泵(Pump)是输送
流体或使流体增压的机械,它可以将流体压入或者抽出容器,也可以将流体输送到高处。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体,使液体能量增加。泵主要用来输送水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等液体,也可输送液、气
混合物及含悬浮固体物的液体。泵通常可按工作原理分为容积式泵、叶片式泵和其他类型泵三类。除按工作原理分类外,还可按其他方法分类和命名。如,依据所生产的高压、低压可以将其分为低压泵、中压泵、以及高压泵;依据原动机可以将其分类成汽轮机泵、电动泵、柴油机泵等;依据轴的布置方向可以将其分类成立轴泵、横轴泵等。泵的应用领域非常广泛,主要涉及化工,农业,矿业,冶金,国防,医疗,电力等。 除此以外,使用者要根据泵自身的原理以及其他各方面对泵进行合理地选择,要同时降低成本并使得所选用的泵的型号和性能能够满足装置流量、扬程、温度、压力以及吸程和气蚀流量等需求,利用合适的金属或非金属材料制造泵的各个零部件及密封装置,并定期进行保养和维护,以延长泵的使用寿命。
运用领域
不论是航空、航天、军事,还是矿业、交通,又或是尖端科学技术及日常生活,泵的应用随处可见。之所以这样,才会将泵列为通用机械,其作为机械工业中不可或缺的一类产品。
化工领域
在石油和化工相关的生产过程当中,液体是成品、半成品和原料的基本形式。只有通过复杂的制造工艺过程才能将原料加工为半成品和成品。而在这个过程当中,泵起到的作用便是提供化学反应所需的压力流量和运输液体的功能。除此以外,泵在许多装置当中也可以起到温度调节作用。
农业领域
泵在农业生产过程中是主要的排水灌溉机器。我国的的农村较为广袤,每年对泵的需求量都很大,一般来讲,泵的生产制造总量中一半以上都是农用泵。
矿业和冶金领域
在矿业工作中的选矿、
冶炼以及轧制过程中,需要泵来协助供水,并且也需要泵来排水。所以矿业设备中泵的使用量也非常大。
医疗领域
临床上的危重病人、心血管急救病人等的治疗和抢救过程中需要严格控制例如抗
心律失常药物、升压药物、婴幼儿静脉输液以及静脉麻醉等药液的输入量,此时,输液泵起到至关重要的作用,其是一种电子或者机械的控制装置,一般通过在输液导管上面发挥作用来实现输液速度的控制,能够将药物持久地均匀、微量、准确地输送到病人的体内。进而提高临床给药过程的灵活性以及工作效率,极大地减少护士的工作量。
电力领域
2005年,中国政府决定为了优化火电机组结构而要建设一批大容量、高参数的机组,并且要计划关停服役期满的不足十万千瓦的小煤电机组。在新机组的建设方面,鼓励进行节能技术的改造。其中泵与风机变频改造、等离子点火、微油点火等技术得到了大力发展。除此以外,一些电厂例如珞磺电厂采用湿法脱硫装置进行烟气脱硫,此装置中包含密封水泵、
石膏浆系列泵等泵件。
国防建设领域
泵在军舰和坦克
炮塔的转动、飞机襟、尾和起落架的调节、潜艇的上浮和下沉等领域应用非常广泛。不仅如此,在一些例如核反应堆、火箭
导弹基地以及原子能发电站等国防尖端科技场景下,对泵更加有了一些特殊要求。例如利用泵体输送高温、高压并且具有放射性的
流体。在船舶的建设制造过程中,每一艘巨轮之上的泵都会有百合之上,其类型也是各式各样。
泵的分类
