化工设备使用与维护9第九章泵的使用与维护课件

1、第九章 泵的使用与维护化工设备使用与维护化工设备使用与维护泵是用来输送液体并增加液体能量的一种机器，用泵我们可以将液体从低位处打到高位处，从低压容器打进高压容器。在石油化工生产中，泵的使用非常广泛，炼油厂使用各种油泵、化工厂使用各种原料泵、成品泵、酸泵、碱泵，化肥厂使用各种低温泵、清水泵、污水泵。如果把管路比作是石化生产装置的血管，那么泵就好比是生产装置的心脏，可见、泵在石化生产装置中占有极为重要的地位。化工设备使用与维护第一节 离心泵的结构与工作原理 按照不同的分类方法可以将泵分成不同的类型一、泵的类型及应用(1)容积式泵 容积式泵通过工作容积的周期性变化吸入和排出液体，使液体获得能量。这种

2、类型的泵根据运动机构的特点，又可分为往复式和转子式两种。 属于往复式泵的有活塞式往复泵、柱塞式往复泵和隔膜式往复泵等。属于转子式泵的有齿轮泵、螺杆泵和滑板泵等。往复泵工作原理化工设备使用与维护隔膜式往复泵 1吸排液管 2隔膜 3变速器 4电动机化工设备使用与维护齿轮泵工作原理图化工设备使用与维护单螺杆及双螺杆泵示意图化工设备使用与维护(2)叶片式泵 叶片式泵依靠高速旋转的叶轮对液体做功，使液体获得能量,实现液体的输送。 根据流体流过叶轮时的方向不同，叶片式泵又可分为：离心泵、轴流泵、混流泵,旋涡泵等。 叶片式泵的优点是构造简单，效率高，且易于调节。因此得到普遍应用。其中尤以离心式泵应用最多。化

3、工设备使用与维护（3）其它类型泵 其它类型泵包括流体动力泵和电磁泵。喷射泵，空气升液器，水锤泵等属于流体动力泵。这种类型的泵依靠一种流体的静压能或动能来输送另一种流体。化工设备使用与维护三、泵的特点及应用范围 离心泵主要适用于大、中流量和中等压力的场合；往复泵主要适用于小流量和高压力的场合；转子泵和旋涡泵适用于小流量和高压力的场合。 离心泵具有适用范围广、结构简单及运转可靠等优点，从而在石油化工及其他化工生产中得到了广泛的应用。化工设备使用与维护 二、离心泵的分类 尽管离心泵类型繁多，但由于作用原理相同，因而它们的主要部件大体相同。 化工设备使用与维护 离心泵的类型很多，按照不同的分类方法，可

4、以分成不同的类型。按其结构型式，分类如下： （一） 按液体吸入叶轮的方式分类 (1)单吸式泵 叶轮一侧有吸入口，液体从一侧进入叶轮。 (2)双吸式泵 叶轮两侧都有吸入口，液体从两面进入叶轮。 （二）按叶轮级数分类 (1)单级泵 泵体中只装有一个叶轮。 (2)多级泵 同一根泵轴上装有两个以上的叶轮，后图所示为一台分段式多级离心泵。轴上装有412个叶轮，以产生较高能头。 （三）按泵壳的剖分方式分类 泵壳在泵轴中心线的平面上剖分的称为中开式离心泵，泵壳在垂直于泵轴中心线平面上的剖分称为分段式离心泵。化工设备使用与维护 三、离心泵的工作原理 离心泵的工作原理可以通过生活中的现象加以说明。化工设备使用与

5、维护 采用同样的原理，若把桶密闭内装几个叶片当转动叶片后，同样出现中间压力下降，四周压力上升，若在中央及周围各装一水管，则水由中央水管吸入，由周围的水管压出。离心泵就是按该工作原理制成的。化工设备使用与维护 离心泵在启动之前，泵内应灌满液体，此过程称为灌泵。启动后工作时，驱动机通过泵轴带动叶轮旋转，叶轮中的叶片驱使液体一起旋转，因而产生离心力。在离心力作用下，液体沿叶片流道被甩向叶轮出口，并流经蜗壳送入排出管。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储罐等工作地点。化工设备使用与维护 在液体被甩向叶轮出口的同时，叶轮入口中心处就形成了低压，在吸液罐和叶轮中心处的液体

