簡介

在這部分內(nèi)容中，高壓清洗指的是用壓力在250到1200bar（1mbar等于100Pa的壓力）的水進行清洗?？紤]到它的清洗能量來自于水的動力能量，因此高壓清洗常常被稱為“水動力清洗”，與此相對應(yīng)的是利用熱水和化學(xué)添加劑的清洗。正如我們今天所知的，在二戰(zhàn)后，伴隨著工業(yè)的發(fā)展以及對新技術(shù)的需求，高壓清洗從傳統(tǒng)的重工業(yè)如鋼鐵、船舶修理、發(fā)電站及石油化學(xué)工業(yè)中建立起來。

泵和泵組的選擇

選擇清洗系統(tǒng)首先需要考慮的是將要被清洗的污垢的特性，它會決定壓力、流速、噴水口所需要的動力能量和水力能量以及泵組需要的能量和規(guī)格。

第二個需要考慮的是根據(jù)用途選擇清洗附件，這部分內(nèi)容將在第六節(jié)詳細討論。

最后需要考慮的是所運行機組的規(guī)模。

清洗任何特定表面污垢所需要的壓力和流速（水力能量）可通過以下三種途徑得到。

①經(jīng)驗知識

大部分的清洗任務(wù)以往都遇到過。需要高壓水技術(shù)是為了處理那些不能被2.5×10?Pa以下的壓力或化學(xué)溶劑清洗掉的表面污垢。部分污垢的材料以及相應(yīng)被清洗掉所需要的壓力見表5-2。清洗并不是精確的科學(xué)，壓力的確定將隨實際情況而改變。流速由管口到清洗表面的距離和水力能量的損失來決定。

②工廠的現(xiàn)場清洗試驗

這通常是用戶要求的。工廠不僅可以給出改變壓力和水流后效果的準(zhǔn)確表現(xiàn)，還允許用戶觀察試驗并進行質(zhì)量保證研究，確保清洗操作的效果。這對于精細化學(xué)、生物化學(xué)和藥用植物等領(lǐng)域都是非常重要的。

③利用樣品板進行實驗室清洗試驗

如果不能進行現(xiàn)場試驗，替代的辦法就是在樣品板上涂上相應(yīng)的材料，模擬工廠的實際情況。大多數(shù)擁有最先進的高壓清洗設(shè)備的公司都有能力進行這種形式的試驗。

表5-2典型的化學(xué)污垢及清洗掉它們所需要的壓力

高壓水清洗系統(tǒng)

目前在使用高壓清洗系統(tǒng)有很多種，它們基本的特性和功能都是相似的。其中的兩個基本要素是；

1.泵組

這是在任何系統(tǒng)中最重要的部分。它包括：

*原動力，通常是電動機或柴油發(fā)動機。

*泵，多數(shù)是柱塞泵或徑向活塞泵。

*控制和安全裝置，如減壓、卸載、壓力調(diào)節(jié)閥、檢測儀表和開關(guān)裝置。

這種設(shè)備可以是固定安裝的，也可以是移動式的，即安裝在拖車或其他車輛的底盤上。這兩種不同的泵組設(shè)計如圖5-2和圖5-3所示。圖5-2是一個化學(xué)容器清洗系統(tǒng)的一部分，圖5-3是一個典型的從事合同清洗任務(wù)的泵組。

圖5-2電動三柱塞泵，工作壓力4×10?Pa

圖5-3安裝在雙輪重：型拖車上的柴油機柱塞泵

圖片P263頁

2.附件

這部分內(nèi)容將在第六節(jié)詳細討論。

3.高壓泵的選擇

高壓泵的選擇范圍很廣，這經(jīng)常讓工程師、管理者以及對這方面了解不多的購買者感到困惑，這也成為了工程技術(shù)的一個專門分支。在高壓清洗領(lǐng)域，只有容積式泵可以提供所有需要的工作壓力。

（1）往復(fù)柱塞泵和活塞泵

柱塞泵和活塞泵有很多可用的設(shè)計方案，在這里應(yīng)該解釋的是，柱塞泵是有密封裝置的往復(fù)泵，而在活塞泵的設(shè)計中，密封裝置是移動的活塞的一個必要組成部分，因此柱塞泵是用的最多的一種泵。對大多數(shù)柱塞泵制造商來說，它的主要特點就是通用性。典型的設(shè)計方案如圖5-4所示。

圖5-4傳統(tǒng)的帶有錐形閥和完整齒輪箱的三柱塞泵

一般而言，需要考慮的因素包括：

*泵的速度越快、泵越廉價，磨損就越大，“氣穴現(xiàn)象”出現(xiàn)的可能性也越大。

*根據(jù)下面的指導(dǎo)方針，計算最適宜的操作和維護費用；

—在50kW以下，平均速度應(yīng)該達到575rpm，平均柱塞速度是1.1m/s

—在50?150kW范圍內(nèi)，平均速度應(yīng)該達到450rpm，平均柱塞速度是1.3m/s

—在150?450kW范圍內(nèi)，平均速度應(yīng)該達到300rpm，平均柱塞速度是1.6m/s

*柱塞越多（奇數(shù)個），依賴于曲柄驅(qū)動的動力數(shù)據(jù)中的壓力波動越低。雖然使用減速器可以使壓力波動減小到一個可以接受的水平，然而柱塞、閥門、軸承和密封裝置的維修費用還是會根據(jù)活塞的數(shù)量而相應(yīng)的高一些。

下面要討論的泵是型號為KD624.VG的三柱塞泵，根據(jù)活塞的直徑、泵的速度和可利用的能量（見表5-3），這個泵可以產(chǎn)生1.2×10?Pa的壓力和483L/min的流速。該泵應(yīng)該安裝有完整的齒輪箱或V型皮帶傳動用的曲軸。分兩部分：

①動力端：包括曲軸、主軸承、十字頭、連接桿、油冷卻器和曲軸驅(qū)動的潤滑油泵。加壓的油以最小2×10?Pa的壓力從出口到達所有的軸承表面。制造商在潤滑系統(tǒng)上設(shè)計有一個安全閥，它在壓力達到4.5×2Pa時就打開。如果油的壓力下降到2×10?Pa以下，壓力開關(guān)就會關(guān)掉發(fā)動機。為了啟動，一個延時裝置可以使油壓增大到2×10?Pa以上。

盡管大多數(shù)柱塞泵都有一個加壓潤滑系統(tǒng)，但一些小型泵使用一種簡單的噴射潤滑系統(tǒng)。

為了維持油溫的一致，在曲軸箱機架的后面安裝了油冷卻器，利用低壓水，在1×10?Pa的壓力下，文氏管可以吸收額外的熱量，這在泵長期全負荷工作或者在溫度很高的環(huán)境中工作時是非常有用的。

②流體端：這包含一個吸壓泵和排出集合管，三套帶閥門的抽氣泵和排出集合管，三個柱塞和填料函。閥門包括一對吸氣和排氣的閥門。閥門是圓錐形的，還有操縱桿。每對閥門有各自分開的孔和一個共用的閥板。低壓泵入的液體通過吸氣閥進入吸入室，在吸氣沖程中隨活塞而運動。在這個過程中排氣閥是關(guān)閉的。當(dāng)柱塞改變到排氣沖程時，吸氣閥關(guān)閉，排氣閥打開，高壓的液體被泵入了排氣室。柱塞既町以是陶瓷的也可以是碳化鉉的，它們對十字頭都是安全的。填料函有一個密封環(huán)，就像一個預(yù)先形成的人字形軸封。柱塞的密封是為了限制而不是阻止?jié)B漏，因為少量的滲漏對于潤滑是必要的。在一些模型中，所有的滲漏都會通過一個透明的塑料軟管回到吸氣端，從而監(jiān)控液體的流動過程。如果滲漏大于5%，那密封裝置就應(yīng)該引起注意了。

表5-3URACA-KD624VG型高壓三柱塞泵的數(shù)據(jù)表

泵類型：

A錐形閥壓力不高于4X10?Pa

B夾心閥壓力不高于10?Pa

C夾心閥壓力不高于1.2X10?Pa（特殊封裝）

齒輪箱速率：2.773.173.76

使用“V”型傳送帶或者使用柴油發(fā)動機可以獲得不同的速度

注意：KD624型設(shè)計現(xiàn)在已經(jīng)被KD724型所取代，后者的最大操作壓力為2.8x10?Pa（41000psi），需要的最大能量為500kW。

