I. Definitie en overzicht van pompen
Een pomp, als een veelgebruikt mechanisch apparaat op verschillende gebieden, heeft als kernfunctie het transporteren van vloeistoffen (zoals water, olie, enz.) van de ene plaats naar de andere. Met de aandrijving van de pomp kunnen de vloeistoffen de transporttaak efficiënt en stabiel voltooien en voldoen aan verschillende productie- en woonbehoeften.
Een pomp is een mechanisch apparaat dat wordt gebruikt voor het transporteren van verschillende vloeistoffen. Het toepassingsgebied is uitgebreid en omvat water-, olie-, zuur- en alkalioplossingen, emulsies, suspensies, vloeibare metalen, enz. Bovendien kunnen tandwieloliepompen ook vloeibare-gasmengsels en vloeistoffen transporteren die zwevende vaste stoffen bevatten.
Pompen kunnen op basis van hun werkingsprincipes worden ingedeeld in drie hoofdcategorieën: verdringerpompen, waaierpompen en andere soorten pompen. Het is vermeldenswaard dat de classificatie van dompelpompen diverser is. Naast dat ze worden geclassificeerd op basis van het werkingsprincipe, kunnen ze ook worden gecategoriseerd en benoemd op basis van de rijmethode, structuur, doel en de aard van de vloeistof die wordt getransporteerd.
Er zijn complexe, onderling afhankelijke veranderingen tussen de verschillende prestatieparameters van de pomp, en deze relaties kunnen intuïtief worden weergegeven via karakteristieke curven. Elke pomp heeft zijn eigen unieke karakteristieke curve, die de specifieke prestatiekenmerken weerspiegelt. Als mechanisch apparaat voor het transporteren van vloeistoffen of het verhogen van de druk van vloeistoffen, brengt de pomp de mechanische energie van de aandrijfmotor of andere externe energie over op de vloeistof, waardoor een toename van de energie van de vloeistof wordt bereikt.
II. Definitie en historische oorsprong van de pomp
Een pomp, een mechanisch apparaat om vloeistoffen te transporteren of de druk van vloeistoffen te verhogen, heeft een geschiedenis die teruggaat tot de oudheid. In grote lijnen wordt een pomp niet alleen gebruikt voor het transporteren van vloeistoffen, maar omvat ook bepaalde mechanische apparaten die specifiek zijn ontworpen voor het transporteren van gassen. Door de mechanische energie van de aandrijfmotor of de energie van andere bronnen over te dragen aan de vloeistof, bereikt de pomp een toename van de energie van de vloeistof.
De toenemende vraag naar wateropvoer door mensen leidde tot de opkomst van verschillende wateropvoerapparaten. De kettingpomp in Egypte werd bijvoorbeeld rond 1700 voor Christus uitgevonden, terwijl China over oude waterhefwerktuigen beschikte, zoals hendels, ankerlieren en waterwielen. In het oude Griekenland vond Archimedes in de 3e eeuw voor Christus de schroefstang uit, waarmee hij de basis legde voor latere pomptechnologie.
In de loop van de tijd vond de oude Griekse vakman Ktesibius rond 200 voor Christus de primitieve zuigerpomp - de brandbluspomp - uit. Toen, in 1588, was er een record van de vierbladige schuifschuifpomp, die de eerste ontwikkeling van de rotatiepomp markeerde. In 1689 innoveerde D. Papan uit Frankrijk verder en vond de centrifugaalpomp met 4 bladen uit.
In de 18e eeuw verschenen achtereenvolgens centrifugaalpompen met radiale rechte schoepen, half-open dubbele- zuigwaaiers en slakkenhuizen, evenals zuigerpompen die rechtstreeks door stoom werden aangedreven, in de Verenigde Staten. Deze innovaties hebben bijgedragen aan de vorming en ontwikkeling van moderne pomptechnologie.
Met de voortdurende vooruitgang van de technologie vond HR Worsington uit de Verenigde Staten tussen 1840 en 1850 een stoomzuigerpomp met directe-werking uit, waarbij de pompcilinder en de stoomcilinder tegenover elkaar waren geplaatst, waarmee de basis werd gelegd voor de verbetering van moderne zuigerpompen. En van 1851 tot 1875 maakte de geboorte van meer-traps centrifugaalpompen de ontwikkeling van centrifugaalpompen met hoge- opvoerhoogte mogelijk.
