离心泵的基础知识ppt课件

离心泵的基础知识 主要内容概述离心泵的分类API泵型介绍离心泵的主要性能参数离心泵的工作原理离心泵的汽蚀及气缚现象离心泵的主要零部件介绍离心泵的结构图离心泵密封及冷却冲洗方案离心泵轴向力平衡方法离心泵使用中注意事项 概述泵是输送液体或使液体增压的机械 它是将原动机输出的能量转换为介质压力能的能量转换装置 泵主要用来输送水 油 酸碱液 乳化液 悬乳液和液态金属等液体 也可输送液 气混合物及含悬浮固体物的液体 目前 炼油厂 石油化工企业以及煤化工企业都在广泛的使用各种类型的泵 泵的作用犹如人体的心脏 起着输送 加压等功能 因此 泵长期可靠运行是石化企业连续生产的先决条件之一 离心泵的分类离心泵的种类很多 分类方法常见的有以下几种方式1 按叶轮吸入方式分 a 单吸式离心泵即叶轮上只有一个进水口b 双吸式离心泵即叶轮两侧都有一个进水口 它的流量比单吸式泵大一倍 可以近似看作是二个单吸泵叶轮背靠背地放在了一起 2 按叶轮数目分 a 单级离心泵即在泵轴上只有一个叶轮 b 多级离心泵即在泵轴上有两个或两个以上的叶轮 这时泵的总扬程为n个叶轮产生的扬程之和 3 按叶轮结构分 敞开式叶轮离心泵 半开式叶轮离心泵 封闭式叶轮离心泵 4 按工作压力分 a 低压离心泵扬程 20mb 中压离心泵扬程20 100mc 高压离心泵扬程 100m 4 按泵轴位置分 a 卧式离心泵 泵轴位于水平位置 b 立式离心泵 泵轴位于垂直位置 5 按泵壳的剖分形式 a 水平 轴向 剖分泵水平剖分式泵是指泵的壳体是沿泵轴的方向剖分的 泵壳的水平剖分面经过精密加工 用周向均布的螺栓连接 该泵均为两端支撑 双吸或单吸 单级或多级根据泵的工作条件而选择 由于泵壳沿轴向剖分形状为不规则的曲线形且完全依靠金属面的严密贴合而实现密封 因此这类泵按API610规定其介质温度小于205 b 垂直 径向 剖分泵指泵的壳体沿垂直于泵轴的方向剖分的 剖分面均经过精密加工 用螺栓连接 径向剖分泵可采用悬臂支撑或两端支撑 也可以是单壳体泵或双壳体泵 节段式泵 在炼油厂应用较为广泛 API泵型介绍API泵共有18种 OH1 OH2 OH3 OH4 OH5 OH6 BB1 BB2 BB3 BB4 BB5 VS1 VS71 OH1 底脚安装的单级悬臂式泵 2 OH2 中心线安装的单级悬臂式泵 3 OH3 带有独立轴承架的立式管道单级悬臂式泵 泵与电机用挠性联轴节连接 4 OH4 刚性联轴器传动的立式管道单级悬臂式泵 5 OH5 共轴式传动立式管道单级悬臂式泵 6 OH6 与高速齿轮箱成一整体的立式管道单级悬臂式泵 7 BB1 轴向剖分的1级和2级两端支撑式泵 8 BB2 径向剖分的1级和2级两端支撑式泵 9 BB3 轴向剖分多级两端支撑式泵 10 BB4 单壳径向剖分多级两端支撑式泵 D泵 11 BB5 双壳 径向剖分多级两端支撑式泵 筒袋泵 12 VS1 湿坑 立式悬吊式 单壳 其吐出口穿过立管的导流泵 13 VS2 湿坑 立式悬吊式 单壳 其吐出口穿过立管的蜗壳式泵 14 VS3 湿坑 立式悬吊式 单壳 其吐出口穿过立管的轴流式泵 15 VS4 立式液下泵 悬吊式 单层蜗壳 长轴驱动油池泵 16 VS5 