《泵与压缩机》PPT课件.ppt

泵与压缩机,孙绛雪,内容提要,1.概述 2.输油离心泵 3.其他类型泵 4.压缩机,概述,流体机械 以流体（气体、液体、粉体）为工质进行能量转换、处理与输送的机械。,输油泵,概述,一、泵在石油储运中的作用及地位,泵的作用是提高液体的位能、压能或增加液体的输送量以及进行能量传递。在原油长距离输送管道生产中，泵是输油生产的心脏设备。,二、泵的分类及应用范围,按泵的工作原理分类,1.容积泵 是依靠泵内工作容积的大小做周期性的变化来输送液体的机器。此类泵又可分为往复泵和转子泵。属于往复泵的有活塞式往复泵、柱塞式往复泵和隔膜式往复泵等；属于转子泵的有齿轮泵、螺杆泵和滑板泵等,概述,2.叶片泵 是依靠泵内做高速旋转的叶轮将能量传递给液体，从而实现液体输送的机器。 此种类型的泵可按叶轮结构的不同分为离心泵、轴流 泵、混流泵及旋涡泵等，如图1-1所示。,概述,3.其他类型泵 除容积泵和叶片泵以外的特殊泵。属于这一类型的泵主要有流体动力作用泵、电磁泵等。流体动力作用泵是依靠一种流体(液、气或汽)的静压能或动能来输送液体的泵，如喷射泵(见图12) 。,概述,三、泵的特点及应用范围,离心泵主要适用于大、中流量和中等压力的场合,往复泵主要适用于小流量和高压力的场合,转子泵和旋涡泵则适用于小流量和高压力的场合,第一章 离心泵,1.1 离心泵的基本原理 1.2 离心泵的分类及特点 1.3 离心泵的工作特点 1.4 离心泵的型号表示 1.5 离心泵的结构 1.6 离心泵的基本性能参数 1.7 离心泵的性能曲线 1.8 离心泵的串联和并联 1.9 离心泵的工况调节 1.10 离心泵的汽蚀现象与安装高度的确定 1.11 离心泵的运行,1.1 离心泵的基本原理,一、离心泵的工作原理 离心现象 作旋转运动雨伞上面的水滴 洗衣机内桶 棉花糖的制作,1.1 离心泵的基本原理,各部件的作用,叶轮:把泵轴的机械能传给液体,变成液体的压能和动能; 螺壳:收集从叶轮甩出的液体,导向排出口的扩散管,使液体流速降低,把部分动能转化为压能. 真空表和压力表:测量泵吸入口和排出口的压力; 底阀:在停泵或灌泵时防止泵内液体流回吸水池; 滤网:防止异物进泵; 顶部漏斗:用于开泵前的灌泵; 排出闸门:调节离心泵的流量.,1.1 离心泵的基本原理,吸上原理：,气缚现象：如果离心泵在启动前壳内充满的是气体，则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度，这样槽内液体便不能被吸上。这一现象称为气缚。,实际离心泵的工作过程,灌泵起动电机叶轮旋转甩液涡壳收集与能量转换排液；叶轮中心形成真空吸液再甩液 离心泵的工作过程实际上是一个能量的传递与转换过程，它把电动机高速旋转的机械能转换为被抽升液体的动能和势能。在这个传递与转换过程中，伴随着许多能量损失，这种能量损失越大，该离心泵的性能就越差，工作效率就越低。,1.2 离心泵的分类及特点,（一）按叶轮吸入方式,1.单吸式离心泵,一、分类,1.2 离心泵的分类及特点,2.双吸式离心泵,1.2 离心泵的分类及特点,(二)按级数分类,1单级离心泵 泵中只有一个叶轮的称为单级泵，单级离心泵是一种应用最为广泛的泵。由于液体在泵内只有一次增能，所以扬程较低。如图14所示为单级单吸离心泵。,2多级离心泵 同一根轴上串联两个以上叶轮的称为多级离心泵。级数越多压力越高,1.2 离心泵的分类及特点,(三)按扬程分类 (1)低压离心泵扬程100m。,(四)按额定压头分：低压泵、中压泵、高压泵、超高压泵。 低压离心泵：p5MPa。 (五)按叶轮比转数分：低比转数泵，正常比转数泵，高比转数泵 (六)按泵壳接缝形式可分为：水平中开式泵。垂直分段式泵。 (七)按输液性质分：水泵，油泵，酸泵，碱泵等。,1.3.离心泵的工作特点(与往复泵比较),主要优点： 1)流量均匀、平稳，噪声小； 2)结构简单紧凑，可用高速电机直接驱动，体积小，重量轻； 3)流量调节方便，易于实现自动化； 4)无往复运动零件，无往复运动惯性力，运动平稳，制造安装成本低； 5)泵中无阀，其他易损件也很少，检修费用少。 2.主要缺点： 1) 效率较低。 2）输送高粘度、含砂液体时问题较多。,1.4、常用离心泵型号的意义及表达方法,泵的型号一般由汉语拼音字母和数字表示，分四部分组成。,等,等,型号的第一部分,为阿拉伯数字，表示泵的吸入口直径。单位是毫米(mm)或英寸(in)。例如：150D170X9型泵的吸入口径为150mm；8Sh6型泵的吸入口径为8in。,型号的第二部分,为拼音字母，一定的字母就代表一种结构型式的离心泵，一般取泵名称中显示其结构特征的汉字的第一个拼音字母，容易记忆，也比较方便，现介绍如下： IS(旧型号BA、B)国际标准单级单吸悬臂式离心泵； S(旧型号Sh)单级双吸水平中开式离心泵； D多级单吸分段式离心泵； F悬臂式耐腐蚀离心泵； DA多级单吸分段式离心泵； DS多级双吸离心泵； DF多级耐腐蚀离心泵； DK多级中开式离心泵； ， G单级管道泵； J深井泵,型号的第三部分,由阿拉伯数字组成，较常见的有如下四种意义： (1)表示泵比转数的十分之一。例：6Sh9型号泵中的数字“9”，表示泵的比转数是90。 (2)表示泵的额定流量和扬程。例：6D100150型号泵中的“100150”，分别表示泵的额定流量是100m3h，扬程是150m。 (3)表示泵的额定扬程。例：2001343X8型号泵中的“43”，表示泵的单级扬程为43m。 (4)有少数泵表示特殊意义。部分水源深井泵表示额定流量，例：10J80X3型号泵中的“80“，表示额定流量是80m3h。,型号的第四部分,为阿拉伯数字，表示离心泵具有的叶轮级数。例：D300150X11型离心泵的叶轮级数为11级；D155170X9型离心泵的叶轮级数为9级。 目前，有些水泵厂采用国际标准生产的水泵，其型号意义比较特殊。例如：长春第一水泵厂生产的，IS8065160型单级单吸悬臂式离心泵，“IS表示采用国际标准的离心泵；“80”表示吸入口直径为80mm；“65”表示排出口的直径为65mm；“160”表示叶轮的名义直径为160mm。,实例,(1).2 B6A 依次表示吸入口直径为2英寸，单级单吸悬臂式离心泵,比转速为60，叶轮经过一次切割。 (2) 250 D60X5 依次表示吸入口直径为250mm，多级分段式离心泵,单级扬程为60m，5级叶轮。 (3).D 155 170X11 依次表示电动多级分段式离心泵,额定流量为155m3/h，单级杨程170m，共有11级叶轮。 (4).6D100 150X11 依次表示吸入口直径6英寸，多级分段式离心泵,额定流量为100m3/h，单级杨程150m，共有11级叶轮。 5. DFl40-150x11 依次表示耐腐蚀多级离心泵,额定流量为140m3/h ,单级杨程150m,共有11级叶轮.,1.5 离心泵的结构,1.5.1离心泵的结构,泵盖、泵体(又称泵壳)、叶轮、填料函、泵轴、联轴器、轴承及托架等,1.5 .1离心泵的结构,(一)单级单吸离心式泵 1B型泵 一般 Q=5-360m3/h,H=8-98m水柱,1.5.1 离心泵的结构,2. IS型泵,1.5 .1 离心泵的结构,（二）单级双吸式离心水泵,一般Q=90-6500 m3/h,H=10-104 m水柱,1.5 .1离心泵的结构,（三） 多级离心泵,特点：多个叶轮和导叶，一个叶轮和导叶组成一级，各级结构相同，由段隔开，各段和吸入端、排出端用长螺柱联接。轴向力用自动平衡盘平衡；两端径向轴承用强制润滑方式。,1.5 .1离心泵的结构,1.5.2 离心泵的主要零部件,一.叶轮 它通常由612片后弯叶片所组成，一般不大于片，本身被固定在泵轴上并随之旋转。作用是将原动机的机械能直接传给液体，以提高液体的静压能和动能。根据其结构和用途分为开式、半开式和闭式三种。 闭式叶轮：叶片两侧带有前后两块盖板，液体在两叶片间通道内流动时无倒流现象，适于输送较清洁的流体，输送效率高，一般离心泵多采用这种叶轮。 半开式叶轮(半闭式叶轮)：吸入口一侧无前盖板，适于输送含小颗粒的溶液，输送效率低。 开式叶轮：没有前后盖板。适于输送含大颗粒的溶液，效率低。 ,闭式叶轮清水泵 半开式叶轮污水泵、稠油泵、砂泵、高速泵。 开式叶轮轴流泵。 双吸叶轮双吸清水泵。,1.5.2 离心泵的主要零部件,1.5.2 离心泵的主要零部件,注：实际上离心泵叶轮的叶片全都采用向后弯曲。 原因：1.随着出口角的增大，出口的绝对速度增大，动能损失增大； 2.出口角太大的叶轮，工作时有振动，工作不稳定。,1.5.2 离心泵的主要零部件,二、蜗壳与导轮 作用 : 一是汇集叶轮出口处的液体，引入到下一级叶轮入口或泵的出口； 二是将叶轮出口的高速液体的部分动能转变为静压能。一般单级和多级泵常设置蜗壳，分段式多级泵则采用导轮。,1.5.2 离心泵的主要零部件,1.5.2 离心泵的主要零部件,1蜗壳 蜗壳是指叶轮出口到下一级叶轮入口或到泵的出口管之间、截面积逐渐增大的螺旋形流道。其流道逐渐扩大，出口为扩散管状。液体从叶轮流出后，其流速可以平缓地降低，使很大一部分动能转变为静压能。,优点,制造方便，高效区宽，车削叶轮后泵的效率变化较小。,缺点,蜗壳形状不对称，在使用单蜗壳时作用在转子径向的压力不均匀，易使轴弯曲，所以在多级泵中只是首段(进入段)和尾段(排出段)采用蜗壳，而在中段采用导轮装置。,1.5.2离心泵的主要零部件,2导轮 导轮是一个固定不动的圆盘，正面有包在叶轮外缘的正向导叶，这些导叶构成了一条条扩散形流道，背面有将液体引向下一级叶轮人口的反向导叶。液体从叶轮甩出后，平缓地进入导轮，沿着正向导叶继续向外流动，速度逐渐降低，大部分动能转变为静压能。液体经导轮背面的反向导叶被引入下一级叶轮。,1.5.2 离心泵的主要零部件,三、密封装置（目的:防止内漏、外漏和空气吸入泵内） .密封环 叶轮与泵壳之间密封：叶轮密封环（口环） 目的：防止获得能量的液体漏回叶轮吸入口 离心泵的叶轮做高速转动，因此它与固定的泵壳之间必有间隙存在，从而造成叶轮出口处的液体通过叶轮进口与泵盖之间的间隙漏回到泵的吸液口，以及从叶轮背面与泵壳间的间隙漏出，然后经填料函漏向泵外。为减少这种泄漏，必须尽可能地减小叶轮和泵壳之间的间隙。但是间隙过小容易发生叶轮和泵壳的摩擦，这就要求在此部位的泵壳和叶轮前盖入口处安装一个密封环，以保持叶轮与泵壳之间具有较小的间隙，减少泄漏。