Sindsdien zijn er voortdurend verschillende nieuwe typen pompen op de markt gekomen, waarbij de efficiëntie geleidelijk is verbeterd, en het scala aan prestaties en toepassingsgebieden ook steeds uitgebreider is geworden.
III. Classificatie van pompen
Pompen, die op verschillende gebieden veel worden gebruikt, zijn er in een grote verscheidenheid aan typen en worden op talloze manieren geclassificeerd. Volgens hun werkingsprincipes kunnen pompen hoofdzakelijk in drie categorieën worden verdeeld:
Ten eerste is er de verdringerpomp, ook wel waaierpomp of schottenpomp genoemd. Dit type pomp maakt gebruik van een roterende waaier om kracht uit te oefenen op de vloeistof, waardoor voortdurend energie aan de vloeistof wordt overgedragen en de kinetische energie en druk ervan wordt verhoogd. Vervolgens wordt de kinetische energie via de ontladingskamer omgezet in drukenergie. Verdringerpompen omvatten onder meer centrifugaalpompen, axiale stromingspompen, gedeeltelijke stromingspompen en vortexpompen.
Het volgende type is de volumetrische pomp. Dit type pomp brengt energie over door periodiek het volume van de afgesloten werkruimte te veranderen, waardoor de druk van de vloeistof wordt verhoogd en deze wordt gedwongen te worden afgevoerd. Volumetrische pompen kunnen verder worden geclassificeerd in zuigerpompen en rotatiepompen op basis van de bewegingsvorm van de werkelementen.
Daarnaast zijn er nog andere soorten pompen die op unieke manieren energie overbrengen. Jetpompen zijn bijvoorbeeld afhankelijk van de hoge- straal van de werkvloeistof om de te transporteren vloeistof aan te zuigen en te mengen, waardoor energieoverdracht wordt bereikt door middel van impulsuitwisseling; membraanpompen en waterslagpompen maken tijdens het remmen gebruik van het waterslageffect om energie over te dragen; terwijl elektromagnetische pompen vloeistoftransport door de stroom vloeibaar metaal bewerkstelligen onder invloed van een elektrische stroom en elektromagnetische kracht.
Bovendien kunnen pompen verder worden geclassificeerd op basis van de eigenschappen van de vloeistof die wordt getransporteerd, de aandrijfmethode, de structuur en het doel.
IV. Toepassingen van pompen op verschillende gebieden
Het prestatiebereik van pompen is uitgebreid, variërend van gigantische pompen met een debiet van enkele honderdduizenden kubieke meter per uur tot miniatuurpompen met een debiet van minder dan enkele deciliters per uur; hun drukbereik kan ook variëren van normale druk tot wel 19,61 Mpa (200 kgf/cm2) of hoger. Bovendien verschillen ook de temperatuur en het type vloeistof dat wordt getransporteerd, zoals water (helder water, rioolwater, enz.), olie, zuren en basen, suspensies en vloeibare metalen, enz.
In de productie van de chemische en petroleumsector spelen pompen een cruciale rol. Omdat de grondstoffen, half{1}}afgewerkte producten en eindproducten meestal vloeistoffen zijn, transporteren pompen bij deze complexe processen niet alleen de vloeistoffen, maar zorgen ze ook voor de druk en stroom die nodig is voor chemische reacties. Tegelijkertijd worden ze ook in veel apparaten gebruikt om de temperatuur te regelen.
In de landbouwproductie zijn pompen de belangrijkste irrigatie- en drainagemachines. De plattelandsgebieden in ons land zijn uitgestrekt en er zijn jaarlijks een groot aantal pompen nodig om de landbouwproductie te ondersteunen. Over het algemeen zijn landbouwpompen verantwoordelijk voor de helft van het totale pompvermogen.
Mijnbouw- en metallurgische industrieën zijn ook belangrijke toepassingsgebieden voor pompen. In deze industrieën vereisen processen zoals mijndrainage, verwerking van mineralen, smelten en walsen allemaal de ondersteuning van pompen.
