第三节往复泵的空气室和泵阀

第三节 • 往复泵的空气室和泵阀

1-3-1 往复泵空气室的作用原理 • 往复泵由于活塞的变速运动，造成吸、排液体时Q和吸、排P波动。 • 不适合于要求流量均匀的场合， • 恶化了原动机的工作条件， • 引起管路振动， • 降低了装置和仪表的工作可靠性。 • 吸排压力的剧烈波动还可能造成活塞和液流的暂时脱离，引起液击； • 而且使泵的吸入性能变差，限制了泵转速的提高。 • 装设空气室是往复泵减小Q和P波动的常见措施。 • 空气室是一个充有空气的容器

图1—3空气室的工作原理

1-3-1 往复泵的空气室（1） • 装空气室后，空气室和泵之间的Q仍然不均匀，但空气室之外的吸排管路Q比较均匀 • 减少了液流的惯性水头，使泵的p波动大为减轻。 • 工作过程空气室中的气体体积是变化，空气室pch也是变化的，管路中的Q不可能绝对均匀。 • 只要室中气体体积足够大，压力脉动率就可降低到允许范围 • 我国规定船用双缸四作用电动往复泵排出空气室容积应大于液缸行程容积的4倍 • 船用往复泵常装设排出空气室 • 一般多不装吸入空气室 • 只要压力波动不致使吸入真空度超过允许吸上真空度

1-3-1 空气室安装和管理 • 空气室安装时应尽量靠近泵的排出(或吸入)口，以缩短泵和空气室之间仍作不稳定流动的液段长度

1-3-1 空气室的安装和管理 • 图1-4 (a) 所示的三通连接，其效果较差。 • 图1-4 (b) 排出空气室的正确连接 • 空气在液体中的溶解量随压力的提高而增加，室内气体会因逐渐溶入液体而减少，从而使空气室的稳压作用降低。 • 应经常向排出空气室补气。 • 有专用补气接头。 • 排压不太高的泵，也可以用吸入少量气体的方法补气，有的往复泵在泵阀箱中层壳体上装有这种用途的补气阀(截止止回阀) • 图1-4 （c) 吸入空气室 • 在工作过程中溶解在液体中的气体会不断逸出，使空气室中气体逐渐增多。为防止空气室内液面一旦低于进泵的吸入短管的吸口时，使泵吸入大量气体而导致吸入间断，故常在吸入短管下端钻出许多小孔，或做成斜切口 • 在吸入空气室液面降低时，少量气体就可以不断地随吸入液体吸出。 • 吸入空气室的下端离进泵短管的管口不能太近，否则，液体就可能从吸入管直接流进泵缸，从而使空气室失去作用

思考题 • 电动往复泵排量不均匀的直接原因在于。 • A 转速太慢 • B 液体的惯性力大 • C 活塞的往复运动 • D 活塞的运动速度不均匀 • 往复泵为何要设空气室?对空气室的使用管理上应特别注意什么问题?

1-3-2 往复泵的泵阀 • 1．泵阀的类型 • 吸入阀和排出阀 • 靠作用在阀上下压差自动启闭 • 形式有盘阀、环阀、锥阀、球阀(ball valve)等

1-3-2 往复泵的泵阀类型 • 盘阀和环阀 • 适用于常温清水、低粘度油或其它粘度不大的介质。 • 易于加工而且耐磨，应用广泛。 • 环阀的阀隙过流周长较大，较适合于大流量的场合 • 但刚性较差，不宜在高压下使用。 • 锥阀 • 刚性好 • 阀阻力小 • 适于输送μ较大的液体及P较高的场合。

1-3-2 往复泵的泵阀类型 • 球阀 • 自身能够旋转，磨损均匀 • 密封面很窄，对固态杂质不太敏感，密封性能较好 • 同时流道圆滑，阻力较小 • 适于输送μ较高的液体 • 但尺寸不宜过大，多用于Q不大、n较低的场合。

