各种机泵类培训讲义（PDF41页）.pdf

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1、1第一章：机泵第一章：机泵第一节第一节 泵的类型和主要性能参数泵的类型和主要性能参数一、一、泵的类型泵的类型泵是一种输送液体的机器。泵在生产、生活、科学研究、试验各个领域用途非常广泛，种类繁多，为了更好的了解、使用、管理、维护好各类机泵。炼油化工生产过程中液体输送种类很多，其腐蚀性、黏性、易燃易爆性、毒性各不相同，温度、压力、流量等差别很大，有的还带有颗粒，为了适应这些工况，专业厂家设计和制定了不同形式和结构的泵，可按以下方式分类。（一）依据泵向被送液体传递能量的方式分类（一）依据泵向被送液体传递能量的方式分类1.动力式泵：泵连续地将能量传递给被送液体,使其速度(动能)和压力能(位能)均增大(

2、主要是速度增大),然后再将其速度降低,使大部分动能转换为压力能,被送液体以升高后的压力实现输送。2.容积式泵：泵在周期性的改变泵腔容积的过程中,以作用和位移的周期性变化将能量传递给被送液体,使其压力直接升高到所需的压力值后实现输送。（二）以能量传递方式分类（二）以能量传递方式分类离心泵混流泵轴流泵旋涡泵部分流泵气(汽)体喷射泵液体喷射泵活塞泵柱塞泵隔膜（套）泵泵容积式泵叶片泵挤压泵齿轮泵螺杆泵罗茨泵旋转活塞泵滑片泵曲杆泵（单螺杆泵、蛇泵）挠性转子泵蠕动泵射流泵动力式泵往复泵转子泵扬液器酸蛋（三）（三）依据泵的用途分类依据泵的用途分类1.水泵输送的液体为水,如:供水泵、排水泵、灌溉泵、消防泵、污

3、水泵等。2.工业泵输送各种工业生产所需的液体物料(也包括工艺用水),如:化学工业用泵、石油工业用泵、热电站用泵、矿山用泵、建筑用泵、船舶用泵、航空用泵、航天用泵、核工业用泵、食品工业用泵、造纸工业用2泵等。二、主要性能参数二、主要性能参数（一）（一）流量流量：单位时间由泵排出的液体量单位时间由泵排出的液体量,可用体积或质量计量可用体积或质量计量。以体积计量时,常用单位:33m/h,L/h,m/s,L/s,以质量计量时,常用单位为:t/h,kg/h,kg/s。质量流量和体积流量的换算关系为：MvQQ=式中VQ泵的体积流量;MQ泵的质量流量;被送液体的密度,3kg/m。按照炼油化工生产工艺的需要和

4、对制造厂的要求,炼油化工用泵的流量有以下几种表示方法。1.正常操作流量：在炼油化工生产正常操作工况下,达到其规模产量时,所需要的流量。2.最大需要流量和最小需要流量：当炼油化工生产工况发生变化时,所需的泵流量的最大值和最小值。3.泵的额定流量：由泵制造厂确定并保证达到的流量。此流量应等于或大于正常操作流量,并充分考虑最大、最小流量而确定。一般情况下,泵的额定流量大于正常操作流量,甚至等于最大需要流量。4.最大允许流量：制造厂根据泵的性能,在结构强度和驱动机功率允许范围内而确定的泵流量的最大值。此流量值一般应大于最大需要流量。5.最小允许流量：制造厂根据泵的性能,在保证泵能连续、稳定的排出液体,

5、且泵的温度、振动和噪声均在允许范围内而确定的泵流量的最小值。此流量值一般应小于最小需要流量。标牌上标明的流量是该泵在设计点时的流量，在此流量时泵的效率最高。（二）排出压力（二）排出压力排出压力是指被送液体经过泵后排出压力是指被送液体经过泵后,所具有的总压力能所具有的总压力能(单位单位:MPa):MPa)。它是泵能否完成输送液体任务的重要标志,对于炼油化工用泵其排出压力可能影响到炼油化工生产能否正常进行。因此,炼油化工用泵的排出压力是根据炼油化工工艺的需要确定的。根据炼油化工生产工艺的需要和对制造厂的要求,排出压力主要有以下几种表示方法。1.正常操作压力：炼油化工生产在正常工况下操作时,所需的泵

