离心泵的日常运行与操作培训教材

第一章 离心泵的日常运行与操作第一节 离心泵的结构和工作原理 泵是把原动机的机械能转换为所抽取液体能量的机器，用来输送液体并提高液体的压力。泵的种类很多，按其工作原理和结构特征可分为两大类。 容积式泵。它是利用工作室容积的周期性变化而提高液体压力达到输送液体的目的。如往复泵、隔膜泵、齿轮泵等。 叶片式泵。它是一种依靠泵内作高速旋转的叶轮把能量传递给液体，进行液体输送的机械。如离心泵、轴流泵、旋涡泵等。 一、离心泵的工作原理 离心泵主要是依靠离心力作用来输送液体，故称其为离心泵。离心泵在运转之前必须先在泵内灌满液体，并将叶轮全部浸没。当泵运转时，原动机带动叶轮高速旋转，叶轮中的叶片带动液体一起旋转，因而产生离心力，在此离心力作用下，叶轮中的液体沿叶片流道被甩向叶轮外缘，经蜗壳送入排出管，液体从叶轮获得能量,使压力能和速度能均增加,并依靠此能量将液体输送到工作地点。而叶轮中间吸入口处却形成了低压，在吸液罐和叶轮中心处的液体之间就产生了压差,吸液罐中的液体在这个压差作用下,不断地经吸入管路及泵的吸入室进入叶轮中。这样，在叶轮旋转过程中，一面不断吸入液体，一面又不断给吸入液体一定的能量，将液体排出并输送到工作地点。其工作原理见图1。图1 离心泵工作原理图 二、离心泵的优缺点 离心泵在化工生产中被大量采用，与其他类型泵相比，离心泵具有下列一些优点。转速高。一般离心泵转速在700-3500r/min，它可以直接和电动机或蒸汽轮机相连接。同样流量和压力的离心泵和往复泵相比较，离心泵重量轻、占地面积小、运转稳定，故设备费用低廉。离心泵在运转时，可以利用调节阀的不同开度，很方便的在很宽范围内调节泵的流量，使泵操作简便。离心泵流量均匀，运转时的噪音低。它可以输送带杂质的液体。但离心泵也有如下一些缺点：离心泵无自吸作用，在启动之前一定要在吸入管及叶轮中充满液体。由于无自吸作用，所以少量气体进入吸液管时易使泵产生汽蚀现象。一般适用于流量大而扬程不变的流体，不适用于粘性大的流体。三、离心泵的结构及部件离心泵的主要构件有：轴、密封（填料密封或机械密封）、轴承、出口管、叶轮、吸入室、口环、蜗壳、轴承等。详见图2。1、轴 2、机封 3、出口管 4、叶轮 5、吸入室 6、口环 7、蜗壳 8、轴承图2 离心泵结构图另外，分段多级离心泵还采用导叶作为转能装置，并采用平衡装置来平衡轴向力，有的离心泵为了提高汽蚀性能而采用了诱导轮。1、叶轮叶轮是离心泵中传递能量的部件，通过它将原动机来的机械能转变为液体的静压能和动能。叶轮是离心泵的做功零件，依靠它高速旋转对液体做功而实现液体的输送，是离心泵重要零件之一。 叶轮一般由轮榖、叶片和盖板三部分组成。叶轮的盖板有前盖板和后盖板之分，叶轮入口侧的盖板称为前盖板，另一侧的盖板称为后盖板。按结构形式，叶轮可分为以下三种。(1)闭式叶轮，闭式叶轮的两侧均有盖板，盖板间有46个叶片，如图3-a所示。闭式叶轮效率较高，应用最广，适用于输送不含固体颗粒及纤维的清洁液体。闭式叶轮有单吸和双吸两种类型。双吸叶轮如图3-d所示，适用于大流量泵，其抗汽蚀性能较好。(2)半开式叶轮，这种叶轮只有后盖板，如图3-b所示。它适用于输送易于沉淀或含固体悬浮物的液体，其效率介于开式和闭式叶轮之间。（3）开式叶轮无前后盖板，如图3-c。这种叶轮结构简单，制造容易，但效率低，适用输送含较多固体悬浮物或带纤维体。（a）闭式叶轮；（b）半开式叶轮；（c）开式叶轮 （d）双吸式叶轮图3 叶轮的型式2、泵轴离心泵的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，另一端支承着叶轮作旋转运动，轴上装有轴承、轴向密封等零部件。3、轴承轴承起支承转子重量和承受力的作用。离心泵上多使用滚动轴承。轴承一般用润滑脂和润滑油润滑。4、蜗室和导叶(1) 蜗室离心泵的蜗室分为螺旋形蜗室和环形蜗室两种(见图4)。一般均采用螺旋形蜗室，当泵的流量较小时可采用环形蜗室。当离心泵的扬程较大时，采用双螺旋形蜗室，可平衡叶轮的径向力，减小叶轮的偏摆和泵的振动，有利于提高离心泵的运行周期。(2) 导叶导叶是多级离心泵或轴流泵常用的一种扩压器和回流器的组合件，主要有径向、轴向、扭曲式和流道式等几种形式。径向导叶(见图5) 多用于多级离心泵，是一个两端面均有叶片(一般为 510 片)的环形体，叶片内、外径较大端为扩压叶片，内、外径较小端为回流叶片。多级离心泵前面一级叶轮的出口，对准扩压叶片的入口，而回流叶片的出口对准下一级叶轮的入口。叶轮出口排出的液体进入扩压叶片，将液体流速降低，动能转换为压力能之后，液体进入回流叶片，以较小的阻力改变液体的流动方向，将液体送至下一级叶轮的入口。 （a）螺旋形蜗室；（b）双螺旋形蜗室；（c）环形蜗室图4 离心泵的蜗室 图 5径向导叶5、泵壳泵壳(或称壳体)是泵形成包容和输送液体的泵外壳的总称。一般离心泵由吸入液体部分，叶轮运转空间和压出液体等三个大部分构成。