高壓水清洗係統詳解

簡介（jiè）

在這部（bù）分內容中，高壓清洗（xǐ）指的是用壓力在250到1200bar（1mbar等於100Pa的壓力）的水進行清洗。考慮到它（tā）的（de）清洗（xǐ）能量來自於水的動（dòng）力能量，因此高壓清洗常常被稱為“水動力清洗”，與此相對應的是利用熱水和化學添（tiān）加劑的（de）清洗。正如我們今天所知的，在二戰後，伴隨著工業的發展以及對新技術的需求，高壓清（qīng）洗從傳統的重工業如鋼鐵、船舶修理、發電站及（jí）石油化學工（gōng）業中建立起來。

泵和泵組（zǔ）的（de）選擇

選擇清洗係統首（shǒu）先需要考慮的是將（jiāng）要被清洗的汙垢的特性，它會決定壓力、流速（sù）、噴水（shuǐ）口所需要的動力能量和水力能（néng）量以及泵組需要的能量和規（guī）格。

第二個需要考慮的是根（gēn）據用途（tú）選擇清洗附件，這部分內容將在第六節詳細討論。

最後（hòu）需要考慮的是所運行機組的規模。

清洗任何特（tè）定表麵汙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經驗知（zhī）識（shí）

大部分的清洗任務以往都遇到過。需要高壓水技術是為了處理那些（xiē）不（bú）能被（bèi）2.5×10⁷Pa以下的壓力或化學溶劑清洗掉的表麵汙垢（gòu）。部分汙垢的（de）材料以及相應被清洗掉所需要的壓力見表5-2。清洗並（bìng）不（bú）是精（jīng）確的科學，壓力的確定（dìng）將隨實際情況（kuàng）而改變。流速由（yóu）管口到清洗表（biǎo）麵的距離和水力能（néng）量的損失來決定。

②工廠的現場清洗試驗（yàn）

這通常是（shì）用戶（hù）要（yào）求（qiú）的。工廠不僅可以給出改變壓（yā）力和水流後效果的準確表現，還（hái）允許用戶觀（guān）察試驗並進（jìn）行質量保證研究，確保清洗操作的效（xiào）果。這對（duì）於（yú）精細化學、生物化（huà）學和藥用（yòng）植物等領域都是非常重要的。

③利用樣品板進行實驗（yàn）室清洗試驗

如果不能進行現場試驗（yàn），替代（dài）的（de）辦法就是（shì）在樣品板上塗（tú）上相應的材料，模擬工廠的實際情況。大多（duō）數擁（yōng）有最先進的高壓清洗設備的公司都有（yǒu）能力進（jìn）行這種形式的試驗。

表5-2典型的化學汙垢及清洗（xǐ）掉它們（men）所需要的壓力

高壓水清洗係統

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

1.泵組（zǔ）

這是（shì）在任何係統中最重要的部（bù）分。它包括：

*原動力，通常是（shì）電動機或柴油發動機。

*泵，多數是柱塞泵或徑向活塞（sāi）泵。

*控製（zhì）和安全裝（zhuāng）置，如減壓、卸載、壓力調節閥、檢測儀表和開關裝置。

這種（zhǒng）設備可以是固（gù）定安裝的，也可以是移動式的，即安裝在拖車或（huò）其他車輛的底盤（pán）上。這兩種不同的（de）泵組設計如圖5-2和圖5-3所（suǒ）示。圖5-2是一個化學容器清洗係統的一部分，圖5-3是一個典型的（de）從事合同（tóng）清洗（xǐ）任務的泵組。

圖5-2電動三柱塞泵，工作壓（yā）力4×10⁷Pa

圖5-3安裝在雙（shuāng）輪重：型拖車上的柴油機柱塞泵

圖片P263頁

2.附件

這部（bù）分內容將在第六節詳（xiáng）細討論（lùn）。

3.高壓泵的選（xuǎn）擇

高壓（yā）泵（bèng）的選（xuǎn）擇範圍很廣，這經常讓（ràng）工程師、管理者以及對這方麵了解不多的購買者感到困惑，這也成為（wéi）了工程技（jì）術（shù）的一個專門分支（zhī）。在高壓清洗領域，隻有容積式泵可以提供所有需要的工（gōng）作壓力。

（1）往複柱塞泵和活塞泵

柱塞泵和活塞泵有很多可用的（de）設計方案，在這裏應該解釋的是，柱塞泵是有密封裝（zhuāng）置的往複泵，而在活塞泵的設計中，密封裝（zhuāng）置（zhì）是移動的活塞的一個必要組成部分，因此（cǐ）柱塞泵是用（yòng）的最多的一種泵。對大（dà）多數柱塞泵製造商來說，它的主要特點就是（shì）通用（yòng）性。典型的設計方（fāng）案如（rú）圖（tú）5-4所示。

圖5-4傳統的帶有錐形閥和完整（zhěng）齒輪箱的（de）三（sān）柱（zhù）塞泵

一般而言，需要考慮的因素（sù）包括：

*泵的速度越（yuè）快、泵越（yuè）廉價，磨損就越大，“氣穴現象”出現的可能（néng）性也越（yuè）大。

*根據下麵的指導（dǎo）方針，計算最適宜的操作和維護費用；

—在50kW以下，平均速度應該達到575rpm，平均柱塞速度是1.1m/s

—在50〜150kW範圍內，平均速（sù）度應（yīng）該達到450rpm，平均柱塞（sāi）速度是1.3m/s

—在150〜450kW範圍內，平均速度應該達到300rpm，平均（jun1）柱塞速度是1.6m/s

*柱塞越多（奇數個），依賴於曲柄驅（qū）動的動力數據中的壓力波動越低（dī）。雖然使用減速器可以使壓力波動減小到（dào）一個可以接受的水平，然而柱塞、閥門、軸（zhóu）承和密封裝置（zhì）的維修費用還（hái）是會根據活塞的數量而相應的高（gāo）一些。

下麵要討論的（de）泵是型號為KD624.VG的三柱塞泵，根據活塞的直徑、泵的速度和可利用的能量（見表5-3），這個泵（bèng）可以產生1.2×10⁸Pa的壓力和483L/min的流速。該泵應該安裝有完整（zhěng）的齒輪箱或（huò）V型皮帶傳動用的曲軸。分兩部分：

①動力端：包（bāo）括曲軸、主軸承、十字頭、連（lián）接杆、油冷卻器和曲（qǔ）軸驅動的潤滑油泵。加壓的油以最小2×10⁵Pa的壓力從出口到達所有的軸承表麵。製造商在潤滑係（xì）統上設（shè）計有一個安全閥，它在壓（yā）力達到4.5×2Pa時（shí）就打開。如果油的壓力下降到2×10⁵Pa以下，壓力開關就會關掉發動機（jī）。為了啟動，一個延（yán）時裝置可以使油壓增（zēng）大到2×10⁵Pa以上。

盡管（guǎn）大多數柱塞泵都有（yǒu）一個加壓潤滑係統，但一些小型泵使用一種（zhǒng）簡單的噴射潤滑係統。

為了維持油溫的一致，在曲軸箱機架的後（hòu）麵安裝了油（yóu）冷卻器，利用低壓水，在1×10⁶Pa的壓力下，文氏管可以（yǐ）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境中（zhōng）工（gōng）作（zuò）時是（shì）非常有用的。

②流體（tǐ）端：這包含（hán）一（yī）個吸壓泵和排出集合管，三套帶閥門的抽氣泵和排（pái）出集合管，三個柱塞（sāi）和填料函。閥門包括一對吸氣（qì）和排氣的閥門。閥門是圓錐形的，還有操（cāo）縱杆。每對閥門有各自（zì）分開的孔和一個共用的閥板。低壓泵入的（de）液體通過吸氣閥（fá）進入（rù）吸入室，在吸（xī）氣衝程中隨活塞而運動。在（zài）這個過程中排（pái）氣閥是關閉的。當柱塞（sāi）改變到排氣衝程時，吸氣閥關（guān）閉（bì），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（shì）碳化鉉的，它們（men）對十字（zì）頭（tóu）都是安全的（de）。填料函（hán）有一個密封環，就像一個預先形成的人字形軸封。柱塞（sāi）的密封是為了限製而不是阻止滲（shèn）漏，因為少量（liàng）的滲漏對於潤滑是必要的（de）。在一些模型中，所有的滲漏都會通過一個透（tòu）明的塑料軟管回到吸氣端，從而監（jiān）控液體的流動過程。如（rú）果（guǒ）滲漏大（dà）於5%，那密封裝置就應該引起注意（yì）了。