当泵运行一段时间后，密封环被磨损造成该处间隙过大时，应更换新的密封环。,1.5.2 离心泵的主要零部件,平接式：结构简单,但能产生附加水力损失。 直角式：水力损失小，密封效果好，被广泛应用。 迷宫式：密封效果好，但结构复杂，安装与制造工艺要求高。,1.5.2 离心泵的主要零部件,、轴封装置 轴与泵壳处会产生液体泄漏，所以在此必须有轴封装置。轴封装置便能阻止液体向外泄漏，提高泵的容积效率。离心泵常用的轴封装置有填料密封装置和机械密封装置。,（一）填料密封,(1)石墨或黄油浸透的棉织填料 常用于低压离心泵输送常温清水(T313K)。 (2)石墨浸透的石棉填料 适于输送温度低于523K，压力不超过10102kPa的液体。 (3)金属箔包石棉芯子填料 适于输送石油产品，允许工作压力为25102kPa，最高温度为673K。 填料密封标准:正常压力和转速下,盘根漏失量10滴/分为合格.,1.5.2 离心泵的主要零部件,(二)机械密封 机械密封又称端面密封，它是依靠一组研配的密封端面形成的动密封。机械密封的种类很多，但工作原理基本相同，其典型结构如图1-65所示。,l.机械密封主要组成部分 (1)主要动密封件 动环和静环。动环与泵轴一起旋转，静环固定在压盖内，用防转销来防止它转动。依靠动环与静环的接触端面A在运动中始终贴合，实现密封。 (2)辅助密封元件 包括各静密封点(B、C、D)所用的O形(或V形)密封圈。 (3)压紧元件 弹簧。 (4)传动元件 传动座及键或固定销钉。,1.5.2 离心泵的主要零部件,2密封点的密封原理 动密封点A 在动环与静环的接触面上，它主要靠泵内液体压力及弹 簧力将动环压贴在静环上，防止A点泄漏。但两环的接触面A上总会有少量液体泄漏，它可以形成液膜，一方面可以阻止泄漏，另一方面又可起润滑作用。为保证两环的端面贴合良好，两端面必须平直光洁。 静密封点B、C、D 用有弹性的O形(或V形)密封圈压于静环和压盖之间，依靠弹簧力使弹性密封圈变形而密封。密封点C在动环与轴之间，此处也属静密封，考虑到动环可以沿轴向窜动，可采用具有弹性和自紧性的V形密封圈来密封。密封点D在填料密封箱与压盖之间，也为静密封，可用密封圈或垫片作为密封元件。,1.5.2 离心泵的主要零部件,四、轴向力及其平衡装置 (一)轴向力的产生及危害,由于轴向力的存在，使泵的整个转子发生轴向窜动，造成振动并使叶轮入口外缘与密封环产生摩擦，严重时使泵不能正常工作，因此必须平衡轴向力并限制转子的轴向窜动。,离心泵工作时，由于叶轮两侧液体压力分布不均匀(轮盖侧压力低，轮盘侧压力高)，如图1-58所示，而产生一个与轴线平行的轴向力，其方向指向叶轮人口。,1.5.2 离心泵的主要零部件,（二）轴向力的平衡 1.单级离心泵轴向力的平衡,（1）叶轮上开平衡孔 （2）采用双吸叶轮 （3）采用平衡管 （4）采用平衡叶片,1.5.2 离心泵的主要零部件,2多级离心泵轴向力的平衡 分段式多级离心泵的轴向力是各级叶轮轴向力的叠加，其数值很大，不可能完全由轴承来承受，必须采取有效的平衡措施。,1) 叶轮对称布置,思考：奇数缸的情况,1.5.2 离心泵的主要零部件,2）平衡鼓 3）平衡盘,4）平衡盘与平衡鼓的组合,平衡盘,单向止推盘,在级数较多时,开始启动的一瞬间排出端压力没有建立起来以前, p2很小,产生很大的不平衡,为此7级以上的高压泵在高压端轴承外侧配有单向止推盘,以承受这瞬时不平衡力,保护平衡盘，免受磨损.即止推盘在极限工作位置时,转子应转动灵活(b0min =0.02-0.05).,五泵轴,泵轴是将动力传给叶轮的主要零件，轴上装有叶轮、轴套等零件，借轴承支撑，在泵体中高速回转。离心泵运行中，泵轴在承受很大扭矩和弯矩情况下，其最大挠度不能超过泵内的最小密封间隙，所以泵轴的强度、刚度及加工后的精度必须得到保证。,泵轴,六轴承,轴承承受径向和轴向载荷，是支撑离心泵转子的部件。它分滚动轴承与滑动轴承两大类。 滚动轴承间隙小，能保证轴的对中性，摩擦系数小，泵起动力矩小，轴承的轴向尺寸小，而且互换性好，维修方便。但承受冲击能力差，高速时有噪音；安装要求准确；而且承载能力有限。因而高转速大型离心泵，都用滑动轴承，注水泵就是用滑动轴承。,滑动轴承,滑动轴承是由轴承盖、上轴瓦、下轴瓦及轴承体组成。轴瓦内表面镶有巴氏合金，以承受压力和起耐磨作用。轴承体下部有油室及冷却水套。滑动轴承一般用油环带油润滑。由于润滑油具有吸振能力，所以滑动轴承能承受较大的冲击载荷。对于大型泵还采用自动调心滑动轴承，轴瓦球面能自动调心。高压注水泵和配用电机就是这种轴承；它加工较复杂，并由专门润滑系统提供强制润滑油。,1.6 离心泵的基本性能参数,(一) 流量 单位时间内泵所排出的液体量称为泵的流量。流量又分为体积流量和质量流量。体积流量用Q表示，单位为m3s、m3h或Ls。质量流量用G表示，单位为kgs或th。 质量流量与体积流量的关系为： G =Q 式中-输送温度下液体的密度，kgm3,1.6 离心泵的基本性能参数,(二)扬程 单位质量的液体，从泵进口到泵出口的能量增值称为泵的扬程，即单位质量的液体通过泵所获得的有效能量。扬程常用符号h表示，单位为Jkg。 