立式液下泵 悬吊式 悬臂油池泵 17 VS6 双层泵壳 内层为导流壳式 立式悬吊式泵 18 VS7 双层泵壳 内层为蜗壳 立式悬吊式泵 API泵与普通泵的区别1 材质要求严格 2 对最大允许工作压力有明确规定 泵承压要求高 2MPa以上 泵试压要求保压时间长 30分钟 3 振动要求高于国标 全部4 5mm s以下 4 底板设计 机组全部位于底板以内 卧式泵要设计集液槽 5 进出口法兰设计成贯穿螺栓连接的型式 6 动平衡要求高 按G2 5级 7 出厂验收规范严格 QC文件清晰明了 反映整台泵从设计到制造的全过程 离心泵的主要性能参数1 流量流量俗称出水量 它是指单位时间内所输送液体的数量 可以用体积流量和质量流量表示 体积流量的常用单位为m3 s或m3 h 质量流量的常用单位是Kg s或t h 2 扬程单位重量液体通过泵后所获得的能量称为扬程 用字母H表示 泵的扬程单位一般用液柱的高度 m 表示 3 功率轴功率 指泵的输入功率 即泵轴从电动机获得的功率 有效功率 指泵的输出功率 即单位时间内泵对输出液体所做的功 由于泵在运转时可能出现超负荷的情况 因此配用电动机的功率应为轴功率的1 1 1 2倍 4 效率效率是指泵的有效功率与轴功率的比值 5 转速转速是指泵轴每分钟的转数 用字母n表示 常用单位为r min 离心泵的特性曲线 对一台离心泵 在转速固定的情况下 其压头 轴功率和效率都与其流量有一一对应的关系 这些关系的图形表示就称为离心泵的性能曲线 包括Q H曲线 Q N曲线和Q 曲线 这些关系一般都通过实验来测定 从qV H曲线中可以看出 随着流量的增加 压头是下降的 即流量越大 泵向单位重量流体提供的机械能越小 轴功率随着流量的增加而上升 所以大流量输送一定对应着大的配套电机 另外 这一规律还提示我们 离心泵应在关闭出口阀的情况下启动 这样可以使电机的启动电流最小 泵的效率先随着流量的增加而上升 达到一最大值后便下降 根据生产任务选泵时 应使泵在最高效率点附近工作 其范围内的效率一般不低于最高效率点的92 离心泵的铭牌上标有一组性能参数 它们都是与最高效率点对应的性能参数 在原动机驱动下 叶轮高速度旋转 在叶片之间的液体受到叶片的推动 发生旋转作用 产生离心力 在离心力作用下 产生动能 使液体不断从中心流向四周 甩出之液体首先流入蜗壳中 然后通过排出管排出 当液体从中心流向四周时 在叶轮中心形成低压 在压力作用下液体经吸入管的入口流入叶轮心 这样离心泵就能连续不断地工作 即一面吸入液体 一面给吸入的液体以适当的能量而将它排出 离心泵的工作原理 多级泵相当于多个单级离心泵串联 一级一级增压 其工作原理与单级离心泵相同 汽蚀现象 汽蚀 又称为空化 空蚀 空洞 汽包 水利机械特有的在一定条件下流体与气体相互转化引起破坏现象汽蚀过程 叶轮进口处液体气化 凝结 冲击 破坏现象汽蚀的机理 泵运行叶轮进口压力下降局部最低压力Pk 汽化压力Pv液体汽化气体逸出体积增大叶轮做功气泡凝结溃灭气泡急剧收缩形成空穴液体何为撞击流道局部高压 高温 高频剥蚀表面 扩展裂纹 电化腐蚀 由于叶轮的高速旋转 泵内液体在离心力的作用下 自叶轮中心向外缘作径向运动 从而在叶轮中心液体入口处形成低压区 