吸入液体部分是泵吸入口至叶轮入口部分,由吸入接管和吸入室组成。吸入室有柱形吸入室，直锥形吸入室、环形吸入室和单螺旋形吸入室。压出液体部分由蜗室与压出管或导叶构成。蜗室分有螺旋形蜗室、环形蜗室和双螺形蜗室。为了将叶轮装入叶轮运转空间，泵壳需制成剖分式，常用有轴向剖分和径向剖分两种。当流量较小，排出压力较高，泵送温度较高和易挥发液体时，应采用径向剖分式泵壳。6、口环口环(又称密封环) 装于离心泵叶轮入口的外缘及泵壳内壁与叶轮入口对应的位置，两环之间有一定的间隙量，既可使叶轮能正常旋转又可限制泵内的液体由高压区(压出室)向低压区(吸入室)回流； 提高泵的容积效率 (见图6)。密封环有固定的和可拆装的两种结构,后者便于在磨损后更换新密封环。密封环材料为铸铁、青铜或表面喷涂硬质合金等减磨或耐磨材料制成。1泵壳；2泵壳密封环；3叶轮；4叶轮密封环图6 闭式叶轮密封环离心式炼油化工泵的密封环应采用可更换的密封环，且密封环应采用压配合加锁定销、或螺栓、或采用法兰、螺钉等方法固定,也可采用三点或三点以上的焊接固定。7、轴封装置从叶轮流出的高压液体，经过叶轮背面，沿着泵轴和泵壳的间隙流向泵外，称为外泄漏。在旋转的泵轴和静止的泵壳之间的密封装置称为轴封装置。它可以防止和减少外泄漏，提高泵的效率，同时还可以防止空气吸入泵内，保证泵的正常运行。特别在输送易燃、易爆和有毒液体时，轴封装置的密封可靠性是保证离心泵安全运行的重要条件。常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种。（1）填料密封填料密封指依靠填料和轴(或轴套)的外圆表面接触来实现密封的装置。它由填料箱(又称填料函)、填料、液封环、填料压盖和双头螺栓等组成，如图7所示。液封环安装时必须对准填料函上的入液口，通过液封管与泵的出液管相通，引入压力液体形成液封，并冷却润滑填料。填料密封是通过填料压盖压紧填料，使填料发生变形，并和轴(或轴套)的外圆表面接触，防止液体外流和空气吸入泵内。填料密封的密封性可用调节填料压盖的松紧程度加以控制。填料压盖过紧，密封性好，但使轴和填料间的摩擦增大，加快了轴的磨损，增加了功率消耗，严重时造成发热、冒烟，甚至将填料烧毁。填料压盖过松，密封性差，泄漏量增加，这是不允许的。合理的松紧度应该使液体从填料函中滴状漏出，轻质油每分钟控制20滴以内，重质油每分钟控制在10滴以内。对有毒、易燃、腐蚀及贵重液体，由于要求泄漏量较小或不准泄漏，可以通过另一台泵将清水或其他无害液体打到液封环中进行密封，以保证有害液体不漏出泵外。也可采用机械密封装置。图7 填料密封装置（2）机械密封填料密封的密封性能差，不适用于高温、高压、高转速、强腐蚀等恶劣的工作条件。机械密封装置具有密封性能好，尺寸紧凑，使用寿命长，功率消耗小等优点，近年来在化工生产中得到了广泛的使用。依靠静环与动环的端面相互贴合，并作相对转动而构成的密封装置，称为机械密封，又称端面密封。其结构如图8所示为常用的单端面机械密封结构。由静止环（静环）1、旋转环（动环）2、弹性元件3、弹簧座4、紧定螺钉5、旋转环辅助密封圈6和静止环辅助密封圈8等元件组成，防转销7固定在压盖9上以防止静止环转动。图8 单端面机械密封机械密封中流体可能泄漏的途径有A、B、C、D四个通道。C、D泄漏通道分别是静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封，二者均属静密封。B通道是旋转环与轴之间的密封，静密封元件最常用的有橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈。A通道则是旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是机械密封装置中的主密封，也是决定机械密封性能和寿命的关键。四、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：（1）单吸式离心泵：安装单吸叶轮的泵为单吸式泵，如图9所示 图9 单级单吸离心泵（2）双吸式离心泵，安装有双吸式叶轮的泵为双吸式泵，如图10所示图10 单级双吸离心泵2、按叶轮数目分：（1）单级离心泵 泵中只有一个叶轮，单级离心泵是一种应用广泛的泵。由于液体在泵内只有一次增能，所以扬程较低。如图9所示为单级单吸离心泵。如图10所示为单级双吸离心泵。（2）多级离心泵 具有两个或两个以上叶轮的离心泵称为多级离心泵。级数越多压力越高。图11所示为一台分段式离心水泵，这种泵的叶轮一般为单吸式。图11 多级离心泵3、按泵的安装方式分：（1）立式泵立式离心泵的泵轴是直立安装的。这种泵的结构紧凑，占地面积小，体积小。吸入口、排出口都是横向设置的。图12 立式泵（2）卧式泵卧式离心泵的泵轴是水平安装的。它的支撑脚落在基础上，泵轴通过联轴节与电动机连接，维护、检修都在地面上工作，比较方便。如图9、10、11均为卧式离心泵。