空氣包畢業(yè)設計--三缸單作用鉆井往復泵空氣包設計

1、<p>　　三缸單作用鉆井往復泵空氣包設計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　往復泵在當今社會的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上發(fā)揮著重要作用，其次還在科研和國防上面有著廣泛的應用。但是往復泵自身存在的脈動流量問題對其使用性能有著明顯的約束作用，因此減小往復泵中由于脈動流量產(chǎn)生的壓力波動是至關重要的。</p><p>　　本文

2、主要說明了合理適當?shù)目諝獍O計對于促進往復泵工作性能和減小壓力波動的重要作用。根據(jù)以往的課題研究進行分析，查明不足之處從而進行深一步的課題實驗理論研究，完善空氣包的工作性能。</p><p>　　文中主要通過對往復泵的整體設計和對空氣包的分析研究，從而完成課題目標：優(yōu)化空氣包尺寸大小，然后再對空氣包進行強度校核和受力分析，從而達到完善空氣包作用性能的目標。</p><p>　　空氣包的設計

3、原則和作用機理是整個課題的關鍵癥結所在，所以我們需要在理論分析的基礎上進行進一步的實驗探究和優(yōu)化設計，來改善往復泵的整體工作性能。</p><p>　　關鍵詞：往復泵，空氣包，壓力波動，優(yōu)化設計</p><p>　　ON THE DESIGN OF Three cylinder single acting reciprocating pump air

4、 bag</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Reciprocating pump plays an important role in industrial and agricultural production in today's society , followed by still have a wide ran

5、ge of applied research and defense above . But its existence reciprocating pump pulsation flow problems on its performance has a significant role constraints , thus reducing the pressure fluctuations due to reciprocating

6、 pump pulsation flows is crucial .</p><p>　　This paper describes the reasonable and appropriate air bag designan important role for the promotion of reciprocating pump performance and reduce pressure fluctua

7、tions. Analyzed according to previous research, identify inadequacies so deep theoretical research experiment further improve the performance of air bag .</p><p>　　This paper by reciprocating pump and the ov

8、erall design of the air bag for analysis, thereby completing the subject objectives:optimize the size of the air bag,the air bag and check the strength and mechanical analysis of the effect of improved performance of the

9、 air bag to achieve the target.</p><p>　　Mechanism and design principles is the key issue of air bag where the whole issue , so the need for further experiments to explore and optimize the design , and promo

10、te the overall performance of reciprocating pump on the basis of theoretical analysis .</p><p>　　KEYWARDS：Reciprocating pumps, air bag, pressure fluctuations , design optimization</p><p><b&g

11、t;　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　1.緒論1</b></p><p>　　1.1 研究背景1</p><p>　　1.2 空氣包的研究現(xiàn)狀1</p

12、><p>　　1.3 空氣包的研究意義1</p><p>　　2往復泵與空氣包基本知識2</p><p><b>　　2.1 往復泵2</b></p><p>　　2.1.1往復泵的結構和工作原理2</p><p>　　2.1.2 往復泵的分類2</p><p>　　

13、2.1.3 往復泵的優(yōu)缺點6</p><p>　　2.1.4 往復泵十大應用6</p><p>　　2.1.5 往復泵的發(fā)展7</p><p><b>　　2.2 空氣包9</b></p><p>　　2.2.1空氣包的工作原理9</p><p>　　2.3 空氣包的安裝13</

14、p><p>　　2.4 空氣包的主要作用與維護15</p><p>　　2.4.1 空氣包的主要作用15</p><p>　　2.4.2 空氣包的維護15</p><p>　　2.5 空氣包的使用15</p><p>　　3.三缸單作用往復泵的整體設計16</p><p>　　3.1 主要

15、結構參數(shù)的選擇與確定16</p><p>　　3.1.1 活塞平均速度的選擇17</p><p>　　3.1.2 曲軸轉數(shù)n和活塞行程長度S的選擇19</p><p>　　3.1.3 程徑比的選取20</p><p>　　3.1.4 活塞桿直徑的選取20</p><p>　　3.1.5 吸入和排出管內徑和的選

16、取20</p><p>　　3.1.6 選擇容積效率21</p><p>　　3.1.7 活塞直徑D的確定22</p><p>　　4.空氣包設計23</p><p>　　4.1 排出空氣室計算和主要結構尺寸確定23</p><p>　　4.1.1 排出空氣室容積的確定23</p><p

17、>　　4.1.2 空氣室及管路系統(tǒng)共振校核26</p><p>　　4.1.3 增加阻力對減小容積的效果27</p><p>　　4.1.4 排出空氣室主要結構尺寸確定27</p><p>　　4.1.5 排出空氣室計算列表29</p><p>　　4.2 吸入空氣室計算31</p><p>　　5.空

18、氣包SolidWorks軟件繪圖32</p><p><b>　　結論36</b></p><p><b>　　參考文獻37</b></p><p><b>　　致謝38</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p>

19、<p><b>　　1.1 研究背景</b></p><p>　　往復泵工作時需要內部設備來幫助減小排除系統(tǒng)水力參數(shù)的波動，空氣包就可以完成這樣的任務，它具有明顯的吸振效果?？諝獍臏p振效率由很多因素決定，比如：預充氣壓力、容積大小、泵的結構參數(shù)、安裝位置以及入口頸管尺寸等。只有適當?shù)脑O計和安裝空氣包，才能獲得想象之中的減振效果。因此，計算必須預把充氣氣囊壓力和體積設計放在首位。&