在实际生产中，习惯将单位重量的液体，通过泵后所获得的能量称为扬程，用符号H表示，其单位为m，即用高度来表示。,扬程的值由实验测定： 在泵的入口和出口间列柏努利方程，以单位重量流体为基准：,1.6 离心泵的基本性能参数,(三)转速 离心泵的转速是指泵轴每分钟的转数，用符号n表示，单位为rmin。在SI制中转速为泵轴每秒钟的转数，用符号nf表示，单位为1s，即Hz。,(四)功率和效率 1功率 功率是指单位时间内所做的功，有以下几种表示法。 (1)有效功率单位时间内泵对输出液体所做的功称为有效功率，用Ne表示，计算公式为： (2)轴功率单位时问内由原动机传递到泵主轴上的功率，用N来表示，单位为W，即Js。,1.6 离心泵的基本性能参数,2.效率 效率是衡量离心泵工作经济性的指标，用符号来表示。由于离心泵在工作时，泵内存在各种损失，所以泵不可能将驱动机输入的功率全部转变为液体的有效功率。 值越大，则泵的经济性越好。,效率 离心泵在实际运转中，由于存在各种能量损失，致使 液体获得的能量小于输入泵的功率。反映能量损失大小的参 数称为效率，以表示。 离心泵的能量损失包括以下三项，即 (1)容积损失 即泄漏造成的损失v。 (2)水力损失 由于液体流经叶片、蜗壳的沿程阻力，流道面 积和方向变化的局部阻力，以及叶轮通道中的环流和旋涡等 因素造成的能量损失。这种损失可用水力效率h来反映。 (3)机械损失 由于高速旋转的叶轮表面与液体之间摩擦，泵 轴在轴承、轴封等处的机械摩擦造成的能量损失。机械损失可用机械效率m来反映。 离心泵的总效率由上述三部分构成，即 =vhm,离心泵的效率与泵的类型、尺寸、加工精度、液体流量和性质等因素有关。 泵的效率越高，说明泵内的功率损失越小。泵铭牌上的效率是指泵的最高效率，油泵一般为60一70，水泵一般为70一80，有些大型泵的效率超过80。,(五)允许吸上高度 泵的允许吸上高度也叫允许吸上真空度。它表示离心泵能吸上液体的允许高度。用H或Hs表示，单位为m。为了保证泵的正常工作，必须规定这一数值，以保证泵入口液体不汽化，不产生汽蚀现象。,（六）比转数 任何一台泵，根据相似原理，可以利用比转数ns，按泵叶轮的几何相似与动力相似的原理对叶轮进行分类。比转数相同的泵即表示几何形状相似，液体在泵内运动的动力相似。,1.7、离心泵的性能曲线 离心泵的性能曲线是指在一定的工作转速下，扬程H、功率N和效率等随泵流量Q的变化规律，分别用H-Q、N-Q和-Q等来表示，称为泵的性能曲线。离心泵的性能曲线不仅与泵的形式、转速、几何尺寸有关，同时与液体在泵内流动时的各种能量损失和泄漏损失有关。 各种型号的离心泵都有其本身独有的特性曲线，且不受管路特性的影响。但它们都具有一些共同的规律。,一、离心泵的特性曲线及其用途,1离心泵的特性曲线的测定 实验方法： 1）打开进水闸门，关闭排出闸门， 启动泵并稳定在某一稳定转速n, 纪录该工况下的H,Q,和N轴（=M=nM/30或=31/2IUcos电）； 2）调节排出闸门到某一开启度，第二次纪录以上参数； 3）调大排出闸门，第三次纪录 直至闸门全开为止。 4）以Q为横坐标，分别以H, N轴和（=gQH/ N轴）为纵坐标，做点，描线，即得。,2.离心泵的特性曲线的特点,1）离心泵的转速一定时有一组固定的特性曲线,如图32所示。对应不同的转速有不同的特性曲线。 2）每一个流量都对应一组特性参数，它代表着一种工作状态，简称工况。对应最高效率时的工况为最优工况，相应的参数为Q优、N优；使用时，应尽量使离心泵在最有工况附近工作，以获得较高的效率。 3）泵制造厂的样本上所绘出的离心泵特性曲线都是用清水，在200C条件下实验测定的，因此都是输水特性曲线。当泵输送液体的粘度、密度等与200C清水不同时还需要进行特性曲线的换算。,3、 离心泵的特性曲线分析,从曲线中可以看出：扬程H随流量Q的增大而下降；轴功率N随流量Q的增大而增大；允许吸入高度Hs随流量Q的增大而下降；允许汽蚀余量h随流量Q的增大而增大；效率随流量Q的增大而提高，但当流量Q增大到某一数值时，效率非但不再增加，反而下降。效率最高点A，称为泵的最佳工况点。与该点相对应的流量、扬程、轴功率即为泵铭牌上规定的额定流量、额定扬程和额定功率。,1）H曲线 说明离心泵可以用调节排出闸门的方法调节泵的排量，当关闭排出闸门时压头达到最大，但不会产生憋泵现象。,2）N轴-Q特性曲线，是合理选择离心泵动力机功率和操作启动泵的依据。动力机的功率必须大于离心泵工作范围内的最大功率；应选择功率最小的工况作为启动和停泵工况，以保护电机，防止过载。如一般离心泵在Q=0时轴功率最小，所以关闭排出闸门启动或停止离心泵最有利。,3）-Q特性曲线,是检验离心泵工作经济性的依据。最优工况点附近的区域称为高效工作区。一般取最高效率点以下7%范围内各点所对应的工况点为高效工作区。是离心泵的经济工作区。离心泵不在高效工作区工作是不合理的。,4）h-Q特性曲线,允许汽蚀余量h随流量Q的增大而增大.说明Q增大时,所需要留有的汽蚀余量h也要增大。,5） Hs -Q特性曲线,允许吸上真空度Hs随流量Q的增大而减小.说明Q增大时,所允许的安装高度应当降低。,离心泵性能的改变与换算,影响离心泵的性能的因素很多，其中包括液体性质（密度和粘度等）、泵的结构尺寸（如D2和2）、泵的转速n等。