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圖文|19種泵的工作原理,一看就懂

1月
28
2019

2019年1月28日23時 今日科學 工業水處理

工業水處理

泵是輸送流體或使流體增壓的機械,主要用來輸送水、油、礦漿、酸鹼液、乳化液、懸乳液、氣混合物和液態金屬等,是礦業、化工和冶金等行業常見的輸送設備,下面為大家整理了19種泵(齒輪泵、離心泵、螺杆泵、往復泵、活塞泵、液壓柱塞泵、泥漿泵、氣動隔膜泵、軸流管道泵、自吸泵、旋渦泵、水環式真空泵、羅茨真空泵、旋片式真空泵、氣氣增壓泵、氣液增壓泵、蒸汽噴射泵)的動態工作原理和特點,以期對大家在泵的選型和使用方面有一定的幫助。

1

齒輪泵

工作原理:齒輪泵的兩齒輪的齒相互分開,形成低壓,液體吸入,並沿殼壁送到另一側。另一側兩齒輪互相合攏,形成高壓將液體排出。

優點:結構簡單緊湊、體積小、質量輕、工藝性好、價格便宜、自吸力強、對油液污染不敏感、轉速範圍大、能耐衝擊性負載、維護方便、工作可靠。

缺點:徑向力不平衡、流動脈動大、噪聲大、效率低,零件的互換性差,磨損後不易修復,不能做變量泵用。

2

離心泵

工作原理:離心泵工作時,液體注滿泵殼,葉輪高速旋轉,液體在離心力作用下產生高速度,高速液體經過逐漸擴大的泵殼通道,動壓頭轉變為靜壓頭。

性能特點:

高效節能:泵有高效的水力形線,工作效率高。

安裝、維修方便:立式管道式結構,泵的進出口能象閥門一樣安裝在管路的任何位置及任何方向,安裝維修極為方便。

運行平穩,安全可靠:電機軸和水泵軸為同軸直聯、同心度高,運行平穩,安全可靠。

不鏽鋼軸套:軸的機封位置是相對易被鏽蝕之處,直聯式泵軸一旦被鏽蝕,易造成機械密封失效。採用鑲配不鏽鋼軸套,避免鏽蝕發生,提高了軸壽命,降低了運行維護成本。

軸承:泵所配電機中下軸伸端軸承採用封閉式軸承,正常使用時,免電機軸承的維護保養。

機封:機械密封基件一般選用橡膠波紋管結構,將傳統機械密封中軸上密封由O形圈的線密封改為橡膠件的兩道面密封,在清水介質時提高了密封效果。

3

多級離心泵

工作原理:多級離心泵與單級泵相比,其區別在於多級泵有兩個以上的葉輪,能分段地多級次地吸水和壓水,從而將水揚到很高的位置,揚程可根據需要而增減水泵葉輪的級數。

多級離心泵有立式和臥式兩種型式,多級離心泵的泵軸上裝有串聯的兩個亦上的葉輪,它相對於一般的單級離心泵,可亦實現更高的揚程。

性能特點:多級泵主要用於礦山排水、城市及工廠供水。相對於活塞泵、隔膜泵等往複式泵,可亦泵送較大的流量。多級離心泵效率較高,能夠滿足高揚程、高流量工況的需要,在石化、化工、電力、建築、消防等行業得到了廣泛的應用。

由於其本身的特殊性,與單級離心泵相比,多級離心泵在設計、使用和維護維修等方面,有著不同、更高的技術要求。

4

螺杆泵

工作原理:雙螺杆泵與齒輪泵十分相似,一個螺杆轉動,帶動另一個螺杆,液體被攔截在嚙合室內,沿杆軸方向推進,然後被擠向中央排出。

螺杆泵的優點:

壓力和流量範圍寬闊。壓力約在3.4-340千克力/cm2,流量可達100cm3/分;

運送液體的種類和粘度範圍寬廣,選礦廠可用於輸送捕收劑、絮凝劑等;

因為泵內的迴轉部件慣性力較低,故可使用很高的轉速;

吸入性能好,具有自吸能力;

流量均勻連續,振動小,噪音低;

與其它迴轉泵相比,對進入的氣體和污物不太敏感;