20、lt;/p><p>　　1.2 空氣包的研究現(xiàn)狀</p><p>　　往復泵工作過程中，液體介質的吸入、排出這兩個過程是不斷交替進行的。而在變化的過程中活塞位移的瞬時流速是恒定的，工作的時間單泵室是不連續(xù)的。在多缸泵，對工作腔相位的合理安排，可以減少瞬時流量集液管排氣脈動幅度，但不能使瞬時流量是絕對穩(wěn)定的。所以，我們無法避免往復泵瞬時流量的脈動性。</p><p>　　

21、空氣包是往復泵液壓系統(tǒng)的重要組成部分。它可以幫助減小管路之中流量脈動，通過空氣包內空氣的壓縮和膨脹特性來儲藏（或放出）比平均流量多的（或少的）那部分液體來完成任務。當空氣包在工作狀態(tài)最好的泵和管路系統(tǒng)中，由于脈動流脈動衰減引起的壓力將最大限度地提高了往復泵的壽命和性能。因為空氣包在往復泵液壓系統(tǒng)中起著重要的作用，所以它的作用機理和設計方法引起了更多人的深入研究。</p><p>　　1.3 空氣包的研究意義<

22、;/p><p>　　由于往復泵的特殊結構，決定了在一些特殊場合之下它必須作為專用泵來使用。往復泵中的減振空氣包結構雖然簡單，但卻在整個液力系統(tǒng)中有著極其重要的作用。我們需要對往復泵的空氣包作用機理和設計方法作進一步的深入研究。本文根據(jù)日常生產(chǎn)中空氣包的常規(guī)情況，提出了實際有效的優(yōu)化設計方案和減小空氣包衰減特性的評價方法。本文通過對空氣包的整體優(yōu)化設計，強度校核和受力分析，達到了降低流量和壓力波動的目的，提高往復泵從一

23、定意義上的性能，使泵的工作來提高生產(chǎn)效率，吸入性能加強，使用壽命也得到了提升。</p><p>　　2 往復泵與空氣包基本知識</p><p><b>　　2.1 往復泵</b></p><p>　　往復泵的出現(xiàn)距現(xiàn)在已經(jīng)有2100多年歷史了，它是最早出現(xiàn)的一種泵類。</p><p>　　往復泵是唯一的泵類一直到旋轉式原

24、動機出現(xiàn)。在旋轉式原動機出現(xiàn)以后，轉子泵和離心泵等其他類型的泵也逐漸進入人們的視野。往復泵是一種容積式泵，它的作用機理是：通過泵缸內活塞、柱塞或隔膜的往復運動，從而讓缸內工作容積不斷增大和縮小來輸送液體或使之增壓。</p><p>　　2.1.1往復泵的結構和工作原理</p><p>　　往復泵結構組成：吸入閥；排出閥；泵缸；活塞；活塞桿。其中吸入閥和排出閥都是單向閥。</p>

25、<p>　　往復泵工作原理：（1）活塞是電機驅動的曲柄連桿機構，使旋轉運動的曲柄為活塞的往復運動；或者由蒸汽機直接驅動，讓活塞作往復運動；  （2）活塞運動狀態(tài)為從右向左的時候，泵缸內形成低壓，排出管內液體的壓力作用會造成排出閥關閉；缸內低壓作用會打開吸入閥，儲罐內液體被吸入缸內；（3）當活塞運動從左到右，在氣缸的流體壓力增加，造成吸氣閥關閉，排氣閥打開向外流動。   &

26、#160;  顯而易見，往復泵向液體提供能量的方式是依靠活塞的往復運動的壓力能完成的。</p><p>　　圖2-1 往復泵結構</p><p>　　2.1.2 往復泵的分類</p><p>　　（1）按泵的工作機構分類</p><p>　　活塞泵：其中活塞是主要的工作部件，它在液缸內運動，通過裝在它上面的防漏密封裝里和液缸的內壁

27、接觸，如圖(a)所示。</p><p>　　柱塞泵：柱塞是主要工作部件，它在固定防漏填料盒中運動，由于它和液缸之間的密封裝里在液缸外面所以它和液缸內壁沒有接觸，優(yōu)點是活塞活塞泵的維護和檢修了比較簡單，且能產(chǎn)生更大的壓力，如圖(b)所示。</p><p>　　隔膜泵：完成吸入和排出液體主要依靠隔膜片來回鼓動。分為單隔膜和雙隔膜兩種，如圖(c)所示。</p><p>　

28、　圖2-2 按泵的工作機構分類(a)活塞泵    (b)柱塞泵   (c)隔膜泵1-活塞   2-柱塞   3-隔膜</p><p>　?。?）按泵的作用方式分類</p><p>　　單作用泵：泵的吸入閥和排出閥裝在活塞同一側，往復吸入過程和排出過程都只有一次，所以流量很不均勻。如圖(a)所示。</p><p>

29、　　雙作用泵：兩端在液壓缸閥箱，在箱每個閥具有一個單獨的吸入閥和排出閥，這些閥門吸入管和排水管向公眾，因此，不論活塞向左或向右運動，交替發(fā)生在活塞的吸入和排出過程的兩側，所以雙作用泵的流量更均勻。如圖(b)所示。</p><p>　　差動泵：放料閥，排氣閥和泵的吸入，吸入管安裝兩邊的活塞，活塞往復一次，會有兩次或兩次放電過程中吸入，吸入，放電過程。差動泵的優(yōu)點相比于單作用泵流量均勻，結構上比雙作用泵少兩個閥門，比