為了處理更高的壓力和達到用戶要求的效率，大多數(shù)柱塞泵公司引入了改良的流動壓頭設(shè)計，例如最近的URACA設(shè)計包括：

*裝有彈簧的填充裝置，包括導(dǎo)桿襯套密封環(huán)和人字形軸封；用于較高壓力的如表5-3中的“B”和“C”。

*夾心閥的結(jié)構(gòu)如圖5-5a所示。這個結(jié)構(gòu)通過去掉90°的入口角度，減少了流體的能量損失并提高了泵的效率，傳統(tǒng)“T”型閥門組的設(shè)計和錐形閥的特征見圖5-5b。另一個優(yōu)點是閥門組、填料函與排出支管的接合處不像傳統(tǒng)設(shè)計的那樣具有同樣壓力，這可以減少滲漏的可能性。

圖5-5柱塞泵的設(shè)計

（2）其他類型的柱塞泵

除了傳統(tǒng)的三柱塞泵，一些制造商生產(chǎn)出一種排放波動較小的五柱塞泵。泵可以被垂直的放置，這對于解決車輛和容器的安裝等空間問題是一個很大的優(yōu)點。Hammelman泵公司的設(shè)計包括一個無摩擦的迷宮式金屬密封，它是標(biāo)準(zhǔn)密封材料的替代物，可以減小加壓區(qū)的壓力并把摩擦減到最小。

RBT200：這是一種獨特的三柱塞泵，最初在美國作為“Mallay泵”設(shè)計出來，后來在英國生產(chǎn)。1972-1985年間，這種泵在全世界銷售的很成功。RBT200用大型滾柱軸承支撐的一套離心輪和重型雙螺旋齒輪來傳送200馬力的能量，以此來代替曲軸，這是應(yīng)用于美國石油領(lǐng)域的傳統(tǒng)抽泥泵的一個很著名的特性。這個設(shè)計的重要性在于它比傳統(tǒng)的曲軸能夠承擔(dān)更高的活塞負荷和壓力。這就使得泵可以產(chǎn)生較寬范圍的壓力和流速，同時通過用一個4速的重型商用齒輪箱來改變泵的速度使柱塞運動。這對于要清洗大型下水道的承包人來說是非常寶貴的，他可以有一個彈性的選擇范圍，可以選擇高流速低壓力或低流速高壓力的熱交換器，如圖5-6所示。流體壓頭的設(shè)計是基于傳統(tǒng)的錐形閥和“T”型閥門組。柱塞是用涂有合金鋼的科爾莫諾合金制造的，所有的“濕部件”都是不銹鋼制成的，密封用的是以前的V形臂章的設(shè)計。目前只在中東、新加坡和英國有少量的RBT泵仍在運作，但這種設(shè)計確實有相當(dāng)?shù)膬?yōu)點。（RBT的移動式泵組見圖5-7）

（3）設(shè)計細節(jié)

對于其他制造商來說，最大的變化在于填料函，這是任何柱塞泵承受磨損最多的部分，特別是當(dāng)操作壓力持續(xù)增加的時候?，F(xiàn)在很多泵在超過2.5×10?Pa（37000psi）的壓力下運行，此時主發(fā)動機產(chǎn)生450kW的能量。國際上大多數(shù)重要的泵制造商大體上保留了填料函的最初的設(shè)計，而把注意力集中到提高密封性能上。新型的耐磨復(fù)合材料再結(jié)合PTFE的出色的潤滑特性可以顯著地延長密封的壽命。

壽命的長短依賴于操作時的流速以及維護的標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下，預(yù)計密封壽命可以達到2000?3000h。

圖5-6RBT變速三柱塞泵性能數(shù)據(jù)

圖5-7安裝在一個“平板車”上的RBT200泵組

圖片P267頁

在改進液體流動和閥室設(shè)計來提高泵效率方面，流體壓頭的設(shè)計也受到了相當(dāng)?shù)年P(guān)注。另一方面是對凈正吸入壓頭（NPSH）的影響，在這方面，吸入閥的重量和彈簧負荷是非常重要的。最后，易維護是大多數(shù)先進的柱塞泵的一個重要特性。

“濕部件”的材料通常是洛鐵合金，對于鹽水和其他腐蝕性液體常用不銹鋼。

除了RBT200以外，動力端的設(shè)計幾乎都是基于常規(guī)的曲軸。在主要軸承的數(shù)目方面有很多的分歧。一些制造商如著名的URACA認為，有兩個主要的軸承比較好，這樣可以使曲軸彎曲而不僅僅是保護固體。作為額外的安全防范措施，一個相似的裝置安裝在曲軸的后面，如果曲軸的負荷超過了25%，這個裝置就可以探測到，這在“氣穴現(xiàn)象”中可以見到。由于有了某些泵的設(shè)計，就使得通過安裝不同直徑的柱塞來改變壓力和流速范圍成為可能。

（4）徑向活塞隔膜泵

1971年，一種新型容積式活塞泵——“Harben”徑向活塞隔膜泵參與到活塞泵的競爭中，這種泵由BernardHart發(fā)明并獲得專利，他是“HawkerSiddeley”飛機組的工程師，其理論來自于“雙飛機”電機設(shè)計的基礎(chǔ)。他的觀念基本上是使用3、4、6或8個放射狀排列的氣缸，每一個氣缸有一個隔膜管和一個活塞。轉(zhuǎn)軸和離心輪依次驅(qū)動每一個活塞，使其壓縮隔膜管周圍的油，隔膜管是充滿水的。當(dāng)管被“擠壓”的時候，從導(dǎo)出閥流出的水就被加上了壓力。然后隔膜又回復(fù)到管狀，這樣可以通過吸入閥把水吸引回來。圖5-8展示了一個移動式Harben泵組。更大型的安裝在導(dǎo)軌或拖車上的泵除了用于排水和下水道噴射清洗外，還可以用于北海的離岸平臺和普通的合同清洗方面。

圖5-8輕型移動式徑向活塞泵組

（FlowPlantGroupLtd提供）

圖片P268頁

這種泵主要有兩種類型：

*“P”模型一輸出壓力可以達到4.2X107Pa（6000psi），流速可以達到56L/min（12.5IGPM）。

*世紀(jì)系列泵一多氣缸泵，最大排出壓力可達7X107Pa（10000pis），流速可以達到155L/min（34IGPM）。

*徑向活塞隔膜泵設(shè)計的優(yōu)點：

*緊湊的設(shè)計一較高的能量重量比

*不需要改變活塞就可以實現(xiàn)選擇不同的壓力和流速

*可以處理帶有150pm顆粒的水

*不需要為了海洋水而做調(diào)整（這對于近海石油/天然氣的安裝是十分理想的）

*低波動，特別是8氣缸的類型

*當(dāng)沒有密封時，泵也可以“干轉(zhuǎn)”

BernardHart和他的同事AlanBennie在英格蘭的索爾茲伯里成立了Hafben公司。他們的合作成功地把公司發(fā)展成為制造和提供高壓泵設(shè)備的國際領(lǐng)先的公司。幾年前，這個公司被BritishFittingsGroup（BFG）與Neolith和AquaHydraulic公司購買，成為了現(xiàn)在的FlowPlantGroup。

4.泵的附加裝置

任何泵最基本的部分都有一些特定的裝置，包括：

（1）安全設(shè)備、卸載設(shè)備和壓力調(diào)節(jié)閥

按照歐洲的標(biāo)準(zhǔn)，安全閥對于所有的泵都是法定的必需裝置。安全閥最簡單的結(jié)構(gòu)包括一個有手輪調(diào)節(jié)器的裝有彈簧的閥，但制造商必須事先調(diào)整好安全閥（通常大于最大工作壓力的10%），另外加一個“防止干擾”的密封條。同樣的閥也可以用作卸載閥，如果這樣的話，閥門座就變成了“拉線式”，需要周期性地復(fù)位。很多卸載閥都含有一個遠程控制裝置，這就使得操作者在用噴射活塞和腳踏式開關(guān)閥門時可以保持對加壓水的全面控制。

