文献综述

1.前言

二十一世纪是电子、信息时代，随着电子技术的发展、生命科学快速发展，节能减排、重视生态平衡及各类高速小型化产品的新时代，泵产品及其市场的发展将会更加新潮宽广。20世纪末以水电、钢铁、石油、天然气、、原子能等领域为主的重、厚、长、大产业的大泵市场逐步萎缩。取而代之的是以能源、资源、食品、交通、环境、生物等领域为主的轻、薄、短、小的高附加值泵的新型市场需求。高速、高压、小型化、大容量化、特种用途、自动化控制仍是泵今后发展的趋势[1]。为了适应新世纪产品的发展趋势，加快新型产品的开发与设计及降低成本，必须革新传统设计，开发出一些新型泵[2]。

泵的种类有很多，如离心泵，往复泵，旋涡泵，齿轮泵，螺杆泵，轴流泵，液环泵等。每种泵都有自己的优缺点，都有自己适用的场合。

往复泵的结构随着世界科技的进步而不断改进，它的动力端由蒸汽机发展到电动机、液压系统等，传动端也有曲柄连杆、凸轮等多种形式。发展历史较久技术较为成熟应用广泛的往复泵有蒸汽直接作用泵、旋转电机驱动的三缸单作用等。传统的往复泵在技术日益成熟的同时也存在很多的问题，如三缸单作用往复泵存在流量压力波动大、易损件寿命低、质量大等缺点。随着科学技术的发展，研究人员利用新技术、新工艺，以提高往复泵性能、可靠性、效率为目的研究出了几种新型的往复泵[3]。往复泵的主要特点是:①效率高而且高效区宽[4]。②能达到很高压往复泵高压力，压力变化几乎不影响流量，因而能提供恒定的流量。③具有自吸能力，可输送液、气混合物，特殊设计的还能输送泥浆、混凝土等。④流量和压力有较大的脉动，特别是单作用泵，由于活塞运动的加速度和液体排出的间断性，脉动更大。通常需要在排出管路上(有时还在吸入管路上)设置空气室使流量比较均匀。采用双作用泵和多缸泵还可显著地改善流量的不均匀性。⑤速度低，尺寸大，结构较离心泵复杂，需要有专门的泵阀，制造成本和安装费用都较高。⑥往复泵的流量恒定且与排出压力无关[5]。⑦往复泵适应液体十分广泛。因此往复泵的是一类节能产品。不要把提高泵本身效率看作是泵节能的唯一途径, 只要正确地选用往复泵, 充分发挥这类泵的特长, 就会产生巨大的节能效果和社会效益[6]。

2.常用往复泵及工作原理

2.1曲柄连杆机构往复泵

曲柄连杆机构往复泵是旋转运动的内燃机或电动机维原动力，活塞和原动力之间有一套江旋转运动转化为往复运动的曲柄连杆机构，称为机东泵的传动端。

图1所示为卧式单杠单作用往复式活塞泵的工作机构。当动力机通过皮带、齿轮活其他传动件带动曲轴活曲柄一角速度ω按图示方向，从左边水平位置开始旋转时，活塞向右移动，液缸内形成一定的真空度，吸入池中的液体在液面压力作用下，推开吸入阀，进入液缸内，直到活塞移动到右死点位置为止。这个过程，称为液缸吸入过程。曲柄继续转动，活塞开始向左移动，缸内液体受挤压，压力升高，吸入阀关闭，排出阀被推开，液体经排出阀和排出管排出，直到活塞移动到死点位置为止。这一过程称为液缸的排出过程。曲柄旋转一周，活塞往复移动一次，单作用泵的液缸完成一次吸入排出过程[7]。

多年来, 人们在对传统往复泵工作原理的研究逐步深入并取得了积极成果的同时, 也开始认识到传统的曲柄连杆机构所决定的运动与动力特性局限了往复泵的应用范畴及其发展。它无法实现往复泵的恒流量、无压力波动这种理想要求，新开发出的几种往复泵有效地改善了曲柄连杆机构的一些缺点。