液压驱动往复式活塞泵连续供水试验研究.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 3年 第1 0期 液压驱动往复式活塞泵连续供水试验研究 Ex pe rime n t a l Re s e a r c h o n Co n t i nu o u s W a t e r S u p p l y o f Hy d r a u l i c Dri ve n Re c i p r o c a t i n g P i s t o n Pu mp 杨 波 ． 缪雄辉 Y ANG B o ， MI AO Xi o n g - h u i 1 ． 长安大学 工程机械学院， 陕西 西安 ， 7 1 0 0 6 4 ； 2 ． 三一集团 特种装备有限公 司， 北京1 0 2 2 0 2 摘要 针对液压驱动往复式活塞泵供水连续性问题 ， 文章对单泵供水特性进行 了试验研究 ， 根据单泵特性分析验证了双水泵通过错 位换 向可 以实现连续供水 ， 并根据试验结果分析产生 出水压力波动 的原 因， 提出改善方法 ， 为液压驱动往复泵连续供水 的设计开发提 供一定 的参考依据 。 关键 词 往复泵 ； 连续供水 ； 压力波动 中图分类 号 T H1 3 7 ． 7 文献标 识码 B 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 1 0 0 0 4 6 0 3 0 引言 传统 曲柄 连杆 往 复泵 在供 水 作业 时 ．出水压 力 与 流量随时间按周期性的简谐曲线变化 ．同时活塞受到 侧 向力和连杆力 的作用【 ” ． 当出水压力较高时 ． 侧 向力 较大 ， 导致活塞与缸桶壁摩擦严重 ， 因此 ． 曲柄连杆往 复泵不能应用于高压供水 而液压驱动往复泵在作为 超高层建筑供水装置或消防泵应用时 ．其出水具有高 压大流量的特点 ．且出水流量和压力可 以通过液压系 统快速调节 ． 因此具有较好的应用前景。但是液压驱动 往复泵也存在一定的压力和流量波动 ．这是其投入实 际应用的最大障碍 本 文 首先 对单 个 液 压驱 动往 复 泵 的打 水特 性进 行 了试验研究 ． 得到了单泵打水特性 。然后根据单泵特性 分析验证了双水泵错位换 向实现连续供水 的可能性 ． 并 根据 试 验结 果 分析 了导致 压力 波 动 的原 因 ．提 出 了 减小压力波动的方法 ．试验结果为液压驱动往复泵连 续供水研究提供一定的参考依据 1 单泵打水特性 单 泵 打水 液 压原 理 图如 图 1 所 示 ．油 缸 与水 缸组 成 液压 驱 动 往复 泵 ．动 力端 油 缸推 动 液力 端水 缸 有杆 腔 、 无杆腔交替换 向打水 ． 出水 口 P 2处通过节流孑 L 的 节流模拟高压打水工况 。当电磁铁 D T O 0得电时 ， 水缸 有杆腔打水 ， D T 0 1 得电时 ． 水缸无杆腔打水。 收稿 日期 2 0 1 3 0 7 0 3 作者简介 杨波 1 9 8 8 一 ， 男， 新疆奇台人 ， 在读硕士研究生， 主要从事工程机 械机电液一体化方面的研究工作。 46 出水 口 1 一油 泵2 一溢 流 网3 一三 位 四 通 换 向 闽 4 一 往复水泵5 一 进水单向阀6 一 出水单 向阀 图 1 单 泵 打 水 液压 原 理 图 设 置有 杆腔 打水 时间 1 、无杆 腔打 水 时间 2均 为 5 s ， 油缸进油流量、 进油压力 P 1 、 水缸出口水压 p 2与时 间 的关 系如 图 2 所 示 3 1 o 0 1 0 s e t u p 2 s i r - t e s t l i u l ia n g l R N 一 1 露 5 1 0 1 5 2 O 2 5 3 O t a 油缸进油流量曲线 霎 一 7 霎 一 1 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 t ／ s b 油缸进油压力p1 曲线 匡 5 l 0 1 5 2 O 2 5 3 0 f／ s c 水缸出水压力p 2 曲线 图 2油 缸 压 力 、 流 量 与 出水 压 力 曲线 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 1 0 ． 2 0 1 3 由图 2得单泵打水特性 1 单泵打水无法实现连续供水 ； 2 同样 的试 验条件下 。 同一泵 的两次换 向 ， 输 出 水压 、 行程时间 、 活塞换 向间隔时 间都有一定 的 区别 ， 主要是 由于水泵、 进 出水阀各 自特性有区别所致 ； 3 无杆腔打水时 ， 出水压力 为高压 ， 有杆 腔打水 时出水压力为低压 ． 有杆腔、 无杆腔出水压力有 1 0 ％的 波动 4 活塞换 向时 ， 三位 四通 换 向阀动作起始 ， 油路 关 闭 ， 压力瞬 间上 升 ； 阀切换后 ， 负 载变常压 ， 进 油容 易 。 