前言

泵在工業(yè)中被廣泛用于提供冷卻和潤(rùn)滑、輸送流體（進(jìn)行處理），以及在水力系統(tǒng)中提供動(dòng)力。事實(shí)上，大多數(shù)制造廠、商業(yè)建筑和市政當(dāng)局的日常運(yùn)作都依賴于泵送系統(tǒng)。在制造業(yè)，泵占工業(yè)系統(tǒng)用電量的27%。在商業(yè)領(lǐng)域，泵主要用于供暖、通風(fēng)和空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)，為傳熱提供水。市政當(dāng)局使用泵進(jìn)行水和污水的輸送和處理以及土地排水。

除了廣泛的規(guī)格（大小）范圍外，泵還有幾種不同的類型。通過(guò)向流體添加能量的方式進(jìn)行分類：容積式泵直接擠壓流體；離心式泵（也稱為“旋轉(zhuǎn)動(dòng)力泵”）加速流體并將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力。在這些分類中有許多不同的子類別。容積式泵包括活塞式、螺桿式、滑動(dòng)葉片式和旋轉(zhuǎn)葉片式；離心泵包括軸流式、混流式和徑向式。許多因素決定了哪種類型的泵適合于某種應(yīng)用。通常，有幾種不同類型的泵滿足相同的服務(wù)要求。

泵的可靠性很重要，往往是至關(guān)重要的。在冷卻系統(tǒng)中，泵故障可能導(dǎo)致設(shè)備過(guò)熱和災(zāi)難性損壞。在潤(rùn)滑系統(tǒng)中，泵性能不足會(huì)損壞設(shè)備。在許多石化和發(fā)電廠中，泵的停機(jī)會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)力的重大損失。

泵對(duì)許多設(shè)施的日常運(yùn)行至關(guān)重要。這往往會(huì)傾向于保守地確定泵的尺寸，以確保在所有工況下都能滿足系統(tǒng)的需求。為了確保泵足夠大以滿足系統(tǒng)需求，工程師們往往忽視了泵尺寸過(guò)大的成本，并通過(guò)增加更多的泵容量而在安全方面犯了錯(cuò)誤。不幸的是，這種做法會(huì)導(dǎo)致超出必要的系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)成本。此外，與尺寸合適的泵相比，尺寸過(guò)大的泵通常需要更頻繁的維護(hù)。過(guò)多的流動(dòng)能量會(huì)增加系統(tǒng)組件的磨損，導(dǎo)致閥門損壞、管道應(yīng)力和系統(tǒng)運(yùn)行噪音過(guò)大。

泵送系統(tǒng)組件

典型的泵送系統(tǒng)包含五個(gè)基本組件：泵、原動(dòng)機(jī)、管道、閥門和終端設(shè)備（例如，熱交換器、儲(chǔ)罐和液壓設(shè)備）。

泵

盡管泵有多種類型、尺寸和材料，但它們可以大致分為前面描述的兩類 - 容積式泵和離心式泵。這些類別涉及泵向工作流體添加能量的方式。容積式泵通過(guò)壓縮容積的方式對(duì)流體加壓，基本上在每次活塞沖程或軸旋轉(zhuǎn)時(shí)壓縮等于系統(tǒng)排量的流體量。離心泵的工作原理是通過(guò)旋轉(zhuǎn)葉輪將動(dòng)能添加到流體中。當(dāng)流體在泵的擴(kuò)散段中減速時(shí)，流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力。

雖然許多應(yīng)用都可以使用容積式泵和離心泵，但離心泵更常見，因?yàn)樗鼈儾僮骱?jiǎn)單安全，需要最少的維護(hù)，并且具有較長(zhǎng)的使用壽命。離心泵通常比容積式泵磨損更小，需要更換的零部件也更少。雖然必須定期更換填料或機(jī)械密封，但這些任務(wù)通常只需要少量的停機(jī)時(shí)間。離心泵也可以在廣泛的工況下運(yùn)行。如果采取了預(yù)防措施，由于閥門定位不當(dāng)造成災(zāi)難性損壞的風(fēng)險(xiǎn)很低。

離心泵具有可變流量/壓力關(guān)系。離心泵在高系統(tǒng)壓力下產(chǎn)生的流量比在低系統(tǒng)壓力下產(chǎn)生的流量少。

離心泵的流量/壓力關(guān)系由性能曲線描述，該曲線將流量繪制為揚(yáng)程（壓力）的函數(shù)。了解這種關(guān)系對(duì)于正確確定泵的尺寸（大小）和設(shè)計(jì)高效運(yùn)行的系統(tǒng)至關(guān)重要。

相反，容積式泵具有固定的排量。因此，它們產(chǎn)生的流量與其速度成正比。它們產(chǎn)生的壓力由系統(tǒng)對(duì)這種流動(dòng)的阻力決定。容積式泵具有運(yùn)行優(yōu)勢(shì)，這使得它們?cè)谀承?yīng)用中更實(shí)用。這類泵通常更適用于以下情況：

1）工作流體具有很高的粘度

2）該系統(tǒng)要求泵具有高壓、低流量的性能

3）泵必須為自啟動(dòng)狀態(tài)（自吸）

4）工作流體不得承受高剪切力

5）流量必須經(jīng)過(guò)計(jì)量或精確控制

6）在非常注重泵效率的場(chǎng)合

缺點(diǎn)是容積式泵通常需要更多的系統(tǒng)保護(hù)措施，例如安全閥。容積式泵可能對(duì)系統(tǒng)管道和部件造成潛在的過(guò)壓。例如，如果泵下游的所有閥門都是關(guān)閉的 – 這種情況稱為死區(qū) - 系統(tǒng)壓力將會(huì)增加，直到安全閥啟動(dòng)、管道或配件破裂或泵電機(jī)失速。盡管安裝了安全閥來(lái)防止此類損壞，但依賴這些裝置會(huì)增加風(fēng)險(xiǎn)。此外，安全閥通常通過(guò)排放系統(tǒng)流體來(lái)釋放壓力，這對(duì)于含有有毒有害或危險(xiǎn)流體的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)可能是一個(gè)問題。

