旋轉(zhuǎn)噴射泵的原理與特點(diǎn)及常見故障分析

閆興策

摘要：旋轉(zhuǎn)噴射泵又被稱為皮托管泵，由于其流量小，揚(yáng)程高，結(jié)構(gòu)簡單，工作效率高，機(jī)密封性能好，且不容易發(fā)生故障，因此被廣泛用于化工行業(yè)，但也存在不能輸送有毒氣體、拆卸不便等缺點(diǎn)。

Abstract： Rotary jet pump， also known as pitot tube pump， is widely used in chemical industry because of its small flow rate， high lift， simple structure， high working efficiency， good sealing performance and difficulty in failure. However， it also has some disadvantages， such as being unable to transport toxic gas and inconvenient to disassemble.

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)噴射泵;原理與特點(diǎn);故障分析

Key words： rotary jet pump;principles and characteristics;fault analysis

中圖分類號：TH3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）23-0167-02

0? 引言

旋轉(zhuǎn)噴射泵亦被稱為皮托管泵，屬于液壓泵的一種，由于旋轉(zhuǎn)噴射泵和高速泵、往復(fù)泵等都屬于流量小、揚(yáng)程高的低比轉(zhuǎn)速泵，使其主要被運(yùn)用于我國的化工行業(yè)，且在近幾年得以快速發(fā)展。旋轉(zhuǎn)噴射泵主要有主軸、葉輪、滾動(dòng)軸承、軸承箱、轉(zhuǎn)子腔、集油管和葉輪等幾大部分組成，其中葉輪和輪蓋連接在一起構(gòu)成旋轉(zhuǎn)噴射泵的轉(zhuǎn)子，在電機(jī)動(dòng)力的作用下保持快速旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生較強(qiáng)的離心力將介質(zhì)從入口處吸入到轉(zhuǎn)子腔內(nèi)，集油管在旋轉(zhuǎn)噴射泵中保持靜止不動(dòng)，主要作用是將轉(zhuǎn)子腔內(nèi)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的介質(zhì)傳出，并在此過程中將介質(zhì)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)噴射泵的高揚(yáng)程特性。在旋轉(zhuǎn)噴射泵中，集油管雖然保持靜止不動(dòng)，但卻是旋轉(zhuǎn)噴射泵中的主要元件，其和傳統(tǒng)離心泵中的壓力室有著相同的作用，不過由于其獨(dú)特的直管段和擴(kuò)散段設(shè)計(jì)，能夠較好地將動(dòng)能損失降低到最小，以此提高了旋轉(zhuǎn)噴射泵的工作效率，除此之外，旋轉(zhuǎn)噴射泵雖然在上世紀(jì)80年代左右便已經(jīng)問世，但隨著國內(nèi)外對旋轉(zhuǎn)噴射泵的要求不斷提高，旋轉(zhuǎn)噴射泵也在不斷得到改進(jìn)，而現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)噴射泵也仍然存在一定的缺點(diǎn)未能及時(shí)解決，這也是本文進(jìn)行相關(guān)研究的主要意義所在。

1? 旋轉(zhuǎn)噴射泵的發(fā)展概況

在1932年，Krogh·F最早提出將皮托管原理運(yùn)用到液壓泵中，這也為旋轉(zhuǎn)噴射泵的工作原理和工作方式奠定了基礎(chǔ)，而且在早期旋轉(zhuǎn)噴射泵一般會(huì)被人們稱為皮托管泵。在1939年到1945年期間，全世界陷入第二次世界大戰(zhàn)，德國作為軍事強(qiáng)國，對于軍事領(lǐng)域和航空領(lǐng)域的研究力度相對較強(qiáng)，在此期間，德國國家政府發(fā)現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)噴射泵運(yùn)用到航空和軍事領(lǐng)域，可以在較大程度上推動(dòng)德國航空和軍事的整體發(fā)展速度，因此德國在第二次世界大戰(zhàn)期間對于旋轉(zhuǎn)噴射泵的研究使用達(dá)到了初次高峰期。

在1960年左右，人們首次將封閉轉(zhuǎn)輪和輪蓋共同組合成徑向旋轉(zhuǎn)葉輪，這不僅大大提高了旋轉(zhuǎn)噴射泵的工作效率，也為今后旋轉(zhuǎn)噴射泵的徹底成型奠定了基礎(chǔ)。直到1980年，全世界各個(gè)國家開始出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)噴射泵專利高潮，各個(gè)國家對于旋轉(zhuǎn)噴射泵的重視程度不斷提高，各種類型的旋轉(zhuǎn)噴射泵也層出不窮，但大部分的旋轉(zhuǎn)噴射泵主要被用于工業(yè)領(lǐng)域，尤其是化工行業(yè)。