6、之间就产生了压差，吸液罐中的液体在这个压差作用下，便不断地经吸入管路及泵的吸入室进入叶轮中。这样，叶轮在旋转过程中，一面不断地吸入液体，一面又不断地给吸入的液体以一定的能量，将液体排出。离心泵便如此连续不断地工作。化工设备使用与维护 离心泵的进出管路和管路附件,对泵的正常操作作用很大,底阀是一个止逆阀,启动前此阀关闭,保证泵体及吸入管路内能灌满液体,泵停止运转时此阀自动关闭,防止液体倒灌。 离心泵在运转过程中，常发生“气缚”现象，即泵内进入空气，使泵不能正常工作。这是因为空气密度较液体小的多，在叶轮旋转时产生的离心力很小，不能将空气压出，使吸液室不能形成足够的真空，离心泵便没有抽吸液体的能力，

7、所以离心泵在启动之前，泵及吸入管路内应罐满液体，在工作过程中吸入管路和泵体的密封性要好。化工设备使用与维护 一、离心泵的主要性能参数 离心泵的基本性能参数包括：流量、扬程、功率，效率、允许吸上真空高度和允许汽蚀余量等。 1流量 流量是指泵在单位时间内输送的液体量，通常用体积流量Q表示，m3/h、m3/s或L/s。也可用质量流量G表示，其单位为kg/h或kg/s。质量流量m与体积流量Q之间的关系为式中 液体密度，kg/m3。 第二节 离心泵的性能化工设备使用与维护 2扬程 泵的扬程是指每公斤液体从泵进口到泵出口的能量增值，也就是单位质量液体通过泵以后获得的有效能量，即泵的总扬程，常用符号H表示，

8、单位为J/kg。 目前，在实际生产中，泵的扬程仍习惯用被输送液体的液柱高度m表示。虽然泵扬程的这一单位与高度单位一样，但不应把泵的扬程简单地理解为液体所能排送的高度，因为泵的有效能头不仅要用来提高液体的位高，而且还要用来克服液体在输送过程中的流动阻力，以及提高输送液体的静压能和速度能等。 化工设备使用与维护 3. 转速 离心泵的转速是指泵轴每分钟的转数(n,单位为r/min); SI制中转速为泵轴每秒钟的转数(nf,单位为r/s,即HZ); 化工设备使用与维护 4. 功率和效率 功率是指单位时间内所做的功，如果在一秒钟内把l牛顿重的物体提高1m的高度，这时就对物体做了1Nm的功，即功率等于1N

9、m/s，或1W。瓦单位在工程上使用太小，常用千瓦(kW)来表示。 泵的功率分输入的轴功率N和输出的有效功率Ne。 （1）有效功率表示在单位叫间内泵对输送液体所做的功。因此，泵的有效功率为式中 液体密度，kg/m3； H 扬程，J/kg; Q 体积流量，m3/s化工设备使用与维护 （2）单位时间内由原动机传到泵主轴上的功称为轴功率。由于泵工作时，泵内存在各种损失，例如流体流动阻力、机械摩擦等要消耗一定的功率，所以不可能将驱动机输入的功率全部转变为输送液体的有效功率，为此引入泵效率的概念，来衡量离心泵工作经济性的。泵的效率等于有效功率与轴功率之比用符号表示，表达式为 4. 允许吸上真空高度及允许气

10、蚀余量 这两个性能参数，表示离心泵抗气蚀性能的指标，单位与扬程相同，详见本章第三节。 化工设备使用与维护化工设备使用与维护二、离心泵的性能曲线 一台离心泵，当工作转速n为一定值时，其扬程H、功率N、效率、与泵流量Q之间有一定的对应关系。这种表示H-Q、N-Q，-Q 的关系曲线称为性能曲线。离心泵的性能曲线不仅与泵的形式、转速、几何尺寸有关，同时与液体在泵内流动时的各种能量损失和泄漏损失有关。 熟悉和掌握离心泵的性能曲线就能正确地选用离心泵,使泵在最有利的工况下工作，并能解决操作中所遇到的许多实际问题。离心泵性能曲线可以用理论分析和实验测定两种方法绘制。 化工设备使用与维护 理论分析方法是依据离

