I. Definisjon og oversikt over pumper
En pumpe, som en mye brukt mekanisk enhet på ulike felt, er dens kjernefunksjon å transportere væsker (som vann, olje, etc.) fra ett sted til et annet. Med drivverket til pumpen kan væskene effektivt og stabilt fullføre transportoppgaven, og møte ulike produksjons- og levebehov.
En pumpe er en mekanisk enhet som brukes til å transportere ulike væsker. Dens bruksområde er omfattende, og dekker vann, olje, syre og alkaliløsninger, emulsjoner, suspensjoner, flytende metaller osv. I tillegg kan giroljepumper også transportere flytende-gassblandinger og væsker som inneholder suspenderte faste stoffer.
Pumper kan klassifiseres i tre hovedkategorier basert på deres arbeidsprinsipper: positive fortrengningspumper, impellerpumper og andre typer pumper. Det er verdt å merke seg at klassifiseringen av nedsenkbare pumper er mer mangfoldig. I tillegg til å klassifiseres i henhold til arbeidsprinsippet, kan de også kategoriseres og navngis basert på kjøremetode, struktur, formål og arten av væsken som transporteres.
Det er komplekse innbyrdes avhengige endringer mellom ulike ytelsesparametere til pumpen, og disse forholdene kan vises intuitivt gjennom karakteristiske kurver. Hver pumpe har sin egen unike karakteristikkkurve, som gjenspeiler dens spesifikke ytelsesegenskaper. Som en mekanisk enhet for å transportere væsker eller øke trykket på væsker, overfører pumpen den mekaniske energien til drivmotoren eller annen ekstern energi til væsken, og oppnår derved en økning i væskens energi.
II. Definisjon og historisk opprinnelse til pumpen
En pumpe, en mekanisk enhet for å transportere væsker eller øke trykket på væsker, har en historie tilbake til antikken. Grovt sett brukes en pumpe ikke bare for å transportere væsker, men inkluderer også visse mekaniske enheter spesielt designet for transport av gasser. Ved å overføre den mekaniske energien til drivkraften eller energien fra andre kilder til væsken, oppnår pumpen en økning i væskens energi.
Den økende etterspørselen etter vannløfting fra mennesker førte til fremveksten av forskjellige vannløfteinnretninger. For eksempel ble kjedepumpen i Egypt oppfunnet rundt 1700 f.Kr., mens Kina hadde eldgamle vannløfteverktøy som spaker, ankerspill og vannhjul. I antikkens Hellas oppfant Arkimedes skruestangen i det 3. århundre f.Kr., og la grunnlaget for senere pumpeteknologi.
Over tid oppfant den antikke greske håndverkeren Ktesibius den primitive stempelpumpen - brannslukkingspumpen - rundt 200 f.Kr. Så, i 1588, var det en registrering av 4-blads glidevingepumpe, som markerte den første utviklingen av rotasjonspumpen. I 1689 innoverte D. Papan fra Frankrike ytterligere og oppfant voluttsentrifugalpumpen med 4-blads skovlhjul.
På 1700-tallet dukket sentrifugalpumper med radielle rette blader, semi-åpne doble-sughjul og volutter, samt stempelpumper drevet direkte av damp, opp suksessivt i USA. Disse innovasjonene bidro til dannelsen og utviklingen av moderne pumpeteknologi.
Med den kontinuerlige utviklingen av teknologi, mellom 1840 og 1850, oppfant HR Worsington fra USA en dampdirekte-stempelpumpe med pumpesylinderen og dampsylinderen plassert overfor hverandre, og la grunnlaget for forbedringen av moderne stempelpumper. Og fra 1851 til 1875 gjorde fødselen av flertrinns sentrifugalpumper utviklingen av sentrifugalpumper med høy-høyde mulig.
Siden den gang har ulike nye typer pumper dukket opp kontinuerlig, med gradvis bedre effektivitet, og spekteret av ytelse og bruksområder har også blitt stadig mer omfattende.
III. Klassifisering av pumper
Pumper, som er mye brukt i ulike felt, kommer i en rekke typer og er klassifisert på mange måter. I henhold til deres arbeidsprinsipper kan pumper hovedsakelig deles inn i tre kategorier:
For det første er det den positive fortrengningspumpen, også kjent som impellerpumpen eller vingepumpen. Denne typen pumpe bruker et roterende impeller for å påføre kraft på væsken, kontinuerlig overføre energi til væsken og øke dens kinetiske energi og trykk. Deretter omdannes den kinetiske energien til trykkenergi gjennom utløpskammeret. Positive fortrengningspumper inkluderer blant annet sentrifugalpumper, aksialstrømspumper, delstrømspumper og virvelpumper.