30、較簡單。如圖(c)所示。</p><p>　　圖2-3 按泵的作用方式分類</p><p>　　(a)單作用泵  (b)雙作用泵  (c)差動泵</p><p>　?。?）按傳動方式分類</p><p>　　機動泵：原動機是電動機或內燃機，并通過曲軸連桿活塞往復泵，可用于油田。</p><p>　　

31、直接作用泵：壓縮空氣或液體直接有助于泵的泵活塞的往復運動。</p><p>　　手動泵：通過人類的杠桿作用驅動往復泵的活塞運動。由于泵功率很小，所以在現(xiàn)代化企業(yè)中很少使用。</p><p>　?。?）按泵缸位置分類</p><p>　　臥式泵：液缸的中心線和地面是平行關系。</p><p>　　立式泵：液缸的中心線和地面是垂直關系。</

32、p><p><b>　　（5）按液缸數(shù)分類</b></p><p>　　單缸泵：一臺泵只有一個液缸。</p><p>　　雙缸泵：一臺泵有兩個液缸。</p><p>　　多缸泵：一臺泵有三個以上液缸。</p><p>　　（6）按轉動端的結構特點分類</p><p>　　按傳動

33、端的結構特點分為：曲軸連桿機構泵、直軸偏心輪結構泵、行程調節(jié)機構泵。如下圖所示：</p><p>　　圖2-4 往復泵的結構類型</p><p>　　(a) 單作用活塞泵   (b) 雙作用活塞泵   (c) 單作用柱塞泵   </p><p>　　(d) 雙作用柱塞泵   (e)機械作用隔膜泵 </p>

34、<p>　　(f) 液壓作用隔膜泵   ( g) 雙隔膜泵   (h) 臥式曲柄泵   (i) 立式無曲泵   </p><p>　　(j) 臥式蒸汽泵   (k) 臥式凸輪泵   (l) 水平對置式液(氣)動泵 </p><p>　?。?）根據(jù)排出壓力的大小分類</p><p

35、>　　低壓泵： 4MPa。</p><p>　　中壓泵：4MPa<<30MPa。</p><p>　　低高壓泵：10MPa<30MPa。</p><p>　　高壓泵：30MPa<<100MPa。</p><p>　　超高壓泵：>100MPa。</p><p>　?。?）根據(jù)活塞

36、每分鐘的往復次數(shù)大小分類</p><p>　　低速泵：n<80 r/min.</p><p>　　中速泵：80 r/min <n<250 r/min。</p><p>　　高速泵：250 r/min <n<550 r/min。</p><p>　　超高速泵：n>550 r/min。</p>&

37、lt;p>　　此外,根據(jù)使用部門和所輸送的介質性質等的不同，往復泵又分為泥漿泵、固井泵、酸壓泵等。</p><p>　　往復泵和計量泵的分類如下圖所示：</p><p>　　圖2-5 按輸送介質分類</p><p>　　2.1.3 往復泵的優(yōu)缺點</p><p>　　優(yōu)點：（1）基本不受介質的物理或化學因素的影響，可以運輸大多數(shù)物質；&

38、lt;/p><p>　　（2）泵的輸送介質粘度不影響性能和壓力；</p><p>　　（3）得到的排氣壓力很高，流量和壓力沒有影響，吸入性能和效率高，可達蒸汽往復泵。</p><p>　　缺點：（1）泵的流量比同體積流量離心泵不穩(wěn)定，結構復雜；</p><p><b>　?。?）資金用量大；</b></p>&

39、lt;p><b>　?。?）維修不便等。</b></p><p>　　2.1.4 往復泵十大應用</p><p>　　2.1.5 往復泵的發(fā)展</p><p><b>　　2.2 空氣包</b></p><p>　　空氣包，我們也被稱為壓力減震器，基于氣體壓縮和膨脹特性，我們可以完成的一部分液

40、體的存儲或釋放，用來實現(xiàn)減少管道流動不均勻度的目標。</p><p>　　2.2.1空氣包的工作原理</p><p>　　壓縮呼吸空氣包的重要功能是通過氣囊內充入氮氣或空氣的密封容器的排氣壓力和吸氣壓力的變化，泵能夠自動提供一預定排液管內壓力，或保存一些液體，從吸入管或泵。吸氣管或排氣管流動均勻和慣性力減小，從而減少壓力波動。然而，由于從泵缸或缸排氣管球囊泵吸入口的空氣包，流量與活塞的運動

41、變化導致安全氣囊不能承受這段調整線。</p><p>　　圖2-6顯示了吸入空氣包三個主要工作階段的單作用液壓缸吸入沖程。當吸入行程開始時，活塞缸的加速度使壓力迅速的壓力差減小，打開吸入閥，進入口管，以加速液體。在這個時候，如果沒有空氣的吸入側袋，從活塞的吸入端向液罐很長的距離（）中的液體被突然加速時，液體流動的慣性水頭很大，泵缸壓力急劇下降，甚至會引起斷流和汽化。</p><p>　　而

42、泵吸入口安裝進氣包時，吸入初始階段，液態(tài)空氣在氣體壓力下通過進氣管進入氣缸，這時候只有從活塞端面至空氣包這一段短距離（）管子內的液體被忽然加速，產(chǎn)生阻礙液體流動的慣性水頭很小，保證液缸內壓力不會下降過大。隨著活塞的繼續(xù)運動，空氣包仍將液體供給到氣缸內。因為氣囊內的液體的量繼續(xù)減少，從而直接進入液體的缸中的泵的抽吸箱容積逐漸增大。當吸入氣囊氣體壓力低于容器中的液體時，負壓，空氣包將停止供液給氣缸。</p><p>

