用往復泵就是活塞(柱塞)兩側均裝有吸入閥和排出閥,在一個工作循環中,有兩個吸入過程和排出過程,如圖3所示。

差動泵就是活塞的一側裝吸入閥和排出閥,泵的排出管與活塞的另一側(沒有吸入閥和,排出閥)相通,在一個工作循環中,有一個吸入過程和兩個排出過程,如圖4所示。該泵柱塞的橫截面積為柱塞桿橫截面積的兩倍。

(3)按液缸數目分為單缸、雙缸和多缸泵。


2、根據傳動端結構特點分類


(1) 機動泵包括電動機驅動和內燃機驅動的往復泵。
圖4 差動泵

機動泵是用電機、內燃機等為動力通過曲柄連桿機構使活塞(柱塞)作往復運動。這種泵的瞬時流量是脈動的。

(2) 直接作用泵包括蒸汽、氣、液壓直接驅動的往復泵。直接作用泵是以具有一定壓力的水蒸氣、壓縮空氣或液體來驅動活塞(柱塞)作往復運動,最常用的是水蒸氣。其動力缸的活塞桿與泵缸的活塞桿直接相聯,一起作往復運動。這種泵的瞬時流量的脈動性比機動泵要小,運轉可靠、流量調節方便。如圖5所示為蒸汽直接作用往復泵的結構圖,它由泵缸、汽缸和連接部分等組成。泵缸部分由泵缸、活塞、吸人閥、排出閥和活塞桿密封裝置等組成。汽缸是泵的動力部分,由汽缸、活塞和配氣閥等組成。連接部分由搖臂、拉桿和連接器等組成。汽缸活塞和泵缸活塞通過連接器連成一體,使泵缸活塞產生與汽缸活塞相同的沖程。而配汽機構和汽缸活塞通過拉桿和搖臂支架等連接起來,使配汽機構能協調動作,確保蒸汽可以連續地被分配進人汽缸的左右兩邊,從而推動活塞作往復運動。
圖5 蒸汽直接作用往復泵

1-汽缸;2-配汽機構;3-拉桿;4-搖臂;5-聯軸器;6-排出閥;7-吸入閥;8-液缸


三、往復泵的主要性能特點

往復泵與離心泵相比較,具有以下特點:

1、排出壓力可無限高由于液體是不可壓縮的,所以產生的壓力可以很高。只要電動機的功率、泵本身及管道材料強度足夠,從理論上講,往復泵的排出壓力可以無限高。因此往復泵在工作時,不允許將排出閥關死,并要在排出管路上安裝安全閥。

2、流量與排出壓力無關在任何排出壓力下,其流量基本上是不變的,因流量與活塞直徑、行程和往復次數有關。所以,往復泵的流量不能采用改變排出閥的開度來調節。一般采用旁路回流法調節流量。由實驗測得的Q-H曲線,如圖6-53所示,實線表示理論情況,流量不隨壓力變化,虛線表示實際情況,因泄漏,流量隨排出壓力的增加稍有降低。

3、具有自吸能力往復泵是利用活塞的往復運動,改變汽缸容積進行吸液和排液的。吸人口和排出口互不相通,因此具有自吸能力。泵在啟動前不需要灌泵,故不必裝設底閥。但是為了避免活塞與泵缸干磨,有的往復泵也裝有底閥,這樣可使吸人管路和泵缸內充滿液體。

4、流量不均勻因往復泵工作時,周期性地排出液體,流量是不均勻的,泵在運行中容易產生沖擊和振動。


四、蒸汽往復泵的安裝與檢修

1、蒸汽往復泵的安裝
蒸汽往復泵出廠已裝配好的不得拆卸。當有損傷確需拆卸檢查時 應按隨泵技術文件進行。往復泵的基礎驗收、找正、找標高、水平度調整等工作基本上與離心泵相似。
圖6 往復泵的特性曲線

