柱塞式计量泵工作原理

柱塞式计量泵工作原理

柱塞式计量泵工作原理 篇1

一、DZ-Z型柱塞式计量泵产品原理：

1.通过柱塞的往复运动，直接将工作介质吸入或排出。由于柱塞和密封都直接接触介质，选择合造的柱塞材质和密封形式，可保证泵在运转过程中具有更理想的性能。

2.柱塞泵头结构简单、经济、计量精度高，需要选择和维护好密封，柱塞和密封之间横向自动对中性，确保两者之间的磨损小。柱塞的材质有不锈钢、氧化陶瓷，氧化陶瓷具有耐腐蚀和硬度高耐磨的特点。

二、DZ-Z型柱塞式计量泵产品概述：

1.流量范围： 0-470 L/H 2.压力范围： 0-50 Mpa 3.计量精度：±1% 4.介质粘度：0-800 mm2/s 5.输送介质温度：450℃以下

6.驱动系统：两相、三相电机或防爆电机 7.流量控制：手动控制，自动控制

●标配：泵头304 电机380V 50Hz ●选配：泵头316、316L、防爆电机、变频电机 电机420V、220V、110V

柱塞式计量泵工作原理 篇2

1 基本结构

4450型拖拉机上的径向柱塞式变量液压泵主要由两大部分组成, 其基本结构如图1所示。

注:1为油泵壳体, 2为驱动轴, 3为偏心轮, 4为供油柱塞, 5为柱塞弹簧, 6为环形进油道, 7为进油单向阀, 8为进油单向阀弹簧, 9为出油单向阀, 10为出油单向阀弹簧, 11为环形出油道, 12为排油阀壳体, 13为排油阀芯, 14为行程切断螺钉, 15为行程控制阀壳体, 16为行程控制阀芯17为行程控制阀回位弹簧, 18为行程控制阀调节螺钉, 19为滤油套, 20为排油阀回位弹簧, 21为节流孔, 22为偏心轮套轴承, 23为偏心轮套。

1.1 泵体部分

液压系统的主泵装置在发动机前端, 泵的驱动轴经特殊联轴节由发动机曲轴直接驱动。驱动轴上有偏心轮及偏心轮套, 泵的壳体1周均布8个柱塞套筒, 8个供油柱塞在偏心轮和柱塞弹簧的作用下, 分别在8个柱塞套筒内作往复直线运动。偏心轮旋转1周, 8个柱塞各供油1次。在不供油位置时, 柱塞弹簧使柱塞顶在偏心轮套的表面。偏心轮的偏心距即为柱塞的最大供油行程。柱塞可在高压油液作用下压缩柱塞弹簧远离偏心轮套表面, 使供油行程减小。当柱塞离开偏心轮套表面的距离超过偏心轮的偏心距时, 供油行程为0, 油泵完全停止供油[1,2]。

油泵壳体后端设有环形进油道, 前端设有环形出油道, 通过8个进油单向阀和8个出油单向阀使环形进、出油道分别和8个柱塞套筒内腔相通。液压油液经低压供油泵和压力调节阀以一定压力 (12.3~13.7 kg/cm2) 流入环形进油道。当柱塞受柱塞弹簧作用下行时, 柱塞套筒内腔形成真空, 进油单向阀打开, 环形进油道中的油液流入柱塞套筒内腔。当柱塞受偏心轮的作用上行时, 进油单向阀关闭, 出油单向阀打开, 高压油液经出油单向阀和环形出油道流入液压管路, 供给各支路用油。

1.2 控制部分

1.2.1 排油阀。

排油阀设置在泵的前盖中。排油阀壳体内分上、中、下3腔。阀芯的中心有油道孔, 其下端伸入下腔, 下腔内有阀芯回位弹簧, 回位弹簧外有一滤油套。环形出油道中的部分高压油液可经孔道流到滤油套外部, 经滤油套过滤后流入排油阀下腔。下腔内的油液可经阀芯中心油道流到上腔。其中, 腔两侧各设1个油道:右侧油道与偏心轮室相通, 左侧油道与环形进油道相通。

