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1、离心泵基础知识,泵的概述一、泵的含义 通常把能提升液体、输送液体并给液体以能量，增加压力的机器统称为泵。二、泵的分类 根据泵的作用原理，可分为三大类：1、叶片式利用叶片与液体的互相作用来输送液体。如离心泵、混流泵、轴流泵、旋涡泵等。2、容积式利用工作室的容积周期性的变化来输送液 体。如活塞泵、柱塞泵、齿轮泵、螺杆泵、水环式真空泵等。3、其它类型泵利用一部分流体流动时产生的能量来输送另一部分液体。如喷射泵等。,三、离心泵的使用场合 各种类型的泵使用范围也各不相同，在石油化工企业中目前使用最多的是离心泵。如：热油泵主要用于200以上高温下的油品及其溶 剂等的输送。如各炼油装置中所用的热油泵。高压泵
2、除温度要求较高外，有的还需高压，如液压油泵等。液态烃泵用于某些炼油装置中的烃类产品的输送。这种泵一般压力较高，因这类介质只在较高压力下才能形成液体。耐腐蚀泵利用特殊材料制造的泵，用来输送酸、碱等强腐蚀介质。,四、石油化工生产对离心泵的特殊要求1能适应石化工艺条件 离心泵在石化生产过程中，除起着输送物料的作用外，还要提供化学反应所必要的压力，以及向系统提供一定的物料量，以取得物料化学平衡。在一定的生产规模条件下，要求泵的流量和扬程要相对稳定。因某些因素影响，生产出现波动时，泵的流量和出口压力能够随之变动跟踪调整，并能保持较高的效率。2.耐腐蚀 石化用离心泵所输送介质，包括原料、半成品，多数具有腐
3、蚀性，这就要求泵的材料选择要适当，以保证泵的安全、稳定、长周期运转。3.耐高温或深冷 石化用离心泵所处理的高温介质，大体可分为流程液和载热液。流程液是指石化产品加工过程和输送过程的液体。载热液是指运载热量的媒介液体。这些媒介液体，在一个封闭的回路中，靠泵的工作进行循环。石化用泵输送的低温介质有液态氧、液态氮、液态天燃气、液态氢、甲烷、乙烯等。,作为输送高温与低温介质的石化用离心泵，其所用材料必须在正常室温、现场温度和最后的输送温度条件下都具有足够的强度稳定性。泵的所有零部件都应能承受热的冲击和由此产生的不同的热膨胀和冷脆性的危胁。4耐磨损 石化用离心泵的磨损是由于输送高速液体中含有悬浮固体颗粒
4、所造成。必须采取措施提高泵的耐磨能力。5运行可靠 指长周期运行不出事故；运行中各种参数平稳。6无泄漏或少泄漏 石化用离心泵输送的液体介质多数易燃、易爆、有毒有害。石化用泵要求在泵的轴封上下功夫，无泄漏或少泄漏。7.能输送临界状态的液体 为了避免液体的气化，石化用离心泵必须设有将泵内产生的气体充分排除的结构。如输送临界状态的液氨时，双端面机械密封的空腔内可用甲醇做密封液。,离心泵的定义及优缺点,定义：离心泵是根据离心力原理设计的，即高速旋转的叶片带动介质转动，从而将介质甩出以达到输送目的的一类动设备。优点：离心泵具有结构简单、体积小、质量轻、流量稳定、易于制造和便于维护等一系列优点。缺点：离心泵
5、对高粘度液体以及流量小、压力高的情况适用性较差，并且在通常情况下启动之前需先灌泵。,离心泵的分类按叶轮数目：可分为单级泵和多级泵；1.单级泵只有一个叶轮。2.多级泵两个叶轮以上称为多级泵。一个叶轮便是一级，级数越多扬程越高。按叶轮进液方式：可分为单吸式和双吸式；1.单吸式泵液体从一侧进入叶轮。2.双吸式泵液体从两侧进入叶轮。多见于大流量离 心泵，一般说来其吸入性能较好。按泵壳剖分形式：可分为水平剖分泵和垂直于泵轴剖分泵；,单级泵,多级泵,按泵扬程的大小：分为低压泵（扬程小于20米水柱）、中压泵（20160米水柱）和高压泵（高于160米水柱）。按输送介质和用途分：水泵、油泵、酸泵、碱泵、锅炉给水
