离心泵参数特性曲线.ppt

学习情境三油气集输站库常用机械设备 泵与压缩机的管理 离心泵的启动顺序1 检查紧固件及防护罩等安装装置 需要加油的加好油 2 搬动旋转泵轴 3 关闭泵出口阀 打开泵进口阀 4 放气 使泵内充满水 5 送电开泵 6 当出口压力升高后 慢慢开启出口阀 7 检查电流 轴封 压力 噪声等 离心泵停车的步骤为了保证离心泵的安全运行 启动前应对离心泵机组作全面仔细的检查 尤其是对新安装或检修后的泵 启动前更要注意做好检查工作 检查之后 也要重视停车操作 以延长车的寿命 保证离心泵能正常工作 离心泵停车操作如下 1 关闭真空表和压力表阀 2 慢慢关闭出口闸阀 然后停电机 离心泵停车注意事项 1 离心泵如先停电机而后关闭出口阀 压出管中的高压液体可能反冲入泵内 造成叶轮高速反转 以致损坏 2 如停泵后长时间不用或环境温度低于0 应将泵内水放出 3 对轴流泵一般压水管路上不设闸阀 可以直接停机 4 对于深井泵 停车后不能立即再次启动水泵 以防水流产生冲击 一般待5分钟以后才能再次启动 任务二离心泵的日常运行与管理 知识目标 掌握离心泵的性能参数及特性曲线 掌握离心泵工作点的确定及流量调节的方法 为调节或改变泵的性能提供理论依据 了解离心泵的串并联运行 了解离心泵安装高度的确定及相关计算 技能目标 能绘制离心泵的特性曲线 熟悉离心泵流量的调节方法 会确定离心泵的工作点 能解释离心泵的 气缚 和 气蚀 现象 分析原因并采取相应处理措施 一 离心泵的性能参数与特性曲线泵的性能及相互之间的关系是选泵和进行流量调节的依据 离心泵的主要性能参数有流量 压头 效率 轴功率等 它们之间的关系常用特性曲线来表示 特性曲线是在一定转速下 用20 清水在常压下实验测得的 1 离心泵的性能参数1 流量离心泵的流量是指单位时间内排到管路系统的液体体积 流量也称为送液能力 一般用表示 常用单位为m3 s或m3 h等 离心泵的流量与泵的结构 尺寸和转速有关 2 压头 扬程 离心泵的压头是指离心泵对单位重量 1N 液体所提供的有效能量 一般用表示 单位为J N或m H 泵出口处压力He 泵进口处真空表读数P2 泵出口处压力表读数h 压力表和真空表两侧压截面间的垂直距离U1 吸入管内水的流速U2 压出管内水的流速g 重力加速度 3 效率离心泵在实际运转中 由于存在各种能量损失 致使泵的实际 有效 压头和流量均低于理论值 而输入泵的功率比理论值要高 反映能量损失大小的参数称为效率 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 无容积损失时泵的功率与有容积损失时泵的功率之比称为容积效率 闭式叶轮的容积效率值在0 85 0 95 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来反映 额定流量下 液体的流动方向恰与叶片的入口角相一致 这时损失最小 水力效率最高 其值在0 8 0 9的范围 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来反映 其值在0 96 0 99之间 离心泵的总效率由上述三部分构成 即 3 1 3 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 通常 小泵效率为50 70 而大型泵可达90 4 轴功率由电机输入泵轴的功率称为泵的轴功率 轴所需的功率 也就是电动机传给泵的功率 轴功率是泵离心泵单位为W或kW 离心泵的有效功率是指液体在单位时间内从叶轮获得的能量 则有 3 1 4 式中 N0 离心泵的有效功率 W Q 离心泵的实际流量 m3 s H 离心泵的有效压头 m 由于泵内存在上述的三项能量损失 轴功率必大于有效功率 即 3 1 5 式中N 轴功率 kW 2 离心泵的特性曲线及其应用离心泵的用途是输送液体 使用者最关心的是它能输送多大排量 多大压头 或扬程 它的效率 及带泵电机的转速和功率 实用上常把上述特性参数间的关系画在直角坐标系中 这种曲线图称为离心泵的特性曲线 其中表示泵的排量和压头之间关系的特性曲线用途最大 了解和运用这种特性曲线 就能正确地选择和使用离心泵 确定合适的发动机功率 使泵在最有利的工况下工作 