当这些参数任一个发生变化时，都会改变泵的性能，此时需要对泵的生产厂家提供的性能参数或特性曲线进行换算。,1液体物性的影响 （1）密度的影响 离心泵的流量、压头均与液体密度无关，效率也不随液体密度而改变，因而当被输送液体密度发生变化时，H-Q与-Q曲线基本不变，但泵的轴功率与液体密度成正比。,（）液体粘度对离心泵的特性曲线的影响,1随着液体粘度的增加，H-Q曲线和-Q曲线都要下降，N轴-Q曲线却要上升。原因是流道的边界层加厚，且液体的摩擦阻力增大。 2当被输送液体粘度比清水大10-20倍时，离心泵的特性曲线变化很小，即粘度影响可以忽略不计。当被输送液体粘度比清水大30-50倍时，泵的H-Q曲线与输水时仍很接近。但同一流量下的轴功率比输水时大。当被输送液体粘度比清水大50倍以上时，则同一流量下的轴功率和效率都有较大变化。其特性曲线就需要进行换算。 3.换算方法：前苏联国家石油机械研究设计院、美国水力协会。,图2-29,2离心泵转速的影响 由离心泵的基本方程式可知，当泵的转速发生改变时，泵的流量、压头随之发生变化，并引起泵的效率和功率的相应改变。当液体的粘度不大，效率变化不明显，不同转速下泵的流量、压头和功率与转速的关系可近似表达成如下各式，即 Q1、H1、N1-转速为n1时泵的性能； Q2、H2、N2-转速为n2时泵的性能；,3离心泵叶轮直径的影响 当离心泵的转速一定时，泵的基本方程式表明，其流量、压头与叶轮直径有关。对于同一型号的泵，可换用直径较小的叶轮（除叶轮出口其宽度稍有变化外，其它尺寸不变），此时泵的流量、压头和功率与叶轮直径的近似关系为 Q、H、N-转速为D2时泵的性能； Q、H、N-转速为D2时泵的性能；,1.7 离心泵的工作点,(三).离心泵的工作点 离心泵工况点的建立 任何一台离心泵都必须和管线系统联合工作. 1.泵向液体提供能量,其规律是泵的特性曲线H-Q. 2.管线系统消耗能量, 其规律是h-Q曲线.关系式为 h阻=(li/di+i)v2/(2g)=aQ2 称为管线特性曲线. 3.泵和管线系统联合工作的特点: 1)能量守恒,H=H静+h 2)质量守恒,Q=QG,1.7 离心泵的工作点,当离心泵安装在一管路中时，泵所提供的压头与流量，必然和管路所要求的压头与流量相一致才能工作，因此同时满足管路特性和泵特性的点称为泵的工作点。 ,有些低比转数的离心泵，其H-Q性能曲线常常是驼峰型的。 如图：使用一台H-Q性能曲线呈驼峰型的离心泵，把液体输送到一个高位储罐中去，同时，从储罐中又抽出比泵送的量小的液体。 现象：管路周期性的水击、噪音和振动。 喘振条件：1. H-Q性能曲线呈驼峰型；2.管路装置中有自由升降的液面。,1.8离心泵的串联和并联 1.串联工作,目的：是获得较高的压头.如图2-80 特点:Q1=Q2=Q, H=H1+H2; 串联特性曲线为, 工况点为A.各泵的工况点为A1、A2, 串联时必须注意使各泵在高效区内工作，并检查后一级的泵壳和密封的承受压力情况。,2.并联工作,目的：获得较大的流量.如图2-81 特点： Q=Q1+Q2, H=H1=H2, 总特性曲线为， 联合工况点为A/,各泵的工况点为A1、A2, 并联时也必须注意使各泵在高效区内工作。 当管路特性曲线太陡时，得不到较大的流量,3、两台特性相同的泵串联或并联工作,联合工作的工况与管线特性有关.如图2-82. I 为泵单独工作时的H-Q特性曲线; II 为两台泵并联工作时的H-Q特性曲线;,III 为两台泵串联工作时的H-Q特性曲线; 当管线特性曲线为H管-Q管时,串并联的效果相同； 当管线特性曲线为H/管-Q/管时,并联能获得较大的流量。 当管线特性曲线为H/管-Q/管时,串联能获得较大的压头。,思考：1-61图流量小于QC什么情况？图1-63C点说明什么？,两台同性能但相距很远的泵串联工作,泵1和2相距很远，进行串联工作（例如长输管道用油泵）时装置特性画法：在叠加两泵性能曲线之前，应先将泵间管路对泵的影响考虑进去。,离心泵在分支管路、交汇管路中工作的装置特性,1.在分支管路上的装置特性 经过一台泵（或几台串、并联）将油品同时输往二处或几处时，要采取分支管路来工作，如图。,油品经管经过泵后再沿管和管分别输送到两处。方法：画出管路特性曲线，管和是并联，曲线相加，然后和串联得到总管路曲线。,思考：怎样得到管中的流量,.在交汇管路上工作的装置特性,在石油生产中，矿区中各转油站的原油汇集后输往油库的管路属于交汇管路，如图设两泵分别从两油罐吸入油品，并经过两条相当长的管路把油品送到汇合点，然后经过管路把油品送到储油处。问题：如何得到管流量扬程？,1.9.离心泵的工况调节 对泵进行流量调节，实质上是改变泵的工作点。由于工作点是由泵及管路特性共同决定的，因此，改变任一条特性曲线均可达到流量调节的目的。 改变工况点三种途径： 改变泵特性曲线 改变管路特性曲线 同时改变泵和管路特性曲线,1、即调节排出闸门的开启度.如图2-77所示.优点是设备简单,调节方便,缺点是耗能大,效率低.,2、改变泵轴转速; 如图2-78,优点是不造成附加能量损失,调节效率高;缺点是需要变转速动力机或变频调速器,3.