11、心泵基本方程将扬程、流量、功率和效率之间的关系绘制出来并研究讨论性能参数之间变化规律的方法。这样得出的曲线称为理论性能曲线，它能够定性地得出流量和扬程、功率、效率之间的变化规律。但是由于离心泵内部各种损失的影响，使得理论性能曲线和实际情况存在着明显差别。 因此在实际应用时均是利用实验的方法绘制离心泵的性能曲线。（一）离心泵性能曲线的形成化工设备使用与维护（二）离心泵性能曲线的分析及应用 泵的实际性能曲线表明，泵在恒定转速下工作时，对应于泵的每一个流量Q，必相应的有一个确定的扬程H、功率N、效率等。它们表示离心泵某一特定的工作状况，简称工况。该工况在性能曲线上的位置称为离心泵的工况点。 对应于最

12、高效率的工况称为最佳工况点，设计工况点一般应与最佳工况点重合，离心泵应在最佳工况点附近运行，泵性能曲线一般都会标出这一范围，称为高效工作区。 当流量为零时，泵的扬程不等于零，其值称为空载轴功率，这时的功率为最小。由于这时无液体排出，所以泵的效率为零。化工设备使用与维护 如下图所示，H-Q性能曲线有“陡降”、“平坦”及“驼峰”形之分。 具有平坦特性的离心泵，其特点是当流量Q变化转大时，扬程H变化不大；它适用于生产中流量变化较大，而管路系统中压力降变化不大的场合，较适用于排液管路上的阀门来调节流量。 化工设备使用与维护 具有陡降特性的泵，则当流量Q稍有变化时，其扬程有较大的变化，因此它适用于系统中

13、流量变化较小而压力降变化较大或当压力降变化较大时而要求流量较稳定的场合。 具有驼峰特性的泵，其扬程随流量Q的变化是先增加后减小，曲线上T点左边为不稳定工况段，在此范围内工作时，泵容易发生喘振，影响泵的稳定工作。离心泵应避免在不稳定情况下运行，一般应在下降曲线部分操作。化工设备使用与维护 泵的实际性能曲线表明，泵在恒定转速下工作时，对应于泵的每一个流量Q，必相应的有一个确定的扬程H、功率N、效率等。每条性能曲线都有它各自的用途。 1.离心泵的H-Q性能曲线是选择泵和操作使用的主要依据。泵在恒定转速下工作时，对应于泵的每一个流量Q，必相应的有一个确定的扬程H。随着流量Q的增加，扬程H逐渐下降，当流

14、量Q为零时，扬程H为一固定值。 2.离心泵的N-Q性能曲线是选择泵和正常启动离心泵的主要依据。通常按照所需流量变化范围中的最大值,再加上适当的安全裕量来确定原动机的功率。应确保泵在功耗最小的条件下启动，以降低启动电流，保护电机。一般当Q=0时，离心泵的功率最小，因此启动泵时，应关闭出口调节阀门，待泵正常运转后，再调节到所需流量。化工设备使用与维护 3.离心泵的 Q性能曲线是检查泵工作经济性的依据。根据Q特性可知，泵在何工况下工作效率最高。工程上将泵效率最高点定为额定点。与该点对应的流量，扬程、功率，分别称为额定流量、额定扬程及额定功率。为了扩大泵的使用范围，各种泵都规定一个良好的工作区(高效区

15、)，一般取最高效率以下7范围内诸点所对应的工作点为高效工作区。有些泵样本上，基本性能曲线只绘出高效工作区。 4.离心泵的样本或说明书所给出的性能曲线都是以清水在20时进行实验得到的，在实际生产过程中泵输送的液体，其性质往往与此相差很大，如黏度、温度等。在生产中也可能根据工艺条件改变泵的某些参数，如泵的转速等。泵的制造厂为了扩大泵的使用范围，有时给泵配备不同直径的叶轮等。这些都会使泵的性能曲线发生变化，所以在实际应用过程中还要根据具体情况，查阅相关资料进行换算。化工设备使用与维护三、离心泵的工作点 在石油产品的储存工程中，泵和管路一起组成一个输送系统。在这个输送系统中，要遵循质量守恒和能量守恒这