贮槽内液体在贮槽液面与泵吸入口之间压强差的作用下 不断地被吸入泵内 由于泵吸入口处压力较低 而液体自泵吸入口至叶轮入口压力进一步下降 泵内压力最低处常处于叶轮内缘叶片的背面K处 此后 由于叶轮对液体做功 液体的压力又很快上升 当K处的压力小于被输送液体在工作温度下的饱和蒸汽压时 液体将部分汽化 生成大量汽泡 含有汽泡的液体进入叶轮后 由于静压力的升高 汽泡又重新凝结形成空穴 产生局部真空 瞬间内周围液体以极高的速度涌向原汽泡处 产生非常大的冲击力 若汽泡凝结发生在叶轮表面附近 液体如同无数细小的高频冲击锤撞击叶片 造成金属表面因冲击疲劳而剥裂 日久天长 叶轮表面被冲蚀呈海绵状 这种现象称作离心泵的汽蚀现象 离心泵的汽蚀现象 低压区 产生气泡 高压区 气泡破裂 产生局部真空 水力冲击 发生振动 噪音 部件产生麻点 蜂窝状的破坏现象 泵的汽蚀余量NPSHr 又称必须汽蚀余量 泵所必须的汽蚀余量反映液流从泵进口到叶轮最低压力点K处的全部能头损失 从泵入口到压力最低点K点的全部能头损失 泵的汽蚀余量NPSHr只与泵的结构尺寸有关 是泵的特性参数 其与流量的关系是 Q增大时 泵的汽蚀余量NPSHr也增大 装置汽蚀余量NPSHa 又称有限汽蚀余量 指流体自吸液罐经吸入管路到达泵吸入口后 所具有的推动和加速液体进入叶道而高出汽化压力以上的有效压力或能头 泵入口液体的高于饱和蒸汽压的有效压力或能头 其与流量的关系是 Q增大时 装置汽蚀余量NPSHa减小 判断气蚀的条件 当NPSHa NPSHr时 离心泵不发生汽蚀 当NPSHa NPSHr时 离心泵刚开始汽蚀 当NPSHa NPSHr时 离心泵内严重汽蚀 离心泵汽蚀的危害1 产生噪声和振动离心泵产生汽蚀时 由于汽泡溃灭 造成液体微团之间及液体微团与流道壁面之间的撞击 因而会产生各种频率范围的噪声 一般噪声频率在600到2500Hz之间 有时也会产生更高频率的超声波 汽蚀严重时 可听到泵内有噼噼啪啪的声音 并引起泵的振动 致使泵不能正常工作 2 汽蚀是离心泵向高流速发展的巨大障碍 因为液体流速越高 会使压力变得越低 更容易汽化发生汽蚀 3 过流部件的侵蚀破坏汽泡在金属表面破裂时 金属表面受到连续强烈的水击 出现麻点 金属晶粒松动并剥落而呈海绵状 甚至出现空洞 汽蚀破坏除机械作用外 还伴有电解 化学腐蚀等多种复杂的作用 实际破坏情况表明 泵过流部件汽蚀破坏的部位 往往正是汽泡溃灭的地方 如叶轮出口 压水室进口等部位 4 泵的性能下降若离心泵在发生汽蚀时继续运转 由于气泡的存在 会导致离心泵流量下降 同时 泵的扬程 效率也急剧下降 下图为实线为泵正常工作时的性能曲线 虚线部分为发生汽蚀后的性能曲线 防止汽蚀的措施由汽蚀条件可知 要提高离心泵的抗汽蚀性能有两种措施 一种是改进泵本身的结构参数或者结构型式 使泵具有尽可能小的必需汽蚀余量NPSHr 另一种是合理地设计泵前的吸入装置及其安装位置 使泵入口处具有足够大的有效汽蚀余量NPSHa 以防止发生汽蚀 一 提高离心泵本身抗汽蚀的性能1 改进泵的吸入口至叶轮叶片入口附近的结构设计 比如适当加大叶轮吸入口处的直径 减小轮毂直径和加大叶片入口边的宽度 另还可以通过适当加大叶轮前盖板进口段的曲率半径 