6、泵、冷凝水泵等。按泵轴的支承方式分：一般分为悬臂泵和双支承泵。按泵的输出压力分：一般分为低压泵和高压泵。按泵轴的转速分：一般分为普通泵和高速泵；（高于10000转/分为高速泵）。按泵轴的位置分：一般分为卧式泵和立式泵。,卧式泵,立式泵,单级悬臂离心泵剖面图,多级悬臂离心水泵现场图,单级悬臂离心泵现场图一,单级悬臂离心泵现场图二,多级双支撑离心泵剖面图,多级双支撑离心泵现场图一,多级双支撑离心泵现场图二,多级双支撑离心泵现场图三,双吸式离心泵模型图,双吸式离心泵现场图一,双吸式离心泵现场图二,多级双支撑离心泵现场图,离心泵的工作原理,工作时泵叶轮中的液体跟着叶轮旋转产生离心力，在离心力作用下，液
7、体自叶轮飞出。液体经过泵的压液室、扩压管，从泵的排液口流到泵外管路中。与此同时，由于轮内液体被抛出，在叶轮中间的吸液口处造成了低压，因而泵进口的液体在压力作用下，进入叶轮。这样叶轮在旋转过程中，一面不断的吸入液体，一面不断地赋予吸入的液体一定的能量，将它抛到压液室，并经扩压管而流出泵外。,离心泵工作时，最为担心的是泵入口有气体。因为气体的密度小，旋转时产生的离心力就很小，叶轮中不能产生必要的真空，也就无法将密度较大的液体吸入泵中。这通常也是我们所说的气缚现象。因此在开泵前必须使泵和吸入系统充满液体，而且在工作中，吸入系统不能漏气，这是离心泵正常工作必须具备的条件。,离心泵的主要性能参数,转速：
8、叶轮的转速。即单位时间内泵转子的回转数，泵的转速n表示，其单位为转每分（r/min）或转每秒（r/s）表示。转数改变，泵的扬程、流量、功率、效率等都将发生变化。流量：泵的流量有体积流量和质量流量之分，体积流量是泵在单位时间内所抽送的液体体积，用Q表示,单位为m3/s、m3/min、m3/h或L/s。质量流量则是泵在单位时间内所抽送的液体质量，质量流量G表示，单位为kg/s、kg/min、和t/h。,扬程：泵的扬程H单位重量液体流过泵后的总能量的增值（也称为压头）。或者作功元件对泵排出的单位重量液体所作的有效功（单位为m液柱）。而泵的压力是扬程乘上液体重度：P=H（MPa）,功率：有效功率：又称
9、Ne表示，单位时间内泵排出口液体从泵中所获得的能量。由于离心泵的实际体积流量为Q，重量流量为Q，泵对流过的单位重量液体实际所给的能量即扬程H，按力乘距离等于功的概念，将Q当作为重力，H相当于距离，再除以时间，从而可得泵的有效功率为：Ne=QH kgm/s 或Ne=QH/102 kw,效率：泵效率（总效率）是衡量泵工作是否经济的指标，定义为：=Ne/N,即有效功率与轴功率的比值。泵的效率高低，决定于本身的设计及加工质量，通常离心泵的效率大致在6090%的范围。,内功率：Ni表示，单位时间内做功元件所给出的功率。轴功率：即指泵的输入功率，N表示，单位时间内原动机传给泵主轴的功。轴功率是要求大于有效
