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泵的技术的现状和发展

泵的技术的现状和发展热能08-1班卞庆飞03081170摘要：

泵是受原动机控制，驱使介质运动，是将原动机输出的能量转

换为介质压力能的能量转换装置。

泵是应用非常广泛的通用机械，可以说凡有液体流动之处，几

乎都有泵在工作。

泵是企业不可缺少的重要设备之一，但其工作条件恶劣，经常

出现腐蚀、气蚀、冲刷、磨损等现象，导致设备失效。

泵的制造的材料选用是泵的设计使用中重要的一环。

实现泵内部流动的数值模拟对于泵的优化设计，改善其水力性能以达到增效节能的目的具有重要的现实意义。

关键词：

泵、现状、发展、改进、材料、数值模拟Abstract:

Pumpistheprimemovercontrolbythedrivingmedia

campaign。

Itisprimemoveroutputwillenergyconversionformediumpressurecanenergyconversiondevices.Thepumpisveryextensiveofgeneralmachinery,cansayalltheplaceofliquidflow,therearenearlypumpinthework.Thepumpistheenterpriseoneoftheindispensableandimportantequipment,

buttheirworkconditions,oftenappearcorrosion,cavitation

erosion,thephenomenonsuchas,wear,leadtoequipment

failure.Pumpsmaterialselectionofthedesignofthepumpistheimportantonelinkinuse.Realizethenumericalsimulationoftheflowinthepumpfortheoptimizationdesignofthepump,

improveitshydraulicperformaneeinordertoachievethe

purposeofenergy-savingefficiencyhasanimportantpractical

significanee.Keyword:

Pump,thepresentsituation,developmentandimprovement,

thematerial,thenumericalsimulation0前言泵是受原动机

控制，驱使介质运动，是将原动机输出的能量转换为介质压力能的能量转换装置。

主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和

液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。

1泵的发展过程水的提升对于人类生活和生产都十分重要。

古代就已有各种提水器具，例如埃及的链泵（公元前17世纪），中国的桔槔（公元前17世纪）、辘轳（公元前11世纪）和水车（公元1世纪）。

比较著名的还有公元前3世纪，阿基米德发明的螺旋杆，可

以平稳连续地将水提至几米高处，其原理仍为现代螺杆泵所利用。

公元前200年左右，古希腊工匠克特西比乌斯发明的灭火泵是一种最原始的活塞泵，已具备典型活塞泵的主要元件，但活塞泵只

是在出现了蒸汽机之后才得到迅速发展。

1840-1850年，美国沃辛顿发明泵缸和蒸汽缸对置的，蒸汽

直接作用的活塞泵，标志着现代活塞泵的形成。

1851-1875年，带有导叶的多级离心泵相继发明，使发展高扬

程离心泵成为可能。

19世纪是活塞泵发展的高潮时期，当时已用于水压机等多种机械中。

然而随着需水量的剧增，从20世纪20年代起，低速的、流

量受到很大限制的活塞泵逐渐被高速的离心泵和回转泵所代替。

但是在高压小流量领域往复泵仍占有主要地位，尤其是隔膜泵、

柱塞泵独具优点，应用日益增多。

尽管我国在很早以前就懂得利用泵的原理来进行农业生产，

但我国泵行业是在新中国成立以后发展起来的，特别是改革开放以来，泵行业得到了快速发展。

除少数的特殊泵类产品外，现有的产品品种和数量基本能满足

国民经济各部门的需要。

随着各行业尤其是流程工业的快速发展，中国的泵行业也经历

了高速的发展。

同时，水处理行业、石化行业、石油天然气行业、电力行业继续保持较高的景气度。

2泵的种类及应用泵行业主要产品有各类离心泵、混流泵、

轴流泵、旋涡泵、回转式容积泵、往复式容积泵和水环真空泵等。

在这些泵类产品中，按台数计算，离心泵约占70%,回转式容积泵和往复式容积泵约占18%。

泵是应用非常广泛的通用机械，可以说凡有液体流动之处，几乎都有泵在工作。

在化工和石油部门的生产中，原料、半成品和成品大多是液

体，而将原料制成半成品和成品，需要经过复杂的工艺过程，泵

在这些过程中起到了输送液体和提供化学反应的压力流量的作用，此外，在很多装置中还用泵来调节温度。

在农业生产中，泵是主要的排灌机械。

我国农村幅员广阔，每年农村都需要大量的泵，一般来说农

用泵占泵总产量一半以上。

在矿业和冶金工业中，泵也是使用最多的设备。

矿井需要用泵排水，在选矿、冶炼和轧制过程中，需用泵来供水等。

在电力部门，核电站需要核主泵、二级泵、三级泵、热电厂需要大量的锅炉给水泵、冷凝水泵、循环水泵和灰渣泵等。

在国防建设中，飞机襟翼、尾舵和起落架的调节、军舰和坦克炮塔的转动、潜艇的沉浮等都需要用泵。

高压和有放射性的液体，有的还要求泵无任何泄漏等。

在船舶制造工业中，每艘远洋轮上所用的泵一般在百台以

上,其类型也是各式各样的。

其它如城市的给排水、蒸汽机车的用水、机床中的润滑和冷

却、纺织工业中输送漂液和染料、造纸工业中输送纸浆，以及食

品工业中输送牛奶和糖类食品等，都需要有大量的泵。

总之，无论是飞机、火箭、坦克、潜艇、还是钻井、采矿、火车、船舶，或者是日常的生活，到处都需要用泵，到处都有泵在运行。

正是这样，所以把泵列为通用机械，它是机械工业中的一类王要产口口。

3泵的材料的选用及发展泵是企业不可缺少的重要设备之一，但其工作条件恶劣，经常出现腐蚀、气蚀、冲刷、磨损等现象，导致设备失效。

例如：

渣浆泵广泛应用于电力、煤矿和冶金等行业，用来输送含有硬质颗粒的固液混合物。

渣浆泵产品大部分是离心式渣浆泵，其工作原理和离心式清水

泵的工作原理是一样的。

渣浆泵的工作介质为含有一定粒径、硬度和浓度的固体物料与

水组成的固液混合物，如泥浆、矿浆和砂浆等，其四大过流件蜗

壳、叶轮、前护板和后护板在这种高速运动的固液混合物的环境下工作，不但要承受物料的冲刷磨损，而且还要承受浆料的腐蚀作用，工况条件极为恶劣。

磨损严重是渣浆泵长期存在的最大难题，也是国内外科研的主要方向。

特别是对于较大粒径硬质颗粒的工作介质，泵过流件的磨损现

象更加突出，过流件的使用寿命十分短暂。

因此泵的制造的材料选用是泵的设计使用中重要的一环。

国内的泵的设计和制造基本上还是遵守金属思想，即采用不锈钢、碳钢材料作为主要的泵体材料，面对高腐蚀、强冲刷的环

境，就需要高镍合金，甚至采用钛、锆、钽等优良的耐腐蚀材料，这些稀有金属材料价格昂贵且价格浮动大，并且制造成本高和制造

工艺复杂等原因造成此类泵的价格昂贵，一般几万到几百万不等，

也就造成了此类泵的采购成本高。

伴随着国际先进泵体研究的发展和新材质泵体的应用，国内

科研机构借鉴西方发达国家对泵体研究的发展思路，开始研制表面

粘贴或焊接耐磨材料，如无机非金属材料如陶瓷、玻璃钢、石墨

和碳素制品以及合成有机高分子材料如塑料、玻璃纤维或碳纤维增

强的工程塑料等。

与此同时，对高铬、高镍铸铁的成分组织改进也被提上了课程，利用相图计算来确定不同C/Cr比，高铬铸铁的适用工况条件。

这些国内的泵类的发展趋势迎合了国际趋势，并且很快在国内

取得了良使用效果。

国际上最先进是的美国的福世蓝抗腐蚀、气蚀及耐磨技术。

福世蓝技术是美国福世蓝公司开发的，以专用高分子材料对工业设备或部件进行修复和再制造的技术。

以此技术对泵的磨损修复为例：

（1）修复工艺包括表面处理，调和材料，修复腐蚀面和固化四步。

表面处理与调和材料两步与修复轴类磨损基本相似。

修复腐蚀面时要保证材料完全修复腐蚀面，通过电弧灯加热固化，固化后多余的材料可以用细油石或砂纸打磨掉。

修复后由于材料很好的自流平性能。

能够提高泵效率6%〜7%

（2）修复后的性能测试：

①测试粘结强度拉伸强度达到162kg/cm2（福世蓝8510高分子复合材料）；②测试耐磨性耐磨性能试验。

采用国产MM200型磨损试验机，对福世蓝高分子复合材料8510进行了耐磨性能试验，实验条件为在室温下进行环块线接触摩擦实验，载荷为100N,滑动速度为0.42ms-1,实验时间为