URACA的MSUV和MSSV閥都是由電氣來啟動，通過遠程控制信號來操作的。

MSUV是一種多功能閥，可以被用作以下幾種閥：

*旁路/卸載閥：當(dāng)隔膜沒有壓力的時候，泵將開始卸載。一旦壓縮空氣流到隔膜壓頭，里面的閥門就會關(guān)閉，泵就會在用戶要求的壓力下運轉(zhuǎn)。

*溢出閥：減小的壓力可以通過改變氣壓來進行調(diào)節(jié)和設(shè)置（如圖5-9所示），氣壓是用來抵制裝有彈簧的內(nèi)閥門，使高壓水按照用戶的要求流出。如果超過了設(shè)定的壓力，不被零件消耗的水量就會流走，以很小的壓力流到抽水泵或明溝。然而這種方法在連續(xù)的過程中并不理想，因為這樣會使閥門座被很快地磨損。它的替代方法是安裝一個帶有開關(guān)閥的分離旁路。當(dāng)操作員通過噴霧槍扳機或腳踩閥關(guān)掉設(shè)備時，安裝有噴嘴的旁路就會自動打開來保持系統(tǒng)的壓力，此時加壓水就會以低壓進入一個腔。這個過程也可以從開始被反過來。MSSV閥（用于處理4×10?Pa以下的壓力）和MSUV閥（用于處理400bar以上的壓力）是根據(jù)“失效保護”的原則設(shè)計出來的，如當(dāng)氣壓受到影響的時候，裝有彈簧的內(nèi)閥就會自動地回復(fù)到“傾卸”的模式。

*遠程控制功能是通過噴霧槍、腳踩閥或手舉閥的開關(guān)傳出的低電壓信號來實現(xiàn)的，這可以保證操作員在所有的時間內(nèi)對泵有完全的控制。還有一個可以選擇的特性是可以在多操作員的組織里控制壓力和流速特殊的電動-液壓閥。

*減壓模式：以MSUV和MSSV閥為例，安全閥被安裝在進氣腔作為閥裝配的一個完整的部分，和卸載閥的工作方式相似。實際的控制是通過調(diào)節(jié)空氣供給來實現(xiàn)的，使壓力達到額定壓力即泵壓的最大值加上10%，如果大于這個值，內(nèi)閥就會打開來釋放額外的壓力。安全閥是在工廠就安裝好的，并且用鉛密封來保護它。

壓縮空氣的控制。由空氣作用控制的轉(zhuǎn)換閥（MSUV或MSSV）受壓縮空氣控制箱控制，它包含：

一通過外部旋鈕調(diào)節(jié)的壓縮空氣減壓閥；

一3/2路電磁閥和電磁鐵線圈；

一壓力計一主要是空氣的供應(yīng)；

一壓力計一控制MSUV的壓力；

控制箱安裝在泵上或接近泵組，并裝有安全鎖可以防止損壞。一旦泵開始運行，它可以被遙控著裝載或卸載。

在工程系統(tǒng)中，可以在工廠各處安裝配有插座的遙控電纜。主管實地清洗設(shè)備的操作員把插頭插入最近的插座。開關(guān)操作利用放大器發(fā)送毫安信號，通過主控制面板到MSUV閥。這個系統(tǒng)適用于有2級危險的環(huán)境。

（2）壓力計

通常是根據(jù)壓力范圍進行適當(dāng)校準(zhǔn)的甘油阻尼設(shè)計。在更復(fù)雜的設(shè)計中，壓力計配有可調(diào)節(jié)的最小和最大壓力控制開關(guān)，通過伺服機構(gòu)連接到柴油發(fā)動機的速度控制裝置。

（3）進水濾網(wǎng)

進水濾網(wǎng)可以是簡單的“Y”型濾網(wǎng)，也可以是手動操作的反沖濾網(wǎng)。清潔的水對于保護泵和避免口徑小于1.00mm的清洗噴嘴堵塞是必要的。為了達到過濾目的，建議最大粒徑為50μm。

柱塞泵避免使用臟的吸入水。

（4）泵保護裝置

泵保護裝置包括吸入水低壓開關(guān)，它通常被設(shè)計成最小的壓力（柱塞泵通常是3×10?Pa），安裝在進水濾網(wǎng)和泵之間的吸入管線中。

一旦吸入壓降到了最小壓力以下，開關(guān)就會使主發(fā)動機關(guān)閉。類似地，在潤滑油泵出問題時，低油壓開關(guān)也會關(guān)閉主發(fā)動機。在某些特定環(huán)境下，如高溫或有循環(huán)水，還應(yīng)安裝高溫水關(guān)閉開關(guān)。

（5）波動消除裝置

波動是所有的往復(fù)柱塞泵的一個不受歡迎的特性。盡管在選擇柱塞泵時還會考慮其他的因素，但是氣缸越多，波動越少。波動消除裝置可以安裝在泵的吸水端和（或）排水端。安裝在吸水端，波動消除裝置對于穩(wěn)定入水是非常重要的；如果在排水端，波動消除裝置可以將波動減小到一個可接受的水平，這將視實際應(yīng)用情況而定。在清洗系統(tǒng)中，波動消除裝置有以下優(yōu)點：

排出端：

*改良的噴嘴流動，這對于內(nèi)部旋轉(zhuǎn)非常的重要

*為實現(xiàn)有效清洗，在有固定射流的地方清洗壓頭

*減少噪聲、振動以及隨之引起的導(dǎo)管材料疲勞和失效

吸入端：

*穩(wěn)定的液體流進入泵吸入管，可以減少“氣穴現(xiàn)象”的可能性

波動消除裝置有幾種類型，最常用的是依賴于前負荷氣體來吸收和減輕波動的囊狀隔膜設(shè)計。它們相對來說比較便宜，容易安裝，而且適合大多數(shù)清洗系統(tǒng)。另一方面，諧振器是為一些特定的泵所設(shè)計的，它們適合于球形或圓柱形的設(shè)計，被歸類為壓力導(dǎo)管，有設(shè)計代碼和法定的規(guī)則。

圖5-9在MSUV閥中空氣壓力和水卸載壓力的關(guān)系

諧振器的操作原理是基于部分反射壓力波，防止波被傳遞。為獲得這種被稱為“阻抗跳躍”的反射，孔徑的突然改變是必需的。從功能的角度來看，所通過介質(zhì)的彈性是非常重要的，因為它決定壓力波傳播的速度。在功效方面，諧振器內(nèi)彈性介質(zhì)的壓縮和膨脹的重要性要小一些。利用諧振器作為柱塞泵的的波動消除裝置在較寬的壓力和速度范圍內(nèi)都有很好的效果。諧振器的下游，由于剩余壓力的變化很小，液體流動是比較均勻的。同時，機械管的振動被減小，因此安裝導(dǎo)管和管線的支撐不受任何機械壓力。在排出端，總壓力波動的90%可以被有效的衰減。

在吸入端，波動消除裝置的主要功能是消除由于加速度的損失導(dǎo)致的流速的變化，從而防止“氣穴現(xiàn)象”，在吸入端最有效的減少波動的方法是利用氣體負荷的導(dǎo)管。氣體及其壓力必須與液體及當(dāng)前的吸入壓匹配，還需要對氣體量和壓力進行常規(guī)檢查。各種類型波動消除裝置的特點和適用性見表5-4，泵裝置的例子見圖5-10。

圖5-10英格蘭北部一家大型化工廠里的高壓清洗泵裝置

表5-4各種波動消除裝置的設(shè)計特點和適用性

（德國URACAPumpenfabrik提供）

表格P272頁

5.凈正吸入壓頭（NPSH）

容積式泵，特別是柱塞型的，需要一個正壓頭來操作，如果沒有的話將會造成“氣穴現(xiàn)象"（在流入的液體中形成氣室）。這些氣泡承受著收縮的壓力，最終會破裂，然后釋放出能量，這就是“氣穴現(xiàn)象”，它可以導(dǎo)致壓力峰值達到最大操作壓力的3倍。人們已經(jīng)知道它可以導(dǎo)致泵的災(zāi)難性的故障和嚴(yán)重的損傷。最顯而易見的跡象是間斷的振動或連續(xù)的“水錘聲”，泵的額外振動也是例證。

