工作原理

一、什么是泵？

泵是輸送液體或使液體增壓的機(jī)械。它將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加。

泵主要用來輸送水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態(tài)金屬等液體，也可輸送液、氣混合物及含懸浮固體物的液體。

泵通常可按工作原理分為容積式泵、動(dòng)力式泵和其他類型泵三類。除按工作原理分類外，還可按其他方法分類和命名。如，按驅(qū)動(dòng)方法可分為電動(dòng)泵和水輪泵等；按結(jié)構(gòu)可分為單級(jí)泵和多級(jí)泵；按用途可分為鍋爐給水泵和計(jì)量泵等；按輸送液體的性質(zhì)可分為水泵、油泵和泥漿泵等。

泵的各個(gè)性能參數(shù)之間存在著一定的相互依賴變化關(guān)系，可以畫成曲線來表示，稱為泵的特性曲線，每一臺(tái)泵都有自己特定的特性曲線。

二、泵的定義與歷史來源

輸送液體或使液體增壓的機(jī)械。廣義上的泵是輸送流體或使其增壓的機(jī)械，包括某些輸送氣體的機(jī)械。泵把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能或其他能源的能量傳給液體，使液體的能量增加。

水的提升對(duì)于人類生活和生產(chǎn)都十分重要。古代已有各種提水器具，如埃及的鏈泵（前17世紀(jì)）、中國的桔槔（前17世紀(jì)）、轆轤（前11世紀(jì)）、水車（公元1世紀(jì)） ，以及公元前3世紀(jì)古希臘阿基米德發(fā)明的螺旋桿等。公元前200年左右，古希臘工匠克特西比烏斯發(fā)明了原始的活塞泵-滅火泵。早在1588年就有了關(guān)于4葉片滑片泵的記載， 以后陸續(xù)出現(xiàn)了其他各種回轉(zhuǎn)泵 。1689年，法國的D.帕潘發(fā)明了4葉片葉輪的蝸殼離心泵。1818年 ，美國出現(xiàn)了具有徑向直葉片 、半開式雙吸葉輪和蝸殼的離心泵。1840～1850年，美國的H.R.沃辛頓發(fā)明了泵缸和蒸汽缸對(duì)置的蒸汽直接作用的活塞泵，標(biāo)志著現(xiàn)代活塞泵的形成。1851～1875年，帶有導(dǎo)葉的多級(jí)離心泵相繼發(fā)明，使發(fā)展高揚(yáng)程離心泵成為可能。隨后，各種泵相繼問世。隨著各種先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，泵的效率逐步提高，性能范圍和應(yīng)用也日漸擴(kuò)大。

三、泵的分類依據(jù)


泵的種類繁多，按工作原理可分為：①動(dòng)力式泵，又叫葉輪式泵或葉片式泵，依靠旋轉(zhuǎn)的葉輪對(duì)液體的動(dòng)力作用，把能量連續(xù)地傳遞給液體，使液體的動(dòng)能（為主）和壓力能增加，隨后通過壓出室將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能，又可分為離心泵、軸流泵、部分流泵和旋渦泵等。②容積式泵，依靠包容液體的密封工作空間容積的周期性變化，把能量周期性地傳遞給液體，使液體的壓力增加至將液體強(qiáng)行排出，根據(jù)工作元件的運(yùn)動(dòng)形式又可分為往復(fù)泵和回轉(zhuǎn)泵。③其他類型的泵，以其他形式傳遞能量。如射流泵依靠高速噴射的工作流體將需輸送的流體吸入泵后混合，進(jìn)行動(dòng)量交換以傳遞能量；水錘泵利用制動(dòng)時(shí)流動(dòng)中的部分水被升到一定高度傳遞能量 ；電磁泵是使通電的液態(tài)金屬在電磁力作用下產(chǎn)生流動(dòng)而實(shí)現(xiàn)輸送。另外，泵也可按輸送液體的性質(zhì)、驅(qū)動(dòng)方法、結(jié)構(gòu)、用途等進(jìn)行分類。

