往復活塞泵的案例
基于AMESim的往復活塞泵建模與分析
新型軌/姿控發動機采用往復活塞泵對推進劑進行增壓輸送，可提高空間液體火箭推進系統性能，減輕發動機質量。通過AMESim 軟件建立軌/姿控發動機往復活塞泵模型，對該模型的建立過程進行了詳細的闡述，并且進行了動態仿真。結果表明，受氣體壓縮性的影響，活塞的往復運動存在停頓現象，適當調整液缸內彈簧的彈性系數和液缸、氣缸直徑可以在保持流量不變的前提下有效提高輸出流量的穩定性。
軌/姿控推進系統廣泛應用于各類航天器和導彈武器，其主要作用是為航天器飛行過程中變軌和姿態控制提供控制力和控制力矩。現有的擠壓式推進劑輸送方式需要采用高壓貯箱和氣瓶，已無法滿足新型航天器安裝空間小、質量輕的要求。美國的勞倫斯·利弗莫爾實驗室，研究利用小型的往復活塞泵對推進劑進行增壓輸送，可獲得高于入口10～15倍的壓力，使得推進劑可低壓存儲，有效地減輕了系統質量。
針對通過反復的樣品試制和試驗來分析軌/姿控推進系統是否達到設計要求的方法，提出基于AMESim仿真平臺，建立軌/姿控推進系統用往復式活塞泵模型，并對往復泵工作過程進行數值仿真，得到往復泵出口流量特性及活塞運動過程對其性能的影響，可有效降低開發成本和縮短開發周期。
1、往復泵的工作原理與建模
1.1、往復活塞泵的原理
作為自增壓式軌/姿控推進系統的關鍵組件，往復式活塞泵的原理及結構如圖1所示。往復泵主要由A，B，C，D 4組對稱分布的增壓缸、換向閥、行程閥和管路組成，其中液缸內安裝有彈簧組件。當系統向往復泵持續供應燃氣時，若燃氣推動活塞A，C向里運動，進入排液沖程，輸出高壓推進劑，此時行程閥C向換向閥B，D輸入控制氣，使氣缸B，D排氣，在泵入口推進劑自身壓力下進行推進劑充填。
展開 往復活塞對氣缸內空氣的絕熱壓縮
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例模擬了空氣由于活塞在矩形盒內的運動而受到絕熱壓縮，模型中上止點（TDC）對應于曲柄角為360°，活塞在到達TDC后向后移動。
計算域：10 m X 8 m
物質屬性：物質密度為理想氣體，粘度為1.7894e-5 kg/m-s
邊界條件：使用移動網格模擬活塞運動
網格劃分
采用三角形網格，網格數量為282
計算設置
本次計算為瞬態流動。
物質屬性
計算物質設置密度等參數
湍流模型
選擇為層流
動網格
（1）移動網格參數
激活In-Cylinder
（2）移動區域
設置活塞為剛性移動
設置氣缸壁為變形區域
邊界條件
各壁面為絕熱邊界
求解控制
（1）求解方法
（2）松弛因子
（3）時間步長設置
計算結果
計算域云圖展示
（1）壓力云圖
（2）溫度云圖
計算值與實驗值對比
（1）溫度隨時間變化數值對比
（2）壓力隨時間變化數值對比
參考文獻
L.D. Russell, G.A. Adebiyi, Classical Thermodynamics, Saunders College Publishing, Philadelphia, PA, 1993
展開 往復活塞式發動機的高周疲勞步奏
往復活塞式發動機的高周疲勞步奏
往復活塞式發動機的高周疲勞步奏.pdf
螺桿、離心、往復活塞式三種壓縮機比較
20世紀50年代，就有噴油螺桿式壓縮機應用在制冷裝置上，由于其結構簡單，易損件少，能在大的壓力差或壓力比的工況下，排氣溫度低，對制冷劑中含有大量的潤滑油（常稱為濕行程）不敏感，有良好的輸氣量調節性，很快占據了大容量往復式壓縮機的使用范圍，而且不斷地向中等容量范圍延伸，廣泛地應用在冷凍、冷藏、空調和化工工藝等制冷裝置上。
以它為主機的螺桿式熱泵從20世紀70年代初便開始用于采暖空調方面，有空氣熱源型、水熱泵型、熱回收型、冰蓄冷型等。在工業方面，為了節能，亦采用螺桿式熱泵作熱回收。
2離心式壓縮機
離心式壓縮機是一種葉片旋轉式壓縮機（即透平式壓縮機）。在離心式壓縮機中，高速旋轉的葉輪給予氣體的離心力作用，以及在擴壓通道中給予氣體的擴壓作用，使氣體壓力得到提高。
