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1、离心泵基础讲座,目录,1 泵的分类及用途2 离心泵的基本结构3 工作原理4 离心泵的吸入特性一汽蚀5 离心泵的性能及调节6 相似理论及其应用7 泵的高效工作范围8泵选用原则9我厂典型离心泵故障分析,1 泵的分类及用途,1.1 泵的定义1.2 泵的分类,1.1 泵的定义,泵是把机械能转换成液体的能量，用来增压输送液体的机械。,泵是国民经济中应用最广泛、最普遍的通用机械，除了水利、电力、农业和矿山等大量采用外，尤以石油化工生产用量最多。而且由于化工生产中原料、半成品和最终产品中很多是具有不同物性的液体，如腐蚀性、固液两相流、高温或低温等，要求有大量的具有一定特点的化工用泵来满足工艺上的要求。这方面
2、的技术发展产品开发一直是十分活跃的。,1.2 泵的分类,叶片式泵(透平式泵)：离心泵 轴流泵 混流泵 旋涡泵,容积式泵,往复泵：活塞泵 柱塞泵 隔膜泵回转泵：齿轮泵 螺杆泵 滑片泵,另外，按压力分为,低压泵（低于2MPa）中压泵（2-6MPa）高压泵（高于6MPa）,2 离心泵的基本结构,2.1 离心泵的分类2.2 离心泵的典型结构,2.1 离心泵的分类,可按使用目的、介质种类、结构型式等进行分类。这里主要介绍按结构型式作如下分类：,(1)按流体吸入叶轮的方式：单吸式泵 双吸式泵(2)按级数分类：单级泵 多级泵(3)按主轴安放情况分类：卧式泵 立式泵 斜式泵,2.2 离心泵的典型结构,一般用途
3、单级泵,多级泵,液下泵,离心泵的结构,6、离心泵的结构转子（轴、叶轮、轴套、叶轮顶套等）泵壳（泵体和泵盖组成）轴向力平衡装置（平衡孔、平衡管、平衡鼓、平衡盘等）密封装置（它直接影响到泵的效率、安全和卫生等）,它包括：轴封（有机械密封、软填料密封）、口环密封（密封环、叶轮和泵体密封环）冷却装置泵的冷却方案,泵的冷却方案,输送液体温度,冷却部位,冷却水流程,105,轴承,软化水密封放水漏斗循环水轴承箱循环水,105t200,轴承、密封、水套,软化水密封放水漏斗循环水轴承箱水套循环水,t200,轴承、密封、水套、泵支座,软化水密封放水漏斗循环水-轴承箱水套泵支座循环水,一般冷却水压力1.53Kgf/
4、cm2。串联时每台泵的冷却水量为0.30.7 m3/h；并联时，每一个轴承、密封、泵座的冷却水可按0.30.7m3/h估算。,3 工作原理,3.1 离心泵的性能参数3.2 离心泵的工作原理3.3 离心泵的工作过程3.4 基本方程式,3.1 离心泵的性能参数,1)流量 2)扬程 3)转速 4）功率 6)效率,1)流量：单位时间内通过泵排出管所输送的液体量体积流量Q（米3/秒）重量流量G（公斤/秒）GQ 液体的比重（公斤/米 3）,2)扬程扬程（压头）：每公斤液体通过泵后其能量的净增值，以H表示（米液体高度）。扬程与压力的关系为：PH（公斤/米2）,与泵进出口的压力关系是：H=(P出-P入)/g)
5、+(Z出-Z入)+(V出2-V入2)/2g)3）转速指泵轴单位时间的转数。用符号n来表示，单位r/min,4)有效功率又称为输出功率，它是单位时间内从泵排出口输送出去的液体在泵中所获得的能量。Neff=gHQ/1000=HQ/102(KW)5)内功率又又称为水力 功率，它是单位时间内作功元件所给出的能量 Nii=HTQT/102(KW),6）机械损失功率Nmec泵在工作时，难免有运动件之间的机械摩擦损失和轮阻损失，统称为机械损失功率Nmec7)轴功率单位时间内由原动机传递到泵主轴上的功，它是内功率和机械损失功率的和 N=Nii+Nmec(KW),8)容积效率 通过叶轮除掉泄漏之后的液体（实际的
