泵的形成和用途

    泵是輸送液體或使液體增壓的機(jī)械。它將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加。泵主要用來輸送液體包括水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態(tài)金屬等，也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。

　　水的提升對于人類生活和生產(chǎn)都十分重要。古代就已有各種提水器具，例如埃及的鏈泵(公元前17世紀(jì))，中國的桔槔(公元前17世紀(jì))、轆轤(公元前11世紀(jì))和水車(公元1世紀(jì))。比較著名的還有公元前三世紀(jì)，阿基米德發(fā)明的螺旋桿，可以平穩(wěn)連續(xù)地將水提至幾米高處，其原理仍為現(xiàn)代螺桿泵所利用。

　　公元前200年左右，古希臘工匠克特西比烏斯發(fā)明的滅火泵是一種最原始的活塞泵，已具備典型活塞泵的主要元件，但活塞泵只是在出現(xiàn)了蒸汽機(jī)之后才得到迅速發(fā)展。

　　1840～1850年，美國沃辛頓發(fā)明泵缸和蒸汽缸對置的，蒸汽直接作用的活塞泵，標(biāo)志著現(xiàn)代活塞泵的形成。19世紀(jì)是活塞泵發(fā)展的高潮時(shí)期，當(dāng)時(shí)已用于水壓機(jī)等多種機(jī)械中。然而隨著需水量的劇增，從20世紀(jì)20年代起，低速的、流量受到很大限制的活塞泵逐漸被高速的離心泵和回轉(zhuǎn)泵所代替。但是在高壓小流量領(lǐng)域往復(fù)泵仍占有主要地位，尤其是隔膜泵、柱塞泵獨(dú)具優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用日益增多。

　　回轉(zhuǎn)泵的出現(xiàn)與工業(yè)上對液體輸送的要求日益多樣化有關(guān)。早在1588年就有了關(guān)于四葉片滑片泵的記載，以后陸續(xù)出現(xiàn)了其他各種回轉(zhuǎn)泵，但直到19世紀(jì)回轉(zhuǎn)泵仍存在泄漏大、磨損大和效率低等缺點(diǎn)。20世紀(jì)初，人們解決了轉(zhuǎn)子潤滑和密封等問題，并采用高速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，適合較高壓力、中小流量和各種粘性液體的回轉(zhuǎn)泵才得到迅速發(fā)展?；剞D(zhuǎn)泵的類型和適宜輸送的液體種類之多為其他各類泵所不及。

　　利用離心力輸水的想法最早出現(xiàn)在列奧納多·達(dá)芬奇所作的草圖中。1689年，法國物理學(xué)家帕潘發(fā)明了四葉片葉輪的蝸殼離心泵。但更接近于現(xiàn)代離心泵的，則是1818年在美國出現(xiàn)的具有徑向直葉片、半開式雙吸葉輪和蝸殼的所謂馬薩諸塞泵。1851～1875年，帶有導(dǎo)葉的多級(jí)離心泵相繼被發(fā)明，使得發(fā)展高揚(yáng)程離心泵成為可能。

　　盡管早在1754年，瑞士數(shù)學(xué)家歐拉就提出了葉輪式水力機(jī)械的基本方程式，奠定了離心泵設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，但直到19世紀(jì)末，高速電動(dòng)機(jī)的發(fā)明使離心泵獲得理想動(dòng)力源之后，它的優(yōu)越性才得以充分發(fā)揮。在英國的雷諾和德國的普夫萊德雷爾等許多學(xué)者的理論研究和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，離心泵的效率大大提高，它的性能范圍和使用領(lǐng)域也日益擴(kuò)大，已成為現(xiàn)代應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的泵。泵通常按工作原理分容積式泵、動(dòng)力式泵和其他類型泵，如射流泵、水錘泵、電磁泵、氣體升液泵。泵除按工作原理分類外，還可按其他方法分類和命名。例如，按驅(qū)動(dòng)方法可分為電動(dòng)泵和水輪泵等；按結(jié)構(gòu)可分為單級(jí)泵和多級(jí)離心泵；按用途可分為鍋爐給水泵和計(jì)量泵等；按輸送液體的性質(zhì)可分為水泵、油泵和泥漿泵等。

　　容積式泵是依靠工作元件在泵缸內(nèi)作往復(fù)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使工作容積交替地增大和縮小，以實(shí)現(xiàn)液體的吸入和排出。工作元件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的容積式泵稱為往復(fù)泵，作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的稱為回轉(zhuǎn)泵。前者的吸入和排出過程在同一泵缸內(nèi)交替進(jìn)行，并由吸入閥和排出閥加以控制；后者則是通過齒輪、螺桿、葉形轉(zhuǎn)子或滑片等工作元件的旋轉(zhuǎn)作用，迫使液體從吸入側(cè)轉(zhuǎn)移到排出側(cè)。