4、按泵的用途和输送液体性质分类：（1）清水泵；（2）泥浆泵；（3）酸泵； （4）碱泵；（5）油泵； （6）砂泵； （7）低温泵； （8）高温泵等；五、离心泵的汽蚀1 、汽蚀发生的机理离心泵运转时，流体的压力随着从泵入口到叶轮入口而下降，在叶片附近，液体压力最低。此后，由于叶轮对液体做功，压力很快上升。当叶轮叶片入口附近压力小于等于液体输送温度下的饱和蒸汽压力时，液体就汽化。同时，还可能有溶解在液体内的气体溢出，它们形成许多汽泡。当汽泡随液体流到叶道内压力较高处时，外面的液体压力高于汽泡内的汽化压力，则汽泡会凝结溃灭形成空穴。瞬间内周围的液体以极高的速度向空穴冲来，造成液体互相撞击，使局部的压力骤然剧增（有的可达数百个大气压）。这不仅阻碍流体的正常流动，更为严重的是，如果这些汽泡在叶轮壁面附近溃灭，则液体就像无数小弹头一样，连续地打击金属表面，其撞击频率很高（有的可达20003000Hz），金属表面会因冲击疲劳而剥裂。若汽泡内夹杂某些活性气体（如氧气等），他们借助汽泡凝结时放出的能量（局部温度可达200300），还会形成热电偶并产生电解，对金属起电化学腐蚀作用，更加速了金属剥蚀的破坏速度。上述这种液体汽化、凝结、冲击，形成高压、高温、高频率的冲击载荷，造成金属材料的机械剥裂与电化学腐蚀破坏的综合现象称为汽蚀。2、 汽蚀的后果（1）汽蚀使过流部件被剥蚀破坏通常离心泵受汽蚀破坏的部位，先在叶片入口附近，继而延至叶轮出口。起初是金属表面出现麻点，继而表面呈现槽沟状、蜂窝状、鱼鳞状的裂痕，严重时造成叶片或叶轮前后盖板穿孔，甚至叶轮破裂，造成严重事故。因而汽蚀严重影响到泵的安全运行和使用寿命。（2）汽蚀使泵的性能下降汽蚀使叶轮和流体之间的能量转换遭到严重的干扰，使泵的性能下降，严重时会使液流中断无法工作。（3）汽蚀使泵产生噪音和振动汽泡溃灭时，液体互相撞击并撞击壁面，会产生各种频率的噪音。严重时可以听到泵内有“噼啪”的爆炸声，同时引起机组的振动。而机组的振动又进一步使更多的汽泡产生和溃灭，如此互相激励，导致强烈的汽蚀共振，致使设备不得不停机，否则会遭到破坏。3、离心泵产生汽蚀的原因可能有以下几方面：（1）被输送的介质温度过高；（2）水池液位过低，有气体被吸入；（3）泵的安装高度过高；（4）流速和吸入管路上的阻力太大；（5）吸入管道、法兰密封不好，有空气进入；（6）流量过大，也就是说出口阀门开的太大。4、 汽蚀的解决方案（1）降低输送介质的温度；（2）降低安装高度； （3）清理进口管路的异物使进口畅通，或者增加管径的大小；（4）重新选泵，或者对泵的某些部件进行改进，比如选用耐汽蚀材料等等； （5）使泵体内灌满液体或者在进口增加一缓冲罐。 第二节 离心泵特性曲线及其操作利用一、离心泵的主要性能参数1、流量流量是单位时间由泵排出的液体量，可用体积或质量计量。以体积计量时,常用单位:m3/h、L/h、m3/s、L/s 以质量计量时,常用单位为:t/h、kg/h、kg/s质量流量和体积流量的换算关系为： 式中 Qv泵的体积流量；QM泵的质量流量；被送液体的密度。按照炼油化工生产工艺的需要和对制造厂的要求,炼油化工用泵的流量有以下几种表示方法。（1）正常操作流量：在炼油化工生产正常操作工况下，达到其规模产量时，所需要的流量。（2）最大需要流量和最小需要流量：当炼油化工生产工况发生变化时，所需的泵流量的最大值和最小值。（3）泵的额定流量 ：由泵制造厂确定并保证达到的流量。此流量应等于或大于正常操作流量，并充分考虑最大、最小流量而确定。一般情况下，泵的额定流量大于正常操作流量，甚至等于最大需要流量。（4）最大允许流量：制造厂根据泵的性能，在结构强度和驱动机功率允许范围内而确定的泵流量的最大值。此流量值一般应大于最大需要流量。（5）最小允许流量：制造厂根据泵的性能，在保证泵能连续、稳定的排出液体，且泵的温度、振动和噪声均在允许范围内而确定的泵流量的最小值。此流量值一般应小于最小需要流量。标牌上标明的流量是该泵在设计点时的流量，在此流量时泵的效率最高。2、介质温度是指被输送液体的温度。炼油化工生产中液体物料的温度,低温可达负200,高温可达500。因此，介质温度对炼油化工用泵的影响较一般泵类更为突出，是炼油化工用泵的重要参数之一。炼油化工用泵的质量流量与体积流量的换算，压差与扬程的换算，泵制造厂都以常温清水进行性能试验的结果。泵输送实际物料时，泵的性能换算、汽蚀余量的计算等，必然要涉及介质的密度、粘度、饱和蒸气压等物性参数，这些参数均随温度变化而变化，只有以准确的温度下的数值进行计算，才能得到正确的结果。炼油化工用泵的泵体等承压零部件，应根据压力和温度确定其材料和压力试验的压力值。被送液体的腐蚀性也与温度有关，必须按泵在操作温度下的腐蚀性确定泵的材料。泵的结构、安装方式都因温度而异，对高温和低温下使用的泵，都应从结构和安装方式等方面减少和消除温度应力及温度变化(泵运行和停车)对安装精度的影响。泵轴封的结构、选材、是否需要轴封辅助装置等也需考虑泵的温度而确定。3、吸入压力指进入泵的被送液体的压力，在炼油化工生产中是由炼油化工生产工况决定的。