泵的分类方式多种多样,依据所生产的高压、低压可以将其分为低压泵(\u003c2MPa)、中压泵(2~6MPa)、以及高压泵(\u003e6MPa);依据原动机可以将其分类成汽轮机泵、电动泵、柴油机水泵等;依据轴的布置方向可以将其分类成立轴泵、横轴泵等。将泵依据本身的结构来划分,可以分为齿轮油泵、螺杆泵、悬臂式水泵以及立式泵、卧式泵等等。将泵依据用途来进行划分,可以分为油泵、水泵、砂泵、泥浆泵、耐腐蚀泵以及冷凝液泵等等。但是从作用原理方面进行划分,仍旧是属于叶片式泵以及容积式泵两大类型中的一种。
按泵作用于液体的原理
泵可以依据其作用于液体的原理分成叶片式泵和容积式泵两大类。除此以外,还有气泡泵和射流泵等其它类型的泵,主要是利用含有较高能量的
流体来运输含有较低能量的流体。
叶片式泵
叶片式泵将液体吸入或者压出是通过泵内的叶片在旋转过程中产生的
离心力作用实现的。叶片式泵依据其内部的叶片结构形状不同又可将其分为轴流泵、离心泵以及旋涡泵等。离心式泵和轴流泵是利用叶轮的旋转进而将液体的压力和速度提高的,涡流泵(再生泵)同样是一种离心泵,其中的流体连续地从一个叶片流经之后的每个叶片,一直流到和排除管相连接的出口,期间大概行程为360°。压头会随着
流体每经过一个紧跟的叶片而升高。
容积式泵
容积式泵将液体吸入或者压出是通过油泵的转子或者活塞在旋转或往复的运动过程中产生挤压作用实现的。容积式泵可以分成转子泵和活塞泵等。
相关原理
往复泵
往复泵的工作原理
往复泵是容积式泵中的一种。工作时,工作室为泵缸内活塞与阀门之间的空间,当传动机构带动活塞从左向右移动时,工作室容积增加,形成低压,储液罐中的液体可以通过吸入阀吸入气缸。在吸入液体时,排放阀由于排放管中液体的作用关闭。活塞向最右侧(右止点)进而吸入行程结束。当活塞往左运动时,缸内的液体由于挤压作用而升高压力,导致吸入阀的关闭并且推开排出阀,最终泵缸内的液体被排出。当活塞移动到左端时,排放结束,一个工作循环被完成。活塞的往复运动可以交替吸液并将其排出气缸,从而达到输送液体的目的。往复式泵利用活塞直接对液体做功,以压力能的形式直接传递给液体,这与叶片式泵有本质区别。
往复泵的作用数
往复泵的作用数一般是指其曲轴每转动一周理论上输送的液体容积换算成多少个泵缸工作容积。其具体可以分为双作用泵、三作用泵、四作用泵。
每个往复行程吸入和排出两次。阀箱分为两组,上下分为三层。上层为排放室,与泵的排放管相通;下层是吸入室,与泵的吸入管路相连,中间层分为独立的腔室,通向泵缸的上下工作空间,上部有一个排气阀与排放室相连,下部有一个吸入阀与吸入室相连。
每次往复行程吸入、排出共三次。曲柄为120度角;流量最为均匀。
曲柄为90度角(如果为180度角,则上止点和下止点同时达到,流量不均匀),两个单缸双作用。
往复泵正常吸入条件
必须消除吸入管路、阀箱和活塞与泵缸之间的空气泄漏,以确保泵入口处能形成足够大的真空,将液体吸入泵内;泵入口的实际吸入真空高度应小于泵的允许真空高度,以保证气缸内最小吸入压力大于该温度下输送液体的饱和蒸汽压力,以避免液体
汽化引起的“气穴”现象。
往复泵正常排出条件
泵必须能够产生足够高的排出压力,其主要受到排出高度、排出液面上的压力以及排出管道内的阻力所影响。叶轮式泵的工作扬程要低于零流量时的关闭扬程,否则液体不易排出。容积式泵的排出压力要低于额定的排出压力,否则可能会使泵的密封件或者其他部件损坏以及使原动机过载。除此以外,对排除压力的脉动力的限制也必不可少。
离心泵
离心泵的工作原理
离心泵基本是由旋转的叶轮泵以及固定的泵壳所组成,其泵壳内安装带有弯曲叶片的叶轮,同时紧固在泵轴上,工作时电机带动泵轴旋转。底阀一般安装在吸入管道的底部,吸入管道又与泵壳的吸进口相连。排出管道中仅安装了一个调节阀,排出管道与泵壳的排出口相连。
