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                  水泵基礎知識大匯總教您如何正確選泵?

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                  由于生活質量水平不斷的提高,泵的應用越來越廣,對于泵的基礎知識的了解有助于廣大群眾如何正確地選泵。匯總如下:

                  一、泵的分類依據

                  (一)工作原理

                  1)工作原理可分為又分為葉片式、容積式和其它形式。

                  ①葉片式泵,依靠旋轉的葉輪對液體的動力作用,把能量連續地傳遞給液體,使液體的動能(為主)和壓力能增加,隨后通過壓出室將動能轉換為壓力能,又可分為離心泵、軸流泵、部分流泵和旋渦泵等。

                  ②容積式泵,依靠包容液體的密封工作空間容積的周期性變化,把能量周期性地傳遞給液體,使液體的壓力增加至將液體強行排出,根據工作元件的運動形式又可分為往復泵和回轉泵。

                  ③其他類型的泵,以其他形式傳遞能量。如射流泵依靠高速噴射的工作流體將需輸送的流體吸入泵后混合,進行動量交換以傳遞能量;水錘泵利用制動時流動中的部分水被升到一定高度傳遞能量;電磁泵是使通電的液態金屬在電磁力作用下產生流動而實現輸送。另外,泵也可按輸送液體的性質、驅動方法、結構、用途等進行分類。


                  2)按工作葉輪數目來分類

                  ① 單級泵:即在泵軸上只有一個葉輪。

                  ② 多級泵:即在泵軸上有兩個或兩個以上的葉輪,這時泵的總揚程為n個葉輪產生的揚程之和。


                  3)按工作壓力來分類

                  ① 低壓泵:壓力低于100米水柱;

                  ② 中壓泵:壓力在100~650米水柱之間;

                  ③ 高壓泵:壓力高于650米水柱。(多級離心泵可達2800m)


                  4)按葉輪進水方式來分類

                  ① 單側進水式泵:又叫單吸泵,即葉輪上只有一個進水口;

                  ② 雙側進水式泵:又叫雙吸泵,即葉輪兩側都有一個進水口。它流量比單吸式泵大一倍,可以近似看作是二個單吸泵葉輪背靠背地放在了一起


                  5)按泵殼結合縫形式來分類

                  ① 水平中開式泵:即在通過軸心線的水平面上開有結合縫。(最常見的水平中開泵是雙吸泵)

                  ② 垂直結合面泵:即結合面與軸心線相垂直。


                  6)按泵軸位置來分類

                  ① 臥式泵:泵軸位于水平位置。

                  ② 立式泵:泵軸位于垂直位置。


                  7)按葉輪出來的水引向壓出室的方式分類

                  ① 蝸殼泵:水從葉輪出來后,直接進入具有螺旋線形狀的泵殼。

                  ② 導葉泵:水從葉輪出來后,進入它外面設置的導葉,之后進下一級或流入出口管。(常用于多級泵和軸流泵)


                  (二)、操作原理

                  由若干個彎曲的葉片組成的葉輪置于具有蝸殼通道的泵殼之內。葉輪緊固于泵軸上,泵軸與電機相連,可由電機帶動旋轉。吸入口位于泵殼中央與吸入管路相連,并在吸入管底部裝一止逆閥。泵殼的側邊為排出口,與排出管路相連,裝有調節閥。

                  離心泵之所以能輸送液體,主要是依靠高速旋轉葉輪所產生的離心力,因此稱為離心泵。

                  離心泵的工作過程:

                      開泵前,先在泵內灌滿要輸送的液體。

                  開泵后,泵軸帶動葉輪一起高速旋轉產生離心力。液體在此作用下,從葉輪中心被拋向葉輪外周,壓力增高,并以很高的速度流入泵殼。在泵殼中由于流道的不斷擴大,液體的流速減慢,使大部分動能轉化為壓力能。最后液體以較高的靜壓強從排出口流入排出管道。泵內的液體被拋出后,葉輪的中心形成了真空,在液面壓強(大氣壓)與泵內壓力(負壓)的壓差作用下,液體便經吸入管路進入泵內,填補了被排除液體的位置。