10、功率的。这是因为泵工作时，转子与轴承、密封或填料等摩擦，液体在泵内流动时的水力损失、因防漏环的串漏造成的容积损失等，都会造成一部分能量损失。,离心泵的比例定律与切割定律,1、比例定律 当一台泵的叶轮尺寸不变，在不同转速下，参数随之变化，此则称为比例定律。Q/Q=n/n H/H=（n/n）2 N/N=（n/n）3式中：Q、Q改变转速前后的流量，m3/h n、n改变前后的转速，rpm H、H改变转速前后的扬程，m N、N改变转速前后的功率，kw,2、切割定律 对于同一台泵，在转速不变的情况下，切割叶轮外，各参数也随之变化，此则称为切割定律。Q/Q=D/D H/H=（D/D）2 N/N=（D/D）3
11、 在一些离心泵的标牌上常见在泵型号后面标有A、B、C字样，这就是叶轮依次被切割次序的标记。如A为叶轮经第一次切割。利用车削叶轮外径改变泵的性能，但不可无限的随便车削，通常车削量与比转数有关。,汽蚀余量（吸上真空度）：它是说明泵的吸入特性的重要参数。汽蚀余量，是对泵在某一工况时，泵入口处单位重量液体所具有的实际能量比发生汽蚀时的比压能还有多少富裕能量。这个富裕能量越多，泵发生汽蚀的可能性就越小。,有效气蚀余量NPSHa：泵入口处单位重量液体所具有的能量比气蚀时的静压头富裕的能量必需气蚀余量NPSHr：表征泵入口处单位重量液体应比低压区富于的能量。（NPSHr愈小耐气蚀性越好）允许气蚀余量NPSH
12、：NPSHa（1.11.3）NPSH防止气蚀条件：NPSHa NPSH,离心泵的特性曲线,共性：（1）扬程随流量的增大而减小（2）功率随流量增大而增大（3）效率先随流量增大而增大，到达最大值后降低。,离心泵的主要零部件,离心泵,静止部分,转动部分（转子）,泵壳（蜗壳）,轴承箱,密封的静止部分,轴承的静止部分,轴套,叶轮,联轴器,密封的转动部分,轴,轴承的转动部分,离心泵实体剖面图,轴,联轴节,轴承箱,键,出口,叶轮,入口,蜗壳,轴承,机械密封,叶轮：它的作用是带动液体旋转，将原动机的机械能传递给液体，使液体的能量提高。按照其结构可分为闭式、半开式及开式叶轮三种。闭式叶轮一般有6-8片叶片开式和
13、半开式叶轮一般2-4片叶片,叶轮是使液体产生速度能的零件，由叶片、盖板和轮毂组成，叶轮有闭式、开式和半开式，有盖板为闭式，没有盖板即为开式。悬臂泵一般为单吸叶轮，只能单侧进液，如果把两只单吸叶轮背靠背叠在一起，就成为双吸叶轮，可以双侧进液。,开式叶轮,半开式叶轮,闭式叶轮,双吸叶轮,单吸叶轮,离心泵叶轮型式,按吸液方式的不同，叶轮还可分为单吸和双吸两种。,泵壳：泵壳（蜗壳）由泵体和泵盖组成，它将叶轮封闭在内，泵壳上有入口管和出口管，入口管把液体均匀平稳地引入叶轮的中心部，出口管可把叶轮排出的液体升压排出。由于入口管和出口管布置的不同，泵壳也有不同的形状和结构，如轴向进向上出、轴向进水平出、上进
14、上出等等。,密封环：其作用是保持叶轮进口外缘与泵壳之间有一定的间隙，减少液体漏失，又能承受磨损。,吸入室：作用是将吸入管线中的液体以最小的损失均匀的引向叶轮。,压出室：其作用是以最小的损失将从叶轮流出的高速液体收集起来，引向下一级叶轮或泵排出口，压出室的截面形状是逐渐增大的，这是因为使高速液体速度下降而压力增加，而压力能正是所需要的，所以压出室的主要作用是转换液体的能量，即将液体的一部分动能变为压力能。,泵轴：作用是传递机械能的主要部件。轴是支撑叶轮和传递扭矩的零件，它一端装有联轴器，并用轴承支撑在轴承箱内，一端安装叶轮，在电机的带动下高速旋转（中小型离心泵转速一般在1450-3000转/分或
