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流体机械解决方案

时间:1970-01-01 08:00来源:互联网作者:中国泵网 点击:
流体是与固体相对应的一种物体形态,是液体和气体的总称.由大量的、不断地作热运动而且无固定平衡位置的分子构成的,它的基本特征是没有一定的形状并且具有流动性。流体都有一

  流体是与固体相对应的一种物体形态,是液体和气体的总称.由大量的、不断地作热运动而且无固定平衡位置的分子构成的,它的基本特征是没有一定的形状并且具有流动性。流体都有一定的可压缩性,液体可压缩性很小,而气体的可压缩性较大,在流体的形状改变时,流体各层之间也存在一定的运动阻力(即粘滞性) 。当流体的粘滞性和可压缩性很小时,可近似看作是理想流体,它是人们为研究流体的运动和状态而引入的一个理想模型。是液压传动和气压传动的介质。

  

  主要有以下几个方向:

  1、产品的多元化

  产品的生命力在于市场的需求。如今的市场需求正是要求有各自的特色特点,做到与众不同;正是这一点,造就了泵产品的多元化趋势。它的多元性主要体现在泵输送介质的多样性、产品结构的差异性和运行要求的不同性等几个方面。

  从输送介质的多样性来看,最早泵的输送对象为单一的水及其它可流动的液体、气体或浆体到现在可输送固液混合物、气液混合物、固液气混合物,直至输送活的物体如土豆、鱼等等。不同的输送对象对于泵的内部结构要求均不同。

  除了输送对象对泵的结构有不同要求外,在泵的安装形式、管道布置形式、维护维修等方面对泵的内在或外在的结构提出新要求。同时,各个生产厂商,在结构的设计上又加入了各自企业的理念,更加提高了泵结构的多元化程度。

  基于可持续发展和环保的总体背景,泵的运行环境对泵的设计又提出了众多的要求,如泄漏减少、噪声振动降低、可靠性增加、寿命延长等等均对泵的设计提出了不同的侧重点或几个着重点并行均需考虑,也必然形成泵的多元化形式。

  2、泵设计水平提升与制造技术优化的有机结合

  进入信息时代的今天,泵的设计人员早已经利用计算机技术来进行产品的开发设计(如CAD的利用),大大提高了设计本身的速度,缩短了产品设计的周期。而在生产为主的制造当中,以数控技术CAM为代表的制造技术业已深入到泵的生产当中。但是,从目前国内的情况看,数控技术CAM主要应用在批量产品的生产上。对于单件或小批的生产,目前CAM技术尚未在泵行业当中普遍实施,单件小批的生产仍旧以传统生产设备为主。 由于市场要求生产厂商的货期尽可能缩短,尤其对于特殊产品(针对用户要求生产的产品)供货周期缩短,必然要求泵的生产企业加速利用CAM技术,甚至是计算机集成制造系统(CIMS)、柔性制造(FMC和FMS)对从设计到制造模具、零件加工等各环节协调一致处理,保证一但设计完成,产品零部件的加工也是趋于同期完成,以确保缩短产品的生产周期。与此同时,除利用计算机制图外,还将在计算机这个载体上实现产品的强度分析、可靠性预估和三维立体设计,将原来需要在生产中发现和解决的工艺问题和局部结构问题及装配性问题等方面提到生产前进行防范,缩短产品的试制期。

  3、产品的标准化与模块化

  在产品出现多元化的同时,泵作为通用产品,总体总量依旧巨大。在市场中,除出现技术性竞争外,产品的价格竞争尤其是通用化产品的价格竞争是必然趋势。在产品出现多元化的趋势下,要实现产品价格的竞争优势,提高产品零部件的标准化程度,实现产品零部件的模块化是必须的。在众多零部件实现模块化后,通过不同模块的组合或改变个别零件的特性,以实现产品的多元化。同时,只有当零部件标准化程度提高后才有可能基于产品的多元化基础上实际规模化的零部件生产,用以降低产品的生产成本和形成产品的价格竞争优势,也可以在产品多元化的基础上进一步地缩短产品的交货周期。