表5-3URACA-KD624VG型高壓三柱塞泵的數據表

泵類型（xíng）：

A錐形閥壓力（lì）不高於4X10⁷Pa

B夾心閥壓力不高於10⁹Pa

C夾心閥壓力不高於1.2X10⁸Pa（特殊封（fēng）裝）

齒輪箱速率：2.773.173.76

使用“V”型傳送帶或者使（shǐ）用柴油發動機（jī）可以獲得不同的速度

注意：KD624型設計現在已經被KD724型（xíng）所取代，後者（zhě）的最大操作壓力為（wéi）2.8x10⁸Pa（41000psi），需要的最（zuì）大能量（liàng）為500kW。

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

*裝有彈簧的填充裝置，包括導杆襯套密封環（huán）和人字形軸封；用於較高壓力的如（rú）表5-3中的“B”和“C”。

*夾心閥的結構如圖5-5a所示。這個結（jié）構通過去掉90°的入口角度，減少了（le）流（liú）體的（de）能量損失（shī）並提高了泵的效率，傳統“T”型閥門組的設計（jì）和（hé）錐形（xíng）閥的（de）特征見圖5-5b。另一個優點是閥門組、填料函與排出支管的接（jiē）合處不像傳統設計的那樣具有（yǒu）同樣壓（yā）力，這可以減少（shǎo）滲（shèn）漏的可能性。

圖5-5柱（zhù）塞泵的設計

（2）其他類型的柱塞泵

除了傳統的三柱塞泵，一些製造商生產出一種排放（fàng）波動較小的（de）五柱塞泵。泵可以被垂（chuí）直（zhí）的放置，這對於解決車輛（liàng）和容器的安裝等空間問題是一（yī）個很（hěn）大的優點。Hammelman泵公司的設計包括一個（gè）無摩擦的迷宮（gōng）式金屬密封，它是標準密封材料的替代（dài）物，可以減小（xiǎo）加壓區的壓力並把摩（mó）擦減到最小。

RBT200：這是（shì）一種獨特（tè）的三柱塞泵，最初在（zài）美國作（zuò）為“Mallay泵”設計出（chū）來，後來在英國生產。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（chēng）的一套離心（xīn）輪和重型雙螺旋齒輪來（lái）傳送200馬力的能量（liàng），以此來代替曲軸，這是應用於美國石油領域的傳統抽泥（ní）泵的一個很著名的特性（xìng）。這個設計的重要性在於它比傳統的曲軸能夠承擔更（gèng）高的活塞負荷和壓力。這就使得泵可以（yǐ）產生較寬範圍的壓力和流速，同時通（tōng）過用一個4速（sù）的重型商用齒輪（lún）箱（xiāng）來改變泵（bèng）的速度使柱塞運動（dòng）。這對於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範圍（wéi），可以選擇高流速低壓力（lì）或低流速高壓力（lì）的熱交換器，如圖5-6所（suǒ）示（shì）。流體壓頭的設計是基於傳統的（de）錐形閥和“T”型閥門組。柱塞是用塗有合金鋼的科爾莫諾合金製造的，所有的“濕部件（jiàn）”都是不鏽鋼製成的，密封用的（de）是以前的V形臂章的設計。目前隻在中東、新加坡和英國有少量的RBT泵仍在運作，但這種設計（jì）確（què）實有相當的優點。（RBT的移動式泵組見圖5-7）

（3）設計細節（jiē）

對於其他製造商來說，最大的變化在於填料函，這是任何柱塞泵承受磨損最多的部（bù）分，特別是當操作壓力持續增加的時候。現在很（hěn）多泵在（zài）超（chāo）過2.5×10⁸Pa（37000psi）的壓力下運行，此時主（zhǔ）發動機產生450kW的能量。國際上大多數重要（yào）的泵製造商（shāng）大體上保留了填料（liào）函的最初的設計，而把（bǎ）注（zhù）意力集（jí）中到（dào）提高密封（fēng）性能上。新（xīn）型的耐磨複合（hé）材料（liào）再結合PTFE的出色的潤滑（huá）特（tè）性可以顯著地延長密封的壽命。

壽命的長短（duǎn）依賴於操作時的流速以及（jí）維護的標準。一般情況下，預計密封壽命可以（yǐ）達到2000〜3000h。

圖5-6RBT變速三（sān）柱塞泵性（xìng）能數據

圖（tú）5-7安裝在一個“平板車”上的RBT200泵組

圖片P267頁

在改進（jìn）液體（tǐ）流（liú）動和閥室設計來提高（gāo）泵效率方麵，流體壓頭的設計也受到了相當的關注。另一（yī）方麵是對淨正（zhèng）吸入壓頭（NPSH）的影響，在這方麵，吸入閥的重量和彈簧負荷（hé）是非常重要的。最後，易維護（hù）是大多（duō）數（shù）先進的柱塞泵（bèng）的一個重（chóng）要特性。

“濕部件”的材料通常是洛鐵合金，對於鹽水和其他腐蝕性液體常用不鏽鋼。

除了RBT200以外（wài），動（dòng）力端的設計幾乎都是基於（yú）常規的曲軸。在主要軸承的數目方麵有很（hěn）多的分歧（qí）。一些製造商（shāng）如著名的URACA認為，有兩（liǎng）個主要的軸承（chéng）比較（jiào）好，這樣（yàng）可以使曲軸彎曲而不僅僅是保護固體。作（zuò）為額外（wài）的安全（quán）防（fáng）範措施，一個相似的裝置（zhì）安裝在曲（qǔ）軸的（de）後麵，如果曲軸的負荷超過了25%，這個裝置就可以（yǐ）探測到，這在“氣穴現（xiàn）象”中可以見到。由於有了（le）某些泵的設計，就使得通過安裝不同（tóng）直徑的柱塞來改變壓力和流速範圍成為可（kě）能。

（4）徑向（xiàng）活塞隔膜泵

1971年，一種新型（xíng）容積式活塞泵——“Harben”徑向活塞隔膜泵（bèng）參與到活塞泵（bèng）的競爭中，這種泵由BernardHart發明並獲得（dé）專利（lì），他是“HawkerSiddeley”飛（fēi）機組的工程師，其理論來（lái）自於“雙飛機”電機設計的基礎。他的觀念基本（běn）上是使用3、4、6或（huò）8個放射（shè）狀排列的氣缸，每（měi）一個氣（qì）缸（gāng）有一個隔膜管（guǎn）和一個活塞。轉軸和離心輪依（yī）次驅動每一個活塞，使其壓縮隔膜管周圍的油，隔膜管是充滿水的。當管被“擠壓”的時候，從導（dǎo）出閥流（liú）出的水就被加上了壓力。然後隔膜又回複到管狀，這樣可（kě）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。更大型的安裝在導軌或拖車（chē）上（shàng）的泵除了用於排水和下水道噴射清洗外，還可（kě）以用於北海的（de）離岸平台和普通的合同清洗方麵（miàn）。

圖5-8輕型移動式徑（jìng）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（kě）以達到56L/min（12.5IGPM）。

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

*徑向活塞隔膜泵設計的優（yōu）點：

*緊湊的設計一較高的能量重量比

*不需要改變（biàn）活塞就可以實現選擇不同的壓力和流速

*可以處理帶有150pm顆粒的水

*不需（xū）要為了海洋水而做調整（這對（duì）於近海石油/天然氣的安裝是十分理想（xiǎng）的）

*低波動，特別是8氣缸的（de）類型

*當沒（méi）有（yǒu）密封時，泵（bèng）也可以“幹（gàn）轉”

BernardHart和他的同事AlanBennie在英格蘭的索爾茲伯裏成立了Hafben公司。他（tā）們的合作（zuò）成功地把公司發展成為製造和提供高壓泵設備的國際領先的公司（sī）。幾年前，這（zhè）個公司被（bèi）BritishFittingsGroup（BFG）與Neolith和AquaHydraulic公司購買，成為了現（xiàn）在（zài）的FlowPlantGroup。

4.泵（bèng）的附加裝置

任何泵最基（jī）本的部分（fèn）都有一些特定的（de）裝置，包括：

（1）安全設備、卸載設備和（hé）壓力（lì）調節閥

按照歐洲的標（biāo）準，安全閥對於所有的泵都是法定的必需裝置。安全閥最簡單的結構（gòu）包括一個有手（shǒu）輪調節器（qì）的裝有彈簧的閥，但製造商必須事先調整好安全閥（fá）（通常大於最大工（gōng）作壓力的10%），另外加（jiā）一個“防（fáng）止幹擾”的密（mì）封條。同樣（yàng）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（xū）要周期性（xìng）地複位。很多卸載閥都（dōu）含有一個遠程控製（zhì）裝置，這就使得操作者在用噴射活塞和腳踏式開關閥門（mén）時可以保持對加壓水的全麵控製。