让液流缓慢转弯 可以减小液流急剧加速而引起的压降2 采用前置诱导轮 使液流在前置诱导轮中提前接受诱导叶片做功 以提高液流的压力 3 采用双吸式叶轮 让液流从叶轮两侧同时进入叶轮 则进口截面增加一倍 进口流速可减小一倍 4 采用抗汽蚀的材料 如果受使用条件所限 不可能完全避免汽蚀时 应该选用抗汽蚀性能强的材料制造叶轮 以延长使用寿命 二 提高吸液装置汽蚀余量的措施1 增加吸液罐中液面上的压力PA来提高NPSHa 2 增加泵前吸液罐的安装高度Hg来提高NPSHa 即提高吸液罐的液位来提高NPSHa 3 减小泵前吸入管路的阻力损失 fH 亦可提高NPSHa 例如让吸入管路尽可能短而直 减少不必要的弯头 阀门及其管件 减小管路中的流速 或者尽量加大阀门开度等 保证底阀及滤网畅通 4 降低入口液体的温度 避免液体汽化 通常在泵出口的回流线中加一换热器来降低回流液体的温度 5 降低叶轮速度 在满足生产需要的条件下 降低叶轮速度 既增大了NPSHa 同时又降低了NPSHr 可有效避免汽蚀发生 离心泵的气缚现象 离心泵启动时 如果泵壳内存在空气 由于空气的密度远小于液体的密度 叶轮旋转所产生的离心力很小 叶轮中心处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度 这样 离心泵就无法工作 这种现象称作 气缚 离心泵的主要零部件离心泵由转子和定子令部分组成 主要包括泵壳 叶轮 泵轴 轴承 联轴器 泵体密封等零部件 如图 一 转子部分转子是指离心泵的转动部分 它主要包括叶轮 泵轴 轴套 轴承等 如图 1 叶轮作用是将能量传给液体 按其机械结构可分为开式 半闭式和闭式三种叶轮 如图所示 2 泵轴离心泵轴的主要作用是传递动力 支承叶轮保持在工作位置正常运转 它一端通过联轴器与电动机轴相连 另一端支承着叶轮做旋转运动 轴上装有轴承 轴向密封等零件 泵轴 3 轴套轴套的作用是保护泵轴 属于易磨损件 4 轴承a 轴承的功用 1 支承轴及轴上零件 并保持轴的旋转精度 2 减少转轴与支承之间的摩擦和磨损 b 轴承的分类1 根据摩擦性质分为 滑动轴承和滚动轴承 2 根据受力方向分为 径向轴承和推力轴承 二 定子部分定子是指离心泵的固定部分 它主要包括泵体 蜗壳 密封环 导叶等1 泵壳离心泵的泵壳通常制成蜗牛形 故又称蜗壳 作用是收集被叶轮抛出的液体 并将部分动能转换成压强能 2 导叶一般在分段式多级泵上均装有导叶 导叶的作用是将叶轮甩出的高速液体汇集起来 均匀地引向下一级叶轮的入口或压出室 并能在导叶中使液体的部分动能转变成压能 3 密封环 也叫口环 作用 为了减小内泄露 保护泵壳 泵的泄露 密封环的结构形式 平环式 结构简单 制造方便 但密封效果差 直角式 液体泄露时通过一个90 的通道 密封效果比平环式好 应用广泛 迷宫式 密封效果好 但结构复杂 制造困难 一般离心泵很少采用 一般情况密封环内孔与叶轮外圆处的径向间隙在0 1 0 2mm之间 离心泵的结构图 高压锅炉给水泵 离心泵密封及冷却冲洗方案一 轴封装置在化工泵中 旋转轴从固定的泵体中伸出 为了防止泵体内的高压液体漏出 同时防止空气进入泵体内 所以设有密封装置 通常把轴和泵体间的密封称为轴封装置 