  4、泵内在特性的提升与追求外在特性

  所谓泵的内在特性是指包括产品性能、零部件质量、整机装配质量、外观质量等在内的产品固有特性,或者简称之为品质。在这一点上,是目前许多泵生产厂商所关注的也是努力在提高、改进的方面。而实际上,我们可以发现,有许多的产品在工厂检测符合发至使用单位运行后,往往达不到工厂出厂检测的效果,发生诸如过载、噪声增大,使用达不到要求或寿命降低等等方面的问题;而泵在实际当中所处的运行点或运行特征,我们称之为泵的外在特性或系统特性。

  (1)技术人员在进行产品设计时,为提高某一产品的百分之一效率常常花费不少心思;而泵运行如果偏离设计的高效点,实际运行的效率远不止降低百分之一。现在,泵生产厂家同时为用户配套包括变频在内的控制设备及成套设备,实际上已介入到泵的外在特性的追求上了。在此基础上,再关注泵的集中控制系统,提高整个泵及泵站运行效率,则是在泵外特性的追求上更上一层楼。

  (2)从销售角度看,推销产品即是在推销泵的内在特性;而关注泵的外特性则是生产厂商不仅是推销产品,而是在推销泵站(成套项目)。 从使用角度看,好的产品必定是适合运行环境的产品而非出厂检测判别的产品。

  5、机电一体化的进一步发展

  正如科学技术的发展一样,现阶段科技领域中交叉学科、边缘学科越来越丰富,跨学科的共同研究是十分普遍的事情,作为泵产品的技术发展亦是如此。以屏蔽式泵为例,取消泵的轴封问题,必须从电机结构开始,单局限于泵本身是没有办法实现的;解决泵的噪声问题,除解决泵的流态和振动外,同时需要解决电机风叶的噪声和电磁场的噪声;提高潜水泵的可靠性,必须在潜水电机内加设诸如泄漏保护、过载保护等措施;提高泵的运行效率,须借助于控制技术的运用等等。这些无一不说明要发展泵技术水平,必须从配套的电机、控制技术等方面同时着手,综合考虑,最大限度地提升机电一体化综合水平。

  七、流体机械的市场需求

  “未来10~15年的经济发展,将不仅是制造提供需求,更是服务提供需求。”在“十二五”期间由投资型经济向消费型经济转型,因此,“十三五”未来市场的需求将会更多的从使用者那里产生,而不仅仅是来自制造方。经济转型之前市场话语权掌握在制造商手里,而未来将会更多地转移到客户那里。这叫“使用者需求”也是西方经济发展的一种模式。而且消费者对于产品的要求越来越高,市场细分加剧。

 

1、流体泵的基本概念

  (1)液体的密度:液体的密度随压力的变化较小,可以忽略其影响,所以常称液体为不可压缩的流体,但液体的密度随温度升高而下降。

  (2)气体的密度:气体的密度随压力和温度的变化较大,是可压缩性流体。当压力不太高、温度不太低时,气体的密度可近似地按理想气体处理。

  2、流体的定义和分类

  (1)按状态分为气体、液体和超临界流体超临界流体:当流体所处的状态在临界点以上,称为超临界流体(SCF).

  (2)按可压缩性可分为不可压缩流体和可压缩流体

  (3)按流体的流变特性分为牛顿型和非牛顿型流体

  牛顿型流体:其流变特性满足牛顿粘性定律。 若满足牛顿粘性定律的流体称为牛顿型流体。

  非牛顿型流体:其流变特性不满足牛顿粘性定律。

  ①宾汉型流体:泥浆、水煤浆、纸浆、牙膏、含悬浮颗粒的污水等。

  ②胀流型流体:湿的海沙浆、高浓度粉末悬浮液等。

  假塑型流体:润滑脂、淀粉悬浮液等。

  3、流体特性

  (1)流动性—即抗剪、抗张的能力很小,易变形。

  (2)无固定形状,易变形

  随容器形状,气体能充满整个密闭容器的空间。

  4、作用在流体上的力

  外界作用于流体上的力有两种:质量力和表面力

  ①质量力:又称体积力。质量力作用于流体的每个质点上,并与流体的质量成正比,对于均质流体也与流体的体积成正比。

  ②表面力:又称接触力或机械力。表面力与流体的表面积成正比。作用于流体中任一微小表面上的力又可分为两类,即垂直于表面的力和平行于表面的力。前者称为压力,后者称为剪力。流体机械是以流体为工作介质来转换能量的机械。通常包括水轮机、汽轮机、燃气轮机、膨胀机、风力机、泵、通风机、压缩机、液力耦合器、液力变矩器、风动工具、气动马达和液压马达等。主要体现在能源、机械、航空、航天和水利等领域的需求。

