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、动力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,按驱动方法可分为电动泵和水轮泵等;按结构可分为单级泵和多级泵;按用途可分为锅炉给水泵和计量泵等;按输送液体的性质可分为水泵、油泵和泥浆泵等。
泵的各个性能参数之间存在着一定的相互依赖变化关系,可以画成曲线来表示,称为泵的特性曲线,每一台泵都有自己特定的特性曲线。
水的提升对于人类生活和生产都十分重要。古代已有各种提水器具,如埃及的链泵(前17世纪)、中国的桔槔(前17世纪)、辘轳(前11世纪)、水车(公元1世纪) ,以及公元前3世纪古希腊阿基米德发明的螺旋杆等。公元前200年左右,古希腊工匠克特西比乌斯发明了最原始的活塞泵-灭火泵。早在1588年就有了关于4叶片滑片泵的记载, 以后陆续出现了其他各种回转泵 。1689年,法国的D.帕潘发明了4叶片叶轮的蜗壳离心泵。1818年 ,美国出现了具有径向直叶片 、半开式双吸叶轮和蜗壳的离心泵。1840~1850年,美国的H.R.沃辛顿发明了泵缸和蒸汽缸对置的蒸汽直接作用的活塞泵,标志着现代活塞泵的形成。1851~1875年,带有导叶的多级离心泵相继发明,使发展高扬程离心泵成为可能。随后,各种泵相继问世。随着各种先进技术的应用,泵的效率逐步提高,性能范围和应用也日渐扩大。
② 多级泵:即在泵轴上有两个或两个以上的叶轮,这时泵的总扬程为n个叶轮产生的扬程之和。
② 中压泵:压力在100~650米水柱之间;
③ 高压泵:压力高于650米水柱。(多级离心泵可达2800m)
② 双侧进水式泵:又叫双吸泵,即叶轮两侧都有一个进水口。它流量比单吸式泵大一倍,可以近似看作是二个单吸泵叶轮背靠背地放在了一起。
① 水平中开式泵:即在通过轴心线的水平面上开有结合缝。(最常见的水平中开泵是双吸泵)
② 垂直结合面泵:即结合面与轴心线相垂直。
6)按泵轴位置来分类
① 卧式泵:泵轴位于水平位置。
② 立式泵:泵轴位于垂直位置。
② 导叶泵:水从叶轮出来后,进入它外面设置的导叶,之后进下一级或流入出口管。(常用于多级泵和轴流泵)
在化工和石油部门的生产中,原料、半成品和成品大多是液体,而将原料制成半成品和成品,需要经过复杂的工艺过程,泵在这些过程中起到了输送液体和提供化学反应的压力流量的作用,此外,在很多装置中还用泵来调节温度。
在农业生产中,泵是主要的排灌机械。我国农村幅原广阔,每年农村都需要大量的泵,一般来说农用泵占泵总产量一半以上。
在矿业和冶金工业中,泵也是使用最多的设备。矿井需要用泵排水,在选矿、冶炼和轧制过程中,需用泵来供水先等。
在电力部门,核电站需要核主泵、二级泵、三级泵、热电厂需要大量的锅炉给水泵、冷凝水泵、循环水泵和灰渣泵等。
在国防建设中,飞机襟翼、尾舵和起落架的调节、军舰和坦克炮塔的转动、潜艇的沉浮等都需要用泵。高压和有放射性的液体,有的还要求泵无任何泄漏等。
在船舶制造工业中,每艘远洋轮上所用的泵一般在百台以上,其类型也是各式各样的。其它如城市的给排水、蒸汽机车的用水、机床中的润滑和冷却、纺织工业中输送漂液和染料、造纸工业中输送纸浆,以及食品工业中输送牛奶和糖类食品等,都需要有大量的泵。
总之,无论是飞机、火箭、坦克、潜艇、还是钻井、采矿、火车、船舶,或者是日常的生活,到处都需要用泵,到处都有泵在运行。正是这样,所以把泵列为通用机械,它是机械工业中的一类生要产品。
1、流量Q
流量是泵在单位时间内输送出去的液体量(体积或质量)。
体积流量用Q表示,单位是:m3/s,m3/h,l/s等。
质量流量用Qm表示,单位是:t/h,kg/s等。
质量流量和体积流量的关系为:
Qm=ρQ
式中 ρ——液体的密度(kg/m3,t/m3),常温清水ρ=1000kg/m3。
2、扬程H
扬程是泵所抽送的单位重量液体从泵进口处(泵进口法兰)到泵出口处(泵出口法兰)能量的增值。也就是一牛顿液体通过泵获得的有效能量。其单位是N·m/N=m,即泵抽送液体的液柱高度,习惯简称为米。
3、转速n
转速是泵轴单位时间的转数,用符号n表示,单位是r/min。
4、汽蚀余量NPSH
汽蚀余量又叫净正吸头,是表示汽蚀性能的主要参数。汽蚀余量国内曾用Δh表示。
5、功率和效率
泵的功率通常是指输入功率,即原动机传支泵轴上的功率,故又称为轴功率,用P表示;
泵的有效功率又称输出功率,用Pe表示。它是单位时间内从泵中输送出去的液体在泵中获得的有效能量。
因为扬程是指泵输出的单位重液体从泵中所获得的有效能量,所以,扬程和质量流量及重力加速度的乘积,就是单位时间内从泵中输出的液体所获得的有效能量——即泵的有效功率:
Pe=ρgQH(W)=γQH(W)
式中 ρ——泵输送液体的密度(kg/m3);
γ——泵输送液体的重度(N/m3);
Q——泵的流量(m3/s);
H——泵的扬程(m);
g——重力加速度(m/s2)。
轴功率P和有效功率Pe之差为泵内的损失功率,其大小用泵的效率来计量。泵的效率为有效功率和轴功率之比,用η表示。
G=Qρ G为重量 ρ为液体比重
例:某台泵流量50 m3/h,求抽水时每小时重量?水的比重ρ为1000公斤/立方米。
解:G=Qρ=50×1000(m3/h·kg/ m3)=50000kg / h=50t/h
1Mpa=10kg/c m2,H=(P2-P1)/ρ (P2=出口压力 P1=进口压力)
吸程=标准大气压(10.33米)-汽蚀余量-安全量(0.5米)
标准大气压能压管路真空高度10.33米。
例如:某泵必需汽蚀余量为4.0米,求吸程Δh?
