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泵的发展历程学问

编辑:管理员 来源: 日期:17-04-19 阅读:次

泵的发展历程学问

摘要: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。泵的历史悠久,在公元前就已经有了原型。泵通常按工作原理分容积式泵、动力式泵和其他类型泵。

 


一、泵的历史:

泵是输送液体或使液体增压的机械。他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。       泵最初是作为提水的器具出现在历史上的。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。    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。

   二、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。  容积式泵:容积式泵是依靠工作元件在泵缸内作往复或回转运动,使工作容积交替地增大和缩小,以实现液体的吸入和排出。工作元件作往复运动的容积式泵称为往复泵,作回转运动的称为回转泵。前者的吸入和排出过程在同一泵缸内交替进行,并由吸入阀和排出阀加以控制;后者则是通过齿轮、螺杆、叶形转子或滑片等工作元件的旋转作用,迫使液体从吸入侧转移到排出侧。如图所示的两个齿轮泵是最典型的容积式泵:
容积式泵的主要特点是:①一定的泵在一定转速或往复次数下的流量是一定的,几乎不随压力而变。工作点压力和轴功率取决于与泵连接的装置系统的情况,因此当泵在排出管路不通(相当于系统阻力无限大)的情况下运转时,其压力和轴功率会增大到使泵或原动机破坏,所以必须设置安全阀来保护泵(蒸汽直接作用或压缩空气驱动的泵例外)。②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。③具有自吸能力,泵启动后即能抽除管路中的空气吸入液体。④启动泵时必须将排出管路阀门完全打开。⑤往复泵是低速机械,尺寸大,制造和安装费用也大;回转泵转速较高,可达3000转/分。⑥往复泵适用于高压力(有高达350兆帕的)和小流量(100米3/时以下);回转泵适用于中小流量(400米3/时以下)和较高压力(35兆帕以下)。总的来说,容积泵的效率高于动力式泵,而且效率曲线的高效区较宽。往复泵的效率一般为70~85%,高的可达90%以上。⑦往复泵适宜输送清洁的液体或气液混合物,有的泵如隔膜泵可输送泥浆、污水等,主要用于给水、提供高压液源和计量输送等。回转泵适宜输送有润滑性的清洁的液体和液气混合物,特别是粘度大的液体,主要用于油品、食品液体的输送和液压传动方面。      

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。

 


 

 动力式泵的主要特点是:

①一定的泵在一定转速下所产生的扬程有一限定值。工作点流量和轴功率取决于与泵连接的装置系统的情况(位差、压力差和管路损失)。扬程随流量而改变(图2)。②工作稳定,输送连续,流量和压力无脉动。③一般无自吸能力,需要将泵先灌满液体或将管路抽成真空后才能开始工作。④离心泵在排出管路阀门关闭状态下启动,旋涡泵和轴流泵在阀门全开状态下启动,以减少启动功率。⑤离心泵适合于用高速电动机和汽轮机等直接驱动,结构简单,制造成本低,维修方便。⑥适用性能范围广,离心泵的流量可以从几到几十万米3/时,扬程可以从数米到数千米;轴流泵一般适用于大流量和低扬程(20米以下)。离心泵和轴流泵的效率一般在80%以下,高的可达90%。⑦适宜输送粘度很小的清洁液体(例如清水),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: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。 

  三、泵在中国的发展   

  解放前:  我国现代泵产业起源于19世纪末20世纪初。当时中国正处于半封建半殖民地时期,基本上没有工业,农业也很落后,偶尔有少量的泵需要修造,这是应矿业开发排水和海运船舶用泵之需要产生的。30年代,仿制泵进入了一个小高潮,至抗战前,上海生产水泵厂家有20多家。抗战时期(1938-1945),上海,汉口等地的机器厂内迁重庆、四川、云南等内地。抗战胜利后,众多内迁机器厂相继迁回原地,上海迂回机器厂最多,又开始制造水泵。另外,又有新成立机器厂也生产水泵,如潘德民工程师建立的上海三番机器厂。还有长春魁利金、北京同益、武汉开明、新华和沈阳都相继生产水泵。具体生产力量无从考察,但是但从渤海地区、江浙地区抽水机站的泵总量7000台可知,当时生产量已经不小,因为这里不包括上海、汉口、天津、广州、南京等地自来水用泵量和工矿给排水用泵量。    

形成期:解放后,即50年代,国家开始了工业化建设,实施了第一个五年计划和第二个五年计划,工业的发展对泵的需求越来越多,要求兼营生产水泵到专营制造水泵。  第一个改为专业水泵制造厂的是在沈阳。1953年9月1日有沈阳第六机器厂改名为沈阳水泵厂(这个厂是1932年成立的小型机修修配厂,日本占领时期曾是日本荏原企业离心泵的修造厂。1948年11月2日由中国人民解放军沈阳特别军事管制委员会经济处接管,厂名改为沈阳第二机械厂。1952年12月,划归中央重工业部第一机械工业局领导,又更名为沈阳第六机器厂)。另外规模较大的生产往复泵与离心泵的国营企业也有一些。1956年,私营企业全部企业合营,一机部组织沈阳水泵厂有关工程师对全国兼营生产水泵企业进行了生产、技术情况调研,为一机部和各省机械厅定点,并改为专业水泵厂打下了基础。在这个背景下,至五十年代末,一些机械厂或机器厂相继更名为水泵厂,进行专门的水泵生产。我国计划经济模式,在五十年代后期已经完成。当时部里负责产供销,省里负责人财物。但是技术、质量没有统一的负责部门。因此机械部决定,由沈阳水泵厂出面(代表机械部)筹备成立全国水泵行业组织。全国负责全行业技术和质量工作。1960年10月在沈阳,正式成立由哈尔滨、长春、沈阳、本溪、大耐、北京、石家庄、保定、阳泉、博山、上海、上一、上深、浙江、龙岩、鹰潭、新乡、武汉、长沙、佛山、重庆、兰州共23家专业水泵厂参加的全国水泵行业组织。至此,我国泵产业已经初步形成。

