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通用行业端吸泵特点与部分问题解析

来源:泵友圈微信公众号作者:闫茂华

曾用名:端吸泵、单级端吸离心泵、卧式端吸单级离心泵

结构特点:侧端面进水,上部出水。

现在市场常见的端吸泵主要有三种:支架式中心出口端吸泵(图1)、支架式切线出口端吸泵(图2)、悬臂式切线出口端吸泵(图3)。

图1 支架式中心出口端吸泵

a.支架式结构

b.出口中心线与轴中心线重合的中心线出口

图2 支架式切线出口端吸泵

a.支架式结构

b.出口中心线与轴中心线不重合的切线出口

图3 悬臂式切线出口端吸泵

a.悬臂式结构

b.出口中心线与轴中心线不重合的切线出口。

市场上经常把这三种泵拿到一起比较,并经常有人问,这三种端吸泵哪个好哪个差呢?依个人之见,这三种端吸泵不能说谁优谁劣,各个都面世半个世纪以上,不能放在一起比较,适应他们该在的环境最重要。就比如汽车,大家会把越野车、轿车、跑车放在一起比较吗?合适最重要。

支架式中心线出口端吸泵为工业而生,最具代表产地欧洲,最具代表人物:KSB、RITZ、Grundfos、WILO、Ebara及世界各大工业泵。

结构特点:泵壳底部有支脚,出口中心线与轴中心线重合的中心线出口。

支架式中心线出口端吸泵绝对是端吸泵家族中的老大哥,他的历史最悠久。此类型最早主要用于工业和取水。对于工业革命发源地的欧洲,端吸泵主要是这个模样。当然除了现在出口DN200以上的大流量泵也会有支架切线出口端吸泵。


早期的工业厂房不像现在的混凝土结构,顶部钢架难以承受管路重量,管路都为走地式(如上图),而非现在常用的管路屋顶吊架式走向。泵无减震设施,直接固定于水泥基座上,泵壳底部支架和中心线出口形式能够承担一部分出口管路带来的垂直往下的力。

用于取水领域,早期农村取水多用此类型泵,有柴油机皮带轮带动。泵壳底部结实的支架可以抵抗皮带轮的拉力,也能承担出口管路向下的力。

此类型泵具有适合开式系统的陡峭型P-Q性能曲线。

综上所述。这类型泵对于中小流量、开式系统或进口压力小,泵壳需要承担一部分向下力的环境优势明显。

支架式切线出口端吸泵应供暖需要而来,最具代表产地北美, 最具代表人物:Bell&Gossett及欧美泵出口DN200及以上泵。

结构特点:泵壳底部有支脚,出口中心线与轴中心线不重合、平行的切线出口。


随着北美供暖行业的发展,流量趋于大流量发展,原来的中心线出口端吸泵产生的问题越来越明显,主要是:效率、振动和铸造。工业大发展后,输送液体量也不断向大流量发展,同样面临相同的问题。有人说,大流量为啥不用双吸泵?考虑到空间、管路排布、成本等问题,端吸泵还是有它存在的空间。下边对两种出口形式做个简单比较。

中心线:液体从泵壳至出水口经过S弯排出,容易产生絮流,阻碍水流,产生效率降低、振动等,铸造也相对复杂。

   

切线出口:液体直接由泵壳中排出,出水更通畅,避免出口处产生絮流,提高输送效率,减少出口振动产生,铸造相对简单。

   

以上比较可以得出切线型出口对于大流量水流特性更好些。

   

早期供暖管路多为走地式,而非现在常用的管路屋顶吊架式走向。泵无减震设施,直接固定于水泥基座上,出口无软接头的硬连接,泵壳底部支架能够承担一部分出口管路代来的垂直往下的力。

此类型泵具有偏平缓型P-Q性能曲线。

   

综上可见,这类型泵比较适应于大流量,直接固定水泥基础、泵壳需要承担一部分向下力的环境。


悬臂式切线出口端吸泵为近代水冷空调而生,最具代表产地美国, 最具代表人物:PACO。

   

结构特点:泵壳底部无支脚,具有强壮的轴承支架结构,出口中心线与轴中心线不重合、平行的切线出口。


悬臂式切线出口端吸泵是端吸泵领域的小阿弟,虽然也超过了半个多世纪,但跟以上两种端吸泵相比,历史最短,绝对的年轻力壮派。此类型水泵由美国PACO针对空调领域使用特点研发出来的专业用泵。

为了介绍此类型泵,先聊聊点历史背景。PACO是1907年为美国1906年大地震灾后重建成立的,水冷空调1924年在美国开始投入民用市场,PACO在20世纪60年代初并入BAC,此类型泵在这个时期针对空调而被研发、生产。


早期的冷却塔、空调等设备都就地安装,管路都为走地式。二战后,水泥建筑技术突飞猛进,高层建筑如雨后春笋高速发展。由于空间、环境等需求,冷却塔被放置屋顶,设备放入地下室机房,管路变为屋顶吊架式走向。各种环境不同,也带来了以下使用要求变化。

空调闭式循环系统给泵入口带来高压力环境,水泵受力不是简单的开式系统的垂直向下,而是成一定角度的方向(如图4)。

图4 空调系统端吸泵受力分析


建筑隔音减震要求不断提高,底部不再直接固定于水泥基础上,而是增加了减震器及减震惰性块,进出口增加橡胶或金属软接头。(如图4)

空调输送液体为冷、热水,泵壳也将带来热胀冷缩。

据上所述,空调使用环境发生变化,哥哥级支架式端吸泵新环境下使用,会产生什么样的结果?进出口软接头,斜度向下的力会拉动泵体倾斜(图5),热胀冷缩以泵支脚底部为起点(图6),都会导致联轴器错位精度变差。


图5 空调系统支架式端吸泵受力分析


图6 输送热水环境泵壳膨胀变大方向(冷水反向)分析


虽然联轴器的变形不大,并且联轴器罩的存在,肉眼难以发现,但这个变形直接导致两边的轴承的劳损。也将代来电机的振动和噪音加大,泵壳的振动和机械密封的损坏。

如果让小阿弟悬臂式端吸泵上去干活会怎么样?

