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离心泵基础知识 1 泵的概述一 泵的含义通常把能提升液体 输送液体并给液体以能量 增加压力的机器统称为泵 二 泵的分类根据泵的作用原理 可分为三大类 1 叶片式 利用叶片与液体的互相作用来输送液体 如离心泵 混流泵 轴流泵 旋涡泵等 2 容积式 利用工作室的容积周期性的变化来输送液体 如活塞泵 柱塞泵 齿轮泵 螺杆泵 水环式真空泵等 3 其它类型泵 利用一部分流体流动时产生的能量来输送另一部分液体 如喷射泵等 2 三 离心泵的使用场合各种类型的泵使用范围也各不相同 在石油化工企业中目前使用最多的是离心泵 如 热油泵 主要用于200 以上高温下的油品及其溶剂等的输送 如各炼油装置中所用的热油泵 高压泵 除温度要求较高外 有的还需高压 如液压油泵等 液态烃泵 用于某些炼油装置中的烃类产品的输送 这种泵一般压力较高 因这类介质只在较高压力下才能形成液体 耐腐蚀泵 利用特殊材料制造的泵 用来输送酸 碱等强腐蚀介质 3 离心泵的定义及优缺点 定义 离心泵是根据离心力原理设计的 即高速旋转的叶片带动介质转动 从而将介质甩出以达到输送目的的一类动设备 优点 离心泵具有结构简单 体积小 质量轻 流量稳定 易于制造和便于维护等一系列优点 缺点 离心泵对高粘度液体以及流量小 压力高的情况适用性较差 并且在通常情况下启动之前需先灌泵 4 离心泵的分类按叶轮数目 可分为单级泵和多级泵 1 单级泵 只有一个叶轮 2 多级泵 两个叶轮以上称为多级泵 一个叶轮便是一级 级数越多扬程越高 按叶轮进液方式 可分为单吸式和双吸式 1 单吸式泵 液体从一侧进入叶轮 2 双吸式泵 液体从两侧进入叶轮 多见于大流量离心泵 一般说来其吸入性能较好 按泵壳剖分形式 可分为水平剖分泵和垂直于泵轴剖分泵 5 单级泵 多级泵 6 按泵扬程的大小 分为低压泵 扬程小于20米水柱 中压泵 20 160米水柱 和高压泵 高于160米水柱 按输送介质和用途分 水泵 油泵 酸泵 碱泵 锅炉给水泵 冷凝水泵等 按泵轴的支承方式分 一般分为悬臂泵和双支承泵 按泵的输出压力分 一般分为低压泵和高压泵 按泵轴的转速分 一般分为普通泵和高速泵 高于10000转 分为高速泵 按泵轴的位置分 一般分为卧式泵和立式泵 7 卧式泵 立式泵 8 单级悬臂离心泵剖面图 9 离心泵的工作原理 工作时泵叶轮中的液体跟着叶轮旋转产生离心力 在离心力作用下 液体自叶轮飞出 液体经过泵的压液室 扩压管 从泵的排液口流到泵外管路中 与此同时 由于轮内液体被抛出 在叶轮中间的吸液口处造成了低压 因而泵进口的液体在压力作用下 进入叶轮 这样叶轮在旋转过程中 一面不断的吸入液体 一面不断地赋予吸入的液体一定的能量 将它抛到压液室 并经扩压管而流出泵外 10 离心泵工作时 最为担心的是泵入口有气体 因为气体的密度小 旋转时产生的离心力就很小 叶轮中不能产生必要的真空 也就无法将密度较大的液体吸入泵中 这通常也是我们所说的气缚现象 因此在开泵前必须使泵和吸入系统充满液体 而且在工作中 吸入系统不能漏气 这是离心泵正常工作必须具备的条件 11 离心泵的主要性能参数 转速 叶轮的转速 即单位时间内泵转子的回转数 泵的转速n表示 其单位为转每分 r min 或转每秒 r s 表示 转数改变 泵的扬程 流量 功率 效率等都将发生变化 流量 泵的流量有体积流量和质量流量之分 体积流量是泵在单位时间内所抽送的液体体积 用Q表示 单位为m3 s m3 min m3 h或L s 质量流量则是泵在单位时间内所抽送的液体质量 质量流量G表示 单位为kg s kg min 和t h 12 扬程 泵的扬程H 单位重量液体流过泵后的总能量的增值 也称为压头 或者作功元件对泵排出的单位重量液体所作的有效功 单位为m 