1--电厂泵与风机

1、电厂泵与风机,七台河职业学院煤炭系 李新梅,电厂全貌,课程概况,一、学时,二、教材,三、教师与辅导,泵与风机检修，柏学恭 田馥林主编 中国电力出版社，2008.2,总学时：50，讲课：50。,主讲教师: 李新梅,凝汽式火电厂生产过程示意图,泵与风机在热力发电厂的应用,灰渣泵,冲灰水泵,排粉风机,升压泵,凝结水泵,给水泵前置泵,循环水泵,射水泵,疏水泵,送风机,引风机,蒸汽,空气,水,补水泵,生水泵,烟气,灰渣,射水抽气器,工业水泵,汽轮机系统,锅炉系统,图3 电厂汽水系统流程示意图,模块一 电厂泵与风机概述,单元一 泵与风机的分类与性能参数 单元二 泵与风机的工作原理与构成 单元三 检修概述,

2、模块一 泵与风机概述,(一)按流体排出压力的高低分类 风机可分为： 1 .通风机：340 kPa （压气机亦称压缩机）。 泵可分为： 1 .低压泵：6 MPa 。,一、泵与风机的分类,单元一 泵与风机的分类与性能参数,单元一 泵与风机的分类与性能参数,按作用原理分类,离心泵的其它分类,离心泵的分类方法很多，现介绍几种主要分类方法。 . 按叶轮级数分类 单级离心泵 泵轴上只有一个叶轮。由于液体在泵内只有一次增加能量的机会，所以泵压力、扬程较低。如图1所示。 多级离心泵 同一根泵轴上装有两个或两个以上叶轮。多级泵的叶轮一般都为单吸式，也有将第一级叶轮设计为双吸式的。一个叶轮便是一级，级数越多，压力

3、、扬程越高，同时转子上的不平衡轴向力也越大。多级离心泵大都设有轴向力平衡装置。,离心泵的其它分类,2. 按叶轮吸入方式分类 单吸离心泵 液体从一侧流入叶轮，这种泵的叶轮容易制造，应用最为广泛。由于液体从叶轮一侧吸人，所以叶轮两侧压力不一样，从而产生轴向推力。 双吸式离心泵 液体从两侧流人叶轮内。由于叶轮两侧液体流动对称，所以无轴向力产生。,离心泵的其它分类,3. 按泵壳剖分方式分类 中开式 壳体在通过轴心线的平面上剖分。如果主轴水平布置，称为水平中开式离心泵；如果主轴为立式结构，称为垂直中开式离心泵。 分段式 各段泵壳的剖分面均与主轴垂直，各段泵壳之间用长螺栓紧固。分段式离心泵均为多级泵。,离

4、心泵的其它分类,4. 按泵壳形状分类 蜗壳泵 装有螺旋形压水室的离心泵，如常用的单吸式悬臂离心泵。 透平式泵 装有导叶式压水室的离心泵。,离心泵的其它分类,5. 按泵轴方位分类 卧式泵 泵轴水平放置。 立式泵 泵轴垂直于水平面。,离心泵的其它分类,6. 按照叶轮结构分： 闭式泵(闭式叶轮的泵，如图a) 半开式泵(半开式叶轮泵，如图b) 开式泵(开式叶轮泵，如图c),叶轮结构图,离心泵的其它分类,7. 按照叶轮型式的轴面投影分： 离心泵(也称径流式泵，如图a) 轴流式泵(如图b) 混流式泵(如图c),叶轮型式的轴面投影图,8. 按泵的用途和输送液体性质分类,（1）清水泵 （2）循环水泵、再循环泵

5、 （3）酸泵 （4）碱泵 （5）油泵 （6）冷凝泵 （7）锅炉给水泵 （8）屏蔽泵,离心泵的其它分类,二、泵与风机的基本性能参数,流量 流量(q)是指单位时间内泵与风机输送流体的数量，有体积流量(qv)和质量流量(qm)之分。 扬程（全风压） 功率与效率 转速,二、泵与风机的基本性能参数,流量 扬程（全风压） 扬程是指单位重量的流体通过泵或风机后获得的总能头，也即用被送流体柱高度表示的单位重量的流体通过泵或风机后获得的总能量，用H表示。工程上，泵习惯用扬程。 全风压是指单位体积的流体通过泵或风机后获得的机械能，用p表示。工程上，风机习惯用全风压。 功率与效率 转速,二、泵与风机的基本性能参数,