6、流量）的功率与通过叶轮液体（理论流量）功率之比，是衡量泵泄漏量大小即密封好坏的指标 v=Q/QT QT=Q+q,7)水力效率衡量液体流经泵阻力损失大小的指标 hyd=H/HT,8)机械效率衡量泵运动部件间摩擦损失及轮阻损失大小的指标。mec=Ni/N,9)总效率等于机械效率、容积效率和水力效率的乘积。=Neff/N=v*hyd*mec,新球罐烃泵效率计算,Q=60m3/h=1/60 m3/s P出=17.5kgf/cm2 P入=5kgf/cm2 H=(17.5-5)*10000/550=218mI=135(A)N=1.732UI*0.85=1.732*380*135*0.85=75.5KW=5
7、50kg/m3,Neff=gHQ/1000=HQ/102(KW)=550*218/60*102=19.6KW=Neff/N=19.6/75.5=26%,3.2 离心泵的工作原理,离心泵的工作原理与特征,工作原理：离心泵依靠旋转叶轮对液体的作用，将原动机的机械能传递给液体，对液体作功。由于离心力的作用，液体在从叶轮进口流向叶轮出口的过程中，其速度能和压力能都得到了增加，被叶轮排出的液体经过扩压室，大部分速度能转换成压力能。,3.3 离心泵的工作过程,4 离心泵的吸入特性一汽蚀,4.1 气蚀发生的机理及危害4.2 气蚀余量4.3 提高离心机抗气蚀性能德措施,4.1 气蚀发生的机理及危害,(1)气蚀
8、发生的机理(2)气蚀发生的危害,（1）气蚀发生的机理,汽蚀的概念：离心泵的吸入动力是靠吸入液面上压力与叶轮甩出液体后形成的低压之间的压差。泵叶轮入口处压力越低则吸入能力越大，但若低于饱和蒸汽压则出现汽泡，原先溶于液体中的气体逸出，这些小汽泡随气流流到叶轮内高压区时，在四周液体高压力作用下，便会重新凝结，体积缩小，好似形成一个空穴，这时周围液体又以极高速度向空穴冲来，由于水力冲击产生很高的局部压力，连续打击在叶轮表面上。这种高速、高压和高频的水力冲击，叶轮表面便因疲劳而剥蚀呈麻点、蜂窝状。,（2）气蚀发生的危害,汽蚀是水力机械的特有现象，它带来许多严重的后果。a汽蚀使过流部件被剥蚀破坏；b汽蚀使
9、泵的性能下降；c汽蚀使泵产生噪音和振动。,4.2 气蚀余量,有效汽蚀余量是指液流自吸液罐(池)经吸入管路到达泵的吸入口后，Pv高出汽化压力 所富余的那部分能量头，用 表示,泵内的最低压力点通常发生在叶片背面进口稍后出，图示的K点。,NPSHa=Ps/g+Vs2/2g-Pv/g 式中：Ps-泵进口压力MPa Pv-物料汽化压力MPa Vs-泵进口流速m/s此式说明：有效汽蚀余量实质上就是流到泵入口处单位重量液体所具有的能量比汽蚀时的静压所富余的能量，有效汽蚀余量只与吸液管路特性及液体汽化压力有关，与泵本身无关。,泵汽蚀余量NPSHr与装置参数无关，只与泵进口部分的运动参数有关。由泵本身确定。必需