泵吸入压力值必须大于被送液体在泵送温度下的饱和蒸气压,低于饱和蒸气压泵将产生汽蚀。对于叶片式泵，因其压力差（扬程）决定于泵的叶轮直径和转速，当吸入压力变化时，离心泵的排出压力随之发生变化。因此离心泵的吸入压力不能超过其最大允许吸入压力值，以避免泵的排出压力超过允许最大排出压力，而引起泵超压损坏。泵的铭牌上都标有泵的额定吸入压力值，以控制泵的吸入压力。4、排出压力排出压力是指被送液体经过泵后,所具有的总压力能(单位:MPa)。它是泵能否完成输送液体任务的重要标志, 对于炼油化工用泵其排出压力可能影响到炼油化工生产能否正常进行。因此，炼油化工用泵的排出压力是根据炼油化工工艺的需要确定的。根据炼油化工生产工艺的需要和对制造厂的要求，排出压力主要有以下几种表示方法。（1）正常操作压力：炼油化工生产在正常工况下操作时,所需的泵排出压力。（2）最大需要排出压力：炼油化工生产工况发生变化时,可能出现的工况所需的泵排出压力。（3）额定排出压力：制造厂规定的、并保证达到的排出压力。额定排出压力应等于或大于正常操作压力。（4）最大允许排出压力：制造厂根据泵的性能、结构强度、原动机功率等确定的泵的最大允许排出压力值。最大允许排出压力值应大于或等于最大需要排出压力，但应低于泵承压件的最大允许工作压力。5、压力差(扬程)压力差是指单位体积的液体经由泵得到的有效能量(单位 MPa),是被送液体经过泵后获得的能量增加量。此能量增加量与泵吸入压力之和,为泵的排出压力。泵吸入压力为被送液体的状态所决定，因此，压力差是泵能否达到要求的排出压力，完成输送液体的主要因素。压力差表示为: 式中 泵的压力差,MPa; 泵的吸入压力,MPa; 泵的排出压力,MPa 。离心泵以扬程H表示被送液体经过泵后的能量增加量，扬程为单位质量的液体经过泵后获得的有效能量，单位为m。离心泵以扬程表示被送液体经过泵后的能量增加量，主要是离心泵计算的需要。实际上炼油化工厂生产操作是测定泵的吸入和排出压力来判断和确定泵的运行工况，离心泵的性能试验也是测定吸入和排出压力，计算其压力差再换算为泵的扬程。在不考虑管路损失时，离心泵的扬程为： 式中 泵吸入口液体流速，m/s； 泵排出口液体流速，m/s； 泵吸入口压力表基准面至泵基准面的垂直距离，m； 泵排出口压力表基准面至泵基准面的垂直距离，m； g重力加速度；被送液体的密度,kg/m3。除非进行泵性能试验,一般可应用下式进行换算。 扬程是离心泵的关键性能参数。因为扬程直接影响离心泵的排出压力，这一特点对炼油化工用泵非常重要。标牌上标明的杨程是该泵在设计流量下的杨程值。杨程与液体升高高度不同，升高高度只是杨程中的一部分。根据炼油化工工艺需要和对制造厂的要求,对泵的扬程提出以下要求。（1）正常操作扬程 ：炼油化工生产正常工况下,泵的排出压力和吸入压力所确定的泵扬程。（2）最大需要扬程 ：炼油化工生产工况发生变化，可能需要的最大排出压力(吸入压力未变)时泵的扬程。化工用离心泵的扬程应为化工生产中需要的最大流量下的扬程。（3）额定扬程：是额定叶轮直径、额定转速、额定吸入和排出压力下离心泵的扬程。是由泵制造厂确定并保证达到的扬程，且此扬程值应等于或大于正常操作扬程。一般取其值等于最大需要扬程。（4）关闭扬程：离心泵流量为零时的扬程。为离心泵的最大极限扬程，一般以此扬程下的排出压力确定泵体等承压件的最大允许工作压力。泵的压力差(扬程)是泵的关键特性参数,泵制造厂应随泵提供以泵流量为自变量的流量-压差(扬程)曲线。6、转速转速是离心泵的主轴的转速(以每分钟的转数 r/min 或rpm表示)。离心泵的额定转速是泵在额定的尺寸下,达到额定流量和额定压差(扬程)的转速。在应用固定转速的原动机 (如电机)直接驱动泵时,泵的额定转速与原动机额定转速相同。当以可调转速的原动机驱动时,必须保证泵在额定转速下,达到额定流量和额定扬程,并要能在其额定转速的105% 的转速下长期连续运行,此转速称最大连续转速。可调转速原动机应具有超速自动停车机构,自动停车的转速为泵额定转速120%,因此,要求泵能在其额定转速120% 的转速下短期正常运行。在炼油化工生产中采用可调转速的原动机驱动离心泵,便于通过改变泵的转速来变更泵的工况,以适应炼油化工生产工况的变化。但泵的运行性能必须满足上述的要求。7、功率泵的功率主要决定于泵的流量、压差和粘度等。用P或N表示。单位kW。（1）输出功率 是指泵达到要求的流量和压差时,在单位时间对被送液体所作的有效功。泵输出功率 为： （2）输入功率 是指泵传动轴所接受的来自原动机的功率,其数值等于原动机的输出功率，且大于泵输出功率。泵输入功率 为 式中 泵的效率 ,% 。（3）额定输入功率在额定条件(额定流量、额定压差 )下，泵正常运行时泵轴所接受的功率。泵以此功率值确定原动机的功率。炼油化工用泵的原动机功率必须具有一定的功率富裕量,其数值因泵型、泵额定功率数值和原动机类型而异。