容積泵的選型

1、容積泵的選型容積泵的選型一一理解泵的基本工作原理及流體特性是選型工作的基礎(chǔ)。泵是僅次于電機(jī)的第二大最常用的工業(yè)設(shè)備。目前，全球已有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的 泵正在工作著，輸送著成千上萬(wàn)種液體。在可供選擇的眾多泵型中，選擇出適合 的泵是一件非常復(fù)雜的事情。泵的選型過(guò)程在很大程度上是將某一特定泵的能力 與系統(tǒng)要求以及所要泵送液體的特性相匹配的過(guò)程。在本文中，我們將從泵送液 體的性質(zhì)著手，從用戶需求的角度開始，進(jìn)而進(jìn)入到具體泵選型的討論?；疽笤谌魏螒?yīng)用中，首先要了解用戶對(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， 這些條件必須全部確定下來(lái)，

2、然后才能選擇泵。泵要在正確的抽吸條件下才能運(yùn)行良好。事實(shí)上，泵所遇到難題中的最大的 問(wèn)題可以追溯到不良的抽吸條件。由于泵推動(dòng)液體的能力遠(yuǎn)強(qiáng)于吸取液體的能 力，所以應(yīng)將入口條件保持在泵機(jī)的能力范圍內(nèi)。壓差也是具有關(guān)鍵性意義的一部分，特別是從節(jié)能和泵使用壽命的角度來(lái)看 時(shí)，使用較小的管徑和較長(zhǎng)的管道敷設(shè)長(zhǎng)度可以減少系統(tǒng)初期成本，但也可能會(huì) 導(dǎo)致泵存在較高的壓差。這種較高的壓差將會(huì)轉(zhuǎn)化成能耗，并有可能縮短泵的使 用壽命，這也就意味著較高的運(yùn)行成本和較低的效率。所要求的液體特性通常是已知的，而重要之處在于掌握給定泵是如何影響這 些特性的。絕大多數(shù)用戶都愿意讓泵排出的液體與其進(jìn)入泵時(shí)保持相同的狀況。 對(duì)

3、于如何正確選擇泵來(lái)說(shuō)，材質(zhì)的相容性、粘度、剪切的靈敏性和特定物質(zhì)或固 體的存在情況，均具有極其重要的意義。離心泵與容積泵一旦基本要求得到了滿足，而且液體特性也已知曉，那么泵的選型就可以開 始了。泵通常分為兩個(gè)基本的類別：動(dòng)能泵（其中最龐大的類型是離心泵）和正 排量（PD）泵。據(jù)美國(guó)商務(wù)部的數(shù)據(jù)顯示，在全部泵的銷售額中約有70%為動(dòng)能 泵，其余30%為容積泵。在選擇泵時(shí)，第一步就是確定，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，

4、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 處送至排放口。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泵中挑選出最適合的類型，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（圖1a）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。250-W-150 J100.00

5、D.應(yīng)亂容根泵富心棗A.性能0B.粘度C.流量國(guó)-1上 這些牌表間的對(duì)風(fēng)顯示出了碼心基與容枳梨此間的一些您集差當(dāng)L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（圖1b）。另一項(xiàng)主要差別在于粘度對(duì)泵容量的影響。在流量表（圖1c）中您會(huì)注意 到，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。圖1c只表示了粘度對(duì)泵流量的影響。請(qǐng)牢記，系統(tǒng)內(nèi)還會(huì)出現(xiàn)管道損失量

6、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。圖1d所示為，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)最 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)

7、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 積泵或離心泵的唯一決定要素?？偨Y(jié)總的來(lái)說(shuō)，在粘度超過(guò)150 cP時(shí)，必須能夠在較廣范圍內(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。這一點(diǎn)對(duì)于流量低于100加侖/分的情況是特別重要的，在這種情況 下，離心泵工作效率的下降幅度會(huì)更大。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

8、 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)從排放端回流至吸入端。這種現(xiàn)象被稱為“滑漏 （slip）”?；┎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

9、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 屬于不安全的情況。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。采用壓力釋放閥是最為常 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)，必須對(duì)這種現(xiàn)象做出限制。容積泵可以分成許多種類型。美國(guó)水力學(xué)會(huì)是一家由泵制造廠商組建

10、的組 織，水力學(xué)會(huì)出版了一些涉及泵機(jī)類型和泵機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的出版物，其中，將旋轉(zhuǎn)式容 積泵分成了如下類別：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，還在每一種泵類別設(shè)有子類別，這意味著存在著許多類型的容積泵。 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)，某些類型的泵使用起來(lái)比其它類型更好。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)取得了超出其它類型。在以下章節(jié)內(nèi)，我們將敘述內(nèi)齒 輪泵和外齒輪泵，以及葉輪泵的性能特點(diǎn)。內(nèi)齒輪泵內(nèi)齒輪泵包含一個(gè)被稱為轉(zhuǎn)子的外齒輪部件，轉(zhuǎn)子