解:Δh=10.33-4.0-0.5=5.83米
1、汽蚀
液体在一定温度下,降低压力至该温度下的汽化压力时,液体便产生汽泡。把这种产生气泡的现象称为汽蚀。
2、汽蚀溃灭
汽蚀时产生的气泡,流动到高压处时,其体积减小以致破灭。这种由于压力上升气泡消失在液体中的现象称为汽蚀溃灭。
3、产生汽蚀的原因及危害
泵在运转中,若其过流部分的局部区域(通常是叶轮叶片进口稍后的某处)因为某种原因,抽送液体的绝对压力降低到当时温度下的液体汽化压力时,液体便在该处开始汽化,产生大量蒸汽,形成气泡,当含有大量气泡的液体向前经叶轮内的高压区时,气泡周围的高压液体致使气泡急剧地缩小以至破裂。在气泡凝结破裂的同时,液体质点以很高的速度填充空穴,在此瞬间产生很强烈的水击作用,并以很高的冲击频率打击金属表面冲击应力可达几百至几千个大气压,冲击频率可达每秒几万次,严重时会将壁厚击穿。
4、汽蚀过程
在水泵中产生气泡和气泡破裂使过流部件遭受到破坏的过程就是水泵中的汽蚀过程。水泵产生汽蚀后除了对过流部件会产生破坏作用以外,还会产生噪声和振动,并导致泵的性能下降,严重时会使泵中液体中断,不能正常工作。
泵的功率通常指输入功率,即原动机传到泵轴上的功率,故又称轴功率,用P表示。
有效功率即:泵的扬程和质量流量及重力加速度的乘积。
Pe=ρg QH (W) 或Pe=γQH/1000 (KW)
ρ:泵输送液体的密度(kg/m3)
γ:泵输送液体的重度 γ=ρg (N/ m3)
g:重力加速度(m/s)
质量流量 Qm=ρQ (t/h 或 kg/s)
a. 介质名称:清水、污水、石油等。当介质含气量>75%时,最好选用齿轮泵或者螺杆泵。
b. 密度:
c. 粘度:
e. 毒性:考虑密封方式,可采用干气密封等。
根据颗粒直径、含量多少,可选择采用单流道、双流道、多流道形式的叶轮。颗粒含量>60%时,考虑采用渣浆泵。
3、介质温度:(℃)
高温介质需考虑密封材料的选择及材料的热膨胀系数。介质温度偏低时,考虑采用低温润滑油和低温电机。
4、所需要的流量(Q)
a、如果生产工艺中已给出最小、正常、最大流量,应按最大流量考虑。
b、如果生产工艺中只给出正常流量,应考虑留有一定的余量。
c、如果基本数据只给质量流量,应换算成体积流量。
5、扬程:
水泵的扬程大约为提水高度的1.15~1.2倍(使用于补水泵只给出系统图需要计算扬程的状况) 。
如遇到只给出最小流量、最大流量及相对应的扬程,应尽可能按大流量选择。
因为:
a、高扬程的泵用于低扬程,便会出现流量过大,导致电机超载,若长时间运行,电机温度升高,甚至烧毁电机。
b、小流量泵在大流量下运行时,会产生汽蚀,泵长时间汽蚀,影响水泵过流部件的寿命。
b、设备产生振动。
c、增加噪音。
d、轻微的汽蚀只会造成水泵效率或扬程的降低。低比转速泵随汽蚀性能下降明显,高比转速泵,当汽蚀达到一定程度时,性能开始下降。
e、 严重的汽蚀会产生很强的噪音,并缩短水泵的使用寿。
f、 估算来讲,损失最大占设计扬程的3%。
g、 对于多级水泵, 汽蚀只会对第一级叶轮产生影响。
式中:
NPSHa—装置汽蚀余量又叫有效汽蚀余量,是指在现场条件下的汽蚀余量。它可也根据系统的设计图纸计算出来,越大越不易汽蚀;
NPSHr—泵汽蚀余量,又叫必需的汽蚀余量,是指水泵的一个特性数据,它是由水泵制造厂商提供的。该数值在水泵的性能图表中已经被标示出来,越小泵抗汽蚀性能越好;
NPSHc—临界汽蚀余量,是指对应泵性能下降一定值的汽蚀量;
[NPSH]—许用汽蚀余量,是确定泵使用条件用的汽蚀余量。
其中:
Hp = 水泵入口处液体表面的绝对压力 (m)
Hz = 液体距离水泵中心线的静态高差 (m)
注: 对于立式水泵 以第一级叶轮的中心线为准。
Hf = 管路系统入口处摩擦和入口损失包括动压头。(m)
Hvp = 在水泵工作温度下的液体蒸汽压力。(m)
如果NPSHA数值很小,建议选择:
更大一些型号的水泵或转速更慢一些的水泵。
5、防止汽蚀的措施
c、尽量调小流量,防止泵长时间在大流量下运行;
d、在同样转速和流量下,采用双吸泵,因减小进口流速、泵不易发生汽蚀;
e、加诱导轮或增加叶轮进口处的光洁度。
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