当离心泵以电机驱动时,电机功率富裕量为 10%-25%; 当以蒸汽轮机驱动时 , 蒸汽轮机的功率富裕量为 10% 。泵的输出功率与输入功率之比为泵的效率 (%),值为 8、汽蚀余量。汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量。是表示泵汽蚀性能的主要参数。单位用米（m）（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，是由设计单位根据该泵装置（液体在额定流量和正常抽送温度下）确定的汽蚀余量。越大越不易汽蚀； NPSHr泵汽蚀余量，又叫泵必需的汽蚀余量，是用水进行试验来确定的导致泵扬程下跌3%（对多级泵而言是首级扬程）的汽蚀余量。越小抗汽蚀性能越好；在炼油化工生产装置中,多采用增加泵吸入端液体的标高,即利用液柱的静压力作为附加能量(压力),单位以米液柱计。为了防止泵发生汽蚀，NPSHa 值必须大于 NPSHr。寰球设计院推荐NPSHa与NPSHr之差应大于1.1m。9、能量损失和效率（1）能量损失水力损失水力损失主要是液体在叶轮和泵壳的流道内流动时的冲击、摩擦、涡流和脱流引起的能量损失，这些能量损失的数值与雷诺数和流道表面的粗糙度有关 ，并基本上与液体流速的平方成正比。容积损失 容积损失主要是由于离心泵的内泄漏，如密封环间隙、轴向力平衡装置的间隙，以及与泵低压区或进口的连通管引起的液体由高压区向低压区的回流等，使得泵的实际流量小于其理论流量，两流量的差值即为泵的容积损失。机械损失机械损失包括：泵的轴封和轴承部位的摩擦功率损失和叶轮在液体中旋转时，叶轮表面与液体的摩擦引起的圆盘摩擦损失。(2)效率离心泵的效率为其输出功率 ( 水力功率 ) 和输入功率(轴功率)之比,以百分数表示为离心泵的效率和离心泵的比转速有关,还和泵的流量、结构型式有关。10、比转数标准泵的扬程为1m，流量为75L/s，此时该泵的转数叫比转数，也叫比速，用ns表示。比转数是表示同一类型泵性能差别的指标。它与流量、扬程、转数之间的关系可用下式表示。式中：ns-泵的比转数 Q-泵的流量m3/s H-泵的扬程，m n-泵的转数，r/min对于双吸泵，它的流量应除以2对于多级泵，它的扬程应被级数除式中:z-泵的级数；其余意义同前。比转数越大，则泵的流量大，扬程低。比转数越小，则泵的流量小而扬程高。对于泵的出口管径相同时，如果两台泵的流量相似，比转数小的扬程高，轴功率的消耗也大。二、离心泵的特性曲线 当一台离心泵的工作转速n一定时，其扬程H、功率N、效率与参数Q之间存在一定关系。如果将这些对应关系绘制成H-Q、N-Q、-Q曲线，则组成离心泵的性能曲线图。它是正确选择、使用离心泵的主要依据。在工程实际中，这三条曲线都是用实验方法得出的，对每一种离心泵，制造厂都要测定出它的特性曲线，并绘在同一坐标上，如图13所示，通常称为离心泵的特性曲线，由厂方将此特性曲线附于离心泵的产品说明书中，供用户选泵时以及设计人员进行工艺设计时作参考。应当注意，泵制造厂所提供的特性曲线，都是用清水在20条件下实验测定的。当泵输送的液体，它的粘度、密度等与20清水不相同时还需要进行特性换算，才能得到该工作液体的数据。图13 离心泵的性能曲线三、离心泵特性曲线的作用H-Q特性是选择泵和操作使用泵的主要依据。H-Q特性曲线有“陡降”、“平坦”以及“驼峰”之分。具有“平坦”特性的泵，其特点是在流量Q变化较大时扬程H变化不大；具有“陡降”特性的泵，则当扬程H变化较大时流量Q的变化不大；具有“驼峰”特性的泵，则容易发生不稳定工况，在选择离心泵时要注意这些特性。如实际生产使用中流量Q变化较大，但输出高度恒定时，应尽可能选用具有平坦型特性曲线的离心泵。离心泵的N-Q特性曲线是合理选择电动机功率和操作或启动泵的依据。因特性曲线给出各流量Q对应下的功率大小。从N-Q特性曲线上还可以看出启动时，应选择消耗功率最小的工况下，以减少启动电流，保护电动机，故启动时应关闭泵的出口阀。离心泵的-Q特性曲线是检查泵工作经济性能的依据。在选择电机时要避免“大马拉小车”，应使经常负荷下的轴功率接近电机功率，并留有适当余地。根据-Q特性可以知道，离心泵在什么工况下工作效率最高。这就是-Q曲线上的一个最高点。任何一台离心泵都只是在一个很小的流量范围里才有最高的效率，泵的标牌上注明的一些性能都是在最高时的性能，选用时一定要注意。根据生产实际要求，结合离心泵的特性曲线来选择泵和使用泵，是保证离心泵正常运行的首要条件，但生产上的可变因素很多，因此，在选择泵时还是应统筹的考虑上述三条特性曲线，使之在经常运行负荷时实现最佳化。此外，前文曾提到离心泵的另一个性能参数，汽蚀余量。它也是选择泵和使用泵的一个重要参数。汽蚀余量，它表示液流从泵入口到叶轮内最低压力点处的最低能量损失。这个参数越小，泵越不易发生汽蚀。汽蚀现象破坏泵的正常运行，甚至毁坏泵的叶片及转轴，因此，必须使泵入口端的压头高于物料在当时条件下的饱和蒸汽压，以防止物料汽化产生汽蚀，此高出之值称为泵的必须汽蚀余量。