10、汽蚀余量表示泵要求入口处单位重量液流能量应比低压区富余的能量，它与泵结构和液体的流动状态有关，与管路特性无关，它是离心泵的一个特性参数，NPSHr愈小表示该泵的耐汽蚀性好。NPSHr由离心泵试验得到，随着流量增加，必需汽蚀余量也增加。,在实际应用中为安全起见，通常采用的是许用汽蚀余量【NPSH】，一般取许用汽蚀余量的值为：【NPSH】=（1.11.3）NPSHr或【NPSH】=NPSHr+K式中系数K是安全裕量，一般情况下取K=（0.50.8）m。因此防止离心泵产生汽蚀的条件就是：有效汽蚀余量应大于泵的许用汽蚀余量，即NPSHa【NPSH】,4.3 提高离心机抗气蚀性能的措施,为了保证泵在不发
11、生汽蚀的条件下，长期正常的运转，可采取以下措施来防止或减少汽蚀的影响：尽可能将泵安装得低一点（换而言之，增加泵的吸入压力）降低泵的转速，可以减少泵需要的汽蚀余量，改善泵的吸入性能。这种措施只能在降速时，泵的扬程和流量仍能满足工艺要求的情况下采用。采取双吸式泵，可以减少泵需要的汽蚀余量。加大吸入管径，减少阀门、弯头数目，以减少吸入管路系统的阻力损失。增加前置诱导轮来改善泵的吸入性能,前置诱导轮,采用前置诱导轮，如图所示，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。,吸入装置,倒罐装置,5 离心泵的性能及调节,5.1 离心泵的运行特性5.2 离心泵运行工况的调节5.3 离心泵的启动
12、及运行,5.1 离心泵的运行特性,（1）泵的特性曲线,（1）泵的特性曲线,离心泵的特性曲线,3、离心泵的特性曲线主要：QH Q QN Qh分析各种参数下的变化关系 Q增加则H降低；反之，Q减少H增加当Q0时，功耗最小，因此在离心泵启动时，应当关闭排出阀，这样就可以减少起动电流，保护电机。从特征曲线中可以看出在什么工况下泵的效率最高，工程上将泵的效率最高点称为额定点。该点的流量、扬程和功率分别称为额定流量（Q0）、额定扬程（H0）和额定功率（N0）。铭牌上所写的都是指额定点的数字。为了扩大泵的使用范围，一般规定在最高效率点以下7所对应的工作点为良好工作区。当QH曲线平坦时，该泵用在流量变化较大而
13、扬程变化不大的场合；反之，QH曲线陡降时，用在扬程变化大而流量变化不大的场合。（以上都是在20下，清水试验测定的，还需核算）,4、离心泵的最小流量 泵在低流量下使用效率低，而且长期运转不经济，所以泵的使用范围一般规定最小流量为额定流量的一半。但在小流量下较长时间运转，特别当泵在接近排出阀的关闭状态的小流量下操作时，由于泵温升高，将吸入流体加热会发生汽蚀甚至发生机械故障，使泵不能运转。正常t88.5,5、单蜗壳泵在小流量下运转时叶轮的径向推力问题 当实际流量小于或大于泵最高效率点的流量时，由于泵壳内静压力变化很大，导致叶轮径向产生很大的推力作用，这种力会使轴弯曲。当弯曲值超过旋转零部件的间隙时，
14、动、静件之间就要发生摩擦，轴封寿命将会缩短，而轴在交变力作用下会造成疲劳破坏。,5.2 离心泵运行工况的调节,（1）改变工况点的三种途径（2）改变泵特性曲线的调节（3）改变装置特性曲线的调节,（1）改变工况点的三种途径,泵的运行工况点是泵特性曲线和装置特性曲线的交点，改变工况点有三种途径：a改变泵的特性曲线；b改变装置的特性曲线；c同时改变泵和装置的特性曲线。,泵运行时的工况点,（2）改变泵特性曲线的调节,a转速调节b切割叶轮外径调节,（3）改变装置特性曲线的调节,a.闸阀调节 b.液位调节 c.旁路分流调节,这种调节方法简便，使用最广，但能量损失很大，且泵的扬程曲线愈陡，损失愈严重。,5.3