6、排出压力。2.最大需要排出压力：炼油化工生产工况发生变化时,可能出现的工况所需的泵排出压力。3.额定排出压力：制造厂规定的、并保证达到的排出压力。额定排出压力应等于或大于正常操作压力。对于叶片式泵应为最大流量时的排出压力。4.最大允许排出压力：制造厂根据泵的性能、结构强度、原动机功率等确定的泵的最大允许排出压力值。最大允许排出压力值应大于或等于最大需要排出压力，但应低于泵承压件的最大允许工作压力。（三）（三）压力差压力差(扬程扬程)是指单位体积的液体经由泵得到的有效能量是指单位体积的液体经由泵得到的有效能量(单位单位 MPa),是被送液体经过泵后获得的能量增加量是被送液体经过泵后获得的能量增加

7、量。此能量增加量与泵吸入压力之和,为泵的排出压力。泵吸入压力为被送液体的状态所决定,因此，压力差是泵能否达到3要求的排出压力,完成输送液体的主要因素。压力差p表示为:21p=pp式中p泵的压力差,MPa;1p泵的吸入压力,MPa;2p泵的排出压力,MPa。叶片式泵以扬程H：表示被送液体经过泵后的能量增加量,扬程为单位质量的液体经过泵后获得的有效能量,单位为m。叶片泵以扬程表示被送液体经过泵后的能量增加量;主要是叶片泵计算的需要。实际上炼油化工厂生产操作是测定泵的吸入和排出压力来判断和确定泵的运行工况,叶片泵的性能试验也是测定吸入和排出压力,计算其压力差再换为泵的扬程。叶片式的扬程为：22212

8、121p-pu-uH=+z-zg2g式中1u泵吸入口液体流速，m/s；2u泵排出口液体流速，m/s；1z泵吸入口压力表基准面至泵基准面的垂直距离，m；2z泵排出口压力表基准面至泵基准面的垂直距离，m；g重力加速度；被送液体的密度,3kg/m。除非进行泵性能试验,一般可应用下式进行换算。2p-pH=g扬程是叶片泵的关键性能参数。因为扬程直接影响叶片泵的排出压力,这一特点对炼油化工用泵非常重要。标牌上标明的杨程是该泵在设计流量下的杨程值。杨程于液体升高高度不同，升高高度只是杨程中的一部分。根据炼油化工工艺需要和对制造厂的要求根据炼油化工工艺需要和对制造厂的要求,对泵的扬程提出以下要求。对泵的扬程提

9、出以下要求。1.正常操作扬程：炼油化工生产正常工况下,泵的排出压力和吸入压力所确定的泵扬程。2.最大需要扬程：炼油化工生产工况发生变化,可能需要的最大排出压力(吸入压力未变)时泵的扬程。化工用叶片泵的扬程应为化工生产中需要的最大流量下的扬程。3.额定扬程：是额定叶轮直径、额定转速、额定吸入和排出压力下叶片泵的扬程。是由泵制造厂确定并保证达到的扬程,且此扬程值应等于或大于正常操作扬程。一般取其值等于最大需要扬程。4.关闭扬程：叶片泵流量为零时的扬程。为叶片泵的最大极限扬程,一般以此扬程下的排出压力确定泵体等承压件的最大允许工作压力。泵的压力差(扬程)是泵的关键特性参数,泵制造厂应随泵提供以泵流量

10、为自变量的流量-压差(扬程)曲线。（四）（四）吸入压力吸入压力指进入泵的被送液体的压力,在炼油化工生产中是炼油由化工生产工况决定的。泵吸入压力值必须大于被泵吸入压力值必须大于被送液体在泵送温度下的饱和蒸气压送液体在泵送温度下的饱和蒸气压,低于饱和蒸气压泵将产生汽蚀。低于饱和蒸气压泵将产生汽蚀。对于叶片式泵,因其压力差(扬程)决定于泵的叶轮直径和转速,当吸入压力变化时,叶片泵的排出压力随之发生变化。因此叶片泵的吸入压力不能超过其最大允许吸入压力值,以避免泵的排出压力超过允许最大排出压力,而引起泵超压损坏。4对于容积泵,由于其排出压力决定于泵排出端系统的压力,当泵吸入压力变化时,容积式泵的压力差随