43、　　在這個時候，由于活塞室慣性流體運動吸入沖程液體減緩，下半年以后發(fā)展迅速進入氣缸，過多的液體，然后進入空氣。當液體進入吸入空氣包的量增加時，空氣壓力增加，回到開始時的吸入狀態(tài)。從進氣沖程時，空氣會不斷重復的過程。 </p><p>　　圖2-6 吸入空氣包作用示意圖</p><p>　　排氣的氣囊與吸入的空氣袋的作用原理，類似于工作過程。 在排出過程開始時，活塞加速，增加泵的位

44、移是大于平均位移的空氣進入袋部分，在排出管的液體不會加速；而到排出末尾，活塞減速，泵排量減小，空氣包內液體自動補充到排出管中，使排出總管內液體流速平穩(wěn)。從而減小了排出總管內慣性水頭，使排出管內的壓力波動幅值降低。</p><p>　　2.2.2 空氣包的結構</p><p>　　2.2.3 空氣包的分類</p><p>　　排出空氣包安裝在泵的排出口附近，吸入空氣包

45、安裝在泵的吸口附近。</p><p>　　根據(jù)充入的氣體壓力排出空氣包又分為：常壓式和預壓式。</p><p>　　圖2-7 常壓式空氣室</p><p>　　預壓式空氣室在其結構形狀上分為球形空氣室和筒形空氣室。</p><p>　　球形空氣室結構如圖2-8所示，由1—空氣閥，2—氣囊，3—膠皮釘子，4—穩(wěn)定片，5—多孔保護器，6—法蘭等主

46、要元件組成，其中氣囊2是關鍵件。筒形空氣室結構如圖2-9所示，每個殼體1都含有一個多孔襯管2，外面再套一個氣囊3。充氣的時候，氣囊會緊緊貼住襯管，氣囊大部分處在襯管和殼體內壁間。</p><p>　　圖2-8 球形預壓空氣室</p><p>　　圖2-9 筒形預壓空氣室</p><p>　?、谖肟諝馐曳譃閮深悾褐苯咏佑|式和隔膜式。</p><p

47、>　　直接接觸式和排出空氣室的常壓式比較相似，氣液是直接接觸的（如圖2-3）。當泵吸入的真空度較高時候，液體中的氣體也許會分離，使得吸入空氣室中的氣體增多；當泵是倒灌工作狀態(tài)，空氣室中的氣體又會隨著液體而減少。直接接觸式空氣室又能分成三類：開式立管、閉式立管和閉式接觸式。</p><p>　　隔膜式吸入空氣室能夠有效的避免氣液直接接觸，效果好可是結構比較復雜。常見的結構包括：隔膜式吸入空氣室和隔膜活塞式吸入

48、空氣室。</p><p>　　2.3 空氣包的安裝</p><p>　　排出空氣室的安裝如圖2-10和2-11所示。</p><p>　　圖2-10是三通連接法。液體徑直的進和出，部分脈動液體不可以進入空氣室，所以效果比較差。</p><p>　　圖2-11是直角連接法，液流的進出口角度為90度。其中a和c是無導向直角連接：脈動液流都流進空氣

49、室中，經(jīng)過空氣室減小脈動后再流出，效果比三通連接好；b和d是有導向直角連接：減小脈動效果更佳。</p><p>　　圖2-10 三通連接法</p><p>　　圖2-11 直角連接法</p><p>　　有導向直角連接如圖2-12，當脈動液流全部進入空氣室后，從空氣室的殼體1和噴嘴3的環(huán)形間隙排出。AA（進入的液流）對BB（排出的液流）有阻滯作用，而且阻滯效果隨進入

50、液流的流速增加而增加。在無導向直角連接空氣室中，排出液體隨著進入液體的增大而增大。但是增加導向后，排出液流的速度隨著進入液體的增大而降低，使得減小脈動效果明顯增大。</p><p>　　導向直角連接通常情況下不用于強磨礪性液體介質，不然會造成嚴重磨損。</p><p>　　圖2-12 導向直角連接結構例</p><p>　　1-空氣室殼體 2-螺栓 3-噴嘴

51、4-噴嘴套 5-密封圈 6-法蘭</p><p>　　吸入空氣室的安裝如圖2-13，為了防止氣體不斷增多需要把接觸式空氣室含于液體中的氣體分離出來并及時放掉，因此，我們通常在吸入管下端制造一個小斜坡口或者在吸入管下端鉆一些小孔，一旦氣體增多，就會從吸管口上端被帶走。</p><p>　　圖2-13 吸入空氣室安裝方案</p><p>　　排出和吸入空氣室都不能改

52、善吸入空氣室出口和排出空氣室入口之間那段管路和液缸的流量不均勻度，所以吸入空氣室和排出空氣室都需要盡量安裝在靠近泵的入口的出口處。</p><p>　　2.4 空氣包的主要作用與維護</p><p>　　2.4.1 空氣包的主要作用</p><p>　　在鉆井生產(chǎn)中往復泵有著穩(wěn)壓、減小波動的重要作用。因此維護空氣包的正常工作在鉆井生產(chǎn)中非常重要。</p>

53、<p>　　空氣包最重要的作用包括：</p><p>　?。?）減輕壓力波動，穩(wěn)壓；</p><p><b>　?。?）增加水馬力；</b></p><p><b>　?。?）減少井漏。</b></p><p>　　2.4.2 空氣包的維護</p><p>　　

