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1、,泵的基础,SSD Marketing 2006/02,概述,泵是一种将原动机的机械能转变为被输送流体的动能和势能的机械。 泵在各行各业的应用十分广泛，包括机械制造，市政给排水，暖通空调，化工，制药，冶金，造纸等几乎所有场合。 在普通的机械中， 泵处在第二位，在数量上仅少于电机，泵和风机的耗电量约占我国电力消费量的40。 在泵和风机的应用中，如果泵和风机工作中如果对泵使用不当，会带来过多的电力损耗，在经济上造成损失。 风机和泵的起动和调速装置的选型要谨慎，如果选型不当，会造成不能起动，或 不能运转到额定转速，或影响泵和驱动装置的使用寿命。,工作示意图,输出口,电机,吸入口,传动轴,介质部分,泵
2、,驱动部分,启动或 调速装置,泵的基本参数,流量（Q） 单位时间内由泵所输送的流体体积. 扬程(H) 即压头,单位质量的流体通过泵之后所获得的有效能量.也就是泵所输送的单位质量的流体从泵进口到出口的能量增值.单位:mH2O 功率(P) 分为输入功率,输出功率。输入功率即由原动机传到泵轴上的功率,也称轴功率；输出功率又称有效功率,表示单位时间内流体从泵中所得的实际能量,它等于重量流量与扬程的乘积. 效率() 用来表示输入的轴功率P被流体利用的程度,即有效功率Pe与轴功率P之比来表示. 转速(n) 指泵的叶轮每分钟的转数.单位:r/min,泵的分类,叶片式 由叶轮高速旋转完成压送液体的过程的. 按
3、流体在泵内的运动轨迹可将其分为-离心泵,轴流泵,混流泵 容积式 靠泵体工作室容积改变来完成对水的输送和提升,特点是高扬程,低流量。 按工作方式可将其分为-往复泵,转子泵 其他类型泵 应用于一些特定场合应用的特殊泵.如喷射泵等,泵的分类示意图,泵,叶片式,容积式,其他,离心泵,轴流泵,混流泵,往复泵,转子泵,喷射泵,活（柱）塞泵,隔膜泵,螺杆泵,齿轮泵,罗茨泵,水力系统示意图,源 pi, Vi,目标 pf, Vf,管道,泵,液体流动方向,水罐1 （送出液体）,水罐2 （接纳液体）,zi,zf,Q = 流量,压头损失,图示: (i表示”初始”) 液位: zi 压力: pi 流速: Vi,图示: (
4、f表示”最终”) 液位: zf 压力: pf 流速: Vf,水力系统的四个任务,一定流量时的位置提升,从 zi 到 zf. 一定流量时的压力提升,从 pi 到 pf. 一定流量时的速度提升,从 Vi 到 Vf. 一定流量时所克服的管道压头损失 HJ,* HEIGHT:,S，阻力系数，长度，直径已定的管道的沿程摩擦阻力与局部阻力之和的系数,根据能量守恒,管道特性曲线,从曲线 H = f (Q)可看出, 流量的不同决定于压头的不同 下图表示：不同流量时，水泵将水提升至一定高度，管道中每单位质量液体所需消耗的能量（压力）值,HEIGHT (PRESSUER),* HEIGHT:,系统,流量,Qmax
5、,Q2,Q1,压头损失,速度增量,压力增量,位移增量, = 密度 g = 重力加速度,压头损失与下列因素有关,与管道长度成比例 与管道本身有关, 如堵塞等 与管道截面变化有关，如弯头，阀门等 与流体速度的平方成比例 与管道材质有关：粗糙度，等 与介质自身特性参数有关：粘度，等,离心泵,分类与结构 性能参数特性曲线 泵的灌注 泵的运行工况点 控制方式 并联 水锤,离心泵的分类,按形状分为卧式，立式 按叶轮数量分为单级，多级,立式,卧式,潜水泵,结构,离心泵的工作区较宽，能用在广泛的场合。 离心泵由密封在壳体内一组旋转叶片组成,这些叶片的作用是通过离心力把能量传给液体. 离心泵主要由两部分:(1)