车削叶轮外径,车削定律:在车削量不大时，车削前后的特性参数关系是： Q/Q=D2/D H/H= (D2/D)2 N轴/ N轴= (D2/D)3 优点:与原泵几乎等效率,但只能车小.,泵的高效工作范围,4.调节吸入闸门的开启度 降低吸入压力使液体中的溶解气体分离为自由气体,流体粘度降低,密度下降,特性曲线改变.优点是节能,但要以不发生汽蚀为前提.,5、排出管线的旁路调节,在泵的排出管上另接一条旁路管线，使部分液体流回吸水池，从而达到既使离心泵正常工作，又使流量得到调解的目的。 6、离心泵的串并联,1.10 离心泵的相似理论及应用 一.离心泵的相似概念和相似公式,1相似条件 根据水力学的水动力相似理论，两台泵相似必须满足几何相似、运动相似、动力相似三个条件。在以下讨论中把两台进行比较的泵分别称为原形泵和实际泵，并用右上角打撇的参数表示实际泵的参数。 1）几何相似，即流道部分的几何形状必须相似：即对应尺寸成比例,对应结构角相等 D1/D1=D2/D2=b1/b1=b2/b2.= 2k=2k,2k=2k,Z=Z 2)运动相似,即两台几何相似的泵中,流道中对应点的流速方向一致,大小成比例 c2/c2=w2/w2=u2/u2=D2n/(D2n)=(n/n),3）动力相似 即流道内对应点上的力多边形相似,就是流道的对应点上液体的重力、压力和粘性力等都成一定的相似关系，其中主要是粘性力的影响。它主要取决于雷诺数的大小。在一般离心泵中，雷诺数都很大，因而雷诺数的一些差异对液流阻力及运动状态的影响不显著，所以，当前两个条件满足时，动力相似也往往是满足的。,2.相似公式,1）压头相似公式 H/H=2(n/n)2, 2）流量相似公式 Q/Q=3(n/n) 3）功率相似公式 N轴/ N/轴=（QH）/（Q/H/） 即： N轴/ N/轴=5（n/n/）3,可见： 1）泵的压头与线性尺寸及转速的平方成正比； 2）流量与线性尺寸的三次方、与转速的一次方成正比； 3）泵的轴功率与线性尺寸的五次方、与转速的三次方成正比； 4）三个基本相似公式适用于一切叶片式水力机械。 同一台泵在不同转速下工作时，相当于=1的相似泵，它们的特性参数关系是： H=H(n/n)2; Q=Q(n/n); N/轴= N轴（n/n)3,二.离心泵在改变转速时的特性曲线与通用特性曲线,利用以上相似公式，可以得出转速改变后的离心泵特性曲线。如图230所示,离心泵的通用特性曲线,利用变频调速电机驱动的离心泵可以在不同的各种转速下工作。把不同转速时的H-Q曲线绘在同一坐标系统内，并把各条H-Q特性曲线上相同效率的点联接起来，如图，称为离心泵的通用特性曲线。利用该曲线可以很快找到各转速下的参数关系或者相反，可以很快找到各转速下泵的高效工作范围。,三.离心泵的相似准数比转数,如何将同一类相似泵用同一个相似准数来描述？由相似公式： H/H=2(n/n)2.(1) Q/Q=3(n/n)(2) 为了消除，将(1)两端三次方，(2)两端二次方, H3/H3=6(n/n)6(3) Q2/Q2=6(n/n)2(4) 将(3)除以（4）并整理得 Q2n4/H3= Q2n4/H3=常数 两边各开4次方得 nQ/H3/4= nQ/H3/4=常数,由此可见,对一批相似泵,无论其尺寸大小如何,它们在相似工况时的特性参数之间存在着如上固定的关系。为了便于实际记忆和使用这个关系，取其中的一台相似泵作为标准泵，它的额定压头为H=1m水柱，有效功率N=/gQ/H/=0.735kW（即Q=O.O75m3/s）时所具有的转速n=ns定义为这类相似泵的比转数。 将上述数值代入上式，得 nQ/H3/4= ns0.075/13/4= ns0.2738 ns=3.65nQ/H3/4 定义：比转数是某一类相似泵的标准泵,该泵在额定压头为1米水柱,有效功率为0.735kW（1马力），最优工况，常温下打水时具有的转速。用ns表示。,可见： 1）一种类型的离心泵只有一个比转数，不同类型的离心泵具有不同的比转数。 2）某一台泵的比转数是其最优工况时的比转数. 3）以上比转数计算式适应于单级单吸泵计算;对于多级单吸泵 ns=3.65nQ/(H/k)3/4 对于单级双吸泵: ns=3.65n(Q/2)/(H)3/4,利用比转数ns的大小,可以把种类繁多的叶片式泵分为五类,如图43所示.,1.10 离心泵的汽蚀现象与最大安装高度,一. 离心泵的汽蚀 某温度下液体的饱和蒸汽压（汽化压力）为： 当吸入口最低压力小于此液体的饱和蒸汽压时，便出现汽蚀。 发生汽蚀的条件： 汽蚀特征：,离心泵工作时出现特殊的噪音、震动、伴随排量和压头 下降，严重时排量中断。这种现象通常是泵内出现了汽蚀 现象。,叶轮气蚀位置：, 汽蚀过程（原理）： 当 时，部分液体发生汽化，形成气泡；小气泡凝结在一起形成大气泡。气泡随液流进入高压区，液体压缩气泡产生气泡击溃现象（水击现象），水击时的瞬时压力能达到几十个兆帕（30MPa)，对金属表面产生很大的爆炸冲击作用；同时伴随电化学腐蚀。这一综合过程为汽蚀过程。 即：液体汽化气泡凝结高压水击电化学腐蚀。, 泵的安装高度过高，即吸入高度过高。 吸入管汇不合理，阻力太大。 如:管路太细、弯 头、闸阀多等。 液面压力太低。 液体温度高或易挥发液体。 