離心泵與容積泵選擇問題淺析
發布（bù）時間：2024-05-20
點擊:
由於占主流（liú）的工業（yè）泵均為離心泵，所以許（xǔ）多人會首先考慮離心泵。離心泵的成本通常低於（yú）容積泵（bèng），而且也是在許多情況下（xià）應使用的正確泵型。每種泵均以各自不同的方式來攪拌流體，而（ér）且每（měi）種泵均擁有各自不同的運（yùn）行特性和曲線。但重要的（de）是，離心泵會影響液體的流速，從而導致排放口處存在一定的壓力。而與（yǔ）之相反的是，容積泵攪拌液體時，會先獲取特（tè）定數量的液體並將這些液體從吸入（rù）口處送至排放口。對（duì）於（yú）離心泵來說，是先形成壓力，後導致流動的產生。對於容積泵來說，則（zé）是先形成流動，後導致壓力的出現。
•性能
為了能夠（gòu）從各類泵中挑選出的類型，重要之處在於（yú）理解這兩種泵的工（gōng）作特性差異。在查看其工作性能表（圖1a）時，您（nín）可看到其工作原理有著多麽（me）大的（de）不（bú）同。離心泵存在著（zhe）取決於（yú）壓力（或壓頭）的可變流量現象，而容積（jī）泵（bèng）則存在著與壓力無關（guān）的或多（duō）或少較為恒定的流量現（xiàn）象。
•粘度
粘（zhān）度在泵的機（jī）械效（xiào）率方麵發揮著重要的（de）作用（yòng）。由於離心泵（bèng）運行在電動機轉速下，所以其效率會隨著泵機內摩擦損失的（de）加大所導致的粘度增加而下降。請注意，隨著粘度增加，離心泵的效率下降速率會很快（圖1b）。
另一項（xiàng）主要（yào）差（chà）別在於粘度對泵容量的影響。在流量表（圖1c）中您會注意到，離心泵會（huì）在（zài）粘度上升時出現流量下降的（de）現象，而容積泵實際上會隨之而產生流量的增（zēng）加。這是由於較高（gāo）粘（zhān）度的液體填充了容積泵內的空隙，從而導致（zhì）較高的容積效率。圖1c隻表示了粘度對泵流量的（de）影響。請牢記，係統內還會出（chū）現（xiàn）管道損失量加大的現象。這意味著離心泵內的流量將隨著泵差壓的增加而進一步下降。
•效率
在考慮差壓對泵機械效率（lǜ）的影響問題時，動能泵和容積泵也表現出（chū）各自不同的特性。圖1d所示為，泵機效率是如何（hé）受到隨之增加（jiā）的壓力的影響的。對於容積泵（bèng）來說，隨著壓力的增加，效（xiào）率實際上會有所提（tí）升，而離（lí）心泵則存在著一個效率點（BEP）。在（zài）此點的兩側，綜合泵效率會大幅度下降。
•入口條件
這兩種（zhǒng）類型（xíng）的泵對於入口條件的要求也有相當大（dà）的不同點。離心泵需要泵內預先有一定（dìng）量的液體，以便形成壓差。無液體的幹（gàn）燥的泵是不能自行起動的。而一旦起動操作後，離心泵就需要符合製造廠商所建議的明確的入口壓力要求。
由於容積（jī）泵是通過液體容積的膨脹和收縮作用來攪拌（bàn）液（yè）體的，入口處將會形成負壓（yā）情況，所以容（róng）積泵能夠自行起動灌注。在某些情況下（xià），這點是是否（fǒu）選擇容積泵或離心（xīn）泵的決定要素。
【總（zǒng）結】