NPSH應(yīng)考慮的兩個值：

①必需的NPSH：這個值是基于與速度、容量及流體溫度有關(guān)的泵的設(shè)計參數(shù)。

②可行的NPSH：這個值是基于吸入系統(tǒng)的設(shè)計，直接受往復(fù)泵的性質(zhì)的影響。

往復(fù)泵所需要的最大的NPSH是在泵以最大往復(fù)速度運轉(zhuǎn)時，所有的壓力損失的總和，這些壓力損失是液體在吸入閥的凸緣與閥室（從吸入閥到排出閥）之間流動時產(chǎn)生的。壓力損失還包括粘滯阻力、摩擦損失、吸入閥的阻抗、內(nèi)部的滲漏以及由于吸入端的閥門、裝置、過濾器和彎曲導(dǎo)致的流體加速度的損失。設(shè)計一個新的高壓泵裝置時，應(yīng)該在這些方面與制造商進行討論。

計算可行的NPSH

為了做這個立體系統(tǒng)圖，把導(dǎo)管系統(tǒng)所有的細節(jié)都描述出來是必要的。所有的壓力損失在計算時都應(yīng)被考慮進來，這取決于平均流速的平方值。這個因素是吸入管大小的關(guān)鍵。計算吸入端的可行的NPSH應(yīng)該考慮所有的相關(guān)因素來得到一個準(zhǔn)確的結(jié)果。建議泵的制造商檢査并確認這個計算來提供泵所需要的NPSH的準(zhǔn)確值。只有當(dāng)可行的NPSH相當(dāng)于或高于泵所要求的NPSH時，才能夠保證泵的操作自由和可信性。任何妥協(xié)都毫無疑問會造成操作的問題并提高維護的費用。

一個有效的確認需要的NPSH值的方法如下：

允許柱塞泵從容器中抽吸，然后通過節(jié)流閥排出再回到容器中。被泵的液體，一般是水，在泵開始不穩(wěn)定的工作之前一直被加熱，這就表明泵正在成穴。考慮到一定的氣壓對應(yīng)特定的水溫，冷水和熱水氣壓的差值就可以表示泵需要的NPSHo通過把泵腔突然下落5%可以觀察到“氣穴現(xiàn)象”，事實上，可以聽到特征的類似錘擊的噪聲，也可以通過流出壓力計的壓力跌落顯示出來。

6.防振動裝置

柱塞泵由于不平衡的慣性力的特性會產(chǎn)生振動，這是很多裝置中都存在的問題。一個有效的而且相對便宜的消除或減小振動的方法是使用防振動裝置。防振動裝置可以是安裝在泵下面的彈性墊那樣的基座，利用粘性固定在地板上。一個更有效的方法是利用裝有彈簧的振動消除裝置，它可以在很寬的頻率范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)并且把泵組與建筑結(jié)構(gòu)隔離開。因此制造商就需要泵和主發(fā)動機的詳細資料來設(shè)計正確的裝置。

傳動裝置

傳動裝置的選擇在很大程度上由主發(fā)動機的類型、可提供的空間以及泵速來決定。

1.電動傳動裝置

電動傳動裝置通常包括三角帶和滑輪。圖5-10所示的高壓泵裝置具有皮帶傳動泵，在發(fā)動機的能量范圍內(nèi)，可以通過改變滑輪的速度而增加或減小泵速，進而改變流速。三角帶傳動裝置的噪聲大約比一個整體齒輪箱小5dB。它的缺點是需要檢查調(diào)整帶子的松緊程度，另外由于有滑輪和防護裝置而使泵組體積較大。如圖5-2所示的整體齒輪箱傳動裝置僅在有限的大小范圍內(nèi)可用，因此泵速的選擇很受限制。它們的噪聲比較大，但是設(shè)計非常緊湊。通過一個可彎曲的聯(lián)軸器將泵與發(fā)動機連接起來。

一些泵制造商使用的另一種設(shè)計是行星式減速齒輪箱，它可以提供更多可選擇的速度并且通過近聯(lián)式連接裝置與發(fā)動機相連。

2.柴油發(fā)動機傳動裝置

由于泵組體積的限制，三角帶很少用于可移動的泵組。而整體齒輪箱的設(shè)計被廣泛地應(yīng)用，它可以和車輛發(fā)動機上的動力輸出端P.T.O.（powertakeoff）或獨立的柴油發(fā)動機聯(lián)用。離合器對于維護工作很有用，它可以使操作人員通過斷開柴油發(fā)動機與泵的連接來控制高壓水的供給量。

主發(fā)動機

一旦確定了壓力和流速，選擇了泵的類型，下面該做的就是選擇主發(fā)動機。

計算最大壓力和流速下的驅(qū)動功率的公式如下：

公式P274頁

有兩種主發(fā)動機可供選擇，每一種都有很多規(guī)格。

電動機

電動機對于靜態(tài)的裝置是很理想的，因為它需要的維護最少。電能泵具有安靜、效率高、緊湊而且干凈的優(yōu)點，它們的主要缺點是速度不可變。變速電動機和轉(zhuǎn)矩變換器雖然也可以得到，但是比較昂貴。由于速度固定，要改變流速的唯一替代選擇是水力的三角帶傳動裝置，如分流調(diào)節(jié)器、溢流閥或RBT200中的可變齒輪箱。通常最大的問題是現(xiàn)場可提供的能量，尤其是對于較大的電動機來說，75kW以上的高壓泵電動機在許多工廠中是現(xiàn)場能提供的最大功率。另一個需要考慮的是靜態(tài)裝置和清洗位置之間的距離，因為對于高流速系統(tǒng)來說意味著需要昂貴的硬不銹鋼管道系統(tǒng)來減小壓力損失（參見第五節(jié)涉及到軟管和管道系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容）。

1.電動機的類型和規(guī)格

這部分內(nèi)容只是一般性的介紹。由于操作條件范圍寬，目前已經(jīng)有了國家/公司標(biāo)準(zhǔn)和安全準(zhǔn)則，在根據(jù)最新的歐洲標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)最終確定正確的規(guī)格之前，采納專家的建議以及與適當(dāng)?shù)碾娖鞴?yīng)商進行討論是很必要的。這尤其適用于危險區(qū)域的設(shè)備。

（1）危險區(qū)域的電動機

考慮“保護”和“外殼”，專門用途的電動機的規(guī)格依賴于一些因素，以此為基礎(chǔ)可以對區(qū)域進行分級。

區(qū)域分級，通常分為3個級別的區(qū)域：

*0級區(qū)域一易爆炸的氣體-空氣混合氣持續(xù)存在或存在很長時間的地區(qū)，電動機不能在這種地區(qū)使用。

*1級區(qū)域一易爆炸的氣體-空氣混合氣在正常操作時可能出現(xiàn)的地區(qū)。

*2級區(qū)域一易爆炸的氣體-空氣混合氣不會在正常操作時出現(xiàn)，即使出現(xiàn)，只會存在很短的時間。

（2）保護的類型

“d”：防火一適合1級區(qū)域。能點燃易爆炸氣體的部分被放在電機殼之內(nèi)，這個電機殼可以承受易爆炸的混合物爆炸時產(chǎn)生的壓力，還可以防止爆炸傳遞到電機殼周圍的易爆炸氣體。

“e”：增加安全性一適合1級區(qū)域。這是對溫度限制、回轉(zhuǎn)部件的清洗以及終端結(jié)構(gòu)的額外保護?！癳”型保護的電動機并不能防火，不能承受內(nèi)部爆炸。

“N”：無打火一適合2級區(qū)域。它們在結(jié)構(gòu)上與標(biāo)準(zhǔn)的TEFV電動機相似，具有防止周圍易爆氣體燃燒的特性，也就是說導(dǎo)致燃燒的錯誤不太可能發(fā)生。

（3）溫度

氣體、水汽或霧在大氣壓下燃燒的最低溫度即是"燃燒溫度”。為了避免爆炸的風(fēng)險，電動機的任何部件或表面的溫度都必須保持在混合物的燃燒溫度以下。

從T1（450°C，最大表面溫度）到T6（85°C，最大表面溫度）進行分類。從大多數(shù)電動機供應(yīng)商那里都可以得到氣體、水汽和液體的這種分類表。