排油阀的上端面承受高压油液的压力作用, 下端面承受高压油液的压力和回位弹簧的弹力共同作用。阀芯的上端面积大于下端面积。当阀芯下端面的作用力大于上端面的作用力时, 阀芯上移开启中腔左右两侧油道, 使偏心轮室和环形进油道相通。当阀芯上端面的作用力大于下端面的作用力时, 阀芯下移关闭, 切断偏心轮室和环形进油道之间的通路。因此, 设置排油阀的作用就是控制偏心轮室内的高压油液能否流回环形进油道[3,4,5]。

1.2.2 行程控制阀。

行程控制阀设置在泵的前盖中, 阀的壳体内分上、下2个腔, 阀芯呈菌形。上腔经孔道与排油阀上腔相通, 下腔有一孔道与偏心轮室相通, 腔内有阀芯回位弹簧。

当由排油阀上腔流来的高压油液的压力升高到一定值时, 行程控制阀会被打开, 高压油液便会经此处流入偏心轮室, 推动柱塞远离偏心轮套, 减小供油行程。当由排油阀上腔流来的高压油液的压力降低到一定值时, 行程控制阀关闭, 切断通往偏心轮室的高压油路, 偏心轮室内的高压油液可经其排油阀流回或经节流孔泄回到环形进油道, 柱塞在柱塞弹簧的作用下增大供油行程。因此, 设置行程控制阀的作用就是与排油阀相互配合, 根据系统工作压力的变化来相应改变柱塞的供油行程, 从而达到改变泵的流量输出的目的。

在阀芯回位弹簧的下方设置1个调节螺钉, 用于调节行程控制阀的开启压力。在菌形阀杆的顶部设有1个行程切断螺钉, 拧入此螺钉, 即可压开行程控制阀, 使主泵停止供油。此螺钉在性能测试和故障排除时使用。在启动时为了减轻启动阻力, 也可将螺钉往里拧, 以切断供油。

1.2.3 节流孔。

在偏心轮室和环形进油道之间设置1个节流孔, 其作用如下:一是当排油阀处于关闭状态时, 行程控制阀打开以后, 利用此节流孔可以控制偏心轮室内油液的压力, 以便产生足够的压力来推动柱塞减小供油行程。在行程控制阀关闭以后, 偏心轮室内的高压油液可经节流孔泄回到环形进油道中, 以便于柱塞恢复供油行程。二是在偏心轮室排油阀和行程控制阀均处于关闭状态时, 利用节流孔来调节偏心轮室内油液的压力, 防止产生液锁和高压, 以保护机件和油封。同时, 少量的循环油流可以润滑和冷却供油柱塞、偏心轮以及驱动轴轴承等运动部件[6,7,8]。

2 工作原理

2.1 系统空载

在主泵工作之前, 环形出油道中的油液压力为0。排油阀处于开启而行程控制阀处于关闭状态, 供油柱塞顶靠在偏心轮套表面, 具有最大供油行程。此时偏心轮室和环形进油道相通, 所以偏心轮室内油液的压力等于低压供油泵的供油压力 (12.3~13.7 kg/cm2) 。

当主泵由发动机驱动旋转时, 8个柱塞均以最大行程开始向系统供油。环形出油道中的部分高压油液经孔道流到排油阀下腔的滤油套外部, 油液经过滤后进入排油阀下腔, 通过阀中心孔道流到上腔, 再经孔道流入行程控制阀上腔, 并作用到菌形阀上。

当系统压力 (即环形出油道中油液的压力) 低于某一定值 (31.9 kg/cm2) 时, 排油阀芯下端面的油液压力与回位弹簧弹力的合力大于阀芯上端面油液的压力。因此, 排油阀应仍保持在开启的状态, 则柱塞继续以最大行程向系统进行供油。

