「美国JMP学习课堂」离心泵怎么选型一

第一部分：设计让业主满意

水力泵都具有相同的基本功能-它们使水循环。那么，为什么会有这么多不同的类型和配置？哪种标准可以确定给定应用的最佳泵？这就是我们将在“如何选择离心泵”系列文章中探讨的内容，首先要研究会在某种程度上影响所有者满意度的因素。

当然，下面列出的所有因素都是选择泵时的重要考虑因素，但是它们对所有者的重要程度在一个项目与下一个项目之间会有所不同。作为工程师，我们需要能够评估哪些因素对单个客户最重要。这些因素包括：

首次泵成本（正确安装的成本）。成本始终很重要，但是通常来说，如果开发商要在短时间内拥有该建筑物，它将胜过其他因素，例如运营成本和预期寿命。一个很好的例子是多单元商业地产或购物中心。运营成本可能会转嫁给承租人，开发人员可能会将第一笔成本视为更高的优先事项。另一方面，一所大学通常更倾向于为获得更高的预期寿命和更高的效率而付出更多的第一笔费用。

泵系统效率（真实运行成本）。 高效的泵系统将使医院，制造设施和大学建筑等重型设施受益最大。仅仅将费用转嫁给租户的出租物业的所有者可能对支付高价购买高效设备的兴趣较小。

泵的预期寿命和可靠性。 对于那些因停工期付出高额罚款的业主而言，预期寿命可能是头等大事。例如，当必须停止操作以更换泵时，制造商（即制药公司）会损失很多利润。

简化泵的维修和保养。设施人员的专业水平是多少？会否有机械专家来维修泵，还是将此类职责下放给外部服务提供商？泵是否需要特殊的索具？维修泵时是否存在安全隐患？多久需要一次服务？

泵的占地面积。像设备成本一样，节省占地面积对于几乎所有所有者来说都是重中之重。对于诸如A级办公空间这样的高价值物业，尤其如此，每平方英尺都被视为创造收入的空间。在这些情况下，尤其是业主希望将机械室保持得尽可能小，这通常会影响泵的选择。

地震问题。设施是否位于易受地震活动（例如地震）影响的区域？如果是这样，泵的选择和安装必须考虑到这一点。

本地零件可用性和供应商支持。几乎没有什么比缺少快速访问零件，服务，知识或对机械设备的整体支持更能使业主或设施经理感到沮丧的。工程师选择在其所有者附近建立了销售商的品牌很重要。

第二部分：泵的类型和地震注意事项

选择泵时，首先要做出的决定之一是使用基座安装泵还是直列泵。

顾名思义，基础安装泵的所有组件（泵，马达和轴承组件）都安装在同一基座上。他们到达现场准备将其安装在混凝土基础上。使用端吸式底座安装泵，水会水平进入吸力端，然后垂直流出蜗壳顶部。它们可以是不带联轴器（ESCC）的密闭式，也可以是带联轴器（ESFM）的落地式长联轴器。联轴器将电动机轴连接到泵轴上。大型双吸式底座泵可以提供各种吸力和排放配置。

传统上，管道泵安装在管道中，并且泵的重量由管道和/或管道悬挂器支撑。它们可以是水平安装的电动机水平安装，也可以是垂直安装的电动机垂直安装在泵上方。较小的泵有时也称为“增压泵”，传统上小于2 HP，并且倾向于水平安装。较大的管道泵往往需要更多的支撑，因此通常称为管道（ES）。

工程师和业主通常基于以下条件选择底座安装或管道泵：

（1）可用的安装和维护空间的类型

（2）安装费用

（3）维修费用

（4）运营成本与效率

（5）预期寿命和总拥有成本

（6）装置是否位于地震活动高风险的地理区域内。应该注意的是，这些地区不仅限于西海岸，还包括该国的其他地区，例如南卡罗来纳州的查尔斯顿和田纳西州的孟菲斯。

地震问题

在地震活动较高的地区，管道泵面临着倾覆力矩或OTM的更大风险。OTM是指特定旋转力变得足以导致物体倾翻或倾覆的点。显然，直排泵不会“翻倒”，但是地震力会放大其旋转运动，从而对管道产生扭曲作用，并在泵的法兰和螺栓上施加高于可接受的应力。底座泵的重心较低，因此OTM的风险可忽略不计。

第三部分：机械空间和所选泵类型

设计水力系统时，很容易固定在地板上。毕竟，空间通常等同于建造成本，这一事实可能会使机械工程师对机械空间感到狭窄。这就是使管道支撑管道泵的想法如此有吸引力甚至流行的原因。有时选择是好的，而其他时候则不是。为了获得长期的满意度和可维护性，工程师在决定将泵从地面上抛到空中并（理论上）排除之前，必须考虑一些事项。