總的來說，在粘度超（chāo）過150 cP時（shí），必須能夠在較廣範圍（wéi）內預（yù）測流量，或者在希望泵機能夠自行起動灌注時，可（kě）以考慮選用容積泵。在離心泵與容積泵之間進行選擇時，還要考慮到能耗問題，因為這兩種（zhǒng）泵在（zài）能耗方麵可能會（huì）存在著相（xiàng）當大的差別。這一點對於流量低於100加侖/分的情況是特別重要（yào）的，在這種情況下，離心泵工作效率的下降幅度會更大。
•容積泵（bèng）
即（jí）使已經決定采用容積泵，也還有許多可供考（kǎo）慮的方案。在詳細敘述每種泵送操作（zuò）的詳細情況前，www.17c.com先來回顧一下一（yī）些容積泵的共同運行特（tè）性。正如（rú）上文所述，旋轉式（shì）容積泵能夠在軸的每次旋（xuán）轉（zhuǎn）時排（pái）出（chū）相同容積的液體。這意味著所排（pái）出的液體（tǐ）的流量與轉速成（chéng）正比。換句話說，隻需簡（jiǎn）單地改變泵機的轉速即可控製（zhì）流量。對於（yú）粘度較高的（de）液體來說，隻需計測軸的（de）轉數即可對泵進行計（jì）量。
容積（jī）泵的結構要（yào）求采用配合嚴密的內部部件以及一（yī）定的運行間隙。由於這種間隙的存在（zài），某些液體會從排放端回流至吸入端。這（zhè）種現象被稱（chēng）為“滑（huá）漏（slip）”。滑漏部分液體量（liàng）的大小取決於液體的粘度、壓力差（chà）和（hé）泵的內部間隙。較低粘度通常會導致更多的滑漏量，而較為粘稠的液體，滑漏量會小一些。
由（yóu）於容積泵總會盡力排放出同等數量的液體，所以（yǐ）在係統內配備一些必要（yào）的過壓保護裝置是（shì）很重（chóng）要的。在容積泵發生排放堵塞的現象（xiàng）時（shí），往往會導致壓力（lì）上升，這種壓力上升的現象隻有在以下情況（kuàng）時才（cái）會停止下來：負荷超過了電動機的限值；係統內某些部件破裂而釋放了此壓力；或泵發生了故障。以上這（zhè）些（xiē）情況均屬於不安（ān）全的情（qíng）況。容積泵需要一種（zhǒng）能夠釋放壓力的途徑。
要達到壓力釋放的效果，有若（ruò）幹種途徑可以選擇。采用壓（yā）力釋放閥是常見（jiàn）的一種，但也可以采用在排放管路內配備爆破盤的方式。由於驅動（dòng）轉矩與容積泵內部的差壓直接相關，所以也可以使用轉矩限製型的聯軸器。但要點在於，需要牢記容積泵內有可能會發生相當高的壓力積聚的現象，在排放堵塞或部分堵塞情（qíng）況時，必須（xū）對這種現象做出限製。
容積（jī）泵可以分成許多種類型。美國水力學會（huì）是一家由泵製（zhì）造廠商組建的組織，水力學（xué）會出版了一些涉及泵機類型和泵機標準的出版（bǎn）物，其（qí）中，將旋轉式容積泵分成了如下類別：葉輪（lún）式、活塞式、凸輪式、齒輪式、圓環（huán）活塞式以及螺（luó）杆式。此外，還在每一種泵類別設有子類別，這意（yì）味著存（cún）在著許多（duō）類型的容積（jī）泵。而這些容積泵都具備（bèi）相同的功能，即輸送液（yè）體，那麽，www.17c.com如何來選擇適（shì）合的容（róng）積（jī）泵呢？絕大多數的容積泵（bèng）均可以通過（guò）改造以適應大範圍的應用，但針對給定的環（huán）境來說，某些類型的泵使用起來比其它類型更（gèng）好。幸運的是（shì），對（duì）於基本液體的輸送來說，有少數泵已經取得（dé）了超出其它類型。在以下章節內，www.17c.com將敘述內齒輪泵和外齒輪泵，以及葉（yè）輪泵的性能特點。