11、用于驅(qū)動(dòng)惰輪的內(nèi)齒輪 （圖2）。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)。此類泵設(shè)計(jì)的最后一個(gè)關(guān)鍵部件是月牙形擋體，這個(gè)月牙形擋體與泵頭是一 體化的。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。用3內(nèi)齒輪景是由軸 預(yù)和誠(chéng)脖軸果哉.供高 劇性的抽更撐的“國(guó)2四齒輪型抱螺理想地壕用于高林 成灌體，但會(huì)在錄送段大

12、濁度灌體時(shí) 發(fā)生損壞.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（圖3）。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)行重點(diǎn)考慮，因?yàn)楦g性液體會(huì)腐蝕支撐軸承。 此類泵的實(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)最高為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

13、，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

14、圍非常寬廣，甚至可以很好地應(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品，例 如蛋黃醬。使用此類泵時(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)。圖卜齒輅半的玳療拈女全擂能村非貴正 隔5諸加此蚤的離注喂的定號(hào)忸

15、牛齒掄形 企于商法應(yīng)用倆域_。可雙i辯于弗泵送廢應(yīng)#L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17503450 rpm的范圍內(nèi)，較大型的外齒輪泵運(yùn)行在最 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）至相當(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

16、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，必須重新組裝或更換。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)間才能填滿齒輪齒間的空間，所以在 泵送粘性液體時(shí)，泵的轉(zhuǎn)速必須大幅降低。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。葉輪泵滑片泵的工作原理與其它容積泵的擴(kuò)張收縮容積在理論上是相同

17、的，但卻采 用了不同的機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)這一理論（圖6）。對(duì)于葉輪泵來(lái)說(shuō)，令人感興趣的是， 一方面它集兩臺(tái)泵機(jī)于一身。第一個(gè)泵送動(dòng)作是由葉輪、轉(zhuǎn)子與泵殼之間的容積 擴(kuò)張而產(chǎn)生的，而較不明顯的泵送動(dòng)作產(chǎn)生于葉輪下的區(qū)域內(nèi)。在此區(qū)域內(nèi)，無(wú) 論葉輪進(jìn)入、或是離開轉(zhuǎn)子槽都會(huì)形成泵送動(dòng)作，這個(gè)泵送動(dòng)作實(shí)際上占據(jù)了總 泵排量的約15%。在典型情況下，這一區(qū)域是通過(guò)葉輪內(nèi)側(cè)或轉(zhuǎn)子內(nèi)部的開槽處 進(jìn)行通氣的。重要之處在于要掌握這一情況，特別是在處理較粘稠的液體時(shí)，因 為粘稠液體流入和流出葉輪之間的區(qū)域會(huì)更加困難。所以，推薦適用于此類泵的 最大介質(zhì)粘度約為25000 cSt。圖&葉祜聚時(shí)干超動(dòng)滑注能力表f其他宮國(guó)，葉輪系

18、可來(lái)胛非全葛葉槍來(lái)我甥朱嫌機(jī)德.伸薄漁作葉的優(yōu)異悝能，葉輪是吸入口與排放口之間的主要密封部件，通常采用非金屬?gòu)?fù)合材料制 造。由于不存在金屬間的接觸，所以葉輪泵頻繁應(yīng)用于低粘度無(wú)潤(rùn)滑作用的液體， 諸如丙烷、氨水等。由于葉輪與泵殼之間會(huì)直接接觸，以及內(nèi)部間隙控制在最小 狀態(tài)下，所以可使稀薄液體的轉(zhuǎn)差特性達(dá)到最佳。絕大多數(shù)輸送葉輪泵均將壓力限制在125 psi，盡管有些額定值為200 psi。 葉輪泵的壓力限值在很大程度上取決于葉輪的強(qiáng)度。由于采用非金屬的葉輪以及非常小的運(yùn)行間隙，葉輪泵可以非常良好地實(shí)現(xiàn) 灌注操作的起動(dòng)。在泵進(jìn)行起動(dòng)灌注操作時(shí)，泵必須要排放空氣，而且排出的是 非常稀薄的流體。由于葉輪泵能夠很好地做到這點(diǎn)，所以，有時(shí)會(huì)將其當(dāng)作真空 泵來(lái)使用。葉輪泵通常由軸套或減磨軸承在轉(zhuǎn)子的兩側(cè)進(jìn)行支撐。如果使用了軸套軸 承，則軸套軸承會(huì)在液體內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。如果使用了減磨軸承，則要求使用泵內(nèi)密封件 以便讓軸承運(yùn)轉(zhuǎn)在潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂內(nèi)。這種設(shè)計(jì)要求采用兩個(gè)機(jī)械密封件，在轉(zhuǎn) 子每一側(cè)各一個(gè)。葉輪泵通常運(yùn)行在10001750 rpm的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，流量可以達(dá)到高至2000 加侖/分。而在處理高粘度液體時(shí)要求的轉(zhuǎn)速會(huì)大大減少，以便讓液體進(jìn)入到葉 輪下方。而在處理高粘度液體的應(yīng)用中，要求采用強(qiáng)度更高的葉輪材料，以防止 葉輪發(fā)生斷裂