雖然我國自從改革開放以來，經(jīng)濟(jì)和科技水平都得到了騰飛似的發(fā)展，但我國工業(yè)卻還處于發(fā)展階段，相對國外發(fā)達(dá)國家仍存在一定差距，對于工業(yè)中各種液壓泵的研發(fā)與使用，主要采用學(xué)習(xí)國外現(xiàn)有理論消化吸收，然后再進(jìn)一步發(fā)展與改進(jìn)的路線，在1980年，我國溫州某個(gè)有機(jī)化工廠便在國外引進(jìn)了兩臺(tái)旋轉(zhuǎn)噴射泵，作為原料泵輸送相關(guān)介質(zhì)，在使用過程中發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)噴射泵相對其他液壓泵，流量小，揚(yáng)程長，且使用壽命長，不僅能夠更好的使介質(zhì)流動(dòng)穩(wěn)定，還能極大程度上減少檢修次數(shù)，提高廠區(qū)內(nèi)生產(chǎn)效率。無獨(dú)有偶，在1991年，北京市某化工機(jī)械廠也引進(jìn)了一定數(shù)量的旋轉(zhuǎn)噴射泵進(jìn)行相關(guān)使用，并在一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測定后發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)噴射泵在某些區(qū)域能夠起到更好的工作效果。自此，我國各大化工企業(yè)不斷提高對旋轉(zhuǎn)噴射泵的重視力度，并先后開始引進(jìn)使用，且經(jīng)過我國各大化工企業(yè)和著名研發(fā)團(tuán)隊(duì)十幾年的研究改進(jìn)，現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)噴射泵揚(yáng)程最大可以達(dá)到1900米，流量最大可達(dá)100m3/min。

隨著旋轉(zhuǎn)噴射泵的快速發(fā)展，旋轉(zhuǎn)噴射泵在石油化工行業(yè)逐漸得以大放異彩，其主要被用于輕芳烴、重芳烴、甲醇和丁二烯等裝置。

2? 旋轉(zhuǎn)噴射泵的原理

旋轉(zhuǎn)噴射泵屬于小流量、高揚(yáng)程的新型液壓泵，主要被運(yùn)用于石油化工行業(yè)。旋轉(zhuǎn)噴射泵在進(jìn)行相關(guān)工作時(shí)，介質(zhì)在泵入口進(jìn)入，通過集流管周圍和輪子蓋之間的空隙進(jìn)入到葉輪，并在離心力的作用下將介質(zhì)吸入到轉(zhuǎn)子腔內(nèi)，轉(zhuǎn)子腔會(huì)進(jìn)行高速運(yùn)轉(zhuǎn)從而給與介質(zhì)較高的動(dòng)能，并將其送入到集流管中，旋轉(zhuǎn)噴射泵的集流管和離心泵中的壓水室有較高的相似性，都能起到一定的擴(kuò)壓作用，并將介質(zhì)在轉(zhuǎn)子腔內(nèi)產(chǎn)生的動(dòng)能快速轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽瑥亩ＷC旋轉(zhuǎn)噴射泵噴射出高壓介質(zhì)。

3? 旋轉(zhuǎn)噴射泵的特點(diǎn)

旋轉(zhuǎn)噴射泵相對其他類型的液壓泵具有效率高、流量平穩(wěn)、密封性好、結(jié)構(gòu)簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)：

3.1 效率高? 傳統(tǒng)液壓泵在進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí)，機(jī)械損失、水力損失和容積損失均在不同程度上降低了液壓泵的工作效率，而其中機(jī)械損失主要軸承和圓周摩擦損失，但是旋轉(zhuǎn)噴射泵中的轉(zhuǎn)子腔、葉輪均隨著軸承共同旋轉(zhuǎn)，因此并不存在圓周摩擦損失，除此之外，由于旋轉(zhuǎn)噴射泵并不存在蝸殼，所以當(dāng)旋轉(zhuǎn)噴射泵中的介質(zhì)從轉(zhuǎn)子腔中流入到集流管時(shí)，介質(zhì)的部分旋轉(zhuǎn)動(dòng)能并不能得以完全消除，在一定程度上提高了旋轉(zhuǎn)噴射泵的水力損失，不過受限于旋轉(zhuǎn)噴射泵小流量的特點(diǎn)，所增加的水力損失相對減少的圓周摩擦損失基本可以忽略不計(jì)，其中我國的劉長治學(xué)者在《小流星高揚(yáng)程旋轉(zhuǎn)噴射泵》一文中，便對旋轉(zhuǎn)噴射泵和其他液壓泵的效率進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)對比分析，最終結(jié)果表明，旋轉(zhuǎn)噴射泵和多級泵、高速泵相比效率更高。