URACA的MSUV和MSSV閥都是由電氣來（lái）啟（qǐ）動，通過遠程控製（zhì）信號來（lái）操作的。

MSUV是一種多功能閥，可以被用作以下幾種閥：

*旁路（lù）/卸載閥：當隔膜沒有（yǒu）壓力的時候，泵將開始卸載。一旦壓縮空（kōng）氣流到隔膜壓頭，裏麵的閥（fá）門就會關閉，泵就會在用戶要求的（de）壓力下運轉。

*溢出閥：減小的（de）壓力可以通過改變氣壓來進行調節和設置（如圖5-9所示），氣壓是用來抵（dǐ）製（zhì）裝有彈簧的內閥門（mén），使高壓水按照用戶的要求流出（chū）。如果超過了設定（dìng）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的過程中並不理想，因為這樣會使閥門座被很快地磨損。它的替代（dài）方法是（shì）安裝一個（gè）帶有開關閥的分離旁路。當（dāng）操作員通（tōng）過噴霧（wù）槍（qiāng）扳機或腳踩閥關掉設（shè）備時，安裝有噴嘴的旁路就會自動打開來（lái）保持（chí）係統的壓力，此時（shí）加壓（yā）水就會以低壓進（jìn）入一個腔。這個過程也可以從開始被反過來（lái）。MSSV閥（用於處理4×10⁷Pa以下的壓力）和（hé）MSUV閥（用於（yú）處理400bar以上（shàng）的壓力）是根據（jù）“失效保護”的原則設計出來的，如當氣壓（yā）受到影響的時候，裝有彈簧的內閥就會自動地回複到“傾卸”的模（mó）式。

*遠程控製（zhì）功能是（shì）通過（guò）噴霧槍、腳踩（cǎi）閥（fá）或手（shǒu）舉閥的開關傳出的低電壓信號來實現的，這可以保證操作員在所有的時間內對泵有完全（quán）的控製。還有一個可以選擇的特性是可以（yǐ）在多（duō）操作員的組織裏控製壓力（lì）和流速特殊（shū）的電動-液壓閥。

*減壓模式：以MSUV和MSSV閥為例，安全閥被安（ān）裝在進氣腔作為（wéi）閥裝配的一個完整的部分，和卸載閥的工（gōng）作方式相似。實際的控製是通過調節空氣供給來（lái）實現的，使壓力達到額定壓力即泵壓的最大值加上10%，如果大於這個值，內閥就會打（dǎ）開來釋放額外的壓力。安全閥（fá）是在工廠就（jiù）安裝好的，並且用鉛密封來保（bǎo）護它。

壓（yā）縮空（kōng）氣的控製。由空氣作用控製的轉換（huàn）閥（MSUV或MSSV）受壓縮空（kōng）氣控（kòng）製箱（xiāng）控製，它包含：

一通過外部（bù）旋鈕調節的壓縮空氣減壓閥；

一3/2路電磁閥和電磁鐵線圈；

一壓力（lì）計一主要是（shì）空氣的供應；

一壓力（lì）計一控（kòng）製MSUV的壓力（lì）；

控製箱安裝在（zài）泵上或接（jiē）近泵組，並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。

在工程係統中，可以在（zài）工廠各處安裝配（pèi）有插座的遙控電（diàn）纜。主管實地清洗設備的操作員把插頭插入最近的插座。開關操作利用放大器發送毫安信號，通（tōng）過主控製麵板到MSUV閥。這個係統適用於有2級危險的（de）環境。

（2）壓力計

通常是根據壓力範圍（wéi）進行適當校（xiào）準的甘（gān）油（yóu）阻尼設計。在（zài）更複雜的設計中，壓力計配有可調節的最小和最大壓力控製開關，通過伺服機構連（lián）接到柴油發動（dòng）機的速度（dù）控製裝置（zhì）。

（3）進水濾網

進水（shuǐ）濾網可以是簡單（dān）的“Y”型濾網，也可以是手動操作的反衝濾網。清潔的水對於保護泵和避（bì）免口徑小於1.00mm的（de）清洗噴嘴堵塞是必要的。為了達到（dào）過（guò）濾目（mù）的，建議最大粒徑為50µm。

柱塞泵避免使用髒的吸入水。

（4）泵保護裝置

泵保護裝置包括吸入水低壓開關（guān），它通常被設計成最小（xiǎo）的（de）壓力（柱塞泵通常是3×10⁵Pa），安裝在進水濾網和泵之（zhī）間的吸（xī）入管線中。

一旦（dàn）吸入壓降到了最小（xiǎo）壓力以下，開關就（jiù）會使主發動機關閉。類似地，在潤滑油泵出問題時，低油壓開關也會（huì）關閉（bì）主發動機。在某些特定（dìng）環境（jìng）下，如（rú）高溫或有循環（huán）水，還應安裝高溫水關閉開關。

（5）波（bō）動（dòng）消除裝置

波動是所有的往複柱塞泵的一個（gè）不受歡迎的特性。盡管在（zài）選擇柱塞泵時還會考慮其他（tā）的因素，但是氣缸越多，波動越少。波動消除（chú）裝置可以安裝在泵的吸水端和（或）排（pái）水端。安裝在吸水端，波動消除裝（zhuāng）置對於穩定入水是非常重要（yào）的；如果在（zài）排水端，波動消除（chú）裝（zhuāng）置可以將波（bō）動減小（xiǎo）到一個可接受的水平，這將視實際應用情況而定。在清洗係統中，波動消除裝置有以下優點：

排（pái）出端：

*改良的噴嘴流動（dòng），這（zhè）對於內部（bù）旋轉非常的重要

*為實現有（yǒu）效清洗，在有固定射流的（de）地方清洗壓頭

*減少噪（zào）聲、振動以及（jí）隨之引起的導管材料疲勞和失（shī）效

吸入端：

*穩定的液（yè）體流進入泵吸入管，可以減少“氣穴現象”的可能性

波動消除裝置有幾種類型，最常用的是依賴於前負荷氣體來吸收和減輕波動的囊狀隔膜設計。它們相對來（lái）說比較便宜，容易安裝，而且（qiě）適合大（dà）多數清洗係（xì）統。另一方麵，諧振器是為一些特定的泵所設計的，它們適合於球形或圓柱形的設計，被歸類為壓力導管，有設計代碼和法（fǎ）定的規則。

圖5-9在MSUV閥中空氣壓力和水卸載壓力的關係

諧振器的操作原理是基於部分反射壓力波，防止（zhǐ）波被（bèi）傳遞（dì）。為獲得這種（zhǒng）被（bèi）稱為（wéi）“阻抗跳躍”的反射，孔徑的突然改變（biàn）是必需（xū）的。從功能的角度來看，所通過介質的彈性是非常重要的，因為它決定壓力波傳（chuán）播的速度。在功效方麵，諧振器內（nèi）彈性介質的（de）壓縮和膨脹的重（chóng）要性要小一（yī）些。利（lì）用諧振器作為柱塞泵的的波動消除裝置在較寬的壓力（lì）和速度範圍（wéi）內都有（yǒu）很好的效果。諧振器的下遊，由（yóu）於剩餘壓力的變化很小，液體流動是（shì）比（bǐ）較均勻的。同時，機械管（guǎn）的振動被減小，因此安裝導管（guǎn）和管（guǎn）線的支撐（chēng）不受任何機械壓力。在排出（chū）端，總壓（yā）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於加速度的損失導（dǎo）致（zhì）的流速的變化，從而防止“氣穴現象”，在吸入端最有效的減少波動的方法（fǎ）是利用（yòng）氣體負荷的導管。氣體及（jí）其壓力（lì）必須與液體及當（dāng）前的吸入壓匹配，還需要對（duì）氣體量和壓力進行常規檢查。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裏的高壓清洗泵裝置

