离心泵的基本原理和结构
1 离心泵的基本原理和结构
泵是输送油、水等液体的机械。•化工厂各个装置都装有许多台泵,将油品等液体传送于各设备之间。这些泵大多数都是离心泵。本章主要介绍离心泵的基本结构、工作原理及日常操作、维修保养。
a 离心泵的分类、结构及主要零部件
一.离心泵的分类
1.按液体吸入叶轮方式分:
(1) 单吸式泵:如图1-1所示，叶轮只有一侧有吸入口,•液体从叶轮的一面进入叶轮。
(2) 双吸式泵:如图1-2所示，叶轮两侧都有吸入口,•液体从两面进入叶轮。
2.按叶轮级数分:
(1) 单级泵:只有一个叶轮。
(2) 多级泵:同一泵轴上装有串联的两个以上叶轮。
3.按泵体形式分:
(1)蜗壳泵:壳体呈螺旋线形状,液体自叶轮甩出后,进入螺旋形的蜗室,再送入排出管线,如Y型泵。
(2)双蜗壳泵:叶轮排出侧具有双蜗室的壳体。
(3)筒式泵:整个泵内壳装在一外筒体内的双层壳体离心泵。
4.此外,按泵输送介质不同可分为清水泵、油泵、耐[wiki]腐蚀[/wiki]泵等。
二 .离心泵的基本构成
1.概论:一台离心泵主要由泵体、叶轮、密封环、旋转轴、轴封箱等部件组成,有些离心泵还装有导轮、诱导轮、平衡盘等。
2.泵体:即泵的壳体,包括吸入室和压液室。
(1).吸入室:它的作用是使液体均匀地流进叶轮。
(2).压液室:它的作用是收集液体,并把它送入下级叶轮或导向排出管,与此同时降低液体的速度,使动能进一步变成压力能。•压液室有蜗壳和导轮两种形式。蜗壳因流道做成螺旋形而得名 ,•液体沿螺旋线流动,随着流道截面的增大而降低速度,使动能变成压力能;导轮常见于分段多级泵,为了使结构简单紧凑,•在一级叶轮和次级叶轮之间的能量转换采用导轮,液体沿导轮规定的流道流至次级叶轮的入口。
3.转子:转子包括泵轴、叶轮及其他附件。
(1)叶轮:它是离心泵内传递能量给液体的唯一元件,•泵通过它使机械能变成了液体的压力能,使液体的压力提高。叶轮用键固定于轴上，随轴由原动机带动旋转,通过叶片把原动机的能量传给液体。
(2)轴:它是传递机械能的重要零件,•原动机的扭矩通过它传给叶轮,轴和叶轮及其它定位压紧件组成转子。
第二节 离心泵的工作原理及主要工作参数
一.离心泵的工作原理
1.灌泵:离心泵在启动之前,泵内应灌满液体,此过程称为灌泵。大家是否注意到,抽水泵抽水前就有灌泵这一过程。在炼油厂,•离心泵同样需要灌泵,不过多数都十分简单,•因为泵的入口管线内充满着带压力的液体,只要打开进口[wiki]阀门[/wiki]就完成了灌泵工作。
2.工作原理:
驱动机(电机)通过泵轴带动叶轮旋转,叶轮的叶片驱使液体一起旋转,因而产生离心力,在此离心力的作用下,液体沿叶片流道被甩向叶轮出口,液体经蜗壳收集送入排出管。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。当一个叶轮不能使液体获得足够的能量时,可用多个叶轮串联或并联起来对流体作功。
在液体被甩向叶轮出口的同时,叶轮入口中心处形成了低压,•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•,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,使离心泵连续地工作。
二.离心泵的主要工作参数