3.2 流量平穩(wěn)? 旋轉(zhuǎn)噴射泵相對于其他液壓泵流量相對較小，能夠保證旋轉(zhuǎn)噴射泵在工作時(shí)能耗降到最低，并且在輸送流量時(shí)可以做到無脈沖，保持穩(wěn)定運(yùn)行，除此之外，由于旋轉(zhuǎn)噴射泵流量較小，在工作時(shí)可以采用將葉輪和轉(zhuǎn)子腔共同旋轉(zhuǎn)，這也是其圓周摩擦損失能夠基本忽略不計(jì)的主要原因。

3.3 密封可靠性好? 在液壓泵最容易出現(xiàn)的各種問題中，密封泄露是大部分泵均無法避免的主要問題之一，但是由于旋轉(zhuǎn)噴射泵在進(jìn)行相關(guān)工作時(shí)，高壓口的部件（集流管）保持靜止不動(dòng)，因此高壓口處正常情況下并不會(huì)出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，其只需要在低壓口處安裝密封圈，機(jī)械密封的使用壽命較長，在較大程度上降低了旋轉(zhuǎn)噴射泵的泄露概率，不僅如此，大部分旋轉(zhuǎn)噴射泵在低壓口處會(huì)選擇雙層密封，哪怕旋轉(zhuǎn)噴射泵經(jīng)過長時(shí)間工作部分密封圈發(fā)生損壞，也能保證其不會(huì)出現(xiàn)大規(guī)模泄露。

3.4 結(jié)構(gòu)簡單，體積小? 旋轉(zhuǎn)噴射泵和大部分液壓泵相比，屬于體積較小的液壓泵之一，且由于旋轉(zhuǎn)噴射泵不存在蝸殼等部件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也相對比較簡單，在發(fā)生意外情況需要維修時(shí)，維修工作簡單，耗費(fèi)時(shí)間相對較短，能夠在最短時(shí)間內(nèi)使其重新進(jìn)行工作。

3.5 能夠輸送微小顆粒介質(zhì)? 由于旋轉(zhuǎn)噴升泵主要依靠轉(zhuǎn)子腔和集流管完成工作，且轉(zhuǎn)子腔和集流管空隙較大，因此旋轉(zhuǎn)噴射泵在進(jìn)行工作時(shí)，可以輸送帶有微小顆粒的介質(zhì)，而這也是旋轉(zhuǎn)噴射泵被用于化工行業(yè)工作的主要原因之一。

旋轉(zhuǎn)噴射泵在擁有諸多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，在實(shí)際工作中同樣表現(xiàn)出來一定的不足仍未完全解決：

①任何液壓泵在進(jìn)行相關(guān)工作時(shí)，都需要進(jìn)行定時(shí)的檢修，而機(jī)械密封又是各種液壓泵在進(jìn)行檢修時(shí)必不可少的主要環(huán)節(jié)，但是旋轉(zhuǎn)噴射泵在進(jìn)行檢修時(shí)需要將出口和入口的法蘭拆卸下來才能進(jìn)一步進(jìn)行檢修，雖然旋轉(zhuǎn)噴射泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對其他液壓泵較為簡單，檢修時(shí)所需花費(fèi)時(shí)間較少，不過出入口的法蘭拆卸卻給檢修人員增加了一定的工作量。

②旋轉(zhuǎn)噴射泵在進(jìn)行工作時(shí)，是通過轉(zhuǎn)子腔和葉輪共同旋轉(zhuǎn)并將介質(zhì)輸送到集流管，因此介質(zhì)需要在轉(zhuǎn)子腔內(nèi)進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，但是由于轉(zhuǎn)子腔在泵體內(nèi)部，且在拆卸時(shí)較為困難，最重要的是轉(zhuǎn)子腔內(nèi)的介質(zhì)并不容易放凈，特別是在對有毒、有害等介質(zhì)進(jìn)行輸送時(shí)，轉(zhuǎn)子腔內(nèi)的介質(zhì)不放凈，檢修時(shí)很容易出現(xiàn)其他意外情況。

③旋轉(zhuǎn)噴射泵由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對簡單，工作方式比較固定化，所以其并不能適應(yīng)大部分的工作環(huán)境，所能運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)主要以液體為主，并不能輸送氣體介質(zhì)，尤其是有毒氣體介質(zhì)，而這也是旋轉(zhuǎn)噴射泵的主要缺點(diǎn)與不足之一。