表5-4各種波動消除裝置的設計特點和適用性

（德國URACAPumpenfabrik提供）

表格P272頁

5.淨（jìng）正吸入（rù）壓頭（NPSH）

容積式泵，特別（bié）是柱塞（sāi）型的，需要（yào）一個正壓頭來操作，如果沒有的話將會造成“氣穴現象"（在流入的液體中形成氣室）。這些氣泡承受著收（shōu）縮的壓力，最（zuì）終會破裂，然後釋放（fàng）出能量，這就（jiù）是“氣穴現（xiàn）象”，它可以（yǐ）導（dǎo）致壓力峰值達（dá）到（dào）最大操作壓力的3倍。人們已經知道它可以導致泵的災難性的故障和嚴重的損傷。最顯（xiǎn）而（ér）易見（jiàn）的跡（jì）象是間斷的振（zhèn）動或連續的“水錘聲”，泵的額外振動也是例證。

NPSH應考慮（lǜ）的兩個值：

①必（bì）需的NPSH：這個值是基於與速度、容量及流體溫度有關的泵的設計參數。

②可行的NPSH：這個值是（shì）基（jī）於吸入係統（tǒng）的設（shè）計，直接受往（wǎng）複泵的性（xìng）質的影響。

往複（fù）泵所需要的最大的（de）NPSH是在泵以最大往（wǎng）複速度運轉時，所有的壓力損失的總（zǒng）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（zhī）間流動時產生的。壓力損失還包括粘（zhān）滯阻力、摩擦損失、吸入閥的阻抗、內部的滲漏以及由於吸入（rù）端的閥門、裝置、過（guò）濾器和（hé）彎曲（qǔ）導致的流體加速度（dù）的損（sǔn）失。設（shè）計一個新的高壓泵裝置（zhì）時，應（yīng）該在這些方麵與製造商進行討論。

計算可行的NPSH

為了做這個立體係（xì）統圖，把導管係統所有的細節（jiē）都描述出來是必要的。所有的壓力損失在（zài）計算時都應被考慮進來，這取決於平均流速的平（píng）方值。這（zhè）個因素是（shì）吸入管大（dà）小的關鍵。計算吸入端的可行的NPSH應該考慮所有的相關因素來得（dé）到一個準確的結果。建議泵的製造商檢査並確認這個（gè）計算來提供泵所需要的NPSH的準確值。隻有當可行的NPSH相當於或高於泵所要求（qiú）的（de）NPSH時（shí），才能夠保證泵的操作自由和可信性。任何妥協都毫無疑問會造成操作的問題並提高維護的費用。

一個（gè）有效的確認（rèn）需要的NPSH值的（de）方法如下：

允許柱塞泵從容器中抽吸，然後通過（guò）節流閥排出再回到容器中。被泵的液體，一般是水，在泵（bèng）開始（shǐ）不穩定的工作之前一直被加熱，這（zhè）就表明泵正在成穴。考慮到一定的氣壓對應特定的（de）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（luò）5%可以觀察到（dào）“氣（qì）穴現象”，事實上，可以聽到特征的類似錘擊（jī）的噪聲，也可（kě）以通過流出壓力計的壓力跌落顯示出來（lái）。

6.防振動裝置

柱塞泵由於不平衡的慣性（xìng）力的特性（xìng）會產生振動，這是很多裝置中都（dōu）存在的問（wèn）題。一（yī）個有效的而且相（xiàng）對便宜的（de）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麵的彈（dàn）性墊那樣（yàng）的基座，利用粘性固定在（zài）地板（bǎn）上。一個更有效的方法是利用裝有彈簧的振動消除裝（zhuāng）置，它可以在很（hěn）寬的頻率（lǜ）範圍內（nèi）運轉並（bìng）且（qiě）把泵組與建（jiàn）築結構隔離開。因此製造商就需要泵和主發（fā）動（dòng）機的詳細（xì）資料來設計正確的裝置。

傳動（dòng）裝置

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

1.電（diàn）動傳動裝置

電動傳動裝（zhuāng）置通常包括三角帶和滑輪。圖5-10所示的高（gāo）壓泵裝（zhuāng）置具有皮（pí）帶傳動泵，在發動機的能量範圍（wéi）內，可以通過改（gǎi）變滑輪的速度（dù）而增（zēng）加或減小泵速，進而改變（biàn）流（liú）速。三角帶（dài）傳動裝置的噪聲（shēng）大約比（bǐ）一個整體齒（chǐ）輪箱小5dB。它的缺點是需要檢查調整帶子的鬆緊程度，另（lìng）外由於有滑輪和防護裝置而使泵組體（tǐ）積較大。如圖5-2所示的（de）整體齒輪箱傳動裝置（zhì）僅在有限的大小範圍內可用，因（yīn）此泵速的選擇很受限製。它們的（de）噪聲比較大，但是設計非常緊湊。通過一個可彎曲的（de）聯軸器將泵與（yǔ）發動機連接起來。

一些（xiē）泵製造商使用的另一種設（shè）計是行星式減速齒輪箱（xiāng），它可以提供更多可選擇的速度並且通過近聯式連接裝置與發動機相（xiàng）連。

2.柴油發動機傳動裝置（zhì）

由（yóu）於泵組體積的限製，三角帶很少用於（yú）可移動的泵組。而整體齒（chǐ）輪箱的設計被廣（guǎng）泛地應用，它可以和車輛發動機上的動力（lì）輸出端P.T.O.（powertakeoff）或獨立的柴油發動機聯用（yòng）。離（lí）合器對於維護工作很有用，它可以使操作（zuò）人員通過斷開（kāi）柴（chái）油發動機與泵的連接來控製高壓水的供給量。

主發動機

一（yī）旦（dàn）確定了壓力和流速，選擇了泵的類（lèi）型，下麵該做（zuò）的就是選擇主發動機。

計算最大壓力和（hé）流速下的驅（qū）動功率的公式如下：

公式P274頁

有（yǒu）兩種主發動機可（kě）供選擇，每一種都有很多規格。

電動機

電動（dòng）機對於靜態的裝置是很理想的，因為它需要的維護最（zuì）少。電（diàn）能泵具（jù）有安靜、效率高、緊湊而且幹淨（jìng）的優點（diǎn），它（tā）們的主要缺點是速度不可變。變速電動機和轉（zhuǎn）矩（jǔ）變（biàn）換器雖然（rán）也可以得到，但是比較昂（áng）貴。由於速度固定，要改變流速的唯一替代選擇是水力（lì）的三角帶傳動（dòng）裝置（zhì），如分流調節器、溢流閥或RBT200中的可變齒輪箱（xiāng）。通常最大的問題是現場可提（tí）供的能量，尤其是對（duì）於較大的電動機來說，75kW以上的高壓泵電動機在許多工廠中是（shì）現場能提供的（de）最大（dà）功率。另一個需要考慮的是（shì）靜態裝置（zhì）和清洗位置之（zhī）間（jiān）的距離，因為對於高流速係統來（lái）說意（yì）味著需要昂貴的硬不鏽鋼管道係統來減小（xiǎo）壓力損失（參見第五節涉及到軟（ruǎn）管和管道係統的相關內容）。

1.電動機的類型和規（guī）格

這部分內容隻是一般性的介紹。由於（yú）操作條件範圍寬，目前已經有了國家/公司標準和安全（quán）準則，在根（gēn）據最新的歐洲標準或國家標準最終確定正確的（de）規格之前，采（cǎi）納專家的建議以（yǐ）及與適當的電器供應商進行討論是很必要的。這尤其適用於危險（xiǎn）區域的設備。

（1）危險區域的電動機

考慮“保護”和“外殼”，專門用途的電（diàn）動機的規格依賴於一些因素，以此為（wéi）基礎可以（yǐ）對區域進行分級。

區域分（fèn）級（jí），通常分為3個（gè）級別的（de）區域：

*0級區域一易爆炸的氣體-空氣混合氣持續存在（zài）或存在很長時間（jiān）的地區，電動機（jī）不能在這種地區使用。

*1級區域一（yī）易爆炸的氣體-空氣混合氣在正常操作時（shí）可能出現的地區。

*2級區域一（yī）易爆炸的氣體-空氣混合氣不會在正常操作時出現，即使出現，隻（zhī）會存（cún）在很（hěn）短（duǎn）的時間。

（2）保護的類型（xíng）

“d”：防火一（yī）適合1級區域。能點燃易爆炸氣體的部（bù）分被放在電機殼之內，這個電機殼（ké）可以承受易爆炸的（de）混合物爆炸時產生的壓力（lì），還可（kě）以（yǐ）防（fáng）止爆炸傳遞（dì）到電機殼周（zhōu）圍的易爆炸氣體（tǐ）。

“e”：增加安全（quán）性一適合1級區域。這是對溫度限製、回轉（zhuǎn）部件的清洗以及終端結構的額外保護。“e”型（xíng）保護的電動機並不能防火，不（bú）能承受內（nèi）部爆炸。

