第二讲 离心泵的安装

第二章第二讲离心泵安装高度及管路流量调节 离心泵在管路中的安装高度是否恰当 将直接影响离心泵的性能 操作状况及其使用寿命 因此 在管路计算中应正确地确定泵的安装高度 离心泵安装高度 在贮槽液面0 0 与泵入口1 1 两截面间列柏努利方程 由柏努利方程可知 若泵入口处的压强越低 则液体会不断地被吸入泵内 这对液体在泵内的吸入是非常有利的 我国离心泵样本中 采用多种指标对泵的安装高度加以限制 以免发生气蚀现象 如何才能避免发生气蚀 离心泵安装高度 一 离心泵的抗气蚀性能 1 离心泵的气蚀余量 为了避免发生气蚀现象 在离心泵的入口处液体的静压头P1 g与动压头u12 2g之和必须大于操作温度下的液体饱和蒸气压头P g的某一数值 此数值称为离心泵的气蚀余量 又称为净正吸上高度 NPSH NetPositiveSuctionHead 1 临界气蚀余量 NPSH c 离心泵内发生气蚀的临界条件是叶轮入口附近 截面k k 的最低压强等于液体的饱和蒸气压P 与之相应的泵入口处 截面1 1 的压强等于某确定的最小值P1 min 在泵入口1 1 和叶轮入口k k 两截面间列柏努利方程式 可得 2 必需气蚀余量 NPSH r 为确保离心泵的正常运行 将所测定的临界气蚀余量 NPSH c加上一定的安全量后称为必需的气蚀余量 NPSH r 并列入泵产品样品性能表中 3 实际气蚀余量NPSH 根据标准规定 实际气蚀余量NPSH较必需气蚀余量 NPSH r还要加大0 5m以上 2 离心泵的允许吸上真空度 为避免气蚀现象的发生 泵入口处压强P1应为允许的最低绝对压强 习惯上常用真空度表示P1 若大气压为Pa 则泵入口处可允许达到的最高真空度为 Pa P1 单位为Pa 若将此真空度以输送液体的液柱高度来计算 则此真空度称为离心泵的允许吸上真空度 以 s 来表示 离心泵的允许吸上真空度 s 值愈大 表示该泵在一定操作条件下的抗气蚀性能愈好 s 值的大小与泵的结构 流量 被输送液体的性质及当地大气压等因素有关 通常由泵的生产厂家通过实验测定 注意 测量允许吸上真空度 s 实验是在大气压为98 1kPa 10mH2O 下 用20 清水为介质进行的 因此若输送其它液体或操作条件与上述的实验条件不同时 应按下式进行换算 即 Hs 操作条件下输送液体时的允许吸上真空度 m液柱 s 实验条件下输送水时的允许吸上真空度 在水泵性能表上查得的数值 mH2O Ha 泵安装地区的大气压强 mH2O 其值随海拔高度不同而异 P 操作温度下液体的饱和蒸气压 Pa 10 实验条件下大气压强 mH2O 0 24 20 下水的饱和蒸气压 mH2O 1000 实验温度下水的密度 kg m3 操作温度下液体的密度 kg m3 二 离心泵的允许安装高度 在贮槽液面0 0 与泵入口1 1 两截面间列柏努利方程式 若已知离心泵的必需气蚀余量 若已知离心泵的允许吸上真空度 得 例 用油泵从密闭容器中送出30 的丁烷 容器内丁烷液面上方的绝对压强为3 43 105Pa 输送到最后 液面将降到泵入口以下2 8m 液体丁烷在30 时的密度 580kg m3饱和蒸气压为Pv 3 04 105Pa 吸入管路的全部压头损失估计为1 5m 所选用油泵的必需气蚀余量为3m 试分析该泵能否正常操作 解 判断泵能否正常操作实质是核算泵的安装高度是否合适 即能否避免发生气蚀现象 可先计算允许安装高度 和实际安装高度进行比较 已知泵的实际安装高度为2 8m 2 4m 说明泵的安装位置太高 在输送液体过程中可能发生气蚀现象 故该泵不能正常操作 三 离心泵在管路中的工况 1 管路特性与泵的工作点管路特性 流体流经管路系统时 需要的压头和流量之间的关系 