I. Pumppujen määritelmä ja yleiskuvaus
Pumppu, joka on laajalti käytetty mekaaninen laite eri aloilla, sen ydintehtävä on kuljettaa nesteitä (kuten vettä, öljyä jne.) paikasta toiseen. Pumpun käytöllä nesteet voivat suorittaa kuljetustehtävän tehokkaasti ja vakaasti erilaisiin tuotanto- ja asumistarpeisiin.
Pumppu on mekaaninen laite, jota käytetään erilaisten nesteiden kuljettamiseen. Sen käyttöalue on laaja, ja se kattaa vesi-, öljy-, happo- ja alkaliliuokset, emulsiot, suspensiot, nestemäiset metallit jne. Lisäksi vaihteistoöljypumput voivat kuljettaa myös nestemäisiä-kaasuseoksia ja nesteitä, jotka sisältävät suspendoituneita kiinteitä aineita.
Pumput voidaan luokitella kolmeen pääluokkaan niiden toimintaperiaatteiden perusteella: iskutilavuuspumput, juoksupyöräpumput ja muun tyyppiset pumput. On syytä huomata, että uppopumppujen luokitus on monipuolisempi. Sen lisäksi, että ne luokitellaan toimintaperiaatteen mukaan, ne voidaan myös luokitella ja nimetä ajotavan, rakenteen, tarkoituksen ja kuljetettavan nesteen luonteen perusteella.
Pumpun eri suorituskykyparametrien välillä on monimutkaisia toisistaan riippuvia muutoksia, ja nämä suhteet voidaan näyttää intuitiivisesti ominaiskäyrien avulla. Jokaisella pumpulla on oma ainutlaatuinen ominaiskäyränsä, joka kuvastaa sen erityisiä suorituskykyominaisuuksia. Mekaanisena välineenä nesteiden kuljettamiseen tai nesteiden paineen nostamiseen pumppu siirtää voimanlähteen mekaanisen energian tai muun ulkoisen energian nesteeseen, jolloin saadaan aikaan nesteen energian lisäys.
II. Pumpun määritelmä ja historiallinen alkuperä
Pumpulla, mekaanisella laitteella nesteiden kuljettamiseen tai nesteiden paineen nostamiseen, on historiansa muinaisista ajoista lähtien. Yleisesti ottaen pumppua ei käytetä vain nesteiden kuljetukseen, vaan se sisältää myös tiettyjä mekaanisia laitteita, jotka on suunniteltu erityisesti kaasujen kuljetukseen. Siirtämällä voimanlähteen mekaanista energiaa tai muiden lähteiden energiaa nesteeseen, pumppu saavuttaa nesteen energian lisäyksen.
Ihmisten vedennoston lisääntyvä kysyntä johti erilaisten vedennostolaitteiden syntymiseen. Esimerkiksi Egyptin ketjupumppu keksittiin noin vuonna 1700 eaa., kun taas Kiinassa oli muinaisia vedennostotyökaluja, kuten vivut, tuulet ja vesipyörät. Antiikin Kreikassa Archimedes keksi ruuvitangon 3. vuosisadalla eKr., mikä loi perustan myöhemmälle pumpputeknologialle.
Ajan myötä antiikin kreikkalainen käsityöläinen Ktesibius keksi primitiivisen mäntäpumpun - sammutuspumpun - noin vuonna 200 eaa. Sitten vuonna 1588 oli tietue 4-siipisestä liukusiipipumpusta, mikä merkitsi pyörivän pumpun alkukehitystä. Vuoteen 1689 mennessä ranskalainen D. Papan innovoi ja keksi edelleen kierukkakeskipakopumpun 4-siipisellä juoksupyörällä.
1700-luvulla Yhdysvalloissa ilmestyi peräkkäin keskipakopumput, joissa oli säteittäiset suorat siivet, puoli-avoimet kaksois-imupyörät ja kierteet sekä suoraan höyryllä toimivat mäntäpumput. Nämä innovaatiot myötävaikuttivat nykyaikaisen pumpputekniikan muodostumiseen ja kehittämiseen.