四、离心泵的其它几个特性1、比例定律离心泵转速改变时,其流量、扬程和功率与转速的近似关系见下面三个式子： 式中 改变后的泵转速值；、转速改变后泵的流量、扬程与功率。上述的关系式称作离心泵比例定律。依据此定律绘制的离心泵通用特性曲线如14 所示,由图可直观、方便地查得一台离心泵在不同转速下的各性能参数(流量、扬程、功率、效率)的关系,以及泵转速的允许变化范围。图14 离心泵不同转速的特性曲线 图15 离心泵经叶轮切割的通用特性曲线 2、切割定律当离心泵叶轮的出口直径D被车削变小时,离心泵的流量和扬程均相应地下降,其特性曲线移向原始直径叶轮的特性曲线的下方,切削量越大(D越小)特性曲线 ( 见图15)下移越远。应用这一规律可以保证泵达到所需的流量和扬程,并可扩大一台离心泵的流量、扬程范围,用于多种工况的运行要求,对于制造厂可减少泵的生产品种,降低成本,并可应用此规律满足离心式炼油化工流程泵在更换新叶轮后扬程增加5%(转速不变)的要求。叶轮出口直径的切割量与泵特性的关系称为离心泵的切割定律,近似表示为： 式中 D、分别为经切割后的叶轮出口直径、流量、扬程和功率;D、分别为切割前叶轮的出口直径、流量、扬程和功率。应用叶轮切割定律对离心泵叶轮切割的切割量是有限制的，以免泵的效率降低过多。叶轮出口直径允许切割量对泵效率的影响见表下表。叶轮出口直径允许切割量对泵效率的影响比转速，6060120120200200300300350350以上允许切割量20%15%11%9%7%0效率每车小10%，下降1%每车小4%,下降1%注: 1. 旋涡泵和轴流泵叶轮不允许切割。2. 叶轮外圆的切割一般不允许超过本表规定的数值,以免泵的效率下降过多。3、液体粘度对特性的影响当被送液体的粘度增大时,水力摩擦损失也随之增大，Q-H曲线下移，即泵的流量和扬程均下降，但泵的关死扬程几乎不变，同时泵的圆盘摩擦损失增加，泵的输入功率增大，泵效率急剧下降 (见图16)。泵制造厂一般只提供泵输送清水时的性能曲线，当被输送液体的运动粘度值大于 210-5m2/s 时,即需对泵进行性能修正,换算为输送清水时性能进行泵的设计和试验。 图16 液体粘性对特性曲线的影响图中虚线表示被送液体粘度增大后的性能曲线图17 离心泵的工作范围4、离心泵的工作范围离心泵特性曲线 (Q-H 曲线)上的每一个点都表示泵的一个运行工况,但其运行效率最高工况点只有一点, 称作最佳工况点。离心泵的额定工况点以及炼油化工生产的正常操作工况点均应选在泵的最佳工况点附近,炼油化工用离心泵要求泵的正常操作工况点在泵的额定工况点和最佳工况点之间。当泵的运行工况点远离最佳工况点时,泵的效率将下降,运行耗功增大,经济性差。一般以泵效率降低量达到5%8% 时,泵的对应流量即为该泵最佳工况范围的边界流量。边界流量的最大值 Qmax 和最小值Qmin与最高效工况点流量QN的关系为 , 一台离心泵的叶轮经切割可得到该泵的叶轮族，其直径最大者为出口直径未经切削的原始叶轮，直径最小者为切割量达到允许值的叶轮,与之对应的 Q-H 曲线和各叶轮相似工况点抛物线之间所包围的面积,即图17中 ABCD 四点间的区域,为离心泵的工作范围。如泵的工作点超出工作范围，当流量过小时,离心泵的排出量将不连续,同时伴有温度升高、噪声增大、振动加剧等,其极限最小流量一般为 0.20.4QN (功率大于100kW 、比转速 大于150 时取大值); 当流量过大时,离心泵可能发生汽蚀和超载,极限最大流量一般为 1.251.35QN。五、离心泵的工作点与调节1、管路特性曲线当离心泵安装在特定的管路系统中时，泵应提供的流量和压头应依管路的要求而定。管路所需压头与流量的关系曲线称为管路特性曲线，其方程用下式表示： He=A+BQe2在特定的管路中输送液体时，管路所需的压头He随液体流量Qe的平方而变。若将此关系标在相应的坐标图上，即得如图18所示的HeQe曲线。这条曲线称为管路特性曲线，表示在特定管路系统中，于固定操作条件下，流体流经该管路时所需的压头与流量的关系。此线的形状由管路布局与操作条件来确定，而与泵的性能无关。2、离心泵的工作点若将离心泵的特性曲线H-Q与其所在管路的特性曲线HeQe绘于同一坐标图上，如图18所示。两线交点M称为泵在该管路上的工作点。该点所对应的流量和压头既能满足管路系统的要求，又为离心泵所能提供，即Q=Qe，H=He。换言之，对所选定的离心泵，以一定转速在此特定管路系统运转时，只能在这一点工作。图18 管路特性曲线与泵的工作点3、离心泵的流量调节离心泵在指定的管路上工作时，由于生产任务发生变化，出现泵的工作流量与生产要求不相适应；或已选好的离心泵在特定的管路中运转时，所提供的流量不一定符合输送任务的要求。对于这两种情况，都需要对泵进行流量调节，实质上是改变泵的工作点。由于泵的工作点为泵的特性和管路特性所决定，因此改变两种特性曲线之一均可达到调节流量的目的。（1）改变阀门的开度改变离心泵出口管路上调节阀门的开度，即可改变管路特性曲线。