6、流量 扬程（全风压） 功率与效率 功率: 通常指泵或风机的输入功率，即原动机传给泵或 风机轴上的功率，又称轴功率，用P表示。 P = T = 2nT 效率: （ 泵或风机总效率的简称 ）是指泵或风机的输出 功率 Pe 与输入功率P之比的百分数，它反映泵或 风机在传递能量过程中轴功率被利用的程度，用表示。 转速,结 论,液压传动系统液体所具有的功率，即液压功率等于 压力和流量的乘积， 若忽略能量损失，则 PO = PI 即 Pt = pqt = pVn = Tt = 2nTt 实际上有能量损失 PO PI,二、泵与风机的基本性能参数,流量 扬程（全风压） 功率与效率 转速 转速是指泵与风机叶轮每

7、分钟的转数，用n表示。 当转速变化时，泵与风机的性能（流量、扬程、功率等）将发生变化。,排量和流量,排 量: 在没有泄漏的情况下，泵每转一周所排出的 液体的体积。 理论流量qt : 不考虑泄露的情况下，单位时间内所排出的 液体的体积。 qt = Vn 实际流量 q : 指泵（或马达）工作时实际输出的流量。 q = qt-qs 额定流量（公称流量、铭牌流量）qn： 指泵在正常工作条 件下，按试验标准 规定必须保证的输出流量。 q qn qt 瞬时流量qm : 泵在某一瞬时的几何流量。,工作压力和额定压力,工作压力: 指泵实际工作时输出油液的压力，其值取决于 外界负载 (管阻、摩擦、外负载*） 额

8、定压力（公称压力、铭牌压力）pn :指泵在正常工作条件 下，按实验标准规定能够连续运转的最高压力 （受泵本身泄漏和结构强度限制），p pn 即 泵过载。 最高允许压力: 泵在短时间内允许超载使用 (p max) 的极限 压力。 p p n p max,离心泵的型号,型号是表征性能特点的代号，我国泵类产品型号编制是由三部分组成。 第一部分代表泵的吸入口直径，单位为mm，用阿拉伯数字表示，大部分老产品用“英寸”表示，即吸入口直径被25除后的整数值； 第二部分代表泵的基本结构、特征、用途及材料代号等，用汉语拼音字母表示。离心泵基本型号代号如表1所示，材料代号表示：I类材料为不耐腐蚀的球墨铸铁；类材料

9、为不耐腐蚀的碳素钢；类材料为耐腐蚀的不锈钢。 第三部分代表泵的扬程及级数，老产品很多是以泵的比转数被10除后的整数值表示，现在新泵多数用泵的单级扬程表示，单位为m，对于多级泵，第三部分数字由两部分组成，中间用乘号隔开，乘号前的数字表示泵的单级扬程，乘号后面的数字表示泵的级数。泵的改型产品标志在型号尾部，用大写汉语拼音字母A、B、C表示经切割后的叶轮，其中A表示第一次切割，B表示第二次切割，C表示第三次切割，也是叶轮的极限切割。,表1 离心泵基本型号代号,离心泵的型号表示方法举例如下：,1.叶片式（动力式）泵,离心式 (小流量，高扬程),轴流式 (大流量，低扬程),混流式 (中流量，中扬程),风

10、机叶片式,轴流式静叶可调引风机,对旋轴流式风机,2.容积式泵与风机（又称定排量式）,活塞往复式,活塞泵原理图,活塞泵模型,通过工作室容积周期性变化而实现输送流体的泵与风机。 根据机械运动方式的不同还可分为往复式和回转式。,活塞式空气压缩机动画1.swf 活塞式空气压缩机动画2.swf,2.容积式柱塞式泵,柱塞泵（也是往复泵）,工作原理： 活塞向左移动泵缸容积 泵体压力，排出阀门关阀，吸入杆打开，液体吸入； 活塞向右移动泵缸容积泵体压力排出阀门打开，吸入杆关闭，液体排出。 特点： 单动泵由于吸入阀和排出阀均在活塞一侧，吸液时不能排液，排液时不能吸液，所以泵排液不连续，不均匀。优点是流量小，压力高

11、。,2.容积式（回转式）齿轮泵,工作原理与往复泵相似 在泵吸入口，由于两齿轮分开，空间增大形成低压区而将液体吸入。 被吸入液体在齿轮和泵体之间被分成两路由齿轮推着前进。 在压出口，由于两齿轮互相合拢，空间缩小形成而将液体压出泵。,特点：输送粘性较大的液体,工作原理：与齿轮泵相似。 结构：由机壳和腰形转子组成。 两转子之间、转子与机壳之间间隙很小，无过多泄漏。 改变两转子的旋转方向，则吸入与排出口互换。 特点：风量与转速成正比而与出口压强无关，因此出口阀不可完全关闭，流量用旁路调节。应安装稳压气罐和安全阀。 罗茨鼓风机的出口压强一般不超过 80 kPa（表压）。出口压强过高，泄漏量增加，效率降低