54、（1）空氣包充氣壓力是設計泵壓的30%，一般壓力為4~6MPa，最佳為4.5MPa；</p><p>　?。?）泵在正常工作的時候，空氣包的截止閥會被關閉，用來保護壓力表。</p><p>　　2.5 空氣包的使用</p><p>　　3.三缸單作用往復泵的整體設計</p><p>　　3.1 主要結構參數(shù)的選擇與確定</p>

55、<p>　　本課題中，泵的基本性能參數(shù)已知：工作壓力（排出壓力）為20MPa，泵的轉速n為120r/min，泵的流量Q為3500L/min.</p><p><b>　　根據(jù)公式：</b></p><p><b>　　= /s</b></p><p>　　公式中各參數(shù)所代表的含義：</p>&l

56、t;p>　　Z——泵的聯(lián)數(shù)，Z=3；</p><p>　　D——活塞直徑，m；</p><p>　　A=——活塞截面積，；</p><p>　　S——活塞行程長度，m；</p><p>　　n——活塞每分鐘往復次數(shù)，r/min；</p><p>　　Q——泵的實際流量，；</p><p>

57、　　——泵的理論流量，；</p><p><b>　　——泵的容積效率；</b></p><p>　　K——系數(shù)；K=1-，本課題為三缸單作用泵，所以=D，K=0；</p><p>　　=Sn/30——活塞平均速度，m/s；</p><p><b>　　——程徑比。</b></p>&

58、lt;p>　　根據(jù)往復泵設計實踐經(jīng)驗我們可以知道，確定最佳的參數(shù)組合一般應從合適的開始，然后再逐步確定其他參數(shù)，最后確定最佳組合方案。</p><p>　　3.1.1 活塞平均速度的選擇</p><p>　　的選擇直接影響到泵的各個部件之間的摩擦磨損，尤其對活塞和密封這一對運動服影響明顯。</p><p>　　的選取不應該過大也不可以過小，確定后，活塞直徑D也

59、可以相應地確定。選取過大會導致摩擦磨損非常嚴重，流量下降，泄露增加，排出壓力也達不到額定值。選取過小會導致確定的D值較大，從而導致與D值成正比的活塞力增加，使得整個泵的尺寸體積都會增大。</p><p>　　根據(jù)對常見的泵型值得統(tǒng)計分析，我們可以得到經(jīng)驗公式獲得值，其主要和折合成單聯(lián)單作用泵的有效功率有關，公式：</p><p>　　公式中——活塞的平均速度，m/s；</p>

60、<p>　　——統(tǒng)計系數(shù)，見表3-1,；</p><p>　　——折合成單聯(lián)單作用泵的有效功率，kW；</p><p>　　=kW，是泵的壓力，當或為常壓式，全壓力。</p><p>　　表3-1 各種泵型的，選取范圍</p><p>　　資料來源: 往復泵設計編寫組.往復泵設計 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 1987<

61、;/p><p>　　已知，=20MPa,這里我們定1MPa=10.204kgf/；Q=3500L/min；Z=3；</p><p><b>　　K=0。</b></p><p><b>　　所以，kW</b></p><p>　　根據(jù)表3-1，選取三聯(lián)單作用大型鉆井泥漿泵=0.10，則</p>

62、;<p>　　=0.10m/s =1.086 m/s1.1 m/s</p><p>　　3.1.2 曲軸轉數(shù)n和活塞行程長度S的選擇</p><p>　　已知曲軸轉速n=120r/min,根據(jù)選定的值和公式=nS/30，即可確定一個n、S、D的組合方案。</p><p>　　根據(jù)統(tǒng)計資料，設泵的總長為L，則L與S之間有如下關系：</p>

63、<p>　　對直接作用泵， L8S</p><p>　　對機動泵， L(8~16)S</p><p>　　可見，減小S會大幅度減小泵的總長L，對于機動泵尤其明顯。</p><p>　　已經(jīng)選取=1.1m/s，則活塞行程長度</p><p>　　S===0.275 m</p><

64、p>　　對于三缸單作用往復泵，取L=10S，則泵的總長L=2.75m。</p><p>　　表3-2 常見泵型的n值范圍及建議值</p><p>　　資料來源: 往復泵設計編寫組.往復泵設計 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 1987</p><p>　　3.1.3 程徑比的選取</p><p>　　已經(jīng)確定了n和S的值，為了進一步確定n

65、、S、D的組合方案，還需要選定值，然后適當進行調整。</p><p>　　反映的是S/D的關系，實質反映泵機組總寬度和長度的關系：值小，總體寬而短；值大，總體窄而長。所以，選擇合適的值會達到總體尺寸勻稱，外觀美觀而且重量輕的效果。</p><p>　　的選取原則：1. n值高的時候，取較小值，反之取較大值；2.排出壓力高的時候，取大值，反之取小值。的一般選取范圍是=1.0~3.5。<

66、;/p><p>　　3.1.4 活塞桿直徑的選取</p><p>　　本課題為三缸單作用往復泵，所以不存在活塞桿直徑的選取問題，只有雙作用活塞泵才有這個問題。的取值依據(jù)/A或者,當=1或者=D時，就是單作用泵了。</p><p>　　對于三缸單作用往復泵，=D，K=1-=0.</p><p>　　3.1.5 吸入和排出管內徑和的選取</p&