1.流量:即泵在单位时间内排出的液体量,通常用体积单位表示,符号位Q,单位有m3/h,m3/s,l/s等,当用重量流量G表示时,•其单位为kgf/h,kgf/s等,G与Q之间的关系为:G=Q×γ(γ为输送温度下的液体??重度,单位为kgf/m3)。
2.扬程:输送单位重量的液体从泵入口处(泵进口法兰)到泵出口处(泵出口法兰),其能量的增值,用H表示,单位为kgf.m/kgf。在工程单位制中,扬程的单位常用m(米)来表示,即用被输送液体的米液柱高度表示。虽然泵扬程单位与高度单位是一样的,但不应把泵的扬程简单??地理解成液体能够排送的高度,因为泵的扬程不仅要用来使液体提高位头,而且要用来克服液体在输送中的阻力,•以及用来提高液体的静压头和速度头。所以,液体所能排送的高度总是小于总扬程H的。•扬程与压差的换算关系:ΔP=γ×H,离心泵的出口路都应有压力表,•扬程通过压力来显示。
3.转速:泵的转速是泵每分钟旋转的次数,用N来表示。电机转速•N一般在2900转/分左右。
4.功率与效率:泵的输入功率为轴功率N,也就是电动机的输出功率。泵的输出功率为有效功率Ne。•泵的有效功率表示泵在单位时间内输送出去的液体从泵中获得的有效能量，单位常用为kgf.m/h,kw•等。因为泵的扬程是单位重量液体从泵中获得的有效能量，•所以扬程和重量流量的乘积,就是单位时间内从泵中输出液体所获得的有效能量。
由于泵在工作时,泵内存在各种损失,所以不可能将驱动机输入的功率完全转变成液体的有效功率。•轴功率和有效功率之差为泵内损失功率,损失功率的大小用泵的效率来衡量。泵的效率η=Ne/N。
（1）离心泵的压头一般随流量加大而下降。 （2）离心泵的轴功率在流量为零时为最小，随流量的增大而上升。故在启动离心泵时，应关闭泵出口阀门，以减小启动电流，保护电机。停泵时先关闭出口阀门主要是为了防止高压液体倒流损坏叶轮。
（3）额定流量下泵的效率最高。该最高效率点称为泵的设计点，对应的值称为最佳工况参数。离心泵铭牌上标出的性能参数即是最高效率点对应的参数。离心泵
一般不大可能恰好在设计点运行，但应尽可能在高效区（在最高效率的92%范围内，如图中波折号所示的区域）工作。第三节 离心泵的汽蚀与吸入特性
一.汽蚀:
1.汽蚀现象
根据离心泵的工作原理可知,液流是在吸入罐压力•Pa??和叶轮入口最低压力Pk间形成的压差(Pa-Pk)作用下流入叶轮的,•如图1-3所示,则叶轮入口处压力Pk越低,吸入能力就越大。但若Pk降低到某极限值(目前多以液体在输送温度下的[wiki]饱和蒸汽压[/wiki]力Pt为液体汽化压力的临界值)时,就会出现汽蚀现象。汽蚀发生时,泵就会产生噪音和振动,并伴有流量,扬程和效率的降低,有时甚至不能运转。所以,离心泵在使用中特别要防止发生汽蚀。
2.汽蚀的基本过程:
当离心泵叶轮入口处的液体压力Pk降低到小于或等于Pt时,液体就汽化;同时还可能有溶解在液体内的气体从液体中逸出,•形成大量小气泡。•当这些小汽泡随液体流到叶轮流道内压力高于临界值的区域时,由于气泡内是汽化压力Pt,而外面的液体压力高于汽化压力,则小气泡在四周液体压力作用下,便会凝结,溃灭。