30min。

修复层的耐磨性能测试结果见表1。

4泵的选型根据泵选型原则和选型基本条件，具体操作如

下：

1.根据装置的布置、地形条件、水位条件、运转条件，确定选择卧式、立式和其它型式（管道式、潜水式、液下式、无堵塞式、自吸式、齿轮式等）的泵。

2.根据液体介质性质，确定清水泵，热水泵还是油泵、化

工泵或耐腐蚀泵或杂质泵，或者采用无堵塞泵。

安装在爆炸区域的泵，应根据爆炸区域等级，采用相应的防爆电动机。

3.根据流量大小，确定选单吸泵还是双吸泵；根据扬程高

低，选单级泵还是多级泵，高转速泵还是低转速泵（空调泵）、多级泵效率比单级泵低，如选单级泵和多级泵同样都能用时，首先选

用单级泵。

4.确定泵的具体型号确定选用什么系列的泵后，就可按

最大流量，（在没有最大流量时，通常可取正常流量的1.1倍作为最大流量），取放大5%10%余量后的扬程这两个性能的主要参数，在型谱图或者系列特性曲线上确定具体型号。

操作如下：

利用泵特性曲线，在横坐标上找到所需流量值，在纵坐标上找到所需扬程值，从两值分别向上和向右引垂线或水平线，两线交点正好落在特性曲线上，则该泵就是要选的泵，但是这种理想情况一般很少，通常会碰上下列两种情况：

第一种：

交点在特性曲线上方，这说明流量满足要求，但扬程不够，此时，若扬程相差不多，或相差5%左右，仍可选用，若扬程相差很多，则选扬程较大的泵。

或设法减小管路阻力损失。

第二种：

交点在特性曲线下方，在泵特性曲线扇状梯形范围内，就初

步定下此型号，然后根据扬程相差多少，来决定是否切割叶轮直径，若扬程相差很小，就不切割，若扬程相差很大，就按所需Q、H、,根据其ns和切割公式，切割叶轮直径，若交点不落在扇状梯形范围内，应选扬程较小的泵。

选泵时，有时须考虑生产工艺要求，选用不同形状Q-H特性

曲线。

5.泵型号确定后，对水泵或输送介质的物理化学介质近似

水的泵，需再到有关产品目录或样本上，根据该型号性能表或性能曲线进行校改，看正常工作点是否落在该泵优先工作区？

有效

NPSH是否大于（NPSH。

也可反过来以NPSH校改几何安装高度。

6.对于输送粘度大于20mm2/s的液体泵（或密度大于1000kg/m3）,—定要把以水实验泵特性曲线换算成该粘度（或者该密度下）的性能曲线，特别要对吸入性能和输入功率进行认真计算

或较核。

泵的特性曲线5泵的设计改进近年来，中国作为世界工厂，对能源消费持续呈现快速增长的态势，从2019年到2007年，我国能源消费量年均增加1.8亿吨标准煤，2007年达到26.56亿吨标准煤。

据相关预测，能源消费在短期内将延续加速增长的趋势，到

2020年我国能源需求量将达到50亿吨标准煤以上。

我国的石油天然气用量也居世界前列，如果我们不加节制，很

快则无可用之能源。

在此环境下，节能减排呼之而出。

而泵的设计改进，提高能源的利用率，而显得越发重要了。

如泵的叶片的改进设计、多级泵的应用、叶片的切割与加长的应用、泵的制造材料的改进等等。

下面以泵的叶片改进技术为例：

在加工制造和维修中，我们发现叶片泵的定子和转子加工复杂，成本较咼。

另一方面，虽然叶片泵的脉动小，但是依然存在。

介于以上原因，试想对叶片泵的结构进行改进，使改进后的叶片泵结构简单，加工成本低，输出压力大，使用寿命延长，脉动更小等优点。

叶片泵是基于叶片、定子、转子和两侧板所围成的空间的容积变化来完成吸油、压油的工作循环的。

改变原有叶片泵的设计思路，将改进后的叶片泵的定子做成圆

柱体（如图），因此要实现容积变化的就是转子和叶片了，为此转

子的外曲面可以设计成不同的圆弧组成，而叶片是可以伸缩的，从

而实现泵室容积的变化完成吸油、压油的工作循环。

转子的设计改进的转子的中心采用的是十字键槽。