泵的分类和选型.ppt

Dreamoffreedom 自由在人间是一种不切实际的奢望 很小的时候我喜欢飞 可是我不会 但我依然向往那种在天空中没有任何东西触碰的感觉 连一根细线的接触都没有 只有风轻挠着自己的每一根神经发出 沙沙 声的快乐感觉 泵的分类和选型 2014 4 YD 第一节化工设备的材料和选材原则 材料分类 化工材料分为金属材料和非金属材料两大类 化工用金属材料又可分为黑色金属材料有色金属材料 黑色金属材料主要指铁和钢 多数化工机械设备是用铸铁和碳钢制成的 高合金铁 高合金钢 如高硅铁 高镍铁和各类不锈钢 以及镍 铜 铝 钛 锆及其合金 也广泛应用于化工生产中 非金属材料在化工中的使用日益广泛 主要有塑料 橡胶 玻璃 陶瓷 搪瓷 不透性石墨等类 塑料发展迅速 耐蚀性优良 应用最广泛 不透性石墨既耐热 耐酸 还具有高热导率 用量也较多 陶瓷 玻璃等耐酸性良好 但性脆 又不能制成大体积设备 所以其本身用途有限 但可用来搪 衬金属表面 制成耐蚀的搪瓷设备 搪 或衬 玻璃的槽 罐等 在金属与非金属之间 还有一种非晶质 态 合金 具有过冷液体的结构 耐蚀性很强 有些接近钽和贵金属 是一种发展中的材料 为了利用不同材料的优点 还发展了多种复合材料 其中有 金属与金属复合 如夹层金属板 利用高强度 低耐蚀的材料 如碳钢 铝合金 作底层 耐蚀性较高的材料 如纯铝 镍 钛 不锈钢等 作接触腐蚀介质的表层 非金属与非金属复合 如增强塑料 非金属与金属复合 如合金陶瓷 既有一定强度 又能耐高温 第一节化工设备的材料和选材原则 一般分类如下图 第一节化工设备的材料和选材原则 选材一般原则 1 满足工艺及设备要求 这是选材最基本的依据 根据工艺条件和操作条件 如温度 压力 介质 环境等 在机械强度 耐腐蚀和耐溶剂等性能上优先考虑 选用具有足够的强度和塑性 韧性 能耐受介质腐蚀的材料 2 材质可靠 使用安全 设备是化工反应的载体 是生产成败的场所 也是最应当注意安全和运行可靠的地方 因此 选用材料要做到万无一失 安全第一 当然 化工设备有国家规定的设计使用年限 在选材料时 还应考虑到有使用寿命的保证3 易于加工 性能保证不大受加工影响 化工设备总是由材料加工而成的 有些材料在加工过程中 可能导致一些性能恶化 有些材料加工困难等 都不是选材的首选或主要对象 因为材料性能在加工中的变化是不能控制的 而不易加工的材料势必影响造价 第一节化工设备的材料和选材原则 4 立足市场 立足国内 立足当地资源 化工设备使用材料用量一般小大 在尽量采用先进材料的同时 应市足于当地和国内市场 我国有相当丰富的资源 又有十分丰富的 占世界储藏量绝大部分的稀土元素 有一些特殊的金属如钨 锑 另外一些金属可能储量不丰富 选材时在保证质量的前提下 尽量采用我国资源丰富的材料 不仅可以节省投资 也促进了我国相关工业的开发和发展 5 综合经济指标核算 选材的目的是避免设备 建筑等过早地损坏 保证生产正常运转 这实质上是一个经济效益问题 希望选用的材料都是耐蚀性最优 价格最低 但往往耐蚀性最强的材料价格却很高 通常需要从材料价格 设备寿命 检修周期 维修费用 停产损失 事故可能性和废品价值等各方面来综合考虑 以选择最合适的材料 