Den neste typen er den volumetriske pumpen. Denne typen pumpe overfører energi ved periodisk å endre volumet til det forseglede arbeidsrommet, og dermed øke trykket på væsken og tvinge den til å slippes ut. Volumetriske pumper kan videre klassifiseres i stempelpumper og rotasjonspumper basert på bevegelsesformen til arbeidselementene.
I tillegg finnes det andre typer pumper som overfører energi på unike måter. Jetpumper er for eksempel avhengige av høyhastighetsstrålen til arbeidsvæsken for å trekke inn og blande væsken som skal transporteres, og oppnå energioverføring gjennom momentumutveksling; membranpumper og vannhammerpumper utnytter vannhammereffekten under bremsing for å overføre energi; mens elektromagnetiske pumper oppnår væsketransport gjennom strømmen av flytende metall under påvirkning av en elektrisk strøm og elektromagnetisk kraft.
Videre kan pumper klassifiseres ytterligere basert på egenskapene til væsken som transporteres, kjøremetoden, strukturen og formålet.
IV. Anvendelser av pumper i forskjellige felt
Ytelsesspekteret til pumper er omfattende, alt fra gigantiske pumper med en strømningshastighet på flere hundre tusen kubikkmeter i timen til miniatyrpumper med en strømningshastighet på mindre enn flere desiliter i timen; deres trykkområde kan også variere fra normalt trykk til så høyt som 19,61 Mpa (200 kgf/cm2) eller høyere. Dessuten er temperaturen og typen på væsken som transporteres også forskjellig, for eksempel vann (klart vann, kloakk, etc.), olje, syrer og baser, suspensjoner og flytende metaller, etc.
I produksjonen av kjemisk og petroleumssektoren spiller pumper en avgjørende rolle. Siden råvarene, -halvfabrikatene og de ferdige produktene stort sett er væsker, transporterer pumper i disse komplekse prosessene ikke bare væskene, men gir også trykket og flyten som kreves for kjemiske reaksjoner. Samtidig brukes de også i mange enheter for å regulere temperaturer.
I landbruksproduksjon er pumper det viktigste vannings- og dreneringsmaskineriet. Landdistriktene i landet vårt er enorme, og det trengs et stort antall pumper hvert år for å støtte landbruksproduksjonen. Generelt sett står landbrukspumper for halvparten av den totale produksjonen av pumper.
Gruvedrift og metallurgisk industri er også viktige bruksområder for pumper. I disse industriene krever prosesser som gruvedrenering, mineralbehandling, smelting og valsing støtte fra pumper.
I kraftsektoren, enten det er et kjernekraftverk eller et termisk kraftverk, spiller pumper en avgjørende rolle. Atomkraftverk trenger hovedpumper, sekundære pumper og tertiære pumper for å sikre stabil drift av kjernefysiske reaksjoner; mens termiske kraftverk er avhengige av et stort antall kjelematepumper, kondensatpumper, sirkulasjonspumper og slagg- og askepumper for å opprettholde normal drift av kraftverket.
Forsvarskonstruksjon kan heller ikke klare seg uten bruk av pumper. Justering av flyklaffer, ror og landingsutstyr, rotasjon av krigsskip og tanktårn, samt nedsenking og oppstigning av ubåter, krever alle pumper for å gi de nødvendige kraft- og justeringsfunksjonene. Dessuten, for visse høyt trykk og radioaktive væsker under transport og håndtering, er kravet til pumpelekkasjefri drift ekstremt høyt.
I skipsbyggingsindustrien brukes hundrevis av forskjellige typer pumper på hvert havgående fartøy. Fra propellpumpene som driver skipet til ulike pumper som opprettholder miljøet i skipslugarene, de er alle uunnværlige. Dessuten er vannforsynings- og dreneringssystemene i byer, vannet som brukes av damplokomotiver, smøring og kjøling i maskinverktøy, transport av fargestoffer i tekstilindustrien og transport av melk og sukkerprodukter i næringsmiddelindustrien, alt avhengig av støtte fra pumper.