例如，当阀门关小时，管路的局部阻力加大，管路特性曲线变陡，如图19中曲线1所示。工作点由M点移至M1点，流量由QM降至OM1；当阀门开大时，管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦，如图中曲线2所示，工作点移至M2，流量加大到QM2。采用阀门来调节流量快速简便，且流量可以连续变化，适合化工连续生产的特点，因此应用十分广泛。其缺点是，当阀门关小时，因流动阻力加大需要额外多消耗一部分能量，且在调节幅度较大时离心泵往往在低效区工作，因此经济性差。图19 改变阀门的开度时流量变化示意（2）改变泵的转速改变泵的转速，实质上是改变泵的特性曲线。如图20所示，泵原来的转速为n，工作点为M，若将泵的转速提高到n1，泵的特性曲线HQ向上移，工作点由M变至M1，流量由QM加大到QM1；若将泵的转速降至n2，HQ曲线便向下移，工作点移至M2，流量减少至QM2。这种调节方法能保持管路特性曲线不变。流量随转速下降而减小，动力消耗也相应降低，因此从能量消耗来看是比较合理的。但是，改变泵的转速需要变速装置或价格昂贵的变速原动机，且难以做到流量连续调节，因此至今化工生产中较少采用。图20 改变泵的转速时流量变化示意（3）车削叶轮外径也改变泵的特性曲线。用这种方法调节流量在一定范围内可保证泵在高效率区内工作，能量利用较经济，但不方便，流量调节范围也不大，且直径减小不当还会降低泵的效率，故应用不广泛。六、离心泵的并联和串联操作在实际生产中，当单台离心泵不能满足输送任务要求时，可采用离心泵的并联或串联操作。设将两台型号相同的离心泵并联操作，各自的吸入管路相同，则两泵的流量和压头必各自相同，且具有相同的管路特性曲线。在同一压头下，两台并联泵的流量等于单台泵的两倍。于是，依据单台泵特性曲线工上的一系列坐标点，保持其纵坐标(H)不变、使横坐标(Q)加倍，由此得到的一系列对应的坐标点即可绘得两台泵并联操作的合成特性曲线，如图21所示。并联泵的操作流量和压头可由合成特性曲线与管路特性曲线的交点来决定。由图可见，由于流量增大使管路流动阻力增加，因此两台泵并联后的总流量必低于原单台泵流量的两倍。假若将两台型号相同的泵串联操作，则每台泵的压头和流量也是各自相同的，因此在同一流量下，两台串联泵的压头为单台泵的两倍。于是，依据单台泵特性曲线工上一系列坐标点，保持其横坐标(Q)不变、使纵坐标(H)加倍，由此得到的一系列对应坐标点即可绘出两台串联泵的合成特性曲线，如图22所示。 同样，串联泵的工作点也由管路特性曲线与泵的合成特性曲线的交点来决定。由图可见，两台泵串联操作的总压头必低于单台泵压头的两倍。图21 离心泵的并联操作图22 离心泵的串联操作图23 离心泵串并联组合方式的选择生产中究竟采用何种组合方式比较经济合理，则决定于管路曲线的形状。对于管路特性曲线较平坦的低阻管路(如图23中曲线a所示)，采用并联组合，可获得较串联组合为高的流量和压头；对于管路特性曲线较陡的高阻管路(图中曲线b)，采用串联组合，可获得较并联组合高的流量和压头。对于值高于单泵所能提供最大压头的特定管路，则必须采用串联组合方式。第三节 离心泵的日常运行与维护一、精心设计、精心施工是确保离心泵正常运行的前提在设计中一定要详细了解被输送物料的物理化学性质，有无腐蚀性、有无悬浮物、粘度大小、凝固点及汽化温度饱和蒸汽压等。一定要详细了解被输送物料的工况：输送温度、压力、流量、输送高度、吸入高度、负荷变动范围等。综合上述两方面的因素参阅离心泵的特性曲线，从而选出最适合生产实际使用的离心泵。对一些要求较高的离心泵，应在设计中考虑在吸入口前安装过滤器，在出口阀后安装止逆阀；同时应在操作室及现场设置两套监控装置，以应付突发事故的发生。在施工中应严格按照离心泵的施工安装规范进行，并要有一套完善的质量监督制度及验收制度。安装完毕后要进行试运转，经试运转周期考核各项性能指标均符合要求的泵，才能交付生产。二、离心泵的操作及巡回检查制度在操作时要严格按设备使用说明书执行，以下操作程序供参考。启动前准备工作a.检查泵及出、入口管线的各部件，如阀门、法兰、地脚螺钉、联轴器、温度计和压力表等，看是否正常好用b.给轴承箱内加油，油面应在油标的1/22/3处。c.盘车，检查泵的转动情况，是否有不正常的声音。轴封渗漏符合要求。d.打开轴承及盘根的冷却水。e.打开压力表阀。f.打开泵的入口阀，排除泵内存气，使泵内充满液体。使出口阀处于关闭状态。g.具有密封油系统的泵，将密封油加够，并进行循环。h.热油泵启动前要暖泵，预热速度不得超过50/h，每半小时盘车180，使泵体温度不能低于介质温度40。i.检查泵的安全设施(对轮防护罩，接地线等)。j.与各相关岗位联系好，开动高压电机时要与电工联系送电。开泵程序a.准备工作经检查正常后可以启动泵。启动后应注意电流表，泵转向，压力表，泄漏等情况，一切正常后再慢慢打开出口阀。未打开出口阀前泵运转时间不能太长，否则液体在泵内强制循环后温度升高，液体汽化会产生抽空等现象。