泵多大？

小型直排泵或增压泵确实比类似容量的基础安装泵占用更少的空间。传统上，它们是管道支撑的，可以在不占用任何实际占地面积的情况下进行安装，如下所示：

假设泵和电动机不是太大，并且泵没有安装得太高和/或在维修变得困难甚至危险的空间内工作，这可以很好地工作。请记住，不仅要为泵而且还要为泵配件（例如，三重止回阀和平衡阀）增加额外的重量，必须设计管道支座。

地震问题，如果有的话，会使问题更加复杂。由于这些原因，我们建议在地板上安装15 HP或更大的管道泵。当功率从10变为15时，请注意下表中电动机重量的增加。

泵周围需要什么样的服务区域？

显然，无论是在空中还是在地面上，对泵进行维修都应无障碍。如果将直列泵安装在地面上，请记住，它会安装有吸气扩散器或长半径弯头，并具有5个直径为直管和排气弯头的管，所有这些都会增加两者上所需的地面空间泵的吸入和排出侧。（见下文）

可能需要振动基座如果安装在较高楼层

在这种情况下，我们很可能会建议考虑使用端吸式或立式双吸力底座安装泵来代替立式地板安装管道。郭鹏学暖通端吸式底座泵消除了对排放弯头的需求；立式分体式双吸入泵消除了排放弯头和吸入扩散器。另外，无需拆下电动机即可维修任一底座泵。

如下图所示，底座泵实际上可以占用更少的空间，尤其是在考虑维护的情况下。

是否将多个泵与N + 1备用泵并联输送？

如果要通过管道并行安装两个以上的泵，我们将再次建议安装在基座上的泵以提高电机的可维修性。从下图所示的橇装式立式直排泵可以看出，维修内部泵的空间很小。但是，如右图所示的底座安装结构可从滑橇的后端进入所有泵内部。

第四部分： 泵联轴器类型

离心式暖通空调和水暖泵可以是直接封闭联接的，也可以是柔性联接的。泵联轴器起着重要的作用，最大的目的是将泵连接到电动机，以实现有效的动力传输。它们还有助于解决未对准问题，从而使维修泵变得更加容易。对于柔性连接的泵，则有助于保护轴承。

水力HVAC泵通常具有以下类型的耦合器之一：

剖分式联轴器-这是一个固体金属联轴器，用于将泵轴连接到电动机轴。左图显示了分体式串联泵。内部联接机构的特写镜头显示在右侧。分体式联轴器可以使泵更易于维修，但请注意，联轴器是钢制的，因此不会产生任何弯曲。剖分式联轴器的唯一目的是将标准机架电动机连接到泵端。如果电动机轴由于电动机轴承磨损而开始振动，则振动和运动将直接传递给泵。如果泵的端部由于气蚀，端部曲线偏离运行，水质导致的机械密封磨损或仅仅由于老化而开始振动，则振动将直接传递到电机轴承和轴上。

挠性连接器-挠性连接器是我们通常在基座安装泵中看到的类型。这些连接器通常由夹在两个金属轮毂之间的橡胶材料制成。这种类型的耦合器将标准机架电动机连接到泵端，但也提供一定程度的弯曲或弯曲运动。橡胶衬套的挠曲有助于保护电动机轴承免受上述泵轴承损坏，并保护泵免受电动机轴承损坏。这对于与HVAC泵特别是变速系统相关的非恒定扭矩非常重要。

挠性联轴器充当牺牲性保险丝，该保险丝会断开以保护电动机轴承和泵轴。（与轴或轴承相比，更换挠性联轴器的成本要便宜得多！）挠性联轴器有助于补偿典型操作期间发生的各种类型的未对准情况，如下所示：

封闭式或直接式HVAC泵- 当然，有些泵根本没有耦合器。这些被称为封闭泵。封闭式泵具有一个单轴（而不是两个连接的轴），该轴通过盖板上的开口从电动机延伸到泵体。机械密封，轴套和叶轮均安装在电机轴上。泵部分没有轴承组件，因此电动机轴承必须吸收所有的扭转载荷。这意味着轴承必须很大，这使得电动机有些特殊，并且不如分体式泵或挠性联轴器泵上的电动机那样容易获得大尺寸的电动机。

封闭泵

尽管封闭式泵通常占用的地面空间较小，但由于必须卸下电动机以更换和维护密封件，因此维修起来很棘手。如果电动机很大并且没有足够的水平空间可拆卸电动机，则可能需要高架龙门吊和起重机将电动机从泵上抬起进行维修。封闭式耦合泵的优点之一是它们无需对齐。如果您在对齐公差严格的高速（3600 rpm）应用中使用此功能，则可能会有所帮助。

