2024年4月22日发(作者：韩春)
第46卷第3期
2009年6月
化 工 设 备 与 管 道
PROCESSEQUIPMENT&PIPING
Vol.46 No.3
Jun.2009
·机械与密封·
皮托管泵在小流量超高扬程领域的应用及前景
魏宗胜
(中国成达工程公司,成都 610041)
摘 要:介绍了皮托管泵的起源、发展简况、结构、工作原理、性能参数及特点。用工程实例,给出了皮托管泵与高
速泵和多级泵的技术经济评价表。工程实践表明,在流量2～50m
/h,扬程400～1600m范围内,流量越小、扬程
越高,皮托管泵的技术优势就越明显。
关键词:小流量; 超高扬程; 皮托管泵; 应用; 技术经济评价
中图分类号:TQ051.2文献标识码:A文章编号:1009-3281(2009)03-0024-06
3
ApplicationofPitotPumpinLowFlowandUltra-highHeadSituation
《
化
Abstract: Inthisarticle,theorigination,developmentprocess,structure,workingmechanismandcharacteristicsofpitotpumpwere
gineeringinstance,theengineering-economyevaluationtableforpitotpump,highvelocitypumpandmulti-stage
eenshownthatwithinthescopeof2～50m
3
/hinflowand400～1600minpressurehead,thelower
flowandthehigherhead,themoreevidentthetechnicaladvantageofpitotpumphas.
Keywords: lowflow;super-highpressurehead;pitotpump;application;engineering-economyevaluation
早在1938年,因二战急需火箭燃料泵,德国和
英国开始对小流量超高扬程泵进行研制。因多级离
心泵的级数太多,可靠性差;而往复泵高压下压力
脉动强烈,且易损件又多,均被否认。研制人员当时
提出了两种全新构思的离心泵
[1]
提出了高速、开式叶轮、部分流型离心泵方案,避免
了以前只是简单将常规离心泵高速化出现的种种故
障(高轴向推力、口环磨损的性能下降等);另一全
新构思是将叶轮与泵壳联为一体同步回转,当时称
为旋转壳体泵的单级离心泵。众所周知,离心泵的
基本原理是叶轮回转获得动能,再将动能转化为压
力能。小流量超高扬程离心泵的效率之所以低,关
键是叶轮的圆盘摩擦损失太大,此项损失与叶轮直
径的五次方成正比,与转速的三次方成正比,如果让
叶轮与泵壳同步回转,液体在获得动能的过程中圆
盘摩擦损失就几乎为零。如何再将动能转化为压力
能,当时采用皮托管来完成此能量的转化。但研制
成功的这种全新概念离心泵的流量小于5GPM(1.1
m/h),且效率低于高速部分流泵,因此未被军方
接受。
二十多年后,由于理论研究和制造技术有了突
3
备
与
w
w
管
w
.
t
道
》
c
e
d
.
c
o
m
(ChengdaEngineeringCorporationofChina,Chengdu 610041,China)
工
设
WEIZong-sheng
破,旋转壳体泵又死灰复燃,并改称为皮托管泵(Pi-
某些小流量、高扬程,皮托管泵的技术性能和价格明
显优于高速泵。至今,在我国大学教科书上还未查
到皮托管泵的介绍,在我国工业上的应用也还很少,
国产的一些低档旋喷泵产品又影响了这种新型泵的
正确应用,对该泵的特点、结构、适用范围、使用限制
有较深了解的人还不多。本文简要介绍了国内外皮
托管泵的起源、发展简况、工作原理、性能参数及特