Tekniikan jatkuvan kehityksen myötä yhdysvaltalainen HR Worsington keksi vuosina 1840–1850 suoratoimisen höyrymäntäpumpun, jossa pumpun sylinteri ja höyrysylinteri asetettiin vastakkain, mikä loi perustan nykyaikaisten mäntäpumppujen parantamiselle. Ja vuosina 1851–1875 monivaiheisten keskipakopumppujen synty- mahdollisti korkean -korkean keskipakopumppujen kehittämisen.
Sen jälkeen uusia pumpputyyppejä on ilmaantunut jatkuvasti tehokkuuden parantuessa, ja myös suorituskyky- ja sovellusalueet ovat laajentuneet.
III. Pumppujen luokitus
Pumppuja, joita käytetään laajasti eri aloilla, on monenlaisia tyyppejä ja ne luokitellaan useilla tavoilla. Toimintaperiaatteensa mukaan pumput voidaan jakaa pääasiassa kolmeen luokkaan:
Ensinnäkin on syrjäytyspumppu, joka tunnetaan myös nimellä juoksupyöräpumppu tai siipipumppu. Tämän tyyppisessä pumpussa käytetään pyörivää juoksupyörää voiman kohdistamiseen nesteeseen, joka siirtää jatkuvasti energiaa nesteeseen ja lisää sen kineettistä energiaa ja painetta. Tämän jälkeen kineettinen energia muunnetaan paineenergiaksi purkauskammion kautta. Positiivisia syrjäytyspumppuja ovat muun muassa keskipakopumput, aksiaalivirtauspumput, osavirtauspumput ja pyörrepumput.
Seuraava tyyppi on tilavuuspumppu. Tämäntyyppinen pumppu siirtää energiaa muuttamalla ajoittain suljetun työtilan tilavuutta, mikä lisää nesteen painetta ja pakottaa sen poistumaan. Volumetriset pumput voidaan edelleen luokitella mäntäpumppuihin ja pyöriviin pumppuihin työelementtien liikemuodon perusteella.
Lisäksi on olemassa muuntyyppisiä pumppuja, jotka siirtävät energiaa ainutlaatuisilla tavoilla. Esimerkiksi suihkupumput luottavat työnesteen nopeaan-suihkuun, joka imee ja sekoittaa kuljetettavan nesteen, jolloin saadaan aikaan energiansiirto liikemäärän vaihdon kautta. kalvopumput ja vesivasarapumput käyttävät vesivasaravaikutusta jarrutuksen aikana energian siirtämiseen; kun taas sähkömagneettiset pumput saavuttavat nesteen kuljetuksen nestemäisen metallin virtauksen läpi sähkövirran ja sähkömagneettisen voiman vaikutuksesta.
Lisäksi pumput voidaan luokitella edelleen kuljetettavan nesteen ominaisuuksien, käyttötavan, rakenteen ja käyttötarkoituksen perusteella.
IV. Pumppujen sovellukset eri aloilla
Pumppujen suorituskykyalue on laaja, ja se ulottuu jättiläispumpuista, joiden virtausnopeus on useita satoja tuhansia kuutiometrejä tunnissa, pienoispumppuihin, joiden virtausnopeus on alle useita desilitrejä tunnissa; niiden painealue voi myös vaihdella normaalipaineesta jopa 19,61 Mpa:iin (200 kgf/cm2) tai sitä korkeampaan. Lisäksi kuljetettavan nesteen lämpötila ja tyyppi vaihtelevat, kuten vesi (kirkas vesi, jätevesi jne.), öljy, hapot ja emäkset, suspensiot ja nestemäiset metallit jne.
Kemian- ja öljyteollisuuden tuotannossa pumpuilla on keskeinen rooli. Koska raaka-aineet, puolivalmiit tuotteet ja valmiit tuotteet ovat enimmäkseen nesteitä, näissä monimutkaisissa prosesseissa pumput eivät ainoastaan kuljeta nesteitä vaan myös tarjoavat kemiallisiin reaktioihin tarvittavan paineen ja virtauksen. Samaan aikaan niitä käytetään myös monissa laitteissa lämpötilan säätelyyn.
Maataloustuotannossa pumput ovat tärkein kastelu- ja kuivatuskoneisto. Maamme maaseutualueet ovat laajoja, ja maataloustuotannon tukemiseen tarvitaan vuosittain suuri määrä pumppuja. Yleisesti ottaen maatalouspumput muodostavat puolet pumppujen kokonaistuotannosta.