并能解决操作中所遇到的许多实际问题 获得离心泵特性曲线最方便 最可靠的途径是用实验方法直接进行测量 我国各有关制造厂在生产每一种型号的离心泵时 都要进行离心泵特性曲线的测试 并把实测取得的特性曲线列入泵的产品样本中 以供用户选择和使用 借助离心泵的特性曲线可以较完整地了解一台离心泵的性能 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离心泵的扬程H 轴功率N 效率 均随实际流速Q的大小而改变 通常用水经过实验测出Q H Q N及Q 之间的关系 并用三条曲线分别表示出来 这三条曲线就称之为离心泵的特性曲线 1 离心泵的H Q曲线是选泵和操作使用的依据离心泵的压头一般随流量加大而下降 在流量极小时可能有例外 这一点和离心泵的基本方程式相吻合 2 N Q性能曲线是合理选择驱动机和操作启动泵的依据离心泵的轴功率在流量为零时为最小 随流量的增大而上升 故在启动离心泵时 应关闭泵出口阀门 以减小启动电流 保护电机 般这时的输入功率比额定功率小得多 输入功率全部用于使液体发热去了 停泵时先关闭出口阀门主要是为了防止高压液体倒流损坏叶轮 3 Q性能曲线是检查泵工作经济性的依据额定流量下泵的效率最高 该最高效率点称为泵的设计点 对应的值称为最佳工况参数 离心泵铭牌上标出的性能参数即是最高效率点对应的参数 离心泵一般不大可能恰好在设计点运行 但应尽可能在高效区 在最高效率的92 范围内 工作 影响离心泵效率的因素有以下几点 三 离心泵的性能曲线1 H Q性能曲线2 N Q性能曲线3 Q性能曲线 离心泵铭牌上标出的性能参数即是最高效率点对应的参数 离心泵一般不大可能恰好在设计点运行 但应尽可能在高效区工作 影响离心泵效率的因素有以下几点 1 排量的影响实践证明离心泵的排量越大效率越高 当泵的比转速一定时 泵排量越大 尺寸也越大 这就使流道表面的相对粗糙度降低 水力效率相对提高 尺寸增大后 漏失间隙相对减小 从而减少了漏失 提高了容积效率 另外轴承 盘根等损失也随排量增大而相对减小 因此泵的总效率随排量的增加而增加 2 比转数的影响低比转数的泵由于叶轮径向尺寸相对较大 因此圆盘损失很大 当比转数等于30时 这一损失有时可达到泵有效功率的30 随着比转数的增加 这一损失逐渐减小 低比转数的泵容积损失也很大 这是由于当转速 排量相同时 低比转数泵的扬程相对高 因而漏失增加 对各种泵 由于加工精度 表面粗糙度 尺寸因素等影响 具体的损失数值可能有所不同 但其变化规律是一致的 当比转数增大到一定程度以后 再增加比转速时 圆盘损失和容积损失的减小就不明显了 当比转数过大时 由于水力效率的降低 反而会使泵的总效率降低 3 泵转速的影响对同一台泵 在一定范围内 随着转速的增加 效率增加 提高泵的转速还可以使泵的尺寸和级数减少 因此目前一些功率较大的泵有提高转速的趋势 4 其他影响泵效率的因素流道的表面粗糙度 流道形状 叶轮与蜗壳或导轮的相对位置对泵的效率也有很大的影响 除以上因素外 密封环的形状和间隙 盘根密封以及轴承等都会影响泵的效率 3 影响离心泵性能的因素分析和性能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 泵的转速等 当这些参数任一个发生变化时 都会改变泵的性能 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 曲线基本不变 但泵的轴功率与液体密度成正比 2 粘度的影响当被输送液体的粘度大于常温水的粘度时 泵内液体的能量损失增大 导致泵的流量 压头减小 效率下降 但轴功率增加 泵的特性曲线均发生变化 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 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 影响离心泵性能的因素分析和性能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 泵的转速等 当这些参数任一个发生变化时 都会改变泵的性能 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 