点,并用近两年的三个工程实例,对皮托管泵与高速
泵和多级泵的技术经济性进行对比,以期在小流量
超高扬程泵选型时,增加一种性价比可能更高的
品种。
totPump)。近年来,在泵的询价、评标中己发现,对
:Barske博士首先
1 国内外皮托管泵的发展简况
1960年美国Kobe公司开始研制皮托管泵,经
过十年的开发研究,皮托管泵的理论研究和皮托管
收稿日期:2009-01-05; 修回日期:2009-01-20
作者简介:魏宗胜(1941—),男,四川成都人,教授级高工。主要从
事机泵专业的工程设计。
2009年6月 魏宗胜.皮托管泵在小流量超高扬程领域的应用及前景
·25·
的制造技术有了突破,取得了35项专利,并于1970
年将产品正式投入生产
[2-4]
旋壳泵最高扬程目前仅达到920m,与美国皮托管
泵的最高扬程1581m相比,还有不小的差距。。目前该新型泵的专利
权属于美国Enviro公司。德国Sterling公司和荷兰
BEGEMANNPOMPENB.V.公司制造的皮托管泵
为Enviro公司所转让的早期两种型号:CWHB(相当
于R11)、CWHA(相当于RO)。其结构和外形尺寸
几乎一样,但效率比Enviro公司对应规格要低几个
百分点。Enviro公司更先进的RD11、2100、2200等
泵型未见向其他公司转让。
我国甘肃工业大学从1994年开始,最早进行了
旋喷泵(即皮托管泵)的理论和试验研究
[5]
2 结构、工作原理与性能范围
2.1 结构
皮托管泵由转子部件、皮托管、轴承座部件、外
壳体和进出液管等部分组成,如图1所示。轴承座
部件与常规的离心泵相同。过流件叶轮和转鼓(相
当于离心泵的泵壳)联成一体,用螺栓固定在主轴
上构成转子部件。转鼓的外围有外壳体起保护罩作
用,用螺栓固定在轴承座上,因不接触输送介质,用
铸铁或铸钢材料制造。外壳体的右端盖上固定机械
密封、进液管和出液管。核心件皮托管固定在出液
管上,从轴线伸到接近转鼓的圆筒内壁处。该泵仅
在叶轮入口与进液管之间设有机械密封,用于密封
泵的进口低压力,泵出口的高压用皮托管右端外侧
的O形圈密封,因皮托管是静止的,此高压静密封
很容易解决。
大学、华中科技大学、上海理工大学、西华大学、上海
大学、浙江电子科技大学等也相继对这种新概念泵
的关键部件皮托管和叶轮进行了深入研究和试
验
《
化
3
。清华
纪90年代研制的旋喷泵用于天津炭黑厂,并设计了
流量为3～20m
/h,扬程为280～340m,XPB系列
旋喷泵
[9]
。
[6-8]
最早推向市场的是北京化工机械厂,该厂20世
,后来因用在炭黑厂介质的可靠性不高等
原因,现已停止制造。较早且小批量推向市场的是
四川省机械研究设计院,该院2000年研制的第一台
旋喷泵开始用于四川化工总厂,按该院的旋喷泵业
绩表,最高扬程达到585m,应用的输送物料品种也
较多,但因受制造条件的限制,该院旋喷泵的效率与
美国皮托管泵的差距还很大。2002年山东长志泵
业有限公司开始研制LG-2/130型管道式旋喷泵,用
于输送激冷水,历时两年多取得成功,但扬程仅130
m,效率较低
3
[10]
。中国农业机械化科学研究院研制
的R系列旋喷泵,样本上的最高扬程850m,最大流
量100m
/h,但已用于生产中的业绩少。
2006年12月笔者参加了中石化对江苏海狮泵
业公司旋壳泵(即皮托管泵)的鉴定会,获知虽然该
公司研制皮托管泵起步晚,2005年第一台旋喷泵才
用于淮安清江石化公司,但起点较高,制造装备较先
进,主要件均用数控机床加工,关键的皮托管用特殊
铸造工艺铸造。从我公司几项工程项目国内外几家
皮托管泵厂报价数据来看,海狮泵业公司的皮托管
泵的效率在国内属最高,配套电机功率最小,与美国
皮托管泵的效率差距已缩小,目前已经工业应用的
输送物料有:锅炉给水、氨水、醋酸、甲醇、尿素、环已
备
与
w
w
管
w
.
t
道
》
c
e
d
.