“N”：無打火一適合2級區域。它們在結構上與標準的（de）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（shuō）導致燃燒（shāo）的錯誤不太可能發生。

（3）溫度

氣（qì）體、水汽或霧在大氣壓下燃燒的最低（dī）溫度即是（shì）"燃（rán）燒溫度”。為了避免爆炸的（de）風險，電動機的任何部件或表麵的溫度都必須保持在混（hún）合物的燃燒溫度以（yǐ）下。

從（cóng）T1（450°C，最大表麵（miàn）溫度）到T6（85°C，最大表麵溫度）進行分類。從大多數電動機供應商那裏都可以得（dé）到氣體、水汽和液體的這種分類表。

（4）電動（dòng）機外殼

電動機外（wài）殼的類型分類是用於BSEN60529和EN60034-5。（見表5-5）«這些（xiē）指的是入口及防水防塵（chén）的（de）可檢測程度。字母“IP”之（zhī）後有兩（liǎng）個數字，第一個數字表（biǎo）示可防止異物接觸和進入。第二個（gè）數字表示防水，這（zhè）對於在泵組上有可能發生泄漏的高壓水清洗（xǐ）係統是非常重要的。

（5）電動機一應（yīng）用標（biāo）準

歐洲防火電（diàn）動機的常用標準是CENELAC/EURONORMEN50018，按照這種標準設計的設備可以得到任何國際（jì）認（rèn）證組織的肯（kěn）定，表5-6列出的經過認證的電（diàn）動機被加上了前綴EEx，如EEx"d”。

表5-7顯示了一係列的各（gè）國標準。在選擇、安裝（zhuāng）及維護潛在易爆氣中使用的電子儀器方麵，EN60079-14有很實際的幫助。

表5-5電氣設備的（de）外殼一保護的程度

表5-6各國的認證機構一危險（xiǎn）區域的電氣設備

表格P276頁

（6）標準TEFV（完（wán）全密封的風扇通風型）電動機

它們（men）的材料可以是鋼、鑄鐵或鋁。鑄鐵和鋁電動機通常功率範圍在（zài）0.18〜30kW，而鋼（gāng）電動機的功率範圍可達到500kW。

鋁電動機廣泛地用於戶外或比較（jiào）惡劣的環境。鑄（zhù）鐵電動機用於需要強度和有一些困難的環境。電動機外殼（ké）的分類與危險區域電動機的具體分類相似。

2.控製裝置

（1）安裝控製裝置的理（lǐ）由（yóu）

—使電動機在需要的時候能夠從（cóng）靜止態啟動

—在啟動過程（chéng）中，線流可以在己知範圍內保持

—發動機可以獲得所需的轉矩

—保護發動（dòng）機使（shǐ）其避免異常情況的影響

—避免人被電（diàn）擊和其他意外事件

—在一個過程結束時或緊（jǐn）急狀況下，發（fā）動機可以（yǐ）自動或人（rén）為地停下（xià）來（lái）。

表（biǎo）5-7電（diàn）動機一適用標準（zhǔn）

表格（gé）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，限製啟動電流

一對發動（dòng）機性能（néng）的要求，即，啟動電（diàn）流、速度控製、製動、倒（dǎo）轉、微調、程（chéng）序控（kòng）製及其他（tā）。

（3）啟（qǐ）動電流

供應方的權威機構不允許（xǔ）使（shǐ）用高啟動（dòng）電（diàn）流，當（dāng）使用DOL（在線控製）切換方式（shì）時，電動機的大小（xiǎo）也是受限（xiàn）製（zhì）的。當小用戶從（cóng）低容量提供（gòng）方獲（huò）得能量時最大功率約為4kW，如果預先（xiān）安裝（zhuāng）了遞降（jiàng）變壓器，最大功率可達26kW。如果（guǒ）電動機的位置是靠近能量源，如（rú）發電站時，它的體積（jī）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（duì）電氣設備的（de）局部幹擾。

（4）常（cháng）用的啟動器的類（lèi）型

三相：

*在線控製（DOL）：用（yòng）於高啟動電流對（duì）引入能（néng）量無損害的低（dī）輸出機（jī）器。從原理上來說，相對高的啟動扭矩可以避免慢加速（慢加（jiā）速可以在某些設備上造成突加荷載的問題）。這種電動機的啟動器需（xū）要使用6個終（zhōng）端機。

*星形三角接法：安裝在需要較小轉矩和電（diàn）流的地方。它是（shì）通常安裝在無負荷或相對小負荷（hé）啟動的設備上。啟動轉矩和電流的大（dà）小固定在DOL的三分之一，不能改（gǎi）變（biàn）。當星形到三（sān）角形階段超載時，電動機（jī）與能量供應分離，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（wèn）題。減小的啟動轉矩可能造（zào）成加速時間過長，導致一（yī）些設備過載斷路的（de）問題。這種電動機的啟動器需要使用6個終端（duān）機。

*平穩起動：用於（yú）需要慢速啟動（dòng）轉矩的設（shè）備。電動機加速緩慢，最大啟動電流比（bǐ）普通的DOL啟動器小得多。啟動器通過減小電壓來控製電動機終（zhōng）端。起始電壓隻（zhī）有（yǒu）40%的線（xiàn）電壓，然後逐漸增加，大約（yuē）在60s內達（dá）到滿電壓。

單相：

直接在線啟動器（qì）被廣泛地用於單相裝置。它們與三相中的DOL啟動器很類似，但是作為單相設備，容量上很（hěn）受限製，DOL啟動器通（tōng）常被限製僅用於低輸出機器。

（5）易爆氣體（ATEX）

這是歐洲標準94/9/EC。它可以用（yòng）於所有（yǒu）危險氣體中的設備，無論是電氣設備還是機械設備，危險大氣包括（kuò）粉塵和氣體。該標準在1994年被（bèi）引入，有十年的過渡期。2003年7月1日以後生產的設備必須遵守ATEX。

ATEX的基本要素包括（kuò）：通知機構、標準（zhǔn）、合格評（píng）估、標誌和（hé）證明（míng）文件。

儀器種類是引入的主要變（biàn）化之一。氣體（tǐ）的區（qū）域分級不（bú）變，但是，對（duì）於灰塵（chén）來說需（xū）要（yào）一個新的區域分級係統，如表5-8所示。

表5-8易爆氣體（ATEX）標準一儀器種類（lèi）

表格P278頁

認證：所做出（chū）的認證隻對1類和2類設備是強製性的，對於3類設備，製造商被允許自己（jǐ）對兼容性進行認（rèn）證。

證明文（wén）件：專門的安裝和維護方（fāng）法是認（rèn）證的強製性部分，必須提供給ATEX儀器。標誌：這是（shì）可見（jiàn）變化中最大的一部分，在下（xià）麵詳細說明。接觸危險氣體的電動機都有相似的標誌（zhì）（如EExde11cT4），前麵都有一個與下（xià）麵例子類似的線符號：

CE600Ex112G

CE....ATEX.

600....EECS/BASEEFA（機構確定的（de）編號）

Epsilonx....歐洲（zhōu）認證（zhèng）

羅馬數字....第11組設備

阿拉伯數字….2類設備，適於1級和2級區域

G或D....“G”表（biǎo）示水蒸（zhēng）氣或薄霧，“D”表示危險的粉塵

柴油（yóu）發動機

最初的柴油發動機（jī）專利在1892年由魯道夫•狄塞（sāi）爾（RudolfDiesel）獲得，但直到1897年可工作的發動機才被發展起來。1898年德（dé）國Augsburg的（de）MAN公司改良的設計使用了一個雙氣缸模式，可以產生22kW的能量。早期的柴（chái）油發動機（jī）又大又笨拙，完（wán）全不適合可移動裝置。直到20世紀（jì）20年代早期柴油發動機才由德國的Daimler-Benz公司用於交通（tōng）工具。從那以後，柴油發動機得到了很大（dà）的發展，目前已（yǐ）經成為現代汽車設計的一般特征。在高壓泵（bèng）組方麵，柴油發動機的優點遠大於它的缺點，它已經成為清洗承包人必不可少的設備。