11、之变化,所需功率也随之变化,因此,容积式泵的吸入压力不能太低,以避免因泵压力差过大而超载。泵的铭牌上都标有泵的额定吸入压力值,以控制泵的吸入压力。（五）（五）汽蚀余量汽蚀余量为防止泵发生汽蚀为防止泵发生汽蚀,在其吸入液体具有的能量在其吸入液体具有的能量(压力压力)值的基础上值的基础上,再增加的附加能量再增加的附加能量(压力压力)值。称此附加值。称此附加能量为汽蚀余量。能量为汽蚀余量。在炼油化工生产装置中,多采用增加泵吸入端液体的标高,即利用液柱的静压力作为附加能量(压力),单位以米液柱计。在实际应用中有必需汽蚀余量 NPSHr 和有效汽蚀余量 NPSHA。表示泵安装后,实际得到的汽蚀余量,此值

12、系由泵的安装条件决定的,与泵本身无关。NPSHA 值必须大于 NPSHR。一般为 NPSHA NPSHR+0.5m。（六）（六）介质温度介质温度是指被输送液体的温度是指被输送液体的温度。炼油化工生产中液体物料的温度,低温可达负200,高温可达500。因此,介质温度对炼油化工用泵的影响较一般泵类更为突出,是炼油化工用泵的重要参数之一。炼油化工用泵的质量流量与体积流量的换算,压差与扬程的换算,泵制造厂都以常温清水进行性能试验的结果。泵输送实际物料时,泵的性能换算、汽蚀余量的计算等,必然要涉及介质的密度、黏度、饱和蒸气压等物性参数，这些参数均随温度变化而变化,只有以准确的温度下的数值进行计算,才能得

13、到正确的结果。炼油化工用泵的泵体等承压零部件,应根据压力和温度确定其材料和压力试验的压力值。被送液体的腐蚀性也与温度有关,必须按泵在操作温度下的腐蚀性确定泵的材料。泵的结构、安装方式都因温度而异,对高温和低温下使用的泵,都应从结构和安装方式等方面减少和消除温度应力及温度变化(泵运行和停车)对安装精度的影响。泵轴封的结构、选材、是否需要轴封辅助装置等也需考虑泵的温度而确定。（七）（七）转速转速系为泵的主轴(叶轮轴、转子轴、曲轴)的转速(以每分钟的转数 r/min 表示)。泵的额定转速是泵在额定的尺寸泵的额定转速是泵在额定的尺寸(如叶片泵叶轮直径、往复泵柱塞直径等如叶片泵叶轮直径、往复泵柱塞直径等

14、)下下,达到额定流量和额定压差达到额定流量和额定压差(扬程扬程)的转速。的转速。在应用固定转速的原动机(如电机)直接驱动叶片泵时,泵的额定转速与原动机额定转速相同。当以可调转速的原动机驱动时,必须保证泵在 额定转速下,达到额定流量和额定扬程,并要能在其额定转速的105%的转速下长期连续运行,此转速称最大连续转速。可调转速原动机应具有超速自动停车机构,自动停车的转速为泵额定转速120%,因此,要求泵能在其额定转速 120%的转速下短期正常运行。在炼油化工生产中采用可调转速的原动机驱动叶片泵,便于通过改变泵的转速来变更泵的工况,以适应炼油化工生产工况的变化。但泵的运行性能必须满足上述的要求。容积式

15、泵的转速较低(往复泵的转速,一般小于200r/min,转子泵的转速,小于 1500r/min),因此,一般应用固定转速的原动机。经过减速器减速后,达到泵的工作转速,亦可用调速器(如液力变短器等)或变频调速等方法改变泵的转速,以适应化工生产工况的需要。（八）（八）功率功率5泵的功率主要决定于泵的流量、压差和黏度等。1.输出功率是指泵达到要求的流量和压差时,在单位时间内对被送液体所作的有效功。泵输出功率ovp为：21ovQ p-pP=kW10002.输入功率是指泵传动轴所接受的来自原动机的功率,其数值等于原动机的输出功率,且大于泵输出功率。泵输入功率inP为/inovPP式中一一泵的效率,%。3.

16、额定输入功率在额定条件(额定流量、额定压差)下,泵正常运行时泵轴所接受的功率。泵以此功率值确定原动机的功率。炼油化工用泵的原动机功率必须具有一定的功率富裕量炼油化工用泵的原动机功率必须具有一定的功率富裕量,其数值因泵型、泵额定功率数值和原动机类型其数值因泵型、泵额定功率数值和原动机类型而而异。异。当叶片泵以电机驱动时,电机功率富裕量为 10%-25%;当以蒸汽轮机驱动时,蒸汽轮机的功率富裕量为 10%。往复式泵以电机驱动时,电机功率富裕量为10%-100%。当泵的额定功率较小时应有较大的原动机功率富裕量。泵的输出功率与输入功率之比为泵的效率(%),值为100%ovinPP标牌上标出的功率是指泵

