淺析容積泵與離心泵的差異

王朝暉，張永國，陳利安，賈 麗

(空軍勤務(wù)學(xué)院 航空軍需與燃料系，江蘇 徐州 221000)

離心泵具有性能范圍寬泛、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、結(jié)構(gòu)簡單及維修方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為普遍。據(jù)統(tǒng)計，在化工生產(chǎn)裝置中，離心泵的使用量占70～80%。容積泵具有自吸能力，無須灌泵，操作方便，且在壓力波動較大時流量基本恒定，有的容積泵如滑片泵還可氣液混輸，因此，容積泵在機(jī)動輸液裝備中大量使用，在固定泵站中使用比例也呈上升趨勢。容積泵與離心泵存在較大差異，不了解這些差異，極易操作錯誤，造成重大責(zé)任事故。為避免此類事故的發(fā)生，筆者就容積泵與離心泵的差異作一粗淺的分析。

1 工作原理

1.1 離心泵工作原理[1]

離心泵啟動前，需要灌泵，使得吸入管路及泵內(nèi)充滿液體。啟動后，葉輪旋轉(zhuǎn)，葉片撥動液體，液體獲得能量后，從葉輪內(nèi)甩出，經(jīng)泵殼流道、擴(kuò)散管及排出管排出。與此同時，葉輪內(nèi)形成真空，吸入容器的液體在大氣壓力作用下，經(jīng)吸入管路進(jìn)入葉輪中。葉輪連續(xù)均勻旋轉(zhuǎn)，液體連續(xù)均勻地被吸入和甩出。由上述工作原理可知，離心泵工作時，泵內(nèi)不能有氣體，因?yàn)闅怏w的密度小，旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力小，無法形成足夠的真空度，不能將密度較大的液體吸入泵中。因此，開泵前必須灌泵，使泵的吸入系統(tǒng)充滿液體，工作中吸入系統(tǒng)不能漏氣，是離心泵正常工作必須具備的條件。

1.2 容積泵工作原理

容積泵工作時，在泵內(nèi)可以形成一個或多個體積能夠發(fā)生周期性變化的密封容積，密封容積由小變大時，壓力下降，吸入流體，密封容積由大變小時，壓力上升，排出流體，密封容積連續(xù)發(fā)生周期性變化時，流體就不斷地被吸入和排出。容積泵根據(jù)增壓元件的運(yùn)動特點(diǎn)，分為往復(fù)泵和回轉(zhuǎn)泵兩大類。往復(fù)泵主要有活塞泵、隔膜泵等，回轉(zhuǎn)泵主要有齒輪泵、螺桿泵及滑片泵等。

2 性能及聯(lián)合工作

2.1 離心泵性能及聯(lián)合工作

圖1 離心泵的性能曲線

圖1是某離心泵通過實(shí)驗(yàn)繪制的性能曲線。從圖中可以看出：離心泵的揚(yáng)程隨流量的增加而下降；軸功率隨流量的增加而增大，當(dāng)流量為零時，軸功率不為零，此時軸功率消耗在克服機(jī)械摩擦損失上；效率開始隨流量的增加而升高，到某一流量時效率達(dá)到最大值，此后隨著流量的增大而下降。對應(yīng)于最高效率下的工況稱之為最佳工況，最高效率下降5%～8%的區(qū)域稱為高效區(qū)，工作中應(yīng)使泵處于高效區(qū)運(yùn)行。離心泵的性能特點(diǎn)決定了一般離心泵應(yīng)關(guān)閥啟動。

離心泵聯(lián)合工作的方式較多，這里只討論最常見的性能相同的離心泵近距離串聯(lián)工作及并聯(lián)工作的情況。性能相同的離心泵串聯(lián)工作的總揚(yáng)程大于串聯(lián)前單泵單獨(dú)工作時的揚(yáng)程，但小于單泵單獨(dú)工作時的揚(yáng)程的兩倍。串聯(lián)后的流量比單泵單獨(dú)工作時的流量大。在管路特性曲線陡峭的系統(tǒng)中采用泵串聯(lián)工作方式，可以大幅度提高揚(yáng)程。性能相同的離心泵并聯(lián)工作的總流量大于并聯(lián)前單泵單獨(dú)工作時的流量，但小于單泵單獨(dú)工作時的流量的兩倍。并聯(lián)后的揚(yáng)程比單泵單獨(dú)工作時的揚(yáng)程大。在管路特性曲線較平坦的系統(tǒng)中采用泵并聯(lián)工作方式，可以大幅度增加流量。