缺點：

*盡管新生產的柴（chái）油發動機是比較安靜的，特別是用（yòng）了聲屏以後。但是與電動機比較，它的噪（zào）聲仍然較大。

*它們（men）比電（diàn）動機需要更多的維護。

*柴油發動機（jī）機身比相同功率的電動機要大（dà）。

*它們比電動機昂貴。

優（yōu）點：

*除了水源的限製之外（wài），它們能在（zài）任何地方操（cāo）作。

*可變的發動機（jī）速度-1400-2100rpm；允許較（jiào）大範圍的壓力和流速，適應性強是承包（bāo）人看（kàn）重的特征。

*在電力供應受限製的地方，柴油發（fā）動機可能是唯一的能量來源。

柴油發動機泵組有很多種類型，包括：

a.雙輪拖（tuō）車一見（jiàn）圖（tú）5-3；

b.四輪重型拖車一見圖5-11；

c.固定（dìng）式泵組一見圖5-7（可以裝配在平板卡（kǎ）車或集裝箱上）

圖5-11安裝在董（dǒng）型拖車上的可移動的高壓柱塞泵組（zǔ），帶有軟管絞盤（pán）

（URACAPumpenfabrik提供（gòng））

1.選擇最合適的發動機

需要的功率：

高壓泵的數據（jù）表包括任何壓力和（hé）流速狀況下的功率需求。在選擇安裝一個合適的發動機時，人們必須知道從製造商處獲（huò）得額定功率的信息並不總是可能的。大氣條（tiáo）件（溫度、大氣壓）隨發動機工作的地點而（ér）改變，可能與功率（lǜ）標準上的一（yī）般條件是不同的，也可能使用（yòng）的是（shì）一個非標（biāo）準（zhǔn）的發動機（大風扇、風扇速度快等）。在這種（zhǒng）情況（kuàng）下應該減小功（gōng）率。

其他要考（kǎo）慮（lǜ）的因素：

*在傳輸、接合過程中或在（zài）控製（zhì）裝置及水力（lì）係統的（de）軟管和導管上允許損失的能量。在一些情形中，能量可能用於主發動機驅動的附件（如壓縮機）上。

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

*對泵效率的要求（qiú）。高（gāo）壓容（róng）積式泵：92%〜95%，離心泵：50%〜55%。

2.發動機功率標準

發動機的額定功率以ISO3046功率標準為依據（jù）。這（zhè）個標準與BS5514和（hé）DIN6271相同，大體上也與SAEJ1349淨功率相同（tóng）。一組典型的發動機數據參數見表5-9。

表5-9VolvoPentaTO610V（Turbocharged）的額（é）定（dìng）功（gōng）率

內嵌式4衝程柴油機發動（dòng）機，有6個氣缸一直接射油（英國VolvoPenta提供（gòng））

表格（gé）P280頁

ICFN額定功率符（fú）合ISO標（biāo）準功率（在不變的負荷下（xià）連（lián）續運行）

IFN額定功率符合（hé）ISO超載功率標準（zhǔn）（間斷的功率）

發動機的性能指標被修訂到標準參考條件：42.7MJ/kg（18360BTU/lb），密度（dù）為0.84kg/L（7.01lb/美國加侖，8.42lb/英國標準加侖）

發動機計（jì）算公（gōng）式：

公式P280頁

式中，T=轉（zhuǎn）矩，Nm；N=發動機速度，r/min。

（1）參（cān）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

*連續功率：是指在規定的兩（liǎng）次正常維護間期，在規定的速度和外界條件下，嚴格遵守維護的（de）程序，發動機能夠連續提供的功率。

*超載功率（lǜ）：是指發（fā）動機在規定的條件下，以連續功率工作後立（lì）即輸出的允許功率。使用超載功率的允許時間（jiān）和頻（pín）率依工作的設（shè）備而定，但是發動機停止燃料後要（yào）輸（shū）出令人滿意的超載功率，還需要（yào）一定的許可。

超載功率以（yǐ）連續功率的百分比來表示，同時表示出允許的持續時間、頻率和合適的發動機速度。除非有其他規定，在與發（fā）動機相應的速度下，在12h的運轉中，以連（lián）續（xù）功率110%的超載功（gōng）率工作lh（有或無（wú）間斷）是允許的。

*燃料停止功率：是指發動機在規定的期間內，以與其運行相應的規定速度，在規定的外界條件（jiàn）下，使用無限製的燃料，輸（shū）出的（de）功率不能超過的數值。

*標準功率：指的是淨製動功率，製造商宣布在規定的正常維護間期，發動機在以下條件（jiàn）下可以（yǐ）輸出的連續功率。

一發動機製造（zào）商測試台條件下的規定速度

一與標準參考條（tiáo）件相適應的宣稱的功率

一按照發動機製造商的建議進行維護

*連續額（é）定（dìng）功（gōng）率：符合ISO以不同速度連續運轉的標準功率。它用於在額（é）外的時間裏以滿負荷工作的不間斷恒定負荷運轉。

*間斷額定功率：符合（hé）ISO超負荷功率。它用於在（zài）任意12h的連續操作中，使用間斷功率少於（yú）1h的設備。平均負荷係數不能超過連續額定功率。

發動（dòng）機會產（chǎn）生98%的額定（dìng）輸出量，在開始30h的“磨合”時期後（hòu）進一步增加（jiā）2%。如果主要的現場條件超過了規（guī）定的設計條件，發動機應該根據廠商手冊中的（de）建議而降低額定功（gōng）率。

（3）噪聲和聲音

聽覺上的（de）噪聲被定義為有害的聲音，是（shì）環境汙染的一種。過高（gāo）的噪聲環境會造成永久性的聽覺損害。為了遵從國內和國際的健康、安全和環境準則，柴油發動機的所有主要製造商都在關注噪聲的問題。

聲音是氣體、液體或固體的機械震動。當一（yī）個物體（tǐ）被空氣包圍，振動導致能量損失而產生了（le）空氣的波動。這些振動引起的氣壓變化使固定的壓力發生變（biàn）化。聲音在空氣中的傳播速度約340m/s，速度、波（bō）長和頻率的關係（xì）由以下公式得出：

C=λ×fC為聲音的速（sù）度，f為頻率，λ為波長

單位時間內波動的個數決定了聲音的頻率（lǜ）（Hz）。人耳可以聽到的聲音頻率為20〜20000Hz。分貝（A）是指對於人耳來說聲（shēng）音的測量等級，它可以反（fǎn）映聲音對人耳（ěr）真（zhēn）正的影響（xiǎng）。分貝（bèi）（A）等級通常用於表示聲音的度量值。典型的基準在表5-10列出。

（4）聲音和距離

假設在（zài）一個空曠的環境，不考慮周圍的門和牆（qiáng），聲壓從源頭開始將會以與距離成線性的關係下降。如果與（yǔ）源（yuán）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（yīn）值（dB）是對數，不能直（zhí）接（jiē）加和，除非采用正確的單位。

表5-10評價聲音等級的基準

（英國VolvoPenta提供）

表格（gé）P282頁

以VolvoPenta柴油發動機為例（lì），聲能的（de）測（cè）量是（shì）按照國際標準執行的；ISO3744—1981詳細說明（míng）了噪（zào）聲應該在（zài）半消聲室內測量：這間屋子應該有隔（gé）音牆（qiáng）和一個結實的反射聲音的地板。

聲音等級根據ISO標準來測量。

在（zài）不同的發動機（jī）速度和（hé）不同的負荷條件下檢測（cè）噪聲大（dà）小。不包括排（pái）氣吸氣裝置及（jí）排風（fēng）機產生的噪聲，僅測量（liàng）發動（dòng）機自身產生的噪聲。

（5）柴油發動機的噪聲

柴油發動（dòng）機是一個複雜的噪聲源，動力產生（shēng）振動，然後產生噪聲。除了發（fā）動機本（běn）身的結構以外，發動機和吸入係統連同輔助（zhù）裝置（zhì）決定了發（fā）動機的總噪聲（shēng）水平。要減少發動（dòng）機的總（zǒng）噪聲，應重點關注主要的來源，包括發動機結（jié）構、排氣、吸入係統和輔助裝置，如表5-11所示。還可以通過使用（yòng）聲屏來減少噪聲，如圖5-12中安（ān）裝在移（yí）動泵組上。

表5-11柴油（yóu）發動機噪聲的可能來源

（英國VolvoPenta提供）

圖5-12帶有聲（shēng）屏的移動式（shì）高壓泵組

圖片P282頁

*發動機噪聲：這主要是（shì）燃（rán）燒過程產生能量的結果以及活塞、襯墊、閥門、輪齒等（děng）之間機械作用的結（jié）果（guǒ）。出於這方麵的考慮，就要關注入射係統的優化、發動機組的加固，使分（fèn）配齒輪配合更加緊密，增加大型（xíng）噪聲源上的阻尼材料如汕槽、齒輪驅動的冷卻液泵上（shàng）的（de）閥（fá）蓋，這個閥蓋可以優化固定的排風機速度。需要（yào）記住的是，發動機噪聲（shēng）是取決（jué）於（yú）速度的。因此，對於特定功率的輸出要求，低速發動機是優於高速發動機（jī）的。