因此时系统为空载, 各操纵阀均处于关闭状态, 于是系统中油液的压力很快升高。当系统压力升高到高于某一定值 (31.9 kg/cm2) 时, 排油阀芯上端面的油液压力将大于下端面油液压力与回位弹簧弹力的合力, 排油阀下移关闭, 使偏心轮室和环形进油道之间的油路被切断。此时柱塞将维持一个近似不变的行程继续向系统供油, 于是系统压力继续升高。

当系统压力升高到超过极限安全压力 (154.7~161.8kg/cm2) 时, 高压油液的压力将打开行程控制阀, 使环形出油道中的高压油液经排油阀、行程控制阀流入偏心轮室, 推动柱塞减小供油行程一直到0, 使主泵供油停止。很显然, 空载时的“保持”压力即是系统的最高压力。这非常方便于多支路的液压操纵, 同时还可使操纵阀换位时执行机构反应灵敏迅速, 因此闭心恒压式液压系统对系统的密封性能要求非常高。

2.2 系统负载

若因实际作业需要打开1个或几个操纵阀时, 系统压力将迅速下降, 排油阀和行程控制阀腔内油液的压力也随之下降, 当压力降低到低于系统空载时的“保持”压力值时, 行程控制阀关闭, 于是柱塞将逐渐恢复供油行程。如果这时液压系统用油很多, 则系统压力将有可能降低到低于某一定值 (31.9 kg/cm2) 时, 促使排油阀打开, 使偏心轮室内的高压油液经排油阀中腔流回环形进油道中去, 柱塞将立即恢复全行程供油。于是系统压力又开始升高, 当压力升高到高于某一定值 (31.9 kg/cm2) 时, 排油阀关闭, 柱塞仍以全行程继续向系统供油, 使系统压力继续升高。

当系统中油液的压力升高到工作压力时, 液压油缸将悬挂重物顶起, 等悬挂重物被顶起到预定高度, 将操纵阀手柄及时地拉回到中立位置时, 则系统压力很快升高到系统的“保持”压力即最高压力值时, 使泵立刻恢复到空载时的准备状态。

如果悬挂重物被液压油缸顶起到预定高度, 而操纵阀手柄又没有及时地拉回到中立位置, 则液压油缸将悬挂重物继续升高, 并很快运行到行程的终点, 使系统压力在瞬间剧增到空载时的“保持”压力时, 促使泵也立刻恢复到空载时的准备状态[9,10,11]。

当液压系统的执行机构意外受阻或超载时, 系统压力也将剧增到空载时的“保持”压力, 促使泵很迅速地恢复到空载状态。因此, 该种泵具有自身保护能力, 无需另外专门设置安全保护装置。

参考文献

[1]裘信国.径向柱塞式液压泵受力分析及其配流机构的研究[D].杭州:浙江工业大学, 2005.

[2]冯丹艳.液压传动中常见液压泵的工作原理及应用[J].广西轻工业, 2009 (6) :31-32, 37.

[3]胡新华, 裘信国, 李银海.径向柱塞式液压泵滚子运动学分析[J].机床与液压, 2010, 138 (12) :60-61, 39.

[4]李新, 周志鸿, 厉峰.K3V系列液压泵的结构与控制原理[J].工程机械, 2011, 42 (12) :41-44.

[5]肖爱玲, 王福林.一种柱塞式液压泵的改进设计[J].新疆农机化, 2004 (6) :40.

[6]张大千, 谢朝忠, 吕从双, 等.柱塞泵液压泵常见故障的诊断与监测[J].科技创新与应用, 2014 (24) :149.

[7]高佳腾, 张日红, 等.液压泵性能测试系统设计与实现[J].流体传动与控制, 2014 (3) :34-35.