反映管路对泵的要求 离心泵的工作点 泵工作时的QV H P 说明 泵工作点受到泵性能 管路特性制约 管路特性 管路特性曲线 泵性能 离心泵特性曲线 管路特性曲线方程本质 机械能衡算方程 反映全管路系统的能量需求特性 说明 管路所需扬程由管路系统本身决定 与泵的特性无关 影响管路特性曲线的因素 影响B 影响A 离心泵的工作点即管路 泵特性曲线交点 2 作图法分别在图上作出泵的特性曲线和管路特性曲线 读出交点坐标 1 公式计算 2 离心泵的流量调节实质 对工作点的调整 方法 改变泵的特性曲线或管路特性曲线 节流调节 阀门调节 方法 改变泵出口阀门开度 实质 改变管路特性曲线 阀门上阻力损失变化 泵特性曲线不变 节流 多消耗在阀门上能量 优点 迅速方便 连续调节 代价 阀门阻力损失 适用 流量调节幅度不大 须经常调节的地方 泵出口阀 两套 手动阀和自动阀 调节离心泵转速或改变叶轮直径 实质 改变泵特性曲线 管路特性不变 适用 流量变化幅度大的场合 优点 不因调节流量而损失能量 泵合成特性曲线改变在相同压头下 流量加倍 1 并联操作泵型号相同 吸入管路相同 出口阀开度相同 管路特性曲线不变 2 2 7离心泵的组合运转工况分析组合方式 并联和串联 目的 提高泵输出的流量或压头 并联泵的工作点 并联泵总流量和总压头 流量增加不到单泵的两倍 原因 管路存在阻力损失 并联泵效率等于单泵在QV 单时的工作效率 泵的合成特性曲线改变相同流量下 压头加倍 2 串联操作泵型号相同 首尾相连 管路合成特性曲线不变 串联泵的工作点 串联泵的总流量和总压头 压头增加不到单泵的两倍 串联泵效率等于单泵在QV 单时的工作效率 3 两种组合方式的比较及选择 截距A He单max 应采用串联操作原因 并联泵压头不够大 串 并联都满足时 应根据管路特性选择对于低阻管路 B较小 宜采用并联操作 对于高阻管路 B较大 宜采用串联操作 某输水管路 用一台IS50 32 200的离心泵将低位敞口槽的水送往高于敞口槽3m处 阀门开足后 流量仅为3m3 h左右 现拟采用增加一台同型号的泵使输水量有较大提高 应采用串联操作还是并联操作为好 其原因是什么 思考题 泵站从黄河取水灌溉 当河水上涨 其它条件不变 会发生什么情况 思考题 离心泵漩涡泵混流泵轴流泵往复泵转子泵齿轮泵 螺杆泵 罗茨泵 滑片泵喷射泵 空气升液泵 电磁泵 单吸泵 双吸泵单级泵 多级崩蜗壳式泵 分段式泵立式泵 卧式泵屏蔽泵 磁力驱动泵高速泵单级泵 多级泵离心漩涡泵电动泵蒸汽泵 柱塞泵隔膜泵计量泵 叶片式泵容积式泵其他类型 泵 其他类型的叶片式泵旋涡泵 涡流泵 1 结构 特殊类型离心泵 特点 在启动时 不要关闭出口阀 并且流量调节应采用旁路调节 在相同的叶轮直径和转速下 旋涡泵的扬程约为离心泵的2 4倍 由于泵内液体的旋涡流作用 流动摩擦损失增大 所以旋涡泵的效率较低 一般为30 40 其构造简单 制造方便扬程较高 在化工生产中得到广泛应用 主要用于小流量 高扬程和低粘度液体的输送 2 特性 流量 时 功率 压头 3 适用于 要求输送量小 压头高而粘度不大的液体 4 启动 启动前要灌满液体 启动时出口阀必须全开 5 调节 回流支路调节法 轴流泵 1 出水弯头2 导叶3 泵轴4 叶轮5 进水管6 轴承7 填料盒8 填料9 填料压盖10 联轴器 轴流泵提供的压头一般较小 但输送流量却很大 特别适用于大流量 低压头的液体输送 其管路流量调节不采用出口阀调节 而采用改变泵的特性曲线 如改变叶轮转速 改变叶片安装角度 特性曲线 适用于 大流量 低扬程 特点 流量越小 轴功越大 高效区范围小 启动时不需灌泵 采用改变叶轮转速或改变叶片安装角调节流量 2 混流泵 