YHB滑片泵設(shè)計及試驗探析

程順才，劉芳平，薛東巖，王金輝

（通化市農(nóng)業(yè)機械工程研究設(shè)計院，吉林 通化 134000）

YHB滑片泵結(jié)構(gòu)體積小，壓力較大，容積效率高，適合于抽取和輸送粘稠液體，主要用于油田原油管道輸送及糧油加工的粘稠流體的輸送等。

1 主要結(jié)構(gòu)組成及工作原理

該機由底座，泵頭，動力組成，其動力可用電動機通過半聯(lián)軸器帶動，也可用柴油機通過帶輪和皮帶帶動，其泵頭三維模型，見圖1。

圖1 泵頭三維模型

泵頭主要由1端蓋，2吸入端配流盤，3吸入端襯墊，4排出端襯墊，5排出端配流盤，6機械密封，7軸承，8半聯(lián)軸器，9定子，10滑片，11轉(zhuǎn)子，12泵體，13花鍵軸等組成（見圖2）。其工作原理是：雙作用滑片泵是借助一個封閉體積的變化來實現(xiàn)吸流和壓流，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，有兩次吸流（見圖3，A和C兩個吸流區(qū)）和兩次壓流（見圖3，B和D壓流區(qū)）。在滑片泵中，這個封閉體積是由定子內(nèi)表面、轉(zhuǎn)子外表面、裝在轉(zhuǎn)子滑片槽中的滑片和兩側(cè)襯墊端面所形成。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，滑片頂端緊貼在定子內(nèi)表面，并在轉(zhuǎn)子滑片槽中往復(fù)移動。因雙作用滑片泵定子內(nèi)表面曲線不是圓，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，在A和C這個角度范圍內(nèi)，封閉體積增大，形成局部真空而吸流；在B和D這一個角度范圍內(nèi)，封閉體積縮小，將被壓出。

圖2 泵頭結(jié)構(gòu)

圖3 工作原理

2 主要參數(shù)計算與確定

YHB滑片泵為雙作用滑片泵，其設(shè)計要求為設(shè)定功率，壓力與流量的關(guān)系，使泵的效率提高；在額定流量下，吸流口不能產(chǎn)生困流及空穴現(xiàn)象，出流口不能產(chǎn)生紊流現(xiàn)象和降低噪聲。

2.1 流量計算

滑片泵的定子內(nèi)圓曲線為等加速曲線，其組成是由最大半徑和最小半徑，中間是拋物線連接，其流量表達式為：

式中：Qj為計算流量，L/min；n為轉(zhuǎn)數(shù)，轉(zhuǎn)/分；b為滑片寬，cm；z為滑片數(shù)；R為定子內(nèi)圓曲線最大半徑，cm；r為定子內(nèi)圓曲線最小半徑，cm；δ為滑片厚，cm；α為滑片傾角，°。

Qj=895（l/min）=53.7（m3/t）

滑片泵的實際流量Qs等于計算流量Qj乘容積效率ηv（ηv等于0.9），即：

Qs=Qj﹒ηv=48.33（m3/t）

2.2 軸功率計算

滑片泵的軸功率與壓力，流量和總的效率關(guān)系表達式為：

式中：N為軸功率，kW；p為壓力，Mpa；Qj為計算流量，l/min；η為總效率。

其中：P=1.6（MPa），Qj=895（l/min），η=ηvηm（式中：ηm為機械效率ηm=η聯(lián)η承=0.99×0.97=0.96）

所以得：

2.3 吸口流速計算

計算吸口流速，目的是判斷是否能產(chǎn)生困流及空穴現(xiàn)象。根據(jù)有關(guān)測試數(shù)據(jù)，當吸流口流速超過4～5m/s時，就會產(chǎn)生困流及空穴現(xiàn)象，從而就會產(chǎn)生震動和噪聲。流速，流量及吸口截面積的關(guān)系式為：

式中：v為吸口流體流速，m/s；Qj為計算流量，m3/s；s為吸口截面積，m2。

其中：Qj=53.7（m3/t）=1.49×10-2（m3/s），s=0.005m2，代入上式得：V=2.98（m/s）。

2.4 出流口雷諾數(shù)的計算

流體在圓形光管流動時，判斷是層流還是渦流的臨界值就是雷諾數(shù)Re﹤2320為層流，在這個范圍即或一時流動不穩(wěn)定，也會立即變成層流。反之，Re﹥2320即為渦流。其雷諾數(shù)表達式為：

式中：Re為雷諾數(shù)（臨界值Re=2320）；d為出口直徑，m；v為出口流體流速，m/s；υ為流體運動粘度，m2/S。其中：d=0.09（m），v=2.66（m/s），υ=0.870×10-4（m2/s）（為油混合30°的運動粘度），代入上式得：Re=2169＜2320。

3 試驗分析

該泵在實驗臺試驗檢測，其實驗環(huán)境為室溫為18°，實驗介子為油混合介子，工作溫度30°。當轉(zhuǎn)數(shù)不變n=730（r/min）時，調(diào)節(jié)壓力穩(wěn)定在某個值，用儀器檢測流速及流量，電流、功率、扭距等，連續(xù)測8個點以上，得到試驗記錄表，根據(jù)試驗記錄表的數(shù)據(jù)整理繪制了泵的性能曲線見圖4。

圖4 泵的性能曲線

圖4中的曲線p-Q是壓力-流量變化曲線，從圖4中可看出壓力p增大時，流量Q減小，成反比關(guān)系。曲線P-N是壓力-功率變化曲線，壓力p增大時，功率N隨之增大，且壓力在0.6～1.0Mpa之間增加較快。曲線p-Ep是壓力-效率曲線，壓力p增大時，效率Ep顯著提高，壓力達到0.7Mpa時，其值為最大值，隨之稍微下降后趨緩。

4 結(jié)語

依據(jù)多臺泵現(xiàn)場使用記錄，其性能除與上述的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)外，還與下列因素有密切關(guān)系；一是零件的加工精度，表面光潔度，形位公差。二是與滑片，定子，襯墊，轉(zhuǎn)子的材料有關(guān)，應(yīng)根據(jù)泵的不同用途選用合適的材料，用于糧油加工輸送介子可選用耐磨的不銹鋼，其它用途可選用工具鋼淬火，可提高耐磨性和抗沙性，并可延長使用壽命。

［1］《離心泵設(shè)計基礎(chǔ)》編寫組.離心泵設(shè)計基礎(chǔ)［M］.武漢：機械工業(yè)出版社出版，1974，（8）.

［2］［日］泵技術(shù)者聯(lián)盟水泵手冊編輯委員會編.水泵手冊［M］.北京：水利電力出版社出版，1983，（10）.

［3］成大先.機械設(shè)計手冊［M］.北京：化學工業(yè)出版社出版，2004.