Kaivos- ja metallurginen teollisuus ovat myös tärkeitä pumppujen sovellusalueita. Näillä teollisuudenaloilla prosessit, kuten kaivosten tyhjennys, mineraalien käsittely, sulatus ja valssaus, edellyttävät kaikki pumppujen tukea.
Sähköalalla, oli kyseessä sitten ydin- tai lämpövoimalaitos, pumput ovat ratkaisevassa asemassa. Ydinvoimalaitokset tarvitsevat pää-, toisio- ja tertiaaripumppuja varmistaakseen ydinreaktioiden vakaan toiminnan; kun taas lämpövoimalaitokset luottavat suureen määrään kattilan syöttöpumppuja, lauhdepumppuja, kiertovesipumppuja sekä kuona- ja tuhkapumppuja voimalaitoksen normaalin toiminnan ylläpitämiseksi.
Puolustusrakentaminen ei myöskään tule toimeen ilman pumppujen käyttöä. Lentokoneiden läppien, peräsimien ja laskutelineiden säätö, sotalaivojen ja tankkitornien pyörittäminen sekä sukellusveneiden upottaminen ja nousu edellyttävät pumppuja tarvittavan tehon ja säätötoimintojen tuottamiseksi. Lisäksi tietyille korkeapaineisille-ja radioaktiivisille nesteille kuljetuksen ja käsittelyn aikana vaatimus pumpun vuotamattomasta-toiminnasta on erittäin korkea.
Laivanrakennusteollisuudessa jokaisessa valtamerialuksessa{0}} käytetään satoja erilaisia pumppuja. Laivaa käyttävistä potkuripumpuista erilaisiin pumppuihin, jotka ylläpitävät aluksen hyttien ympäristöä, ne ovat kaikki välttämättömiä. Lisäksi kaupunkien vesi- ja viemärijärjestelmät, höyryvetureiden käyttämä vesi, työstökoneiden voitelu ja jäähdytys, väriaineiden kuljetus tekstiiliteollisuudessa sekä maito- ja sokerituotteiden kuljetus elintarviketeollisuudessa ovat kaikki riippuvaisia pumppujen tuesta.
Lopuksi voidaan todeta, että pumppuja on kaikkialla useilla aloilla, mukaan lukien ilmailu, sotilaslaitteet, teollisuustuotanto ja jokapäiväinen elämä, ja niillä on korvaamaton rooli. Siksi pumput luokitellaan yleiskoneiksi ja niistä tulee välttämätön ja tärkeä tuote mekaanisessa teollisuudessa.
V. Pumppujen perusparametrit
Pumput ovat tärkeä osa yleiskoneistoa ja niiden suorituskyky vaikuttaa suoraan käyttötehokkuuteen erilaisissa sovellusskenaarioissa. Ymmärtääksemme täysin pumppujen suorituskyvyn meidän on ensin keskityttävä useisiin keskeisiin perusparametreihin. Nämä parametrit eivät ainoastaan heijasta pumppujen luontaisia ominaisuuksia, vaan antavat myös tärkeitä ohjeita niiden valinnassa ja käytössä.
1. Virtausnopeus Q
Virtausnopeus on tärkeä indikaattori sen mittaamiseksi, kuinka paljon nestettä pumppu pystyy kuljettamaan aikayksikössä, yleensä tilavuutena tai massana ilmaistuna. Tilavuusvirtaa merkitään Q:lla, ja sen yksiköitä ovat m3/s, m3/h ja l/s jne. Massavirtaa edustaa Qm ja sen yksiköt ovat t/h, kg/s jne. Näiden kahden välinen suhde voidaan määrittää kaavalla Qm=ρQ, jossa ρ edustaa nesteen tiheyttä. Normaalilämpötilaisessa vedessä sen tiheys ρ on noin 1000 kg/m3.
2. Pää H
Nostokorkeus viittaa nesteen yksikköpainon energian kasvuun sen jälkeen, kun pumppu on pumpannut sen pumpun tuloaukosta (ts. pumpun sisääntulolaipasta) ulostuloon (eli pumpun ulostulolaippaan). Tämä vastaa tehollista energiaa, jonka yksi Newton nestettä saa pumpun läpi kulkiessaan. Sen yksikkö on N·m/N, joka tunnetaan myös yleisesti metreinä. Se edustaa pumpun pumppaaman nestepatsaan korkeutta, ja siksi sitä kutsutaan myös yksinkertaisesti metreiksi.