•內齒輪泵（bèng）
內齒輪（lún）泵包（bāo）含一個被稱（chēng）為轉子的外齒輪（lún）部件，轉子用於驅動惰輪的內齒輪（圖2）。惰輪比轉子（zǐ）小一些，運行時繞著一個固定不動的銷子旋轉，並在轉子內（nèi）部運轉。當這（zhè）些部件從齧合（hé）狀態分離時，會產生一定的空隙空（kōng）間，而（ér）液體就會流（liú）入泵內。當這些部件進入齧合狀態時，空間的容積會逐漸減少，從而強製液體從排放口流出。液體可通過（guò）轉子的齒（chǐ）輪及泵頭（tóu）的下凹處流入正在擴張中的空（kōng）腔內。此類泵設計的一個關鍵部件是月牙形擋體，這個月牙形擋體與泵頭是一體化的。月（yuè）牙形擋體通過將處於惰輪與輪子齒（chǐ）間的一定體積的液體圍堵起來，起到了吸入口與排放口之間的密封作用。
轉子齒輪固定在一根齒輪軸（zhóu）上，齒（chǐ）輪（lún）由軸頸或減磨軸承來支持（圖3）。惰輪齒輪組件（jiàn）中（zhōng）也包含了一個位於泵送（sòng）液體內（nèi）的，並（bìng）圍繞著一根固定銷（xiāo）轉動的軸頸軸承。根（gēn）據軸封的（de）布置（zhì）方式，轉子軸支撐軸承可（kě）以運行在泵送的液體之內。在輸（shū）送腐蝕性液體時，要（yào）對這方麵進行重（chóng）點考慮，因為腐蝕性液體會腐蝕支（zhī）撐（chēng）軸承。
此類泵的實際壓力限值取決於轉（zhuǎn）子軸支撐軸承的運（yùn）轉情況。絕大多數的內（nèi）齒輪泵的差壓額定（dìng）值均（jun1）為200 psi，盡（jìn）管它們可以在正確的應（yīng）用情況下用於更高的（de）壓力。
內齒輪泵的轉速比起離心泵來說相對較（jiào）慢。一般來說高為（wéi）1150 rpm，但有些小型設計方案可達（dá）到（dào）3450 rpm。由於內（nèi）齒輪泵可以在低轉速下運行，所以能夠很好地適用於高粘（zhān）度流（liú）體的輸送，盡管也能非常成功地應用於稀（xī）薄液體。內齒輪泵已經可以成功地（dì）泵送（sòng）粘度超（chāo）過1000000 cSt的（de）液體以及粘度非常低的液體，諸（zhū）如液態丙烷和氨水。
此類泵機的流量範圍從0.5加侖/分到1500加侖/分。材質包括（kuò）鑄鐵和一係列不同的耐腐蝕合金，包括哈合金。
內齒（chǐ）輪泵在製造過程中（zhōng）采用了緊公差設計，氏會在泵送較大（dà）的（de）固（gù）體時發生（shēng）損壞。此類泵機可以在腐蝕性應用環境下輸送體積較小的懸浮（fú）顆粒，但（dàn）會發生（shēng）磨損（sǔn）且導致性能逐漸下降。在（zài）腐蝕性應用環境下，通過選擇耐腐蝕性材質，可以大幅度地延長泵的（de）使用（yòng）壽命（mìng）。在這種情況下，碳化鎢、硬化鋼或多種塗層均能起到很好的效果。
內齒（chǐ）輪泵的應用範圍非常寬廣，甚至可以很好地應用於對剪切敏感的液體。應用（yòng）領域包括（kuò）：廢水、聚合（hé）物、對剪切敏感（gǎn）的油漆、瀝（lì）青乳液（yè）以及某些食品，例如蛋黃醬。使用此類泵時，任何時刻都隻有非常少量的液體（tǐ）會受到剪切力作用。而且在必要時，可以對間隙和轉速進行調整，以便更大程（chéng）度地減小剪切力的影響。
•外齒輪泵
