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往复泵的自吸特性及其应用场景探究

时间:2023-06-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:在一次工作循环中,吸液和排液各交替进行一次,其液体的输送是不连续的。从往复泵的工作原理可知,往复泵内的低压是靠工作室的扩张造成的,所以在泵启动前无需向泵内灌满液体,即往复泵具有自吸能力。

往复泵的自吸特性及其应用场景探究

一、往复泵

往复泵是一种容积式泵(图3-26),应用比较广泛。它依靠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。

图3-26 往复泵

往复泵适用于高压头、小流量、高黏度液体的输送,但不宜于输送腐蚀性液体。有时由蒸汽机直接带动,输送易燃、易爆的液体。

(一)往复泵的结构和工作原理

往复泵主要部件包括泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀和排出阀(均为单向阀)。活塞杆与传动机械相连,带动活塞在泵缸内作往复运动。活塞与阀门间的空间称为工作室(图3-27)。

图3-27 往复泵的结构

当活塞自左向右移动时,工作室的容积增大,形成低压,便能将贮液池内的物体经吸入阀吸入泵缸内。在吸液体时排出阀因受排出管内液体压力作用而关闭。当活塞移到右端点时,工作室的容积最大,吸入的液体量也最多。

此后,活塞便改为由右向左移动,泵缸内液体受到挤压而使其压强增大,致使吸入阀关闭而推开排出阀将液体排出。活塞移到左端点后排液完毕,完成了一个工作循环。此后活塞又向右移动,开始另一个工作循环。周而复始实现了送液目的。因此往复泵是依靠其工作容积改变对液体进行做功。

在一次工作循环中,吸液和排液各交替进行一次,其液体的输送是不连续的。活塞往复非等速,故流量有起伏。

从往复泵的工作原理可知,往复泵内的低压是靠工作室的扩张造成的,所以在泵启动前无需向泵内灌满液体,即往复泵具有自吸能力。但是,与离心泵相同,往复泵的吸入高度也有一定的限制,这是由于往复泵也是借外界与泵内的压强差而吸入液体的,故吸上高度也随泵安装地区的大气压强、输送液体的性质及温度而变。

(二)往复泵的流量调节

与离心泵不同,往复泵不能采用出口阀门来调节流量,这样会浪费能源,甚至造成往复泵驱动机超负荷。往复泵一般采用开启旁路调节阀方法调节流量。当泵提供的流量大于管路需求的流量时,要求的一部分回流到往复泵进口时,要设置往复泵旁路管,调节旁路阀的开度大小,使液体排回吸入管,以调节泵排出管内的流量。对电动往复泵应设安全阀,当排出管压力超高时,安全阀打开,以免泵和原动机超负荷。如图3-28所示。

图3-28 往复泵的旁路阀调节

用旁路阀调节流量,泵的送液量不变,只是让部分被压出的液体返回贮池,使主管中的流量发生变化。但是这种调节方法很不经济,只适用于流量变化幅度较小的经常性调节。

可以通过改变曲柄转速调节流量,因电动机是通过减速装置与往复泵相连的,所以改变减速装置的传动比可以很方便地改变曲柄转速,从而改变活塞自往复运动的频率,达到调节流量的目的。

此外往复泵还可以通过其他方法来调节流量,如通过改变往复泵活塞或柱塞行程(冲程),用改变偏心距、柱塞空程、连杆机构的连杆长度和位置来改变活塞或柱塞的行程,以改变往复泵的流量;通过往复泵顶开吸入阀,使吸入缸内液体在返回行程中从吸入阀返回吸入管,从而减少往复泵排出流量。

(三)往复泵的操作

1.开泵前系统确认

(1)所有容器中的液位是否充足,最初开车时,检查马达旋转方向是否正确。

(2)检查润滑油油位是否在规定范围内。

(3)进口阀是否打开,对泵排气,出口管线是否畅通。

(4)打开压力表阀门,使压力表和安全阀处于可使用状态把冲程放在“0”位。

2.开泵步骤

(1)全开出口阀,通电。

(2)让冲程在“0”位运转15min。

(3)调整冲程至需要范围。

(4)启动泵后检查泵、电机有无异常噪声和动情况。

(5)注意出口压力填料箱是否发热和泄漏。

3.往复泵的切换步骤

(1)备用泵作好启动准备工作。

(2)在进口伐、出口阀全开,冲程为零条件下,按电源开关启动备用泵。

(3)备用泵启动正常后,逐步增加活塞冲程距离,同时逐步减少原运转泵的冲程,使泵出口流量尽量保持不变,直到备用泵出口流量达到规值时为止,原运转泵液量为零。

(4)切断原运转泵的电源、停泵。

4.往复泵的停车步骤(www.xing528.com)