3. Pyörimisnopeus n
Nopeudella tarkoitetaan pumpun akselin kierrosten määrää aikayksikössä, jota yleensä merkitään symbolilla n, ja sen yksikkö on kierrosta minuutissa (r/min).
4. Imupään marginaali
Imupään marginaali, joka tunnetaan myös positiivisena nettoimupäänä, on avainparametri kavitaatiosuorituskyvyn mittaamisessa. Kiinassa tätä parametria edusti aiemmin Δh.
5. Teho ja tehokkuus
Pumpun tehoa kutsutaan yleensä syöttötehoksi, joka on voimanlähteestä pumpun akselille siirretty teho ja tunnetaan myös akselitehona, jota merkitään P:llä. Pumpun tehollista tehoa eli lähtötehoa edustaa Pe, ja se mittaa pumpusta poistuvan nesteen tehollista energiaa aikayksikössä.
On syytä huomata, että pää edustaa tarkasti tätä tehokasta energiaa. Tarkemmin sanottuna nostokorkeus viittaa teholliseen energiaan, jonka raskasnesteyksikkö saa, kun se pumpataan ulos pumpusta. Siksi kertomalla nostokorkeus, massavirtausnopeus ja painovoimakiihtyvyys voidaan laskea tehollinen energia, jonka pumpun nesteen yksikkö saa tietyssä ajassa, mikä on pumpun tehollinen teho:
Pe=ρgQH (L)=QH (L)
Niistä ρ edustaa pumpun pumppaaman nesteen tiheyttä (kg/m³), on pumpun pumppaaman nesteen ominaispaino (N/m³), Q on pumpun virtausnopeus (m³/s), H on pumpun korkeus (m) ja g on painovoiman aiheuttama kiihtyvyys (m/s²).
Akselin tehon P ja tehollisen tehon Pe välinen ero edustaa tehohäviötä pumpussa. Tämän häviön kvantifioimiseksi otamme käyttöön pumpun hyötysuhteen käsitteen, joka ilmaistaan tehollisen tehon ja akselin tehon suhteena ja jota merkitään η.
VI. Liikenteen määrittely ja muuntaminen
Virtaus, joka on pumpun tyhjentämän nesteen tilavuus aikayksikköä kohti, on merkitty Q:lla. Sen yksiköt sisältävät kuutiometriä tunnissa (m3/h), litraa sekunnissa (l/s) jne. On syytä huomata, että 1 litra sekunnissa vastaa 3,6 kuutiometriä tunnissa, mikä on myös 0,06 kuutiometriä minuutissa tai 60 kuutiometriä minuutissa. Lisäksi voimme laskea pumpatun painon tunnissa käyttämällä virtausnopeutta ja nesteen ominaispainoa, joka on merkitty G:llä, missä ρ on nesteen ominaispaino. Esimerkiksi, jos tietyn pumpun virtausnopeus on 50 kuutiometriä tunnissa, vettä pumpattaessa haluamme tietää, kuinka paljon painoa voidaan pumpata tunnissa? Olettaen, että veden ominaispaino ρ on 1000 kilogrammaa kuutiometrissä, voimme laskea kaavalla G=Qρ, jolloin tulokseksi saadaan 50 000 kilogrammaa tunnissa tai 50 tonnia tunnissa.
VII. Pään määritelmä ja muuntaminen
Nostokorkeus, joka on pumpun läpi kulkevan nesteen yksikköpainon saama energia, on merkitty H:lla ja mitataan metreinä (m). Se sisältää imupään ja on suunnilleen yhtä suuri kuin pumpun ulostulon ja sisääntulon välinen paine-ero. Samaan aikaan pumpun painetta edustaa P ja se mitataan Mpa:na (megapascals). On syytä huomata, että pään ja paineen välillä on tietty muunnossuhde. Spesifinen kaava on H=P/ρ, jossa ρ on nesteen ominaispaino. Esimerkiksi kun P on 1 kg/cm², voimme laskea kaavalla, että H on noin 10 metriä.