四、泵在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

從泵的性能范圍看，巨型泵的流量每小時(shí)可達(dá)幾十萬立方米以上，而微型泵的流量每小時(shí)則在幾十毫升以下；泵的壓力可從常壓到高達(dá)19.61Mpa(200kgf/cm2)以上；被輸送液體的溫度低達(dá)-200攝氏度以下，高可達(dá)800攝氏度以上。泵輸送液體的種類繁多，諸如輸送水（清水、污水等）、油液、酸堿液、懸浮液、和液態(tài)金屬等。

在化工和石油部門的生產(chǎn)中，原料、半成品和成品大多是液體，而將原料制成半成品和成品，需要經(jīng)過復(fù)雜的工藝過程，泵在這些過程中起到了輸送液體和提供化學(xué)反應(yīng)的壓力流量的作用，此外，在很多裝置中還用泵來調(diào)節(jié)溫度。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，泵是主要的排灌機(jī)械。我國農(nóng)村幅原廣闊，每年農(nóng)村都需要大量的泵，一般來說農(nóng)用泵占泵總產(chǎn)量一半以上。

在礦業(yè)和冶金工業(yè)中，泵也是使用多的設(shè)備。礦井需要用泵排水，在選礦、冶煉和軋制過程中，需用泵來供水先等。

在電力部門，核電站需要核主泵、二級(jí)泵、三級(jí)泵、熱電廠需要大量的鍋爐給水泵、冷凝水泵、循環(huán)水泵和灰渣泵等。

在國防建設(shè)中，飛機(jī)襟翼、尾舵和起落架的調(diào)節(jié)、軍艦和坦克炮塔的轉(zhuǎn)動(dòng)、潛艇的沉浮等都需要用泵。高壓和有放射性的液體，有的還要求泵無任何泄漏等。

在船舶制造工業(yè)中，每艘遠(yuǎn)洋輪上所用的泵一般在百臺(tái)以上，其類型也是各式各樣的。其它如城市的給排水、蒸汽機(jī)車的用水、機(jī)床中的潤滑和冷卻、紡織工業(yè)中輸送漂液和染料、造紙工業(yè)中輸送紙漿，以及食品工業(yè)中輸送牛奶和糖類食品等，都需要有大量的泵。

總之，無論是飛機(jī)、火箭、坦克、潛艇、還是鉆井、采礦、火車、船舶，或者是日常的生活，到處都需要用泵，到處都有泵在運(yùn)行。正是這樣，所以把泵列為通用機(jī)械，它是機(jī)械工業(yè)中的一類生要產(chǎn)品。

五、泵的基本參數(shù)

表征泵主要性能的基本參數(shù)有以下幾個(gè)：

1、流量Q

流量是泵在單位時(shí)間內(nèi)輸送出去的液體量（體積或質(zhì)量）。

體積流量用Q表示，單位是：m3/s，m3/h，l/s等。

質(zhì)量流量用Qm表示，單位是：t/h，kg/s等。

質(zhì)量流量和體積流量的關(guān)系為：

Qm=ρQ

式中　ρ——液體的密度（kg/m3，t/m3），常溫清水ρ=1000kg/m3。

2、揚(yáng)程H

揚(yáng)程是泵所抽送的單位重量液體從泵進(jìn)口處（泵進(jìn)口法蘭）到泵出口處（泵出口法蘭）能量的增值。也就是一牛頓液體通過泵獲得的有效能量。其單位是N·m/N=m，即泵抽送液體的液柱高度，習(xí)慣簡稱為米。