离心泵在启动前将要输送的液体填充进泵壳和吸入管路。启动后,泵轴带动叶轮高速转动。叶片之间的液体一方面随着叶轮作等角速度转动,另一方面依靠惯性离心力的作用从叶轮中心径向移动到外边缘,泵通过叶轮向液体提供能量。这反映在叶轮外缘液体静压增加,并且液体的流速大大增加,离开叶轮外缘并且以大约15-25m/s的速度进入蜗杆泵壳。在蜗轮蜗杆泵壳中,由于流量的逐渐增大,
流体的流速减慢,静压相应增加。液体最终在较高的静压下切向流入排放管道。
当泵中的液体在离心力的作用下从中心径向向外移动时,叶轮中心形成低压区。由于泵的吸入管路浸入输送液体中,在液体表面压力与叶轮中心压力之间的压差下,液体连续地被吸入泵的叶轮以填充排出液体的位置。只要叶轮不断旋转,离心泵就会不断吸出液体和排出液体,完成输送液体的任务。
选型依据
泵的选型应该依据吸排水的要求以及相应的工艺流程,从装置扬程、液体吸收量、液体特性、管道布置以及操作运转等五个方面进行综合考虑。不仅要尽量去降低成本,还应该使得所选用的泵的型号和性能能够满足装置流量、扬程、温度、压力以及吸程和气蚀流量等需求。
扬程方面
扬程作为选择泵的种类时的一项重要依据,其一般会选取多余5%~10%余量后的扬程类型。
流量方面
流量是选择泵的种类的重要参数之一,整个装置的运输能力与生产能力都会与其相关联。
液体性质方面
泵主要用来运输液体,所以液体的性质对于泵的选型来讲至关重要。具体包含
物理性质(例如密度、温度、黏度、介质中的固体
粒径和气体的含量等)、化学性质(主要针对化学性质中的毒性和腐蚀性)以及液体介质的名称和其他性质。
管路布置方面
装置系统的管路布置条件参考了输送液的高度和距离、液体流动方向、吸入侧最低液位、排放侧最高液位等一些数据和管道规格,以及它们的长度、材料、管件规格、数目等,以方便系统扬程的计算和气蚀余量的验证。
操作条件方面
泵的工作环境同样会对泵的选用产生一定的影响,例如环境温度、操作时的间断性和连续性、
平均海拔、泵的位置是否固定等众多因素。
常用制造材料
正确选择泵材料与提高泵的使用寿命和降低成本有很大关系。由于泵的工作温度和压力、液体的腐蚀性、含有的固体颗粒等多种因素相互作用。加上液体性质的异常变化(如输送原油中含硫和酸值的增加),会使材料的选择更加复杂, 而且很难有一个全面的监管。因此,可以根据泵厂样品的推荐材料以及使用经验共同进行选择。
一般来讲,泵的材料应该具有良好的耐腐蚀性(耐
化学腐蚀、冲蚀、电化学腐蚀、磨蚀等)、机械性能(机械强度、塑性、冲击韧性等)、加工性能(焊接、铸造、机械加工、热处理性能等)。
齿轮泵的常用材料
齿轮泵作为容积式泵中的一种。其端盖和壳体一般采用铝合金、灰铸铁以及球墨铸铁来制造。
齿轮和轴的制造材料常为40Cr和45钢。高压工况环境下的轴及齿轮会用20CrMnTi、20Cr、38CrMoAl以及高级渗透钢进行加工,同时做碳氮共渗处理,增强其表面硬度,大概能够达到60~62HRC,火结束后还应进行磨光处理。一般40Cr、45钢及
铜合金(大部分是
锡青铜)用作轴的制造材料。
叶片泵的常用材料
叶片泵主要进行转子、定子、叶片以及配流盘和壳体的材料选择及热处理。
低温泵的常用材料
金属材料
低温环境下泵常用的制造材料为:0Cr18Ni9、0Cr18Ni12Mo2、
奥氏体不锈钢等。
非金属材料
低温泵的轴封经常会用到非金属材料,具体包含:丁橡胶(-40℃)、聚四乙烯(-73℃)、玻璃纤维增强聚四氟乙烯(-212℃)以及
石墨矿(-240℃)等材料。
泵的维护及保养