                       離心泵啟動時,如果泵殼內存在空氣,由于空氣的密度遠小于液體的密度,葉輪旋轉所產生的離心力很小,葉輪中心處產生的低壓不足以造成吸上液體所需要的真空度,這樣,離心泵就無法工作。為了使啟動前泵內充滿液體,在吸入管道底部裝一止逆閥。此外,在離心泵的出口管路上也裝一調節閥,用于開停車和調節流量。

                  四、泵在各個領域中的應用

                  從泵的性能范圍看,巨型泵的流量每小時可達幾十萬立方米以上,而微型泵的流量每小時則在幾十毫升以下;泵的壓力可從常壓到高達19.61Mpa(200kgf/cm2)以上;被輸送液體的溫度最低達-200攝氏度以下,最高可達800攝氏度以上。泵輸送液體的種類繁多,諸如輸送水(清水、污水等)、油液、酸堿液、懸浮液、和液態金屬等。

                  在化工和石油部門的生產中,原料、半成品和成品大多是液體,而將原料制成半成品和成品,需要經過復雜的工藝過程,泵在這些過程中起到了輸送液體和提供化學反應的壓力流量的作用,此外,在很多裝置中還用泵來調節溫度。

                  在農業生產中,泵是主要的排灌機械。我國農村幅原廣闊,每年農村都需要大量的泵,一般來說農用泵占泵總產量一半以上。

                  在礦業和冶金工業中,泵也是使用最多的設備。礦井需要用泵排水,在選礦、冶煉和軋制過程中,需用泵來供水先等。

                  在電力部門,核電站需要核主泵、二級泵、三級泵、熱電廠需要大量的鍋爐給水泵、冷凝水泵、循環水泵和灰渣泵等。

                  在國防建設中,飛機襟翼、尾舵和起落架的調節、軍艦和坦克炮塔的轉動、潛艇的沉浮等都需要用泵。高壓和有放射性的液體,有的還要求泵無任何泄漏等。

                  在船舶制造工業中,每艘遠洋輪上所用的泵一般在百臺以上,其類型也是各式各樣的。其它如城市的給排水、蒸汽機車的用水、機床中的潤滑和冷卻、紡織工業中輸送漂液和染料、造紙工業中輸送紙漿,以及食品工業中輸送牛奶和糖類食品等,都需要有大量的泵。

                  總之,無論是飛機、火箭、坦克、潛艇、還是鉆井、采礦、火車、船舶,或者是日常的生活,到處都需要用泵,到處都有泵在運行。正是這樣,所以把泵列為通用機械,它是機械工業中的一類生要產品。


                  二、泵的基本參數

                  表征泵主要性能的基本參數有以下幾個:

                  1、流量Q

                  流量是泵在單位時間內輸送出去的液體量(體積或質量)。

                  體積流量用Q表示,單位是:m3/s,m3/h,l/s等。

                  質量流量用Qm表示,單位是:t/h,kg/s等。

                  質量流量和體積流量的關系為:

                  Qm=ρQ

                  式中 ρ——液體的密度(kg/m3,t/m3),常溫清水ρ=1000kg/m3。

                  2、揚程H

                  揚程是泵所抽送的單位重量液體從泵進口處(泵進口法蘭)到泵出口處(泵出口法蘭)能量的增值。也就是一牛頓液體通過泵獲得的有效能量。其單位是N·m/N=m,即泵抽送液體的液柱高度,習慣簡稱為米。

                  3、轉速n

                  轉速是泵軸單位時間的轉數,用符號n表示,單位是r/min。

                  4、汽蝕余量NPSH

                  汽蝕余量又叫凈正吸頭,是表示汽蝕性能的主要參數。汽蝕余量國內曾用Δh表示。

                  5、功率和效率

                  泵的功率通常是指輸入功率,即原動機傳支泵軸上的功率,故又稱為軸功率,用P表示;