（4）電動機外殼

電動機外殼的類型分類是用于BSEN60529和EN60034-5。（見表5-5）?這些指的是入口及防水防塵的可檢測程度。字母“IP”之后有兩個數(shù)字，第一個數(shù)字表示可防止異物接觸和進入。第二個數(shù)字表示防水，這對于在泵組上有可能發(fā)生泄漏的高壓水清洗系統(tǒng)是非常重要的。

（5）電動機一應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

歐洲防火電動機的常用標(biāo)準(zhǔn)是CENELAC/EURONORMEN50018，按照這種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的設(shè)備可以得到任何國際認證組織的肯定，表5-6列出的經(jīng)過認證的電動機被加上了前綴EEx，如EEx"d”。

表5-7顯示了一系列的各國標(biāo)準(zhǔn)。在選擇、安裝及維護潛在易爆氣中使用的電子儀器方面，EN60079-14有很實際的幫助。

表5-5電氣設(shè)備的外殼一保護的程度

表5-6各國的認證機構(gòu)一危險區(qū)域的電氣設(shè)備

表格P276頁

（6）標(biāo)準(zhǔn)TEFV（完全密封的風(fēng)扇通風(fēng)型）電動機

它們的材料可以是鋼、鑄鐵或鋁。鑄鐵和鋁電動機通常功率范圍在0.18?30kW，而鋼電動機的功率范圍可達到500kW。

鋁電動機廣泛地用于戶外或比較惡劣的環(huán)境。鑄鐵電動機用于需要強度和有一些困難的環(huán)境。電動機外殼的分類與危險區(qū)域電動機的具體分類相似。

2.控制裝置

（1）安裝控制裝置的理由

—使電動機在需要的時候能夠從靜止態(tài)啟動

—在啟動過程中，線流可以在己知范圍內(nèi)保持

—發(fā)動機可以獲得所需的轉(zhuǎn)矩

—保護發(fā)動機使其避免異常情況的影響

—避免人被電擊和其他意外事件

—在一個過程結(jié)束時或緊急狀況下，發(fā)動機可以自動或人為地停下來。

表5-7電動機一適用標(biāo)準(zhǔn)

表格P277頁

（2）選擇啟動器要考慮的因素

一可提供的類型，即，單相的或多相的

一可提供的能量，即，限制啟動電流

一對發(fā)動機性能的要求，即，啟動電流、速度控制、制動、倒轉(zhuǎn)、微調(diào)、程序控制及其他。

（3）啟動電流

供應(yīng)方的權(quán)威機構(gòu)不允許使用高啟動電流，當(dāng)使用DOL（在線控制）切換方式時，電動機的大小也是受限制的。當(dāng)小用戶從低容量提供方獲得能量時最大功率約為4kW，如果預(yù)先安裝了遞降變壓器，最大功率可達26kW。如果電動機的位置是靠近能量源，如發(fā)電站時，它的體積也可以大些。這可以避免沿線額外的電壓損失，沿線額外的電壓損失可能引起對電氣設(shè)備的局部干擾。

（4）常用的啟動器的類型

三相：

*在線控制（DOL）：用于高啟動電流對引入能量無損害的低輸出機器。從原理上來說，相對高的啟動扭矩可以避免慢加速（慢加速可以在某些設(shè)備上造成突加荷載的問題）。這種電動機的啟動器需要使用6個終端機。

*星形三角接法：安裝在需要較小轉(zhuǎn)矩和電流的地方。它是通常安裝在無負荷或相對小負荷啟動的設(shè)備上。啟動轉(zhuǎn)矩和電流的大小固定在DOL的三分之一，不能改變。當(dāng)星形到三角形階段超載時，電動機與能量供應(yīng)分離，僅有瞬間的電流再連接，這可能是一些傳動裝置的一個共同問題。減小的啟動轉(zhuǎn)矩可能造成加速時間過長，導(dǎo)致一些設(shè)備過載斷路的問題。這種電動機的啟動器需要使用6個終端機。

*平穩(wěn)起動：用于需要慢速啟動轉(zhuǎn)矩的設(shè)備。電動機加速緩慢，最大啟動電流比普通的DOL啟動器小得多。啟動器通過減小電壓來控制電動機終端。起始電壓只有40%的線電壓，然后逐漸增加，大約在60s內(nèi)達到滿電壓。

單相：

直接在線啟動器被廣泛地用于單相裝置。它們與三相中的DOL啟動器很類似，但是作為單相設(shè)備，容量上很受限制，DOL啟動器通常被限制僅用于低輸出機器。

（5）易爆氣體（ATEX）

這是歐洲標(biāo)準(zhǔn)94/9/EC。它可以用于所有危險氣體中的設(shè)備，無論是電氣設(shè)備還是機械設(shè)備，危險大氣包括粉塵和氣體。該標(biāo)準(zhǔn)在1994年被引入，有十年的過渡期。2003年7月1日以后生產(chǎn)的設(shè)備必須遵守ATEX。

ATEX的基本要素包括：通知機構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)、合格評估、標(biāo)志和證明文件。

儀器種類是引入的主要變化之一。氣體的區(qū)域分級不變，但是，對于灰塵來說需要一個新的區(qū)域分級系統(tǒng)，如表5-8所示。

表5-8易爆氣體（ATEX）標(biāo)準(zhǔn)一儀器種類

表格P278頁

認證：所做出的認證只對1類和2類設(shè)備是強制性的，對于3類設(shè)備，制造商被允許自己對兼容性進行認證。

證明文件：專門的安裝和維護方法是認證的強制性部分，必須提供給ATEX儀器。標(biāo)志：這是可見變化中最大的一部分，在下面詳細說明。接觸危險氣體的電動機都有相似的標(biāo)志（如EExde11cT4），前面都有一個與下面例子類似的線符號：

CE600Ex112G

CE....ATEX.

600....EECS/BASEEFA（機構(gòu)確定的編號）

Epsilonx....歐洲認證

羅馬數(shù)字....第11組設(shè)備

阿拉伯?dāng)?shù)字….2類設(shè)備，適于1級和2級區(qū)域

G或D....“G”表示水蒸氣或薄霧，“D”表示危險的粉塵

柴油發(fā)動機

最初的柴油發(fā)動機專利在1892年由魯?shù)婪?狄塞爾（RudolfDiesel）獲得，但直到1897年可工作的發(fā)動機才被發(fā)展起來。1898年德國Augsburg的MAN公司改良的設(shè)計使用了一個雙氣缸模式，可以產(chǎn)生22kW的能量。早期的柴油發(fā)動機又大又笨拙，完全不適合可移動裝置。直到20世紀(jì)20年代早期柴油發(fā)動機才由德國的Daimler-Benz公司用于交通工具。從那以后，柴油發(fā)動機得到了很大的發(fā)展，目前已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車設(shè)計的一般特征。在高壓泵組方面，柴油發(fā)動機的優(yōu)點遠大于它的缺點，它已經(jīng)成為清洗承包人必不可少的設(shè)備。

缺點：

*盡管新生產(chǎn)的柴油發(fā)動機是比較安靜的，特別是用了聲屏以后。但是與電動機比較，它的噪聲仍然較大。

*它們比電動機需要更多的維護。

*柴油發(fā)動機機身比相同功率的電動機要大。

*它們比電動機昂貴。

優(yōu)點：

*除了水源的限制之外，它們能在任何地方操作。

*可變的發(fā)動機速度-1400-2100rpm；允許較大范圍的壓力和流速，適應(yīng)性強是承包人看重的特征。

*在電力供應(yīng)受限制的地方，柴油發(fā)動機可能是唯一的能量來源。

柴油發(fā)動機泵組有很多種類型，包括：

a.雙輪拖車一見圖5-3；

b.四輪重型拖車一見圖5-11；

c.固定式泵組一見圖5-7（可以裝配在平板卡車或集裝箱上）

圖5-11安裝在董型拖車上的可移動的高壓柱塞泵組，帶有軟管絞盤

（URACAPumpenfabrik提供）

1.選擇最合適的發(fā)動機

需要的功率：

高壓泵的數(shù)據(jù)表包括任何壓力和流速狀況下的功率需求。在選擇安裝一個合適的發(fā)動機時，人們必須知道從制造商處獲得額定功率的信息并不總是可能的。大氣條件（溫度、大氣壓）隨發(fā)動機工作的地點而改變，可能與功率標(biāo)準(zhǔn)上的一般條件是不同的，也可能使用的是一個非標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動機（大風(fēng)扇、風(fēng)扇速度快等）。在這種情況下應(yīng)該減小功率。