混流泵内液体的流动介于离心泵与轴流泵之间 液体斜向流出叶轮 其特性也介于离心泵与轴流泵之间 2 3容积式泵2 3 1往复泵 1 结构和工作原理 结构 泵缸 活塞 阀门 冲程 活塞在两端点间移动的距离 冲程容积 活塞往复一次的容积排量 工作原理 活塞右移时 排出阀关闭 吸液阀开启 开始吸液 当活塞移至右端点时 吸液行程结束 活塞由右端点向左移时 吸液阀关闭 排出阀开启 开始排液 当活塞移至左端点时 排液行程结束 往复泵的输液量 单缸单作用泵 往复泵的流量是指单位时间内活塞在气缸中往复一次由泵排出液体的体积 活塞面积 活塞冲程 每分钟往复次数 双动泵 活塞杆面积 正位移特性 容积泵 正位移泵 a 流量与管路特性无关 b 压头与流量无关 取决于管路需要理论上 往复泵压头可按系统需要无限增大 实际上 受泵体强度及泵原动机限制 注意 这一点不同于离心泵 式中 2 往复泵的流量调节 改变活塞冲程 改变活塞往复次数 旁 支 路调节 不能封闭启动 3 往复泵的安装 有自吸能力 不需灌泵 有允许安装高度限制 影响安装高度的因素 液面上方压力 流体饱和蒸汽压 吸入管路情况 4 适用场合适用于 流量小 扬程高 粘度大的流体 不适用 腐蚀性介质或含有固体颗粒的流体 5 其它类型的正位移泵 隔膜泵 属于往复泵 隔膜泵1 吸入活门 2 压出活门 3 活柱4 水 或油 缸 5 隔膜 隔膜泵是为了克服往复泵不适于输送腐蚀性液体及悬浮液而改进的 主要特点是用弹性薄膜置于泵缸中使活塞与被输送液体隔开 从而使活塞不受腐蚀 计量泵 属于往复泵 多股进料 按比例输送 计量泵操作原理与往复泵相同 是通过偏心轮把电机的旋转运动变成活塞的往复运动 用途 精确输送液体量 两种或多种液体以一定比例输送 齿轮泵 属于转子泵 齿轮泵可用于输送粘稠液体以至膏状物 齿轮泵 特点 能产生高扬程 流量较均匀 适于流量小 无固体颗粒的各种油类等粘性液体的输送具有构造简单 维修方便价格低廉 运转可靠等优点 螺杆泵 属于转子泵 螺杆泵的效率较齿轮泵高 运转时无噪声 无振动 流量均匀 特别适用于高粘度液体的输送 离心泵 往复泵 转子泵比较 各类泵的比较与选择 1 原则应考虑各种泵的不同特性和适宜的使用范围 根据生产要求具体分析 选择适当种类和类型的泵 离心泵是应首先考虑采用的一种泵 往复泵易于获得高压头而难以获得大流量 转子泵只适用于流量小 而压头较高的场合 对高粘度料液尤其适宜 2 参考步骤 思考题 3 试选择适宜的输送机械以完成如下输送任务 1 向空气压缩机的气缸内注入润滑油 2 将45 的热水以320m3 h的流量送至18m高的凉水塔 3 以60000m3 h的风量将空气送至气柜 风压为2400Pa 4 输送带有结晶的饱和盐溶液至过滤机 5 配合pH控制器 将碱液按照控制的流量加入参与化学反应的物流中 2 4气体输送机械 通风机 鼓风机 压缩机和真空泵 1 分类 按出口压力分类 往复式 通风机 终压不大于1 471 104Pa 表压 压缩比29 2 104Pa 表压 压缩比 4 真空泵 终压接近于0 压缩比由真空度决定 从设备中抽出气体 使设备中产生负压 按结构分类 离心式 能量衡算基准不同 液体1kg扬程 m气体1m3风压 N m2 气体压缩时 产生热效应 需设冷却装置 3 气 液体输送设备区别 风机主要用于 气体输送 压缩机主要用于 压缩气体 说明 2 6 1离心式通风机型式 离心式 多用于气体输送 轴流式 一般用于通风换气 离心式和轴流式通风机示意图 1 离心式通风机结构及工作原理 结构 主要部件 叶轮 蜗壳 叶片形式 低压风机 叶片平直 中 高压风机 叶片弯曲 工作原理 同离心泵 1 机壳2 叶轮3 吸入口4 排除口 2 