轴封装置主要有填料密封 机械密封和浮动环密封三种 1 填料密封填料密封又称为软填料密封 主要由填料箱 填料 水封环 填料压盖等组成 如图 它主要靠泵轴外表面和填料接触达到密封 填料又叫盘根 它是一种石墨或黄油浸透的棉织物及石棉 有的是金属箔包石棉芯子等 密封的严密性可用松紧填料压盖的方法来调节 2 机械密封机械密封又叫端面密封 它是流体旋转机械的轴封装置 在国家有关标准中的定义 由至少一对垂直于旋转轴线的端面组成 在流体压力及补偿机构弹力 或磁力 共同作用下 以及辅助密封圈的配合下 该对端面保持贴合并相对滑动 而构成的防止流体泄漏的装置 机械密封主要由以下四类部件组成 1 摩擦副元件 动环和静环 2 辅助密封原件 O 型圈 3 弹性原件 弹簧 4 传动元件 各种螺钉 弹簧座等 机械密封中一般有四个可能泄漏点A B C D 密封点A在东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的作用 为保证两环的端面贴合良好 两端面必须平直光洁 密封点B在静环与静环座之间 属于静密封点 用有弹性的O形圈 或V形 密封圈压于静环和静环座之间 靠弹簧力使弹性密封圈变形而密封 密封点C在动环和轴之间 此处也属静密封 考虑到动环可以沿轴向窜动 可以采用有弹性和自紧性的V形密封圈来密封 密封点D在静环座与壳体之间 也是静密封 可用密封圈或密封垫做为密封元件 机械密封的分类 按装配式方法分为 集装式机械密封 散装式机械密封 散装式 集装式 按静环位于密封端面内侧或外侧可分为 内装式和外装式 按密封端面的对数可分为 单端面和双端面 按弹簧的个数可分为 单弹簧式和多弹簧式 按弹性元件分类 弹簧压缩式和波纹管式 机械密封零件材料正确合理地选择机械密封装置中的零件材料 是保证密封效果 延长使用寿命的重要条件 材料必须满足设备运转中的工作条件 具有较高的强度 刚度 耐蚀性 耐磨性和良好的加工性 在一对摩擦副中 不用同一材料制造动环和静环 以免运转时发生咬合现象 通常是动环材质硬 静环材质软 常用的金属材料有铸铁 碳钢 铬钢 铬镍钢 青铜 碳化钨等 非金属材料有石墨浸渍巴氏合金 石墨浸渍树脂 填充聚四氟乙烯 酚醛塑料 陶瓷等 辅助密封圈一般用各种橡胶 聚四氟乙烯 软聚氯乙烯塑料等 弹簧常用材料有磷青铜 弹簧钢及不锈钢 二 机械密封冷却冲洗由于机械本身的工作特点 动静环的端面在工作中相互摩擦不断 产生摩擦热 使端面温度升高 严重时会使摩擦副间的液膜气化 造成干摩擦 使摩擦副严重磨损 温度升高还使辅助密封圈老化 失去弹性 动静环产生变形 为了消除这些不良影响 保证机械密封的正常工作 延长使用寿命 故要求对不同工作条件采取适当的冷却措施 以将摩擦热及时带走 常用的冷却措施有冲洗法和冷却法 常用的冲洗方法有 自身冲洗 外部冲洗 反向冲洗 循环冲洗 a 冲洗法 利用密封液体或其他低温液体冲洗密封端面 带走摩擦热并防止杂质颗粒积聚 在被输送液体温度不高 杂质含量较少的情况下 由泵的出口将液体引入密封腔冲洗密封端面 然后再流回泵体内使密封腔内液体不断更新 带走摩擦热 当被输送液体温度较高或含有较多杂质时 可在冲洗回路中装冷却器或过滤器 也可以从外部引入压力相当的常温密封液 