泵在工業(yè)中的選取

來源：SoftInWay

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泵是通過將來自旋轉(zhuǎn)葉輪的機械能轉(zhuǎn)換成一定揚程，將液體從吸力端轉(zhuǎn)移到排放端的機器。施加在液體上的壓力迫使流體以所需的速率流動，并克服了管道，閥門，配件和過程設(shè)備中的摩擦損失。

在選擇泵時，可靠性和效率是密不可分的。通常，對正常工作點，一個泵被恰當(dāng)?shù)倪x取和控制時，它的運行會接近其最佳效率點（BEP）的流動情況，同時機械部件受力較低，振動較小。所有這些都使泵獲得最佳的運行可靠性。

在為工業(yè)應(yīng)用選擇泵時，應(yīng)考慮多個因素，例如過程中流體的特性，最終用途的要求，環(huán)境條件，泵的材料，入口條件等。選擇正確的泵類型并正確調(diào)整其大小對于任何泵的成功應(yīng)用都是至關(guān)重要的。泵的應(yīng)用包括恒定流量或可變流量要求，服務(wù)于單體負(fù)荷和整體管網(wǎng)負(fù)荷，并且由開環(huán)系統(tǒng)（非回送或液體輸入）或閉環(huán)系統(tǒng)（回送系統(tǒng)）組成。

選擇泵時要考慮的一些關(guān)鍵因素包括：

流體特性：泵的流體特性會嚴(yán)重影響泵的選擇。關(guān)鍵考慮因素包括：

• 酸度/堿度和化學(xué)成分。腐蝕性和酸性流體會使泵性能下降，因此在選擇泵材料時應(yīng)予以考慮。

•  工作溫度：對于高于200°F的流體，需要考慮泵的材料和膨脹，機械密封組件和填充材料。

• 固體濃度/顆粒尺寸：當(dāng)泵輸送研磨液體（例如工業(yè)漿料）時，不會過早堵塞或失效的泵的選取取決于顆粒尺寸，硬度和固體的體積百分比。

• 比重：它影響揚程和移動流體所需的能量，在確定泵功率要求時必須予以考慮。

• 蒸氣壓和粘度：適當(dāng)考慮液體的蒸氣壓將有助于最大程度地減少氣蝕的風(fēng)險。高粘度流體會導(dǎo)致離心泵性能下降，并增加動力需求。在泵輸送粘性流體時，考慮到泵的吸入側(cè)管路損失尤為重要。

結(jié)構(gòu)材料：始終需要檢查結(jié)構(gòu)材料與工藝液體或泵可能遇到的任何其他液體的相容性。 這些材料的初始成本通常是首要考慮因素。 但是，運行成本，更換成本以及使用壽命和維修成本將決定泵使用壽命內(nèi)的實際成本。 可以使用圖表檢查化學(xué)兼容性并確定最適合泵的結(jié)構(gòu)材料。

葉輪材料在汽蝕條件下對泵壽命的影響如圖1所示。例如，從低碳鋼（可靠性系數(shù)為1.0）更改為不銹鋼（可靠性系數(shù)為4.0）將延長葉輪因汽蝕影響下工作壽命的四倍。 硬質(zhì)涂層（例如某些陶瓷）在汽蝕條件下也可以增加葉輪壽命。

圖1 – 材料汽蝕壽命系數(shù)

泵的尺寸和性能規(guī)格：需要準(zhǔn)確的泵排量以準(zhǔn)確確定管道系統(tǒng)的尺寸，確定摩擦壓頭損失，繪制系統(tǒng)曲線以及選擇泵和驅(qū)動馬達(dá)。 通過提供恒定的流量，或使用節(jié)流閥或變速驅(qū)動器，可以達(dá)到過程的要求。

對于泵進(jìn)行初始大小確定，可以根據(jù)Cordier Diagrams（圖2），也可以使用公開文獻(xiàn)中的其他可用圖表或使用諸如AxSTREAM?之類的泵設(shè)計程序來創(chuàng)建低保真度的概念設(shè)計，或創(chuàng)建具有3D幾何形狀，性能曲線，并在CFD分析中進(jìn)行了優(yōu)化的完善設(shè)計。 在確定泵的尺寸時，比轉(zhuǎn)速可以是一個標(biāo)準(zhǔn)，用于提供未指定直徑的泵運行時的單位體積流量和壓力。 在此處可以看到比轉(zhuǎn)速和比直徑的關(guān)系表達(dá)：

其中，“ N”是轉(zhuǎn)速（RPM），“ Q”是流量（ft3 / sec），“ H”是壓頭（ft），“ D”是直徑（ft）

尺寸不正確的泵會導(dǎo)致泵流體傳輸系統(tǒng)內(nèi)的運行問題。 加工行業(yè)的估計表明，使用過大尺寸的泵相關(guān)的成本令人震驚，每年使公司損失數(shù)十億美元。 除了成本之外，泵的尺寸過大還會帶來其他影響，例如過度振動，軸承過早失效，工作溫度升高和汽蝕問題。

圖2 – 泵的比轉(zhuǎn)速和比直徑Cordier圖

另一方面，工業(yè)泵的尺寸過小也是一個問題，特別是對于某些類型的泵，例如螺桿泵。 螺桿泵的流量由腔的大小決定。 帶有較小腔體的小型泵需要更快地泵送液體和更努力地運作，這可能會使泵組件變形并導(dǎo)致吸力降低，磨損增加和過早失效。

泵類型：在選擇了合適的結(jié)構(gòu)材料以使其與整個過程兼容，并通過運行參數(shù)初始確定了泵的尺寸后，下一步是選擇泵的類型。 對于不同的工業(yè)，可以選擇許多不同類型的泵。 圖3中顯示了一些示例。

圖3 – 軸流葉輪（左），離心葉輪（中），混流葉輪（右）

工作環(huán)境方面的考慮：重要的環(huán)境方面的考慮包括環(huán)境溫度和濕度，海拔高度以及是否將泵安裝在室內(nèi)還是室外。如果在戶外，可能需要針對凍結(jié)溫度進(jìn)行特殊的構(gòu)造或安裝進(jìn)行考慮。如果環(huán)境危險，例如其中含有爆炸性蒸氣或灰塵，則將需要用到特殊的電動機功能。

這些是選擇泵時應(yīng)考慮的必要因素。設(shè)計者或終端用戶還可以考慮其他因素，例如級數(shù)，不同的泵配置（例如軸向，徑向，串聯(lián)或并聯(lián)）等，以提高泵的性能以及安全運行。通常，終端用戶會從制造商提供的可用設(shè)計中選擇泵，因此最終用戶必須在性能，安全性，可靠性等方面做出折衷。在這種情況下，他們還可以考慮使用AxSTREAM之類的工具，工程師可以在設(shè)計分析中使用。設(shè)計包含基本的概念設(shè)計或完整的設(shè)計，并創(chuàng)建所有組件三維幾何并考慮轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析，軸承支撐以及估計泄漏，二次流和其他效率損失。然后，他們可以將此設(shè)計帶給制造商，并創(chuàng)建滿足所有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及最終用戶要求的定制泵。