Avslutningsvis er pumper allestedsnærværende på ulike felt, inkludert romfart, militærutstyr, industriell produksjon og dagligliv, og spiller en uunnværlig rolle. Derfor er pumper klassifisert som generelle maskiner og blir et uunnværlig og viktig produkt i mekanisk industri.
V. Grunnleggende parametre for pumper
Pumper, som en viktig komponent i generelt maskineri, påvirker deres ytelse direkte driftseffektiviteten i ulike bruksscenarier. For å forstå ytelsen til pumper fullt ut, må vi først fokusere på flere viktige grunnleggende parametere. Disse parametrene gjenspeiler ikke bare de iboende egenskapene til pumpene, men gir også avgjørende veiledning for valg og bruk.
1. Strømningshastighet Q
Strømningshastighet er en viktig indikator for å måle hvor mye væske en pumpe kan transportere innenfor en tidsenhet, vanligvis uttrykt i volum eller masse. Volumstrømningshastighet er betegnet med Q, og enhetene inkluderer m3/s, m3/h og l/s osv. Mens massestrømningshastigheten er representert ved Qm, og enhetene er t/h, kg/s osv. Forholdet mellom disse to kan etableres gjennom formelen Qm=ρQ, hvor ρ representerer tettheten til væsken. For vann ved normal temperatur er tettheten ρ omtrent 1000 kg/m3.
2. Hode H
Hode refererer til energiøkningen i en enhetsvekt av væske etter at den er pumpet av pumpen, fra pumpens innløp (dvs. pumpens innløpsflens) til utløpet (dvs. pumpens utløpsflens). Dette tilsvarer den effektive energien som oppnås av en Newton væske når den passerer gjennom pumpen. Enheten er N·m/N, som også er kjent som meter. Den representerer høyden på væskesøylen som pumpen pumper, og kalles derfor også ganske enkelt meter.
3. Rotasjonshastighet n
Hastighet refererer til antall rotasjoner av pumpeakselen innenfor en tidsenhet, vanligvis betegnet med symbolet n, og enheten er omdreininger per minutt (r/min).
4. Sugehodemargin
Sugehodemargin, også kjent som netto positivt sugehode, er en nøkkelparameter for å måle kavitasjonsytelse. I Kina var denne parameteren tidligere representert med Δh.
5. Kraft og effektivitet
Kraften til en pumpe blir vanligvis referert til som inngangseffekten, som er kraften som overføres fra drivmotoren til pumpeakselen og er også kjent som akselkraft, betegnet med P. Den effektive kraften til pumpen, eller utgangseffekten, er representert av Pe, og den måler den effektive energien som oppnås av væsken som slippes ut fra pumpen innen en tidsenhet.
Det er verdt å merke seg at hodet nøyaktig representerer denne effektive energien. Spesifikt refererer hodet til den effektive energien som en enhet med tung væske mottar når den pumpes ut av pumpen. Derfor, ved å multiplisere trykkhøyden, massestrømningshastigheten og gravitasjonsakselerasjonen, kan vi beregne den effektive energien som en enhet av væskeutgang fra pumpen får på en gitt tid, som er den effektive kraften til pumpen:
Pe=ρgQH (W)=QH (W)
Blant dem representerer ρ tettheten til væsken som pumpes av pumpen (kg/m³), er den spesifikke vekten til væsken som pumpes av pumpen (N/m³), Q er strømningshastigheten til pumpen (m³/s), H er pumpehodet (m), og g er akselerasjonen på grunn av tyngdekraften (m/s²).
Forskjellen mellom akseleffekten P og den effektive effekten Pe representerer krafttapet i pumpen. For å kvantifisere dette tapet introduserer vi konseptet pumpeeffektivitet, som uttrykkes som forholdet mellom den effektive kraften og akselkraften og er betegnet med η.
VI. Definisjon og konvertering av trafikk
Strømningshastighet, som er volumet av væske som slippes ut av pumpen per tidsenhet, er betegnet med Q. Dens enheter inkluderer kubikkmeter per time (m3/h), liter per sekund (l/s), etc. Det er verdt å merke seg at 1 liter per sekund tilsvarer 3,6 kubikkmeter per time, som også er lik 0,06 kubikkmeter per minutt eller 60 kubikkmeter per minutt. I tillegg kan vi beregne vekten som pumpes per time ved å bruke strømningshastigheten og væskens egenvekt, betegnet med G, der ρ representerer væskens egenvekt. For eksempel, hvis en bestemt pumpe har en strømningshastighet på 50 kubikkmeter per time, når vi pumper vann, ønsker vi å vite hvor mye vekt som kan pumpes per time? Forutsatt at vannets egenvekt ρ er 1000 kilogram per kubikkmeter, kan vi beregne ved å bruke formelen G=Qρ, noe som resulterer i et resultat på 50 000 kilogram per time, eller 50 tonn per time.