15、更高）。,轴承和轴承箱：轴承作用是承担泵转子的径向及轴向载荷，可分为滑动轴承，滚动轴承，支撑轴承，止推轴承等。轴承箱通过轴承来支撑离心泵的旋转部分，悬臂式单级离心泵的轴承箱一般是通过轴承箱支架固定在泵体上。轴承箱内一般装有润滑油或润滑脂，用来润滑轴承，部分轴承箱还带有冷却的夹套或盘管，用来冷却轴承。所以轴承箱内还有固定轴承的螺母、花垫、轴承压盖等。轴承箱两端的压盖上还有阻止润滑油外漏的油封。,离心泵润滑要求,离心泵润滑的“三滤五定”是什么意思？三滤：一级过滤：大油桶到小油桶；二级过滤：小油桶到油壶；三级过滤：油壶：油壶到设备润滑点。五定：定时、定点、定质、定量、定人。,离心泵滚动轴承（滚柱）,
16、滑动轴承（支撑轴承）,滑动轴承（止推轴承）,密封装置：为防止液体流出泵外，在泵轴与泵壳之间设有轴封装置。离心泵常用的轴封装置有填料密封和机械密封。,填料密封原理：填料密封是将填料装入填料箱之后，拧紧压盖螺栓，经压盖对填料作轴向压缩。由于填料具有塑性，因此产生径向力，并与轴紧密接触。,填料密封结构1.泵体2.填料3.液封环4.填料压盖5.底衬套,机械密封原理：机械密封又称端面密封。是指两个光洁精密的平面在介质压力和外力（弹簧力或波纹管）的作用下，相互紧贴，并作相互旋转运动而构成的动密封系统。其主要原理是将较易泄漏的轴向密封改变为较难泄漏的静密封和端面密封。,1.石墨挡环 2.内六角螺栓.“O”形
17、圈 4.静环底座 5.轴套 6.波纹管弹簧 7.静环 8.动环 10.固定环 11.固定螺栓波纹管机械密封,机械密封实体图,白油密封装置,冷却装置为了改善泵的轴承、填料箱(轴封腔)及机座操作条件，需要对这些部位进行冷却。各种冷却如下表:,离心泵冷却装置,离心泵的两大主要危害因素离心泵的气蚀：离心泵的轴向力：,离心泵的汽蚀,汽蚀机理：在叶片入口附近的非工作面上存在着某些局部低压区，当处于低压区的液流压力降低到对应液体温度的饱和蒸汽压时，液体便开始汽化而形成气泡。气泡随液流在流道中流动到压力较高之处时又瞬时溃灭。在气泡溃灭的瞬间，气泡周围的液体迅速冲入气泡溃灭形成的空穴，并伴有局部的高温、高压水击
18、现象，这就是产生汽蚀的机理。,水击是汽蚀现象的特征。由于水击作反复敲击，致使金属表面受到疲劳破坏。而且，在连续的压力波作用下，液体能渗入和流出金属的孔隙，使金属质点脱离母体而被液体带走，金属表面出现一个个空穴，产生严重的点蚀。据报道：气蚀水击频率25000次/秒，局部压力高达30MPa,汽蚀对泵的危害,主要表现在下述几个方面：1.泵的性能突然下降。泵发生汽蚀时，叶轮与液体之间的能量传递受到干扰，流道不但受到气泡的堵塞，而且流动损失增大，严重时，泵中液流中断，泵不能工作。2.泵产生振动和噪音。如果液体汽化时放出的气体有腐蚀作用，还会产生一定的化学性质的破坏。严重时，叶轮的表面（尤其在叶片入口附近
19、）呈蜂窝状或海绵状。,形成汽蚀的条件,泵发生汽蚀是由于液道入口附近某些局部低压区处的压力降低到液体饱和蒸汽压，导致部分液体汽化所致。所以，凡能使局部压力降低到液体汽化压力的因素都可能是诱发汽蚀的原因。产生汽蚀的条件应从吸入装置的特性，泵本身的结构以及所输送的液体性质三方面加以考虑。,防止汽蚀的措施,结构措施：采用双吸叶轮，以减小经过叶轮的流速，从而减小泵的汽蚀余量；在大型高扬程泵前装设增压前置泵，以提高进液压力；叶轮特殊设计，以改善叶片入口处的液流状况；在离心叶轮前面增设诱导轮，以提高进入叶轮的液流压力。,安装和运行措施：使泵的灌注高度大于最小灌注高度。其他措施：采用耐汽蚀破坏的材料制造泵的过