一般短期运转的中间试验设备 小型 间断操作设备和容易更换的零部件 可选用价格和耐蚀性较低的材料 大型连续生产设备 则要求寿命长 检修次数少 多采用价格较高 耐蚀性强的材料 第二节泵的设计与选型 1 泵的分类 泵是化工厂最常见的液体输送设备 具有构造简单 便于维修 易于排除故障 造价低 可以批量生产等优越性 泵的类型很多 分类也不尽统一 按泵作用于液体的原理可以将泵分为叶片式和容积式两大类 叶片式泵是由泵内的叶片在旋转时产生的离心力作用将液态吸入和压出 容积式泵是由泵的活塞或转子在往复或旋转运动中产生挤压作用将液态吸入和压出 叶片式泵又因泵内叶片结构形式不同分为离心泵 屏蔽泵 管道泵 自吸泵 无堵塞泵 轴流泵和旋涡泵 容积式泵分为往复泵 活塞泵 柱塞泵 隔膜泵 计量泵 和转子泵 齿轮泵 螺杆泵 滑片泵 罗茨泵 蠕动泵 液下泵 泵也常按其使用的用途来命名 如水泵 油泵 泥浆泵 砂泵 耐腐蚀泵 冷凝液泵等 也有以泵的结构命名的 如悬臂水泵 齿轮油泵 螺杆泵 液下泵 立式泵 卧式泵等 按工作原理和结构泵分类如下 第二节泵的设计与选型 2 泵的技术指标 1 型号 2 扬程 3 流量 4 必需汽蚀余量 5 功率与效率 1 型号 目前 我国对于泵的命名尚未有统一的规定 但在国内大多数的泵产品已逐渐采用英文字母来代表泵的名称 如泵型号 IS80 65 160 IS表示泵的型号代号 单级单吸清水离心泵 吸入口直径为80mm 排出口直径为65mm 叶轮名义直径为160mm 不同内型泵的型号均可从泵的产品样品中查到 如果要求的压头较高 可以采用多级离心泵 其系列代号为 D 如果要求的流量很大 可以采用双吸式离心泵 其系列代号为 Sh 耐腐蚀泵的系列代号为 F 油泵的系列代号为 Y 双吸式为 YS 液下泵的系列代号为 FY 杂质泵的系列代号为 P 2 扬程H 定义 它是单位质量的液体通过泵获得的有效能量 亦即单位重量的液体在泵进出口处的能量之差 单位为m 用H表示 由于泵可以输送很多种液体 各种液体的密度和黏度不同 为了使扬程有一个统一的衡量标准 泵的生产厂家在泵的技术指标中所指明的一般都是清水扬程 即介质为清水 密度为1000kg m3 黏度为1mPa s 无固体杂质的值 此外少数专用泵如硫酸泵 熔盐泵等 扬程单位注明为m酸柱或m熔盐柱 2 扬程H 泵的扬程用伯努利方程 计算 将泵的进出口设备作一个系统研究 以物料进口和出口容器的液面为基准 根据下式就可以很方便地算出泵的扬程 H z2 z1 p2 p1 r h2 h1 c22 2g式中Z1 吸入侧最低液面至泵轴线垂直高度 如果泵安装在吸入液面的下方 称为灌注 Z1为负值 m Z2 排出侧最高液面至泵轴线垂直高度 m p2 p1 排出侧和吸入侧容器内液面压力 Pa r 液体重力密度 kg m3 h2 h1 排出侧和吸入侧系统阻力损失 m或J N c2 排出口液面液体流速 m s g 重力加速度 约9 81m s2对于一般输送的液体c22 2g值很小 常忽略或纳入 h损失中计算 计算出的H不能作为选泵的依据 一般要放大5 10 即H选用 1 05 1 10 H 3 流量Q 泵在单位时间内抽吸或排送液体的体积数称为流量 其单位以m3 h或L s表示 叶片式泵如离心泵 