在全面掌握离心泵的基础上,通过对比,掌握其他类型液体输送机械的结构特点和操作特性,最后能根据介质特性和工艺要求,经济合理地选择和操作液体输送机械。
往复泵主要适用于输送流量较小、压力较高的各种流体,尤其是当流量小于100m 3 /h、排出压力大于10MPa时,更显示出其较高的效率和良好的运行性能。目前,往复泵在石油开采、石油化工、动力机械、机械制造等工业部门得到广泛的应用。往复泵还可用作计量泵,精确、可调节地输送各种流体。
1.往复泵的结构和工作原理
往复泵通常由两部分组成。一部分是直接输送液体,把机械能转换为液体压力能的液力端,另一部分是将原动机的能量传给液力端的传动端。液力端主要有液缸体、活塞(柱塞)、吸入阀和排出阀等部件。传动端主要有曲柄、连杆、十字头等部件。如图2-25所示,在液缸中有活塞杆和活塞,液缸体上装有吸入阀和排出阀。液缸体中活塞与阀之间的空间称为工作室,它通过吸入阀和排出阀分别与吸入管路和排出管相连。
图2-25 往复泵工作示意图
往复泵的工作原理是活塞自左向右移动时,泵缸内形成负压,则贮槽内液体经吸入电动往复泵阀进入泵缸内。当活塞自右向左移动时,缸内液体受挤压,压力增大,由排出阀排出。活塞往复一次,各吸入和排出一次液体,称为一个工作循环,这种泵称为单动泵;若活塞往返一次,各吸入和排出两次液体,称为双动泵。活塞由一端移至另一端,称为一个冲程。
2.往复泵的工作点和流量调节
任何类型泵的工作点都是由管路特性曲线和泵的特性曲线共同决定的,往复泵也不例外。往复泵的输液能力只取决于活塞的位移而与管路情况无关,泵的压头仅随输送系统要求而定,这种性质称为正位移特性,具有这种特性的泵称为正位移(定排量)泵。往复泵的流量与压头的关系曲线,即泵的特性曲线,如图2-26(a)所示。由于往复泵的正位移特性,工作点只能沿Q=常数的垂直线上移动,如图2-26(b)所示。
图2-26 往复泵的特性曲线及工作点
从往复泵的工作特点可知,往复泵不能用阀来调节流量。往复泵的流量调节通常采用改变往复泵的往复频率、改变活塞行程或旁路调节等方法来实现。旁路调节如图2-27所示。部分流体经过旁路分流,从而改变了主管路中的流量,但会造成一定的能量损失。它适用于流量变化不太大的经常性调节。改变往复泵的往复频率、改变活塞行程均可达到改变流量的目的,而且能量的利用合理,但不宜经常性流量调节。
图2-27 往复泵旁路调节
3.往复泵的特点和分类
往复泵具有以下特点:
(1)往复泵的流量仅与往复泵活塞的直径、行程、转速及液缸数有关,与管路的情况、所输送流体的温度、黏度无关。
(2)往复泵的压头取决于往复泵在其中工作的管路特性。只要管路有足够的承压能力,原动机也有足够的功率以及相应的密封能力,活塞就可以把液体排出。因此,同一台往复泵在不同管路中产生的压头也不同。
(3)往复泵不能像离心泵那样在关死点运转,否则要损坏往复泵,故往复泵装置中必须安装有安全阀或其他安全装置。
(4)往复泵有很好的自吸能力,即泵在一定的安装高度下,不需要灌泵就可以在规定的时间内启动并达到正常工作状态。
(5)往复泵的效率较高。
(6)往复泵的流量较小,且流量不均匀,结构比较复杂,适用于高压头、小流量的场合,但不宜输送腐蚀性液体及含有固体颗粒的悬浮液。
往复泵的种类很多,按与输送介质接触的工作机构分活塞泵、柱塞泵和隔膜泵;按往复泵的作用特点分单作用泵、双作用泵和差动泵;根据动力分机动泵(包括电动机驱动的泵和内燃机驱动的泵)、直接作用泵(包括蒸气、气、液压直接驱动的泵)和手动泵等。
转子泵属于正位移泵,其工作原理是依靠泵内一个或多个转子的旋转来吸液和排液的。化工中常用的有螺杆泵和齿轮泵。
1.螺杆泵
螺杆泵由泵壳和一根或多根螺杆所构成,如图2-28所示为双螺杆泵。当螺杆泵工作时,液体被吸入后就进入螺纹与泵壳所围成的密封空间;当螺杆旋转时,密封容积在螺齿的挤压下提高其压力,并沿轴向移动。由于螺杆是等速旋转的,所以液体出流流量也是均匀的。
图2-28 双螺杆泵
螺杆泵的特点是转速高,流量和压力均匀;机组结构紧凑、传动平稳经久耐用,工作安全可靠;无噪音、效率高。螺杆泵常用于输送各种油类及高分子聚合物,还可作为计量泵,但由于其加工工艺复杂,成本高,不能输送含有固体颗粒的液体。
2.齿轮泵
齿轮泵是由一对相互啮合的齿轮,安装在泵壳内,两个齿轮分别用键固定在各自的轴上,其中一个为主动轮,与原动机相连,另一个是从动齿轮。当主动轮旋转带动从动齿轮旋转时,液体受到齿轮的拨动,从吸入管分两路沿着齿槽与泵壳体内壁围成的空间,流到压出管,当两齿啮合时,齿槽内的液体就被挤出。齿轮的啮合处把吸入腔的低压区与压出腔的高压区隔开,使液体不能倒流,起着密封的作用。齿轮顶部与壳体的间隙很小,约为0.1mm,能够阻止液体从高压区漏向低压区。由于齿轮高速旋转,每转过一个齿,就有一部分液体排出,所以排量是均匀的。
齿轮泵分为外齿轮泵[图2-29(a)]和内齿轮泵[图2-29(b)]。
图2-29 齿轮泵
齿轮泵的特点是流量均匀,尺寸小而轻便,结构简单紧凑,坚固耐用,维修保养方便,流量小、压力高,适合输送黏性较大的液体,但不宜输送含有固体颗粒的液体。此外,齿轮泵的加工工艺要求高,不易获得精确的配合。