12、。,2.容积式（回转式）罗茨式泵与风机,2.容积式（回转式）螺杆式泵与风机,结构原理： 由缸套，主, 动螺杆组成，泵内形成多个彼此分隔的容腔。转动时，下部容腔体积V 增大，吸入液体，然后封闭。封闭容腔沿轴向上升，新的吸入容腔又在吸入端形成。一个接一个的封闭容腔上移，液体就不断被挤出。 特点： 流量和压力均匀，故工作平稳，噪声和振动较少。 吸入性能好（单螺杆泵吸上真空高度可达8.5m水柱） 流量范围大,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。,式中：,c）有自吸能力，不

13、需灌泵；旁路调节，不能封闭启动,容积泵的特点：,3.其他形式,靠高压工作流体经喷嘴后产生的高速射流来引射被吸流体，与之进行动量交换，以使被引射流体的能量增加，从而实现吸排作用。常用的工作流体有水、水蒸气、空气。被引射流体则可以是气体、液体或有流动性的固、液混合物。,效率低。 结构简单，体积小，价格低。 无运动部件，工作可靠，使用寿命长。只有当喷嘴因口径长期使用后，过分磨损导致性能降低，才需更换。 吸入性能好，而且抽送液体时的允许吸上真空度也很高。 可输送含固体杂质的污浊液体，即使被水浸没也能工作。,CP 型系列喷射泵,喷射泵,喷射泵的构造,喷射泵的构造图 1吸水室 2喷嘴 3螺母 4混合管,水

14、环式真空泵,叶轮偏心安装，旋转时，液体受到离心力作用，在泵体内壁形成一个旋转的液环，叶轮端面与分配器之间被液体密闭，叶轮在前半转（此时经过吸气孔）旋转过程中密封的空腔容积逐渐扩大，气体由吸气孔吸入；后半转（此时经过排气孔）旋转过程中密封容积逐渐缩小，气体从排气孔排出，完成一个抽气过程。为了保持恒定的水环，在运行过程中必须连续向泵内供水。 水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的，因此它属于变容式真空泵。,悬片式真空泵,容积式（回转式）泵与风机（又称定排量式）,火力发电厂主要泵和风机作用介绍,一次风机：干燥燃料，将燃料送入炉膛，一般采用离心式风机。 送风机：克服空气预热器、风道、燃烧器阻

15、力，输送燃烧风，维持燃料充分燃烧。 引风机：将烟气排除，维持炉膛压力，形成流动烟气，完成烟气及空气的热交换。 炉水循环泵：建立和维持锅炉内部介质的循环，完成介质循环加热的过程。 给水泵：将除氧水箱的凝结水通过给水泵提高压力，经过高压加热器加热后，输送到锅炉省煤器入口，作为锅炉主给水。 凝结泵：将凝汽器的凝结水通过各级低压加热器补充到除氧器。 油系统设备：一是为汽轮机的调节和保护系统提供工作用油，二是向汽轮机和发电机的各轴承供应大量的润滑油和冷却油。主要设备包括主油箱、主油泵、交直流油泵、冷油器、油净化装置等。,42,利用离心力的作用增加流体压力并使之流动的一种泵。动力机带动转轴，转轴带动叶轮在

16、泵壳内高速旋转，泵内水体被迫随叶轮转动而产生离心力。离心力迫使液体自叶轮周边抛出，汇成高速高压水流经泵壳排出泵外，叶轮中心处形成低压，从而吸入新的水流，构成不断的水流输送作用。 另外，泵壳内的液体部分动能还转变成静压能。,叶片式泵与风机基本工作过程,单元二 叶片式泵与风机的基本理论,43,离心泵工作过程,灌泵、甩出、真空、吸入,开泵前，泵内灌满要输送的液体。 开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，高速流入泵壳。 在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢，使大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压从出口流入排出管。 泵内的液体被抛出后，叶轮