尽管上述所有泵配置都具有优点和缺点，但我们通常提倡使用底座安装的挠性联轴器泵，除非特定的应用排除了它们的可选性（例如，底座安装的泵没有足够的占地面积）。

第五部分：选择单吸泵还是双吸泵

单吸泵和双吸泵之间有什么区别，一个相对于另一个有什么优势？这就是我们本周要探索的东西。

单吸泵和双吸泵的主要区别在于后者具有叶轮，该叶轮设计为从两侧吸入流过该泵的流量。这种双吸设计消除了叶轮上的轴向力，该轴向力比单吸具有更高的流量。

结果，双吸泵也较不容易受到轴向推力（当水进入叶轮时发生）的磨损。由于水从双吸式叶轮的两侧进入，因此一侧有效地抵消了另一侧的轴向推力-假设两侧的流量均匀。但是，郭鹏学暖通由于情况并非总是如此，因此双吸泵具有内侧和外侧轴承，以吸收部分这种负载。这些轴承可以提供比单吸油泵更小的轴承，这仅仅是因为双吸油泵的轴之间有更好的平衡。

双吸还是单吸？

对于暖通空调应用，我们通常推荐双吸水泵设计，适用于大约2,000 GPM或8英寸的泵尺寸。当涉及到双吸泵时，我们建议：

（1）选择轴距尽可能短的泵，以最大程度地减少轴偏移。

（2）尽可能指定带有挠性联轴器的基础安装泵。这些泵比双吸直列泵更易于维护，后者需要拆卸马达以定期更换磨损的节气门衬套。

一般而言，双吸泵的成本是同类单吸设计的两倍。显然，单吸式泵的价格是正面的。它们也更容易维护且成本更低。另一方面，双吸泵使用寿命更长-长达30年。双吸设计消除了叶轮上的轴向力，该轴向力比单吸提供更高的流量。

不同类型的双吸泵

在选择双吸泵时，有三种类型可供选择，包括：

水平分流箱–这些泵具有“蛤壳”型蜗壳，可水平分流。蜗壳的顶部用螺栓固定在底部。它已经存在了将近100年。由于泵是水平分开的，因此要抬起泵的沉重顶部，需要更多的维修时间和索具。注意非常旧的规格。许多人将双吸泵称为“分体箱”，所有这些泵均具有分体式外壳。这仅取决于外壳是水平拆分还是垂直拆分。

卧式分体式双吸泵

立式分体泵–立式分体泵在垂直方向上被拆分，在端部吸口处有一个可移动的盖板，可以拆下盖板以维修轴承或泵轴。

立式分体式双吸泵

立式分体泵有3种不同的配置，如下图所示，根据建筑管道配置要求，可以节省占地面积：

立式分体泵的配置

双吸直管–这些泵可能很大，并且当管道法兰尺寸超过12英寸时通常是双吸。

立式管道双吸泵

双吸在线泵有衬套（无活动部件）而不是轴承，每当泵的密封件维修时，都必须更换衬套，因为它们容易磨损。这很重要，因为必须将这些泵的电机提离顶部，以更换衬套或维修泵的密封件。

垂直拆分情况还是水平？

在所有其他条件都相同的情况下，可以选择立式分体泵而不是卧式分体泵。首先，根据管道连接的方向，立式分体泵通常会占用很少的空间。假设吸入和排出管道可以是垂直的，那么从下图可以很容易地看到为什么：

其次，立式剖分式泵的轴承之间的距离较短，有助于减少轴的挠度，从而延长泵的使用寿命：

这一切的结果是什么？当需要更高的容量时，双吸泵可以是一种持久的解决方案。另外，指定最短的轴有助于延长使用寿命。双吸泵有多种配置，可适应各种管道连接。立式分体式双吸泵比卧式分体式双吸泵更节省空间-特别是当排放和吸入管道从上方垂直进入时。也可以选择双吸直列泵，但仅适用于非常大的尺寸。电动机的重量（必须将其抬起）使这些泵的维修成为问题。

第六部分：内部与外部冲洗机械密封

无论您是安装还是设计水力HVAC系统，您都可能已经意识到，泵密封件在泵的运行和用户满意度方面起着至关重要的作用。除非您有机会亲身接触拆卸的泵，否则密封的功能和材料可能仍然是个谜。今天，我们将揭开这些多件式装配的神秘面纱，并说明通常用于HVAC离心泵的密封类型之间的差异。