67、gt;<p>　　、的選取主要取決于吸入管介質流速和排出管介質流速。和值得確定很重要，和過小會導致管路和液力端尺寸偏大；和過大會使得水力損失過大，泵的吸入性能變差，易產(chǎn)生泵的過流量現(xiàn)象和液缸內的空化汽蝕現(xiàn)象。一般取值范圍：=1~2m/s，=1.5~2.5m/s。</p><p>　　根據(jù)公式我們可以確定、的值，</p><p><b>　　，m</b>&

68、lt;/p><p><b>　　，m</b></p><p>　　公式中——吸入管內徑，m；</p><p>　　——排出管內徑，m；</p><p><b>　　Q——泵的流量，；</b></p><p>　　——吸入管內介質的平均流速，m/s;</p>&l

69、t;p>　　——排出管內介質的平均流速，m/s。</p><p>　　這里，選取=1.2 m/s，=2.4 m/s，則</p><p><b>　　==0.248m</b></p><p><b>　　==0.184m</b></p><p>　　根據(jù)表3-3圓整后，得=250mm=0.25m

70、，=200mm=0.20m</p><p>　　表3-3 液壓缸、氣缸的活塞桿外徑尺寸系列</p><p>　?。℅B/T 2348——1993）/mm</p><p>　　資料來源：秦大同，謝里陽主編.現(xiàn)代機械設計手冊[M].北京.化學工業(yè)出版社，2011.1</p><p>　　3.1.6 選擇容積效率</p><p&

71、gt;　　與很多因素有關，在設計過程中很難精確確定。若選取值過小會導致實際泵大于選值，泵的流量也會大于設計值；若選取值過大則會導致實際泵小于選值，泵的流量會小于設計值。考慮到泵運轉時的磨損，一般選取都會略低。</p><p>　　的選取原則：當泵的流量Q大、排出壓力低，每分鐘往復次數(shù)n低、液力端余隙容積小、制造精度高而且輸送物質為常溫一般介質、介質中含氣量小沒有固體顆粒時，應選取較大值；反之選取較小值。</

72、p><p>　　一般選取范圍是：輸送介質為常溫清水時，=0.80~0.98；輸送介質為石油產(chǎn)品、熱水、液化烴等介質時，=0.60~0.80。本文我們選取兩種中間值，取=0.80。</p><p>　　3.1.7 活塞直徑D的確定</p><p>　　經(jīng)過上述參數(shù)的確定，已知Z、K、、n、S，代入公式：</p><p>　　D===0.237m&l

73、t;/p><p>　　圓整后，得D=250mm=0.25m</p><p><b>　　4 空氣包設計</b></p><p>　　4.1 排出空氣室計算和主要結構尺寸確定</p><p>　　當往復泵的流量不均勻度在工藝流程中不能滿足需求時，可以安裝排出空氣室讓（上流量不均勻度）和（下流量不均勻度）都下降到（允許的流量不均

74、勻度）。</p><p>　　4.1.1 排出空氣室容積的確定</p><p>　　根據(jù)圖4-1，我們視空氣室中的氣體容積變化為等溫變化，可以根據(jù)下式確定排出空氣室的容積：</p><p>　　其中，K——空氣室系數(shù)，常壓空氣室輸送介質的時候會有占據(jù)部分容積且會有部分氣體溶于液體，取K=1.5，預壓空氣室K=1或 ；</p><p>　　——

75、泵運轉時空氣室平均壓力；</p><p>　　——空氣室的充氣壓力，常壓空氣室=1；</p><p>　　——排出管路沿程阻力損失和局部阻力損失之和的均值；</p><p>　　——排出管路允許的流量不均勻度，通常取=0.005~0.04；</p><p>　　——生育液缸系數(shù)，根據(jù)泵的總體結構形式選定，見表3-1；</p>&

76、lt;p><b>　　——活塞行積容積。</b></p><p><b>　　另外，公式中</b></p><p>　　其中，——泵的排出端或排液池壓力；</p><p>　　——輸送介質重度，；</p><p>　　——排出空氣室平均液位至排液池液位的高度差，m；</p>&l

77、t;p><b>　　A——活塞截面積；</b></p><p><b>　　S——活塞行程。</b></p><p>　　表4-1 單作用泵的、和值</p><p>　　資料來源: 往復泵設計編寫組.往復泵設計 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 1987</p><p>　　圖4-1 往復泵空氣

78、包安裝示意圖</p><p>　　已知，泵的聯(lián)數(shù)Z=3，活塞直徑D=0.25m，活塞行積S=0.275m，泵的轉速n=120r/min。</p><p>　　可以求得：活塞截面積A==0.0491 </p><p>　　根據(jù)總體設計可知連桿長度L=10S=2.75m，則</p><p><b>　　連桿比 </b><

79、;/p><p>　　這里，設排液池液面至空氣室液面高=5m；</p><p>　　又排液池壓力=18MPa，排出管阻力損失=1.95MPa，充氣壓力為常壓=1MPa；</p><p>　　輸送介質重度=1 g/，則=0.5kgf/0.05MPa；</p><p>　　根據(jù)總體設計又已知排出管直徑=0.2m，取排出管長度=200m；</p&g

80、t;<p>　　流量不均勻度=0.005~0.04，選定=0.025。</p><p>　　計算空氣室容積，根據(jù)=0.05，查表格4-1可知三缸單作用往復泵的剩余液量系數(shù)=0.0134，可以求得空氣室內氣體的平均壓力</p><p>　　=18+1.95+0.05=20MPa=</p><p>　　在充氣壓力=1時，空氣室內氣體的平均容積</p&