6、包括叶轮和轴在内的旋转部分;(2)由壳体,壳盖和轴承组成的静止部件,蜗壳,吸入口,出口,叶轮,出口,吸入口,叶轮,离心泵的特性曲线,从泵的特性曲线可以看出,每一个流量Q都对应一定的扬程H,轴功率P,效率 泵的最大工作效率不是工作在最大流量上 Q-H曲线是一条不规则曲线,水泵工作在效率最高点时,水泵运行最经济. 在Q=0时,相应的轴功率并不等于0,功率主要消耗在机械损失上,严重会导致泵的热应力变形。在实际运行中,水泵在零流量时,只允许做短时间的运行.另当Q=0时,泵的轴功率仅为设计值的30%-40%,扬程又是最大,属于轻载启动. 在Q-P曲线上的各点纵坐标,表示泵在各不同流量时的轴功率的值,在实
7、际对电机选型的过程应选择比水泵轴功率稍大的功率,以免出现”小马拉大车”现象.,泵的灌注,泵启动时,吸入管和蜗壳必需充满液体,只有这样,在泵运行的过程中泵内才能与外界形成压力差,从而源源不断的抽出液体. 为了避免每次启动泵前都需灌入液体,我们可选自吸式泵或者在泵吸入口前的管道上装个阀门,流动方向,当水压差消失阀门关闭,底阀,自吸式泵,工况点,工作点,提供与消耗的压力平衡,压力 (米),泵提供的压力高于应用中所需压力(包括压头损失),流量增大,泵提供的压力低于应用中所需压力(包括压头损失),流量减小,流量 m3/h,流量控制方式,直接节流控制 改变泵转速,直接节流控制,节流法的控制阀应安装在泵的出
8、口管道上，而不能装在泵的吸入管道上。 控制阀一般宜装在检测元件（如孔板）的下游，这样将对保证测量精度有好处。 直接节流法的优点是简单易行。但在小流量时总的机械效率较低。一般不宜用在流量低于正常排量的30%的场合。,压力 Hm,PMIN,工作点,阀门开度很小,工作点 阀门开度一半,泵的特性曲线,工作点 阀门全开,QMAX,流量,变频转速控制,采用这种方法，管道上无需装控制阀，减少了阻力损耗，泵的机械效率得以提高。,压力 Hm,管道系统特性曲线,QMAXI,流量,调转速,原动机,n1,n2,n3,n4,达到宽范围的流量调节需要: 大的压头损失, 小的背压(液体提升的高度).,能耗比较,泵的输出功率
9、表示单位时间内流体从泵中所得到的实际能量，它等于重量流量与扬程的乘积。,功率 = 压力 x 流量,压力,阀门开度控制,速度控制,Hm,一半流量,流量,Hm,一半流量,流量,阀门开度50% 管道特性曲线,阀门开度100% 管道特性曲线,离心泵的流量,速度,扬程,功率的关系,下式表示同一台离心泵，当转速n变化时，其他性能参数将按下述比例关系而变，被称为比例定律。它反映出转速变化时，水泵主要性能变化的规律,流量 扬程 输入功率 Q = 流量 N = 速度 H = 扬程 P = 功率,离心泵变频调速的优势,适应客户关于流量和压力的需要 减少泵的机械摩擦: 轴承等 减少工作噪音 高效节能 更高的工作效率
10、 更好的对泵保护 完全替代阀门调节 完成一些自动控制:联锁,闭环控制 容易并可靠的随动控制 操作灵活,方便 泵站控制中有强大的潜力 可更好的适应,调节泵的性能 可减少相应工程和运营成本,离心泵的并联,特点 增加供水量，输水干管的流量等于并联水泵出水量之和 通过开停水泵（台数控制）来调节扬程和流量 或者通过某台泵的转速来连续调节扬程和流量，实现节能和恒压供水 当其中一台水泵坏了，其他水泵仍继续供水，提高可靠性。 主要使用以下场合 单台泵满足不了用户需要的大流量 使用过程中流量需要大幅度的变化 要求有水泵备用以满足不间断供水要求,水锤现象,水锤： 压力管道中，由于流速的剧烈变化而引起一系列急剧的压
11、力交替升降的水力冲击现象。 易产生水锤的情况： 水泵总扬程或工作压力太大 输水管道内流速过大 输水管道过长，且地形变化大 在自动化泵站中阀门关闭过快 防止水锤的方法： 增加水锤消除器 设空气缸 采用缓闭阀 取消止回阀 变频器，软启动器,轴流泵,结构 特性曲线 应用,轴流泵结构,工作原理： 水流通过进水喇叭口吸入叶轮，高速旋转叶片对其增速增压，在通过导叶使回转上升运动变为轴向运动。最后通过出水管排出。 沿轴的方向流动。 低扬程，大流量，适于输送清水或物理化学性质类似于清水的液体。,轴流泵特点,Q-H曲线为陡降型并存在拐点，一般而言轴流泵的空转扬程即Q=0的扬程为设计的扬程的1.5-2.0倍 Q-