*排（pái）氣裝（zhuāng）置噪聲：如果沒有消音器，排氣裝置的噪聲顯（xiǎn）然是柴油（yóu）發動機噪聲的最主要來（lái）源。燃燒產生的高壓脈（mò）衝導致（zhì）排出氣體產（chǎn）生振動。對於6氣缸、4衝程的發（fā）動機來說，排氣（qì）裝置噪聲的基本頻率是發動機頻（pín）率的3倍。這就意（yì）味著（zhe）對大（dà）多數設備來說，消音器必須在較寬的頻率範（fàn）圍內有高阻尼能力（lì）。最常（cháng）見的用於柴油發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（de）腔構成（chéng）。聲能在吸收材料上被轉化為熱能。這種消音器（qì）在中高頻率範圍內有最好的阻尼能力。

b.膨脹消（xiāo）音器：當聲音傳入消（xiāo）音器，麵（miàn）積的改變導致的反射減小了聲音的能量。通（tōng）過管道（dào）在腔的內部（bù）釋放並與（yǔ）一定數目的腔相連，較寬（kuān）頻（pín）率範（fàn）圍的噪聲可以得到很好的消減。

對（duì）於兩種類型的消音器，消減高噪聲（shēng）的成（chéng）本隨著排氣係統的壓（yā）力（lì）下（xià）降而增加（jiā）。選擇消（xiāo）音器通常是在可接受的壓力下降（jiàng）和需要的噪聲減少之間進行折中。

*入口噪聲（shēng）：和排氣係統一（yī）樣（yàng），吸入係統壓力的變化會造成氣流振動。然而吸入係統的（de）壓力變化比排氣係統（tǒng）要小得多。對於現代渦輪發動機來（lái）說，壓縮機相當於一個有（yǒu）效的消音（yīn）器，壓力波（噪聲）會被（bèi）壓縮機旋轉的葉片擾亂。這就意味著（zhe）入口噪聲沒有實際（jì）的重要（yào）性。

*輔助裝置噪聲：排風機是發動機（jī）主要的噪聲源。測量顯示一個剛性的排（pái）風機可以增加2〜3dB的聲（shēng）能。因為（wéi）排風機噪聲具有速度依賴性，所以提高（gāo）冷卻器的性能是很重要的，這會減小（xiǎo）排風機的速度及其引（yǐn）起的噪聲（shēng）。其（qí）他的輔助（zhù）設備如交流發電機和空氣壓縮機在噪聲方麵與排風機相比重要性較小。

*結構自身的噪聲：在一些設備中，發動機在機座（zuò）上振動可導致聲音從耦合結構上發射出來。在某些情況下，這可能成（chéng）為比發動機自身更大的問題。使用（yòng）彈性裝置可以有效地減少這種來（lái）源（yuán）的噪聲。

3.廢（fèi）氣排放（fàng）

在柴油機燃燒過程中，在高溫高壓下，化學能轉化為機械能。大致上，廢氣與（yǔ）空氣有（yǒu）相（xiàng）同的成（chéng）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。不同的物質百分比取決於很多因素，如：

*發動機是汽油型，還是柴油型；

*發動機的速度和負荷；

*燃料品質；

*發動機安裝了哪種防汙染係統。

（1）廢（fèi）氣（qì）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（dà）量（liàng）氧氣的供應也很重要。NOx可以很快地氧化（huà）為（wéi）NO₂，NO₂除了酸性外，還可以導致很多（duō）嚴重的肺部（bù）疾病（bìng）。

*碳氫化合物（HC）：是由於燃燒溫度低（dī）或燃料與氣體混合不當而使燃料未能充分燃燒（shāo）的成分。它們使柴（chái）油機排出標誌性的（de）氣味。有些碳氫化合物會刺激眼睛和粘膜。

*鉛化合物（Pb）：廢氣（qì）中的鉛化合物（wù）是汽油添加劑的（de）產物，在柴油廢氣（qì）中（zhōng）不存在。其產量為每立（lì）方米廢氣小（xiǎo）於100mg。鉛中毒可通過逐漸增加（jiā）的疲勞和血細（xì）胞數降低而被識別，這種表現是因為血紅蛋白不足。

*一氧化碳（CO）：這（zhè）種氣體（tǐ）是（shì）在（zài）燃燒的中間階段由於（yú）空氣不足而形成，由於燃燒不充分（fèn），因而不能使CO變（biàn）成（chéng）CO₂。汽油發動機由於空氣（qì）不足而產生CO的比例高（gāo）於總是空氣充足的（de）柴油發動機。CO具有毒性，因為它容易與血液（yè）中的血紅蛋白結合，從而阻止了血液吸收和轉運氧氣。如果我們（men）呼吸的空氣中有0.3%的CO，就會阻礙身體（tǐ）吸收氧氣的能力，如果內窒息達30min是很危（wēi）險的。如果我們呼吸的空氣中有0.08%的CO，身體吸收氧（yǎng）氣的能（néng）力就會減小一半。

*顆粒物（PM）：由來源於燃料和潤滑油的碳核（小於10µm）構成。這主（zhǔ）要是燃料/空氣混合（hé）不當的結果。有毒的碳氫化合物會在顆粒（lì）物的表麵上濃縮（suō）。

*二氧化硫（liú）（SO₂）：SO₂是由燃料中的硫和（hé）空氣（qì）中的氧發生（shēng）反應而形成。它與燃料的含硫量直接相關，已經存在的或計劃中的法規還沒（méi）有把（bǎ）它作為控製對象。

（2）廢氣對健康和環（huán）境的影響

柴（chái）油發動機造成的（de）汙（wū）染對健康和環境都有不利的影響。存在的問題包括：

*酸化：柴油發動機主要排放出NOx，它與水可以生成硝酸。此外，SO₂和水可以生成硫酸。這兩者都是強酸，會影響植（zhí）物的葉，而且攻擊他們的根係，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擾亂而產生（shēng）。這影響植物（wù）的光合作用（yòng）和呼吸（xī）作用，限製了它們的生（shēng）長。

*光化學煙霧：這是在人口密集的地區（qū），當大量HC和NOx暴露於日（rì）光時形成的。煙霧（wù）含有很多的汙染物，呈現出NO₂的棕色（sè）。煙霧中的（de）氮氧化物（wù）和碳氫化合物會（huì）影（yǐng）響呼吸係統，增大對感染的易感性，特別（bié）會導致呼吸道的失調。

*顆粒物：空（kōng）氣中的顆粒物（wù）是柴油機排出廢氣的後果。顆粒物是很小的碳核（<10µm），碳氫化（huà）合物可以在它的上麵沉積（jī）濃縮，把具有致（zhì）突（tū）變和致癌（ái）性的碳氫化合物帶入肺部。

*溫室效應：今天“溫室效（xiào）應”表現為最廣泛的環境威脅。有充足的證據可以證明“全球（qiú）變暖”和大氣中二氧化碳增加（jiā）之間有聯係，二氧化碳主要來自於石化燃料的燃燒。

（3）廢氣治理

廢氣治理依賴於排放（fàng）控製立（lì）法（2000年以後），通（tōng）過粒子過濾器和催化轉化裝置治理廢氣是一（yī）種合法的要求。催化轉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。由於柴油（yóu）發動機的燃（rán）燒（shāo）過程有很高濃度的氧氣在廢氣中，催化轉化裝置對於NOx是無效的。一個粒子過濾器可以有（yǒu）效地累積煙臭（chòu），它的再生（清洗（xǐ））過程，既可以像（Eurosafe）JohnsonMatthey的連（lián）續再生阱（CRT）那（nà）樣連續再生，也可以通過外部的熱（rè）源進行。歐盟已經頒布了編號（hào）為97/68/EC的《非道路可移動機（jī）械法（fǎ）》（NRMM）。第一階段從1998年6月30日開始。

對於“道路外"設備（bèi），排（pái）放的測（cè）量以ISO8178—4的測試（shì）周期為基準。排放限製還需要歐盟（méng）來最後（hòu）決定，然而限製標準卻是由CARB（加利福尼亞空氣資源委員會）和美國環保局（EPA）製定的。歐盟限製排放廢氣的最（zuì）新標準包含在Euro1和Euro2（EEC91/1542）中，然而這些隻適用於道路（lù）上的（de）發動機和交通工具。