In de energiesector, of het nu om een kerncentrale of een thermische centrale gaat, spelen pompen een cruciale rol. Kerncentrales hebben hoofdpompen, secundaire pompen en tertiaire pompen nodig om de stabiele werking van kernreacties te garanderen; terwijl thermische energiecentrales afhankelijk zijn van een groot aantal ketelvoedingspompen, condensaatpompen, circulatiepompen en slakken- en aspompen om de normale werking van de energiecentrale te behouden.
Ook de defensiebouw kan niet zonder de toepassing van pompen. Voor het afstellen van de kleppen, roeren en landingsgestellen van vliegtuigen, het roteren van oorlogsschepen en tankkoepels, evenals het onderdompelen en opstijgen van onderzeeërs zijn allemaal pompen nodig die voor de noodzakelijke kracht en afstelfuncties zorgen. Bovendien is voor bepaalde hogedruk- en radioactieve vloeistoffen tijdens transport en behandeling de vereiste voor een pomplek-vrije werking extreem hoog.
In de scheepsbouwindustrie worden honderden verschillende soorten pompen gebruikt op elk zeeschip-. Van de propellerpompen die het schip aandrijven tot verschillende pompen die de omgeving van de scheepscabines onderhouden, ze zijn allemaal onmisbaar. Bovendien zijn de watertoevoer- en afvoersystemen in steden, het water dat wordt gebruikt door stoomlocomotieven, de smering en koeling van werktuigmachines, het transport van kleurstoffen in de textielindustrie en het transport van melk- en suikerproducten in de voedingsindustrie allemaal afhankelijk van de ondersteuning van pompen.
Kortom, pompen zijn alomtegenwoordig op verschillende gebieden, waaronder de lucht- en ruimtevaart, militaire uitrusting, industriële productie en het dagelijks leven, en spelen een onmisbare rol. Daarom worden pompen geclassificeerd als algemene machines en worden ze een onmisbaar en belangrijk product in de mechanische industrie.
V. Basisparameters van pompen
De prestaties van pompen, als belangrijk onderdeel van algemene machines, hebben een directe invloed op de operationele efficiëntie in verschillende toepassingsscenario's. Om de prestaties van pompen volledig te begrijpen, moeten we ons eerst concentreren op verschillende belangrijke basisparameters. Deze parameters weerspiegelen niet alleen de inherente kenmerken van de pompen, maar bieden ook cruciale richtlijnen voor hun selectie en toepassing.
1. Debiet Q
Het debiet is een belangrijke indicator om te meten hoeveel vloeistof een pomp binnen een tijdseenheid kan transporteren, meestal uitgedrukt in volume of massa. Het volumedebiet wordt aangegeven met Q, en de eenheden ervan omvatten m3/s, m3/h en l/s, enz. Terwijl het massadebiet wordt weergegeven door Qm, en de eenheden t/h, kg/s, enz. zijn. De relatie tussen deze twee kan worden vastgesteld via de formule Qm=ρQ, waarbij ρ de dichtheid van de vloeistof vertegenwoordigt. Voor water bij normale temperatuur is de dichtheid ρ ongeveer 1000 kg/m3.
2. Hoofd H
De opvoerhoogte verwijst naar de energietoename van een eenheidsgewicht vloeistof nadat deze door de pomp is gepompt, van de inlaat van de pomp (dwz de pompinlaatflens) naar de uitlaat (dwz de uitlaatflens van de pomp). Dit komt overeen met de effectieve energie die wordt gewonnen door één Newton vloeistof wanneer deze door de pomp stroomt. De eenheid is N·m/N, ook wel meter genoemd. Het vertegenwoordigt de hoogte van de vloeistofkolom die de pomp pompt en wordt daarom ook eenvoudigweg meters genoemd.
3. Toerental n
Snelheid verwijst naar het aantal omwentelingen van de pompas binnen een tijdseenheid, meestal aangegeven met het symbool n, en de eenheid ervan is omwentelingen per minuut (r/min).
4. Marge zuigkop
De marge van de zuigkop, ook wel netto positieve zuigkop genoemd, is een belangrijke parameter voor het meten van de cavitatieprestaties. In China werd deze parameter voorheen weergegeven door Δh.