在叶轮内,当产生的小气泡重新凝结,馈灭后,•好似形成了一个空穴。这时,周围的液体以极高的速度向这个空穴冲来,•液体质点互相撞击形成局部水力冲击,使局部压力可达数百大气压。汽泡越大,•其凝结溃灭时引起的局部水击压强越大。•如果这些汽泡是在叶轮金属表面附近溃灭,则液体质点象无数小弹头一样,连续打击金属表面,金属表面很快会因疲劳而剥蚀。这种液体的汽化、凝结、•冲出和对金属剥蚀的综合现象就称为\"汽蚀\"。
3.汽蚀会引起的严重后果:
(1)产生振动和噪音:汽泡溃灭时,液体质点互相冲击,就能够产生各种频率范围的噪音。在汽蚀严重时,可以听到泵内有\"劈啪\"的[wiki]爆炸[/wiki]声,同时,机组会产生振动。
(2)对泵的工作性能有影响:当汽蚀发展到一定程度时,•汽泡大量产生,会堵塞流道,使泵的流量、扬程、效率等均明显下降。
(3)对流道的材质会有破坏:主要是在叶片入口附近金属的疲劳剥蚀。
4、如何避免离心泵的气蚀
1、尽可能减小吸人管路的阻力
2、减小吸上高度或增大流注高度
3、控制液体温度不要过高
4、在设计时尽量改进叶轮人口处的几何形状
5、采用强度和硬度高、韧性和化学稳定性好的抗汽蚀材料来制造叶轮，以及提高通流部分表面的光洁度。
三.离心泵的常见铭牌标记
1.型号表示法:
大部分离心泵的型号按汉语拼音字母编制,通常分首、中、尾三部分。首部是数字,表示泵的主要尺寸规格(一般为泵的吸入口直径,单位有mm或in);中部用汉语拼音字母表示泵的型式或特征,(见表1-2);尾部一般用数字表示该泵的参数(单级m扬程或比转数的1/10,•对多级泵,单级扬程后乘上一个叶轮级数)。•有的泵型号尾部数字后面还带有A、B或C,分别表示其叶轮经过第
一、
二、三次切割。
表1-2
离心泵型式与拼音字母对照表
字母
泵的型式
B、BA
单级单吸悬臂式水泵
S、Sh
单级双吸式水泵
D、DA
多级分段离心水泵
DK
多级中开式水泵
DG、GB
锅炉给水泵
N,NL
冷凝水泵
Y
单级油泵
DY
单吸多级油泵
YⅡ,YⅢ
热油泵
F
腐蚀泵
2.常见铭牌标记内容:
离心泵的常见铭牌内容除型号外,还有流量、扬程、轴功率、效率、必须汽蚀余量、转速、重量、出厂编号、出厂日期等。
四.改变性能曲线进行工况调节
1.改变工作转速:
根据是:比例定律。如图1-10所示：
优点:比较经济,无附加能量损失。
缺点:要能变速的驱动机,所以目前在炼厂还少见。
2.切割工作叶轮外径:
根据是:切割定律。如图1-11所示：
优点:方法简便易行,比较经济,无附加能量损失。
缺点:叶轮切割后不能恢复原有特性,且只能作有限切割。
适用于较长期的减小流量调节。
3.串联工作：
两泵串联后的总扬程等于两泵在同一流量时的扬程之和。•实际使用中多用多级泵代替串联泵使用。
4.并联工作：
两泵并联后的总流量等于两泵在同一扬程下的流量相加。
5.入口节流调节：
原理同出口节流调节一样。为防止发生汽蚀,对非灌注头的离心泵装置很少使用。炼厂机泵绝大多数有灌注头,可以使用,•但绝不允许关得太小。在通风机、鼓风机等离心式压缩机中最常用。
四、离心泵的缺点 1．本身没有自吸能力 为扩大使用范围
在结构上采取特殊措施制造各种自吸式离心泵 在离心泵上附设抽气引水装置。 2．泵的Q随工作扬程而变 H升高，Q减小
达到封闭扬程时，泵即空转而不排液
3. 扬程由叶轮直径和转速决定的，不适合小Q、高H 这要求叶轮流道窄长，以致制造困难，效率太低。 离心泵产生的最大排压有限，故不必设安全阀。 船用水泵和货油泵大多用离心泵。压载泵、舱底泵、油船扫舱泵等用具备自吸能力的离心泵.