4.危險（xiǎn）地區對柴油（yóu）發動機的要求

高壓水清洗係統廣泛地（dì）用於具（jù）有不同程度著火和爆炸危險的地區。很（hěn）顯然，近海石油勘探（tàn）和提煉裝置的規範是最迫切的。其他（tā）裝置包括石油精煉廠、石化工廠、藥品工廠、精細化學工廠和核裝置。在某（mǒu）些情況下，高壓水清洗設備的設計需要（yào）遵守石油管理法規、核裝置管理法規和標準的健康與安全法規（guī）。在多數情況下，各個公司有他們自己的安全標（biāo）準。

對於大多數固定的清洗（xǐ）係（xì）統來說，規格（gé）是按照“區域分級”製訂的相應電氣（qì）規範書上的相關標準設計的。英國水衝洗協會引入的“安全操作代碼（mǎ）”在過去10年中大（dà）大改進了安全和性能（néng）指標，然而很重要的一點（diǎn）是，從事（shì）有關工（gōng）作的承包者必須同時具有適當（dāng）的儀器和有能（néng）力的（de）操作員。因（yīn）此，許（xǔ）多大公司（sī）現在認為應該隻承包給（gěi）水衝洗協會（huì）的成員（yuán）。

（1）基本保護

大多數石（shí）化廠、提煉廠和類似（sì）的“危險”工廠，允許移動式柴油泵組（zǔ）在指定的區域中操作，條件是它們要具有以下基本的保護設備：

入口處的自動停機閥：

已經有一些嚴重事（shì）件（包括由（yóu）於柴油機（jī）速度（dù）過高而導致（zhì）的傷亡），由以下情況導致：

*在發動機的（de）操作者不能（néng）控製發動機速（sù）度（dù）時吸（xī）入了易燃氣體；

*由於彈簧、聯結裝置等的損害造成發動機操作者操作（zuò）失敗；

*發動機過熱或傾覆（fù）引起的機油箱中的油變成燃料；

*油浴空氣淨化器裝的（de）過滿。

上述任何情（qíng）況都可以導致（zhì）發（fā）動機速度失去控製，從而導致對周圍車（chē）間災難性的損害以及（jí）對附近的人的嚴重傷害。

一種防（fáng）止這種情況發（fā）生的裝置是“Chalwyn”自動柴油機停機閥（fá），它安裝在進氣管線（xiàn）的（de）上遊，包括一個彈簧式提升閥，它由發（fā）動機（jī）工作時閥門各方向的不同壓力（lì）來開啟。這就提供了一個由彈簧限製的關閉的力（lì）量，它的張力可以控製（zhì）。因此當發動機速度超過預定水平（píng）時，閥（fá）門就會關閉，從而通過瞬間（jiān）關閉空氣或燃料來關閉（bì）發動機。一旦入口條（tiáo）件恢複正常，閥門又會自動（dòng）開啟。

①熱停止（zhǐ）停機閥：這是在（zài）實際溫度遠超過操作溫度時用來關閉發動機的停機閥。這個裝置由“wax發動機”組成，它在溫度約100°C（212°F）時被激活，然後關閉發動機的燃料供應。很多柴油發動機製造商有適合他們自己的這種裝置。

②火花捕獲消音（yīn）器：在危險地區柴（chái）油發動機潛在（zài）的最嚴重的（de）問題之一可能就是排氣口中發（fā）出（chū）的火花，這經常在排氣係（xì）統煙（yān）臭很多的（de）時候發生（shēng）。為（wéi）避免這種（zhǒng）情況發生，可以安裝（zhuāng）“火花捕獲（huò）消音器”來（lái）代替傳統的消音器。按照氣（qì）旋原則（zé）操作，“火花（huā）捕（bǔ）獲消（xiāo）音器”可以使噪聲減少13dB。在安裝“火花捕獲消音器”之（zhī）前，應該先讓發動機製造商確認發動機的性（xìng）能不會受影響。

③空氣啟動發動機：某些石油提煉廠、石油化工廠、近海（hǎi）裝置以及類似的危險設備的柴（chái）油發動機需（xū）要空氣啟動發動機（jī），因為它可以減（jiǎn）少對電池及相關（guān）電設備的需求。

（2）柴油發（fā）動機的爆炸防護規格

與大氣中氣（qì）態成分的接觸是柴油發動機一個（gè）潛在的燃燒源，主要是因為：

*入口（kǒu）發出的火（huǒ）焰：包括進入發動機吸氣係統的易燃氣體（tǐ），可以在燃燒室（shì）內被（bèi）點（diǎn）燃。火焰的前（qián）部分加速移動，暴露在大氣中，對周圍易燃的環境構成了威脅。

*排氣口的（de）火焰：某些（xiē）類的易燃蒸氣由於具有燃燒緩慢的特點，可以在排氣係統中''後燃燒”，如第（dì）1組和11A組的氣體。當排氣係統氧氣過多，而負荷較輕時，燃燒的危險（xiǎn）是很大的。

*A自燃（rán）：如（rú）果蒸氣從熱的表麵上（如閃光板（bǎn））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（qì）體通過發動機進氣支管進入，使（shǐ）發動機可以持續運轉的能力。

（3）近海石油生產（chǎn）和勘測裝置

在20世紀70年代中（zhōng）期，發生了很多與北海石油鑽塔的柴油（yóu）發動機（jī）有（yǒu）關的事件。包括一些部門同意編製一套用於近海柴油發動（dòng）機的設計和操（cāo）作的可（kě）接受的標準，這些部門包括主要的石油公（gōng）司（特別是英（yīng）國汽油）、保險公司、健康和安全部門及其他感興趣（qù）的部門。在1977年，建議的標準在OCMA的出版物MEC-1上發表。1983年"工程設備與材料使用者協會”成立之後，這份（fèn）文件被指定為EEMUANO.107。1992年，這份文件被修訂為最新的2級危（wēi）險區域工（gōng）業標準，現在己經被廣泛（fàn）接（jiē）受。

（4）歐洲的法規

在（zài）歐洲（zhōu）目前有許多標準正（zhèng）在被負責內燃機安全的"ComiteEuropeendeNomalisation"（CEN）改進。這些（xiē）標準有特殊（shū）的重要性，因為它們將成為（wéi）法規框（kuàng）架的一部分，按照這（zhè）些協調後的標準，這些發動機會被認為符合（hé）了"ATEX指令”中（zhōng）必要的安全要求（qiú）。委員會對於內燃機（jī）所製訂的安（ān）全標準是CEN/TC270，第2工作組正在起草標準pr.EN1834-1。根據公（gōng）眾的建議，“在有潛在爆炸危險的地區使用內燃機”的（de）標準草案目前已經發布。

（5）柴油發動（dòng）機一英國近海工（gōng）業標準

己有的英國近海工業安全操作標準包括：

LloydsOpenDeckZone2areas，OCMA-MEC1，BS5908Zones1and2，ShellISO27，Chevron，ABSandEEMUANo.107（1992），BritishPetroleumBP200。這些都將在（zài）新的E.C.標準（zhǔn）中成為（wéi）修訂的對象。

建立在英國蘇塞克斯的Shoreham海邊的"Pyroban”替换关键词20年來一直致力於設計和製造柴油發動機防爆裝置，並且被認為在這項技術中處於世界領先地位。Pyroban與一些柴油發動機製造（zào）商如"IvecoAifo"、DetroitDiesel，Vblvo和Caterpillar等聯合（hé），為特別危險地區的設備提（tí）供了適當的“電源組（zǔ）”，其中包括：

發電機組、水力電（diàn）源組、空氣壓縮機、消防泵、製冷機組，還有高（gāo）、中、低壓水泵（bèng）組。

由於引入與陸上危險地區工作相關的嚴（yán）格法規，“Pyroban火焰（yàn）防護”柴油發（fā）動（dòng）機目前在化學、製（zhì）藥及相關產業中常用於各種動力設備。這（zhè）種完全解決危險地區柴油發動機動力設備安全性（xìng）問題的趨勢毫（háo）無（wú）疑問將會繼續。

高壓泵組設計的未（wèi）來發展

已有的和未來的高壓泵組主發動機（jī）的設計，無（wú）論是柴油發動機還是電力發（fā）動機都（dōu）將（jiāng）受（shòu）與控製噪聲、大氣汙染和安全性相（xiàng）關的歐洲標準或國際標準影響。對（duì）於一個實際的泵，重點（diǎn）將（jiāng）會關注流體壓頭的（de）設計（jì）、安全裝置、提（tí）高包裝材料的壽命、方便的（de）維護以及節能特性等。