b.可用泵出口阀调节流量。c.检查泵的轴承温度不得超过规定值。d.观察出口压力表、电流表的波动情况。e.检查泵的运行、振动、泄漏情况。f.检查泵冷却水的供应情况，润滑油液面的变化情况。g.封油压力一般要比密封腔压力大0.05-0.15MPa。停泵程序a.与接料岗位取得联系后，慢慢关闭离心泵出口阀。b.按电动机按钮，停止电机运转。c.关闭离心泵进口阀及密封液阀。d.热油泵停车后每半小时盘车一次，直到泵体温度降到80以下为止。运行时的巡回检查a.检查被抽出液罐的液面，防止物料抽空。b.检查泵的出口压力或流量指示是否稳定。c.检查端面密封液的流量是否正常。d.检查泵体有无泄漏。e.检查泵体及轴承系统有无异常声响及振动。f.检查泵轴的润滑油是否充满完好。g.备用泵应定期盘车。h.室外泵冬季停车应采取保温措施，长时间停车必须将泵内的物料和冷却水系统的非流动水全放掉，以免冻裂泵壳或腐蚀泵体。上述巡回检查制度应予严格执行，并应及时填写好检查记录备查，不能因为设置了集中控制系统而忽略了必要的检查工作，集中控制室仪表失效导致误操作而发生事故的事例在工厂中也时有发生，因此，要确保离心泵的正常运行，建立完善的巡回检查制度也是必不可少的一环。三、建立健全的维护保养制度离心泵与其他设备一样，经过一段时期运转后，都应进行必要的维护保养。健全的维护保养制度确保了离心泵的长周期平稳运行，杜绝了一切不应发生的事故。设备的维护保养工作，一般需按时进行，如每隔3个月进行一次。也可在生产操作间歇中安排一次。严重的情况也有紧急停工进行维护的。当然尽可能杜绝后一种情况的发生。离心泵维护保养的主要内容如下。检查泵进口阀前的过滤器，滤网是否破损，如有破损应及时更换，以免焊渣等颗粒物进入泵体，并定时清洗滤网。泵壳及叶轮进行解体、清洗重新组装。调整好叶轮与泵壳间隙。叶轮有损坏及腐蚀情况的应分析原因并及时做出处理。清洗轴封、轴套系统。更换润滑油，以保持良好的润滑状态。更换填料密封的填料，并调节至合适的松紧度；采用机械密封的应更换密封环和密封液。检查电机。长期停车开工前应将电机进行干燥处理。检查现场及控制室的一、二次仪表，其指示是否正确及灵活好用，对失灵的仪表及部件进行维修或更换。检查泵的进出口阀，阀体是否有磨损以致发生内漏等情况，如有内漏应及时更换阀门。第四节 离心泵常见设备故障及处理离心泵常见设备故障及处理方法见下表。序号故障现象故障原因处理方法 1 流量、扬程降低 泵内或吸入管内存有气体泵内或管路有杂物堵塞 泵的旋转方向不对 叶轮流道不对中 重新灌泵，排除气体 检查清理 改变旋转方向 检查、修正流道对中 2电流升高 转子与定子碰擦 解体修理 3振动增大 泵转子或驱动机转子不平衡 泵轴与原动机轴对中不良 轴承磨损严重，间隙过大 地脚螺栓松动或基础不牢固 泵抽空 转子零部件松动或损坏 支架不牢引起管线振动 泵内部摩擦转子重新平衡 重新校正 修理或更换紧固螺栓或加固基础 进行工艺调整 紧固松动部件或更换 管线支架加固 拆泵检查消除摩擦 4 密封泄漏严重 泵轴与原动机对中不良或轴弯曲 轴承或密封环磨损过多形成转子偏心 机械密封损坏或安装不当 密封液压力不当 填料过松 操作波动大 重新校正 更换轴承或密封环并校正轴线 更换检查 比密封腔前压力大0.050.15MPa 重新凋整 稳定操作5轴承温度过高 轴承安装不正确 转动部分平衡被破坏 轴承箱内油过少、过多或太脏变质 轴承磨损或松动 轴承冷却效果不好按要求重新装配 检查消除 按规定添放油或更换油 修理更换或紧固 检查调整第五节 离心泵完好标准及完好机、泵房(区)标准一、离心泵完好标准1、运转正常，效能良好： a压力、流量平稳，出力能满足正常生产需要或达到铭牌能力的90以上； b润滑、冷却系统畅通，油杯、轴承箱、液面管等齐全好用；润滑油(脂)选用符合规定；轴承温度符合设计要求； c运转平稳无杂音，振动符合相应标准规定； d轴封无明显泄漏； e填料密封泄漏：轻质油不超过20滴min，重质油不超过10滴min； f机械密封泄漏：轻质油不超过10滴min，重质油不超过5滴min。2、内部机件无损，质量符合要求： 主要机件材质的选用，转子径向、轴向跳动量和各部安装配合，磨损极限，均应符合相应规程规定。3、主体整洁，零附件齐全好用： a压力表应定期校验，齐全准确；控制及自起动联锁系统灵敏可靠；安全护罩、对轮螺丝、锁片等齐全好用； b主体完整，稳钉、挡水盘等齐全好用； c基础、泵座坚固完整，地脚螺栓及各部连接螺栓应满扣、齐整、紧固； d进出口阀及润滑、冷却管线安装合理，横平竖直，不堵不漏；逆止阀灵活好用； e泵体整洁，保温、油漆完整美观； f附机达到完好。4、技术资料齐全准确，应具有： a设备档案，并符合石化企业设备管理制度要求； b定期状态监测记录(主要设备)；c设备结构图及易损配件图。二、完好机、泵房(区)标准1、设备状况好： a室内所有设备台台完好，各项运行参数在允许范围以内，主体完整，附件齐全，不见脏、乱、缺、锈、漏； b室内设备、管线、阀