[8]姚晶宇, 王庆丰.采用双联泵结构的新型液压动力转向泵研究[J].机床与液压, 2005 (10) :98-99, 127.

[9]李和平, 夏翔, 刘莹, 等.新型平衡式复合齿轮泵结构的优化设计[J].机械研究与应用, 2005 (4) :89-90.

[10]陈甫, 赵克定, 吴盛林.一种新型往复式原动液压泵的原理研究[J].机械与电子, 2004 (9) :16-18.

柱塞式注水泵技术改进与应用分析 篇3

柱塞式注水泵是石油开采中重要的机械设备之一, 在注水开采工艺中起着至关重要的作用, 对于石油开采效率和开采量都有很大影响。过去, 油田开采中所使用的柱塞式注水泵的技术参数都是中高压、排量小, 而随着社会对石油需求量的提高, 要求注水泵的技术参数达到高压标准, 并且向着高效、节能方向发展。显然, 我们要想满足开采工艺要求, 就要采取措施对柱塞式注水泵技术进行改造, 提高其综合性能, 提高石油开采效率, 增加石油开采量, 促进油田企业的持续发展。

1柱塞填料密封结构及材料的改进

1.1柱塞填料密封同步隔离技术

柱塞式注水泵内部零件经常由于长时间的摩擦而受到损伤, 其主要原因就是没有做好润滑工作, 而对于一些隐蔽的零件通过外部润滑起不到良好的效果, 只有想办法借助其他途径对内部零件起到润滑作用, 才能降低注水泵的故障率。基于此, 我们可以采取在柱塞填料密封函体结构中增设介质腔的方法, 如图1所示, 密封介质腔体上部与润滑油罐连接, 为了避免压力失衡, 可以借助取压通道, 使输送的介质在介质腔中保持平衡, 而介质腔上部连接的润滑油罐能够对柱塞起到润滑作用, 从而有效降低了柱塞与填料之间长时间的磨损, 减少了注水泵的故障发生概率, 延长了其使用寿命, 同时还提高了注水泵效率。

1.2填充材料改进技术

过去注水泵的填充材料大都为碳纤24锭编织材料, 虽然其强度也比较高, 但是在过高的工作压力下还是容易出现断裂或损坏。因此, 我们需要对注水泵填充材料进行改进, 由新型的U形改性材料SD5和芳纶纤维矩形盘根来代替, 其中U形改性材料SD5的耐压力可高达120MPa, 因而, 可以承受更高的工作压力, 不容易出现损坏。除了对注水泵填料的改造外, 对于其装配结构也要有所改进, 可以每隔两道填料都安装一个阻流环, 阻流环中含有的成本包括石墨、聚四氟乙烯和二硫化钼, 并且, 在此基础上增加补偿弹簧。这样一来, 柱塞填料为注水泵起到了润滑作用, 阻流环起到了自动调整作用, 补偿弹簧起到了自动补偿作用, 同时, 阻流环和补偿弹簧对填料也有保护功能, 因此, 通过采取这些措施既提高了注水泵性能又延长了填料的使用寿命。图2为组合填料密封结构实物图。

2柱塞喷涂材料及连接方式改进

2.1柱塞喷涂材料改进

在含颗粒腐蚀性污水介质中选用45#钢基材表面超音速喷涂Ni60/WC复合金属涂层柱塞, 在材料硬度与韧性之间寻求平衡, 改善涂层易裂、易剥落的情况。涂层允许变形量超过8%, 涂层硬度达1000HV, 结合强度大于30MPa耐磨蚀性能和抗磨粒磨损性能大大提高, 对密封填料的要求降低, 并减少了填料的消耗。如果涂层介质为清水, 它具有流速高、回流快、压力大的特点, 而优点则是绿色环保、无污染。