17、的中心形成了真空，在液面压强与泵内压力的压差作用下，液体便经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。,离心式水泵的工作原理动画,水泵排水系统： 组成 由水泵、电机及电控设备、管 路及附件、监测仪表等组成。 各部分功用 逆止阀 旁通阀门 注水漏斗； 闸板阀（调节闸阀）,图5-8 水泵排水 系 统 图 1滤水器 290弯头 3异径管 4水泵 5真空表 6压力表 7调节闸阀 8逆止阀 9旁通阀门 10吸水井,排水系统各部件的作用,带底阀的滤水器1装在吸水管的末端，一般应插入吸水井水面0.5m以下。底阀用来防止水泵启动前灌入泵内和吸水管内的引水或停泵后水漏入井中。因底阀会增大吸水阻力，一般只用在中、

18、小型水泵中。大型水泵通常不设底阀，采用射流泵或水环式真空泵进行抽气灌水。 过滤网用来滤去水中的固体颗粒和杂物，以防其阻塞泵内流道或损坏泵。 调节闸阀7安装在靠近水泵排水接管下方的排水管路上，作用是调节水泵的流量和在关闭闸阀的情况下启动水泵，以减小电动机的启动负荷。一般情况下吸水管路上不装闸阀。但是当泵的吸水管道与其他管道相连，或者处于正压进水的情况下，吸水管道上可装设闸阀。 逆止阀8安装在调节闸阀7的上方，其作用是当水泵突然停止运转(如突然停电)时，或者在未关闭调节闸阀7的情况下停泵时，能自动关闭并切断水流，避免水泵受到水力冲击而遭损坏。 水泵泵体上设有灌水孔和排气孔。灌水孔对应有灌水漏斗，其

19、作用是在水泵初次启动前向泵内灌注引水；排气孔对应有放气栓，其作用是向泵内灌注引水时排除空气。 水泵再次启动时，可通过旁通管向水泵内灌引水。 真空表5和压力表6的作用是检测水泵吸入口的真空度和水泵排水口的压力。,图1单级悬臂式离心泵,1-泵盖；2-泵体；3-叶轮；4-密封环；5-轴套；6-泵轴； 7-托架；8-轴承；9-联轴器,单级单吸离心泵结构,分段式多级给水泵,50,气缚（气蚀）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”。 为了防止气缚，

20、离心泵的吸水管总比排水管粗1 2个管径等级。 离心泵无自吸能力，为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装上止逆阀。同时在泵体水平最高点还应设置放气阀。离心泵与喷射泵组合，依靠喷射装置,在喷嘴处造成真空实现抽吸。 容积式泵都具有自吸能力。,流体在封闭的叶轮中所获得的能（静压能）：,图530 水泵汽蚀曲线,气蚀现象： 在水泵入口压力最低点处，其压力值低于该温度下的饱和蒸汽压时，水就汽化产生气泡，溶解在水中的各种气体也会析出，气泡随水流到高压区时将突然破裂，使金属表面不断形成真空和受到水力的冲击，金属表面将很快疲劳损坏，称其为气蚀现象。 气蚀现象产生机理： 机械剥落作用和化学腐蚀作用。 气蚀现象的

21、危害： 气蚀发生时，周期性的压力升高和水流质点彼此间的撞击以及对泵壳、叶轮的打击，将使水泵产生强烈的噪音和振动现象，从而引起水泵的流量、扬程和效率的迅速下降，甚至出现吸不上水及断流状态。,图529 被蚀坏的叶片,（二）离心泵与风机的基本方程,M表示叶轮旋转时传递给流体的功率，应该等于流体获得的功率gqVTHT。,P=qVT(u22u- u11u),按照动量矩定理，动量矩的变化率应等于所有外力对转轴的力矩M,（三）理论扬程的组成,Hp（静压头）,Hc(动压头),离心力的作用下叶轮 旋转所增加的静压头,叶片间通道面积逐渐 加大使液体的相对速 度减少所增加的静压头,液体流经叶轮后所 增加的动压头（在

22、 蜗壳中其中一部分 将转变为静压能）,Hp用于克服装置中的流阻、液位差 和反压。要求Hp大于这三者之和。,Hc表现为液流绝对速度增加。 要求Hc不宜过大，因Hc大流阻大。,由叶轮叶片进、出口速度三角形可知：,容积损失： 由于泵的泄漏、液体的倒流等所造成，使得部分获得能量的高压液体返回去被重新作功而使排出量减少浪费的能量。容积损失用容积效率v表示。,机械损失：由于泵轴与轴承间、泵轴与填料间、叶轮盖板外表面与液体间的摩擦等机械原因引起的能量损失。机械损失用机械效率m表示。,流动损失: 由于液体具有粘性，在泵壳内流动时与叶轮、泵壳产生碰撞、导致旋涡等引起的摩擦阻力、局部阻力和冲击能量损失。水力损失用