与曲线基本不变 但泵的轴功率与液体密度成正比 2 粘度的影响当被输送液体的粘度大于常温水的粘度时 泵内液体的能量损失增大 导致泵的流量 压头减小 效率下降 但轴功率增加 泵的特性曲线均发生变化 二 离心泵的吸入特性在设计泵站和选择使用离心泵时 通常需要根据泵的吸入能力来确定或核算泵的安装高度 以保证正常地吸入液体 而离心泵能不能正常吸入液体又与泵在入口处的液流状况有密切关系 在离心泵入口处有时会遇到所谓 汽蚀 现象 破坏泵的正常工作 所以有必要研究汽蚀现象和允许吸入高度 1 汽蚀现象当叶轮进口处某点的压力降低到该输送温度下液体的汽化压力Pt时 就有一部分液体汽化 形成气泡 同时原来溶解在液体里的气体也变成气泡游离出来 这些气泡被液流带到压力较高的区域时又迅速凝结 在凝结过程中 气泡周围的液体就以很高的速度 向气泡中心运动 从而产生严重的水击现象 水击的地方产生非常巨大的瞬时压力 达几百大气压 如气泡紧贴在叶轮或流道其它部分的金属表面上 就会在这里使零件表面受到破坏 同时由于氧的析出和伴随气泡凝结过程所产生的高温高压 使零件表面受到化学腐蚀 这种液体的汽化 凝结 水击和腐蚀的综合就称为汽蚀现象 汽蚀现象的标志 泵扬程较正常值下降3 为标志 汽蚀的危害 1 泵体产生震动与噪音 2 泵性能 Q H 下降 3 泵壳及叶轮冲蚀 点蚀到裂缝 由上述可见 汽蚀主要是由于叶轮进口处的压力低于液体在该温度下的汽化压力引起的 叶轮进口处压力过分降低的原因可能是以下几方面 1 吸入高度太高 2 所输送的液体温度较高 3 气压太低 如泵在海拔较高处使用 4 泵内流道设计不完善而引起液流速度过高等 离心泵中最容易产生汽蚀现象的地方是在吸入管及叶轮进口处叶片的背面 从旋转方向看 叶片的前面挤压液体故压力较高 而背面的压力则较低 为了防止汽蚀现象的出现 保证正常吸入 在安装离心泵时应进行泵的最大允许吸入高度计算 2 离心泵的最大允许吸入高度离心泵的功用是将液体从一个较低的位置输送到另一个压力较大而位置也较高的地方去 在这个工作过程中 泵先要将液体从较低的位置吸上来 然后再经过泵输送出去 泵之所以能吸入液体 主要是依靠作用在吸水池液面上的压力P 大气压力 与叶轮进口处的压力之差 由于这一点 所以泵的吸高能力是有一定限制的 对离心泵来说 还要防止出现汽蚀现象 由能量平衡方程式可推出泵的允许几何安装高度 Hg1 泵允许汽蚀余量 m 由泵产品样本给出 吸入罐液面至泵吸入口全部流动阻力损失 m Pv 输送介质的汽化压力 由相关资料查出 当进口管路阻力增大时 允许安装高度降低 故应尽可能减小吸入管路的阻力 如 吸入管路尽量短 少走弯路 进口管路直径一般大于出口管路直径 进口管路上避免不必要的管件 如泵装于液面下可免装止逆阀 并且启动前不用灌泵 流量调节阀装于出口管路 实际生产过程中 管路的流量有可能发生变化 那么此时吸入管路的阻力也发生变化 若流量增大则允许安装高度减小 所以为避免在实际操作中由于流量的提高或其他参数 如液体温度 液面压力等 的变化而出现汽蚀现象 允许安装高度按可能出现的最大流量计算并且实际安装高度应低于允许安装高度 三 离心泵的装置特性1 管路特性曲线和离心泵的工作点当离心泵安装在特定管路系统操作时 实际的工作压头和流量 不仅遵循特性曲线上二者的对应关系 而且还受管路特性所制约 1 管路特性方程式和特性曲线泵的特性曲线是在恒定转速下泵的各项性能参数 管路特性曲线是管路一定的情况下 单位重量的液体流经该系统时 需外界给的能量 即系统扬程H 与流量Q之间的关系 把泵的特性曲线和管路特性曲线画在一张图上 两曲线的交点M就是泵运行时的工作点 图3 1 10管路特性曲线和离心泵工作点 2 离心泵的工作点离心泵在管路中正常运行时 泵所提供的流量和压头应与管路系统所要求的数值一致 此时 安装于管路中的离心泵必须同时满足管路特性方程与泵的特性方程 两特性曲线的交点 即离心泵的工作点M 对所选定的泵以一定转速在此管路系统操作时 只能在此点工作 若由于某种原因使泵的排量增大时 泵在比M点流量大的A点工作 这时泵给液体的能量将小于管路在此排量下所需消耗的能量 泵给液体的能量不足 这样 管路中液体的流速必然要减小 泵的排量也必然要减少 泵的工作点会自动地从A点移动到M点 