15、 离心泵的启动及运行,(1)启动前的准备工作 a启动前检查 b充水 c暖泵(2)启动程序(3)适行中的注意事项润滑油的名称、型号、主要性能和加注数量是否符合技术文件的要求；轴承润滑系统、密封系统和冷却系统是否完好，轴承的油路、水路是否畅通；盘动泵的转子12转，检查转子是否有摩擦或卡住现象；在联轴器附近或皮带防护装置等处，是否有妨碍转动的杂物；泵、轴承座、电动机的基础地脚螺栓是否松动；离心泵工作系统的阀门或附属装置均应处于泵运转时负荷最小的位置，应关闭出口调节阀；轴流泵要开阀启动。点动泵，看其叶轮转向是否与设计转向一致，若不一致，必需使叶轮完全停止转动后，调整电动机接线后，方可再启动。,6 相似
16、理论及其应用,6.1 泵的相似条件6.2比转数6.3切割定律,6.1 泵的相似条件,通常对叶式泵内的流动而言，两泵流动相似应具备几何相似和运动相似，而运动相似仅要求叶轮进口速度三角形相似。,6.2 比转数,比转数是用来判别离心泵工况的相似准数。Ns=3.65n(Q/3600)0.5/H0.75 式中：转速n-r/min;流量Q-m3/h;扬程H-m,转速固定的泵，仅有一条扬程流量曲线。为了扩大其工作范围，可采用切割叶轮外径的方法，使工作范围由一条线变成一个面。切割叶轮前后的性能参数变化关系，可近似的由切割定律来表达。式中右上角打撇的参数为切割后的参数，D2为叶轮外径。使用切割定律的切割量不能太
17、大，经验证明，允许的最大相对切割量与比转数有关。,6.3切割定律,7 泵的高效工作范围,考虑到运行的经济性，要求泵应在较高效率范围内工作。通常规定以最高效率下降为界，中国规定 5%8%，一般取7%。,8 泵的选用,8.1 泵的选用原则及分类8.2 选用方法及步骤,8.1 泵的选用原则及分类,（1）选用原则（2）选用分类,（1）选用原则,根据所输送的流体性质选择不同用途、不同类型的泵。流量、扬程必须满足工作中所需要的最大负荷。从节能观点选泵，一方面要尽可能选用效率高的泵，另一方面必须使泵的运行工作点长期位于高效区之内。为防止发生汽蚀，要求泵的必须汽蚀余量NPSHa小于装置汽蚀余量NPSHa。按输
18、送工质的特殊要求选泵。所选择的泵应具有结构简单、易于操作与维修、体积小、重量轻、设备投资少等特点。当符合用户要求的泵有两种以上的规格时，应以综合指标高者为最终选定的泵型号。,（2）选用分类,a按性能要求选用 在泵的运行过程中，扬程变化大的，选用扬程曲线斜率大的混流泵、轴流泵较适宜；流量变化大的宜选用扬程曲线平缓、压力变化小的离心泵。如果考虑吸水性能，则流量相同、转速相同的条件下，双吸泵较为优越。选用立式泵，并把叶轮部位置于水下，对防止汽蚀是有利的。,b按工作介质选用粘性介质输送 含气液体的输送低温液化气的输送 含固体颗粒液体的输送不允许泄漏液体的输送 腐蚀性介质的输送,8.2 选用方法及步骤,
19、(1)泵的两种实际选择方法(2)泵的选择步骤,a利用“泵型谱”选择 b利用“泵性能表”选择将所需要的流量qv和扬程H画到该型式的系列型谱图上，看其交点M落在哪个切割工作区四边形中，即可读出该四边形内所标注的离心泵型号。如果交点M不是恰好落在四边形的上边线上，则选用该泵后，可应用切割叶轮直径或降低工作转速的方法改变泵的性能曲线，使其通过M点。这就应从泵样本或系列性能表中查出该泵的泵性能曲线，以便换算。,(1)泵的两种实际选择方法,a利用“泵型谱”选择 b利用“泵性能表”选择根据初步确定的泵的类型，在这种类型的泵性能表中查找与所需要的流量和扬程相一致或接近的一种或几种型号泵。若有两种或两种以上都能
