泵在工业中的选取

泵在工业中的选取

来源：SoftInWay

英语原文链接：https://blog.softinway.com/considerations-in-industrial-pump-selection/

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泵是通过将来自旋转叶轮的机械能转换成一定扬程，将液体从吸力端转移到排放端的机器。施加在液体上的压力迫使流体以所需的速率流动，并克服了管道，阀门，配件和过程设备中的摩擦损失。

在选择泵时，可靠性和效率是密不可分的。通常，对正常工作点，一个泵被恰当的选取和控制时，它的运行会接近其最佳效率点（BEP）的流动情况，同时机械部件受力较低，振动较小。所有这些都使泵获得最佳的运行可靠性。

在为工业应用选择泵时，应考虑多个因素，例如过程中流体的特性，最终用途的要求，环境条件，泵的材料，入口条件等。选择正确的泵类型并正确调整其大小对于任何泵的成功应用都是至关重要的。泵的应用包括恒定流量或可变流量要求，服务于单体负荷和整体管网负荷，并且由开环系统（非回送或液体输入）或闭环系统（回送系统）组成。

选择泵时要考虑的一些关键因素包括：

流体特性：泵的流体特性会严重影响泵的选择。关键考虑因素包括：

• 酸度/碱度和化学成分。腐蚀性和酸性流体会使泵性能下降，因此在选择泵材料时应予以考虑。

•  工作温度：对于高于200°F的流体，需要考虑泵的材料和膨胀，机械密封组件和填充材料。

• 固体浓度/颗粒尺寸：当泵输送研磨液体（例如工业浆料）时，不会过早堵塞或失效的泵的选取取决于颗粒尺寸，硬度和固体的体积百分比。

• 比重：它影响扬程和移动流体所需的能量，在确定泵功率要求时必须予以考虑。

• 蒸气压和粘度：适当考虑液体的蒸气压将有助于最大程度地减少气蚀的风险。高粘度流体会导致离心泵性能下降，并增加动力需求。在泵输送粘性流体时，考虑到泵的吸入侧管路损失尤为重要。

结构材料：始终需要检查结构材料与工艺液体或泵可能遇到的任何其他液体的相容性。 这些材料的初始成本通常是首要考虑因素。 但是，运行成本，更换成本以及使用寿命和维修成本将决定泵使用寿命内的实际成本。 可以使用图表检查化学兼容性并确定最适合泵的结构材料。

叶轮材料在汽蚀条件下对泵寿命的影响如图1所示。例如，从低碳钢（可靠性系数为1.0）更改为不锈钢（可靠性系数为4.0）将延长叶轮因汽蚀影响下工作寿命的四倍。 硬质涂层（例如某些陶瓷）在汽蚀条件下也可以增加叶轮寿命。

图1 – 材料汽蚀寿命系数

泵的尺寸和性能规格：需要准确的泵排量以准确确定管道系统的尺寸，确定摩擦压头损失，绘制系统曲线以及选择泵和驱动马达。 通过提供恒定的流量，或使用节流阀或变速驱动器，可以达到过程的要求。

对于泵进行初始大小确定，可以根据Cordier Diagrams（图2），也可以使用公开文献中的其他可用图表或使用诸如AxSTREAM®之类的泵设计程序来创建低保真度的概念设计，或创建具有3D几何形状，性能曲线，并在CFD分析中进行了优化的完善设计。 在确定泵的尺寸时，比转速可以是一个标准，用于提供未指定直径的泵运行时的单位体积流量和压力。 在此处可以看到比转速和比直径的关系表达：

其中，“ N”是转速（RPM），“ Q”是流量（ft3 / sec），“ H”是压头（ft），“ D”是直径（ft）

尺寸不正确的泵会导致泵流体传输系统内的运行问题。 加工行业的估计表明，使用过大尺寸的泵相关的成本令人震惊，每年使公司损失数十亿美元。 除了成本之外，泵的尺寸过大还会带来其他影响，例如过度振动，轴承过早失效，工作温度升高和汽蚀问题。

图2 – 泵的比转速和比直径Cordier图

另一方面，工业泵的尺寸过小也是一个问题，特别是对于某些类型的泵，例如螺杆泵。 螺杆泵的流量由腔的大小决定。 带有较小腔体的小型泵需要更快地泵送液体和更努力地运作，这可能会使泵组件变形并导致吸力降低，磨损增加和过早失效。

泵类型：在选择了合适的结构材料以使其与整个过程兼容，并通过运行参数初始确定了泵的尺寸后，下一步是选择泵的类型。 对于不同的工业，可以选择许多不同类型的泵。 图3中显示了一些示例。

工作环境方面的考虑：重要的环境方面的考虑包括环境温度和湿度，海拔高度以及是否将泵安装在室内还是室外。如果在户外，可能需要针对冻结温度进行特殊的构造或安装进行考虑。如果环境危险，例如其中含有爆炸性蒸气或灰尘，则将需要用到特殊的电动机功能。

这些是选择泵时应考虑的必要因素。设计者或终端用户还可以考虑其他因素，例如级数，不同的泵配置（例如轴向，径向，串联或并联）等，以提高泵的性能以及安全运行。通常，终端用户会从制造商提供的可用设计中选择泵，因此最终用户必须在性能，安全性，可靠性等方面做出折衷。在这种情况下，他们还可以考虑使用AxSTREAM之类的工具，工程师可以在设计分析中使用。设计包含基本的概念设计或完整的设计，并创建所有组件三维几何并考虑转子动力学分析，轴承支撑以及估计泄漏，二次流和其他效率损失。然后，他们可以将此设计带给制造商，并创建满足所有行业标准以及最终用户要求的定制泵。