早期，由于這種壓縮機只適于低，中壓力、大流量的場合，而不為人們所注意。由于化學工業的發展，各種大型化工廠，煉油廠的建立，離心式壓縮機就成為壓縮和輸送化工生產中各種氣體的關鍵機器，而占有極其重要的地位。隨著氣體動力學研究的成就使離心壓縮機的效率不斷提高，又由于高壓密封，小流量窄葉輪的加工，多油楔軸承等技術關鍵的研制成功，解決了離心壓縮機向高壓力，寬流量范圍發展的一系列問題，使離心式壓縮機的應用范圍大為擴展，以致在很多場合可取代往復壓縮機，而大大地擴大了應用范圍。
3往復活塞壓縮機
是各類壓縮機中發展最早的一種，公元前1500年中國發明的木風箱為往復活塞壓縮機的雛型。18世紀末，英國制成第一臺工業用往復活塞空氣壓縮機。20世紀30年代開始出現迷宮壓縮機，隨后又出現各種無油潤滑壓縮機和隔膜壓縮機。50年代出現的對動型結構使大型往復活塞壓縮機的尺寸大為減小，并且實現了單機多用。
活塞式壓縮機使用歷史悠久，是目前國內用得最多的制壓縮機。
展開 
往復活塞式壓縮機余隙無級調節氣量節能技術的應用進展
摘要：
往復活塞式壓縮機在許多生產領域中應用廣泛，屬于高耗能的關鍵設備。余隙無級調節氣量節能技術的研究與應用對于提高往復壓縮機的能源利用效率，對于國家降低二氧化碳排放目標具有重要意義。作者總結了余隙無級調節氣量節能技術在國內近十余年的應用現狀，闡述了該項技術的發展歷史，分析了在多型號、多臺套往復式壓縮機上進行技術改造的應用情況，根據實際改造經驗，總結了余隙無級調節氣量節能技術的所實現的特性指標。該項技術除了能夠實現節能目標外，還具有安全可靠性高，性價比高，優化壓縮機的運行環境，提高壓縮機一次性運行周期和工作效率等優點。
關鍵詞：
往復活塞式壓縮機；余隙；無級調節；氣量調節；節能
壓縮機是一種通過壓縮氣體提高氣體壓力的機械設備，產品和技術廣泛應用于石油、天然氣、化工、冶金、電力、交通、電子、船舶、紡織、食品、醫藥、城市基礎設施建設、國防等很多領域，在國民經濟的發展中發揮著重要作用[1],其中，往復活塞式壓縮機在多領域生產中應用較為廣泛，屬于高耗能的關鍵設備；這主要是由于生產工藝的波動導致與初始設計參數不符，造成很多往復活塞式壓縮機存在能源利用效率低、無用功耗大等問題。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》中要求“十四五”期間“生產生活方式綠色轉型成效顯著，能源資源配置更加合理、利用效率大幅提高，單位國內生產總值能源消耗和二氧化碳排放分別降低13.5%、18%，主要污染物排放總量持續減少”，并在“持續改善環境質量”方面“堅持節能優先方針，深化工業、建筑、交通等領域和公共機構節能”[2]。因此，對往復活塞式壓縮機進行節能改造，降低或消除無用功耗，提高能源利用效率、降低二氧化碳排放，已是我國在“十四五”期間急需深化解決的問題之一。
展開 【流體機械專欄】考慮簧 片閥耦合的往復活塞壓縮機三維瞬態CFD分析
在已有往復式壓縮機系統的建模中，大部分都是使用一維或零維模型。
往復式壓縮機通常有三個獨立的運動部件:具有規律運動的活塞，根據作用在其上的壓力而動態開啟的進氣閥和排氣閥。壓縮機活塞和進出口閥片在運行時相互作用，閥片動力學對壓縮機系統的效率和性能起到很大的作用，因此在仿真模型中必須同時考慮活塞壓縮機和閥片之間的耦合關系。在已有的報道中鮮有這種活塞壓縮機-閥系統耦合CFD模型。這是因為，往復壓縮機的三維CFD耦合建模會涉及復雜的運動網格算法和可變時間步長模型，建模難度太大。Simerics MP+軟件專注于容積式流體機械（如泵和壓縮機）的CFD仿真，將往復壓縮機三維CFD網格劃分和求解方法模板化，解決了軟件易用性和穩定性的問題。
展開 往復式真空泵管道噪聲抑制技術研究