17、达到流量Q及杨程H时，泵从电机获得的轴功率。三、三、特性和适用范围特性和适用范围各类泵的能量传递方式不同，性能各有特点。各类泵的特性比较见下表各类泵的特性比较各类泵的特性比较泵类型动力式(叶轮式)泵容积式泵其他离心泵轴流泵旋涡泵往复泵回转泵射流泵特性曲线形状流量与压力(扬程)的稳定性稳定脉动脉动稳定自吸能力除特殊结构的离心泵(自吸泵)外无自吸能力开式泵能自吸能自吸6启动与调节启动前泵须灌液体并关闭出口阀,一般用出口阀调节启动前泵必须灌液体,全开出口阀,用改变叶片安装角调节出口阀全开下启动,用旁通阀调节出口阀全开下启动,用专门调节机构或旁通阀调节出口阀全开下启动,用改变工作液体的流量和压力调节转

18、速转速范围大,可达很高转速一般转速低转速较高低速转速较高流量与压力(扬程)范围流量、扬程范围较大大流量,低扬程小流量,较高扬程中小流量,压力范围大,可达很高压力流量不大,中压或较高压力流量扬程都不大效率高高较低高较高低第二节第二节 离心泵离心泵一、一、工作原理工作原理工作原理离心泵由叶轮、蜗室、吸入室、压出室、轴和轴封等组成。离心泵结构示意2111吸入室；2叶轮；3轴；4轴封；5蜗室；6压出室被送液体经吸入室进入泵内,并充满泵腔,原动机驱动轴带动叶轮旋转,叶轮的叶片带动被送液体与叶轮一起旋转,在离心力的作用下,被送液体由叶轮中心向叶轮边缘流动,其速度(动能)逐渐增大,在流出叶轮的瞬间其速度最大

19、,然后进入蜗室,被送液体速度逐步降低,将大部分动能转换为压力能,再经压出管进一步降低速度,被送液体的压力继续升高,达到需要的压力后将液体压入泵的排出管路。当液体由叶轮中心流向叶轮边缘后,叶轮中心呈现低压状态,泵外的液体在泵外与叶轮中心部分的压差作用下进入泵内,再由叶轮中心流向液轮边缘。如此叶轮连续旋转,泵连续地吸入和压出被送液体,完成对液体输送。只有在泵腔内充满液体时,液体从叶轮中心流向边缘后,在叶轮中心部分才能形成低压区,泵才正常 和连续地输送液体。为此离心泵启动前,必须将泵内充满液体,排净空气，称作灌泵。二、结构二、结构（一）（一）主要结构型式主要结构型式1.卧式单级单吸离心泵卧式单级单吸

20、离心泵泵轴中心线为水平方向,且只有一只叶轮、叶轮只有一个吸入口的离心泵。图212为用单级单吸离心7泵的标准结构,其特点为如下。（1）泵的吸入口法兰和排出口法兰的中心,均在通过泵轴中心线的铅垂面内,与传统的排出口位于泵壳切向的结构相比,可消除因泵送温度的影响引起排出管路变形,而作用在泵壳上的力矩,保持泵运行中仍有良好的对中、有利于延长泵的运行周期。（2）泵体固定在基础上,并采用后开门结构,检修时轴承箱(托架)叶轮及轴封等一起向后抽出,不必拆开吸入和排出管路,可减少维修的工作量。（3）采用带中间套筒的联轴器,中间接轴的长度略大于抽出带有叶轮的轴承箱(托架)所需的距离、检修时不必拆移电机,便于检修后

21、的安装和对中。卧式单级单吸离心泵在炼油化工生产装置中应用的数量最多,一般用于炼油化工生产的进料泵、回流泵、循环泵和产品泵等。2.卧式单级双吸离心泵卧式单级双吸离心泵卧式单级双吸离心泵的泵轴中心线为水平方向,且仅有一只叶轮,叶轮有两个吸入口,分别在叶轮的两端面上(见图 2-1-3),泵运行时两个吸入口同时吸入液体,可增大叶轮吸入口的面积、减小被送液体进入叶轮时流速,有利于防止发生汽蚀,因而多用于大流量离心泵,其流量可达每小时几万立方米。在炼油化工生产中常用作回流泵、塔底泵及冷却塔水泵等。卧式单级双吸离心泵的叶轮较大,故多用简支支承,泵壳多为轴向剖分式。图2-1-2卧式单级单吸离心泵图2-1-3