防止汽蚀的充要条件：, 造成汽蚀的主要原因：,二. 泵的汽蚀余量、安装高度,液体被吸入泵内是由于： 即： 克服吸入管阻力损失，推动液体进入泵内。 从液面A到泵叶轮吸入口S 建立伯努利方程：,式中：Cs、ps 泵叶轮吸口处液体流速和此处压力。 ZAs 泵吸入高度（即泵安装高度）。 hAs 泵吸入管内流动阻力损失。 上式可写为：,上式中： 称为汽蚀余量（有效汽蚀余量） NPSHa ： 从叶轮吸入口压力Ps 到饱和蒸汽压 Pv 之间的范围宽度加上流动动能影响，被称为汽蚀余量或有效汽蚀余量，用：NPSHa表示。即： 汽蚀余量的意义：,标志泵抗汽蚀性能的好坏，它与吸入管特性和液体的汽化压力有关；与泵本身无关。,泵制造厂给出：最小汽蚀余量： 泵气蚀判断： 安全系数：n=1.11.3 许用汽蚀余量：NPSH=（1.11.3）NPSHr 离心泵不发生汽蚀的条件：NPSHaNPSH,泵的安装高度计算,前面导出公式： 安装高度： 则： 需用安装高度：,防止汽蚀的措施 两种方法：改进泵的结构形式或尺寸。 设计吸入管及吸入条件。 （一）改进泵的结构形式或尺寸 增大泵吸入口直径及叶轮叶片入口宽度和结构。 采用前置诱导轮，提高叶轮进口处吸入压力。 采用双吸式叶轮，使进口截面增大，流速减小。 合理设计叶片进口角度，减小流动损失。 采用抗汽蚀的材料，如不锈钢、稀土合金铸铁、高镍铬合金等。,前置诱导轮：,前置诱导轮,前置诱导轮式叶轮,（二）.合理设计吸入管及吸入条件 降低泵安装高度，缩短吸入管线。 用大直径吸入管，去掉闸阀、弯头等，减少吸入管阻力。 增大液面压力，采用倒灌方式或其它灌注形式。,1.11 离心泵转子的平衡,转子轴向力的不平衡问题:不平衡的危害:轴承受力情况恶化,过快磨损失效,磨损口环及叶轮;破坏盘根密封;磨损平衡盘.前面已讲过,不再赘述. 转子的径向力的不平衡问题. 现象1 :新装配的离心泵试泵过程中出现振动和噪音.各性能参数波动严重. 现象2:使用一个阶段后出现振动和噪音,并随时间的延长而加剧.各性能参数波动严重. 产生振动的主要原因是:零件的质量中心偏离它的旋转中心,或零件的质量分布与它的旋转中心不对称,旋转离心力或力偶不平衡.,一.高速旋转零件的不平衡问题,1.旋转零件不平衡的危害:产生附加载荷(不平衡离心力或力偶),产生振动和燥音,加速零件的失效,流量波动,诱发汽蚀. 但有时也利用这种不平衡和波动,为人民服务,如打夯机,振动抽油泵. 2.旋转零件产生不平衡的原因 1)零件的材料不均匀,如不均匀的缩孔、缩松、气孔、砂眼 2）加工误差和装配误差，使零件的质心偏离它的旋转中心. 3) 零件工作中的磨损、变形，如叶轮得不均匀磨损，轴承的磨损，支座的变形. 3.分类:静不平衡和动不平衡.,二.静平衡,盘类零件:是指直径远大于轴向尺寸的零件,如叶轮,平衡盘等. 如果其重心偏离旋转轴线,则产生不平衡力矩M=Wr,旋转离心力F=m2r振动,噪声流量,压力波动汽蚀,轴和轴承的磨损发热振动加剧破坏. 静不平衡的特点:静止时,重心总是停在最低处. 静不平衡的检验:简单静平衡检验台如下图. 将装有心轴的盘类零件置于平行的两条水平导轨上,使其自由转动,并在零件静止时,在通过零件旋转中心的垂线方向上做一个标记; 多次拨动零件,如果所做标记总是在垂线附近停止,则说明该零件为静不平衡零件.且重心,偏离的位置方向应为此时芯轴的下方. 如果所做标記可以在任意位置停止,则说明该零件为静平衡零件.,调节静平衡的方法:,1)附加材料法 在重心偏离的相反方向的适合附加材料的地方,附加一质量,取得零件的平衡. 2)去除材料法 在重心偏离方向上的适合去除材料的地方去除一质量,取得零件的平衡. 应附加或去除的金属重量必须符合下列关系 Wr= W/r/ 式中Wr被检验零件的不平衡重径积; W/应附加或去除的金属重量; r/ 附加或去除的金属的位置距旋转轴心的距离. 半径固定时, W/=Wr/r/ 材料固定时, r/=Wr/W/ 离心泵转子组装中一般均采用铣削去除材料法。,二.动平衡,轴类零件:轴向尺寸远大于径向尺寸的零件,如多级离心泵的转子总成、曲轴总成等. 对于轴类零件，即使完全达到静平衡,在高速旋转中，也仍然可能出现不平衡的现象称为动不平衡。以下分两种情况讨论： 1.旋转轴线上的动不平衡力偶.如图所示的叶轮虽然已经静平衡.m1L1=m2L2,但在旋转状态下仍产生不平衡力偶: F1=m1r12,F2=m2r22;F1=F2=F;二者轴相距离为,则不平衡力偶M=F =m1r12.若各叶轮的不平衡力偶同向累加,则在整个转子上产生一个较大的不平衡力偶,M=mi2rii, 其大小和方位,由动平衡试验机测出.,调整动平衡的方法： 在最末级叶轮上增加一个反方向力偶.一般采用磨削去材料的方法.,2.旋转轴线与总成的轴心线不重合,原因: 1.两轴承孔的加工或安装误差 2.轴承的磨损或偏磨 3.使用中,泵体的变形 虽然是静平衡零部件,但在高速旋转中,却产生不平衡力偶 M=mr2L 调整平衡的方法: 1.确保零件加工的形位公差;严格控制两轴承孔的同轴度误差. 2.保证轴承的良好润滑,尽量减少磨损和偏磨,及时更换磨损了的轴承. 3.