泵体综合受力正好作用在强壮的轴承支架上(图7),很好的缓解此力的破坏。


图7 空调系统悬臂式端吸泵受力分析


悬臂式无支脚结构,热胀冷缩以轴为中心点上下变形(图8),对泵整体不产生影响。

图8 输送热水环境泵壳膨胀变大方向(冷水反向)分析

并且,此类型泵还具有适合闭式系统管路特性相似的偏平缓型P-Q性能特性曲线。

   

以上可见,悬臂式切线出口端吸泵为空调而生,适用于空调领域的端吸泵,是端吸泵在空调领域里的年轻力壮派,应该是空调领域的骨干力量。但全世界的大部分端吸泵都跟着老大哥混,谁也没注意这个专业技能过硬的小阿弟,甚至有很多对这个后起之秀有些看不顺眼,产生了一些误解。后边我也会对其中一个误解进行分析。


上边我已介绍,悬臂式切线出口端吸泵虽然为空调而生,适用于空调领域的端吸泵,但全世界的大部分端吸泵都跟着老大哥混,谁也没注意这个专业技能过硬的小阿弟,甚至有很多对这个后起之秀有些看不顺眼,产生了一些误解。误解里经常出现的一条是:悬臂式水泵受到向下的力后会卡死。

   

暂且不管此误解真伪,我们先在自己心里想想如下几点:

  • 能举出传言所说的卡死案例吗?

  • 空调系统里,泵体会存在受到单一垂直向下的力吗?此力哪里来的呢?

  • 假如存在单一垂直向下的力,会导致卡死现象吗?支架式能够避免此问题发生吗 ?


(1)暖通空调所谓泵壳受到的向下力的由来

误解中力的由来:

  • 管路自重产生的力

  • 管路内的液体压力。

假如以上两种力会形成单一垂直向下方向力,那必须满足以下条件:

  • 出口无橡胶等软接头,刚性硬联接

  • 止回阀不起作用

  • 入口相对压力为零

  • 泵整体直接固定在水泥基础上

(2)暖通空调系统正常安装

先看看泵安装及其配套设备(如下图从下往上):


  • 水泥基础(凸台)

  • 减震器及减震台座(减震惰性块)

  • 泵(含电机)

  • 出口变径大小头

  • 软接头(橡胶或金属)

  • 止回阀

  • 闸阀或蝶阀

  • 出口管路

  • 吊顶支架


首先,我们来分析一下上页两种力应该谁来承受:

  • 管路自重力

吊顶支撑架承担了管路系统产生的向下作用力。

  • 管路液压力

回水由止回阀截止,液压力作用于止回阀及以上管路,管路液压力也由吊顶承担。

假设:泵壳存在管路自重及液压产生向下力

前提:吊顶支撑架损坏不起作用;橡胶等软接头变成钢管一样坚硬。

以上前提显然不会出现,就算吊架损坏,受到破坏力的应该先是出口橡胶软接头而不是泵体,橡胶软接头会被压扁,此现象出现会被很多管理部门发现纠正。

(3)暖通空调系统水泵受力分析

假设:向下力突破软接头

泵壳与泵盖轴承支架体之间大批螺栓固定成整体,泵壳很难移位变形(如下图)。

并且泵出口是切线方向,受力应该是切线方向,而非导致卡死的垂直向下的中心线方向

(4)暖通空调系统泵受力分析

再假设:向下力垂直向下作用在泵壳上

暖通系统为闭式系统,入口压力较大,入口压力也会产生作用力。入口出口产生的实际力的方向应该如下图。


力是作用在轴承支架方向上的,不可能垂直向下传到底座上。

再假设:向下力垂直向下作用在泵壳上

假如按他们所谓的“推力能传送到基础上”,泵受到垂直向下的力。泵安装在减震器上,泵头受假设力,电机等部位没有受到,系统会产生如下图现象。电机翘起,使泵产生故障,那任何型式的端吸泵都无法避免,带支架式端吸泵难道能够避免左图问题吗?


(5)关于悬臂式端吸泵误解总结


综上所述,如果因为误解的受力产生悬臂式切线出口端吸泵卡死故障,那必须满足一下假设条件:

  • 吊顶支撑架损坏;

  • 止回阀损坏不起作用;

  • 橡胶软接头损坏或未装的刚性连接;

  • 泵壳与泵盖之间的众多螺栓松动或不起作用;

  • 泵入口压力为零;

  • 泵体不能采用减震,需直接安装水泥基础上。

请问:哪个安装能够实现以上6条假设?

就算实现以上1-5条假设,只要采用减震安装,所有端吸泵都逃不了故障的产生。那讨论悬臂式还是支架式的意义何在呢?


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