从包装到机械密封的演变

泵叶轮安装在穿过泵壳或蜗壳的泵轴上。如果不使用泵密封件，则轴进入蜗壳的挖空的“湿”部分的位置将是不断泄漏的源头。

一百年前，大多数泵依靠填料来防止泵泄漏，同时允许轴自由旋转。这种填料或填料密封最初是在泵中被称为盒子的区域中，填料被推入或塞入其中。这些旧技术的泵被称为“填料函结构”。五十年前，这项技术得到了改进，填料密封由几圈编织纱和石墨填料组成，这些填料环环绕着轴并位于旧的“填料函”中。该填料被填料压盖牢牢压紧，以防止系统水从泵壳中泄漏出来。

由于填料与轴之间的摩擦会产生大量热量，因此填料密封需要大量润滑。这种润滑来自系统水，该系统水从泵的排放侧排出，冲过填料，然后从泵中排出。这创建了一个“开放”系统，该系统先定期使用然后泄漏冲洗水。需要“渗漏”水，并以大约每秒一滴的速度从泵中滴出。当然，这些水必须用补充水代替，这意味着向系统中引入更多的空气并增加腐蚀。

此外，必须定期调整填料密封，以通过手动拧紧压盖来保持正确的润滑量，从而在组件上造成过度磨损。几十年前，这种密封是大多数工业泵的标准，如今仍在某些工业应用中使用。

如今，机械密封已成为HVAC泵的标准配置。机械密封没有任何类型的泄漏；相反，一体式弹簧在两个高度抛光的表面上提供压力以密封泵。甚至是带有老式泵壳的B＆G泵的竞争对手，这些蜗壳都设计有外部填料函。因此，如今在HVAC系统中，有两种类型的机械泵密封件-一种是为带有外部冲洗管路的老式泵设计的，而另一种是为B＆G设计的内部冲洗阀设计的。

外部脱落的机械密封件以及为什么应避免使用

外部冲洗的密封件的工作方式与其他机械密封件类似，但设计为像老式的密封件一样，可安装在蜗壳的干燥空间中。因此，它们需要外部润滑，以防止轴与旋转和固定密封部件之间的摩擦产生过热。郭鹏学暖通这种润滑是通过将水从泵的出口引至机械密封的毛细管型管道提供的，因此与外部润滑的填充式密封相反，该系统处于封闭状态。该设计有三个缺点。

首先要考虑的只是冲洗管线的尺寸。这些通常是?”或3/8”铜管。如果水质开始在管路中积聚沉淀物或管路受到现场损害，则流量将受到限制。降低制造商设计的流量将缩短密封件寿命。

第二个问题又与水质有关。密封面是高度抛光的表面。面之间的任何砂砾都会腐蚀面，这些面最多会导致过早损坏，而最坏的情况会导致密封泄漏。

第三个问题是冲洗整个密封件的水量，以减少因摩擦而产生的热量。流量取决于入口和出口之间的压力差以及管道的摩擦损失。制造商设计的管道尺寸和流速要与泵所需的尺寸相匹配。当我们在泵上安装变速驱动器时会发生什么？封闭系统中的吸入压力保持相当恒定，但排出压力下降。流量随差的平方根而变化，流量下降。在冷水系统中这可能不是什么大问题，但可能导致加热系统的密封寿命缩短。

下面的剖视图显示了这些管道在典型的外部机械密封分体式双吸泵的两侧。请注意，它们直接送入装有密封件的填料函中。

分体式双吸泵的外部冲洗机械密封。

内部冲洗过的机械密封及其为何更好

就像外部冲洗的机械密封件一样，内部冲洗的机械密封件可以防止水逸出泵壳，同时还可以使泵轴自由旋转。但是，设计更复杂，更可靠。

卧式分体泵上的内部冲洗密封

内部机械密封位于启动时充满水的区域中，更靠近泵的叶轮。因此，它们基本上浸没在系统水中，并暴露于约25％的泵流量中。这是很有价值的，因为：（1）不需要任何外部润滑和油管；（2）密封件周围较高的水速提供了更好的冲洗效果，从而延长了密封件的使用寿命。

在外部冲洗的密封件中，管道以很高的速度将全部所需的流量直接推向密封件。内部冲洗的密封件实质上是坐在装满水的浴缸中。为什么这会增加密封寿命？想象一下，您正在洗一杯祖母的精美瓷器，而她的水质却很糟糕。水中有很多沙子。您会使用高速喷雾器对其进行清洁还是将其浸泡在水桶中，然后轻轻地在其周围打动毛巾？像精密瓷器一样，离心机械密封件更换起来很昂贵，并且经常暴露在带有大量碎屑的水中。

虽然专为外部冲洗密封件设计的泵今天仍可使用，但我们建议您指定并要求用于循环式HVAC系统的具有内部冲洗机械密封件的泵，无论该泵是全新安装的一部分，还是是现有外部泵的替代产品密封。内部冲洗的密封件需要的维护较少，有助于延长泵的使用寿命。