4? 旋轉(zhuǎn)噴升泵的常見故障與處理

旋轉(zhuǎn)噴射泵相對其他液壓泵工作壽命更長，發(fā)生意外情況概率也相對較低，但這并不是說旋轉(zhuǎn)噴射泵在工作期間不會(huì)發(fā)生各種故障問題，其中旋轉(zhuǎn)噴射泵常見的故障問題主要有以下幾種：

4.1 壓力突降? 旋轉(zhuǎn)噴射泵壓力突降往往沒有任何征兆，會(huì)在工作運(yùn)行過程中突然發(fā)生中斷從而影響生產(chǎn)，而引起旋轉(zhuǎn)噴射泵出現(xiàn)壓力突降的原因主要分為以下兩個(gè)方面：首先是集流管發(fā)生脫落，集流管作為旋轉(zhuǎn)噴射泵的主要運(yùn)行部件，其一旦發(fā)生損壞，將會(huì)對旋轉(zhuǎn)噴射泵的運(yùn)行產(chǎn)生極大程度的負(fù)面影響，而造成集流管脫落的主要原因是進(jìn)水體內(nèi)孔在長時(shí)間工作后會(huì)發(fā)生磨損，導(dǎo)致集流管和內(nèi)孔變?yōu)殚g隙配合，增加了固定集流管螺栓的受力，使其在受到轉(zhuǎn)子腔高速旋轉(zhuǎn)介質(zhì)的沖擊時(shí)，較為容易出現(xiàn)斷裂等事故;其次是旋轉(zhuǎn)噴射泵的傳動(dòng)三角帶發(fā)生故障，旋轉(zhuǎn)噴射泵采用帶傳動(dòng)，電機(jī)通過大皮帶帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)噴射泵的小皮帶進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速最高可達(dá)4300r/min，但也正由于高速轉(zhuǎn)動(dòng)，很容易給小皮帶帶來不可恢復(fù)的磨損，使得實(shí)際轉(zhuǎn)速低于理論轉(zhuǎn)速，導(dǎo)致泵的實(shí)際出口壓力低于額定壓力。

4.2 振動(dòng)過高? 泵體振動(dòng)是造成設(shè)備故障的主要原因，其中引發(fā)旋轉(zhuǎn)噴射泵振動(dòng)過大的主要原因可以分為兩個(gè)方面：首先，旋轉(zhuǎn)噴射泵和其他液壓泵相比轉(zhuǎn)子腔內(nèi)的介質(zhì)并不容易清洗，在對工作后的旋轉(zhuǎn)噴射泵進(jìn)行維護(hù)修理后，轉(zhuǎn)子腔內(nèi)很有可能會(huì)有部分介質(zhì)殘留，并不規(guī)則的吸附在轉(zhuǎn)子腔內(nèi)部，而當(dāng)旋轉(zhuǎn)噴升泵重新工作后，就會(huì)很容易因?yàn)檗D(zhuǎn)子腔內(nèi)的介質(zhì)引起振動(dòng)，因此在對旋轉(zhuǎn)噴射泵維護(hù)修理后，應(yīng)主動(dòng)對轉(zhuǎn)子腔內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行及時(shí)清理;其次，當(dāng)旋轉(zhuǎn)噴升泵輸送帶有微小顆粒的介質(zhì)時(shí)，長時(shí)間高速旋轉(zhuǎn)工作會(huì)有一定可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子腔內(nèi)部產(chǎn)生不規(guī)則的磨損溝槽，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生動(dòng)不平衡，從而使得旋轉(zhuǎn)噴升泵發(fā)生異常振動(dòng)。

5? 結(jié)論

旋轉(zhuǎn)噴射泵作為化工機(jī)械中最為常用的液壓泵之一，其具有小流量、高揚(yáng)程的特點(diǎn)，再加上其不僅能夠?qū)Υ蟛糠值幕ば袠I(yè)中所用到的介質(zhì)進(jìn)行運(yùn)輸，還能輸送帶有微小顆粒的介質(zhì)，且結(jié)構(gòu)簡單，便于拆卸，在工作過程中使用壽命長，只要公司檢修人員能夠?qū)πD(zhuǎn)噴射泵做到定期檢修，日常正常維護(hù)，發(fā)生故障概率將會(huì)達(dá)到最低。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐學(xué)民.旋轉(zhuǎn)噴射泵常見故障及處理[J].設(shè)備管理與維修，2015（12）：31-32.

[2]劉桂年，李金波，蒲旭亮，韓勇.低比轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)噴射泵的原理與特點(diǎn)[J].化工機(jī)械，2013，40（06）：838-840.

[3]劉景明.高速旋轉(zhuǎn)噴射泵在蠟油加氫裝置的應(yīng)用與故障分析[J].化工管理，2013（10）：148-149.