流量增大 ， 油路 压力下 降 ， 进油压力经过一定时 间 恢复到工作压力 5 水泵打水 时 ， 从有杆腔换 向到无杆腔 时 ， 由于 无杆 腔 容 积大 于 有 杆腔 ． 进 油 量 小 时 ． 建 立压 力 时 间较 长 ， 所以油压下降幅度大 。 换 向间隔时间长 ， 反之无 杆 腔换 向到有 杆 腔时 波动 小 ． 换 向间 隔时 间短 6 活塞换向间隔时间占单个行程时间最大到 1 5 ％； 7 理论换 向间隔时间一样 ， 但实际情况有区别。 2 双泵错 位换 向打水 由单泵打水试验可知 ．出水压力波动主要是 由于 在换 向间隔时间 内水缸 出水压 力和流量 为零而 导致 的 ． 因此 ． 若能保证在油缸换 向间隔时间内水缸仍然可 以输水 。 即可实现连续供水 。基于此思想 ， 设计使用双 油泵独立驱动双水泵 ．两个水泵通过错位换 向实现打 水 ． 出水 口P 2处通过节流孔 的节流模拟高压打水工况 ， 双泵错位换 向打水液压原理图如图 3所示 。 D T 0 1 得 电， 1缸无杆腔打水 ； D T 0 0得 电 ， 1 缸有杆腔打水 ； D T 1 1 得 电， 2缸无杆腔打水 ； D T 1 0得 电， 2缸有杆腔打水 。 出水 13 l P 油 缸 一 E ] 三 塞 基 E ] 三 水 缸 二 ⋯ 赢 寓 1 1 6 P 艚 1 、 2 - 油泵3 、 4 一 溢流阀5 、 6 一 三位 四通换 向阀7 1 水泵 进水 单向阀 8 2 水泵进 水单向阀9 1 水泵l O 一 2 水泵 1 1 - 1 水 泵出水单 向阀1 2 2 水泵 出水单 向阀 图 3双泵打水液压原理图 根据单泵打水试验测得 的最佳打水时 间设置 1 、 2 水泵有杆腔 、无杆腔打水 时间 。 2 水泵设置一定的 延时时间进行试验 ． 各 电磁铁得电时序 图如 图 4所示 。 图 4电磁铁得电时序 图 对某 一个延时错位换 向周期内压力一 时间曲线图 分析 如 图 5所示 ， 此时对应 1号缸 的有杆腔先打水 ， 可得出以下结论 垂 醛 3 5 ds a 压力 曲线 0 8 s i r - t e s t 1 1 0 6 1 6 v _ 2 R N 一 8 2 2 0 2 2 5 2 3 0 2 3 5 2 4 0 2 4 5 2 5 0 t ／ s b P 2 压力 曲线 t ／ s c 压力曲线 图 5压 力一时 间 曲线 图 1 双油泵独立驱动双水泵 ， 通过调整错位换 向时 间 ， 可实现连续供水 。 2 出水连续但出 口压力存在波动 ， 一泵换向掉压 时 ， 另一泵正常 出水 。 出 口压力轻微 降低 。 与单泵打水 类似 ． 有杆腔换无杆腔时波动时间长 ． 无杆腔换有杆腔 时波 动 时间 短 3 图 中 最 低 压 力 工况 是 l 泵 或 2 泵 的有 杆 腔 打水 ． 压力可以达到 5 ． 7 5 MP a ； 最高压力工况是两个水 泵 同时无 杆 腔打水 ， 压 力可 以达 到 7 ． 0 8 MP a 。 4 此方案可实现供水连续 ， 但 由于两腔 出水固有 的压力不等 ，出水的叠加导致存在各种工况 ．压力不 同 ． 波 动 幅度 最大 达 2 5 ％。 两 泵叠 加 出水 与 单 泵 出水 的 压力波动幅度如下 两有杆腔叠加出水压力增幅 1 2 ％； 一 无杆腔与一有杆腔叠加 出水压力增幅 1 7 ％； 两无杆腔叠加出水压力增幅 2 5 ％。 5 出水压力反过来对油压也产生一定的影响。 4 7 所 O O n O O 图 图 图 图 序 序 序 序 时 时 时 时 叭 ∞ m 町 液 压 气动 与 密 封 ／ 2 01 3年 第 1 0期 停车密封在大亚湾核电站反应堆 冷却剂泵的应用可行性探讨 薛晓攀 ， 王 超 ， 赵 月扬 ， 刘青松 中科华核电技术研究院有限公司， 广东 深圳5 1 8 1 2 0 摘要 介绍 了大亚湾 9 0 0 MW 压水堆核电站反应堆冷却剂泵的机械 密封结构 ， 针对福 岛事故后 ， 为 了提高反应堆冷却剂泵的应对事故 能力 ， 重点介绍了 目前 国外应用 比较广泛的两种停车密封结构形式 ， 以及探讨其在国内核 电站主泵应用 的可行性 。 关键词 停车密封 大亚湾核电站 反应堆冷却剂泵 中图分类号 T B 4 2 ； T L 3 6 4 ． 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 1 0 0 0 4 8 0 3 Pr o p u l s i o n F e a s i b i l i t y S t ud y o f S t a n d s t i l l S e a l i n Re a c t o r Co o l a n t Pu mp o f Da y a Ba y N uc l e a r Pl a nt XU E X i a o - p a n ， WA NG C h a o ， Z H A 0 Y u e - y a n g ， L I U Q i n g - s o n g C h i n a N u c l e a r P o w e r T e c h n o l o