1 Mpa on 10 kg/cm². Nostokorkeus H voidaan laskea kaavalla H=(P2 - P1) / ρ, jossa P2 edustaa ulostulopainetta, P1 on tulopainetta ja ρ on nesteen ominaispaino.
Seuraavaksi käsitellään kavitaatiomarginaalin ja imukorkeuden käsitteitä sekä niiden mittayksiköitä. Kavitaatiolla tarkoitetaan ilmiötä, jossa pumpun toiminnan aikana juoksupyörän sisääntulossa oleva neste muodostaa höyryä alipaineen vaikutuksesta. Nämä höyrystyneet kuplat aiheuttavat törmäyksessä nestehiukkasten kanssa metallipintojen, kuten siipipyörän, eroosiota, mikä vahingoittaa näitä metalliosia. Tämä tyhjiöpaine tunnetaan höyrystymispaineena. Kavitaatiomarginaali puolestaan viittaa energiaan, joka nesteen yksikköpainolla pumpun imuaukossa on höyrystymispaineen yläpuolella. Se mitataan metreinä ja sitä merkitään tyypillisesti NPSHr:lla.
Imukorkeus, joka tunnetaan myös nimellä välttämätön kavitaatiomarginaali Δh, on tyhjiöaste, jolla pumppu voi imeä nestettä. Se on pumpun sallittu asennuskorkeus ja sen yksikkö on myös metriä. Imukorkeuden laskentakaava on: Imukorkeus=Vakioilmanpaine - Kavitaatiomarginaali - Turvamarginaali. Niistä normaalin ilmanpaineen synnyttämä putkilinjan alipainekorkeus on 10,33 metriä ja turvamarginaaliksi otetaan yleensä 0,5 metriä.
Esimerkiksi tietylle pumpulle sen tarvittava imukorkeus on 4,0 metriä. Voimme käyttää yllä olevaa kaavaa laskeaksemme sen imukorkeuden Δh. Laskentatulos on: Δh=10.33 - 4.0 - 0.5=5.83 metriä.
VIII. Pumpun kavitaatioilmiö ja sen syyt
1. Kavitaation määritelmä
Kun neste saavuttaa tietyn lämpötilan, sen paine laskee tätä lämpötilaa vastaavaan höyrystymispaineeseen. Tässä vaiheessa nesteeseen muodostuu kuplia. Tämä ilmiö tunnetaan nimellä kavitaatio.
2. Kavitaatio Collapse
Kavitaatioprosessin aikana syntyneet kuplat nesteen virratessa korkean paineen{0}}alueelle kutistuvat nopeasti äkillisen paineen nousun vuoksi ja lopulta räjähtävät nesteessä. Tätä ilmiötä kutsutaan kavitaation romahdukseksi.
3. Kavitaation syyt ja vaarat
Jos tietyillä virtauskanavan alueilla (kuten hieman juoksupyörän siipien sisääntulon takana) pumpun käytön aikana ilmenee jokin tietty syy, joka saa pumpattavan nesteen absoluuttisen paineen laskemaan alle höyrystymispaineen kyseisessä lämpötilassa, neste alkaa höyrystyä tässä vaiheessa muodostaen suuren määrän kuplia. Kun näitä kuplia sisältävä neste tulee juoksupyörän korkeapaineiselle-painealueelle, kuplat supistuvat nopeasti korkeapaineisen nesteen vaikutuksesta ja lopulta puhkeavat. Tämä prosessi on erityisen ilmeinen uppopumpuissa. Kondensoitumiseen ja kuplien repeytymiseen liittyy nopea tyhjien tilojen täyttyminen nestemäisillä hiukkasilla erittäin suurilla nopeuksilla, mikä johtaa voimakkaaseen vesiiskuun. Tämä vesiisku osuu metallipintaan suurella iskutaajuudella, jolloin iskujännitys yltää satoihin tuhansiin ilmakehoihin ja törmäystaajuus voi olla jopa kymmeniä tuhansia kertoja sekunnissa. Seinäpinnat, jotka ovat altistuneet tällaisille iskuille pitkään, voivat kulua voimakkaasti ja jopa perforoitua.