                  泵的有效功率又稱輸出功率,用Pe表示。它是單位時間內從泵中輸送出去的液體在泵中獲得的有效能量。

                  因為揚程是指泵輸出的單位重液體從泵中所獲得的有效能量,所以,揚程和質量流量及重力加速度的乘積,就是單位時間內從泵中輸出的液體所獲得的有效能量——即泵的有效功率:

                  Pe=ρgQH(W)=γQH(W)

                  式中 ρ——泵輸送液體的密度(kg/m3);

                  γ——泵輸送液體的重度(N/m3);

                  Q——泵的流量(m3/s);

                  H——泵的揚程(m);

                  g——重力加速度(m/s2)。

                  軸功率P和有效功率Pe之差為泵內的損失功率,其大小用泵的效率來計量。泵的效率為有效功率和軸功率之比,用η表示。


                  舉例:


                  流量 200 l/s,揚程37.5m ,選用水泵型號ASP200B ,葉輪直徑360mm 轉速 1450RPM,效率87% 工況點軸功率 84.5kW. 

                  如果轉速變為1000RPM,根據相似定律此時流量和揚程及功率為多少?

                  N1 = 1450RPM,  N2 = 1000RPM

                  Q1= 200l/s Q2 = Q1 x N2/N1 = 200×1000/1450= 138l/s

                  H1 = 37.5m H2 = H1 x (N2/N1)2 =37.5 ×(1000/1450)2 = 17.8m

                  P1 = 84.5kW P2 = P1 x (N2/N1)3= 84.5×(1000/1450)3 = 27.7kW


                  三、什么叫流量?用什么字母表示?如何換算?

                  單位時間內泵排出液體的體積叫流量,流量用Q表示,計量單位:立方米/小時(m3/h),升/秒(l/s), L/s=3.6 m3/h=0.06 m3/min=60L/min

                  G=Qρ G為重量 ρ為液體比重

                  例:某臺泵流量50 m3/h,求抽水時每小時重量?水的比重ρ為1000公斤/立方米。

                  解:G=Qρ=50×1000(m3/h·kg/ m3)=50000kg / h=50t/h


                  四、什么叫揚程?用什么字母表示?用什么計量單位?和壓力的換算及公式? 

                  單位重量液體通過泵所獲得的能量叫揚程。泵的揚程包括吸程在內,近似為泵出口和入口壓力差。揚程用H表示,單位為米(m)。泵的壓力用P表示,單位為Mpa(兆帕),H=P/ρ.如P為1kg/cm2,則H=(lkg/ cm2)/(1000kg/ m3) H=(1kg/ cm2)/(1000公斤/m3)=(10000公斤/m2)/1000公斤/m3=10m

                  1Mpa=10kg/c m2,H=(P2-P1)/ρ (P2=出口壓力 P1=進口壓力)


                  五、什么叫汽蝕余量?什么叫吸程?各自計量單位表示字母? 

                  泵在工作時液體在葉輪的進口處因一定真空壓力下會產生汽體,汽化的氣泡在液體質點的撞擊運動下,對葉輪等金屬表面產生剝蝕,從而破壞葉輪等金屬,此時真空壓力叫汽化壓力,汽蝕余量是指在泵吸入口處單位重量液體所具有的超過汽化壓力的富余能量。單位用米標注,用(NPSH)r。吸程即為必需汽蝕余量Δh:即泵允許吸液體的真空度,亦即泵允許的安裝高度,單位用米。

                  吸程=標準大氣壓(10.33米)-汽蝕余量-安全量(0.5米)

                  標準大氣壓能壓管路真空高度10.33米。

                  例如:某泵必需汽蝕余量為4.0米,求吸程Δh?