奠定期:  我国水泵行业成立后,23家专业泵厂围绕一机部订货会议订货要求以及沈阳水泵研究所的引导,已经有了相当的分工。如围绕中央工作配套需要,大连主要做耐酸泵,本溪主要做蒸汽、电动往复泵,沈阳主要做电站,石油化工用泵,石家庄主要做污水泵,杂质泵,天津主要做螺杆泵、潜油泵,阳泉主要做电动试压泵和矿用泵,长沙、武汉主要做水利用泵,上海主要做穿用泵,上海一泵主要做多级泵,重庆专做计量泵。这些厂为了地区和省内配套需要以及考虑到运输的方便也兼做一些其它各种类型泵。为了更好地实行对全国泵行业管理和服务,1962年6月16日,第一机械工业部正式批准沈阳水泵研究所为部二类研究所,负责泵行业的技术质量工作,是国家水泵技术归口单位。沈阳水泵研究所在领导行业同时,还进行了泵的应用研究和特殊泵的开发工作。1967年第一机械工业部决定由沈阳水泵厂帮助筹建甘肃天水水泵厂,本溪水泵厂帮助筹建陕西宝鸡水泵厂,从而使西北地区的专业水泵厂增多。与此相适应,50年代末至60年代,各省农业机械研究所相继成立,这些所的排灌机械研究所都有一批专业人员在进行农业泵的研究开发工作,开发成功了一批农业泵,如湖南农机所的湘农系列泵,浙江机科所的浙农系列泵和水锤泵,福建农机所的闽农系列泵。 在农业排灌的农用泵专业人才培养方面,1961年,经高教部批准,在吉林农业大学由戴桂蕊副教授筹建“排灌机械”专业,1963年迁入镇江农机学院(现今已相继改名为江苏工学院,江苏理工大学、江苏大学),培养农用泵,柴油机专业人员。到60年代末,我国工农业泵工厂已达50家,中国泵工业的制造基础初步奠定了。    

  农业泵为主的发展期:    

  七十年代,我国泵制造业发展有两个特点,一是建立农业泵生产体系,农业泵厂大量涌现;二是原有工业泵厂进行了大规模技术改造,扩大了规模和生产能力,劳动生产率进一步提高。经过七十年代泵产业的发展,我国泵工厂数已从六十年代50家左右增加到七十年代末190家左右。      这一时期特点是各农业泵厂和农用潜水泵厂迅速成长,一大批电机厂顺着产业后延,也大量生产潜水泵,如合肥电机厂(是1956年上海内迁的上海三益电机厂)在1972年12月26日成功试制了我国第一台高压(6千伏安)大功率(1200千瓦)扬程为498米、流量为没西欧暗示550立方米的大型潜水泵,在八十年代开始生产大型潜水泵、矿用防爆潜水泵;上海人民电机厂生产小型农用、工程潜水泵。在农用泵产业发展中,中国农业机械研究院和各省农机所排灌研究室起到了很大推动作用,也培养了一批工厂实用人才,农业机械部定点的泵研究所是中国农业机械化科学研究院、吉林农机研究所、浙江机械科学研究所、江苏工学院排灌机械研究所和福建水轮泵研究所5家。七十年代末高等技术专业人才培养也有了变化。六十年代中、后期、哈工大水机专业撤销,经重机学院转入甘肃工业大学,同时浙江大学也撤销了水机专业,改为液压专业,到70年代末80年代初,清华水利系的水力动力装置专业改为水力机械专业。北京农机、成都农机学院的排灌机械专业改名为水力机械专业。这样,华中理工,清华,甘工大,镇江农机、北京农机和成都农机学院六个院校的水机专业在八十年代后,为中国泵产业迅速发展培养了大量专业人才。 

技术性泵的发展期:

 八十年代,进入改革开放年代。中国泵产业也结束了封闭发展的30年,迎来了改革开放的春风。为了填补我国泵产品的空白,缩短与国外技术差距,机械部和各级政府动用了国家外汇和地方外汇支撑泵行业开展技术引进工作。为此,泵行业中,各主要制造厂开始了大规模引进先进产品和技术项目。   

整个八十年代至九十年代初,我国泵行业以引进、消化、吸取、移植国外先进技术和产品为主,带动了全行业新产品大量开发,是我国泵产业一百年来新产品品种增加最快的年代。但是在引进消化、吸取中也有不理想的一面,提高和改善很差,对引进的产品几乎没有一种经我国改进和提高,能与原技术输出国相竞争,在国际市场上占有一席之地,大部分产品只能占领国内市场。这一点应引以为鉴。八十年代初,机械部以及各省机械厅又开始狠抓产品质量,对质检设施给予资金投入,全面质量管理开始贯彻,开始实行“工业泵生产许可证”制度。八十年代中后期,对中国泵产业来说,又是乡镇泵制造业蓬勃发展时期,这是八十年代我国泵产业发展的主要特色。产生了一批至今还有知名度的广一、丰球、亚太等泵制造厂。  到80年代末,即1990年,我国泵制造业生产厂家已达949家,整个产业生产泵366.4万台,销售额34.29亿,占世界第七位,排在世界主要工业国美国(266.25亿)、日本(132.51亿)、德国(148.58亿)、英国(67.97亿)、法国(65.1亿)、意大利(43.62亿)之后。

工业泵科技发展期:

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