　　容積式泵在一定轉(zhuǎn)速或往復(fù)次數(shù)下的流量是一定的,幾乎不隨壓力而改變；往復(fù)泵的流量和壓力有較大脈動(dòng)，需要采取相應(yīng)的消減脈動(dòng)措施；回轉(zhuǎn)泵一般無脈動(dòng)或只有小的脈動(dòng)；具有自吸能力，泵啟動(dòng)后即能抽除管路中的空氣吸入液體；啟動(dòng)泵時(shí)必須將排出管路閥門完全打開；往復(fù)泵適用于高壓力和小流量；回轉(zhuǎn)泵適用于中小流量和較高壓力；往復(fù)泵適宜輸送清潔的液體或氣液混合物?？偟膩碚f，容積泵的效率高于動(dòng)力式泵。

　　動(dòng)力式泵靠快速旋轉(zhuǎn)的葉輪對液體的作用力，將機(jī)械能傳遞給液體,使其動(dòng)能和壓力能增加，然后再通過泵缸，將大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能而實(shí)現(xiàn)輸送。動(dòng)力式泵又稱葉輪式泵或葉片式泵。離心泵是最常見的動(dòng)力式泵。

　　動(dòng)力式泵在一定轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的揚(yáng)程有一限定值,揚(yáng)程隨流量而改變；工作穩(wěn)定，輸送連續(xù)，流量和壓力無脈動(dòng)；一般無自吸能力，需要將泵先灌滿液體或?qū)⒐苈烦槌烧婵蘸蟛拍荛_始工作；適用性能范圍廣；適宜輸送粘度很小的清潔液體，特殊設(shè)計(jì)的泵可輸送泥漿、污水等或水輸固體物。動(dòng)力式泵主要用于給水、排水、灌溉、流程液體輸送、電站蓄能、液壓傳動(dòng)和船舶噴射推進(jìn)等。

　　其他類型的泵是指以另外的方式傳遞能量的一類泵。例如射流泵是依靠高速噴射出的工作流體，將需要輸送的流體吸入泵內(nèi)，并通過兩種流體混合進(jìn)行動(dòng)量交換來傳遞能量；水錘泵是利用流動(dòng)中的水被突然制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量，使其中的一部分水壓升到一定高度；電磁泵是使通電的液態(tài)金屬在電磁力作用下，產(chǎn)生流動(dòng)而實(shí)現(xiàn)輸送；氣體升液泵通過導(dǎo)管將壓縮空氣或其他壓縮氣體送至液體的最底層處，使之形成較液體輕的氣液混合流體，再借管外液體的壓力將混合流體壓升上來。

　　泵的性能參數(shù)主要有流量和揚(yáng)程，此外還有軸功率、轉(zhuǎn)速和必需汽蝕裕量。流量是指單位時(shí)間內(nèi)通過泵出口輸出的液體量，一般采用體積流量；揚(yáng)程是單位重量輸送液體從泵入口至出口的能量增量，對于容積式泵，能量增量主要體現(xiàn)在壓力能增加上，所以通常以壓力增量代替揚(yáng)程來表示。泵的效率不是一個(gè)獨(dú)立性能參數(shù)，它可以由別的性能參數(shù)例如流量、揚(yáng)程和軸功率按公式計(jì)算求得。反之，已知流量、揚(yáng)程和效率，也可求出軸功率。

　　泵的各個(gè)性能參數(shù)之間存在著一定的相互依賴變化關(guān)系，可以通過對泵進(jìn)行試驗(yàn)，分別測得和算出參數(shù)值，并畫成曲線來表示，這些曲線稱為泵的特性曲線。每一臺(tái)泵都有特定的特性曲線，由泵制造廠提供。通常在工廠給出的特性曲線上還標(biāo)明推薦使用的性能區(qū)段，稱為該泵的工作范圍。

　　泵的實(shí)際工作點(diǎn)由泵的曲線與泵的裝置特性曲線的交點(diǎn)來確定。選擇和使用泵，應(yīng)使泵的工作點(diǎn)落在工作范圍內(nèi)，以保證運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性和安全。此外，同一臺(tái)泵輸送粘度不同的液體時(shí)，其特性曲線也會(huì)改變。通常，泵制造廠所給的特性曲線大多是指輸送清潔冷水時(shí)的特性曲線。對于動(dòng)力式泵，隨著液體粘度增大，揚(yáng)程和效率降低，軸功率增大，所以工業(yè)上有時(shí)將粘度大的液體加熱使粘性變小，以提高輸送效率。