16、两个基本定律，即泵所排出的流量等于管路中的流量，单位质量流体所获得的能头等于流体沿管路输送所消耗的能头，这样才能稳定的工作。若泵和管路任何一方工况发生变化，都会引起整个系统工作参数的变化。为此应当研究离心泵的管路特性，并分析影响管路特性的各种因素及工况调节方法。化工设备使用与维护 1.管路系统特性曲线 当离心泵沿一条管路输送一定流量的液体时，泵提供的扬程消耗于管路所需的位能、静压能、动能和液体沿管路流动时的各种流动阻力损失。其中，用于提高单位质量液体的位能和克服管路两端压力差所需要的静压能与管路流量无关，可以用一个常数表示为Hp，但用于提高液体动能和克服流动损失所需扬程，则与液体的流速平方成正

17、比，即与流量的平方成正比。化工设备使用与维护 当泵沿吸入管路和串联在一起的排出管路（设管径相同）输送液体时，所需扬程大小可用伯努利方程来计算： 式中，液体提升的高度HB+ HA和吸液罐与排液罐内液面上压力差 都与管路中流量Q无关，它们是个常数，故称为管路所需静扬程，而流阻和流速都与流量的平方成正比，因此管路特性曲线可表示为化工设备使用与维护2.离心泵的工作点 离心泵在管路中工作时，泵是串联在管路中的，泵所提供的能量H与管路所需要的能量Hc应相等，泵所排出的流量与管路输送的流量应相等，这时泵装置处于稳定工作状态。因此，泵的工作点应是管路特性曲线与泵的扬程曲线的交点。如图所示，两条曲线的交点M为泵

18、的工作点，对应的Q值和H值就是泵的工作流量和扬程。化工设备使用与维护 假如泵在流量较大的A点工作，则泵提供的扬程HA小于管路装置所需扬程HCA ，说明在工作点A处，把对应的液体流量从吸液罐输送到排液罐时所需的能头大于液体从泵中获得的能头，这时液体能头不足，必然导致流速减慢，使流量减小，泵的工作点从A点沿扬程性能曲线向M点移动。 反之，泵在流量小于M点的B点工作时，则管路装置所需扬程HCB小于泵的扬程HB，液体从泵中获得的能头除用于将液体从吸液罐输送到排液罐所需之外，还有部分剩余，因此，管路内的液体将加速流动，流量增大，工作点从B将向M点移动。可见，M点是流量平衡和能量平衡的唯一工作点，此点必然

19、是泵的稳定工作点。 化工设备使用与维护四、离心泵的流量调节 改变运转泵的工作点位置称为泵的工况调节。由于泵的工作点是泵的扬程曲线和管路特性曲线的交点，所以任何一条曲线发生变化，工作点便随之而改变。 1.出口管路节流调节 这种方法是改变管路特性曲线的最简单、最常用的方法，即在排出管路上安装调节阀，当开大或关小调节阀的开启度时，管路中局部阻力的变化使管路阻力系数k改变，使管路特性曲线的斜率跟着变化，从而改变管路特性曲线，在泵的性能曲线不变的情况下，泵的工作点发生变化，最终达到调节流量的目的。化工设备使用与维护 2. 改变转速调节 离心泵的扬程和流量都和转速有关。当n增大，由比例定律可知，泵的流量和

20、扬程相应地与转速按一、二次方的正比关系变化，即泵的H-Q性能曲线向右上方移动；当n减小时，H-Q性能曲线向左下方移动，如图所示。 用变转速调节流量是比较经济的，因为它没有节流引起的附加能量损失。但是，这种调节要求使用能改变转速的原动机来驱动，如直流电动机，双速（分低速档和高速档）电动机，汽轮机等。化工设备使用与维护 3.切割叶轮外径 在其他条件不变的情况下，当离心泵的叶轮外径减小时，泵对液体所提供的能量减少，泵的性能曲线也相应改变，从而改变了工作点达到调节流量的目的。 这种调节方法虽然没有附加能量损失，但叶轮切割后不能再恢复原有特性，故适用于长期调节。 化工设备使用与维护第三节 离心泵的汽蚀与