目前家用制氧機根據其工作原理可分為分子篩吸附制氧和膜分離制氧[3-5]，兩種方式均需要利用真空泵將空氣加壓。真空泵主要分為往復式真空泵和旋轉式真空泵，其中往復式真空泵依靠汽缸內的活塞做往復運動來吸入和排出氣體[6-7]，因其具有結構簡單、可靠性高、體積小等優點，被用作家用制氧機的一部分。但因其工作過程中做往復式直線運動，故其產生的振動噪聲較大，令消費者反感。因此真空泵惡劣的噪聲性能已經成為制約其應用的重要因素。
往復式真空泵的噪聲主要可以分為兩種[8]，一種是活塞在汽缸內往復運動，引起的泵體的劇烈振動產生的噪聲；另一種是真空泵出氣口因活塞往復運動產生的“嘟嘟”聲。國內外學者針對其NVH（Noise, Vibration, Harshness）性能進行大量研究。林勝[9]等針對電車在制動情況下的真空泵聲品質不佳問題進行研究，發現真空泵的工作頻率與安裝支架模態耦合產生共振，通過優化支架結構及動剛度，避免了制動情況的異音。楊志偉[10]等針對汽車真空泵的車內傳遞噪聲進行研究，通過TPA（Transfer Path Analysis）技術定位主要傳遞路徑，并對其進行隔振優化。A Spille-Kohoff等人考慮熱變形對真空泵的影響并進行研究[11]，主要通過CFD仿真模擬泵體發生熱變形后對真空泵壓力、速度、溫度的影響。目前關于真空泵的研究主要集中在泵體的結構優化、泵體減振等方面，關于真空泵排氣口的脈動噪聲的降噪研究仍處于空白階段。
展開 往復泵曲軸疲勞可靠性分析
為提高往復泵的設計水平,基于三柱塞單作用往復泵曲軸實例,通過將曲軸所受各力按相應坐標系分解,并將周期性作用力在時間相離散以及劃分為若干計算斷面,建立了曲軸疲勞可靠性分析模型。利用己開發的往復泵曲軸強度計算與校核軟件計算并導出數據,應用半徑矢法分別求出曲軸各斷面應力與疲勞極限的均值及標準偏差,使用聯接方程求出各斷面的聯結系數,詳細分析了曲軸模型的疲勞可靠性。通過對一系列實際使用效果良好和失效曲軸的疲勞可靠度進行計算與分析,得出了三柱塞單作用往復泵曲軸疲勞可靠度的合理取值對于原可靠度過高的曲軸,反求出該曲軸實際能安全可靠承受的最大柱塞力,充分利用原機組的富余能力。往復泵曲軸疲勞可靠性分析具有重要的理論和實際應用價值。
往復泵曲軸疲勞可靠性分析.pdf
展開 化工常用泵簡介。
泵是對流體加壓和輸送的機器，它是將原動機的機械能或其他能量轉變為液體的能量（勢能和動能）
按泵的工作原理與結構可分為葉輪式泵、容積式泵和其他類型的泵。
葉輪式泵是依靠旋轉的葉輪對液體的動力作用，將能量連續傳遞給液體，使液體的速度能和壓力能增加，隨后通過壓力室將大部分速度能轉換為壓力能。葉輪式泵包括離心泵、混流泵、軸流泵、旋渦泵、高速切線泵。
容積式泵是依靠工作室容積周期性變化，將能量傳遞給液體，使液體的壓力增加，達到輸送液體的目的。它可分為往復泵和轉子泵。
其他類型泵：包括依靠電磁力輸送電導體流體的電磁泵；依靠流體流動的能量輸送液體的噴射泵、空氣揚水泵以及依靠水流本身的位差能來輸送液體的水擊泵等
化工三大化工泵
（1） 離心泵
離心泵就是根據離心力原理設計的，高速旋轉的葉輪葉片帶動水轉動，將水甩出,從而達到輸送的目的。離心泵有好多種，從輸送介質上可以分為清水泵、雜質泵、耐腐蝕等。
離心其實是物體慣性的表現。
離心泵
（2） 往復泵
往復泵是依靠活塞、柱塞或隔膜在泵缸內往復運動使缸內工作容積交替增大和縮小來輸送液體或使之增壓的容積式泵。往復泵按往復元件不同分為活塞泵、柱塞泵和隔膜泵3種類型。
往復泵
（3）電磁泵
電磁泵是指處在磁場中的通電流體在電磁力作用下向一定方向流動的泵。利用磁場和導電流體中電流的相互作用，使流體受電磁力作用而產生壓力梯度，從而推動流體運動的一種裝置。實用中大多用于泵送液態金屬，所以又稱液態金屬電磁泵。
電磁泵
展開 樹脂傳遞模塑成型工藝（RTM）
①樹脂村注機