外齒（chǐ）輪泵在泵送動作上與內齒輪泵有著（zhe）相似之處，也是通過兩個齒輪的進入和脫離（lí）齧合來帶動液體流動的（圖4）。但是，外齒輪泵采用了兩個相互齧合轉動的完全（quán）一致的齒輪。每個齒輪均由一根（gēn）齒輪軸支撐，每個齒輪兩側均有軸承。在（zài）典型情況下，這四個軸承均工作於所泵送的液體（tǐ）內。
由於齒輪的兩側都得到了（le）支撐，所（suǒ）以外齒輪泵可適用於高壓應用（yòng）領域，例（lì）如（rú）液壓裝置內。設計用於液壓供應（yīng）的泵可以承受每平方英寸數千磅的壓力。工業（yè）輸（shū）送泵可（kě）以承受更高的壓力，但液體的特性有（yǒu）可能對壓力範圍（wéi）產生限製。較稀薄的液體可以（yǐ）達到數百psi，而較粘稠的液體（tǐ）可以接近液壓泵的壓力。通常情況下，小型的外齒輪泵應運行在1750~3450 rpm的範圍內，較大型的外齒輪泵運行在（zài）640rpm的轉（zhuǎn）速下。
外齒（chǐ）輪泵的流量範圍（wéi）從極低（每分鍾若幹滴）至（zhì）相當高的1500加侖/分。外（wài）齒輪（lún）泵可以采用多種原（yuán）材料來進行製造，包括高端合金。
外齒輪泵（bèng）的設計可以采用比內齒輪泵更緊的緊公差。但外齒輪（lún）泵對於所泵送液體內的顆粒物體的容忍能力不夠好。由於齒（chǐ）輪兩（liǎng）端均有間隙，從而無法針對（duì）磨損現象做出端部的間隙調整。在外齒輪泵出現磨損後，必須重新組裝或更換。
隻要轉速設置（zhì）正確，特別是（shì）對於粘稠度較高的液體，外齒輪泵可以處理粘性和（hé）水（shuǐ）性的液體。由於粘性液體（tǐ）需要（yào）一定的時間才（cái）能填滿（mǎn）齒輪齒間的（de）空間，所以在泵送粘性液（yè）體時，泵的轉速必須大幅降低。其粘度限值實際上與內齒輪泵相同，均為1000000 cSt。
外齒輪泵在臨界抽吸條件下性能（néng）並不（bú）理想（xiǎng），特別是對於揮發性液體來說。揮發（fā）性液體往往會在齒間空間快速擴大時出現局部蒸發現象。
•葉輪泵
滑片泵（bèng）的工（gōng）作（zuò）原理與其（qí）它容（róng）積泵的擴張收縮容積在理論上是相同的，但（dàn）卻采用了不同的機（jī）製來實現這一（yī）理論（圖6）。對於葉輪泵來說，令人感興（xìng）趣的是，一方麵它集兩台泵機於一身。泵送動作是（shì）由葉（yè）輪、轉子與泵殼（ké）之間的容積擴張而（ér）產生的，而較不明顯的泵送動作產生於葉輪下的（de）區域內。在此區域內，無論葉輪進入、或是離開（kāi）轉子槽都會形成泵送動（dòng）作，這個泵送動作實際上占（zhàn）據了總泵排量的約（yuē）15%。在典型情況下，這一區域是通過葉輪內側或轉子內部（bù）的開槽處進行通氣的。重要之處在（zài）於要掌握這一情況，特別是在處理較粘稠的液（yè）體時，因為粘稠液體流入和流出葉輪（lún）之間的區域會更加困難。所（suǒ）以，推薦適用於此類泵的介質（zhì）粘度約為25000 cSt。
葉輪（lún）是（shì）吸入口與排（pái）放口之間的主要密封部件，通常采用（yòng）非金屬複合材料製造。由於不存在（zài）金屬間的接觸，所以葉輪泵頻繁應用於低粘度無潤滑作用的液體，諸（zhū）如丙（bǐng）烷、氨水等。由於葉輪與泵殼之間會直接接觸，以及內部間隙控製在狀態下，所以可使稀薄液體的轉差特性達到。