其他要考慮的因素：

*在傳輸、接合過程中或在控制裝置及水力系統(tǒng)的軟管和導(dǎo)管上允許損失的能量。在一些情形中，能量可能用于主發(fā)動機驅(qū)動的附件（如壓縮機）上。

*一個要考慮的重要因素是泵組工作時的實際需求，包括連續(xù)的、間斷的或超載的情況。

*對泵效率的要求。高壓容積式泵：92%?95%，離心泵：50%?55%。

2.發(fā)動機功率標(biāo)準(zhǔn)

發(fā)動機的額定功率以ISO3046功率標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。這個標(biāo)準(zhǔn)與BS5514和DIN6271相同，大體上也與SAEJ1349凈功率相同。一組典型的發(fā)動機數(shù)據(jù)參數(shù)見表5-9。

表5-9VolvoPentaTO610V（Turbocharged）的額定功率

內(nèi)嵌式4沖程柴油機發(fā)動機，有6個氣缸一直接射油（英國VolvoPenta提供）

表格P280頁

ICFN額定功率符合ISO標(biāo)準(zhǔn)功率（在不變的負荷下連續(xù)運行）

IFN額定功率符合ISO超載功率標(biāo)準(zhǔn)（間斷的功率）

發(fā)動機的性能指標(biāo)被修訂到標(biāo)準(zhǔn)參考條件：42.7MJ/kg（18360BTU/lb），密度為0.84kg/L（7.01lb/美國加侖，8.42lb/英國標(biāo)準(zhǔn)加侖）

發(fā)動機計算公式：

公式P280頁

式中，T=轉(zhuǎn)矩，Nm；N=發(fā)動機速度，r/min。

（1）參考條件總大氣壓：100kPa

氣溫：25°C

相對濕度：30%

（2）輸出功率的定義

*連續(xù)功率：是指在規(guī)定的兩次正常維護間期，在規(guī)定的速度和外界條件下，嚴(yán)格遵守維護的程序，發(fā)動機能夠連續(xù)提供的功率。

*超載功率：是指發(fā)動機在規(guī)定的條件下，以連續(xù)功率工作后立即輸出的允許功率。使用超載功率的允許時間和頻率依工作的設(shè)備而定，但是發(fā)動機停止燃料后要輸出令人滿意的超載功率，還需要一定的許可。

超載功率以連續(xù)功率的百分比來表示，同時表示出允許的持續(xù)時間、頻率和合適的發(fā)動機速度。除非有其他規(guī)定，在與發(fā)動機相應(yīng)的速度下，在12h的運轉(zhuǎn)中，以連續(xù)功率110%的超載功率工作lh（有或無間斷）是允許的。

*燃料停止功率：是指發(fā)動機在規(guī)定的期間內(nèi)，以與其運行相應(yīng)的規(guī)定速度，在規(guī)定的外界條件下，使用無限制的燃料，輸出的功率不能超過的數(shù)值。

*標(biāo)準(zhǔn)功率：指的是凈制動功率，制造商宣布在規(guī)定的正常維護間期，發(fā)動機在以下條件下可以輸出的連續(xù)功率。

一發(fā)動機制造商測試臺條件下的規(guī)定速度

一與標(biāo)準(zhǔn)參考條件相適應(yīng)的宣稱的功率

一按照發(fā)動機制造商的建議進行維護

*連續(xù)額定功率：符合ISO以不同速度連續(xù)運轉(zhuǎn)的標(biāo)準(zhǔn)功率。它用于在額外的時間里以滿負荷工作的不間斷恒定負荷運轉(zhuǎn)。

*間斷額定功率：符合ISO超負荷功率。它用于在任意12h的連續(xù)操作中，使用間斷功率少于1h的設(shè)備。平均負荷系數(shù)不能超過連續(xù)額定功率。

發(fā)動機會產(chǎn)生98%的額定輸出量，在開始30h的“磨合”時期后進一步增加2%。如果主要的現(xiàn)場條件超過了規(guī)定的設(shè)計條件，發(fā)動機應(yīng)該根據(jù)廠商手冊中的建議而降低額定功率。

（3）噪聲和聲音

聽覺上的噪聲被定義為有害的聲音，是環(huán)境污染的一種。過高的噪聲環(huán)境會造成永久性的聽覺損害。為了遵從國內(nèi)和國際的健康、安全和環(huán)境準(zhǔn)則，柴油發(fā)動機的所有主要制造商都在關(guān)注噪聲的問題。

聲音是氣體、液體或固體的機械震動。當(dāng)一個物體被空氣包圍，振動導(dǎo)致能量損失而產(chǎn)生了空氣的波動。這些振動引起的氣壓變化使固定的壓力發(fā)生變化。聲音在空氣中的傳播速度約340m/s，速度、波長和頻率的關(guān)系由以下公式得出：

C=λ×fC為聲音的速度，f為頻率，λ為波長

單位時間內(nèi)波動的個數(shù)決定了聲音的頻率（Hz）。人耳可以聽到的聲音頻率為20?20000Hz。分貝（A）是指對于人耳來說聲音的測量等級，它可以反映聲音對人耳真正的影響。分貝（A）等級通常用于表示聲音的度量值。典型的基準(zhǔn)在表5-10列出。

（4）聲音和距離

假設(shè)在一個空曠的環(huán)境，不考慮周圍的門和墻，聲壓從源頭開始將會以與距離成線性的關(guān)系下降。如果與源的距離加倍，聲音會大約減小6dB；反之，聲音會增加大約6dBo聲音值（dB）是對數(shù)，不能直接加和，除非采用正確的單位。

表5-10評價聲音等級的基準(zhǔn)

（英國VolvoPenta提供）

表格P282頁

以VolvoPenta柴油發(fā)動機為例，聲能的測量是按照國際標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的；ISO3744—1981詳細說明了噪聲應(yīng)該在半消聲室內(nèi)測量：這間屋子應(yīng)該有隔音墻和一個結(jié)實的反射聲音的地板。

聲音等級根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)來測量。

在不同的發(fā)動機速度和不同的負荷條件下檢測噪聲大小。不包括排氣吸氣裝置及排風(fēng)機產(chǎn)生的噪聲，僅測量發(fā)動機自身產(chǎn)生的噪聲。

（5）柴油發(fā)動機的噪聲

柴油發(fā)動機是一個復(fù)雜的噪聲源，動力產(chǎn)生振動，然后產(chǎn)生噪聲。除了發(fā)動機本身的結(jié)構(gòu)以外，發(fā)動機和吸入系統(tǒng)連同輔助裝置決定了發(fā)動機的總噪聲水平。要減少發(fā)動機的總噪聲，應(yīng)重點關(guān)注主要的來源，包括發(fā)動機結(jié)構(gòu)、排氣、吸入系統(tǒng)和輔助裝置，如表5-11所示。還可以通過使用聲屏來減少噪聲，如圖5-12中安裝在移動泵組上。

表5-11柴油發(fā)動機噪聲的可能來源

（英國VolvoPenta提供）

圖5-12帶有聲屏的移動式高壓泵組

圖片P282頁

*發(fā)動機噪聲：這主要是燃燒過程產(chǎn)生能量的結(jié)果以及活塞、襯墊、閥門、輪齒等之間機械作用的結(jié)果。出于這方面的考慮，就要關(guān)注入射系統(tǒng)的優(yōu)化、發(fā)動機組的加固，使分配齒輪配合更加緊密，增加大型噪聲源上的阻尼材料如汕槽、齒輪驅(qū)動的冷卻液泵上的閥蓋，這個閥蓋可以優(yōu)化固定的排風(fēng)機速度。需要記住的是，發(fā)動機噪聲是取決于速度的。因此，對于特定功率的輸出要求，低速發(fā)動機是優(yōu)于高速發(fā)動機的。