81、gt;<p><b>　　==0.371 </b></p><p>　　空氣室總容積 =0.5565 </p><p>　　4.1.2 空氣室及管路系統(tǒng)共振校核</p><p>　　為了防止系統(tǒng)出現(xiàn)共振現(xiàn)象，需要對空氣室容積進行共振校核，使得，cm</p><p>　　公式中， g——重力加速度；&l

82、t;/p><p>　　——泵啟動前空氣室內的平均壓力，；</p><p>　　——空氣室充氣壓力；</p><p><b>　　——排出管截面積；</b></p><p><b>　　——排出管總長；</b></p><p>　　——曲柄角速度，1/s；</p>&

83、lt;p>　　m——曲柄轉一周空氣室內的脈動波數(shù)，三缸單作用泵m=6。</p><p>　　計算可知；泵啟動前壓力</p><p>　　18+0.05=18.05 MPa</p><p>　　排出管截面積 =0.0314 </p><p>　　曲柄角速度 12.57</p><p&

84、gt;　　空氣室及管路系統(tǒng)共振校核</p><p><b>　　《</b></p><p><b>　　所以不會產(chǎn)生共振。</b></p><p>　　4.1.3 增加阻力對減小容積的效果</p><p>　　若增加一阻力 =3 MPa</p><p&g

85、t;　　則相應的排出壓力 '==1.95+3=4.95 MPa</p><p>　　相應的平均壓力 ==20+3=23 MPa</p><p>　　增加一阻力后，空氣室內氣體平均容積</p><p><b>　　==0.194 </b></p><p>　　總容積

86、 =0.291 </p><p>　　4.1.4 排出空氣室主要結構尺寸確定</p><p>　　(1)球形空氣室內徑</p><p>　　==1.24=1.24=1.020 m</p><p>　　==1.24=1.24=0.822 m</p><p>　　（2）筒形空氣室的內徑和高度</p>&

87、lt;p>　　一般取=1.5，所以：</p><p>　　==0.947=0.947=0.780 m</p><p>　　=1.42=1.42=1.168 m</p><p>　　==0.947=0.947=0.628 m</p><p>　　=1.42=1.42=0.942 m</p><p><b>

88、;　　空氣室壁厚的確定</b></p><p>　　已知空氣包外圓半徑=780/2cm=390cm，內圓半徑=300cm。</p><p>　　則=1.3，可以根據(jù)薄壁筒公式計算壁厚：</p><p>　　公式中，——壁厚，cm；</p><p>　　——焊接系數(shù)，無焊接時=1；</p><p>　　P——

89、缸內最大工作壓力，kgf/；</p><p>　　D——液缸內徑，這里D==300cm；</p><p>　　C——考慮鑄造偏心及腐蝕留下的裕量，C=0.3~0.8，這里取C=0.6；</p><p>　　——許用壓力，一般碳素鋼許用壓力為=1300~1500 kgf/，這里取=1400 kgf/。</p><p>　　代入數(shù)據(jù)，計算可知壁厚

90、：</p><p><b>　　=5.4cm</b></p><p>　　4.1.5 排出空氣室計算列表</p><p>　　表4-2 三缸單作用往復泵空氣包排出空氣室計算列表</p><p>　　4.2 吸入空氣室計算</p><p>　　為了提高泵的吸入性能，我們通常安裝吸入空氣室來減小慣性頭

91、影響。</p><p>　　容積公式： </p><p>　　公式中，——活塞行程容積，；</p><p>　　——剩余液量系數(shù)，查表4-1；</p><p>　　——壓力不均勻度系數(shù)允許值，=0.01~0.05。</p><p>　　已知，=0.0134，=AS=0.04910.275

92、，取=0.03，則</p><p><b>　　==0.006 </b></p><p>　　吸入空氣室內徑根據(jù)排出空氣室內徑公式計算：</p><p>　　球形：==1.24=1.24=0.225 m</p><p>　　筒形：=0.947=0.947=0.172 m</p><p>　　=1.

93、42=1.42=0.258 m</p><p>　　為了減小慣性頭的影響，應該盡量增大氣液接觸面積，一般情況下吸入空氣室內徑不可以小于吸入管內徑。</p><p>　　5 空氣包SolidWorks軟件繪圖</p><p>　　根據(jù)前面的設計和計算內容，我們可以利用計算機SolidWorks軟件繪出空氣包的零件圖和工程圖。</p><p>　

94、　空氣包的總成三維圖如圖5-1所示：</p><p>　　圖5-1 空氣包總成三維圖片</p><p>　　空氣包接頭三維圖如圖5-2所示：</p><p>　　圖5-2 空氣包接頭三維圖片</p><p>　　根據(jù)已經(jīng)繪出的空氣包SolidWorks三維圖片，我們可以直接繪出工程圖，再根據(jù)已知尺寸對工程圖進行完整的標注，得到下面的圖紙：&l

95、t;/p><p>　?。?）筒形空氣包，由于其正面視圖和側面視圖一樣，故我們可以通過剖面圖來了解空氣包的內部構成，圖5-3主要包括空氣包的正面視圖，豎直剖面圖和水平剖面圖，根據(jù)此圖我們可以清晰的看出空氣包的直徑、高度、壁厚等諸多尺寸條件關系。</p><p>　　圖5-3 空氣包工程圖</p><p>　　（2）為了更清楚的了解空氣包的組成，我們還可以對空氣包接頭進行剖