VII. Definisjon og konvertering av hode
Hode, som er energien som oppnås av en enhetsvekt av væske som passerer gjennom en pumpe, er betegnet med H og måles i meter (m). Den inkluderer sugehodet og er omtrent lik trykkforskjellen mellom pumpeutløpet og innløpet. I mellomtiden er pumpens trykk representert med P og måles i Mpa (megapascal). Det er verdt å merke seg at det er et visst konverteringsforhold mellom hode og trykk. Den spesifikke formelen er H=P/ρ, der ρ er væskens egenvekt. For eksempel, når P er 1 kg/cm², kan vi bruke formelen til å beregne at H er omtrent 10 meter.
1 Mpa er lik 10 kg/cm². Hodet H kan beregnes ved å bruke formelen H=(P2 - P1) / ρ, der P2 representerer utløpstrykket, P1 representerer innløpstrykket og ρ er væskens egenvekt.
Deretter vil vi diskutere begrepene kavitasjonsmargin og sugeløft, samt deres måleenheter. Kavitasjon refererer til fenomenet der, under drift av en pumpe, væske ved innløpet til pumpehjulet genererer damp på grunn av vakuumtrykket. Disse fordampede boblene, ved støt med væskepartiklene, forårsaker erosjon av metalloverflatene, slik som impelleren, og skader derved disse metallkomponentene. Dette vakuumtrykket er kjent som fordampningstrykk. Kavitasjonsmarginen, derimot, refererer til energien som en enhetsvekt av væske ved pumpens sugeinntak besitter over fordampningstrykket. Det måles i meter og er vanligvis betegnet med NPSHr.
Sugehode, også kjent som nødvendig kavitasjonsmargin Δh, er vakuumgraden som pumpen kan suge inn væske ved. Det er installasjonshøyden tillatt for pumpen, og enheten er også meter. Formelen for beregning av sugehodet er: Sugehode=Standard atmosfærisk trykk - Kavitasjonsmargin - Sikkerhetsmargin. Blant dem er vakuumhøyden til rørledningen generert av standard atmosfærisk trykk 10,33 meter, og sikkerhetsmarginen tas vanligvis til 0,5 meter.
For eksempel, for en viss pumpe, er dens nødvendige sugeløft 4,0 meter. Vi kan bruke formelen ovenfor for å beregne sugehøyden Δh. Beregningsresultatet er: Δh=10.33 - 4.0 - 0.5=5.83 meter.
VIII. Pumpekavitasjonsfenomen og dets årsaker
1. Definisjon av kavitasjon
Når en væske når en bestemt temperatur, synker trykket til fordampningstrykket som tilsvarer den temperaturen. På dette tidspunktet vil det dannes bobler i væsken. Dette fenomenet er kjent som kavitasjon.
2. Kavitasjonskollaps
Under kavitasjonsprosessen vil de genererte boblene, når væsken strømmer til høytrykksområdet, krympe raskt på grunn av den plutselige økningen i trykket, og til slutt briste i væsken. Dette fenomenet kalles kavitasjonskollaps.
3. Årsaker og farer ved kavitasjon
Under driften av pumpen, hvis visse områder av strømningspassasjen (som posisjonen litt bak innløpet til impellerbladene) opplever en spesifikk årsak som får det absolutte trykket til væsken som pumpes til å falle under fordampningstrykket ved den temperaturen, begynner væsken å fordampe på dette punktet, og danner et stort antall bobler. Når væsken som inneholder disse boblene kommer inn i høytrykksområdet til impelleren, trekker boblene seg raskt sammen under påvirkning av høytrykksvæsken og brister til slutt. Denne prosessen er spesielt tydelig i nedsenkbare pumper. Kondenseringen og bruddet av boblene er ledsaget av hurtig fylling av hulrom av væskepartikler ved ekstremt høye hastigheter, noe som resulterer i en sterk vannpåvirkning. Dette vannstøtet treffer metalloverflaten med høy støtfrekvens, med støtspenningen som når hundrevis til tusenvis av atmosfærer, og støtfrekvensen kan til og med nå titusenvis av ganger per sekund. Veggflatene som utsettes for slike støt i lang tid kan bli kraftig erodert, og til og med perforering kan forekomme.