*排氣裝置噪聲：如果沒有消音器，排氣裝置的噪聲顯然是柴油發(fā)動機噪聲的最主要來源。燃燒產(chǎn)生的高壓脈沖導(dǎo)致排出氣體產(chǎn)生振動。對于6氣缸、4沖程的發(fā)動機來說，排氣裝置噪聲的基本頻率是發(fā)動機頻率的3倍。這就意味著對大多數(shù)設(shè)備來說，消音器必須在較寬的頻率范圍內(nèi)有高阻尼能力。最常見的用于柴油發(fā)動機消音器的兩種類型是：

a.吸收消音器：由一個覆蓋著吸收材料的腔構(gòu)成。聲能在吸收材料上被轉(zhuǎn)化為熱能。這種消音器在中高頻率范圍內(nèi)有最好的阻尼能力。

b.膨脹消音器：當(dāng)聲音傳入消音器，面積的改變導(dǎo)致的反射減小了聲音的能量。通過管道在腔的內(nèi)部釋放并與一定數(shù)目的腔相連，較寬頻率范圍的噪聲可以得到很好的消減。

對于兩種類型的消音器，消減高噪聲的成本隨著排氣系統(tǒng)的壓力下降而增加。選擇消音器通常是在可接受的壓力下降和需要的噪聲減少之間進行折中。

*入口噪聲：和排氣系統(tǒng)一樣，吸入系統(tǒng)壓力的變化會造成氣流振動。然而吸入系統(tǒng)的壓力變化比排氣系統(tǒng)要小得多。對于現(xiàn)代渦輪發(fā)動機來說，壓縮機相當(dāng)于一個有效的消音器，壓力波（噪聲）會被壓縮機旋轉(zhuǎn)的葉片擾亂。這就意味著入口噪聲沒有實際的重要性。

*輔助裝置噪聲：排風(fēng)機是發(fā)動機主要的噪聲源。測量顯示一個剛性的排風(fēng)機可以增加2?3dB的聲能。因為排風(fēng)機噪聲具有速度依賴性，所以提高冷卻器的性能是很重要的，這會減小排風(fēng)機的速度及其引起的噪聲。其他的輔助設(shè)備如交流發(fā)電機和空氣壓縮機在噪聲方面與排風(fēng)機相比重要性較小。

*結(jié)構(gòu)自身的噪聲：在一些設(shè)備中，發(fā)動機在機座上振動可導(dǎo)致聲音從耦合結(jié)構(gòu)上發(fā)射出來。在某些情況下，這可能成為比發(fā)動機自身更大的問題。使用彈性裝置可以有效地減少這種來源的噪聲。

3.廢氣排放

在柴油機燃燒過程中，在高溫高壓下，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能。大致上，廢氣與空氣有相同的成分，即：氮氣、二氧化碳、水蒸氣和氧氣。這些組分不到0.1%能被定義為廢氣排放。不同的物質(zhì)百分比取決于很多因素，如：

*發(fā)動機是汽油型，還是柴油型；

*發(fā)動機的速度和負荷；

*燃料品質(zhì)；

*發(fā)動機安裝了哪種防污染系統(tǒng)。

（1）廢氣成分

*氮氧化物（NOx）：是氮和氧的化合物。它們在燃燒室溫度和壓力足夠高時形成。大量氧氣的供應(yīng)也很重要。NOx可以很快地氧化為NO?，NO?除了酸性外，還可以導(dǎo)致很多嚴(yán)重的肺部疾病。

*碳氫化合物（HC）：是由于燃燒溫度低或燃料與氣體混合不當(dāng)而使燃料未能充分燃燒的成分。它們使柴油機排出標(biāo)志性的氣味。有些碳氫化合物會刺激眼睛和粘膜。

*鉛化合物（Pb）：廢氣中的鉛化合物是汽油添加劑的產(chǎn)物，在柴油廢氣中不存在。其產(chǎn)量為每立方米廢氣小于100mg。鉛中毒可通過逐漸增加的疲勞和血細胞數(shù)降低而被識別，這種表現(xiàn)是因為血紅蛋白不足。

*一氧化碳（CO）：這種氣體是在燃燒的中間階段由于空氣不足而形成，由于燃燒不充分，因而不能使CO變成CO?。汽油發(fā)動機由于空氣不足而產(chǎn)生CO的比例高于總是空氣充足的柴油發(fā)動機。CO具有毒性，因為它容易與血液中的血紅蛋白結(jié)合，從而阻止了血液吸收和轉(zhuǎn)運氧氣。如果我們呼吸的空氣中有0.3%的CO，就會阻礙身體吸收氧氣的能力，如果內(nèi)窒息達30min是很危險的。如果我們呼吸的空氣中有0.08%的CO，身體吸收氧氣的能力就會減小一半。

*顆粒物（PM）：由來源于燃料和潤滑油的碳核（小于10μm）構(gòu)成。這主要是燃料/空氣混合不當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。有毒的碳氫化合物會在顆粒物的表面上濃縮。

*二氧化硫（SO?）：SO?是由燃料中的硫和空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)而形成。它與燃料的含硫量直接相關(guān)，已經(jīng)存在的或計劃中的法規(guī)還沒有把它作為控制對象。

（2）廢氣對健康和環(huán)境的影響

柴油發(fā)動機造成的污染對健康和環(huán)境都有不利的影響。存在的問題包括：

*酸化：柴油發(fā)動機主要排放出NOx，它與水可以生成硝酸。此外，SO?和水可以生成硫酸。這兩者都是強酸，會影響植物的葉，而且攻擊他們的根系，從而降低植物吸收水和無機鹽的能力。

*氧化：是敏感的大氣平衡被太多HC和NOx擾亂而產(chǎn)生。這影響植物的光合作用和呼吸作用，限制了它們的生長。

*光化學(xué)煙霧：這是在人口密集的地區(qū)，當(dāng)大量HC和NOx暴露于日光時形成的。煙霧含有很多的污染物，呈現(xiàn)出NO?的棕色。煙霧中的氮氧化物和碳氫化合物會影響呼吸系統(tǒng)，增大對感染的易感性，特別會導(dǎo)致呼吸道的失調(diào)。

*顆粒物：空氣中的顆粒物是柴油機排出廢氣的后果。顆粒物是很小的碳核（<10μm），碳氫化合物可以在它的上面沉積濃縮，把具有致突變和致癌性的碳氫化合物帶入肺部。

*溫室效應(yīng)：今天“溫室效應(yīng)”表現(xiàn)為最廣泛的環(huán)境威脅。有充足的證據(jù)可以證明“全球變暖”和大氣中二氧化碳增加之間有聯(lián)系，二氧化碳主要來自于石化燃料的燃燒。

（3）廢氣治理

廢氣治理依賴于排放控制立法（2000年以后），通過粒子過濾器和催化轉(zhuǎn)化裝置治理廢氣是一種合法的要求。催化轉(zhuǎn)化裝置或氧化劑在最低操作溫度（250℃）下能有效地減少HC和CO。由于柴油發(fā)動機的燃燒過程有很高濃度的氧氣在廢氣中，催化轉(zhuǎn)化裝置對于NOx是無效的。一個粒子過濾器可以有效地累積煙臭，它的再生（清洗）過程，既可以像（Eurosafe）JohnsonMatthey的連續(xù)再生阱（CRT）那樣連續(xù)再生，也可以通過外部的熱源進行。歐盟已經(jīng)頒布了編號為97/68/EC的《非道路可移動機械法》（NRMM）。第一階段從1998年6月30日開始。

對于“道路外"設(shè)備，排放的測量以ISO8178—4的測試周期為基準(zhǔn)。排放限制還需要歐盟來最后決定，然而限制標(biāo)準(zhǔn)卻是由CARB（加利福尼亞空氣資源委員會）和美國環(huán)保局（EPA）制定的。歐盟限制排放廢氣的最新標(biāo)準(zhǔn)包含在Euro1和Euro2（EEC91/1542）中，然而這些只適用于道路上的發(fā)動機和交通工具。

4.危險地區(qū)對柴油發(fā)動機的要求

高壓水清洗系統(tǒng)廣泛地用于具有不同程度著火和爆炸危險的地區(qū)。很顯然，近海石油勘探和提煉裝置的規(guī)范是最迫切的。其他裝置包括石油精煉廠、石化工廠、藥品工廠、精細化學(xué)工廠和核裝置。在某些情況下，高壓水清洗設(shè)備的設(shè)計需要遵守石油管理法規(guī)、核裝置管理法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的健康與安全法規(guī)。在多數(shù)情況下，各個公司有他們自己的安全標(biāo)準(zhǔn)。