21、安装高度一、汽蚀现象及危害 1.汽蚀现象的产生 叶轮入口中心压力为 ps ，叶片进口附近压力为 pk ，显然；ps 大于 pk 根据离心泵的工作原理: 叶轮的吸入压力差 为 pa- pk pa 吸入罐液面压力 pk 叶轮内的最低压力 pk 下降 时， 泵的吸入能力提高 但当 pk pt 时： 出现汽蚀现象 pt输送温度下液体的饱和蒸气压力 化工设备使用与维护 离心泵出现汽蚀时；叶轮入口处液体汽化，同时还有溶解在液体内的气体逸出，形成大量小汽泡。当这些小汽泡随液体流到叶轮流道内压力高于pt的区域时，由于汽泡外面的液体压力高于汽化压力pt ，则小汽泡在四周液体压力的作用下，便会重新凝结、溃灭。 叶

22、轮内的小汽泡凝结、溃灭后，形成一个个空穴。这时周围的液体以极高的速度向这些空穴冲来，液体质点互相撞击形成局部水力冲击，使局部压力高达数百大气压。化工设备使用与维护 汽泡凝结溃灭时引起的局部水击压强很大。如果这些汽泡是在叶轮流道内的金属表面附近溃灭，则液体质点就像无数小弹头一样，连续打击在金属表面上。这种水力冲击的速度很快，频率可达2500Hz。金属表面会很快因疲劳而剥蚀。由于汽泡凝结时放出的热量，会使局部温度可达200300，汽泡内还夹杂有活泼性气体（如氧气等），它们借助于汽泡凝结时放出的热量，会对金属表面产生电化学腐蚀，加快金属的破坏速度。上述这种液体的气化、凝结、冲击和对金属表面的机械剥蚀

23、和电化学腐蚀的综合作用现象称为“汽蚀”。 2.汽蚀的危害 汽蚀对离心泵的工作十分有害，离心泵发生汽蚀时，产生噪音和振动并伴有流量、扬程和效率的降低，有时甚至不能运转。严重时，整个叶片和前后盖板都有这种现象，甚至将叶片和盖板蚀穿。化工设备使用与维护二、离心泵的吸入特性 1.允许汽蚀余量 汽蚀余量h ； 当ps下降到psc时，pk下降到等于pt，这时；泵进入汽蚀临界状态。对应的汽蚀余量称为最小汽蚀余量 最小汽蚀余量 hmin； hmin的物理意义为叶轮中心液体的能量高于输送液体饱和蒸汽压的最小富余量，最小汽蚀余量 hmin 表明 叶轮中心处的压力越低，离心泵的操作状态越接近汽蚀。 为避免泵发生汽蚀

24、给最小汽蚀余量 hmin 加以0.3m的安全量为允许汽蚀余量。 h=hmin+0.3化工设备使用与维护 2.允许吸上真空高度 1. 吸上真空高度的概念 泵的吸上真空度为： 当ps下降到临界值psc时 泵的最大吸上真空度为：允许吸上真空度 Hs=Hs max - 0.3m化工设备使用与维护三、防止汽蚀的措施 （1）降低泵的安装高度 （2）减少吸液管的阻力损失 （3）降低输送液体的温度 （4）减小输送液体的密度 （5）提高吸液罐液面的压力 （6）在相同温度下，较易挥发的液体其饱和蒸汽压较高，所以输送易挥发的液体时泵容易发生汽蚀现象。化工设备使用与维护四、离心泵的安装高度 离心泵的安装高度是指从吸液

25、罐液面到泵轴线之间的垂直距离。当泵的实际安装高度小于等于允许安装高度时，泵不会发生汽蚀现象。化工设备使用与维护第四节 离心泵的使用与维护一、离心泵的选用（一）离心泵的型号 泵的型号是表示泵的性能特点的代号，我国的离心泵型号目前尚未完全统一。现在大部分采用以汉语拼音与阿拉伯数字组合的编制方式，通常由三个单元组成:化工设备使用与维护 近年来，我国泵行业采用国际标准ISO 2858-75 (E)的有关标记及额定性能参数和系列尺寸，设计制造了新型号的泵，其型号组成如下：化工设备使用与维护（三）离心泵的选择步骤 1.列出基础数据 根据工艺条件，列出数据，包括介质物理性质(密度、粘度、饱和蒸气压等)、操作