流量与扬程有关 这种关系是离心泵的一个重要特性 称为离心泵的特性曲线 泵的操作流量指泵的扬程流量特性曲线与管网系统所需的扬程 流量曲线相交处的流量值 容积式泵流量与扬程无关 几乎为常数 离心泵的特性曲线 压头 流量 功率和效率是离心泵的主要性能参数 这些参数之间的关系 可通过实验测定 离心泵生产部门将其产品的基本性能参数用曲线表示出来 这些曲线称为离心泵的特性曲线 图6 5为IS100 80 125型离心泵在n 2900r min时特性曲线的特性曲线 图上绘有三种曲线 即 Q曲线 Q曲线表示泵的流量Q和压头 的关系 离心泵的压头在较大流量范围内是随流量增大而减小的 不同型号的离心泵 Q曲线的形状有所不同 如有的曲线较平坦 适用于压头变化不大而流量变化较大的场合 有的曲线比较陡峭 适用于压头变化范围大而不允许流量变化太大的场合 离心泵的特性曲线 P Q曲线 P Q曲线表示泵的流量Q和轴功率P的关系 P随Q的增大而增大 显然 当Q 0时 泵轴消耗的功率最小 因此 启动离心泵时 为了减小启动功率 应将出口阀关闭 Q曲线 Q曲线表示泵的流量Q和效率 的关系 开始 随Q的增大而增大 达到最大值后 又随Q的增大而下降 该曲线最大值相当于效率最高点 A点 泵在该点所对应的压头和流量下操作 其效率最高 所以该点为离心泵的设计点 选泵时 总是希望泵在最高效率工作 因为在此条件下操作最为经济合理 但实际上泵往往不可能正好在该条件下运转 因此 一般只能规定一个工作范围 称为泵的高效率区 高效率区的效率应不低于最高效率的92 左右 泵在铭牌上所标明的都是最高效率下的流量 压头和功率 离心泵产品目录和说明书上还常常注明最高效率区的流量 压头和功率的范围等 离心泵的特性曲线 离心泵的转数对特性曲线的影响离心泵的特性曲线是在一定转速下测定的 当转速由n1改变为n2时 其流量 压头及功率的近似关系为流量之比Q2 Q1 n2 n1 为速度三角形相似的条件 扬程之比H2 H1 n2 n1 2轴功率之比P2 P1 n2 n1 3上述公式使用条件 当转速变化小于20 时 可认为效率不变 用上式进行计算误差不大 4 必需汽蚀余量 h 汽蚀现象液体在一定温度下 降低压力至该温度下的汽化压力时 液体便产生汽泡 把这种产生气泡的现象称为汽蚀 汽蚀时产生的气泡 流动到高压处时 其体积减小以致破灭 这种由于压力上升气泡消失在液体中的现象称为汽蚀溃灭 泵在运转中 若其过流部分的局部区域 通常是叶轮叶片进口稍后的某处 因为某种原因 抽送液体的绝对压力降低到当时温度下的液体汽化压力时 液体便在该处开始汽化 产生大量蒸汽 形成气泡 当含有大量气泡的液体向前经叶轮内的高压区时 气泡周围的高压液体致使气泡急剧地缩小以至破裂 在气泡凝结破裂的同时 液体质点以很高的速度填充空穴 在此瞬间产生很强烈的水击作用 并以很高的冲击频率打击金属表面 冲击应力可达几百至几千个大气压 冲击频率可达每秒几万次 严重时会将壁厚击穿 在水泵中产生气泡和气泡破裂使过流部件遭受到破坏的过程就是水泵中的汽蚀过程 水泵产生汽蚀后除了对过流部件会产生破坏作用以外 还会产生噪声和振动 并导致泵的性能下降 严重时会使泵中液体中断 不能正常工作 4 必需汽蚀余量 h 