2.2 容積泵性能及聯(lián)合工作

容積泵流量基本恒定，與揚(yáng)程無關(guān)，隨轉(zhuǎn)速改變而變化；對應(yīng)一定的流量可以達(dá)到不同的揚(yáng)程，揚(yáng)程由管路系統(tǒng)確定；往復(fù)泵揚(yáng)程高時，效率降低較小，回轉(zhuǎn)泵揚(yáng)程高時，效率降低較大；軸功率隨揚(yáng)程的升高而增大。容積泵的性能特點(diǎn)決定了容積泵應(yīng)開閥啟動。

性能相同的容積泵近距離串聯(lián)工作，流量不變，沒有意義；性能相同的容積泵并聯(lián)工作，每臺泵的揚(yáng)程相等，總流量等于每臺泵單獨(dú)工作時流量的總和，即并聯(lián)后流量成倍增加。

3 流量調(diào)節(jié)及管路故障分析

3.1 離心泵流量調(diào)節(jié)及管路故障分析

離心泵流量調(diào)節(jié)方式主要有：節(jié)流調(diào)節(jié)、變速調(diào)節(jié)、分流調(diào)節(jié)、切割葉輪外徑調(diào)節(jié)、改變運(yùn)行臺數(shù)等。

當(dāng)離心泵出現(xiàn)管路故障時，兩表讀數(shù)的變化情況分析如下：

3.1.1 吸入管路堵塞

吸入管路堵塞后，吸入管路的阻力損失增大，真空表的讀數(shù)會隨之增大；系統(tǒng)流量會減小，而排出管的阻力損失則因系統(tǒng)流量的減小而減小，壓力表的讀數(shù)也會隨之變小。

3.1.2 排出管路堵塞

排出管路堵塞后，排出管路的阻力損失增大，壓力表的讀數(shù)會隨之增大；系統(tǒng)流量會減小，而吸入管路的阻力損失則因系統(tǒng)流量減小而減小，真空表的讀數(shù)也會隨之變小。

3.1.3 排出管破裂

排出管破裂后，排出管的阻力損失減小，壓力表的讀數(shù)會降低；系統(tǒng)流量增大，而吸入管路的阻力損失因系統(tǒng)流量的增大而增大，真空表的讀數(shù)也會隨之增大。

此外，當(dāng)泵內(nèi)有氣時，真空表和壓力表讀數(shù)比正常小，不穩(wěn)定，甚至降到零。泵產(chǎn)生汽蝕時，兩表讀數(shù)極不穩(wěn)定，特別是真空表，時高時低，嚴(yán)重時降到零。

3.2 容積泵流量調(diào)節(jié)及管路故障分析

容積泵流量調(diào)節(jié)方式主要有：變速調(diào)節(jié)、分流調(diào)節(jié)、改變運(yùn)行臺數(shù)等。

容積泵發(fā)生管路故障時，真空表和壓力表的變化情況除了在轉(zhuǎn)速降低和泵內(nèi)有氣時與離心泵相同外，一般都只是一個儀表發(fā)生變化，現(xiàn)分析如下：

3.2.1 吸入管路堵塞

當(dāng)堵塞不嚴(yán)重時，真空表讀數(shù)增大，因?yàn)楸玫牧髁坎蛔儯詨毫Ρ淼淖x數(shù)不變。當(dāng)堵塞嚴(yán)重甚至完全堵塞時，真空表讀數(shù)增大，壓力表讀數(shù)下降甚至到零。因?yàn)檫@時流量大大減少，甚至斷流。

3.2.2 排出管路堵塞

排出管路堵塞時，壓力表讀數(shù)上升，因?yàn)楸玫牧髁坎蛔儯哉婵毡碜x數(shù)不變；當(dāng)堵塞嚴(yán)重而壓力超過安全閥控制壓力時，安全閥打開，壓力表讀數(shù)下降。

3.2.3 排出管破裂

排出管破裂時，壓力表讀數(shù)突然下降。真空表讀數(shù)一般不變，因?yàn)榱髁坎蛔儭?/p>

容積泵與離心泵在工作原理、性能、聯(lián)合工作、流量調(diào)節(jié)及管路故障分析等諸多方面存在較大差異，泵的使用者及管理者，對此要高度重視，認(rèn)真學(xué)習(xí)，深入領(lǐng)會，指導(dǎo)實(shí)踐，避免事故發(fā)生。