                  解:Δh=10.33-4.0-0.5=5.83米


                  四、什么是水泵的汽蝕現象以及其產生原因

                  1、汽蝕

                  液體在一定溫度下,降低壓力至該溫度下的汽化壓力時,液體便產生汽泡。把這種產生氣泡的現象稱為汽蝕。

                  2、汽蝕潰滅

                  汽蝕時產生的氣泡,流動到高壓處時,其體積減小以致破滅。這種由于壓力上升氣泡消失在液體中的現象稱為汽蝕潰滅。

                  3、產生汽蝕的原因及危害

                  泵在運轉中,若其過流部分的局部區域(通常是葉輪葉片進口稍后的某處)因為某種原因,抽送液體的絕對壓力降低到當時溫度下的液體汽化壓力時,液體便在該處開始汽化,產生大量蒸汽,形成氣泡,當含有大量氣泡的液體向前經葉輪內的高壓區時,氣泡周圍的高壓液體致使氣泡急劇地縮小以至破裂。在氣泡凝結破裂的同時,液體質點以很高的速度填充空穴,在此瞬間產生很強烈的水擊作用,并以很高的沖擊頻率打擊金屬表面沖擊應力可達幾百至幾千個大氣壓,沖擊頻率可達每秒幾萬次,嚴重時會將壁厚擊穿。

                  4、汽蝕過程

                  在水泵中產生氣泡和氣泡破裂使過流部件遭受到破壞的過程就是水泵中的汽蝕過程。水泵產生汽蝕后除了對過流部件會產生破壞作用以外,還會產生噪聲和振動,并導致泵的性能下降,嚴重時會使泵中液體中斷,不能正常工作。


                  五、什么是泵的特性曲線?

                  通常把表示主要性能參數之間關系的曲線稱為離心泵的性能曲線或特性曲線,實質上,離心泵性能曲線是液體在泵內運動規律的外部表現形式,通過實測求得。特性曲線包括:流量-揚程曲線(Q-H),流量-效率曲線(Q-η),流量-功率曲線(Q-N),流量-汽蝕余量曲線(Q-(NPSH)r),性能曲線作用是泵的任意的流量點,都可以在曲線上找出一組與其相對的揚程,功率,效率和汽蝕余量值,這一組參數稱為工作狀態,簡稱工況或工況點,離心泵最高效率點的工況稱為最佳工況點,最佳工況點一般為設計工況點。一般離心泵的額定參數即設計工況點和最佳工況點相重合或很接近。在實踐選效率區間運行,即節能,又能保證泵正常工作,因此了解泵的性能參數相當重要。 


                  六、什么叫泵的效率?公式如何? 

                  指泵的有效功率和軸功率之比。η=Pe/P

                  泵的功率通常指輸入功率,即原動機傳到泵軸上的功率,故又稱軸功率,用P表示。

                  有效功率即:泵的揚程和質量流量及重力加速度的乘積。

                  Pe=ρg QH (W) 或Pe=γQH/1000 (KW)

                  ρ:泵輸送液體的密度(kg/m3)

                  γ:泵輸送液體的重度 γ=ρg (N/ m3)

                  g:重力加速度(m/s)

                  質量流量 Qm=ρQ (t/h 或 kg/s)


                  七、什么是泵的全性能測試臺? 

                     能通過精密儀器準確測試出泵的全部性能參數的設備為全性能測試臺。國家標準精度為B級。流量用精密蝸輪流量計測定,揚程用精密壓力表測定。吸程用精密真空表測定。功率用精密軸功率機測定。轉速用轉速表測定。效率根據實測值:n=rQ102計算。


                  八、泵的選型

                  選型依據:我們要選擇什么樣的泵,需要哪些條件依據 ?

                  1、介質的特性:介質名稱、密度、粘度、腐蝕性、毒性等。

                  a. 介質名稱:清水、污水、石油等。當介質含氣量>75%時,最好選用齒輪泵或者螺桿泵。

                  b. 密度:

                  離心泵的流量與密度無關;

                  離心泵的揚程與密度無關;

                  離心泵的效率不隨密度改變;

                  當密度≠1000Kg/m3時,電機的功率應該為一般功率與介質相對清水密度比的乘積,以防電機過載超流。

                  c. 粘度:

                     介質的粘度對泵的性能影響很大,粘度過大時,泵的壓頭(揚程)減小,流量減小,效率下降,泵的軸功率增大。

                     當粘度增加時,泵的揚程曲線下降,最佳工況的揚程和流量均隨之下降,而功率則隨之上升,因而效率降低。一般樣本上的參數均為輸送清水時的性能,當輸送粘性介質時應進行換算。

                  d. 腐蝕性:介質有腐蝕時,采用抗腐蝕性能好的材料。

                  e. 毒性:考慮密封方式,可采用干氣密封等。


                  2、介質中所含固體的顆粒直徑、含量多少。

                      根據顆粒直徑、含量多少,可選擇采用單流道、雙流道、多流道形式的葉輪。顆粒含量>60%時,考慮采用渣漿泵。

                  3、介質溫度:(℃)

                       高溫介質需考慮密封材料的選擇及材料的熱膨脹系數。介質溫度偏低時,考慮采用低溫潤滑油和低溫電機。

                  4、所需要的流量(Q)

                  a、如果生產工藝中已給出最小、正常、最大流量,應按最大流量考慮。

                  b、如果生產工藝中只給出正常流量,應考慮留有一定的余量。

                  c、如果基本數據只給質量流量,應換算成體積流量。 

                  5、揚程:

                     水泵的揚程大約為提水高度的1.15~1.2倍(使用于補水泵只給出系統圖需要計算揚程的狀況) 。

                     如遇到只給出最小流量、最大流量及相對應的揚程,應盡可能按大流量選擇。

                  因為:

                     a、高揚程的泵用于低揚程,便會出現流量過大,導致電機超載,若長時間運行,電機溫度升高,甚至燒毀電機。

                     b、小流量泵在大流量下運行時,會產生汽蝕,泵長時間汽蝕,影響水泵過流部件的壽命。


                  九、泵的汽蝕


                  1、汽蝕形成

                  泵在運轉中,抽送液體的絕對壓力降低到當時溫度下的該液體汽化壓力時,液體便在該處開始汽化,形成氣泡,當含有大量氣泡的液體流進葉輪內的高壓區時,氣泡周圍的高壓液體致使氣泡急劇地縮小以至破裂。在氣泡破裂的同時,液體質點以很高的速度填充空穴,在此瞬間產生很強烈的水擊作用,并以很高的沖擊頻率打擊金屬表面,沖擊應力可達幾百至幾千個大氣壓,沖擊頻率可達每秒幾萬次,嚴重時會將壁擊穿。


                  2.汽蝕的危害

                     a、葉輪上留下打擊狀的坑;影響葉輪的使用壽命。

                     b、設備產生振動。

                     c、增加噪音。

                     d、輕微的汽蝕只會造成水泵效率或揚程的降低。低比轉速泵隨汽蝕性能下降明顯,高比轉速泵,當汽蝕達到一定程度時,性能開始下降。 

                     e、 嚴重的汽蝕會產生很強的噪音,并縮短水泵的使用壽。

                     f、 估算來講,損失最大占設計揚程的3%。

                     g、 對于多級水泵, 汽蝕只會對第一級葉輪產生影響。


                  3、泵汽蝕的基本關系式為:

                  NPSHc≤NPSHr≤[NPSH]≤NPSHa

                  式中:

                  NPSHa—裝置汽蝕余量又叫有效汽蝕余量,是指在現場條件下的汽蝕余量。它可也根據系統的設計圖紙計算出來,越大越不易汽蝕;

                  NPSHr—泵汽蝕余量,又叫必需的汽蝕余量,是指水泵的一個特性數據,它是由水泵制造廠商提供的。該數值在水泵的性能圖表中已經被標示出來,越小泵抗汽蝕性能越好;

                  NPSHc—臨界汽蝕余量,是指對應泵性能下降一定值的汽蝕量;

                  [NPSH]—許用汽蝕余量,是確定泵使用條件用的汽蝕余量。

                  為保證系統的安全運行:實際汽蝕余量值(NPSHa)必須要 高于 設計汽蝕余量值(NPSHr)。即:NPSHa > NPSHr。


                  4.實際汽蝕余量(NPSHa)的計算公式 :NPSHa = (Hz-Hf) +(Hp–Hvp)