結構堅實,安裝保養容易。

螺杆泵的缺點:螺杆的加工和裝配要求較高;泵的性能對液體的粘度變化比較敏感。

5

往復泵

工作原理:往復泵工作時活塞右移,腔內壓力降低,將上活門壓下,下活門頂起,液體吸入;活塞左移,腔內壓力增高,將上活門頂起,下活門壓下,液體排出。

往復泵的優點:

可獲得很高的排壓,且流量與壓力無關,吸入性能好,效率較高,其中蒸汽往復泵可達80%~95%;

原則上可輸送任何介質,幾乎不受介質的物理或化學性質的限制;

泵的性能不隨壓力和輸送介質粘度的變動而變動。

往復泵的缺點:流量不是很穩定。同流量下比離心泵龐大;機構複雜;資金用量大;不易維修等。

6

雙動往復泵

工作原理:雙動往復泵工作時活塞右移,左下吸液,右上排液。活塞左移,右下吸液,左上排液。活塞往復一次,有兩次吸、排液,流量更加均勻。

7

活塞泵

工作原理:活塞泵又叫電動往復泵,從結構分為單缸和多缸。活塞泵工作時,借活塞在汽缸內的往復作用使缸內容積反覆變化,以吸入和排出流體。

活塞泵的性能特點:

活塞泵適用於高壓、小流量的場合,特別是流量小於100m3/h,排出壓力大於9.8兆帕時,更顯示出它較高的效率和良好的運行性能。

吸入性能好,能抽吸各種不同介質、不同粘度的液體,可用於油田、煤層注水、注油、採油。若過流部件為不鏽鋼時,可輸送腐蝕性液體。另外根據結構材質的不同還可以輸送高溫焦油、礦泥、高濃度灰漿、高粘度液體等。

活塞泵在石油化學工業、機械製造工業、造紙、食品加工、醫藥生產等方面應用很廣。

8

液壓柱塞泵

工作原理:液壓柱塞泵或固體泵,由液壓動力包驅動液壓油缸,液壓油缸推進輸送缸,將輸送缸內的物料輸出至管道。

一般分為單柱塞和雙柱塞,柱塞泵的基本原理很簡單,這種泵使用相對較大的運動水體的動量來將相對較小體積的水抽向高處。

液壓柱塞泵廣泛應用在污水處理,固體廢物處理,礦山冶金,清淤,疏浚,石油化工,電廠,水泥工業等領域。

9

泥漿泵

工作原理:常用的泥漿泵是活塞式或柱塞式的,由動力機帶動泵的曲軸迴轉,曲軸通過十字頭再帶動活塞或柱塞在泵缸中做往復運動。在吸入和排出閥的交替作用下,實現壓送與循環沖洗液的目的。

泥漿泵是指在鑽探過程中向鑽孔里輸送泥漿或水等沖洗液的機械,是鑽探設備的重要組成部分。

在常用的正循環鑽探中,是將地表沖洗介質──清水﹑泥漿或聚合物沖洗液在一定的壓力下,經過高壓軟管﹑水龍頭及鑽杆柱中心孔直送鑽頭的底端,以達到冷卻鑽頭、將切削下來的岩屑清除並輸送到地表的目的。

10

氣動隔膜泵

工作原理:氣動隔膜泵工作時為了使活柱不與腐蝕性料液直接接觸,將氣缸腔體與液料用隔膜分開,實質也是往復泵的原理。氣動隔膜泵其有四種材質:工程塑料、鋁合金、鑄鐵、不鏽鋼。