5. Kracht en efficiëntie
Het vermogen van een pomp wordt gewoonlijk het ingangsvermogen genoemd. Dit is het vermogen dat wordt overgedragen van de aandrijfmotor naar de pompas en staat ook bekend als asvermogen, aangegeven met P. Het effectieve vermogen van de pomp, of het uitgangsvermogen, wordt weergegeven door Pe, en meet de effectieve energie die wordt verkregen door de vloeistof die binnen een tijdseenheid uit de pomp wordt afgevoerd.
Het is vermeldenswaard dat het hoofd precies deze effectieve energie vertegenwoordigt. Concreet verwijst de opvoerhoogte naar de effectieve energie die een eenheid zware vloeistof ontvangt wanneer deze uit de pomp wordt gepompt. Daarom kunnen we, door de opvoerhoogte, het massadebiet en de zwaartekrachtversnelling te vermenigvuldigen, de effectieve energie berekenen die een eenheid vloeistofopbrengst van de pomp in een bepaalde tijd verkrijgt, wat het effectieve vermogen van de pomp is:
Pe=ρgQH (W)=QH (W)
Onder hen vertegenwoordigt ρ de dichtheid van de vloeistof die door de pomp wordt gepompt (kg/m³), het soortelijk gewicht van de vloeistof die door de pomp wordt gepompt (N/m³), Q is het debiet van de pomp (m³/s), H is de opvoerhoogte van de pomp (m) en g is de versnelling als gevolg van de zwaartekracht (m/s²).
Het verschil tussen het asvermogen P en het effectieve vermogen Pe vertegenwoordigt het vermogensverlies binnen de pomp. Om dit verlies te kwantificeren, introduceren we het concept van pompefficiëntie, dat wordt uitgedrukt als de verhouding tussen het effectieve vermogen en het asvermogen en wordt aangegeven met η.
VI. Definitie en conversie van verkeer
De stroomsnelheid, het volume vloeistof dat per tijdseenheid door de pomp wordt afgevoerd, wordt aangegeven met Q. De eenheden omvatten kubieke meter per uur (m3/h), liters per seconde (l/s), enz. Het is vermeldenswaard dat 1 liter per seconde gelijk is aan 3,6 kubieke meter per uur, wat ook gelijk is aan 0,06 kubieke meter per minuut of 60 liter per minuut. Bovendien kunnen we het per uur verpompte gewicht berekenen met behulp van het debiet en het soortelijk gewicht van de vloeistof, aangegeven met G, waarbij ρ het soortelijk gewicht van de vloeistof vertegenwoordigt. Als een bepaalde pomp bijvoorbeeld een debiet heeft van 50 kubieke meter per uur, willen we bij het verpompen van water weten hoeveel gewicht er per uur kan worden gepompt? Ervan uitgaande dat het soortelijk gewicht ρ van water 1000 kilogram per kubieke meter is, kunnen we berekenen met de formule G=Qρ, wat resulteert in een resultaat van 50.000 kilogram per uur, oftewel 50 ton per uur.
VII. Definitie en conversie van hoofd
De opvoerhoogte, de energie die wordt gewonnen door een gewichtseenheid vloeistof die door een pomp stroomt, wordt aangegeven met H en wordt gemeten in meters (m). Het omvat de zuigkop en is ongeveer gelijk aan het drukverschil tussen de pompuitlaat en de inlaat. Ondertussen wordt de pompdruk weergegeven door P en gemeten in Mpa (megapascal). Het is vermeldenswaard dat er een bepaalde conversierelatie bestaat tussen hoofd en druk. De specifieke formule is H=P/ρ, waarbij ρ het soortelijk gewicht van de vloeistof is. Als P bijvoorbeeld 1 kg/cm² is, kunnen we de formule gebruiken om te berekenen dat H ongeveer 10 meter is.
1 Mpa is gelijk aan 10 kg/cm². De opvoerhoogte H kan worden berekend met behulp van de formule H=(P2 - P1) / ρ, waarbij P2 de uitlaatdruk vertegenwoordigt, P1 de inlaatdruk en ρ het soortelijk gewicht van de vloeistof.