第六节、离心泵的使用中的注意事项 1．起动、运行和停车的注意事项
(1)盘车
新装，检修后及停用时间长，起动前应手转联轴节3～5转 检查是否有卡阻、过紧、松紧不均或异常声响 使滑油进入各润滑部位
发现异常现象，必须予以排除，然后才能起动 (2)润滑
轴承过早损坏大多是由于缺油或滑油变质造成 起动前和运转中都要注意检查润滑状况
初次使用，轴承应充注适量的洁净润滑油或润滑脂 用油环润滑的轴承，油环应被浸没约15mm左右
用润滑脂润滑的轴承，加油量应占轴承室容积的1／2 -1／3 润滑油应避免混入水和杂质 运转时轴承温升不应超过35℃，外表温度不宜超过75℃。
(3)冷却 (P-901) 对设有填料箱水封管、水冷轴承、水冷机械轴封或具有平衡管、平衡盘的离心泵 注意其相应水管路是否畅通 检查冷却水量和水温。 (4)封闭起、停
关闭排出阀运转时功率最低
但泵封闭运转的时间不能过长(液体发热 ) (5)检查转向
泵反转时不能建立正常排压
故新泵或检修后初次起动时，应判别转向
(6)避免干转
转动部件与固定部件的间隙大都很小，或直接接触(如轴封) 干转时可能造成严重磨损、发热甚至抱轴 自吸式离心泵，初次起动也要灌液
某些自带真空泵的离心泵起动时可能干转，应限制其自吸时间，不宜采用机械轴封 (7)防冻及防锈
停用时，如环境温度在0℃以下，即及时放残液 长期停用的泵，应在外露的金属加工面上涂防锈油 第七节、常用轴封办法
一.机械密封
1.机械密封的基本结构:
如图1-12所示,机械密封主要由以下四部分组成1)主要密封件:包括动环(与轴一起旋转的密封环),静环(固定不动的密封环,一般在密封压盖内)。(2)辅助密封件:密封圈、密封垫(常见的有O型、V•型等)。(3)压紧件:弹簧、推环等。(4)传动件:弹簧座、键或紧定螺钉等。
2.工作原理：
B点:静环与压盖之间的静密封,用弹性O型、V型密封圈密封。
C点:动环与轴(或轴套)之间有径向间隙,采用具有弹性的O型、V型密封圈(带撑环)密封,也属静密封 。
D点:填料箱与压盖之间的静密封,一般用铝垫、石棉垫等密封。
A点:动环与静环的接触面之间。•它主要靠泵内液体压力及弹簧力将动环压紧于静环上,动环随轴旋转，通过动环、静环两个端面贴合成一对摩擦副而达到密封。它代表了机械密封的特点,也称端面密封。
动静两环接触面总会渗漏一点液体,但恰好造成接触面上有一层液体膜。这层液体膜在两环相对旋转下会形成油楔式压力,有助于阻止液体泄漏,也有助于润滑两环之间的端面以减轻磨损,•延长密封使用寿命,提高经济效益。
为了保证两环安全贴合和均匀压紧,两环端面必须平直光滑,弹簧有一定压紧力。
3.机械密封的分类
内装式与外装式:
区分于弹簧置于工作介质之内外。
5.机械 密封的优缺点：
(1)优点:可靠性好,摩擦阻力小,消耗功率少,运转周期长,泄漏量小,可用于高温高压、低温低压各类机泵。
(2)缺点:价格昂贵,安装拆卸麻烦,技术要求高。
6.机械密封的冷却、润滑与防抽空破坏:
(1)冷却:一般引冷却水冷却静环和密封腔介质,•冷却水应用软水以防水垢产生。
(2)润滑:密封端面正常工作时为半液体摩擦状态,只有这样,才能既使润滑良好,又尽量减小泄漏。
(3)抽空:在离心泵突然抽空时,泵腔内瞬时呈负压状态,泵外大气压力高于泵内压力,形成压差。若弹簧顶不住这个压差,则动、•静环会一起向泵腔作轴向位移。若此时静环防转槽脱离防转销,并在动环带动下旋转一个角度,即使抽空停止,•防转销与防转槽也很难恢复到原来的位置,于是防转销顶住静环,使静环倾斜,破坏了密封。为防止因抽空破坏密封,防转销不宜过短,•非平衡型密封的动环滑动槽不宜直通,平衡型机械密封安装时,动环离轴套台阶的距离不能过大,同时,操作中也应尽量防止抽空。
7.机械密封的优缺点：
(1)优点:可靠性好,摩擦阻力小,消耗功率少,运转周期长,泄漏量小,可用于高温高压、低温低压各类机泵。
(2)缺点:价格昂贵,安装拆卸麻烦,技术要求高。