23、水力效率h表示。,（四）损失与效率,Pm 机械损失功率,PV 容积损失功率,Ph 流动损失功率,Ph qVT HT,P qV HT,Pe qV H,Psh,泵或风机内部的能量平衡图,56,泵与风机的总效率,由上述分析可知，泵与风机的总效率等于 容积效率、机械效率和流动效率三者的乘积。 因此，要提高泵与风机的效率就必须在设计、制造及运行等各方面注意减少容积损失、机械损失和流动损失。离心式泵与风机的总效率视其容量、型式和结构而异，目前离心泵总效率约在 0.600.90 的范围，离心风机的总效率约在 0.700.90，高效风机可达0.90以上。轴流泵的总效率约为0.700.89，大型轴流风机可达0.

24、90左右。,57,1.容积损失和容积效率,泵与风机由于转动部件与静止部件之间存在间隙，当叶轮转动时，在间隙两侧产生压力差，因而使部分由叶轮获得能量的流体从高压侧通过间隙向低压侧泄漏，称为容积损失或泄漏损失。 容积损失主要发生在：叶轮入口与外壳密封环之间的间隙；平衡轴向力装置与外壳间的间隙和轴封处的间隙；多级泵的级间间隙处。,58,减小泵容积损失的措施,为了减小叶轮入口处的容积损失q1，一般在入口处都装有密封环（承磨环或口环），如下图所示。,检修中应将密封间隙严格控制在规定的范围内，密封间隙过大q1；密封间隙过小 机械损失Pm1；,平面式密封环,中间带一小室 的密封环,曲径式密封环,直角式密封环

25、,曲径式密封环,锐角式密封环,曲径式 密封环,2.机械损失和机械效率,机械损失主要包括轴端密封与轴承的摩擦损失及叶轮前后盖板外表面与流体之间的圆盘摩擦损失两部分。 轴端密封与轴承的摩擦损失Pm1nD2，与轴承、轴封的结构形式、填料种类、轴颈的加工工艺以及流体的密度有关，约占轴功率Psh的1%3%，大中型泵多采用机械密封、浮动密封等结构，轴端密封的摩擦损失就更小。 圆盘摩擦损失 Pm2n3D25，是因为叶轮在壳体内的流体中旋转，叶轮两侧的流体，由于受离心力的作用，形成回流运动，此时流体和旋转的叶轮发生摩擦而产生能量损失，约占轴功率的2%10%，是机械损失的主要部分。,60,合理地压紧填料压盖，对

26、于泵采用机械密封。 对给定能头，增加转速，相应减小叶轮直径。 试验表明，将铸铁壳腔内表面涂漆后，效率可以提高2%3%，叶轮盖板和壳腔粗糙面用砂轮磨光后，效率可提高2%4%。一般来说，风机的盖板和壳腔较泵光滑，风机的效率要比水泵高。 适当选取叶轮和壳体的间隙，可以降低圆盘摩擦损失，一般取B/D2=2%5%。,减小机械损失的一些措施,叶轮叶片方向讨论,从结构角度：当HT=const.，前弯式叶轮结构小，重量轻，投资少； 从能量转化和效率角度：若流速流道扩散度前弯式叶轮易发生边界层分离，致使局部损失增加，效率较低；希望 Hst克服管路阻力，但前弯式叶轮由于Hd较大，在压出室再由Hd向Hst转化时，所

27、产生的压损较大，故后向式叶轮克服管路阻力的能力相对较好，故效率高； 从防磨损和积垢角度：径向式叶轮较好，前向式叶轮较差，而后向式居中； 从功率特性角度：当流量时，前向式叶轮轴功率，易发生过载问题。,62,后弯式叶片的优点,后弯式叶片流动效率高： 后弯式叶片流体出口绝对速度最小，因此流动损失最小，流动效率高。 后弯式叶片流道效率高： 前弯和径向式叶轮叶道短、断面变化大，其叶道内的流动损失也大于后弯叶轮。 后弯式叶片性能稳定： 轴功率随着流量的增加而增大到最大值之后，几乎不再增加。而前弯式叶片的功率变化与此正好相反，容易产生原动机的超载。,63,一些叶片形式和出口安装角的大致范围,为了提高泵与风机的效率和降低噪声，工程上对离心式泵均采用后弯式叶轮