氣動隔膜泵的性能特點

採用壓縮空氣為動力源,可用於各種腐蝕性液體。根據不同液體介質可分別採用不同的材質,以滿足不同用戶的需要。

泵不會過熱:壓縮空氣作動力,在排氣時是一個膨脹吸熱的過程,氣動泵工作時溫度是降低的,無有害氣體排出。

不會產生電火花:氣動隔膜泵不用電力作動力,接地後又防止了靜電火花

可以通過含顆粒液體:因為容積式工作且進口為球閥,所以不容易被堵。

對物料的剪切力極低:工作時是怎麼吸進怎麼吐出,所以對物料的攪動最小,適用於不穩定物質的輸送

流量可調節,可以在物料出口處加裝節流閥來調節流量。

具有自吸的功能。

可以空運行,而不會有危險。

可以潛水工作。

可以輸送的流體極為廣泛,從低粘度的到高粘度的,從腐蝕性得到粘稠的。

沒有複雜的控制系統,沒有電纜、保險絲等。

體積小、重量輕,便於移動。

無需潤滑所以維修簡便,不會由於滴漏污染工作環境。

泵始終能保持高效,不會因為磨損而降低。

百分之百的能量利用,當關閉出口,泵自動停機,設備移動、磨損、過載、發熱

沒有動密封,維修簡便避免了泄漏。工作時無死點。

11

軸流管道泵

工作原理:軸流管道泵的葉輪設計成軸流式,轉速很高,如果電機功率、葉輪直徑、管道直徑足夠大的話,流量可以很大。

軸流管道泵的性能特點:

管道泵結構緊湊,機泵一體化,體積小,其立式結構具有安裝占地面積小,運行平穩,安裝無需調整。

泵進出口設計成規格相同法蘭,且位於同一中心在線,可象閥門一樣直接安裝在管路上,且中心低,便於管道布置,安裝方便。

泵與電機同軸,軸向尺寸短,使泵運行更加平穩,噪音低。

取消傳統軸封方式,避免了輸送介質的外泄,因此具有完全無泄漏的顯著特點。

12

自吸泵

工作原理:水泵啟動前先在泵殼內灌滿水(或泵殼內自身存有水)。啟動後葉輪高速旋轉使葉輪槽道中的水流向渦殼,這時入口形成真空,使進水逆止門打開,吸入管內的空氣進入泵內,並經葉輪槽道到達外緣。

自吸泵的性能特點:

自吸泵屬自吸式離心泵,具有結構緊湊、操作方便、運行平穩、維護容易、效率高、壽命長,並有較強的自吸能力等優點。

管路不需安裝底閥,工作前只需保證泵體內儲有定量引液即可。不同液體可採用不同材質自吸泵。

13

漩渦泵

工作原理:旋渦泵的葉片凹槽中的液體,被離心力甩向流道,一次增壓;流道中液體又因槽中液體被甩出形成低壓,再次進入凹槽,再次增壓;多次的凹槽一流道一凹槽的漩渦運動,從而獲得較高壓頭。

旋渦泵的優點:

W型單級直連旋渦泵是供吸送清水或物理化學性質類似於水的液體之用,使用液溫不超過60℃,常用於鍋爐給水的配套,在造船、輕紡、化工、冶金、機械製造、水產養殖、固定消防穩壓、熱交換機組、農業遠程噴灌等部門等都有廣泛的應用。

旋渦泵體積小、重量輕的特點在船舶裝置中具有極大的優越性。具有自吸能力或藉助於簡單裝置來實現自吸。

具有陡降的揚程特性曲線,因此,對系統中的壓力波動不敏感。某些旋渦泵可實現汽液混輸。這對於抽送含有氣體的易揮發的液體和汽化壓力很高的高溫液體具有重要的意義。

旋渦泵結構簡單、鑄造和加工工藝都容易實現,某些旋渦泵零件還可以使用非金屬材料,如塑料、尼龍模壓葉輪等。

旋渦泵的缺點:

效率較低,最高不超過55%,大多數旋渦泵的效率在20-40%,因此妨礙了其向大功率方向發展。

旋渦泵的汽蝕性能較差。

旋渦泵不能用來抽送粘性較大的介質。因隨著液體粘性的增加,泵的揚程和效率會急劇降低,介質的粘度限制在114 厘沲之內。

旋渦泵葉輪和泵體之間的徑向間隙和軸向間隙的要求較嚴給加工和裝配工藝帶來一定困難。

抽送的介質只限於純凈的液體。當液體中含有固體顆粒時,就會因磨損引起軸向和徑向的間隙增大而降低泵的性能或導致旋渦泵不能工作。

14

水環式真空泵

工作原理:水環式真空泵葉片的葉輪偏心地裝在圓柱形泵殼內。泵內注入一定量的水。葉輪旋轉時,將水甩至泵殼形成一個水環,環的內表面與葉輪輪轂相切。由於泵殼與葉輪不同心,右半輪轂與水環間的進氣空間4逐漸擴大,從而形成真空,使氣體經進氣管進入泵內進氣空間。隨後氣體進入左半部,由於轂環之間容積被逐漸壓縮而增高了壓強,於是氣體經排氣空間及排氣管被排至泵外。