(1)切断电源、停泵。

(2)关闭吸入伐。

(3)作备用泵时,把冲程调至“0”。

(4)排出阀可关可开。

5.往复泵的日常运转、维护

(1)经常检查曲轴箱内润滑油量、油量不足时要及时补充润滑油。

(2)经常检查润滑油温度,允许最高油温,如N100极压工业齿轮油(MobilGear627)为80℃。

(3)更换润滑油,泵第一次运转300h后,全部更换新润滑油,以后每连续运转2000h,需全部更换润滑油(3个月)。

(4)填料:泵体中有少量液体从填料压盖中泄漏出来是许可的。但如泄漏增大,可缓慢地调节填料压盖,紧固填料,减少泄漏量或更换填料。

二、计量泵

计量泵又称比例泵,从操作原理看就是往复泵。如图3-29所示,计量泵是通过偏心轮把电机的旋转运动变成柱塞的往复运动。偏心轮的偏心距可以调整,使柱塞的冲程随之改变。若单位时间内柱塞的往复次数不变时,泵的流量与柱塞的冲程成正比,所以可通过调节冲程而达到比较严格地控制和调节流量的目的。

计量泵主要应用在一些要求精确地输送液体至某一设备的场合,或将几种液体按精确的比例输送。如化学反应器一种或几种催化剂的投放,后者是靠分别调节多缸计量泵中每个活塞的行程来实现的。

图3-29 计量泵

三、齿轮泵

齿轮泵[图3-30(a)~(d)]主要是由椭圆形泵壳和两个齿轮组成。其中一个齿轮为主动轮,由传动机构带动;另一个为从动轮,与主动轮相啮合而随之作反向旋转。当齿轮转动时,因两齿轮的齿相互分开而形成低压将液体吸入,并沿壳壁推送至排出腔。在排出腔内,两齿轮的齿互相合拢而形成高压将液体排出。如此连续进行,以完成输送液体的任务。

图3-30 齿轮泵

齿轮泵因其齿缝的空间有限,流量较小,但它可以产生较大的压头。它常用来输送润滑油,化工上常用来输送黏稠液体以至膏状物料,但不适于输送有固体颗粒的悬浮液。

四、旋涡泵

旋涡泵[图3-31(a)~(d)]是一种特殊类型的离心泵,主要由泵壳和叶轮组成。泵壳呈圆形,吸入口和排出口在泵的顶部,它们之间用隔板隔开。叶轮是一个圆盘,四周铣有凹槽,构成辐射状排列的叶片。壳与叶轮外缘间有一个等截面的流道,它的一端与吸入口相通,另一端与压出口相连。

泵体内充满液体后,当叶轮旋转时,由于离心力作用,将叶片凹槽中的液体以一定的速度甩向流道,在截面积较宽的流道内,液体流速减慢,一部分动能变为静压能。与此同时,叶片凹槽内侧因液体被甩出而形成低压,因而流道内压力较高的液体又可重新进入叶片凹槽再度受离心力的作用继续增大压力。这样,液体由吸入口吸入,多次通过叶片凹槽和流道间的反复旋涡形运动,到达出口时,可获得较高的压头。

图3-31 旋涡泵

旋涡泵在开动前也要灌满液体。旋涡泵在流量减小时压头增加,功率也增加,所以旋涡在开动前不要将出口阀关闭,采用旁路回流调节流量。

旋涡泵的流量小,扬程高,体积小,结构简单,在叶轮直径和转速相同的条件下,旋涡泵的压头比离心泵高出2~4倍。但由于流体在叶片间不断流进和流出的过程中,质点间的互相撞击,损失了不少能量,故效率比较低,一般为15%~40%,最高在45%左右。旋涡泵适用于要求流量小,外加压头较高的清液,特别是在精馏操作中常用来输送回流液。

五、螺杆泵

螺杆泵(图3-32)内有一个或一个以上的螺杆。在单螺杆泵中,螺杆在有内螺旋的壳内运动,使液体沿轴向推进,挤压到排出口。在双螺杆泵(图3-33)中,一个螺杆转动时带动另一个螺杆,螺纹互相啮合,液体被拦截在啮合室内沿杆轴前进,从螺杆两端被挤向中央排出。此外还有多螺杆泵,转速高,螺杆长,因而可以达到很高的排出压力。三螺杆泵排出压力可达10MPa以上。

图3-32 螺杆泵

螺杆泵效率高,噪声小,适用于在高压下输送黏稠性液体,并可以输送带颗粒的悬浮液,在合成橡胶,合成纤维工业上较多采用。

螺杆泵、往复泵(包括计量泵)、齿轮泵,都是靠泵体内容积的变化而吸入和排出液体的,故统属于容积泵,又称正位移泵,都不能用出口阀来调节流量。

六、柱塞泵

柱塞泵(图3-34)是往复泵的一种,属于体积泵,其柱塞靠泵轴的偏心转动驱动,往复运动,其吸入和排出阀都是单向阀。当柱塞外拉时,工作室内压力降低,出口阀关闭;低于进口压力时,进口阀打开,液体进入;柱塞内推时,工作室压力升高,进口阀关闭;高于出口压力时,出口阀打开,液体排出。

图3-33 双螺杆泵

图3-34 柱塞泵

柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点,被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合,诸如液压机工程机械船舶中。

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