12、P曲线为陡降型，在小流量范围内轴功率较大的原因在于叶片进出口产生回流漩涡。损失能量。一般而言，Q=0时，轴功率为设计轴功率的1.2-1.4倍。轴流泵需开阀启动 Q-n曲线为单驼峰型，高效区很窄，一但运行工况偏离设计工况时，效率下降很快。因此不易节流调节 不适宜用于变频调速，但可以用软起,容积式泵,往复式泵 单作用 双作用 转子泵 齿轮泵 螺杆泵 罗茨泵 叶片泵,容积式泵分类,通过容积的改变，输送液体 运转时，可以不受排出管线系统压力的制约连续不断地输送液体 往复泵与转子泵共同的结构特点：泵的运动部件与机壳之间的空隙很小，液体不能在缝隙中流动，所以泵的排量大小与管路系统基本无关。运转时，可以不受
13、排出管线系统压力的制约连续不断地输送液体 往复泵流量只取决于单位时间内的往复次数及冲程的大小 旋转泵流量仅取决于转速 由于这类泵的排量与管路阻力基本无关，故绝不可在出口处安装控制阀来控制流量，一旦出口阀关死，将造成泵损、机毁的危险,容积泵,往复泵,转子泵,活，柱塞泵,隔膜泵,单转子,多转子,单作用,双作用,螺杆,叶片,齿轮,罗茨,往复泵,往复式的容积泵每个行程柱塞或活塞排出一定体积的液体.其主要运动是往复运动,往复泵的基本原理是固定排出等量体积的液体 如右图,当柱体向下运动,没入的柱体积等于排出的液体体积.即A=B 分为单作用，双作用往复泵 所有的往复泵都有输送液体的部分.一般称之为液力端,包
14、括: 排送液体的零件称为柱塞或活塞 容纳液体的容器称为液缸 吸入止回阀,只允许液体从吸入管道进入液缸 排出止回阀,只允许液体从液缸进入排出管道,往复泵,结构: 由液缸，活塞，活塞杆，吸入阀，排出阀组成 原理：依靠活塞的往复运动（由等速旋转的曲柄机构变换为活塞的往复运动），并依次开启吸入阀和排出阀，从而吸入和排出液体 吸液：活塞自左向右运动，工作室容积增大，形成低压，使贮液从吸入阀吸入泵缸内而排出阀因受液体压力作用而关闭，活塞移动到最右端，工作室容积最大，吸液最多。 排液：当活塞自右向左移动时，缸内液体受挤压而使其压强增大，致使吸入阀关闭，排出阀打开排出液体，活塞移动到最左端，排液完毕，完成一个
15、循环。 特点 往复泵压头与泵的几何尺寸无关，与泵的机械强度，发动机功率，活塞环，轴封，吸入排出阀泄漏等有关 往复泵的流量与泵的几何尺寸及活塞往复次数有关，与压头及管路特性无关.,隔膜泵,隔膜泵是另外一种类型的容积泵,它的特点是将柔性薄膜和止回阀相结合.这类泵应用很广泛,可用来输送很多种不同的液体,包括化学制品,干粉,食物添加剂,浆液,矿渣,废水等. 隔膜泵最大的特点就是它没有密封和填料,这意味着他们可以实现零泄漏. 主要分为三种类型的膜片式泵:(1)机械驱动式,(2)液压驱动式,(3)气动式,隔膜泵应用,应用场合 允许输送液体含有杂质（岩屑），应用在建筑工业，废水 抗腐蚀性，用在化学工业，制药
16、业 可以输送干粉，食品工业,往复泵流量曲线,流量具有脉动性 缸数越多，脉动性越小 产生的排出压力只是系统要求的函数。与泵的流量无关,转子泵,是一种由壳体及紧密配合的齿轮或凸轮组成的一种输送液体的机械.它们的基本运动是旋转运动而不是往复运动 典型的有齿轮泵,螺杆泵，罗茨泵，叶片泵,齿轮泵,罗茨泵,齿轮泵,由两个齿轮相互啮合产生泵的输液作用,其特点是一个齿轮驱动另一个齿轮 两种主要类型是-外啮合齿轮泵,内啮合齿轮泵,外啮合齿轮,内啮合齿轮,罗茨泵,它通过转子间的间隙来输送液体.当转子旋转时,转子一直处于连续的相互接触状态. 罗茨泵的结构如图所示。在泵腔内，有二个“8”字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上，由传动比为1的一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动。在转子之间，转子与泵壳内壁之间，保持有一定的间隙，可以实现高转速运行。,特性曲线,可用在流量恒定，背压可变场合 可用在粘度大的液体 产生的排出压力只是系统要求的函数
