熟悉泵的工作原理 正確選擇適合的泵

泵是僅次于電機(jī)的大常用的工業(yè)設(shè)備。目前，全球已有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的泵正在工作中，輸送著成千上萬(wàn)種液體。在可供選擇的各類(lèi)泵型中，選擇出適合的泵是一件非常復(fù)雜的事情。選擇不當(dāng)直接影響泵的使用壽命和帶給客戶(hù)經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)企業(yè)產(chǎn)品形象造成極不利影響。  

在任何應(yīng)用中，首先要了解用戶(hù)對(duì)泵的基本要求。比如：入口條件、所要求的流量、壓差、溫度以及流體特性，例如粘度、磨蝕性、剪切敏感性以及腐蝕性，這些條件需要全部確定下來(lái)，然后才能選擇泵。

   一旦基本要求得到了滿(mǎn)足，而且液體特性也已知曉，那么泵的選型就可以開(kāi)始了。泵通常分為兩個(gè)基本的類(lèi)別：動(dòng)能泵（其中龐大的類(lèi)型是離心泵）和正排量（PD）泵。在選擇泵時(shí)，步就是確定，在離心泵和容積泵中選擇哪一種才更適合您的需要。由于占主流的工業(yè)泵均為離心泵，所以許多人會(huì)首先考慮離心泵。離心泵的成本通常低于容積泵，而且也是在許多情況下應(yīng)使用的正確泵型。每種泵均以各自不同的方式來(lái)攪拌流體，而且每種泵均擁有各自不同的運(yùn)行特性和曲線。但重要的是，離心泵會(huì)影響液體的流速，從而導(dǎo)致排放口處存在一定的壓力。而與之相反的是，容積泵攪拌液體時(shí)，會(huì)先獲取特定數(shù)量的液體并將這些液體從吸入口處送到排放口。對(duì)于離心泵來(lái)說(shuō)，是先形成壓力，后導(dǎo)致流動(dòng)的產(chǎn)生。對(duì)于容積泵來(lái)說(shuō)，則是先形成流動(dòng)，后導(dǎo)致壓力的出現(xiàn)。

性能

    為了能夠從各類(lèi)泵中挑選出適合的類(lèi)型，重要之處在于理解這兩種泵的工作特性差異。在查看其工作性能表時(shí)，您可看到其工作原理有著多么大的不同。離心泵存在著取決于壓力（或壓頭）的可變流量現(xiàn)象，而容積泵則存在著與壓力無(wú)關(guān)的或多或少較為恒定的流量現(xiàn)象。

粘度

    粘度在泵的機(jī)械效率方面發(fā)揮著重要的作用。由于離心泵運(yùn)行在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下，所以其效率會(huì)隨著泵機(jī)內(nèi)摩擦損失的加大所導(dǎo)致的粘度增加而下降。請(qǐng)注意，隨著粘度增加，離心泵的效率下降速率會(huì)很快。另一項(xiàng)主要差別在于粘度對(duì)泵容量的影響。離心泵會(huì)在粘度上升時(shí)出現(xiàn)流量下降的現(xiàn)象，而容積泵實(shí)際上會(huì)隨之而產(chǎn)生流量的增加。這是由于較高粘度的液體填充了容積泵內(nèi)的空隙，從而導(dǎo)致較高的容積效率。請(qǐng)牢記，系統(tǒng)內(nèi)還會(huì)出現(xiàn)管道損失量加大的現(xiàn)象。這意味著離心泵內(nèi)的流量將隨著泵差壓的增加而進(jìn)一步下降。

效率

    在考慮差壓對(duì)泵機(jī)械效率的影響問(wèn)題時(shí)，動(dòng)能泵和容積泵也表現(xiàn)出各自不同的特性。泵機(jī)效率是如何受到隨之增加的壓力的影響的。對(duì)于容積泵來(lái)說(shuō)，隨著壓力的增加，效率實(shí)際上會(huì)有所提升，而離心泵則存在著一個(gè)佳效率點(diǎn)（BEP）。在此點(diǎn)的兩側(cè)，綜合泵效率會(huì)大幅度下降。

入口條件

    這兩種類(lèi)型的泵對(duì)于入口條件的要求也有相當(dāng)大的不同點(diǎn)。離心泵需要泵內(nèi)預(yù)先有一定量的液體，以便形成壓差。無(wú)液體的干燥的泵是不能自行起動(dòng)的。而一旦起動(dòng)操作后，離心泵就需要符合制造廠商所建議的明確的入口壓力要求。