水環式真空泵的優點:

結構簡單,製造精度要求不高,容易加工。

結構緊湊,泵的轉數較高,一般可與電動機直聯,無須減速裝置。故用小的結構尺寸,可以獲得大的排氣量,占地面積也小。

壓縮氣體基本上是等溫的,即壓縮氣體過程溫度變化很小。

由於泵腔內沒有金屬磨擦表面,無須對泵內進行潤滑,而且磨損很小。轉動件和固定件之間的密封可直接由水封來完成。

吸氣均勻,工作平穩可靠,操作簡單,維修方便。

水環式真空泵的缺點:

效率低,一般在30%左右,較好的可達50%。

真空度低,這不僅是因為受到結構上的限制,更重要的是受工作液飽和蒸氣壓的限制。用水作工作液,極限壓強只能達到2000~4000Pa。用油作工作液,可達130Pa。

總之,由於水環泵中氣體壓縮是等溫的,故可以抽除易燃、易爆的氣體。由於沒有排氣閥及摩擦表面,故可以抽除帶塵埃的氣體、可凝性氣體和氣水混合物。有了這些突出的特點,儘管它效率低,仍然得到了廣泛的應用。

15

羅茨真空泵

工作原理:羅茨泵的工作原理與羅茨鼓風機相似。由於轉子的不斷旋轉,被抽氣體從進氣口吸入到轉子與泵殼之間的空間v0內,再經排氣口排出。由於吸氣後v0空間是全封閉狀態,所以,在泵腔內氣體沒有壓縮和膨脹。但當轉子頂部轉過排氣口邊緣,v0空間與排氣側相通時,由於排氣側氣體壓強較高,則有一部分氣體返衝到空間v0中去,使氣體壓強突然增高。當轉子繼續轉動時,氣體排出泵外。

羅茨泵具有以下特點:

在較寬的壓強範圍內有較大的抽速;

起動快,能立即工作;

對被抽氣體中含有的灰塵和水蒸氣不敏感;

轉子不必潤滑,泵腔內無油;

振動小,轉子動平衡條件較好,沒有排氣閥;

驅動功率小,機械摩擦損失小;

結構緊湊,占地面積小;

運轉維護費用低。

因此,羅茨泵在冶金、石油化工、造紙、食品、電子工業部門得到廣泛的應用。

16

旋片式真空泵

工作原理:旋片泵的旋片把轉子、泵腔和兩個端蓋所圍成的月牙形空間分隔成A、B、C三部分,當轉子按箭頭方向旋轉時,與吸氣口相通的空間A的容積是逐漸增大的,正處於吸氣過程。而與排氣口相通的空間C的容積是逐漸縮小的,正處於排氣過程。居中的空間B的容積也是逐漸減小的,正處於壓縮過程。

由於空間A的容積是逐漸增大(即膨脹),氣體壓強降低,泵的入口處外部氣體壓強大於空間A內的壓強,因此將氣體吸入。當空間A與吸氣口隔絕時,即轉至空間B的位置,氣體開始被壓縮,容積逐漸縮小,最後與排氣口相通。當被壓縮氣體超過排氣壓強時,排氣閥被壓縮氣體推開,氣體穿過油箱內的油層排至大氣中。由泵的連續運轉,達到連續抽氣的目的。如果排出的氣體通過氣道而轉入另一級(低真空級),由低真空級抽走,再經低真空級壓縮後排至大氣中,即組成了雙級泵。這時總的壓縮比由兩級來負擔,因而提高了極限真空度。

旋片式真空泵的性能特點:

旋片式真空泵是一種油封式機械真空泵,屬於低真空泵,可單獨使用,也可作為其它高真空泵或超高真空泵的前級泵。廣泛地應用於冶金、機械、軍工、電子、化工、輕工、石油及醫藥等生產和科研部門。

體積小、重量輕、噪音低;

設有氣鎮閥,可抽除少量水蒸氣;

