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泵的發展及應用

發布者:admin 發布時間:2017-06-17 閱讀:4980次【字體:
  泵是輸送液體或使液體增壓的機械。它將原動機的機械能或其他外部能量傳送給液體,使液體能量增加。泵主要用來輸送液體包括水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態金屬等,也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。
  水的提升對于人類生活和生產都十分重要。古代就已有各種提水器具,例如埃及的鏈泵(公元前17世紀),中國的桔槔(公元前17世紀)、轆轤(公元前11世紀)和水車(公元1世紀)。比較著名的還有公元前三世紀,阿基米德發明的螺旋桿,可以平穩連續地將水提至幾米高處,其原理仍為現代螺桿泵所利用。
  公元前200年左右,古希臘工匠克特西比烏斯發明的滅火泵是一種最原始的活塞泵,已具備典型活塞泵的主要元件,但活塞泵只是在出現了蒸汽機之后才得到迅速發展。
  1840~1850年,美國沃辛頓發明泵缸和蒸汽缸對置的,蒸汽直接作用的活塞泵,標志著現代活塞泵的形成。19世紀是活塞泵發展的高潮時期,當時已用于水壓機等多種機械中。然而隨著需水量的劇增,從20世紀20年代起,低速的、流量受到很大限制的活塞泵逐漸被高速的離心泵和回轉泵所代替。但是在高壓小流量領域往復泵仍占有主要地位,尤其是隔膜泵、柱塞泵獨具優點,應用日益增多。
  回轉泵的出現與工業上對液體輸送的要求日益多樣化有關。早在1588年就有了關于四葉片滑片泵的記載,以后陸續出現了其他各種回轉泵,但直到19世紀回轉泵仍存在泄漏大、磨損大和效率低等缺點。20世紀初,人們解決了轉子潤滑和密封等問題,并采用高速電動機驅動,適合較高壓力、中小流量和各種粘性液體的回轉泵才得到迅速發展;剞D泵的類型和適宜輸送的液體種類之多為其他各類泵所不及。
  利用離心力輸水的想法最早出現在列奧納多·達芬奇所作的草圖中。1689年,法國物理學家帕潘發明了四葉片葉輪的蝸殼離心泵。但更接近于現代離心泵的,則是1818年在美國出現的具有徑向直葉片、半開式雙吸葉輪和蝸殼的所謂馬薩諸塞泵。1851~1875年,帶有導葉的多級離心泵相繼被發明,使得發展高揚程離心泵成為可能。
  盡管早在1754年,瑞士數學家歐拉就提出了葉輪式水力機械的基本方程式,奠定了離心泵設計的理論基礎,但直到19世紀末,高速電動機的發明使離心泵獲得理想動力源之后,它的優越性才得以充分發揮。在英國的雷諾和德國的普夫萊德雷爾等許多學者的理論研究和實踐的基礎上,離心泵的效率大大提高,它的性能范圍和使用領域也日益擴大,已成為現代應用最廣、產量最大的泵。
  泵通常按工作原理分容積式泵、動力式泵和其他類型泵,如射流泵、水錘泵、電磁泵、氣體升液泵。泵除按工作原理分類外,還可按其他方法分類和命名。例如,按驅動方法可分為電動泵和水輪泵等;按結構可分為單級泵和多級泵;按用途可分為鍋爐給水泵和計量泵等;按輸送液體的性質可分為水泵、油泵和泥漿泵等。
  容積式泵是依靠工作元件在泵缸內作往復或回轉運動,使工作容積交替地增大和縮小,以實現液體的吸入和排出。工作元件作往復運動的容積式泵稱為往復泵,作回轉運動的稱為回轉泵。前者的吸入和排出過程在同一泵缸內交替進行,并由吸入閥和排出閥加以控制;后者則是通過齒輪、螺桿、葉形轉子或滑片等工作元件的旋轉作用,迫使液體從吸入側轉移到排出側。
  容積式泵在一定轉速或往復次數下的流量是一定的,幾乎不隨壓力而改變;往復泵的流量和壓力有較大脈動,需要采取相應的消減脈動措施;回轉泵一般無脈動或只有小的脈動;具有自吸能力,泵啟動后即能抽除管路中的空氣吸入液體;啟動泵時必須將排出管路閥門完全打開;往復泵適用于高壓力和小流量;回轉泵適用于中小流量和較高壓力;往復泵適宜輸送清潔的液體或氣液混合物?偟膩碚f,容積泵的效率高于動力式泵。
  動力式泵靠快速旋轉的葉輪對液體的作用力,將機械能傳遞給液體,使其動能和壓力能增加,然后再通過泵缸,將大部分動能轉換為壓力能而實現輸送。動力式泵又稱葉輪式泵或葉片式泵。離心泵是最常見的動力式泵。
  動力式泵在一定轉速下產生的揚程有一限定值,揚程隨流量而改變;工作穩定,輸送連續,流量和壓力無脈動;一般無自吸能力,需要將泵先灌滿液體或將管路抽成真空后才能開始工作 ;適用性能范圍廣;適宜輸送粘度很小的清潔液體,特殊設計的泵可輸送泥漿、污水等或水輸固體物。動力式泵主要用于給水、排水、灌溉、流程液體輸送、電站蓄能、液壓傳動和船舶噴射推進等。
  其他類型的泵是指以另外的方式傳遞能量的一類泵。例如射流泵是依靠高速噴射出的工作流體 ,將需要輸送的流體吸入泵內,并通過兩種流體混合進行動量交換來傳遞能量;水錘泵是利用流動中的水被突然制動時產生的能量,使其中的一部分水壓升到一定高度;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;氣體升液泵通過導管將壓縮空氣或其他壓縮氣體送至液體的最底層處,使之形成較液體輕的氣液混合流體,再借管外液體的壓力將混合流體壓升上來。
  泵的性能參數主要有流量和揚程,此外還有軸功率、轉速和必需汽蝕裕量。流量是指單位時間內通過泵出口輸出的液體量,一般采用體積流量;揚程是單位重量輸送液體從泵入口至出口的能量增量 ,對于容積式泵,能量增量主要體現在壓力能增加上,所以通常以壓力增量代替揚程來表示。泵的效率不是一個獨立性能參數,它可以由別的性能參數例如流量、揚程和軸功率按公式計算求得。反之,已知流量、揚程和效率,也可求出軸功率。
  泵的各個性能參數之間存在著一定的相互依賴變化關系,可以通過對泵進行試驗,分別測得和算出參數值,并畫成曲線來表示,這些曲線稱為泵的特性曲線。每一臺泵都有特定的特性曲線,由泵制造廠提供。通常在工廠給出的特性曲線上還標明推薦使用的性能區段,稱為該泵的工作范圍。
  泵的實際工作點由泵的曲線與泵的裝置特性曲線的交點來確定。選擇和使用泵,應使泵的工作點落在工作范圍內,以保證運轉經濟性和安全。此外,同一臺泵輸送粘度不同的液體時,其特性曲線也會改變。通常,泵制造廠所給的特性曲線大多是指輸送清潔冷水時的特性曲線。對于動力式泵,隨著液體粘度增大,揚程和效率降低,軸功率增大,所以工業上有時將粘度大的液體加熱使粘性變小,以提高輸送效率。
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