    由于容積泵是通過(guò)液體容積的膨脹和收縮作用來(lái)攪拌液體的，入口處將會(huì)形成負(fù)壓情況，所以容積泵能夠自行起動(dòng)灌注。在某些情況下，這點(diǎn)是是否選擇容積泵或離心泵的決定要素。

總結(jié)

    總的來(lái)說(shuō)，在粘度超過(guò)150 cP時(shí)，需要能夠在較廣范圍內(nèi)預(yù)測(cè)流量，或者在希望泵機(jī)能夠自行起動(dòng)灌注時(shí)，可以考慮選用容積泵。在離心泵與容積泵之間進(jìn)行選擇時(shí)，還要考慮到能耗問(wèn)題，因?yàn)檫@兩種泵在能耗方面可能會(huì)存在著相當(dāng)大的差別。

容積泵

      即使已經(jīng)決定采用容積泵，也還有許多可供考慮的方案。在詳細(xì)敘述每種泵送操作的詳細(xì)情況前，我們先來(lái)回顧一下一些容積泵的共同運(yùn)行特性。正如上文所述，旋轉(zhuǎn)式容積泵能夠在軸的每次旋轉(zhuǎn)時(shí)排出相同容積的液體。這意味著所排出的液體的流量與轉(zhuǎn)速成正比。換句話說(shuō)，只需簡(jiǎn)單地改變泵機(jī)的轉(zhuǎn)速即可控制流量。對(duì)于粘度較高的液體來(lái)說(shuō)，只需計(jì)測(cè)軸的轉(zhuǎn)數(shù)即可對(duì)泵進(jìn)行計(jì)量。

    容積泵的結(jié)構(gòu)要求采用配合嚴(yán)密的內(nèi)部部件以及一定的運(yùn)行間隙。由于這種間隙的存在，某些液體會(huì)從排放端回流到吸入端?；┎糠忠后w量的大小取決于液體的粘度、壓力差和泵的內(nèi)部間隙。較低粘度通常會(huì)導(dǎo)致更多的滑漏量，而較為粘稠的液體，滑漏量會(huì)小一些。

由于容積泵總會(huì)盡力排放出同等數(shù)量的液體，所以在系統(tǒng)內(nèi)配備一些必要的過(guò)壓保護(hù)裝置是很重要的。在容積泵發(fā)生排放堵塞的現(xiàn)象時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致壓力上升，這種壓力上升的現(xiàn)象只有在以下情況時(shí)才會(huì)停止下來(lái)：負(fù)荷超過(guò)了電動(dòng)機(jī)的限值；系統(tǒng)內(nèi)某些部件破裂而釋放了此壓力；或泵發(fā)生了故障。以上這些情況均屬于不的情況。容積泵需要一種能夠釋放壓力的途徑。

    要達(dá)到壓力釋放的效果，有若干種途徑可以選擇。采用壓力釋放閥是為常見(jiàn)的一種，但也可以采用在排放管路內(nèi)配備爆破盤(pán)的方式。由于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩與容積泵內(nèi)部的差壓直接相關(guān)，所以也可以使用轉(zhuǎn)矩限制型的聯(lián)軸器。但要點(diǎn)在于，需要牢記容積泵內(nèi)有可能會(huì)發(fā)生相當(dāng)高的壓力積聚的現(xiàn)象，在排放堵塞或部分堵塞情況時(shí)，需要對(duì)這種現(xiàn)象做出限制。

    容積泵可以分成許多種類(lèi)型。將旋轉(zhuǎn)式容積泵分成了如下類(lèi)別：葉輪式、活塞式、凸輪式、齒輪式、圓環(huán)活塞式以及螺桿式。此外，還在每一種泵類(lèi)別設(shè)有子類(lèi)別，這意味著存在著許多類(lèi)型的容積泵。而這些容積泵都具備相同的功能，即輸送液體，那么，我們?nèi)绾蝸?lái)選擇適合的容積泵呢？絕大多數(shù)的容積泵均可以通過(guò)改造以適應(yīng)大范圍的應(yīng)用，但針對(duì)給定的環(huán)境來(lái)說(shuō)，某些類(lèi)型的泵使用起來(lái)比其它類(lèi)型更好。幸運(yùn)的是，對(duì)于基本液體的輸送來(lái)說(shuō)，有少數(shù)泵已經(jīng)取得了超出其它類(lèi)型。