c
o
m
图1 皮托管泵剖面
工
设
2.2 工作原理
要加压的液体从进液管进入叶轮,因叶轮高速
回转而获得动能,液体从叶轮外围沿轴向进入转鼓
的外围,高速液体从位于转鼓最外围处的皮托管的
入口进入。因皮托管的横截面积逐步扩大,液体流
速逐步降低,从而将液体的动能转化为压力能。最
后从出液管排除高压液体。由于叶轮与转鼓是联为
一体同步回转,因此液体在获得动能的过程中,无圆
盘摩擦损失,这是该新型泵比相同超低比转数的高
速泵和多级离心泵效率高得多的根源所在。皮托管
内流道设计以及尺寸精度和光洁度是决定动能转化
为压力能效率高低的关键因素。皮托管的外部形状
为翼型断面,以使绕流阻力最小。
醇、醇酮、NMP溶剂、石脑油、异丁烷、二甲苯、汽油、
丙酮、多异丙苯、凝缩油、二乙醇胺、液化石油气、碳
铵液、液氨等。但海狮泵业公司已用于工业生产的
2024年4月22日发(作者：韩春)
第46卷第3期
2009年6月
化 工 设 备 与 管 道
PROCESSEQUIPMENT&PIPING
Vol.46 No.3
Jun.2009
·机械与密封·
皮托管泵在小流量超高扬程领域的应用及前景
魏宗胜
(中国成达工程公司,成都 610041)
摘 要:介绍了皮托管泵的起源、发展简况、结构、工作原理、性能参数及特点。用工程实例,给出了皮托管泵与高
速泵和多级泵的技术经济评价表。工程实践表明,在流量2～50m
/h,扬程400～1600m范围内,流量越小、扬程
越高,皮托管泵的技术优势就越明显。
关键词:小流量; 超高扬程; 皮托管泵; 应用; 技术经济评价
中图分类号:TQ051.2文献标识码:A文章编号:1009-3281(2009)03-0024-06
3
ApplicationofPitotPumpinLowFlowandUltra-highHeadSituation
《
化
Abstract: Inthisarticle,theorigination,developmentprocess,structure,workingmechanismandcharacteristicsofpitotpumpwere
gineeringinstance,theengineering-economyevaluationtableforpitotpump,highvelocitypumpandmulti-stage
eenshownthatwithinthescopeof2～50m
3
/hinflowand400～1600minpressurehead,thelower
flowandthehigherhead,themoreevidentthetechnicaladvantageofpitotpumphas.
Keywords: lowflow;super-highpressurehead;pitotpump;application;engineering-economyevaluation
早在1938年,因二战急需火箭燃料泵,德国和
英国开始对小流量超高扬程泵进行研制。因多级离
心泵的级数太多,可靠性差;而往复泵高压下压力
脉动强烈,且易损件又多,均被否认。研制人员当时
提出了两种全新构思的离心泵
[1]
提出了高速、开式叶轮、部分流型离心泵方案,避免
了以前只是简单将常规离心泵高速化出现的种种故
障(高轴向推力、口环磨损的性能下降等);另一全
新构思是将叶轮与泵壳联为一体同步回转,当时称
为旋转壳体泵的单级离心泵。众所周知,离心泵的
基本原理是叶轮回转获得动能,再将动能转化为压
力能。小流量超高扬程离心泵的效率之所以低,关
键是叶轮的圆盘摩擦损失太大,此项损失与叶轮直
径的五次方成正比,与转速的三次方成正比,如果让
叶轮与泵壳同步回转,液体在获得动能的过程中圆
盘摩擦损失就几乎为零。如何再将动能转化为压力
能,当时采用皮托管来完成此能量的转化。但研制
成功的这种全新概念离心泵的流量小于5GPM(1.1
m/h),且效率低于高速部分流泵,因此未被军方
接受。
二十多年后,由于理论研究和制造技术有了突
3
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(ChengdaEngineeringCorporationofChina,Chengdu 610041,China)
工
设
WEIZong-sheng
破,旋转壳体泵又死灰复燃,并改称为皮托管泵(Pi-
某些小流量、高扬程,皮托管泵的技术性能和价格明
显优于高速泵。至今,在我国大学教科书上还未查
到皮托管泵的介绍,在我国工业上的应用也还很少,
国产的一些低档旋喷泵产品又影响了这种新型泵的
正确应用,对该泵的特点、结构、适用范围、使用限制
有较深了解的人还不多。本文简要介绍了国内外皮
托管泵的起源、发展简况、工作原理、性能参数及特
点,并用近两年的三个工程实例,对皮托管泵与高速