　3、轉(zhuǎn)速n

轉(zhuǎn)速是泵軸單位時(shí)間的轉(zhuǎn)數(shù)，用符號(hào)n表示，單位是r/min。

4、汽蝕余量NPSH

汽蝕余量又叫凈正吸頭，是表示汽蝕性能的主要參數(shù)。汽蝕余量國內(nèi)曾用Δh表示。

5、功率和效率

泵的功率通常是指輸入功率，即原動(dòng)機(jī)傳支泵軸上的功率，故又稱為軸功率，用P表示；

泵的有效功率又稱輸出功率，用Pe表示。它是單位時(shí)間內(nèi)從泵中輸送出去的液體在泵中獲得的有效能量。

因?yàn)閾P(yáng)程是指泵輸出的單位重液體從泵中所獲得的有效能量，所以，揚(yáng)程和質(zhì)量流量及重力加速度的乘積，就是單位時(shí)間內(nèi)從泵中輸出的液體所獲得的有效能量——即泵的有效功率：

Pe=ρgQH(W)=γQH(W)

式中　ρ——泵輸送液體的密度（kg/m3）；

γ——泵輸送液體的重度（N/m3）；

Q——泵的流量（m3/s）；

H——泵的揚(yáng)程（m）；

g——重力加速度(m/s2)。

軸功率P和有效功率Pe之差為泵內(nèi)的損失功率，其大小用泵的效率來計(jì)量。泵的效率為有效功率和軸功率之比，用η表示。

六、什么叫流量？用什么字母表示？如何換算？


單位時(shí)間內(nèi)泵排出液體的體積叫流量，流量用Q表示，計(jì)量單位：立方米/小時(shí)（m3/h）,升/秒（l/s）, L/s=3.6 m3/h=0.06 m3/min=60L/min
G=Qρ G為重量 ρ為液體比重
例:某臺(tái)泵流量50 m3/h，求抽水時(shí)每小時(shí)重量？水的比重ρ為1000公斤/立方米。
解：G=Qρ=50×1000(m3/h·kg/ m3)=50000kg / h=50t/h

七、什么叫揚(yáng)程？用什么字母表示？用什么計(jì)量單位？和壓力的換算及公式？


單位重量液體通過泵所獲得的能量叫揚(yáng)程。泵的揚(yáng)程包括吸程在內(nèi)，近似為泵出口和入口壓力差。揚(yáng)程用H表示，單位為米（m）。泵的壓力用P表示，單位為Mpa（兆帕），H=P/ρ.如P為1kg/cm2，則H=（lkg/ cm2)/(1000kg/ m3) H=(1kg/ cm2)/(1000公斤/m3)=(10000公斤/m2)/1000公斤/m3=10m
1Mpa=10kg/c m2,H=(P2-P1)/ρ (P2=出口壓力 P1=進(jìn)口壓力)

八、什么叫汽蝕余量？什么叫吸程？各自計(jì)量單位表示字母？

泵在工作時(shí)液體在葉輪的進(jìn)口處因一定真空壓力下會(huì)產(chǎn)生汽體，汽化的氣泡在液體質(zhì)點(diǎn)的撞擊運(yùn)動(dòng)下，對(duì)葉輪等金屬表面產(chǎn)生剝蝕，從而破壞葉輪等金屬，此時(shí)真空壓力叫汽化壓力，汽蝕余量是指在泵吸入口處單位重量液體所具有的超過汽化壓力的富余能量。單位用米標(biāo)注，用（NPSH）r。吸程即為必需汽蝕余量Δh：即泵允許吸液體的真空度，亦即泵允許的安裝高度，單位用米。
吸程=標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（10.33米）-汽蝕余量-安全量（0.5米）
標(biāo)準(zhǔn)大氣壓能壓管路真空高度10.33米。
例如：某泵必需汽蝕余量為4.0米，求吸程Δh？
解：Δh=10.33-4.0-0.5=5.83米

九、什么是水泵的汽蝕現(xiàn)象以及其產(chǎn)生原因

1、汽蝕

液體在一定溫度下，降低壓力至該溫度下的汽化壓力時(shí)，液體便產(chǎn)生汽泡。把這種產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象稱為汽蝕。

2、汽蝕潰滅

汽蝕時(shí)產(chǎn)生的氣泡，流動(dòng)到高壓處時(shí)，其體積減小以致破滅。這種由于壓力上升氣泡消失在液體中的現(xiàn)象稱為汽蝕潰滅。