b 冷却法 分为直接冷却和间接冷却 直接冷却是用低温冷却水直接与摩擦副内径接触 冷却效果好 缺点是冷却是硬度高时 水垢堆积在轴上会使密封失效 并且要有防止冷却水向大气一侧泄漏的措施 因此 使用受到限制 常用的冲洗冷却机械密封装置的结构如图 常用的冲洗方法有 外冲洗方案之一 PLAN32 外供清洁的液体注入密封室 自冲洗方案之一 PLAN11 从泵出口引出 通过孔板到密封腔内的循环 自冲洗 用得最多的一种 反冲洗方案 PLAN13 从密封箱引出 通过孔板到泵入口的循环 循环冲洗方案 PLAN21 从泵壳引出 通过孔板和冷却器到密封的循环 3 浮环密封的工作原理工作原理 靠高压密封油在浮环与轴套间形成油膜 节流降压 阻止高压侧气体流向低压侧 将气体封住 因为主要是油膜起作用 故又称为油膜密封 在工作时浮环受力情况与轴承相似 所不同的是 轴承相对固定 浮起的是轴 对浮环密封而言 由于浮环重量很小 故轴转动而在浮环与轴间隙中产生油膜浮力时 浮起的将是浮环 轴是相对固定的 浮环密封的结构 如下图 在中 高压离心压缩机中可供选择的密封方式有 机械密封 迷宫密封和填料密封 但由于气体的散热和润滑条件不如液体 所以填料密封只有小型 低速才用 而机械密封在周速大于40m s 温度高于200 以后也很难适应 只有迷宫密封和浮环密封是最常用的两种方式 离心泵轴向力平衡方法 产生轴向力的主要原因 叶轮两侧的液压力不等 叶轮生成的轴向推力PAX Pd2 Pd1 Ps 离心泵在运行过程中由于进出口压力的不同 以及流体在泵的进出口的运动状态发生的变化等等因素 在离心泵转子上产生不同方向和大小的轴向力 这些轴向力的合力 会使离心泵的转子在其轴向窜动 这种窜动的后果是严重的 它会造成叶轮和泵壳等动 静部件发生碰撞 摩擦和磨损 还会增加轴承的负荷 导致机组振动 发热甚至损坏 对离心泵的正常运行十分不利 因此在机械上必须消除或平衡掉这些轴向力 使泵可以正常稳定的工作 保证其工作寿命 单级离心泵轴向力平衡方法 轮上开平衡孔 其目的是使叶轮两侧的压力相等 从而使轴向力平衡 如图6 13 a 所示 在叶轮轮盘上靠近轮毂的地方对称地钻几个小孔 称为平衡孔 并在泵壳与轮盘上半径为r处设置密封环 使叶轮两侧液体压力差大大减小 起到减小轴向力的作用 这种方法简单 可靠 但有一部分液体回流叶轮吸人口 降低了泵的效率 这种方法在单级 单吸离心泵中应用较多 采用双吸叶轮 它是利用叶轮本身结构特点 达到自身平衡 如图6 13 b 所示 由于双吸叶轮两侧对称 所以理论上不会产生轴向力 但由于制造质量及叶轮两侧液体流动的差异 不可能使轴向力完全平衡 叶轮上设置径向筋板 称为背叶片 在叶轮轮盘外侧设置径向筋板以平衡轴向力 如图6 13 c 所示 设置径向筋板后 叶轮高压侧内液体被径向筋板带动 以接近叶轮旋转速度的速度旋转 在离心力的作用下 使此空腔内液体压力降低 从而使叶轮两侧轴向力达到平衡 其缺点就是有附加功率损耗 一般在小泵中采用4条径向筋板 大泵采用6条径向筋板 设置止推轴承 在用以上方法不能完全消除轴向力时 要采用装止推轴承的方法来承受剩余轴向力 多级离心泵轴向力平衡方法 泵体上装平衡管如图6 14所示 在