2、蒸汽往復泵的檢修

2.1 蒸汽往復泵的拆卸

蒸汽往復泵在拆卸前應先排干凈汽缸冷凝水、液缸殘余液體。在拆卸時要注意以下兩點:

(1) 拆卸活塞及活塞環時,為了防止弄斷活塞環,應用專用工具進行拆卸。

(2) 拆卸配汽閥板時,要作好標記,不能搞錯。

2.2 蒸汽往復泵零部件的檢查及組裝調整

蒸汽往復泵在解體過程中或零部件拆卸下來經清洗干凈后,應按泵使用維護說明書要求進行檢查INS、組裝。無要求情況下,對QS,QB,YC型等蒸汽往復泵可按SHS 01014《蒸汽往復泵維護檢修規程》的標準進行檢查、測量、組裝。其檢修主要包括如下幾方面內容。

蒸汽往復泵零部件的檢查修理

(1) 牽動機構:牽動機構各部件配合不符合規范,磨損過大會使泵在動行時行程不均勻,因此在檢修時應檢查其配合間隙。

① 中心支架襯套與搖臂軸配合為H9/i9;

② 連桿襯套與汽室拉桿接頭銷軸配合為H7/伍;

③ 連桿襯套與長短臂銷軸配合為H7/f6。

(2)配汽機構:

① 平板式配汽閥泵在運行過程中,由于蒸汽夾帶雜質或平板之間的相互摩擦而使閥平面接觸不嚴密,所以檢修時應用涂色法檢查閥板與閥座平面的接觸情況。如果接觸不良,要進行研磨,使閥板和閥座平面平滑,接觸面積每平方厘米不少于2-3點。配汽拉桿最大磨損量可參照活塞桿允許最大磨損量值。配汽拉桿表面和螺紋部分不應有損壞、磨損情況,螺帽應結合良好,不松動。

② 活塞式配汽閥無活塞環式配汽活塞與配汽缸的圓柱度公差值不大于0.05mm,磨損最大不超過0.05mm,活塞與配汽缸裝配間隙應在0.08-0.15mm范圍內,如果磨損超標應更換。帶活塞環式配汽活塞與配汽缸的圓柱度公差值、活塞與配汽缸的裝配間隙及活塞環的技術要求與汽缸部分相同。配汽活塞與配汽缸表面應光滑、無裂紋,其磨損溝槽應小于0.2mm。

(3)汽缸:汽缸內表面應光滑,無裂紋、砂眼、溝槽等缺陷,其內徑圓柱度公差值及汽缸內徑增大值應符合技術要求。

(4)液缸:液缸套內表面應光滑,無裂紋、砂眼、溝槽等缺陷,其磨損溝槽極限深度不能超過技術要求規定值,若超過規定值應進行修理或鏜缸。

(5)活塞:

① 活塞表面應光滑,無裂紋、砂眼、傷痕等缺陷,圓柱度應符合技術要求,超過極限值時應修理或更換。

② 汽缸、液缸與活塞的安裝間隙應符合技術要求。

③ 活塞在缸內的兩端死點余隙應符合技術要求。

(6)活塞環:

① 活塞環應無砂眼、氣孔,彈力要足夠。

② 汽缸活塞環的厚度應小于活塞槽深0.5-1.00mm,液缸活塞環的厚度應小于活塞槽深0.5-1.50mm。活塞環安裝對口位置彼此錯開120度。

③ 活塞環表面不允許有嚴重縱向溝槽,其圓周與缸壁接觸良好,用0.05mm塞尺不允許塞入。

④ 汽、液缸活塞環安裝間隙要符合技術要求。

(7)活塞桿:

① 活塞桿最大磨損量和圓度公差值應符合技術要求。

② 活塞桿表面不允許嚴重縱向溝槽,直線度值要符合技術要求。

③ 活塞與活塞桿裝配后,活塞端面與活塞桿垂直度公差值應符合技術要求。

④ 活塞桿與填料壓蓋直徑間隙應符合技術要求。

(8)閥:

① 進、出口閥蓋與閥座之間接觸面應光滑嚴密。用涂色法檢查接觸面應皇環狀接觸不允許有間斷。

② 當閥蓋質量與原質量之差超過規定值時,應進行更換。

③ 閥蓋與閥座不得有腐蝕、坑痕、損壞、嚴重徑向溝槽等。

④ 彈簧圈數、高度和彈力均符合技術要求。

⑤ 閥蓋起落高度應相等,其偏差不大于5%。

⑥ 閥桿與閥座孔同心,閥桿與閥蓋孔配合為H9/c9或H9/d9。

⑦ 閥座裝在泵體上必須牢固、緊密。

蒸汽往復泵組裝調整

(1) 組合件的組裝先把兩個或幾個零件組裝在一起,如活塞與活塞桿、進出口閥等。每安裝一個零件時都應按規范要求進行,以確保裝配質量。

(2) 部件的組裝把零件或組合件裝成設備的一部分。在部件組裝時,要檢查零件和組合件的質量,對零件和組合件之間的相對位置和相互關系進行仔細地調整,使其達到規范要求。一般情況下先組裝配汽部分和泵閥部分,后裝活塞。

(3) 總組裝把零件、組合件或部件組裝成整臺往復泵。總裝后往復泵必須符合圖紙和有關技術要求的規定。在裝配時應注意,活塞環開口應錯開汽道和閥孔,活塞環若難人缸套時,應用螺絲刀在周圍把活塞環撬緊或用麻繩、鐵絲等將它捆緊,也可用專用工具使它能順利進人,千萬不能亂敲亂打。各部件組裝完畢,最后還要進行“三點定中”調整。即先測量配汽板與汽道長度確定配汽板在汽道中心尺寸,測量汽缸活塞與汽缸長度確定汽缸活塞在汽缸中心尺寸,測量液缸活塞與液缸長度確定液缸活塞在液缸中心尺寸,然后把轉動搖臂調整處于垂直向下位置,最后根據中心尺寸逐一通過對配汽拉桿調節螺帽的調節把配汽板調到汽道中心,通過調整汽缸活塞桿的長度把汽缸活塞調到汽缸中心,通過調整液缸活塞桿的長度把液缸活塞調到液缸中心。

(4) 蒸汽往復泵的調整蒸汽往復泵在運轉中如果行程不均勻,需要進行調整,可以通過調整配汽機構,控制蒸汽進人汽缸的快慢和多少來調整活塞行程。單缸往復泵中,行程調節螺母與小搖臂的距離越大,活塞的行程就越大。若活塞以中間位置為基點比較,如果活塞向左的行程長,向右的行程短,就應使進人汽缸的右邊的蒸汽閥門快些關閉,左邊的蒸汽閥門快些打開。

雙缸往復泵的調整道理和單缸的相同,行程大小的調節靠方塊螺母與閥板凸出的間隙大小而定。活塞行程的大小與中間位置比較偏左或偏右的,靠小拉桿的調長或調短來校正。

3、蒸汽往復泵的試運轉

試運轉前的準備工作

(1)檢查安裝或檢修記錄,確認數據正確,準備好試運用的各種記錄表格;

(2) 向注油器內加人汽缸油,油位在1/2-2/3油標處,并要向各油管充滿油,轉動注油器手柄約幾圈向注油點加油。

(3)啟動前至少要盤動活塞行走一個往復,使運動自由無阻。

(4)仔細檢查各管道及填料的密封情況是否良好。

(5)打開吸人管上的閥門。

(6)打開排出管上的閥門。

(7)打開汽缸的放水閥門,直到排盡冷凝水為止。

試運轉

(1)啟動:

① 確定活塞運動無阻,各管線上的閥門都已打開時,先引蒸汽人汽缸,進行吸缸。

② 暖缸時,全開乏汽閥,打開排凝閥。

③ 汽缸睦缸正常后,關閉排凝閥。

④ 緩慢打開主汽閥至泵運轉,注意出口壓力;關閉汽缸排凝閥;逐漸調節主汽閥,使泵出口流體達到工藝要求和指標。

⑤ 全面檢查往復泵有無異常現象。

(2)停車:

① 逐漸關主汽閥,直至關閉,再關乏汽閥。

② 打開排凝閥放盡存水及殘汽。

③ 汽缸內的水用排凝閥放盡。

④ 逐漸停止冷卻水

⑤ 關閉泵的出人口閥門(先人口,后出口)。如果長時間停止工作,應將油缸液體放出并清洗。


五、泵的主要性能檢驗


1、材料檢驗

賣方應向買方提供必要的材料證明書,如工廠試驗報告,以及材料清單上各項采購技術要求.買方應當規定檢驗方式,如超聲波檢驗、磁粉探傷檢驗、液體著色檢驗、超聲波檢驗,以及所應符合的規范.

2、液壓試驗

(1) 承壓零件(包括附件)應進行水壓試驗,最小試驗壓力為允許工作壓力的l.5倍,但不低于0.14MPa,水泵缸頭和汽缸頭應分成適當的壓力區域進行分段試驗。

(2) 如果操作溫度下材料強度低于室溫下的材料強度,試驗壓力應乘以材料在室溫和超作溫度下容許強度比值的系數,在數據表中應列出實際的試驗壓力。

(3) 水壓試驗的保證時間為30min,無泄漏現象即認為合格,大型、重型鑄件或鍛件經買賣雙方同意可以加長試壓時間。

(4) 冷卻通道、軸承箱、密封箱、支座的夾套、油冷卻器和過濾器應以0.8MPa(表)的壓力進行水壓試驗。

(5) 管道、壓力容器、過濾器、冷卻器、加熱夾套及類似設備應以1.5倍的最大允許工作壓力或按照現行規范進行水壓試壓性能試驗.

3、蒸汽泵的性能試驗

(1) 泵應在制造廠的車間內進行足夠時間的運轉,以取得完整的試驗數據,包括速度、排出壓力、吸人壓力、吸汽壓力、排汽壓力、流量和功.這些試驗僅僅是對泵而言,但記錄數據和最終報告可以涉及包括原動機和輔助設備在內的完整機組的數據。

(2) 泵應在額定速度的25%、50%、75%、100%、125%各點不超過5%的速度范圍內進行速度試驗。

(3) 在額定速度下,泵的效率應等于或超過詢價時的效率。

(4) 在試驗臺上進行運轉時,泵的性能數據應在下列偏差范圍內:

額定流量:0%~+3%

在額定壓力和流量條件下的額定功率:+4%

4、汽蝕余量試驗

當買方規定應進行NPSH試驗時,應在額定速度進行檢驗,泵的流量偏差應是在不發生汽蝕流量時的±3%范圍內。

電動泵和蒸汽泵在試驗臺上運轉試驗時,在額定流量下泵的NPSH,偏差范圍均為+0%

5、計量泵的主要檢驗和試驗

(1)材料檢驗

泵所用材料的技術條件應符合有關標準規定.泵的曲軸、連桿十字頭銷應作磁粉探傷、超聲波探傷檢查

(2)液壓試驗

受壓部件應進行水壓試驗,試驗壓力為最高排出壓力的l.5倍.對于隔膜泵,試驗壓力應為安全閥全開壓力的l.5倍,持續3min內壓力不下降,無冒汗、泄漏現象,合格后再進行組裝。

泵閥座孔與閥球或閥盤配合面的密封性能應作煤油滲透試驗,3min內不應有泄漏。

所有存油零件在未涂漆前,應進行煤油滲透試驗,5min內不應有滲漏。
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