原動(dòng)機(jī)

大多數(shù)泵是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的。雖然有些泵是由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，但交流電機(jī)的低成本和高可靠性使其成為最常見的泵原動(dòng)機(jī)類型。近年來(lái)，部分由于美國(guó)能源部的努力，多種類型的交流電機(jī)的效率都有所提高。1992年的《能源政策法案（EPAct）》為大多數(shù)常見類型的工業(yè)電機(jī)設(shè)定了最低效率標(biāo)準(zhǔn)，于1997年10月生效。EPAct為工業(yè)終端用戶提供了更多的節(jié)能電機(jī)選擇和可用性。

此外，美國(guó)國(guó)家電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMA）制定了NEMA PremiumTM能效電機(jī)計(jì)劃，該計(jì)劃得到了水力學(xué)會(huì)的認(rèn)可 - 該計(jì)劃定義了比EPAct規(guī)定的效率水平更高的高效電機(jī)。在長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間的應(yīng)用中，提高電機(jī)效率可以顯著降低運(yùn)行成本。然而，采用系統(tǒng)方法使用適當(dāng)?shù)慕M件尺寸（大小）和有效的維護(hù)實(shí)踐來(lái)避免不必要的能源消耗通常更為有效。

泵電機(jī)的一個(gè)子部件是電機(jī)控制器。電機(jī)控制器是接收來(lái)自低功率電路信號(hào)的開關(guān)設(shè)備，并將大功率電路與電機(jī)的主電源連接或斷開。在直流電機(jī)中，電機(jī)控制器還包含一系列開關(guān)，這些開關(guān)在啟動(dòng)過(guò)程中逐漸增加電機(jī)電流。

在特殊應(yīng)用中，如大型機(jī)械的應(yīng)急潤(rùn)滑油泵，一些泵由空氣系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)或直接由機(jī)器軸驅(qū)動(dòng)。在電源故障的情況下，這些泵仍然可以向軸承供油足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使機(jī)器滑行（惰轉(zhuǎn)至）停止。出于同樣的原因，許多消防泵由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，使它們能夠在停電期間依然運(yùn)行。

管道

管道用于容納流體并將其從泵輸送到使用點(diǎn)。管道的關(guān)鍵方面是其尺寸、材料類型和成本。由于這三個(gè)方面都是相互關(guān)聯(lián)的，因此管道尺寸確定是一個(gè)迭代的過(guò)程。管道在特定流速下的流動(dòng)阻力隨著管道直徑的增大而減小。然而，較大的管道比較小的管道更重，占用更多的空間，成本也更高。同樣，在高壓下運(yùn)行的系統(tǒng)（例如，液壓系統(tǒng)）中，小直徑管道的管壁可能比大直徑管道更薄，并且更容易鋪設(shè)和安裝。

然而，小直徑的管道限制了流動(dòng)，這在具有浪涌流動(dòng)特性的系統(tǒng)中可能特別成問題。較小的管道也在較高的液體速度下運(yùn)行，增加了侵蝕、磨損和摩擦頭。增加的摩擦頭會(huì)影響泵送所需的能量。

閥門

泵送系統(tǒng)中的流量可以通過(guò)閥門來(lái)控制。具有不同類型和不同功能的閥門，有些閥門要么關(guān)閉，要么打開，而另一些閥門可用于節(jié)流。為應(yīng)用選擇正確的閥門取決于許多因素，例如易于維護(hù)、可靠性、泄漏傾向、成本以及閥門打開和關(guān)閉的頻率。

閥門可用于隔離設(shè)備或調(diào)節(jié)流量。隔離閥設(shè)計(jì)用于密封系統(tǒng)的一部分，用于運(yùn)行或維護(hù)。流量調(diào)節(jié)閥要么限制通過(guò)系統(tǒng)分支的流量（節(jié)流閥），要么允許流經(jīng)分支的流量（旁通閥）。節(jié)流閥通過(guò)增加或減少流經(jīng)節(jié)流閥的流動(dòng)阻力來(lái)控制流量。相比之下，旁通閥通過(guò)增大或減小旁通管路中的流動(dòng)阻力，使流體繞過(guò)系統(tǒng)部件。止回閥只允許流體沿一個(gè)方向移動(dòng)，從而保護(hù)設(shè)備免受來(lái)自錯(cuò)誤方向的壓力，并有助于保持流體沿正確的方向流動(dòng)。止回閥用于許多泵的出口處，以防止泵停機(jī)時(shí)流體倒流。

終端設(shè)備（例如，熱交換器、儲(chǔ)罐和液壓設(shè)備）

泵送系統(tǒng)的主要目的可以是提供冷卻、供應(yīng)或排放儲(chǔ)罐或儲(chǔ)液池，或者為機(jī)器提供液壓動(dòng)力。因此，終端設(shè)備的性質(zhì)是確定如何配置管道和閥門的關(guān)鍵設(shè)計(jì)考慮因素。有許多不同類型的終端設(shè)備，該設(shè)備的流體加壓需求和壓降變化很大。對(duì)于熱交換器而言，流量是關(guān)鍵的性能特征；對(duì)于液壓機(jī)械來(lái)說(shuō)，壓力是關(guān)鍵的系統(tǒng)需求。泵和泵送系統(tǒng)組件必須根據(jù)最終使用流程的需要確定尺寸和配置。