20、流部分元件；降低泵的转速。,由于叶轮能提升液体压力，所以叶轮出口侧的压力比入口高，在叶轮上，轮盖和轮背和出口相联，所受的压力较高，而叶轮入口侧和入口相联，所受的压力较低，这样，一只叶轮在工作时会受到一个向入口方向的轴向力。,低压区,高压区,离心泵的轴向力,轴向力的大小可按经验公式计算：F1=KHi r（r-r）N式中：F1 作用在一个叶轮上的轴向力，N K 实验系数，与比转数有关，当ns=40200时，K=0.60.8 Q(ns=3.65n)H3/4 Hi单级扬程，m r 液体重度，N/m3 rw叶轮密封环半径，m rn叶轮轮毂半径，m,由于叶轮轴向力的存在，轴承必须要承受相同的轴向力，如轴向
21、力过大，将影响轴承的工作寿命，为了减小叶轮（转子）的轴向力，可以采用各种方法，主要有以下几种：叶轮开平衡孔并设叶背口环，使叶轮背面中部产生一个近入口压力的低压区，可以部分或全部平衡叶轮的轴向力；设叶轮背叶片，在叶轮的背部做几条径向叶片，利用背叶片对液体的离心作用使叶轮背部中心产生一个低压区，也可以部分或全部平衡叶轮轴向力；两只叶轮背对背对称布置，即为双吸叶轮，叶轮背对背布置可以完全平衡轴向力，这种结构即为常用的单级双吸离心泵；多级串联叶轮分段对称布置也可以平衡大部分轴向力；,多级离心泵的平衡盘结构，在多级泵中增加平衡盘和平衡管，利用平衡盘两端的压力差，可自动、完全地平衡转子的轴向力；多级离心泵
22、的平衡鼓结构，在多级泵中增加平衡鼓和平衡管，利用平衡鼓两端的压力差，可部分平衡转子的轴向力；多级离心泵的三间隙平衡盘结构，在多级泵中增加有平衡鼓作用的平衡盘（三间隙平衡盘）和平衡管，利用平衡盘两端的压力差，可自动完全平衡转子的轴向力，这时一种平衡盘和平衡鼓相接合的结构；止推轴承，止推轴承或有止推作用的径向轴承能承受一定的轴向力，利用止推轴承可平衡叶轮的全部或部分剩余的轴向力。,离心泵的串并联,一只叶轮的离心泵升压作用和流量有限，为了适应生产工艺的需要，可把两只或两只以上的叶轮并联或串联并且做在一起，就可形成各种结构和形式的离心泵。并联可以增加流量，但不能提高压力，把两只相同的叶轮背靠背做在一起
23、就变成双吸离心泵，它可以提高一倍的流量。串联可以提高压力,但不能增加流量，两只或两只以上的叶轮串联的泵，就成为二级离心泵或多级离心泵。,多级离心泵,双吸离心泵,离心泵的运行操作,1、离心泵启动运行条件：轴承箱润滑油油品合格油位正常，或润滑脂合适足够;盘车正常（机械密封较轻，填料密封较重），联轴器有防护罩，固定可靠;电机如检修后应确认转向正确;泵体、电机、管道等外部固定螺栓无松动现象;确认进出口阀门正常完好，关闭或关小出口阀，打开进口阀，确认泵内必须已充满介质，检查泵体各部没有泄漏;附助设备如冲洗、冷却、加热、润滑、过滤设备投用正常;电气、仪表设备投用正常,2、离心泵的调节 离心泵的调节是指对出口压力（流量）的调节，一般有以下几种方法:运行中利用出口调节阀开度调节变频电机的转速调节检修时利用切割叶轮外径调节(4)旁路调节,3、离心泵的停止 离心泵的停泵步骤应和开泵时相反，即先关出口阀，再停泵电源，停辅助设备，关入口阀。,离心泵常见故障,应紧急停车处理：,泵内发出异常声响和振动突然加剧；轴承温度突然上升超过规定标准；泵流量突然下降：电流超过额定值持续不降。,