汽蚀余量汽蚀余量指泵入口处液体所具有的总水头与液体汽化时的压力头之差 单位用米 水柱 标注 用 NPSH 表示 具体分为如下几类 NPSHa 装置汽蚀余量又叫有效汽蚀余量 越大越不易汽蚀 NPSHr 泵汽蚀余量 又叫必需的汽蚀余量或泵进口动压降 越小抗汽蚀性能越好 NPSHc 临界汽蚀余量 是指对应泵性能下降一定值的汽蚀余量 NPSH 许用汽蚀余量 是确定泵使用条件用的汽蚀余量 通常取 NPSH 1 1 1 5 NPSHc 4 必需汽蚀余量 h 为使泵在工作时不产生汽蚀现象 泵进口处必须具有超过输送温度下液体的汽化压力的能量 使泵在工作时不产生汽蚀现象所必须具有的富余能量称为必需汽蚀余量 用 h表示 单位为m 泵汽蚀余量是由泵本身的特性决定的 是表示泵本身抗汽蚀性能的参数 欲提高泵本身的抗汽蚀性能 必须尽量降低汽蚀余量 必需汽蚀余量 h即为吸程 即泵允许吸液体的真空度 亦即泵允许的安装高度 吸程 标准大气压 10 33m 汽蚀余量 安全量 0 5m 式中标准大气压能压管路真空高度10 33米 5 功率N与效率 有效功率Ne指单位时间内泵对液体所做的功 轴功率N指原动机传给泵的功率 N 0 94 其中 N电为泵的轴功率 为电机功率 泵的有效功率Ne可用下式计算 式中 H为扬程 Q为流量 为密度 g 9 81N Kg泵的效率 是泵的有效功率与轴功率的比值 反映泵的水力损失 容积损失和机械损失的大小 故泵的效率为 3 化工生产常用泵 离心泵就是根据离心原理设计的 高速旋转的叶轮叶片带动水转动 将水甩出 从而达到输送的目的 屏蔽泵 屏蔽泵由于没有转轴密封 可以做到绝对无泄漏 因而在化工装置中的使用已愈来愈普遍 其缺点是效率较低 屏蔽泵的原理和结构特点普通离心泵的驱动是通过联轴器将泵的叶轮轴与电动轴相连接 使叶轮与电动机一起旋转而工作 而屏蔽泵是一种无密封泵 泵和驱动电机都被密封在一个被泵送介质充满的压力容器内 此压力容器只有静密封 并由一个电线组来提供旋转磁场并驱动转子 这种结构取消了传统离心泵具有的旋转轴密封装置 故能做到完全无泄漏 屏蔽泵把泵和电机连在一起 电动机的转子和泵的叶轮固定在同一根轴上 利用屏蔽套将电机的转子和定子隔开 转子在被输送的介质中运转 其动力通过定子磁场传给转子 塑料泵 属于离心泵 轴流泵 轴流泵是靠旋轮叶轮的叶片对液体产生的作用力使液体沿轴线方向输送的泵 旋涡泵 旋涡泵有的又叫涡流泵 再生泵等 由于它是靠叶轮旋转时使液体产生旋涡运动的作用而吸人和排出液体的 所以称为旋涡泵 目前 一般旋涡泵的流量为0 2 27m3 h 属于小流量高扬程泵 不适于输送粘度大于5的较稠液体和含有固体颗粒的不洁净液体 但适于输送高挥发性和含有气体的液体 转子泵 转子泵 电动机通过减速器减速来带两个同步反转动的转子在旋转过程中于进口处产生吸力 真空度 从而吸入所要输送的物料 螺杆泵 水环真空泵 水环真空泵内装有带固定叶片的偏心转子 将水 液体 抛向定子壁 水 液体 形成与定子同心的液环 液环与转子叶片一起构成可变容积的一种旋转变容积真空泵 往复泵 往复泵是依靠泵缸内的活塞作往复运动来改变工作容积 从而达到输送液体的目的 隔膜泵 隔膜泵是利用螺杆的回转来吸排液体的 隔膜泵中间螺杆为主动螺杆 由原动机带动回转 