  二、什么是流体机械

  流体机械针对的对象是机械设备,这种机械设备以流体(液体或气体)为工作介质和能量的载体。应用最广泛的流体机械一种是容积式流体机械,一种是叶片式流体机械。

  他们分类的区别源于流体与机械之间的作用方式。容积式流体机械的工作介质是处于工作腔中,相互作用力主要是静压力(比如往复泵);叶片式流体机械能量转换是在带有叶片的转子与介质之间进行,作用力是惯性力(比如风力机)。当然,还有一些其他的流体机械,比如射流泵、内燃泵等等,能量转换的方式是比较多样的。

  流体机械大的模块主要分为两类,一类是关于液体的,称为水力机械,一类是关于气体的,称为热力机械。对液体做功的输送机械-泵,对气体做功的输送机械-风机,压缩机,通风机等。由于不同的物料(腐蚀性-酸碱、粘度高-润滑油)不同的输送要求(高压,大流量)等对输送机械具有不同的性能要求,所以泵,风机,压缩机的种类繁多。

  三、液体机械——泵的发展史

  泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体,使液体能量增加。泵主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等,也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。生活及工业生产中我们已经离不开泵。

  水的提升对于人类生活和生产都十分重要。古代就已有各种提水器具,例如埃及的链泵(公元前17世纪),中国的桔槔(公元前17世纪)、辘轳(公元前11世纪)和水车(公元1世纪)。比较著名的还有公元前三世纪,阿基米德发明的螺旋杆,可以平稳连续地将水提至几米高处,其原理仍为现代螺杆泵所利用。

  公元前200年左右,古希腊工匠克特西比乌斯发明的灭火泵是一种最原始的活塞泵,已具备典型活塞泵的主要元件,但活塞泵只是在出现了蒸汽机之后才得到迅速发展。

  1840-1850年,美国沃辛顿发明泵缸和蒸汽缸对置的,蒸汽直接作用的活塞泵,标志着现代活塞泵的形成。19世纪是活塞泵发展的高潮时期,当时已用于水压机等多种机械中。然而随着需水量的剧增,从20世纪20年代起,低速的、流量受到很大限制的活塞泵逐渐被高速的离心泵和回转泵所代替。但是在高压小流量领域往复泵仍占有主要地位,尤其是隔膜泵、柱塞泵独具优点,应用日益增多。

  回转泵的出现与工业上对液体输送的要求日益多样化有关。早在1588年就有了关于四叶片滑片泵的记载,以后陆续出现了其他各种回转泵,但直到19世纪回转泵仍存在泄漏大、磨损大和效率低等缺点。20世纪初,人们解决了转子润滑和密封等问题,并采用高速电动机驱动,适合较高压力、中小流量和各种粘性液体的回转泵才得到迅速发展。回转泵的类型和适宜输送的液体种类之多为其他各类泵所不及。

  利用离心力输水的想法最早出现在列奥纳多·达芬奇所作的草图中。1689年,法国物理学家帕潘发明了四叶片叶轮的蜗壳离心泵。但更接近于现代离心泵的,则是1818年在美国出现的具有径向直叶片、半开式双吸叶轮和蜗壳的所谓马萨诸塞泵。1851~1875年,带有导叶的多级离心泵相继被发明,使得发展高扬程离心泵成为可能。

  尽管早在1754年,瑞士数学家欧拉就提出了叶轮式水力机械的基本方程式,奠定了离心泵设计的理论基础,但直到19世纪末,高速电动机的发明使离心泵获得理想动力源之后,它的优越性才得以充分发挥。在英国的雷诺和德国的普夫莱德雷尔等许多学者的理论研究和实践的基础上,离心泵的效率大大提高,它的性能范围和使用领域也日益扩大,已成为现代应用最广、产量最大的泵。

  四、泵的分类

  泵通常按工作原理分容积式泵、动力式泵和其他类型泵,如射流泵、水锤泵、电磁泵、气体升液泵。泵除按工作原理分类外,还可按其他方法分类和命名。例如,按驱动方法可分为电动泵和水轮泵等;按结构可分为单级泵和多级泵;按用途可分为锅炉给水泵和计量泵等;按输 送液体的性质可分为水泵、油泵和泥浆泵等。