3、產(chǎn)生汽蝕的原因及危害

泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中，若其過流部分的局部區(qū)域（通常是葉輪葉片進(jìn)口稍后的某處）因?yàn)槟撤N原因，抽送液體的絕對(duì)壓力降低到當(dāng)時(shí)溫度下的液體汽化壓力時(shí)，液體便在該處開始汽化，產(chǎn)生大量蒸汽，形成氣泡，當(dāng)含有大量氣泡的液體向前經(jīng)葉輪內(nèi)的高壓區(qū)時(shí)，氣泡周圍的高壓液體致使氣泡急劇地縮小以至破裂。在氣泡凝結(jié)破裂的同時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)以很高的速度填充空穴，在此瞬間產(chǎn)生很強(qiáng)烈的水擊作用，并以很高的沖擊頻率打擊金屬表面沖擊應(yīng)力可達(dá)幾百至幾千個(gè)大氣壓，沖擊頻率可達(dá)每秒幾萬次，嚴(yán)重時(shí)會(huì)將壁厚擊穿。

4、汽蝕過程

在水泵中產(chǎn)生氣泡和氣泡破裂使過流部件遭受到破壞的過程就是水泵中的汽蝕過程。水泵產(chǎn)生汽蝕后除了對(duì)過流部件會(huì)產(chǎn)生破壞作用以外，還會(huì)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，并導(dǎo)致泵的性能下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使泵中液體中斷，不能正常工作。

十、什么是泵的特性曲線？

通常把表示主要性能參數(shù)之間關(guān)系的曲線稱為離心泵的性能曲線或特性曲線，實(shí)質(zhì)上，離心泵性能曲線是液體在泵內(nèi)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的外部表現(xiàn)形式，通過實(shí)測求得。特性曲線包括：流量-揚(yáng)程曲線（Q-H），流量-效率曲線（Q-η），流量-功率曲線（Q-N），流量-汽蝕余量曲線（Q-（NPSH）r），性能曲線作用是泵的任意的流量點(diǎn)，都可以在曲線上找出一組與其相對(duì)的揚(yáng)程，功率，效率和汽蝕余量值，這一組參數(shù)稱為工作狀態(tài)，簡稱工況或工況點(diǎn)，離心泵高效率點(diǎn)的工況稱為佳工況點(diǎn)，佳工況點(diǎn)一般為設(shè)計(jì)工況點(diǎn)。一般離心泵的額定參數(shù)即設(shè)計(jì)工況點(diǎn)和佳工況點(diǎn)相重合或很接近。在實(shí)踐選效率區(qū)間運(yùn)行，即節(jié)能，又能保證泵正常工作，因此了解泵的性能參數(shù)相當(dāng)重要。

十一、什么叫泵的效率？公式如何？


指泵的有效功率和軸功率之比。η=Pe/P
泵的功率通常指輸入功率，即原動(dòng)機(jī)傳到泵軸上的功率，故又稱軸功率，用P表示。
有效功率即：泵的揚(yáng)程和質(zhì)量流量及重力加速度的乘積。
Pe=ρg QH (W) 或Pe=γQH/1000 （KW）
ρ：泵輸送液體的密度（kg/m3）
γ：泵輸送液體的重度 γ=ρg （N/ m3）
g：重力加速度（m/s）
質(zhì)量流量 Qm=ρQ (t/h 或 kg/s)

十二、什么是泵的全性能測試臺(tái)？

能通過精密儀器準(zhǔn)確測試出泵的全部性能參數(shù)的設(shè)備為全性能測試臺(tái)。國家標(biāo)準(zhǔn)精度為B級(jí)。流量用精密蝸輪流量計(jì)測定，揚(yáng)程用精密壓力表測定。吸程用精密真空表測定。功率用精密軸功率機(jī)測定。轉(zhuǎn)速用轉(zhuǎn)速表測定。效率根據(jù)實(shí)測值：n=rQ102計(jì)算。