Vervolgens bespreken we de concepten cavitatiemarge en zuighoogte, evenals hun meeteenheden. Cavitatie verwijst naar het fenomeen waarbij, tijdens de werking van een pomp, vloeistof aan de inlaat van de waaier damp genereert als gevolg van de vacuümdruk. Deze verdampte bellen veroorzaken bij botsing met de vloeistofdeeltjes erosie van de metalen oppervlakken zoals de waaier, waardoor deze metalen componenten worden beschadigd. Deze vacuümdruk staat bekend als verdampingsdruk. De cavitatiemarge verwijst daarentegen naar de energie die een gewichtseenheid vloeistof aan de zuiginlaat van de pomp bezit boven de verdampingsdruk. Het wordt gemeten in meters en wordt doorgaans aangeduid met NPSHr.
De zuighoogte, ook wel de noodzakelijke cavitatiemarge Δh genoemd, is de vacuümgraad waarbij de pomp vloeistof kan aanzuigen. Het is de toegestane installatiehoogte voor de pomp, en de eenheid ervan is ook meter. De formule voor het berekenen van de zuighoogte is: Zuigkop=Standaard atmosferische druk - Cavitatiemarge - Veiligheidsmarge. Onder hen is de vacuümhoogte van de pijpleiding gegenereerd door de standaard atmosferische druk 10,33 meter, en de veiligheidsmarge wordt gewoonlijk genomen op 0,5 meter.
Voor een bepaalde pomp is de benodigde zuighoogte bijvoorbeeld 4,0 meter. We kunnen de bovenstaande formule gebruiken om de zuighoogte Δh te berekenen. Het berekeningsresultaat is: Δh=10.33 - 4.0 - 0.5=5.83 meter.
VIII. Pompcavitatiefenomeen en de oorzaken ervan
1. Definitie van cavitatie
Wanneer een vloeistof een bepaalde temperatuur bereikt, daalt de druk ervan naar de verdampingsdruk die overeenkomt met die temperatuur. Op dit punt zullen zich belletjes in de vloeistof vormen. Dit fenomeen staat bekend als cavitatie.
2. Instorting van cavitatie
Tijdens het cavitatieproces zullen de gegenereerde bellen, terwijl de vloeistof naar het hoge- drukgebied stroomt, snel krimpen als gevolg van de plotselinge drukverhoging, en uiteindelijk in de vloeistof barsten. Dit fenomeen wordt cavitatie-instorting genoemd.
3. Oorzaken en gevaren van cavitatie
Als tijdens de werking van de pomp bepaalde delen van de stroomdoorgang (zoals de positie iets achter de inlaat van de waaierbladen) een specifieke reden ervaren die ervoor zorgt dat de absolute druk van de verpompte vloeistof onder de verdampingsdruk bij die temperatuur daalt, begint de vloeistof op dit punt te verdampen, waardoor een groot aantal bellen ontstaat. Wanneer de vloeistof die deze belletjes bevat het hogedrukgebied van de waaier binnendringt, trekken de belletjes snel samen onder invloed van de hogedrukvloeistof en barsten ze uiteindelijk. Dit proces is vooral duidelijk bij dompelpompen. De condensatie en het scheuren van de bellen gaan gepaard met het snel opvullen van holtes door vloeistofdeeltjes met extreem hoge snelheden, wat resulteert in een sterke waterinslag. Deze waterinslag raakt het metalen oppervlak met een hoge impactfrequentie, waarbij de impactspanning honderden tot duizenden atmosfeer bereikt, en de impactfrequentie kan zelfs tienduizenden keren per seconde bereiken. De muuroppervlakken die langdurig aan dergelijke schokken worden blootgesteld, kunnen ernstig worden geërodeerd en er kunnen zelfs perforaties optreden.