20、满足基本要求，再对其进行比较，权衡利弊，最后选定一种。如果在这种型式泵系列中找不到合适的型号，则可换一种系列或暂选一种比较接近要求的型号，通过改变叶轮直径或改变转速等措施，使其满足适用要求。,(1)泵的两种实际选择方法,收集原始数据：针对选型要求，搜集过程生产中所输送介质、流量和所需的扬程参数以及泵前泵后设备的有关参数的原始依据。泵参数的选择及计算：根据原始数据和实际需要，留出合理的裕量，合理确定运行参数，作为选择泵的计算依据。选型：按照工作要求和运行参数，采用合理的选择方法，选出均能满足适用要求的几种型式，然后进行全面的比较，最后确定一种型式。核算：型式选定后，进行有关校核计算，验证所选的泵
21、是否满足使用要求。如所要求的工况点是否落在高效工作区，NPSH 是否大于NPSH 等。,(2)泵的选择步骤,9.机泵典型故障分析,机泵典型故障分析1、密封类故障例如常压P1017、(P1012)特点：高温泵、重质油、悬臂泵（双支承）、带封油冲洗和冷却工艺位号：减四线泵，易引起抽空密封特点：可以防一定抽空的金属波纹管密封。故障特点：密封失效造成泄漏。运行时间较短，同时伴随随振动发生。,故障原因分析：封油注入不充分或效果不好；冷却冲洗不到位，超成波纹管结焦失弹；抽空过程加剧了密封的磨损和泄漏。采取对策：确保封油注入了密封腔体（看压力表和流量计或测量温度）；提供相应的低压蒸汽背冷或急冷水冷却密封；加
22、强巡检。若泄漏，首先泄漏的是封油（蜡油），可以提前发现密封故障。,2、轴承类故障例如：常压P1016、P1001特点：高温泵（P1016）双端支承结构，电机转子是滑动轴承，低负荷运行工艺位号：减三线泵和常压原料泵轴承特点：进口NSK或SKF7314等角接触球轴承，承受轴向力故障特点：后端轴向轴承发生损坏，引起轴承烧坏。,故障原因分析：推力轴承（轴向）负荷变大，造成过分磨损；电机的附加轴向力（磁力中心不对中）给推力轴承增加了附加轴向力；轴承的润滑和冷却不到位；结构设计和使用工况远离工况点。采取对策：重新测定电机转子的磁力中心；定期检查轴承的润滑和冷却情况，必要时采取外加冷却水淋来降低轴承温度；对
23、叶轮进行必要的切削，来降低该泵的负荷，减少轴承的负荷；加强巡检，对轴承异响现象即时进行处理。,3、常压泵P1015/B 12-24密封泄漏故障分析基本情况：该泵为减二线及减一中回流泵，密封采取API682的32密封方案进行冲洗和冷却，使用的是耐高温波纹管。受厂低处理量影响，该泵一直处于低负荷运行。故障及损坏情况：2008年12月24日下午14：08分，该泵前端密封忽然泄漏，大量减二线蜡油外泄，引发火灾，导致该泵前端轴承箱油标及油杯烧毁，轴承箱润滑油外泄，前端轴承因缺油发生损坏。经对该泵解体检查发现该泵前端机械密封动、静环完全脱落损坏，前端径向轴承损坏但不严重。,故障原因分析：从机械密封损坏情况
24、分析，机械密封动、静环损坏导致密封完全失效，大量蜡油外泄应是火灾发生的直接原因。这一点与事故发生时大量蜡油外泄的现场情况相一致。经分析认为该泵机械密封由于抽空，节流等工艺原因造成密封动、静环剧烈碰撞，动静环破裂失效是密封损坏的主要原因。该泵前端机械密封应在12月24日14：08以前已发生损坏，但由于密封动静环的镶嵌结构，已损坏的密封件仍在原来位置保存处临时的不稳定平衡状态。由于密封腔内压力冲洗油流量等参数挠动变化，这种不稳定平衡被打破，已破碎的密封动静环脱落，密封完全失效，大量蜡油外泄，碎裂的动静环块被高速旋转的运动部件打得更碎并随蜡油冲出。,进一步分析：该泵发生汽蚀会导致密封动、静环在频繁开