                  其中:

                  Hp = 水泵入口處液體表面的絕對壓力 (m)

                  Hz = 液體距離水泵中心線的靜態高差 (m) 

                  注: 對于立式水泵 以第一級葉輪的中心線為準。

                  Hf = 管路系統入口處摩擦和入口損失包括動壓頭。(m)

                  Hvp = 在水泵工作溫度下的液體蒸汽壓力。(m)

                  如果NPSHA數值很小,建議選擇:

                  更大一些型號的水泵或轉速更慢一些的水泵。


                  5、防止汽蝕的措施

                    防止泵發生汽蝕從兩方面考慮,即增大NPSHa和減小NPSHr,常用的以下幾種方法。

                  a、減小幾何吸上高度hg(或增加幾何倒灌高度);

                  △h=10m- NPSH-∑h

                   ∑h:管路阻力,也叫安全系數,?。?.5~1.0m水柱

                   △h:吸程

                  b、增加管徑,盡量減小管路長度,彎頭和附件等;

                  c、盡量調小流量,防止泵長時間在大流量下運行;

                  d、在同樣轉速和流量下,采用雙吸泵,因減小進口流速、泵不易發生汽蝕;

                  e、加誘導輪或增加葉輪進口處的光潔度。

                  f、對于在苛刻條件下運行的泵,為避免汽蝕破壞,可使用耐汽蝕材料。


                  十、常見及需要注意的問題

                  1、電機的選擇

                    電機的選擇要留有一定的安全余量。國內廠家經驗做法:

                  軸功率

                  余量

                  0.12-0.55kw

                  1.3-1.5倍

                  0.75-2.2kw

                  1.2-1.4倍

                  3.0-7.5kW

                  1.15-1.25倍

                  11kW以上

                  1.1-1.15倍

                  2、離心泵啟動時要關閉出口閥,軸流泵啟動時要打開出口閥。

                    因離心泵啟動時,泵的出口管路內還沒水,因此還不存在管路阻力和提升高度阻力,在泵啟動后,泵揚程很低,流量很大,此時泵電機(軸功率)輸出很大(據泵性能曲線),很容易超載,就會使泵的電機及線路損壞,因此啟動時要關閉出口閥,才能使泵正常運行。

                   離心泵在零流量時,軸功率為額定工況下軸功率的30%~90%。

                   軸流泵在零流量時,軸功率為額定工況下軸功率的140%~200%。

                  所以軸流泵要開閥啟動。

                  3、泵啟動前要檢查泵軸運動是否正常,是否有卡死想象。點動電機,看運轉方向是否正確。

                  4、泵安裝時,泵進出口管路上不能承重。泵軸對中要在注滿水的

                  條件下進行。

                  5、潛水排污泵長期不用時,應清洗并吊起置于通風干燥處,注意防凍。若置于水中,每15天至少運轉30min(不能干磨),以檢查其功能和適應性。

                  決定機械密封壽命長短的關鍵點

                  水泵設計 (軸是否偏移, 軸承負載和軸承座的同心度…)

                  安裝 (軸對中是否保持… )

                  工作點 (是否在高效區, 如在可延長機械密封壽命)

                  表面材料 (適合介質,碳化硅、碳化鎢)

                  密封潤滑 (潤滑不好可縮短密封壽命)

                  應用場合 (如果在高溫、高壓場合, 密封壽命縮短)

                  軸承

                  軸承壽命與其承受負荷有關。

                  通常情況下軸承壽命為 50,000 hrs (大約6年 24 x 7)

                  高負荷軸承設計壽命可達10萬小時

                  決定軸承壽命長短的關鍵點

                  軸承荷載在設計點

                  水泵是否在高效區工作 (在高效區工作可延長軸承壽命).

                  安裝/水泵軸對中/泵室

                  由汽蝕或其他系統原因引起水泵振動將縮短軸承壽命









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