對于大多數(shù)固定的清洗系統(tǒng)來說，規(guī)格是按照“區(qū)域分級”制訂的相應(yīng)電氣規(guī)范書上的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的。英國水沖洗協(xié)會引入的“安全操作代碼”在過去10年中大大改進了安全和性能指標(biāo)，然而很重要的一點是，從事有關(guān)工作的承包者必須同時具有適當(dāng)?shù)膬x器和有能力的操作員。因此，許多大公司現(xiàn)在認為應(yīng)該只承包給水沖洗協(xié)會的成員。

（1）基本保護

大多數(shù)石化廠、提煉廠和類似的“危險”工廠，允許移動式柴油泵組在指定的區(qū)域中操作，條件是它們要具有以下基本的保護設(shè)備：

入口處的自動停機閥：

已經(jīng)有一些嚴(yán)重事件（包括由于柴油機速度過高而導(dǎo)致的傷亡），由以下情況導(dǎo)致：

*在發(fā)動機的操作者不能控制發(fā)動機速度時吸入了易燃氣體；

*由于彈簧、聯(lián)結(jié)裝置等的損害造成發(fā)動機操作者操作失??；

*發(fā)動機過熱或傾覆引起的機油箱中的油變成燃料；

*油浴空氣凈化器裝的過滿。

上述任何情況都可以導(dǎo)致發(fā)動機速度失去控制，從而導(dǎo)致對周圍車間災(zāi)難性的損害以及對附近的人的嚴(yán)重傷害。

一種防止這種情況發(fā)生的裝置是“Chalwyn”自動柴油機停機閥，它安裝在進氣管線的上游，包括一個彈簧式提升閥，它由發(fā)動機工作時閥門各方向的不同壓力來開啟。這就提供了一個由彈簧限制的關(guān)閉的力量，它的張力可以控制。因此當(dāng)發(fā)動機速度超過預(yù)定水平時，閥門就會關(guān)閉，從而通過瞬間關(guān)閉空氣或燃料來關(guān)閉發(fā)動機。一旦入口條件恢復(fù)正常，閥門又會自動開啟。

①熱停止停機閥：這是在實際溫度遠超過操作溫度時用來關(guān)閉發(fā)動機的停機閥。這個裝置由“wax發(fā)動機”組成，它在溫度約100°C（212°F）時被激活，然后關(guān)閉發(fā)動機的燃料供應(yīng)。很多柴油發(fā)動機制造商有適合他們自己的這種裝置。

②火花捕獲消音器：在危險地區(qū)柴油發(fā)動機潛在的最嚴(yán)重的問題之一可能就是排氣口中發(fā)出的火花，這經(jīng)常在排氣系統(tǒng)煙臭很多的時候發(fā)生。為避免這種情況發(fā)生，可以安裝“火花捕獲消音器”來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的消音器。按照氣旋原則操作，“火花捕獲消音器”可以使噪聲減少13dB。在安裝“火花捕獲消音器”之前，應(yīng)該先讓發(fā)動機制造商確認發(fā)動機的性能不會受影響。

③空氣啟動發(fā)動機：某些石油提煉廠、石油化工廠、近海裝置以及類似的危險設(shè)備的柴油發(fā)動機需要空氣啟動發(fā)動機，因為它可以減少對電池及相關(guān)電設(shè)備的需求。

（2）柴油發(fā)動機的爆炸防護規(guī)格

與大氣中氣態(tài)成分的接觸是柴油發(fā)動機一個潛在的燃燒源，主要是因為：

*入口發(fā)出的火焰：包括進入發(fā)動機吸氣系統(tǒng)的易燃氣體，可以在燃燒室內(nèi)被點燃?；鹧娴那安糠旨铀僖苿樱┞对诖髿庵?，對周圍易燃的環(huán)境構(gòu)成了威脅。

*排氣口的火焰：某些類的易燃蒸氣由于具有燃燒緩慢的特點，可以在排氣系統(tǒng)中''后燃燒”，如第1組和11A組的氣體。當(dāng)排氣系統(tǒng)氧氣過多，而負荷較輕時，燃燒的危險是很大的。

*A自燃：如果蒸氣從熱的表面上（如閃光板）進入大氣能夠自燃，則它們都有一定的自燃溫度。

*超速：即易燃氣體通過發(fā)動機進氣支管進入，使發(fā)動機可以持續(xù)運轉(zhuǎn)的能力。

（3）近海石油生產(chǎn)和勘測裝置

在20世紀(jì)70年代中期，發(fā)生了很多與北海石油鉆塔的柴油發(fā)動機有關(guān)的事件。包括一些部門同意編制一套用于近海柴油發(fā)動機的設(shè)計和操作的可接受的標(biāo)準(zhǔn)，這些部門包括主要的石油公司（特別是英國汽油）、保險公司、健康和安全部門及其他感興趣的部門。在1977年，建議的標(biāo)準(zhǔn)在OCMA的出版物MEC-1上發(fā)表。1983年"工程設(shè)備與材料使用者協(xié)會”成立之后，這份文件被指定為EEMUANO.107。1992年，這份文件被修訂為最新的2級危險區(qū)域工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在己經(jīng)被廣泛接受。

（4）歐洲的法規(guī)

在歐洲目前有許多標(biāo)準(zhǔn)正在被負責(zé)內(nèi)燃機安全的"ComiteEuropeendeNomalisation"（CEN）改進。這些標(biāo)準(zhǔn)有特殊的重要性，因為它們將成為法規(guī)框架的一部分，按照這些協(xié)調(diào)后的標(biāo)準(zhǔn)，這些發(fā)動機會被認為符合了"ATEX指令”中必要的安全要求。委員會對于內(nèi)燃機所制訂的安全標(biāo)準(zhǔn)是CEN/TC270，第2工作組正在起草標(biāo)準(zhǔn)pr.EN1834-1。根據(jù)公眾的建議，“在有潛在爆炸危險的地區(qū)使用內(nèi)燃機”的標(biāo)準(zhǔn)草案目前已經(jīng)發(fā)布。

（5）柴油發(fā)動機一英國近海工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

己有的英國近海工業(yè)安全操作標(biāo)準(zhǔn)包括：

LloydsOpenDeckZone2areas，OCMA-MEC1，BS5908Zones1and2，ShellISO27，Chevron，ABSandEEMUANo.107（1992），BritishPetroleumBP200。這些都將在新的E.C.標(biāo)準(zhǔn)中成為修訂的對象。

建立在英國蘇塞克斯的Shoreham海邊的"Pyroban”公司20年來一直致力于設(shè)計和制造柴油發(fā)動機防爆裝置，并且被認為在這項技術(shù)中處于世界領(lǐng)先地位。Pyroban與一些柴油發(fā)動機制造商如"IvecoAifo"、DetroitDiesel，Vblvo和Caterpillar等聯(lián)合，為特別危險地區(qū)的設(shè)備提供了適當(dāng)?shù)摹半娫唇M”，其中包括：

發(fā)電機組、水力電源組、空氣壓縮機、消防泵、制冷機組，還有高、中、低壓水泵組。

由于引入與陸上危險地區(qū)工作相關(guān)的嚴(yán)格法規(guī)，“Pyroban火焰防護”柴油發(fā)動機目前在化學(xué)、制藥及相關(guān)產(chǎn)業(yè)中常用于各種動力設(shè)備。這種完全解決危險地區(qū)柴油發(fā)動機動力設(shè)備安全性問題的趨勢毫無疑問將會繼續(xù)。

高壓泵組設(shè)計的未來發(fā)展

已有的和未來的高壓泵組主發(fā)動機的設(shè)計，無論是柴油發(fā)動機還是電力發(fā)動機都將受與控制噪聲、大氣污染和安全性相關(guān)的歐洲標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn)影響。對于一個實際的泵，重點將會關(guān)注流體壓頭的設(shè)計、安全裝置、提高包裝材料的壽命、方便的維護以及節(jié)能特性等。