22、卧式单级双吸离心泵1支撑；2泵轴；3托架；4轴封；5泵盖；6叶轮；7泵壳3.卧式多级离心泵卧式多级离心泵泵轴中心线为水平方向,轴上装有数个相同的叶轮,泵的扬程为各叶轮的扬程与叶轮个数的乘积。多级离心泵多用于高排压的工况,其排出压力可达几十 MPa也用于小流量、高扬程的工况,可提高效率。卧式多级离心泵主要有:分段式多级泵(见图2-1-4)、水平剖分式多级泵(见图2-1-5)和筒式多级离心泵(见图2-1-6)等三种类型。在炼油化工生产中主要用于锅炉和废热锅炉给水泵,高压液氨输送泵,高压甲铵泵和铜氨液泵等。4.立式离心泵立式离心泵立式离心泵的泵轴中心线为竖直方向,根据扬程不同采用不同的级数,化工用立

23、式离心泵一般从单级到二十余级(见图2-1-7)。立式离心泵的吸入口在下端,排出口在上端,适用输送低沸点的液体和过冷气体。当输送过程中可能有部分液体汽化时,气体将集中于泵的上部,便于排出,不会影响泵的性能和正常运行;泵的吸入8口在泵的下端,在化工装置中一般位于地坑中,特别是有关标准规范1规定,立式离心泵其安装基础的顶面为NPSH 计算准面,故可得到较大的NPSHA值,有利于防止汽蚀。炼油化工生产中,立式离心泵主要用于输送液氨、液态烃(甲烷、乙烷、乙烯、丙烯等),以及液氧、液氮等物料的产品泵、给料泵、塔底泵和回流泵等。图2-1-4 分段式多级离心泵图2-1-5水平剖分式多级离心泵图2-1-6 筒式

24、多级离心泵5.液下泵液下泵液下泵属于立式离心泵的一种(见图2-1-8)。泵浸没在被送液体中运行,被送液体不会漏入大气,不需要有防止液体漏入大气的轴封(填料或机械密封),泵结构简单,启动前亦不需要灌泵。液下泵主要用以输送高温液体,熔融物料、酸、碱等强腐蚀性液体;在炼油化工生产中主要用作给料泵、循9环泵,补给泵和排污泵等。6.管道管道管道泵属于立式离心泵的一种,其结构示意见图219。泵的吸入口和排出口法兰中心线与泵轴中心线在同一铅垂面内,且与泵轴中心线垂直,可以不用弯头直接连接在管路上。小型管道泵可直接由管道支承;大型管道泵以底部的支座支承于基础上。图2-1-8(a)为直联式管道泵。图2-1-9(

25、b)所示管道泵,以带有中间接轴的联轴器传动,在不必拆卸管线和拆除电机的情况下,即可取出转子组(包括:叶轮、泵轴、轴承和轴封等)进行检修,更适合化工生产特别是大型化工装置应用,加之管道泵占地面积小的优点,如按离心式化工流程泵的标准和规范设计、制造和检验,可发展成管道式化工流程泵。管道泵在化工生产中主要用于直接安装于设备上或管路上的液体物输送泵,接力(增压)泵,循环泵等。7.7.自吸式离心泵自吸式离心泵自吸式离心泵第一次启动前需要进行灌泵,以后再次启动时不需再灌泵,能够利用停泵后留在泵的液体的循环,逐步排出泵内和吸入管路中的气体,达到 正常输液。自吸泵的吸入口高于叶轮中心线,且有较 大的吸入室,可

26、留存以后再启动时用于灌满泵腔的液体;在泵的排出管设有气液分离室排出气体,并使液体回流到泵吸入室内循环使用。自吸泵分为内混式(气、液在叶轮入口处混合后进入叶轮)和外混式(气、液在叶轮的出口处混合)两种形式。外混式(见图2-1-10)结构简单,应用较多,但其自吸时间较长。设计较好的自吸式离心泵的自吸时间仅需几十秒钟。在炼油化工生产中,自吸式离心泵主要用于输送高温、有毒、强腐蚀性等液体。图2-1-7 立式多级离心泵图2-1-8 液下泵1叶轮子；2扩压器；3回流器1电动机；2轴承箱；3底板；4轴；5排出管；6 中间管；7泵体；8叶轮；9吸入室10图2-1-9 离心式管道泵（a）直联式管道泵(b)联轴器