液柱 而泵的压力是扬程乘上液体重度 P H MPa 功率 有效功率 又称Ne表示 单位时间内泵排出口液体从泵中所获得的能量 由于离心泵的实际体积流量为Q 重量流量为 Q 泵对流过的单位重量液体实际所给的能量即扬程H 按力乘距离等于功的概念 将 Q当作为重力 H相当于距离 再除以时间 从而可得泵的有效功率为 Ne QHkgm s或Ne QH 102kw 13 效率 泵效率 总效率 是衡量泵工作是否经济的指标 定义为 Ne N 即有效功率与轴功率的比值 泵的效率高低 决定于本身的设计及加工质量 通常离心泵的效率大致在60 90 的范围 内功率 Ni表示 单位时间内做功元件所给出的功率 轴功率 即指泵的输入功率 N表示 单位时间内原动机传给泵主轴的功 轴功率是要求大于有效功率的 这是因为泵工作时 转子与轴承 密封或填料等摩擦 液体在泵内流动时的水力损失 因防漏环的串漏造成的容积损失等 都会造成一部分能量损失 14 汽蚀余量 吸上真空度 它是说明泵的吸入特性的重要参数 汽蚀余量 是对泵在某一工况时 泵入口处单位重量液体所具有的实际能量比发生汽蚀时的比压能还有多少富裕能量 这个富裕能量越多 泵发生汽蚀的可能性就越小 15 有效气蚀余量NPSHa 泵入口处单位重量液体所具有的能量比气蚀时的静压头富裕的能量必需气蚀余量NPSHr 表征泵入口处单位重量液体应比低压区富于的能量 NPSHr愈小耐气蚀性越好 允许气蚀余量 NPSH NPSHa 1 1 1 3 NPSH 防止气蚀条件 NPSHa NPSH 16 离心泵的特性曲线 17 共性 1 扬程随流量的增大而减小 2 功率随流量增大而增大 3 效率先随流量增大而增大 到达最大值后降低 18 离心泵的主要零部件 离心泵 静止部分 转动部分 转子 泵壳 蜗壳 轴承箱 密封的静止部分 轴承的静止部分 轴套 叶轮 联轴器 密封的转动部分 轴 轴承的转动部分 19 20 离心泵实体剖面图 轴 联轴节 轴承箱 键 出口 叶轮 入口 蜗壳 轴承 机械密封 21 叶轮 它的作用是带动液体旋转 将原动机的机械能传递给液体 使液体的能量提高 按照其结构可分为闭式 半开式及开式叶轮三种 闭式叶轮一般有6 8片叶片开式和半开式叶轮一般2 4片叶片 22 叶轮是使液体产生速度能的零件 由叶片 盖板和轮毂组成 叶轮有闭式 开式和半开式 有盖板为闭式 没有盖板即为开式 悬臂泵一般为单吸叶轮 只能单侧进液 如果把两只单吸叶轮背靠背叠在一起 就成为双吸叶轮 可以双侧进液 开式叶轮 半开式叶轮 闭式叶轮 双吸叶轮 单吸叶轮 离心泵技术 检安公司机二车间技术组 23 离心泵叶轮型式 24 按吸液方式的不同 叶轮还可分为单吸和双吸两种 25 泵壳 泵壳 蜗壳 由泵体和泵盖组成 它将叶轮封闭在内 泵壳上有入口管和出口管 入口管把液体均匀平稳地引入叶轮的中心部 出口管可把叶轮排出的液体升压排出 由于入口管和出口管布置的不同 泵壳也有不同的形状和结构 如轴向进向上出 轴向进水平出 上进上出等等 26 密封环 其作用是保持叶轮进口外缘与泵壳之间有一定的间隙 减少液体漏失 又能承受磨损 27 吸入室 作用是将吸入管线中的液体以最小的损失均匀的引向叶轮 28 压出室 其作用是以最小的损失将从叶轮流出的高速液体收集起来 引向下一级叶轮或泵排出口 压出室的截面形状是逐渐增大的 这是因为使高速液体速度下降而压力增加 而压力能正是所需要的 所以压出室的主要作用是转换液体的能量 即将液体的一部分动能变为压力能 29 泵轴 作用是传递机械能的主要部件 轴是支撑叶轮和传递扭矩的零件 它一端装有联轴器 并用轴承支撑在轴承箱内 一端安装叶轮 在电机的带动下高速旋转 中小型离心泵转速一般在1450 3000转 分或更高 30 轴承和轴承箱 轴承作用是承担泵转子的径向及轴向载荷 可分为滑动轴承 滚动轴承 支撑轴承 止推轴承等 