离心通风机的性能参数与特性曲线 风量qV 以进气口体积流量计 m3 s m3 h 全风压HT 单位体积的气体流过风机时所获得的能量 Pa 风机内压力变化小 气体可视为不可压缩流体 对风机进 出口截面作能量衡算 静风压 动风压 轴功率 说明 HT与流体密度 有关 离心通风机特性曲线 效率 3 离心通风机的选用 由流体性质 选择风机类型 由管路所需风压 流量 确定具体型号 例 输送400C空气 管路需要HT QV 选型 风机特性曲线由厂家提供 列于风机样本中 标定条件 注意 按HT和QV 从样本中选择风机 计算风机效率 使其在高效区工作 2 6 2鼓风机 类型 离心式 罗茨式 1 离心式鼓风机 透平鼓风机 主要结构和工作原理与离心通风机类似 为产生较高的风压 采用多级 出口表压力一般不超过294 103Pa 2 罗茨鼓风机 结构 工作原理同齿轮泵 说明 为正位移型 风量与转速成正比 而与出口压力无关 流量采用旁路调节 出口阀不能完全关闭 操作温度不超过85 C 2 6 3压缩机类型 离心式 往复式 1 离心式压缩机 透平压缩机 作用原理与离心鼓风机相同 为达到较高的出口压力 采用多级数 大叶轮直径 高转数 一般在5000rpm以上 压缩比高 温升过高 故压缩机分为几段 段间设冷却器 各段温度大致相等 叶轮直径逐段减小 叶轮宽度逐级略有减小 说明 优点 与往复压缩机相比 离心压缩机具有机体体积较小 流量大 供气均匀 运动平稳 易损部件少和维修较方便等 缺点 离心式压缩机的制造精度要求极高 否则 在高转速情况下将会产生很大的噪音和振动 注意 当离心式压缩机进气量减小到允许的最小值 压缩机会发生喘振 因此 压缩机必须在比喘振流量大5 10 的范围内操作 2 压缩机 2 压缩机 单螺杆压缩机 双螺杆压缩机 2 压缩机 往复式压缩机 真空泵 将气体由大气压以下的低压气体经过压缩而排向大气的设备 实际上 也是一种压缩机 1 与一般压缩机的区别 进气压力与排气压力之差最多也只是1 0133 105Pa 但随着进气压力逐渐趋于真空 压缩比将要变得很高 随着真空度的提高 设备中的液体及其蒸气也将越来越容易地与气体同时被抽吸进来 其结果是使可以达到的真空度下降 因为所处理的气体的密度很小 所以气缸容积和功率对比就要大一些 在一般的多级压缩中 是越到高压级气缸直径就越小 但在多级真空泵中 则通常是做成同一尺寸的气缸 2 真空泵的主要性能参数 极限真空度或残余压力 真空泵所能达到的最高真空度 抽气速率 单位时间内真空泵在残余压力和温度条件下所能吸入的气体体积 即真空泵的生产能力 以m3 h或l s计量 3 真空泵的型式化工厂中常用的几种有 往复真空泵 旋转真空泵 喷射泵 往复真空泵 构造和作用原理虽与往复压缩机的基本相同 吸入和排出阀门必须更加轻巧而灵活 气缸左右两端之间设有平衡气道 属于于式真空泵 旋转真空泵 a 液环真空泵 常用的有水环真空泵 纳西泵 特点 属于湿式真空泵 最高真空度可达85 结构简单 紧凑 没有活门 经久耐用 为了维护泵内液封以及冷却泵体 运转时常需要不断向泵内充水 水环真空泵 纳西泵 液环真空泵的特点 抽出的气体不与泵壳直接接触 因此 在抽吸腐蚀性气体时只要叶轮采用耐腐蚀材料制造即可 泵内所注入的液体必须不与气体起化学反应 b 滑片真空泵 喷射泵原理 利用流体流动时 静压能与动压能相互转换的原理来吸送流体的它可用于吸送气体 也可吸送液体 工作流体 蒸气 蒸气喷射泵 水 水喷射泵 或其它流体 1 吸入口 2 排除口 优点 构造简单 制造容易 可用各种耐腐材料制成 不需传动设备 缺点 产生的压头小 效率低而外 其所输送的流体还与工作流体混合 口而使其应用范围受到限制 用途