25、启闭合时出现撞击并伴发热冲击，因而出现动、静环破裂或热裂。该泵近一个月运行工况偏离正常工况点较远（如Q：275m3/h时，其H210m，但该泵实际扬程为160m，泵出口阀开度较小（约25），节流现象明显，导致介质在泵内搅拌热功增加，泵入口处（泵前端）易发生汽蚀，导致泵送介质温度增加，泵更易发生汽蚀。工艺操作有波动，引起泵流量进一步分析：该泵发生汽蚀会导致密封动、静环在频繁开启闭合时出现撞击并伴发热冲击，因而出现动、静环破裂或热裂。该泵近一个月运行工况偏离正常工况点较远（如Q：275m3/h时，其H210m，但该泵实际扬程为160m，泵出口阀开度较小（约25），节流现象明显，导致介质在泵内搅拌热
26、功增加，泵入口处（泵前端）易发生汽蚀，导致泵送介质温度增加，泵更易发生汽蚀。工艺操作有波动，引起泵流量的变化。所以，该泵是由于机械密封抽空、节流等工艺及操作原因造成密封动静环剧烈碰撞，动静环破裂失效，并由此引发蜡油泄漏，发生火灾事故。变化。所以，该泵是由于机械密封抽空、节流等工艺及操作原因造成密封动静环剧烈碰撞，动静环,4、离心泵开启后，没有流量或压力很低的原因是什么？如何处理？(1)发生的原因一般是：泵内有气或蒸气窜入；电机反转；入口管线不通；叶轮腐蚀严重或装反。(2)相应处理方法如下：重新灌泵排气，直至泵体内没有气体为止；通知电工更正；停泵检查及处理；更换叶轮或重新装叶轮。,5、如何判断和
27、处理泵抽空？在下列情况下可能出现泵抽空：(1)仪表流量指示大幅度波动或流量指示为零；(2)压力、电流指示大幅度波动或无指示。(3)泵震动较大并有杂音出现；(4)管线内有异常声音。,引起泵抽空的原因有：(1)封油过轻，封油带水；(2)封油量过大；(3)塔、容器液面过低；(4)填料压盖太松，冷却水流入泵体；(5)介质温度过高，饱和蒸气压过大，产生气阻；(6)泵进口扫线蒸汽阀没关严或有泄漏现象；(7)泵内有空气或被抽介质内混有不凝气(吸入口漏气)；(8)进口管线堵，进口阀未开或开得过小或阀芯脱落。,相应的处理方法是：(1)严格控制封油质量，封油罐充分脱水；(2)适当调整封油注入量；(3)严格控制塔、
28、容器液面；(4)拧紧填料压盖或冷却水外淋；(5)降低介质温度，将泵内气体往放空管线赶尽；(6)关严蒸汽阀或更换蒸汽阀门；(7)赶走泵内空气，查出漏气位置，并设法解决；(8)进口管线扫线，开大进口阀门，检修、更换阀门。,6、离心泵如何切换和停运？离心泵切换时，应做到：(1)备用泵启动之前应做好全面检查及启动前的准备工作。热油泵应处于完全预热状态。(2)开泵入口阀，使泵体内充满介质并用放空排净空气。(3)启动电机，然后检查各部的振动情况和轴承的温度，确认正常，电流稳定，泵体压力高于正常操作压力后，逐步将出口阀门开大，同时相应将运转泵阀门关小直至关死并停泵。如热油泵应做好预热工作。,离心泵停运时，应注意：(1)先把泵出口阀关闭，再停泵，防止泵倒转，倒转对泵有危害，使泵体温度很快上升，造成某些零件松动。(2)停泵注意轴的减速情况，如时间过短，要检查泵内是否有磨、卡等现象。(3)如是热油泵，再停冲洗油或封油，打开进出口管线平衡阀或连通阀，防止进出口管线冻凝。(4)如该泵要修理，就必须用蒸汽扫线，拆泵前要注意泵体压力，如有压力，可能进出口阀关不严。,谢谢,