泵和多级泵的技术经济性进行对比,以期在小流量
超高扬程泵选型时,增加一种性价比可能更高的
品种。
totPump)。近年来,在泵的询价、评标中己发现,对
:Barske博士首先
1 国内外皮托管泵的发展简况
1960年美国Kobe公司开始研制皮托管泵,经
过十年的开发研究,皮托管泵的理论研究和皮托管
收稿日期:2009-01-05; 修回日期:2009-01-20
作者简介:魏宗胜(1941—),男,四川成都人,教授级高工。主要从
事机泵专业的工程设计。
2009年6月 魏宗胜.皮托管泵在小流量超高扬程领域的应用及前景
·25·
的制造技术有了突破,取得了35项专利,并于1970
年将产品正式投入生产
[2-4]
旋壳泵最高扬程目前仅达到920m,与美国皮托管
泵的最高扬程1581m相比,还有不小的差距。。目前该新型泵的专利
权属于美国Enviro公司。德国Sterling公司和荷兰
BEGEMANNPOMPENB.V.公司制造的皮托管泵
为Enviro公司所转让的早期两种型号:CWHB(相当
于R11)、CWHA(相当于RO)。其结构和外形尺寸
几乎一样,但效率比Enviro公司对应规格要低几个
百分点。Enviro公司更先进的RD11、2100、2200等
泵型未见向其他公司转让。
我国甘肃工业大学从1994年开始,最早进行了
旋喷泵(即皮托管泵)的理论和试验研究
[5]
2 结构、工作原理与性能范围
2.1 结构
皮托管泵由转子部件、皮托管、轴承座部件、外
壳体和进出液管等部分组成,如图1所示。轴承座
部件与常规的离心泵相同。过流件叶轮和转鼓(相
当于离心泵的泵壳)联成一体,用螺栓固定在主轴
上构成转子部件。转鼓的外围有外壳体起保护罩作
用,用螺栓固定在轴承座上,因不接触输送介质,用
铸铁或铸钢材料制造。外壳体的右端盖上固定机械
密封、进液管和出液管。核心件皮托管固定在出液
管上,从轴线伸到接近转鼓的圆筒内壁处。该泵仅
在叶轮入口与进液管之间设有机械密封,用于密封
泵的进口低压力,泵出口的高压用皮托管右端外侧
的O形圈密封,因皮托管是静止的,此高压静密封
很容易解决。
大学、华中科技大学、上海理工大学、西华大学、上海
大学、浙江电子科技大学等也相继对这种新概念泵
的关键部件皮托管和叶轮进行了深入研究和试
验
《
化
3
。清华
纪90年代研制的旋喷泵用于天津炭黑厂,并设计了
流量为3～20m
/h,扬程为280～340m,XPB系列
旋喷泵
[9]
。
[6-8]
最早推向市场的是北京化工机械厂,该厂20世
,后来因用在炭黑厂介质的可靠性不高等
原因,现已停止制造。较早且小批量推向市场的是
四川省机械研究设计院,该院2000年研制的第一台
旋喷泵开始用于四川化工总厂,按该院的旋喷泵业
绩表,最高扬程达到585m,应用的输送物料品种也
较多,但因受制造条件的限制,该院旋喷泵的效率与
美国皮托管泵的差距还很大。2002年山东长志泵
业有限公司开始研制LG-2/130型管道式旋喷泵,用
于输送激冷水,历时两年多取得成功,但扬程仅130
m,效率较低
3
[10]
。中国农业机械化科学研究院研制
的R系列旋喷泵,样本上的最高扬程850m,最大流
量100m
/h,但已用于生产中的业绩少。
2006年12月笔者参加了中石化对江苏海狮泵
业公司旋壳泵(即皮托管泵)的鉴定会,获知虽然该
公司研制皮托管泵起步晚,2005年第一台旋喷泵才
用于淮安清江石化公司,但起点较高,制造装备较先
进,主要件均用数控机床加工,关键的皮托管用特殊
铸造工艺铸造。从我公司几项工程项目国内外几家
皮托管泵厂报价数据来看,海狮泵业公司的皮托管
泵的效率在国内属最高,配套电机功率最小,与美国
皮托管泵的效率差距已缩小,目前已经工业应用的
输送物料有:锅炉给水、氨水、醋酸、甲醇、尿素、环已
备
与
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道
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图1 皮托管泵剖面
工
设
2.2 工作原理
要加压的液体从进液管进入叶轮,因叶轮高速
回转而获得动能,液体从叶轮外围沿轴向进入转鼓
的外围,高速液体从位于转鼓最外围处的皮托管的
入口进入。因皮托管的横截面积逐步扩大,液体流
速逐步降低,从而将液体的动能转化为压力能。最
后从出液管排除高压液体。由于叶轮与转鼓是联为
一体同步回转,因此液体在获得动能的过程中,无圆
盘摩擦损失,这是该新型泵比相同超低比转数的高
速泵和多级离心泵效率高得多的根源所在。皮托管
内流道设计以及尺寸精度和光洁度是决定动能转化
为压力能效率高低的关键因素。皮托管的外部形状
为翼型断面,以使绕流阻力最小。
醇、醇酮、NMP溶剂、石脑油、异丁烷、二甲苯、汽油、
丙酮、多异丙苯、凝缩油、二乙醇胺、液化石油气、碳
铵液、液氨等。但海狮泵业公司已用于工业生产的