2.2柱塞自动调心技术

过去注水泵中的柱塞与连接杆之间的连接结构为螺纹硬连接, 改进后我们使用复式卡环连接结构来代替, 在连接过程中, 连接杆与柱塞之间有一点量的偏心是可以接受的。但是需要注意的是, 在密封函体导向套内的柱塞要始终保持直接运动, 这样做的目的是为了尽量避免柱塞与密封件之间的磨损对柱塞和密封件造成损伤, 进而延长柱塞、导向套以及填料的使用寿命。

2.3泵阀结构及材料的改进

采用螺旋导向复合密封锥型组合阀组 (见图4) 替代原立式上下分体阀, 进液阀和排液阀组合在同一阀体上, 安装、拆卸方便。阀座选择高强度、高硬度、抗腐蚀材料O5Cr17Ni4Cu4Nb或316/WC (硬质合金) , 金属阀芯锥面上结合非金属密封材料, 改善了密封性能。经过可靠性试验后发现阀芯导向翼从直线型过渡到带一定角度型, 可使阀芯在阀座孔上、下运动时转动, 阀密封面磨损均匀, 延长了阀的寿命。

3柱塞式注水泵改进后的应用分析

通过对柱塞式注水泵柱塞填料密封结构及材料和柱塞喷涂材料及连接方式的改进后, 取得了良好的效果, 使柱塞式注水泵整体性能有了大大提高。具体表现在以下三个方面:第一, 过去的注水泵内部的易损零件使用寿命得到延长。其中包括柱塞、填料和泵阀等零件的使用寿命都是增加了两倍, 甚至更长。第二, 注水泵机组的工作效率明显提高, 据统计, 改进后的注水泵效率比过去提高了至少10%, 并且注水单耗量也比过去降低了很多。第三, 大大降低了生产工艺的运行成本, 注水泵效率的提高使运行耗电量大大减少, 节约了大笔的电费开支, 同时, 注水泵整体性能提高了在运行过程中所消耗的机油量也明显减少, 总之, 系统整体运行成本得到降低, 提高了油田企业的经济效益。

4结束语

柱塞式计量泵工作原理 篇4

一、柱塞式注水泵存在的两大问题

1.注水泵易损坏部件寿命短的问题。

(1) 柱塞的填料及密封结构不合理。污水泵填料大都为碳纤24锭编织材料, 这种材料的寿命为500 h左右, 然而这远远低于企业标准的1400 h。这种材料遇到污水会变硬, 密封弹性也会变差, 故而使用寿命也会明显低于标准要求。注水泵运行时, 含有颗粒的具有腐蚀性的污水将填料包围, 污水的润滑条件差, 使填料的磨损严重加剧, 缩短了部件的使用寿命。

(2) 柱塞喷涂材料选取不合理。经过大量的材料分析, 污水泵柱塞材料是钢基材, 然后在表面喷涂硬质合金, 从而使材料更加结实, 但是这种材料容易脱落, 当遇到污水时就会脱落, 从而导致柱塞易受损伤, 大大缩短了使用寿命。

(3) 污水泵泵阀结构不合理。污水泵泵阀通常爱用上下分体阀结构, 主要是由阀心和阀体构成, 在泵阀中一定要保证输送的水的纯洁性, 保证泵阀不被堵塞, 否则会使泵阀密封出现问题而产生泄露, 随之使得金属密封面遭到破坏, 使泵阀发生各种故障。

2.注水泵易损坏部件漏油的问题。

(1) 油封选择不合适。TC型结构的架子对于油封要求很高, 要针对不同的运动选择相应的油封, 它一般用于旋转运动的密封。

(2) 油封座结构设计不够合理。油封一般需要进行第二次油封, 第二次油封之后, 密封的机油没有设计着回收的流道, 这样使得机油全都漏到废水道内。

二、解决方案

1.柱塞填料材料和密封分离技术的改进。填料材料用U形改性材料和芳纶纤维矩形盘根, 这种盘根可以承受更高的压力。装配结构在填料中间会设置一个阻流环, 其中有许多化学物品, 比如石墨、二硫化钼等, 这种新的结构增加了柱塞填料自身的润滑、调整以及补偿的能力, 从而从根本上延长了填料的使用寿命。