樹脂壓注機由樹脂泵、注射槍組成。樹脂泵是一組活塞式往復泵，最上端是一個空氣動力泵。當壓縮空氣驅動空氣泵活塞上下運動時，樹脂泵將桶中樹脂經過流量控制器、過濾器定量地抽入樹脂貯存器，側向杠桿使催化劑泵運動，將催化劑定量地抽至貯存器。壓縮空氣充入兩個貯存器，產生與泵壓力相反的緩沖力，保證樹脂和催化劑能穩定的流向注射槍頭。注射槍口后有一個靜態紊流混合器，可使樹脂和催化劑在無氣狀態下混合均勻，然后經槍口注入模具，混合器后面設計有清洗劑入口，它與一個有0.28MPa壓力的溶劑罐相聯，當機器使用完后，打開開關，溶劑自動噴出，將注射槍清洗干凈。
②模具
RTM模具分玻璃鋼模、玻璃鋼表面鍍金屬模和金屬模3種。玻璃鋼模具容易制造，價格較低，聚酯玻璃鋼模具可使用2000次，環氧玻璃鋼模具可使用4000次。表面鍍金屬的玻璃鋼模具可使用10000次以上。金屬模具在RTM工藝中很少使用，一般來講，RTM的模具費僅為SMC的2%～16%。
（2）RTM原材料
RTM用的原材料有樹脂體系、增強材料和填料。
樹脂體系：RTM工藝用的樹脂主要是不飽和聚酯樹脂。
增強材料：一般RTM的增強材料主要是玻璃纖維，其含量為25%～45%（重量比）；常用的增強材料有玻璃纖維連續氈、復合氈及軸向布。
填料：填料對RTM工藝很重要，它不僅能降低成本，改善性能，而且能在樹脂固化放熱階段吸收熱量。常用的填料有氫氧化鋁、玻璃微珠、碳酸鈣、云母等。
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展開 19種泵的工作原理，看圖就懂！
7
活塞泵
工作原理：活塞泵又叫電動往復泵，從結構分為單缸和多缸。活塞泵工作時，借活塞在汽缸內的往復作用使缸內容積反復變化，以吸入和排出流體。
總結了19種泵的工作原理，看圖就懂！
05
往復泵
工作原理
往復泵工作時活塞右移，腔內壓力降低，將上活門壓下，下活門頂起，液體吸入；活塞左移，腔內壓力增高，將上活門頂起，下活門壓下，液體排出。
往復泵的優點：
可獲得很高的排壓，且流量與壓力無關，吸入性能好，效率較高，其中蒸汽往復泵可達80%~95%；
原則上可輸送任何介質，幾乎不受介質的物理或化學性質的限制；
泵的性能不隨壓力和輸送介質粘度的變動而變動。
往復泵的缺點：
流量不是很穩定。同流量下比離心泵龐大；機構復雜；資金用量大；不易維修等。
06
雙動往復泵
工作原理
雙動往復泵工作時活塞右移，左下吸液，右上排液。活塞左移，右下吸液，左上排液。活塞往復一次，有兩次吸、排液，流量更加均勻。
展開 【什么是填料？】
積層填料密封性良好，可用于120℃以下的低壓蒸汽、水和氨液，主要用作往復運動的軸封和閥桿的密封，無接口的圈裝積層填料還可以用作往復泵活塞環。由于積層填料中所含潤滑劑不足，使用過程中需添加潤滑劑。
如何選擇填料？
填料的選擇包括確定填料的種類、規格及材質等。所選填料既要滿足生產工藝的要求，又要使設備投資和操作費用最低。
1、填料種類的選擇
考慮分離工藝的要求，通常考慮以下幾個方面：
傳質效率要高一般而言，規整填料的傳質效率高于散裝填料。
通量要大。在保證具有較高傳質效率的前提下，應選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料。
填料層的壓降要低。
填料抗污堵性能強，拆裝、檢修方便。
2、填料規格的選擇
填料規格是指填料的公稱尺寸或比表面積。
? 散裝填料規格的選擇
工業塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規格。
同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應用于小直徑塔中，又會產生液體分布不良及嚴重的壁流，使塔的分離效率降低。
因此，對塔徑與填料尺寸的比值要有一規定，一般塔徑與填料公稱直徑的比值D/d應大于8。
? 規整填料規格的選擇
工業上常用規整填料的型號和規格的表示方法很多，國內習慣用比表面積表示，主要有125、150、250、350、500、700等幾種規格。
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