轴承箱通过轴承来支撑离心泵的旋转部分 悬臂式单级离心泵的轴承箱一般是通过轴承箱支架固定在泵体上 轴承箱内一般装有润滑油或润滑脂 用来润滑轴承 部分轴承箱还带有冷却的夹套或盘管 用来冷却轴承 所以轴承箱内还有固定轴承的螺母 花垫 轴承压盖等 轴承箱两端的压盖上还有阻止润滑油外漏的油封 31 离心泵润滑要求 离心泵润滑的 三滤五定 是什么意思 三滤 一级过滤 大油桶到小油桶 二级过滤 小油桶到油壶 三级过滤 油壶 油壶到设备润滑点 五定 定时 定点 定质 定量 定人 32 离心泵滚动轴承 滚柱 33 滑动轴承 支撑轴承 34 滑动轴承 止推轴承 35 密封装置 为防止液体流出泵外 在泵轴与泵壳之间设有轴封装置 离心泵常用的轴封装置有填料密封和机械密封 36 填料密封原理 填料密封是将填料装入填料箱之后 拧紧压盖螺栓 经压盖对填料作轴向压缩 由于填料具有塑性 因此产生径向力 并与轴紧密接触 37 填料密封结构1 泵体2 填料3 液封环4 填料压盖5 底衬套 38 机械密封原理 机械密封又称端面密封 是指两个光洁精密的平面在介质压力和外力 弹簧力或波纹管 的作用下 相互紧贴 并作相互旋转运动而构成的动密封系统 其主要原理是将较易泄漏的轴向密封改变为较难泄漏的静密封和端面密封 39 1 石墨挡环2 内六角螺栓3 9 12 O 形圈4 静环底座5 轴套6 波纹管弹簧7 静环8 动环10 固定环11 固定螺栓波纹管机械密封 40 机械密封实体图 41 白油密封装置 42 冷却装置为了改善泵的轴承 填料箱 轴封腔 及机座操作条件 需要对这些部位进行冷却 各种冷却如下表 43 离心泵的汽蚀 汽蚀机理 在叶片入口附近的非工作面上存在着某些局部低压区 当处于低压区的液流压力降低到对应液体温度的饱和蒸汽压时 液体便开始汽化而形成气泡 气泡随液流在流道中流动到压力较高之处时又瞬时溃灭 在气泡溃灭的瞬间 气泡周围的液体迅速冲入气泡溃灭形成的空穴 并伴有局部的高温 高压水击现象 这就是产生汽蚀的机理 44 水击是汽蚀现象的特征 由于水击作反复敲击 致使金属表面受到疲劳破坏 而且 在连续的压力波作用下 液体能渗入和流出金属的孔隙 使金属质点脱离母体而被液体带走 金属表面出现一个个空穴 产生严重的点蚀 据报道 气蚀水击频率25000次 秒 局部压力高达30MPa 45 汽蚀对泵的危害 主要表现在下述几个方面 1 泵的性能突然下降 泵发生汽蚀时 叶轮与液体之间的能量传递受到干扰 流道不但受到气泡的堵塞 而且流动损失增大 严重时 泵中液流中断 泵不能工作 2 泵产生振动和噪音 如果液体汽化时放出的气体有腐蚀作用 还会产生一定的化学性质的破坏 严重时 叶轮的表面 尤其在叶片入口附近 呈蜂窝状或海绵状 46 形成汽蚀的条件 泵发生汽蚀是由于液道入口附近某些局部低压区处的压力降低到液体饱和蒸汽压 导致部分液体汽化所致 所以 凡能使局部压力降低到液体汽化压力的因素都可能是诱发汽蚀的原因 产生汽蚀的条件应从吸入装置的特性 泵本身的结构以及所输送的液体性质三方面加以考虑 47 防止汽蚀的措施 结构措施 采用双吸叶轮 以减小经过叶轮的流速 从而减小泵的汽蚀余量 在大型高扬程泵前装设增压前置泵 以提高进液压力 叶轮特殊设计 以改善叶片入口处的液流状况 在离心叶轮前面增设诱导轮 以提高进入叶轮的液流压力 48 安装和运行措施 使泵的灌注高度大于最小灌注高度 其他措施 采用耐汽蚀破坏的材料制造泵的过流部分元件 降低泵的转速 49 离心泵的运行操作 1 离心泵启动运行条件 轴承箱润滑油油品合格油位正常 或润滑脂合适足够 盘车正常 机械密封较轻 填料密封较重 联轴器有防护罩 固定可靠 电机如检修后应确认转向正确 泵体 电机 管道等外部固定螺栓无松动现象 确认进出口阀门正常完好 关闭或关小出口阀 打开进口阀 确认泵内必须已充满介质 检查泵体各部没有泄漏