两边的螺杆为从动螺杆 随主动螺杆作反向旋转 主 从动螺杆的螺纹均为双头螺纹 由于各螺杆的相互啮合以及螺杆与衬筒内壁的紧密配合 在泵的吸入口和排出口之间 就会被分隔成一个或多个密封空间 随着螺杆的转动和啮合 这些密封空间在泵的吸入端不断形成 将吸入室中的液体封入其中 并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排出端 将封闭在各空间中的液体不断排出 计量泵 计量泵可以计量所输送液体的机械 也叫定量泵 比例泵 其基本构造与往复泵同 液下泵 玻璃钢液下泵广泛用于化工行业 适于在贮罐上输送不含悬浮固体颗粒 不易结晶 温度不高于100 的各种非氧化性酸 盐酸 稀硫酸 甲酸 醋酸 丁酸 等腐蚀介质的最理想设备 即节省了空间有改善了操作环境 其缺点是效率不高 各种泵的特性 二 选泵的原则和步骤 泵是一种应用非常广泛 品种繁多的通用机械 正确选择泵的类型和型号是十分重要的 这直接关系到泵能否达到系统设计要求 泵的可靠性和使用寿命 泵的购置成本和寿命周期内总成本等 现实中 由于选型不合理 许多泵处于不正常状态运行 造成能源浪费 维修成本增加 甚至根本不能正常使用 所以 泵的选型需要认真进行 反复比较不同方案的优劣 以保证泵的正常运行 以下是选泵的原则和步骤 选泵的原则 1 满足要求所选泵的性能应满足工艺流程设计要求 2 选泵从简优先选择结构简单的泵 因为结构简单的泵与结构复杂的泵相比 前者具有可靠性高 维修方便 寿命周期内总成本低等优点 例如 单级泵和多级泵 叶片式泵和往复式泵 3 优选离心泵离心泵具有转速高 体积小 重量轻 结构简单 输液无脉动 性能平稳 容易操作和维修方便等特点 4 特殊要求安装在爆炸区域或特殊场合的泵 应根据爆炸区域等级 采用防爆电动机或其他有效措施 因此除以下情况外 应尽可能选用离心泵 1 有计量要求时 选用计量泵 2 小流量高扬程时 选用旋涡泵 往复泵 3 小流量高扬程 且要求流量 压力 无脉动时 选用旋涡泵 4 大流量低扬程时 选用轴流泵 混流泵 5 介质含气量75 流量较小且粘度小于37 4mm2 s时 选用旋涡泵 6 介质粘度较大 大于650 1000mm2 s 时 选用转子泵 往复泵 齿轮泵 螺杆泵 7 对启动频繁或灌泵不便的场合 选用有自吸性能的泵 如自吸离心泵 自吸旋涡泵 隔膜泵 8 有特别需要时 选用其他泵 如 喷射泵 软管泵等 选泵的步骤 1 确认环境条件包括环境温度 相对湿度 大气压力 空气腐蚀性 危险区域等级 防尘防水要求 2 确认操作条件指液体吸入侧液面压力 绝对 排出侧液面压力 间歇或连续工作 位置固定或移动 安装维修方便性 3 确认介质性质包括介质名称 温度 密度 粘度 饱和蒸汽压力 固体颗粒直径和含量 气体的含量 腐蚀性 挥发性 燃爆性 毒性 4 选定泵过流部件的材质根据泵送介质的物理化学性质主要考虑以下几个方面 1 介质的腐蚀性泵过流部件的耐腐蚀性能满足使用要求即可 不可追求过高的耐腐蚀性能 否则 将大幅度增加泵的购置成本 2 介质是否含固体颗粒因为固体颗粒的硬度和含量直接关系到泵过流部件的耐用性 3 介质的温度 压力 介质的温度 压力 越高 泵过流部件的材质强度应越高 一般的 温度 