4. Het proces en de effecten van cavitatie
In een pomp is cavitatie een complex proces dat gepaard gaat met de vorming, ontwikkeling en ineenstorting van bellen. Wanneer bepaalde delen van het stromingsgedeelte van de pomp specifieke omstandigheden ervaren die ervoor zorgen dat de absolute druk van de vloeistof onder de verdampingsdruk daalt, begint de vloeistof te verdampen, waardoor een groot aantal bellen ontstaat. Wanneer de vloeistof het hogedrukgebied van de waaier binnendringt, trekken deze belletjes snel samen onder het hogedrukeffect en scheuren uiteindelijk. Deze reeks processen veroorzaakt niet alleen ernstige schade aan de stromingscomponenten, maar veroorzaakt ook onaangenaam geluid en trillingen, waardoor de prestaties van de pomp aanzienlijk worden verminderd. In ernstige gevallen kan cavitatie zelfs de onderbreking van de vloeistoftoevoer naar de pomp veroorzaken, waardoor de normale werking van de pomp wordt beïnvloed.
IX. Wat is de karakteristieke curve van een pomp?
De karakteristieke curve van een pomp, ook wel prestatiecurve genoemd, geeft in wezen de relatie weer tussen de belangrijkste prestatieparameters van een centrifugaalpomp. Deze curven worden verkregen door feitelijke metingen en geven visueel het bewegingspatroon van de vloeistof in de pomp weer. De karakteristieke curven omvatten de curven van stroomsnelheid en opvoerhoogte (Q-H), stroomsnelheid en efficiëntie (Q-η), stroomsnelheid en vermogen (Q-N), en stroomsnelheid en verdampingshoogtemarge (Q-NPSHr). Deze curven zijn cruciaal voor het begrijpen van de werkstatus van de pomp, omdat voor elk gegeven stroomsnelheidspunt een reeks overeenkomstige waarden voor opvoerhoogte, vermogen, efficiëntie en verdampingshoogtemarge op de curve te vinden is, en deze reeks parameters wordt de werkstatus of werkpunt genoemd. In het bijzonder wordt het bedrijfspunt met het hoogste rendement van de centrifugaalpomp het optimale bedrijfspunt genoemd, en dit is meestal ook het ontwerpwerkpunt. Het begrijpen van deze prestatieparameters is van cruciaal belang voor het garanderen van de normale werking en de energie-besparende efficiëntie van de pomp.
11. Hoe wordt het rendement van een pomp gedefinieerd? Wat is de formule?
Het rendement van een pomp wordt gedefinieerd als de verhouding tussen het effectieve vermogen en het asvermogen, weergegeven door het symbool η, en de berekeningsformule is η=Pe/P. Hier vertegenwoordigt Pe het effectieve vermogen van de pomp, en P verwijst naar het asvermogen van de pomp, dat wil zeggen het vermogen dat wordt overgedragen van de aandrijfmotor naar de pompas. Het effectieve vermogen is het product van de opvoerhoogte van de pomp, het massadebiet en de zwaartekrachtversnelling, en de formule is Pe=ρg QH (in watt), of Pe=QH/1000 (in kilowatt). Bovendien vertegenwoordigt ρ de dichtheid van de vloeistof die door de pomp wordt getransporteerd, is het soortelijk gewicht van de vloeistof (= ρg) en is g de zwaartekrachtversnelling. Tegelijkertijd kan het massadebiet Qm worden verkregen door de dichtheid ρ te vermenigvuldigen met het debiet Q, met eenheden van ton per uur of kilogram per seconde.
12. Wat is een testbank met volledige prestaties voor een pomp?
De volledige prestatietestbank voor pompen is een geavanceerde apparatuur die in staat is verschillende prestatieparameters van pompen nauwkeurig te testen. Het voldoet aan de nationale normen en heeft een nauwkeurigheid van B-niveau, waardoor de nauwkeurigheid van de testresultaten wordt gegarandeerd. Deze testbank is uitgerust met nauwkeurige instrumenten, waaronder een wormwieldebietmeter voor debietmeting, een precisiemanometer voor de opvoerhoogtemeting, een vacuümmeter voor de zuighoogtemeting en een axiale krachtmachine voor de vermogensmeting. Daarnaast wordt ook een snelheidsmeter gebruikt om het toerental van de pomp nauwkeurig te bepalen. Door de gezamenlijke actie van deze precieze instrumenten kunnen we de volledige set prestatieparameters van de pomp verkrijgen, waardoor we de prestaties ervan uitgebreid kunnen evalueren.