4. Prosessen og effektene av kavitasjon
I en pumpe er kavitasjon en kompleks prosess som involverer dannelse, utvikling og kollaps av bobler. Når visse områder av pumpens strømningsseksjon opplever spesifikke forhold som får væskens absolutte trykk til å falle under fordampningstrykket, begynner væsken å fordampe og danne et stort antall bobler. Disse boblene, når væsken kommer inn i høytrykksområdet til impelleren, trekker seg raskt sammen under høytrykkseffekten og brister til slutt. Denne serien av prosesser forårsaker ikke bare alvorlig skade på strømningskomponentene, men genererer også ubehagelig støy og vibrasjoner, og reduserer dermed pumpens ytelse betydelig. I alvorlige tilfeller kan kavitasjon til og med forårsake avbrudd i væsketilførselen i pumpen, noe som påvirker pumpens normale drift.
IX. Hva er den karakteristiske kurven til en pumpe?
Den karakteristiske kurven til en pumpe, også kjent som ytelseskurven, viser i hovedsak forholdet mellom hovedytelsesparametrene til en sentrifugalpumpe. Disse kurvene er oppnådd gjennom faktiske målinger og viser visuelt bevegelsesmønsteret til væsken i pumpen. De karakteristiske kurvene inkluderer kurvene for strømningshastighet og trykkhøyde (Q-H), strømningshastighet og effektivitet (Q-η), strømningshastighet og kraft (Q-N), og strømningshastighet og fordampningshøydemargin (Q-NPSHr). Disse kurvene er avgjørende for å forstå pumpens arbeidstilstand fordi for et gitt strømningshastighetspunkt kan et sett med tilsvarende verdier for trykkhøyde, effekt, effektivitet og fordampningshodemargin finnes på kurven, og dette settet med parametere kalles arbeidstilstand eller driftspunkt. Spesielt blir driftspunktet ved sentrifugalpumpens høyeste virkningsgrad kalt det optimale driftspunktet, og det er vanligvis også designdriftspunktet. Å forstå disse ytelsesparametrene er avgjørende for å sikre normal drift og energisparende effektivitet for pumpen.
11. Hvordan er effektiviteten til en pumpe definert? Hva er formelen?
Effektiviteten til en pumpe er definert som forholdet mellom den effektive effekten og akseleffekten, representert ved symbolet η, og dens beregningsformel er η=Pe/P. Her representerer Pe den effektive kraften til pumpen, og P refererer til pumpens akselkraft, det vil si kraften som overføres fra drivmotoren til pumpeakselen. Effektiv kraft er produktet av pumpens hode, massestrømningshastighet og gravitasjonsakselerasjon, og formelen er Pe=ρg QH (i watt), eller Pe=QH/1000 (i kilowatt). I tillegg representerer ρ tettheten til væsken som transporteres av pumpen, er væskens egenvekt (= ρg), og g er gravitasjonsakselerasjonen. Samtidig kan massestrømningshastigheten Qm oppnås ved å multiplisere tettheten ρ med strømningshastigheten Q, med enheter på tonn per time eller kilogram per sekund.
12. Hva er en full ytelsestestbenk for en pumpe?
Full-ytelsestestbenken for pumper er et avansert utstyr som er i stand til nøyaktig å teste ulike ytelsesparametere til pumper. Den er i samsvar med nasjonale standarder og har B-nøyaktighet, noe som sikrer nøyaktigheten av testresultatene. Denne testbenken er utstyrt med presise instrumenter, inkludert et strømningsmåler med snekkegir for strømningsmåling, en presisjonstrykkmåler for trykkmåling, en vakuummåler for sugehodemåling og en aksialkraftmaskin for effektmåling. I tillegg brukes et speedometer for nøyaktig å bestemme pumpens hastighet. Gjennom samarbeidet til disse nøyaktige instrumentene kan vi få det komplette settet med ytelsesparametere til pumpen, og dermed evaluere ytelsen på en omfattende måte.