  1、泵的工作原理

  容积式泵在一定转速或往复次数下的流量是一定的,几乎不随压力而改变;往复泵的流量和压力有较大脉动,需要采取相应的消减脉动措施;回转泵一般无脉动或只有小的脉动;具有自吸能力,泵启动后即能抽除管路中的空气吸入液体;启动泵时必须将排出管路阀门完全打开;往复泵适用于高压力和小流量;回转泵适用于中小流量和较高压力;往复泵适宜输送清洁的液体或气液混合物。总的来说,容积泵的效率高于动力式泵。 动力式泵靠快速旋转的叶轮对液体的作用力,将机械能传递给液体,使其动能和压力能增加,然后再通过泵缸,将大部分动能转换为压力能而实现输送。

  动力式泵又称叶轮式泵或叶片式泵。离心泵是最常见的动力式泵。动力式泵在一定转速下产生的扬程有一限定值,扬程随流量而改变;工作稳定,输送连续,流量和压力无脉动;一般无自吸能力,需要将泵先灌满液体或将管路抽成真空后才能开始工作 ;适用性能范围广;适宜输送粘度很小的清洁液体,特殊设计的泵可输送泥浆、污水等或水输固体物。动力式泵主要用于给水、排水、灌溉、流程液体输送、电站蓄能、液压传动和船舶喷射推进等。

  其他类型的泵是指以另外的方式传递能量的一类泵。例如射流泵是依靠高速喷射出的工作流体 ,将需要输送的流体吸入泵内,并通过两种流体混合进行动量交换来传递能量;水锤泵是利用流动中的水被突然制动时产生的能量,使其中的一部分水压升到一定高度;电磁泵是使通电的液态金属在电磁力作用下 ,产生流动而实现输送;气体升液泵通过导管将压缩空气或其他压缩气体送至液体的最底层处,使之形成较液体轻的气液混合流体,再借管外液体的压力将混合流体压升上来。

  2、泵在生产生活中的应用

  不锈钢冲压离心泵在用水系统中的应用,液控阀门校验泵站 ,主要用于小流量、高扬程的用水系统,如饮用水供应系统、压力锅炉供水系统、高纯度净水系统以及医药、食品、精细化工、造纸等行业的冲洗、喷洒等工艺过程。国家经贸委节能信息传播中心最近将不锈钢冲压离心泵列入“最佳节能实践案例研究”,并对该设备的应用及效益进行了分析。

  据了解,传统铸造泵是通过制模、灌模、机械加工等复杂工艺制造,耗电、耗料、劳动强度大,严重污染环境,并且无法铸造出口宽度窄的小流量的叶轮。不锈钢冲压离心泵是采用冲压、焊接工艺制造,取代了传统的铸造工艺。泵体生产可节省材料70%以上,效率提高3%-5%,较易实现机械化与自动化批量生产,减少环境污染,减轻劳动强度。

  对于冲压离心泵生产厂家,生产2082台不锈钢冲压离心泵,新工艺比传统工艺节约不锈钢材料3.47吨,降低铸造电耗7634千瓦小时。对于洗瓶灌装机的用户,在满足生产要求的情况下,水泵的实际运行功率也从原来的2.18千瓦下降到2.11千瓦,每台节电3.2%。

  此外,由于该泵的重量轻、体积小、整体结构合理、维护方便,也减少了维护费用。根据国家统计局和中国机械工业联合会的统计数据,全国铸造泵类年需求量为457万台,合金铸造小流量泵每年需求在38万台以上。不锈钢冲压离心泵因其外形轻巧美观、效率高且价格比铸造泵低,是进口泵的一半,具有显著的经济效益,应用范围广,市场前景广阔。

  泵的发展趋势 泵的技术发展一如其他产业的发展一样,是由市场需求的推动取得的。如今,历史已进入到二十一世纪,人们在以环保、电子等领域高科技发展及世界可持续发展为主所产生的巨大需求的大背景下,对于包括泵行业在内的许多行业或领域都带来了技术的飞速变革和发展。

  五、流体机械的应用领域

  现代流体机械的应用是很广泛的,包括电力工业、水利工程、化学工业、石油工业等等,更多的它是作为一个能量传导的作用,只是在水利工程里占主导作用,其他行业更多是辅助作用。

  六、泵的技术发展趋势


 

(责任编辑:中国泵网)
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