96、面分析，通過繪出空氣包接頭的剖面圖和上面視圖我們可以得出圖5-4，如下圖：</p><p>　　圖5-4 空氣包接頭剖面圖和上視圖</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　往復泵在工作過程中，，泵和管線會由于產(chǎn)生流量和壓力的波動而使得使用壽命縮短，效率降低，吸入性能惡化，還將降低往復泵的使用效果，比如在鉆井過程中鉆井液的排

97、量和壓力波動的作用，將降低泥漿攜帶巖屑的能力，甚至會造成井壁的坍塌和漏失。因此，我們可以盡可能減少由于壓力波動和排量對往復泵造成的影響，要將壓力波動降低到允許范圍之內來改善往復泵的工作條件。最普遍使用的辦法就是安裝空氣包在泵的吸入和排出口。</p><p>　　由于往復泵的特殊結構，決定了在一些特殊場合之下它必須作為專用泵來使用。往復泵中的減振空氣包雖然結構比較簡單，但它卻在整個液力系統(tǒng)中發(fā)揮很重要的作用。我們需

98、要對往復泵的空氣包作用機理和設計方法作進一步的深入研究。本文根據(jù)日常生產(chǎn)中空氣包的常規(guī)情況，提出了實際有效的優(yōu)化設計方案和減小空氣包衰減特性的評價方法。通過對空氣包的分析研究，改善了往復泵中空氣包對泵缸和整個管路內的壓力波動的衰減作用。只有設計出恰當尺寸的空氣包才能有效的減小這些壓力波動造成的不良影響。在分析和設計空氣包的過程中，必須考慮到諸多因素的影響，如：空氣包預充氣壓力、空氣包入口頸管的長度和直徑等，都會直接關系往復泵脈動流量的大

99、小，因此在設計空氣包的時候需要謹慎把關這些參數(shù)的大小。</p><p>　　本文通過對空氣包的整體優(yōu)化設計，強度校核和受力分析，達到了降低流量和壓力波動的目的，從一定意義上改善了往復泵的工作性能，使得整個泵機在生產(chǎn)工作中效率增加，吸入性能加強，使用壽命也得到了提升。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 往復

100、泵設計編寫組.往復泵設計 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 1987</p><p>　　[2] 沈學海.鉆井往復泵設計與原理 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 1990</p><p>　　[3] 秦大同，謝里陽.現(xiàn)代機械設計手冊 [M].北京：化學工業(yè)出版社，2011</p><p>　　[4] 許賢良 王傳禮.液壓傳動系統(tǒng) [M].北京：國防工業(yè)出版社， 2008

101、</p><p>　　[5] 趙雪華，朱天霞.泵的理論與應用[M].上海.華東化工學院出版社，1994</p><p>　　[6] 關醒凡.泵的理論與設計[M].北京.機械工業(yè)出版社，1987.</p><p>　　[7] 朱俊華.往復泵及其它類型泵[M].北京：機械工業(yè)出版社，1985</p><p>　　[8] 陳如恒.石油鉆采機械[M]

102、.北京：石油工業(yè)出版社，1982</p><p>　　[9] 任建民.鉆井泵空氣包的體積計算[J].石油機械，1989.4</p><p>　　[10]姚春冬.石油鉆采機械[M].北京：石油工業(yè)出版社，1994.7</p><p>　　[11] 孫松堯.鉆采機械[M].北京：石油工業(yè)出版社，2006.8</p><p>　　[12] 宋錦春.

103、液壓與氣壓傳動[M].北京：科學出版社，2011</p><p>　　[13] 劉延俊.液壓與氣動[M].第2版.北京：機械工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[14] 張連山.液壓鉆井泵的發(fā)展前景[J].石油機械，1993</p><p>　　[15] 張云霞，張金中.往復泵的發(fā)展與展望[J].石油礦場機械，2004</p><p>

104、　　[16] 西北工業(yè)大學機械原理教研室.機械設計[M].第8版.北京：高等教育出版社，2006</p><p>　　[17] S.L.Coller，Mud Pump Handbook，GULE PUBLISHING COMPANY，1993</p><p>　　[18] Miller.J.E，Experimental investigation of Plunger Pump Sucti

105、on Requirements，</p><p>　　ASME paper，1964</p><p>　　[19] S.M.Yong，C.A.Jeny,Structure Control of Distributed Parameter Systerms Measurement And Control，1998.3</p><p><b>　　致謝<

106、/b></p><p>　　時光飛逝，很快四年的大學生活就要告一段落了。想起在學校度過的每時每刻，都好像是昨天的事。一切都來得太快，我們就要各奔東西了，對于即將踏上工作崗位的我來說，才覺得大學時光如此令人留戀。</p><p>　　本論文是在朱增寶導師的悉心指導下完成的，導師孜孜不倦的教導和詳細清楚的思路都使得我在整個論文過程中能夠有條理的正確進行下去。通過和導師的談論交流，我不僅學

107、習到了更多的理論知識，還學到了精益求精的求學態(tài)度和謙虛律己的做人原則。老師的教導不僅讓我端正了學習意識，掌握了基本的研究方法，還讓我樹立了正確的人生觀，明白了許多做人做事必須謹記于心的道理。</p><p>　　本次論文從選題到完成，每一步驟都有導師的辛苦付出和指導，導師對我的論文完成有著很重要的作用。雖然過程比較困難復雜，但是因為導師的耐心指導，使得我解決了許多難題。在這里，我想通過此篇致謝表達我對導師的感謝和