同样 当由于某种原因导致泵的排量减小时 泵在B点工作 则泵给液体的能量大于管路消耗的能量 于是多余的能量就变成动能 使管路中液体流速增加 排量也就增大 泵的工作点就从B点恢复到M点 由此可见 泵的工作点必然建立在泵的特性曲线与管路特性曲线的交点上 2 调节离心泵工作点方法 1 闸阀调节 离心泵流量发生变化 改变管道系统特性曲线 直接也会影响工作点发生变化 2 变速调节 调节的是离心泵的自身情况 转速 外径自身运行性能曲线发生变化 工作点发生变化 3 变径运行调节 调节的是离心泵的自身情况 转速 外径自身运行性能曲线发生变化 工作点发生变化 3 离心泵的并联和串联操作当单台泵不能满足生产任务要求时 可采用泵的并联或串联 下面以两台性能相同的泵为例 讨论离心泵的组合操作的特性 离心泵的并联多台水泵联合运行 通过连络管共同向管网或高位水池输水的情况 称为并联工作 显然 在同一压头下 并联泵的流量为单台泵的两倍 两台型号相同的离心泵并联后 其特性曲线可用单泵特性曲线合成 当管路特性曲线不变时 并联后的流量增加 但小于两台单泵的流量之和 Q并 2Q单而H并 H单并联泵的工作点由并联特性曲线与管路特性曲线的交点决定 由于流量加大使管路流动阻力加大 因此 并联后的总流量必低于单台泵流量的两倍 而并联压头略高于单台泵的压头 并联泵的总效率与单台的效率相同 图3 1 14离心泵的两泵并联 水泵并联工作的特点 1 增加供水量输水干管中流量 各台并联水泵出水量之总和 所以它可以增加供水量 2 调节流量用户的需水量是总在变化的 白天和晚上供水量要求就不一样 通过调节流量达到节能目的 利用开泵台数可调节流量 3 提高运行的灵活性和供水的可靠性在供水过程中有一台泵出现问题 另一台泵可以开启 以能达到续继供水目的 设计时具有备用泵 离心泵的串联水泵串联是指一台泵的出口向另一台泵的进口输送流体 两台型号相同的泵串联后 其特性曲线可用单泵特性曲线合成 当管路特性曲线不变时 串联后的压头增加 小于两台单泵的压头之和 即H串 2H单 而Q并 Q单 同样 串联泵的工作点由合成特性曲线与管路特性曲线的交点决定 两台泵串联操作的总压头必低于单台泵压头的两倍 流量大于单台泵的 串联泵的效率为Q串下单台泵的效率 图3 1 15离心泵的串联 四 离心泵的选用1选泵的基本原则 1 必须满足生产工艺提出的流量 扬程及输送油品性质的要求 2 离心泵应有良好的吸入性能及可靠的密封 3 离心泵应具有较宽的高效工作区 以使在流量调节时仍能保持其运行的经济性 4 在基本性能满足的前提下 所选离心泵应结构紧凑 成本低 5 其他特殊要求 如防爆 抗腐蚀等 2 选泵的方法和步骤 1 列出基础数据 根据工艺条件 详细列出基础数据 包括介质的物理性质 如密度 粘度 饱和蒸气压 腐蚀等 操作条件 如操作温度 泵进出口两侧罐内压力或管内压力 处理量等 以及泵所在的位置情况 如环境温度 海拔高度 装置情况及排出侧设备内液面至泵中心线的垂直高度和管线当量长度等 2 估算泵的流量和扬程 当工艺设计中给出最小流量 正常流量和最大流量时 选泵可直接采用最大流量 若只给出输送的正常流量Qp 则应采用适当的安全系数估算泵的流量 一般取Q 1 05 1 10 Qp 当工艺设计中给出所需最大扬程时 可直接采用 若需要估算扬程时 应先画出泵装置的立体流程图 表明离心泵在流程中的位置 标高 距离 管线长度及管阀件数量等确定泵的扬程Hp 一般取H 1 05 1 15 Hp 3 选择泵的类型及型号 先根据被输送介质的性质确定泵的类型 再按工艺要求的流量和扬程 参考泵类产品样本 选择泵的型号 4 校核泵的性能 在实际生产过程中 为了保证泵正常运转 防止汽蚀发生 要根据工艺流程要求对泵进行性能校核 不能满足要求时 必须另选其他泵 或变更泵的位置 或采取其他措施 5 计算泵的轴功率和驱动机功率 根据输送介质及工作点参数 Q H n 可以求出泵的轴功率 选用驱动机的功率时应考虑10 15 储备功率 典型案例 1 搞清楚离心泵的气缚与汽蚀 扬程与升扬高度的区别和联系 答 1 气缚是指启动前没灌泵或吸入管路不严密 致使泵壳内被气体占据 泵虽启动但因泵的入口不能造成足够的低压 从而不能吸上液体 汽蚀现象则指泵在运转中 入口附近某处压力低于操作条件下工作介质饱和