4. Kavitaation prosessi ja vaikutukset
Pumpussa kavitaatio on monimutkainen prosessi, johon liittyy kuplien muodostuminen, kehittyminen ja romahtaminen. Kun tietyillä pumpun virtausosan alueilla on erityisiä olosuhteita, jotka saavat nesteen absoluuttisen paineen laskemaan alle höyrystymispaineen, neste alkaa höyrystyä muodostaen suuren määrän kuplia. Nämä kuplat, kun neste tulee juoksupyörän korkean -paineen alueelle, supistuvat nopeasti korkean-paineen vaikutuksesta ja lopulta rikkoutuvat. Tämä prosessisarja ei ainoastaan aiheuta vakavia vaurioita virtauskomponenteille, vaan myös tuottaa epämiellyttävää ääntä ja tärinää, mikä heikentää merkittävästi pumpun suorituskykyä. Vakavissa tapauksissa kavitaatio voi jopa aiheuttaa nesteen syötön katkaisun pumpussa, mikä vaikuttaa pumpun normaaliin toimintaan.
IX. Mikä on pumpun ominaiskäyrä?
Pumpun ominaiskäyrä, joka tunnetaan myös nimellä suorituskykykäyrä, kuvaa olennaisesti keskipakopumpun tärkeimpien suorituskykyparametrien välistä suhdetta. Nämä käyrät saadaan todellisilla mittauksilla ja edustavat visuaalisesti nesteen liikekuvioita pumpussa. Ominaisuuskäyrät sisältävät virtausnopeuden ja paineen (Q-H), virtausnopeuden ja hyötysuhteen (Q-η), virtausnopeuden ja tehon (Q-N) sekä virtausnopeuden ja höyrystymiskorkeuden (Q-NPSHr) käyrät. Nämä käyrät ovat ratkaisevan tärkeitä pumpun toimintatilan ymmärtämiselle, koska missä tahansa virtausnopeuspisteessä käyrältä löytyy joukko vastaavia arvoja nostokorkeudelle, teholle, hyötysuhteelle ja höyrystymiskorkeuden marginaalille, ja tätä parametrijoukkoa kutsutaan työtilaksi tai toimintapisteeksi. Erityisesti keskipakopumpun korkeimmalla hyötysuhteella olevaa toimintapistettä kutsutaan optimaaliseksi toimintapisteeksi, ja se on yleensä myös suunniteltu toimintapiste. Näiden suorituskykyparametrien ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää pumpun normaalin toiminnan ja{9}}energiansäästötehokkuuden varmistamiseksi.
11. Miten pumpun hyötysuhde määritellään? Mikä on sen kaava?
Pumpun hyötysuhde määritellään tehollisen tehon ja akselin tehon suhteena, jota edustaa symboli η, ja sen laskentakaava on η=Pe/P. Tässä Pe edustaa pumpun tehollista tehoa ja P tarkoittaa pumpun akselitehoa, eli voimaa, joka siirtyy voimanlähteestä pumpun akselille. Tehollinen teho on pumpun nousun, massavirtauksen ja painovoimakiihtyvyyden tulo, ja sen kaava on Pe=ρg QH (watteina) tai Pe=QH/1000 (kilowatteina). Lisäksi ρ edustaa pumpun kuljettaman nesteen tiheyttä, on nesteen ominaispaino (= ρg) ja g on painovoimakiihtyvyys. Samalla massavirtausnopeus Qm voidaan saada kertomalla tiheys ρ virtausnopeudella Q yksiköillä tonneja tunnissa tai kilogrammaa sekunnissa.
12. Mikä on pumpun täyden suorituskyvyn testipenkki?
Pumppujen täyden suorituskyvyn testipenkki on edistynyt laite, joka pystyy testaamaan tarkasti pumppujen eri suorituskykyparametreja. Se on kansallisten standardien mukainen ja sillä on B--tason tarkkuus, mikä varmistaa testitulosten tarkkuuden. Tämä testipenkki on varustettu tarkoilla instrumenteilla, mukaan lukien kierukkapyörän virtausmittari virtauksen mittaamiseen, tarkkuuspainemittari paineen mittaamiseen, alipainemittari imupään mittaamiseen ja aksiaalinen tehokone tehon mittaamiseen. Lisäksi nopeusmittaria käytetään myös pumpun nopeuden tarkkaan määrittämiseen. Näiden tarkkojen instrumenttien yhteistoiminnalla voimme saada täydelliset pumpun suorituskykyparametrit ja arvioida näin kattavasti sen suorituskykyä.