1-3-2 往复泵的泵阀阻力(1) • 阀开启瞬间受力平衡关系 • 式中： • p1,p2—阀盘上下的液体压力， • As—阀座孔截面积， • Gvs—阀和弹簧在液体中的重力， • Rs——阀的弹簧力， • Av—阀盘面积， • Iv —阀盘作不等速运动的惯性力

1-3-2 往复泵的泵阀阻力(2) • 阀与阀座接触面宽度不大，可取As = Av, 则： • 弹簧张力随升程的增加而略有增大，阀的加速度在各个位置不尽相同，惯性力的大小和方向也有变化。阀的阻力=阀的比载荷+ • 阀刚开启时由于加速度jv较大，故阀的开启阻力较大。 • 阀开启以后，阀的阻力就将主要取决于阀的比载荷。 • 比载荷在升程变化时变化不大。减轻阀的质量可以减小开启阻力，阀所要求的比载荷可通过选择弹簧张力来实现。

图1-7 示出泵阀升程的变化曲线 • 曲线I —升程变化，正弦曲线； • 曲线Ⅱ — 升程的修正量，余弦曲线； • 曲线Ⅲ —I和II的代数和，升程变化理论曲线 • 曲线Ⅳ —实际升程变化曲线

1-3-2 往复泵的泵阀运动规律（1） • 由图可见: • hmax理论上出现在活塞行程中点，实际上滞后一些。 • 由于阀运动滞后，在活塞抵达行程终点时，阀并未完全关闭，而要在曲柄再转过2角后才能关( 2滞后角） • 由式可知： • 曲轴n越高，则qv就越大，阀hmax也就越大； • 阀隙的周长lv或阀的比载荷Hv越大，则hmax便越小； • 流量系数大的阀h较小。 • 阀hmax越大，则阀的关闭2也就越大。

1-3-2 往复泵的泵阀的要求 • 除足够的强度，刚度，结构简单、工艺性好和检修方便外， 1. 关闭严密。 • 不严使ηv降低，使泵的自吸能力变差，甚至根本无法自吸。 • 当阀出现伤痕或磨损不均（严重漏泄），需研磨或更换阀件。 • 密封试验，倒置后注入煤油，5min内应无渗漏。

1-3-2 往复泵的泵阀的要求 2. 关闭时撞击要轻 • 要平稳无声，否则加剧阀的磨损 • 须限制阀落到阀座上时的速度V • V与阀的hmax和n的乘积成正比 • 试验得出泵阀无声工作的条件是： hmax·n ≤ 600～650 • 当n较高时，可提高到700—750；对有橡胶密封面的阀；允许提高到800—1000

1-3-2 往复泵的泵阀的要求(1) 3. 启闭迅速及时。 • 关阀滞后角2过大，将会降低泵的ηv和自吸能力。 • 降低n，增大比载荷，采用流量系数大的锥阀、球阀，或用环阀、群阀来增大阀隙周长，都可限制阀的hmax ，从而减轻关闭时的滞后现象。 4. 泵阀的阻力要小。 • 提高泵的水力效率 • 有助于使泵的允许吸上真空度增大。 • 这就要求阀的质量和阀的比载荷都不宜过大。

1-3-2 往复泵的泵阀的要求(2) • 提高转速？ • 使阀的h加大 • 使关闭滞后和落座敲击加重 • 严重时还会使阀撞击升程限制器造成损坏 • 故除惯性水头外，泵阀是限制往复泵n提高的另一个主要原因。

1-3-2 往复泵的泵阀的要求(2) • 减轻泵阀比载荷Hv • 虽可减小阀阻，但会使hmax加大，并使关闭滞后和敲击加剧。 • Hv一般取2～3m，最大4～6m。 • 低压泵Hv可选得小些，以免ηv过低； • 高速泵则应选大一些，以减小hmax ， • 吸入阀的Hv常比排出阀小，以利提高允许吸上真空度。

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