26、条件(操作温度、泵进出口两侧设备内的压力、处理量等)以及泵所在位置情况，如环境温度、海拔高度、进排出设备内液面至泵中心线距离和一定的管路条件等数据。 2.估算泵的流量和扬程 当工艺设计给出正常流量、最小流量和最大流量时可直接采用最大流量;若只给出装置的正常流量，则应采用适当的安全系数估算泵的流量。当工艺设计中给出所需扬程值时，可直接采用;若没有给出扬程值时，一般先绘出泵装置的立面流程图，标明离心泵在流程中的位置、标高、距离、管线长度及管件数等，计算流动损失。再留出余量，最后确定泵需提供的扬程。化工设备使用与维护 3.选择泵的类型 根据被输送介质的性质，确定选用泵的类型。在选择泵的类型时.还应当

27、与台数同时考虑、在正常操作时，一般只用一台泵;在某些特殊情况下，也可采用两台泵同时操作。为保证正常生产，还应适当考虑备用泵。 4.选择泵的型号 当选定泵的类型后，将流量Q和扬程H值标绘在该类型泵的性能曲线型谱图上。交点P落在切割高效工作区四边形中，读出该四边形注明的离心泵型号。既为所选泵。如果交点P不是恰好落在四边形的上下边上，则选用该泵后，可以应用改变叶轮直径或工作转速的方法，以改变泵的性能曲线，使其通过交点P。化工设备使用与维护5.核算泵的性能 在实际生产过程中，为了保证泵的正常运转，防止发生汽蚀，应根据流程图的布置。计算出最差条件下泵入口的实际吸上真空高度、或装置的汽蚀余量与该泵允许值相

28、比较。或根据泵的允许吸上真空高度或泵的允许汽蚀余量计算出泵的允许几何安装高度与工艺流程图中确定的安装高度相比较。若不能满足时，就必须另选其他泵，或变更泵的位置，或采取其他措施。 6.计算泵的轴功率和驱动机功率 根据泵所输送介质的工作点参数可求出泵的轴功率，选用驱动机功率时应考虑10%-15%的储备功率，则驱动机功率Nd=(1.1-1.15 )N。目前很多类型的泵已做到与电机配套，只需进行校核即可。在选配驱动机时，还应考虑现场可供利用的动力来源，在条件许可的情况下，尽可能采用电动机。化工设备使用与维护二、离心泵的操作1.启动前的检查 为保证泵的安全运行，在泵启动前，应对整个机组做全面的检查，发现

29、问题，及时处理。检查内容如下： 电动机和水泵固定是否良好，螺钉及螺母有无松动脱落。 检查各轴承的润滑是否充足，润滑油是否变质。 如果是第一次使用或重新安装的泵，应检查泵的转动方向是否正确。 检查吸液池及滤网是否有杂物。 检查填料函内的填料是否发硬。 检查排液管上的阀门启闭是否灵活。 检查电动机的电气线路是否正确。 检查机组附近有无妨碍运转的物体。化工设备使用与维护 经过全面检查，确认一切正常后，才可做启动的准备工作，启动前的准备工作有以下几项; 关闭排水管路上的阀门，以降低启动电流。 打开放气旋塞。向泵内灌水，同时用手转动联轴器，使叶轮内残存的空气排出，直至放气旋塞有水溢出时。再将其关闭。 大

30、型水泵采用真空泵抽气灌水时，应关闭放气旋塞及真空表和压力表的旋塞，以保护仪表的准确性。 2.启动 完成以上准备工作后，即可启动泵。启动后，待泵转速稳定，电流表指针指示到指定位置。这时再把真空表及压力表的旋塞打开，并慢慢开启出口阀门，泵进入正常运行。与此同时还应将水封管的阀门打开。 离心泵启动后空转时间不能太长，通常以2-4min为限，如果时间过长，水的温度就会升高，可能导致汽蚀发生或产生其他不良后果。化工设备使用与维护 3.运转时的维护 在泵运行过程中，除要经常注视各仪表读数是否正常外、还应注意机组运转声音、振动、轴承的润滑及密封装置的工作情况。 注意轴承的润滑情况，应定时更换润滑油。 注意轴承温度不能超过7