250 时 应选用铸钢件或钢件 4 有卫生级或禁止污染要求的介质选择相应的过流部件材质 另外 泵的结构应是便于清洗的 5 选定泵类型 泵类型 系列和型号的确定 1 泵的类型确定泵的类型应根据装置的工艺参数 输送介质的物理和化学性质 操作周期和泵的结构特性等因素合理选择 初步确定符合装置参数和介质特性的要求的泵类型 离心泵具有结构简单 体积小 重量轻 操作平稳 调节简单 流量稳定 性能参数范围广 易于制造 便于维修等优点 因此除以下情况外 应尽可能选用离心泵 a 有计量要求时 选用计量泵 b 扬程要求很高 流量很小且无合适小流量高扬程离心泵可选用时 可选用往复泵 如气蚀要求不高时也可选用漩涡泵 c 扬程很低 流量很大时 可选用轴流泵和混流泵 d 介质粘度较大 大于650 1000mm2 s 时 可考虑选用转子泵 如螺杆泵 或往复泵 粘度特别大时 可选用特殊设计的高粘度螺杆泵和高粘度往复泵 泵类型 系列和型号的确定 e 介质含气量大于5 流量较小且粘度小于37 4mm2 s时 可选用漩涡泵如允许流量有脉动 可选用往复泵 f 对启动频繁或灌泵不便的场合 应选用具有自吸性能的泵 如自吸式离心泵 自吸式漩涡泵 容积式泵等 2 泵系列的确定泵系列是指泵厂生产的同一类结构和用途的泵 如IS型清水泵 Y型油泵 ZA型化工流程泵 SJA型化工流程泵等 当泵的类型确定后 就可以根据工艺参数和介质特性来选择泵的系列和材料 如确定选用离心泵后 可以进一步考虑如下项目 根据介质特性决定选用哪种特性泵 如清水泵 耐腐蚀泵 或化工流程泵和杂质泵等 介质为剧毒 贵重或有放射性等不允许泄露物质时 应考虑选用无泄露泵 如屏蔽泵 磁力泵或带有泄露液收集和泄露报警装置的双端面机械密封 介质为液化烃等易挥发液体应选择低汽蚀余量泵 如筒型泵 泵类型 系列和型号的确定 根据现场安装条件选择卧式泵 立式泵 含液下泵 管道泵 根据流量大小选用单吸泵 双吸泵 或小流量离心泵等 根据扬程高低选用单级泵 多级泵 或高速离心泵等 以上各项确定后即可根据各类泵中不同系列的特点及生产厂的条件 选择合适的泵系列及生产厂 如确定选用计量泵后 可进一步考虑如下项目 当介质为易燃 易爆 剧毒及贵重液体时 常选用隔膜计量泵 为防止隔膜破裂时 介质与液压油混合引起事故 可选用双隔膜计量泵并带隔膜破裂报警装置 流量调节一般为手动 如需要自动调节时可选用电动或气动调节方式 泵类型 系列和型号的确定 3 泵型号的确定泵的类型 系列和材料选定后就可以根据泵厂提供的样本及有关资料确定泵的型号 即规格 容积式泵型号的确定a 工艺要求的额定流量Q和额定出口压力P的确定 额定流量Q一般直接采用最大流量 如缺少最大流量值时 取正常流量的1 1 1 15倍 额定出口压力P指泵出口处可能出现的最大压力值 b 查容积式泵样本或技术资料给出流量 Q 和压力 P 流量 Q 指容积式泵输出的最大流量 可通过旁路调节和改变行程等方法达到工艺要求的流量 压力 P 指容积式泵允许的最大出口压力 c 选型判据符合以下条件者即为初步确定的泵型号 流量Q Q 且Q愈接近 Q 愈合理 压P P 且P愈接近 P 愈合理 泵类型 系列和型号的确定 d 校核泵的汽蚀余量要求泵的必须汽蚀余量NPSHr小于装置