設有自動防返油止回閥,啟動方便;

進氣口連續暢通大氣運轉不得超過一分種;

不適用於抽除對金屬有腐蝕的,對泵油起化學反應的,含有顆粒塵埃的氣體,以及含氧過高的,有爆炸性的,有毒的氣體。

17

氣氣增壓泵

工作原理:氣氣增壓泵以壓縮空氣為動力,將低壓氣體壓力升高後連續輸出,最終輸出壓力可升高至動力源壓力的兩倍甚至數十倍,是無污染的氣體增壓裝置。

根據輸出壓力和結構形式又分成低壓泵和高壓泵。

低壓泵主要用於當現場氣源壓力不足或不穩定,不能保證氣動裝置的最低使用壓力時,維持氣動裝置正常工作,滿足設備的局部高壓用氣要求。

高壓泵主要用於增壓非普通壓縮空氣場合,如把氮氣、氦氣、氬氣等增壓至幾十兆帕並裝入高壓儲氣罐。

氣氣增壓泵的性能特點:

工作壓力範圍大,選用不同型號的泵可獲得不同的壓力區域,調節輸入氣壓輸出氣壓相應得到調整。可達到極高的壓力,氣體90Mpa

流量範圍廣,對所有型號泵僅0.1Kg氣壓就能平穩工作,此時獲得最小的流量,調節進氣量後可得到不同的流量。

易於控制,從簡單的手動控制到完全的自動控制均可滿足要求。

自動重新啟動,無論何種原因造成保壓迴路壓力下降,將自動重新啟動,補充泄漏壓力,保持迴路壓力恆定。

操作安全,採用氣體驅動,無電弧及火花,可在危險場合使用。

最大節能可達70%,因為保持保壓不消耗任何能量。

18

氣液增壓泵

工作原理:氣液增壓泵由單向閥控制的高壓柱塞不斷的將液體排出,增壓泵的出口壓力大小與空氣驅動壓力有關。當驅動部分和輸出液體部分之間的壓力達到平衡時,增壓泵會停止運行,不再消耗空氣。當輸出壓力下降或空氣驅動壓力增加時,增壓泵會自動啟動運行,直到再次達到壓力平衡後自動停止。

採用單氣控非平衡氣體分配閥來實現泵的自動往復運動,泵體氣驅部分採用鋁合金製造。接液部分根據介質不同選用碳鋼或不鏽鋼,泵的全套密封件均為進口優質產品,從而保證了氣液增壓泵的性能。

氣液增壓泵的性能特點:

輸出壓力高:液泵最大可達640MPa,氣泵最大可至200MPa

使用範圍廣:工作介質可為液壓油.水及大部分化學腐蝕性液體,而且可靠性高,免維護壽命長。

輸出流量範圍廣:對所有型號泵僅需較小驅動氣壓就能平穩工作,此時獲得較小流量,調節驅動進氣量後可獲得不同流量。

應用靈活:選用不同型號的泵,可獲得不同的壓力區域。

易於調節:在泵的壓力範圍內,調節調節閥從而調節進氣壓力,輸出液壓相應相應得到無極調整。

自動保壓:無論何種原因造成保壓迴路壓力下降,將自動啟動,補充泄漏壓力,保持迴路壓力恆定。

操作安全:採用氣體驅動,無電弧及火花,可在危險場所使用。

19

蒸汽噴射泵

工作原理:蒸汽噴射泵工作時蒸汽進入噴嘴後,高速噴出,產生低壓,將氣體吸入並在混合室混合,經擴大管後,動能轉變為壓強能。如果吸入的氣體來自容器,容器減壓,即可稱作噴射真空泵。

蒸汽噴射泵的性能特點:

該泵無機械運動部分,不受摩擦、潤滑、振動等條件限制,因此可製成抽氣能力很大的泵。只要泵的結構材料選擇適當,對於排除具有腐蝕性氣體、含有機械雜質的氣體以及水蒸等場合極為有利。

結構簡單、重量輕,占地面積小。

工作蒸汽壓力為4~9×105Pa,在一般的冶金、化工、醫藥等企業中都具備這樣的水蒸汽源。

《工業水處理》

工業水處理雜誌社

中國化工學會工業水處理專委會


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