将一个密封介质腔加入到柱塞涵体结构中, 该结构利用取压通道来保持介质之间的平衡, 而且与润滑油罐相连接。密封腔介质中有润滑油, 可以使柱塞与填料之间更加润滑, 从而使柱塞与填料更好地进行工作, 减少不必要的损失。

2.喷涂材料改进以及采用柱塞自动调心技术。含颗粒的具腐蚀性的污水介质采用45#钢基材表面超音速喷涂Ni60/WC复合金属涂层柱塞, 在材料的硬度和韧性二者之间寻求一个平衡, 使涂层硬度达到1000 HV, 韧度达到允许变形量超过8%, 改善涂层易脱落的现状, 延长部件的使用寿命。

将柱塞和连接杆之间用复式卡环连接结构来代替原来的螺纹硬连接结构, 使连接杆和柱塞可以有一定偏心, 确保柱塞始终保持直线运动, 从而减少柱塞与密封部件的磨损, 使柱塞、填料等使用寿命延长。

3.改进泵阀结构和材料。将普遍采用的原立式上下分体阀用螺旋导向复合密封锥型组合阀组代替, 使进液阀和排液阀结合在同一个阀体上, 安装、拆卸方便快捷。阀座采用05Cr17Ni4Cu4Nb或316/WC (硬质合金) , 金属阀心锥面上结合有非金属的密封材料, 增强了泵阀的密封性能。

4.选用新的更合适的油封。选用新结构的TG4骨架的油封代替原来的油封。TG4骨架油封外边带有环状的环纹, 这种油封由于多层, 先接触的密封效果极好;内圈有3道唇口, 与原来的油封相比, 多了1道密封的辅助唇口。这个辅助唇口用于支撑主唇口, 使主唇口相对固定, 增加密封性与稳定性。

5.重新设计新的油封座。新的油封座是在油封的安装孔处新加两个油槽, 被二次密封的机油可以沿着油槽下加工的回收孔流走。回收孔上边有一个细管, 另一头连接油室液面的较平稳处。由于回收孔比油室液面的较平稳处高, 所以二次油封的机油能够通过细管从油室中流出被回收。

三、应用与结果

根据已改进的14台注水泵数据记录, 易损部件的寿命明显得到延长;注水泵的功率也大大提高, 大大降低了注水泵机油的消耗, 因此使得运行成本降低。

1.易损部件的寿命明显延长。根据已改进的14台注水泵运行4个月的数据, 柱塞、填料和泵阀的平均使用寿命从928 h、461 h和912 h延长到1622 h、1563 h和2380 h。

2.注水泵功率显著提高。改进后的注水泵机组平均机组功效为79.71%, 比之前提高10.65%。注水单耗改进之后平均为5.89 k W·h/m3, 同比降低了0.77 k W·h/m3。

3.降低注水泵机油的消耗。根据已改进的注水泵的数据, 2台柱塞式注水泵在改造之前每个月的机油消耗量是40 L~50 L, 改造以后运行6个月, 平均每个月机油的消耗量是5 L, 每个月即可节约35 L~45 L的机油。每台柱塞式注水泵的改造费用大约为1000元人民币, 因此两个月就可以回收改造的成本。

4.大大降低了运行成本。对注水泵进行改造后, 易损部件一年就可以节约192万元人民币, 14台注水泵每年节约181万人民币, 机油每个月节约245 L~315 L。

参考文献

[1]田新民, 李颖.油田高压柱塞泵排液阀密封失效原因分析及改进[J].中国设备工程, 2010 (11) :60—61

[2]叶晓琰, 丁亚娜, 许建强, 等.提高特殊柱塞泵往复密封寿命的优化设计[J].排灌机械, 2009, 27 (6) :373—378