內(nèi)齒輪泵

    內(nèi)齒輪泵包含一個(gè)被稱(chēng)為轉(zhuǎn)子的外齒輪部件，轉(zhuǎn)子用于驅(qū)動(dòng)惰輪的內(nèi)齒輪（圖。惰輪比轉(zhuǎn)子小一些，運(yùn)行時(shí)繞著一個(gè)固定不動(dòng)的銷(xiāo)子旋轉(zhuǎn)，并在轉(zhuǎn)子內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)這些部件從嚙合狀態(tài)分離時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的空隙空間，而液體就會(huì)流入泵內(nèi)。當(dāng)這些部件進(jìn)入嚙合狀態(tài)時(shí)，空間的容積會(huì)逐漸減少，從而強(qiáng)制液體從排放口流出。液體可通過(guò)轉(zhuǎn)子的齒輪及泵頭的下凹處流入正在擴(kuò)張中的空腔內(nèi)。此類(lèi)泵設(shè)計(jì)的后一個(gè)關(guān)鍵部件是月牙形擋體，這個(gè)月牙形擋體與泵頭是的。月牙形擋體通過(guò)將處于惰輪與輪子齒間的一定體積的液體圍堵起來(lái)，起到了吸入口與排放口之間的密封作用。 轉(zhuǎn)子齒輪固定在一根齒輪軸上，齒輪由軸頸或減磨軸承來(lái)支持。惰輪齒輪組件中也包含了一個(gè)位于泵送液體內(nèi)的，并圍繞著一根固定銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸頸軸承。根據(jù)軸封的布置方式，轉(zhuǎn)子軸支撐軸承可以運(yùn)行在泵送的液體之內(nèi)。在輸送腐蝕性液體時(shí)，要對(duì)這方面進(jìn)行考慮，因?yàn)楦g性液體會(huì)腐蝕支撐軸承。

     此類(lèi)泵的實(shí)際壓力限值取決于轉(zhuǎn)子軸支撐軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。絕大多數(shù)的內(nèi)齒輪泵的差壓額定值均為200 psi，盡管它們可以在正確的應(yīng)用情況下用于更高的壓力。

    內(nèi)齒輪泵的轉(zhuǎn)速比起離心泵來(lái)說(shuō)相對(duì)較慢。一般來(lái)說(shuō)高為1150 rpm，但有些小型設(shè)計(jì)方案可達(dá)到3450 rpm。由于內(nèi)齒輪泵可以在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，所以能夠很好地適用于高粘度流體的輸送，盡管也能非常成功地應(yīng)用于稀薄液體。內(nèi)齒輪泵已經(jīng)可以成功地泵送粘度超過(guò)1000000 cSt的液體以及粘度非常低的液體，諸如液態(tài)丙烷和氨水。

    此類(lèi)泵機(jī)的流量范圍從0.5加侖/分到1500加侖/分。材質(zhì)包括鑄鐵和一系列不同的耐腐蝕合金，包括哈合金。

    內(nèi)齒輪泵在制造過(guò)程中采用了緊公差設(shè)計(jì)，氏會(huì)在泵送較大的固體時(shí)發(fā)生損壞。此類(lèi)泵機(jī)可以在腐蝕性應(yīng)用環(huán)境下輸送體積較小的懸浮顆粒，但會(huì)發(fā)生磨損且導(dǎo)致性能逐漸下降。在腐蝕性應(yīng)用環(huán)境下，通過(guò)選擇耐腐蝕性材質(zhì)，可以大幅度地延長(zhǎng)泵的使用壽命。在這種情況下，碳化鎢、硬化鋼或多種涂層均能起到很好的效果。

    內(nèi)齒輪泵的應(yīng)用范圍非常寬廣，甚到可以很好地應(yīng)用于對(duì)剪切敏感的液體。應(yīng)用領(lǐng)域包括：廢水、聚合物、對(duì)剪切敏感的油漆、瀝青乳液以及某些食物，例如蛋黃醬。使用此類(lèi)泵時(shí)，任何時(shí)刻都只有非常少量的液體會(huì)受到剪切力作用。而且在必要時(shí)，可以對(duì)間隙和轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，以便更大程度地減小剪切力的影響。

外齒輪泵

    外齒輪泵在泵送動(dòng)作上與內(nèi)齒輪泵有著相似之處，也是通過(guò)兩個(gè)齒輪的進(jìn)入和脫離嚙合來(lái)帶動(dòng)液體流動(dòng)的（圖4）。但是，外齒輪泵采用了兩個(gè)相互嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)的完全一致的齒輪。每個(gè)齒輪均由一根齒輪軸支撐，每個(gè)齒輪兩側(cè)均有軸承。在典型情況下，這四個(gè)軸承均工作于所泵送的液體內(nèi)。