g y R e s e a r c h I n s t i t u t e C o ． ， L t d ． ，S h e n z h e n 5 1 8 1 2 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e me c h a n i c a l s e a l s t r u c t u r e o f r e a c t o r c o o l a n t p u mp o f d a y a b a y 9 0 0 MW p r e s s u r i z e d w a t e r r e a c t o r ． F o r t h e F u k u s h i ma a c c i d e n t ， i n o r d e r t o i mp r o v e t h e a b i l i t y t o d e a l wi t h t h e a c c i d e n t o f r e a c t o r c o o l a n t p u mp ， t h e p a p e r i n t r o d u c e s t w o k i n d s o f s t a n d s t i l l s t r u c t u r e w i d e l y u s e d a b r o a d a n d e x p l o r e s i t s f e a s i b i l i t y i n t h e d o me s t i c n u c l e a r p o w e r p l a n t ． Ke y wo r d s s t a n d s t i l l s e al ； d a y a b a y n u c l e a r p o we r p l a n t ； r e a c t o r c o o l a n t p u mp 1 大亚湾核 电站反应堆冷却剂泵 大亚湾核电站的反应堆冷却剂泵 以下简称 主泵 收稿 日期 2 0 1 3 0 8 0 5 作者简介 薛晓攀 1 9 8 7 一 ， 男 ， 山西运城人 ， 工程师， 硕士 ， 主要从事核电站 核级设备的研发。 是法 国日蒙公司按照 2 0世纪 7 0年代从美国西屋公 司 引进 的技术 和法 国 R C C M 标 准制 造 的【” ． 为 1 0 0 D型 主 泵， 是核电站最重要的设备之一 ， 被称为核 电站 的心脏 翻 ，如图 1 所示 。其作为 N S S S核蒸汽供应系统中唯一的 旋转设备 ，它的可靠性直接影响到反应堆的安全运行 ， 3 结论 1 往复水泵泵水过程中 。 活塞换向时存在减速到 停止 ． 再反 向加速到匀速 ， 运动过程 中活塞换向及单向 阀的启 闭需要一定的响应时间．此换向间隔时间 占单 个行 程 时 间最 大 到 2 O ％左右 。因此换 向间 隔时 间 最 大 0 ． 4 5 s 内出 口压力瞬间下降导致 出水不连续无法避免 。 可通过增加蓄能器来缓解压力波动幅度 ．以及增大进 油量， 加快压力建立时间 2 由于往复水泵结构的固有特性为有杆腔、 无杆 腔交替打 水 ． 在 同样供油压 力及供油流量下 ． 各腔 出 水压力与行程时间不 同． 各腔 出水压力有 1 0 ％的波动 幅度。 3 通过试验可验证错位换 向可实现供水连续性 ， 但出水 的叠加导致存在各种工况 ． 压力波动 ． 最大波动 幅度达 2 5 ％． 若水泵两腔一样 ， 则理论上两腔出水压力 相等 ， 压力波动幅度应可降低 1 0 ％左右。 - - 一 - - 一 一 一 * 一 - - - - - * 一 - 4 改善往复水泵连续供水的方法 ①在液压控制 上做改进 ， 改善油路分流带来的相互影响； ②出水管路 增加 蓄 能器 补水 ． 在 换 向时 瞬 间进 行补 偿 ． 缓 解压 力 波 动幅度， 达到稳压作用， 消除出水脉冲； ③进油管路增 加 蓄 能器 在换 向时 给系 统补 油 ． 加 速压 力建 立 时 间 ． 缩 短换向时间； ④采用双活塞泵错位换向； ⑤采用等截面 水泵结 构 参考 文 献 『 1 ] 朱俊华 ， 战长松． 往复泵【 M ] ． 北京 机械工业 出版社 ， 1 9 9 2 ． 『 2 ] 张玲珑． 船用油压驱动海水往复泵的研 制『 D 1 ． 兰州 兰州理工 大学 ． 2 0 1 0 ． 『 3 ] 周江林 ， 王新华 ， 王思 民， 刘世强 ， 齐明侠． 液压驱动往 复泵压 力特性 的理论与实验研究 [J ] ． 机床与液压 ， 2 0 1 0 ， 3 8 9 2 9 3 3 ． 『 4 1 王新华 ， 王建新 ， 齐明侠 ， 刘世强． 液压 驱动往复泵 活塞运 动 特性分析[ J ] ． 石油机械 ， 2 0 0 2 ， 3 0 5 ． f 5 ] 钱学军 ， 王红． 往复泵排 出管线压力 脉动理论研 究与实验对 比分析[ J ] ． 机械研究 与应用 ， 2 0 0 5 ， 1 8 1 2 3 2 4 ．