絕大多數輸送葉輪泵（bèng）均將（jiāng）壓力限製在125 psi，盡管有（yǒu）些額定值為200 psi。葉輪泵的壓力限值（zhí）在很大程度上取決於葉輪的強度。
由於采用非金屬的葉輪以及非常小的運行間隙，葉輪泵可以非常良好地實現（xiàn）灌注操作的起動。在泵進行起（qǐ）動灌注操作時，泵必須要排放空氣，而且排出的是非常稀薄的（de）流體。由於葉（yè）輪泵能夠很好地做到這點，所以，有時會將其當作真空泵來使用。
葉輪泵通常由軸套或減磨軸承在轉子的兩側（cè）進行支撐。如果使用了軸（zhóu）套軸承，則軸套軸承會在液體內運轉。如果使用了減磨軸承，則要求使用（yòng）泵內密封件以便讓（ràng）軸承運轉在潤（rùn）滑油或潤滑脂（zhī）內。這種設計（jì）要求采用兩個機械密封件，在轉子每一側各（gè）一個。
葉輪泵通常運行在1000~1750 rpm的轉速範圍內（nèi），流量可以（yǐ）達到高至（zhì）2000加侖/分。而（ér）在處理高粘度液體時要求的轉速會大（dà）大減少，以便讓液體（tǐ）進入到葉輪下（xià）方。而在處理高粘度液體的應用中，要求采用強度更高的葉輪（lún）材（cái）料，以防止葉輪發生斷裂的現（xiàn）象。常（cháng）見（jiàn）的葉輪泵構造（zào）材質（zhì）為鑄鐵或球墨鑄鐵。一些（xiē）生產廠商會在必（bì）須處（chù）理（lǐ）稀薄、腐蝕性液體的泵中采用不鏽鋼材料。
葉輪泵可以用來處理一些侵蝕性物質，但不能處理固（gù）體（tǐ）。對於侵蝕性物質（zhì）泵送（sòng）應用來說，在如何正（zhèng）確選擇葉（yè）輪和（hé）密封材料的問題上必須謹（jǐn）慎。葉輪泵在轉子和葉輪的兩端均存在著固（gù）定端間隙，這（zhè）一點與外齒輪泵相似。一旦發生磨損，這種間隙就不能夠得（dé）到調整，不過，某些生產廠商已經提供（gòng）了可以更換或掉轉的端蓋。采用泵（bèng）殼內襯也是一種在發生磨損（sǔn）時（shí）恢複泵性能（néng）的方式。
【總結】
掌握各種泵機的工作原理（lǐ）是針對給（gěi）定（dìng）應用環境（jìng）下正確選（xuǎn）定機（jī）型的良好開端。雖然各種選（xuǎn）擇方案之間的區別並不一定十分清晰分（fèn）明，運行和容量上的（de）基本區別便可以用於指導選型（xíng）。
內（nèi）齒輪泵（bèng）可以（yǐ）應用的領域範圍較廣，但通常運轉速度較其它泵機要慢一（yī）些。選用內齒輪泵可能會（huì）導致略高一些的成本，但與運行速度較慢的泵相比，其使用壽命往往（wǎng）會更長一些。
外（wài）齒輪泵擁有非常（cháng）良好的壓力處理能力和精確的流量（liàng）控製特性，但不能用於處理含固體或侵蝕性介質。外齒輪泵的製造（zào）成本較（jiào）低，所以（yǐ）其是在要（yào）求不（bú）高的應用領域中的一種經濟合理的選擇（zé）方案。
葉輪泵在輸送稀薄（báo）液體時表現優越，但（dàn）在處理粘稠液體時必須（xū）降速運行。葉輪泵同樣也無法處理固體物（wù）料。
不正確的泵機選（xuǎn）型往往會（huì）導致較高的費用。具體來說，會在停機時間、損失生產量、維護費用（yòng）以及能耗方麵造成不良影響。而多（duō）花（huā）些時間在（zài）正確的係統（tǒng）內選用正確的泵可在上減少多餘的費用開銷.