 由于齒輪的兩側(cè)都得到了支撐，所以外齒輪泵可適用于高壓應(yīng)用領(lǐng)域，例如液壓裝置內(nèi)。設(shè)計(jì)用于液壓供應(yīng)的泵可以承受每平方英寸數(shù)千磅的壓力。工業(yè)輸送泵可以承受更高的壓力，但液體的特性有可能對(duì)壓力范圍產(chǎn)生限制。較稀薄的液體可以達(dá)到數(shù)百psi，而較粘稠的液體可以接近液壓泵的壓力。通常情況下，小型的外齒輪泵應(yīng)運(yùn)行在1750~3450 rpm的范圍內(nèi)，較大型的外齒輪泵運(yùn)行在高640rpm的轉(zhuǎn)速下。

    外齒輪泵的流量范圍從極低（每分鐘若干滴）到相當(dāng)高的1500加侖/分。外齒輪泵可以采用多種原材料來(lái)進(jìn)行制造，包括高端合金。

    外齒輪泵的設(shè)計(jì)可以采用比內(nèi)齒輪泵更緊的緊公差。但外齒輪泵對(duì)于所泵送液體內(nèi)的顆粒物體的容忍能力不夠好。由于齒輪兩端均有間隙，從而無(wú)法針對(duì)磨損現(xiàn)象做出端部的間隙調(diào)整。在外齒輪泵出現(xiàn)磨損后，需要重新組裝或更換。

    只要轉(zhuǎn)速設(shè)置正確，特別是對(duì)于粘稠度較高的液體，外齒輪泵可以處理粘性和水性的液體。由于粘性液體需要一定的時(shí)間才能填滿(mǎn)齒輪齒間的空間，所以在泵送粘性液體時(shí)，泵的轉(zhuǎn)速需要大幅降低。其粘度限值實(shí)際上與內(nèi)齒輪泵相同，均為1000000 cSt。

    外齒輪泵在臨界抽吸條件下性能并不理想，特別是對(duì)于揮發(fā)性液體來(lái)說(shuō)。揮發(fā)性液體往往會(huì)在齒間空間快速擴(kuò)大時(shí)出現(xiàn)局部蒸發(fā)現(xiàn)象。

總結(jié)

     掌握各種泵機(jī)的工作原理是針對(duì)給定應(yīng)用環(huán)境下正確選定機(jī)型的良好開(kāi)端。雖然各種選擇方案之間的區(qū)別并不一定十分清晰分明，運(yùn)行和容量上的基本區(qū)別便可以用于指導(dǎo)選型。

    內(nèi)齒輪泵可以應(yīng)用的領(lǐng)域范圍較廣，但通常運(yùn)轉(zhuǎn)速度較其它泵機(jī)要慢一些。初，選用內(nèi)齒輪泵可能會(huì)導(dǎo)致略高一些的成本，但與運(yùn)行速度較慢的泵相比，其使用壽命往往會(huì)更長(zhǎng)一些。

    外齒輪泵擁有非常良好的壓力處理能力和精確的流量控制特性，但不能用于處理含固體或侵蝕性介質(zhì)。外齒輪泵的制造成本較低，所以其是在要求不高的應(yīng)用領(lǐng)域中的一種經(jīng)濟(jì)合理的選擇方案。

    不正確的泵機(jī)選型往往會(huì)導(dǎo)致較高的費(fèi)用。具體來(lái)說(shuō)，會(huì)在停機(jī)時(shí)間、損失生產(chǎn)量、維護(hù)費(fèi)用以及能耗方面造成不良影響。而多花些時(shí)間在正確的系統(tǒng)內(nèi)選用正確的泵可在大程度上減少多余的費(fèi)用開(kāi)銷(xiāo)，獲得更高的長(zhǎng)期效益。

遠(yuǎn)東泵業(yè)制造有限公司是一家有著三十余年研制容積式泵的廠家。目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用水平實(shí)體設(shè)計(jì)軟件；產(chǎn)品研發(fā)、制造、檢驗(yàn)、交付按照ISO9001質(zhì)量管理體系控制過(guò)程質(zhì)量；產(chǎn)品制造廣泛使用加工、數(shù)控機(jī)床、專(zhuān)用精機(jī)、高精設(shè)備；檢測(cè)設(shè)備擁有工具顯微鏡、漸開(kāi)線檢測(cè)儀、光學(xué)投影儀、測(cè)齒儀、脈沖輝光離子氮化爐等大型檢測(cè)設(shè)備，并建有國(guó)家B級(jí)試驗(yàn)站。公司已通過(guò)ISO9001：2000質(zhì)量體系認(rèn)證，船級(jí)社CCS型式認(rèn)證，法國(guó)船級(jí)社BV產(chǎn)品工廠認(rèn)證，美國(guó)船級(jí)社ABS產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證，成為中石油物資資源市場(chǎng)成員、中石化物資資源市場(chǎng)成員。河北省產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)，船用泵產(chǎn)品承制企業(yè)。

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