泵基应平整牢固,紧固地角螺丝,防止泵体变形.,可见:静平衡的零件不一定是动平衡,但动平衡的零件一定是静平衡的.,三.为尽量减小动不平衡,多级离心泵使用和维护中应注意的问题,轴承应合格，具有合理的配合间隙 注意轴承的润滑和密封,减少磨损.及时更换已磨损的轴承. 分解离心泵时应注意拆卸顺序，将轴上的各运动零件做好记号,防止错乱. 注意所输送液体的滤清,防止砂子进泵,磨损叶轮. 防止汽蚀现象的发生。,1.12 多级离心泵的密封问题,一.密封的分类 (1)静密封:相对静止的结合面之间的密封称为静密封; 如:中开式泵壳的中分面密封,分段时泵段与段之间的密封,吸入和排出节头的法兰间的密封等.设计和装配合理时密封件几乎不磨损. (2)动密封:相对运动的结合面之间的密封称为动密封; 其中:动密封又分为:旋转式动密封和移动式动密封. 旋转式动密封又分为接触式和非接触式动密封. 如:叶轮与导叶间的口环密封为旋转式非接触动密封,泵轴与泵壳体间的轴封,轴承两端的油封等为旋转式接触动密封.,二.静密封的类型及特性,1.研合面密封: 结合面需要精密研磨加工,靠外力压紧密封.适用于p100MPa,t5500C 2.垫片密封 靠外力压紧垫片产生变形以填满密封面上的不平处;消除间隙而密封.对加工精度要求不高.常用的密封材料有纸垫，石棉，橡胶垫，塑料垫，金属柱、板、环，金属中空O形圈（用于高温高压); 3.O形橡胶密封圈 靠它在沟槽内形成的一定压缩量密封，O圈按标准选取,相应的沟槽应按标准设计.适用p100MPa,温度-602000C 4.聚四氟乙烯生料带 适用于管螺纹密封，t2600C 5. 液态密封胶 适用于间隙0.1的结合面密封，p1.6MPa,t3000C 6.厌氧胶密封：用于不仅需要密封，而且需要固定的结合面，加热到2000C时可拆。P5-30MPa. t100-1500C,三、静密封失效的原因及处理措施,密封面的腐蚀失效.在有电解质(如自然水)渗入的情况下,电化学腐蚀加快;处理措施:配合密封胶使用. 研磨面密封的压紧螺丝松动，结合面产生微动磨损.处理措施:装备时应保证其要求的压紧力矩,并可靠防松. 结合面粗糙变形;压紧螺栓变形、伸长；处理措施：修理或更换。 密封件老化、龟裂、变质、失去弹性，使密封失效。处理措施：更换。 渗透泄漏性失效。用棉、麻、石棉、皮革、纸等纤维材料制成的密封垫，纤维间具有微缝隙，很容易被介质浸透，在两侧压力差的作用下，介质从高压侧，通过这些微缝隙渗透到低压侧。处理措施：将密封件作浸渍处理。常用的浸渍材料有油脂、橡胶及合成树脂等。 值得注意的是：橡胶也会发生渗透泄漏。其中以异丁橡胶的渗透泄漏最少。,四动密封的类型及特性,1.接触型旋转动密封 (1)毡圈密封:结构简单,成本低,尺寸紧凑.对轴的偏心、窜动不敏感。但摩擦阻力较大，适用于脂润滑;当与其他密封组合使用时,也可用于油润滑.一般用于u5m/s, p0.1MPa, t900C的场合,如减速器轴封. (2) O形橡胶圈密封:利用安装沟槽使密封圈受到预压缩而密封,在介质压力作用下产生自紧作用而增强密封效果,O形圈具有双向密封能力.用于u6m/s,p35MPa, t-402000C的场合. (3)油封及防尘密封 (4)填料密封及成型填料密封 (5)机械密封 2.非接触型旋转动密封 （1）油沟、迷宫密封 （2）离心密封 （3）螺旋密封 （4）磁流体密封；,五.油封和防尘密封,1.离心泵轴承盒的密封用带密封唇的油封。 2.特点：单向密封唇对外防尘，对内封油轴的表面粗糙度和偏心对使用性能影响很大，振动对密封性能影响大一般轴的表面粗糙度取Ra0.80.2,一般带锁簧和骨架，以提高跟随性和密封性用于u4m/s,p0.3MPa, t-601500C的场合.当外部环境多灰尘、雨水及杂质时应采用带副唇的密封圈。 3.分类：按骨架形式分为: B内包骨架型, W外露骨架型, Z装配型；带副唇的在型号字母前加F, 4.型号表示 (GB/T138711992)例如:密封圈 B 070 090 10,表示内包骨架唇形密封圈,基本内径(轴径)70mm,基本外径90mm.圈宽10mm。 密封圈 FW 400 440 20 表示有副唇外露骨架唇形密封圈,基本内径(轴径)400mm,基本外径440mm.圈宽20mm。,5.油封漏油原因分析,1）轴承盒内加油过多.搅油耗功,油温高内压大; 2）轴承磨损或机体变形等原因,使旋转轴振动,唇口与轴的振动不协调; 3）轴表面粗糙度不合标准、表面划伤或有加工螺旋纹; 4）轴端导入角不合标准或有尖角和毛刺;唇口有伤痕或裂口; 5）轴承温度过高或其他原因,使密封圈过早的老化变质,随动性变差，以至失去密封作用. 6）密封圈装反或翻转翘起. 7）油封尺寸或精度不合格，或存放变形，使装配太松。 8）弹簧坏或骨架坏或油封被腐蚀。 9）轴和油封表面粘上油漆。,六.填料密封,填料密封主要做动密封,通常叫轴封.由于填料来源广泛,加工容易,价格低廉,密封可靠,操作简单,所以沿用至今. 填料 (盘根) 可分绞和填料与编结填料, 塑性填料,金属填料,碳纤维填料和柔性石墨填料.,绞合填料即把几股石棉线绞合在一起. 1.编结填料:以棉、麻及石棉纤维纺线后编织而成并在其中浸入润滑剂或聚四氟乙烯。 (1)编结方法：发辫式编结，窜心编结和夹心套层