27、传动的管道泵1中间接轴；2轴承；3轴承；4泵盖；5叶轮图2-1-10 外混自吸式离心泵结构1气液分离室；2填料箱；3轴承；4皮带轮；5叶轮；6泵体；7-泵轴；8-轴承箱；9水封环（二）（二）主要零部件结构主要零部件结构1.叶轮叶轮离心泵叶轮主要有以下4种形式,如图2-1-11所示。图2-1-11 离心泵叶轮（a）闭式；（b）前半开式；（c）后半开式；（d）开式1叶轮；2后盖板；3轮毂；4前盖板；5叶轮密封环；6加强筋(1)闭式叶轮见图2-1-11(a)由叶片与前、后盖板组成。闭式叶轮的效率较高,制造难度较大,在离心泵中应用最多。适于输送清水,溶液等黏度较小的不含颗粒的清洁液体。(2)半开式叶轮

28、见图2-1-11bc)一般有两种结构其一为前半开式,由后盖板与叶片组成,此结构叶轮效率较低,为提高效率需配用可调间隙的密封环(见图2-1-16);另一种为后半开式,由前盖板与叶片组成,由于可应用与闭式叶轮相同的密封环,效11率与闭式叶轮基本相同,且叶片除输送液体外,还具有(背叶片或副叶轮的)密封作用。半开式叶轮适于输送含有固体颗粒、纤维等悬浮物的液体。半开式叶轮制造难度较小,成本较低,且适应性强,近年来在炼油化工用离心泵中应用逐渐增多,并用于输送清水和近似清水的液体。(3)开式叶轮 见图2-1-11(d)只有叶片及叶片加强筋,无前后盖板的叶轮（开式叶轮叶片数较少 2-5 片)。叶轮效率低,应用

29、较少,主要用于输送黏度较高的液体,以及浆状液体。离心泵叶轮的叶片一般为后弯式叶片。叶片有圆 柱形和扭曲形两种,应用扭曲叶片可减少叶片的负荷,并可改善离心泵的吸入性能,提高抗汽蚀能力,但制造难度较大,造价较高。炼油化工用离心泵要求叶轮为铸造或全焊缝焊接的整体叶轮。焊接叶轮是近年发展起来的,多用于铸造性能差的金属材料(如铁及其合金)制造的化工用特种离心泵。焊接叶轮的几何精度和表面光洁度均优于铸造叶轮,有利于提高离心泵的效率。焊接叶轮结构示意如图2-1-12 所示。图2-1-12 焊接叶轮结构示意2.蜗室和导叶蜗室和导叶(1)蜗室离心泵的蜗室分为螺旋形蜗室和环形蜗室两种(见图2-1-13)。一般均采

30、用螺旋形蜗室,当泵的流量较小时可采用环形蜗室。当离心泵的扬程较大时,采用双螺旋形蜗室,可平衡叶轮的径向力,减小叶轮的偏摆和泵的振动,有利于提高离心泵的运行周期。(2)导叶导叶是多级离心泵或轴流泵常用的一种扩压器和回流器的组合件,主要有径向、轴向、扭曲式和流道式等几种形式。径向导叶(见图2-1-14)多用于多级离心泵,是一个两端面均有叶片(一般为 510 片)的环形体,叶片内、外径较大端为扩压叶片,内、外径较小端为回流叶片。多级离心泵前面一级叶轮的出口,对准扩压叶片的入口,而回流叶片的出口对准下一级叶轮的入口。叶轮出口排出的液体进入扩压叶片,将液体流速降低,动能转换为压力能之后,液体进入回流叶片

31、,以较小的阻力改变液体的流动方向,将液体送至下一级叶轮的入口。12图2-1-13 离心泵的蜗室图 2-1-14径向导叶（a）螺旋形蜗室；（b）双螺旋形蜗室；（c）环形蜗室3.泵壳泵壳泵壳(或称壳体)是泵形成包容和输送液体的泵外壳的总称。一般离心泵由吸入液体部分,叶轮运转空间和压出液体等三个大部分构成。吸入液体部分是泵吸入口至叶轮入口部分,由吸入接管和吸入室组成。吸入室有柱形吸入室,直锥形吸入室、环形吸入室和单螺旋形吸入室。压出液体部分由蜗室与压出管或导叶构成。蜗室分有螺旋形蜗室、环形蜗室和双螺形蜗室。为了将叶轮装入叶轮运转空间,泵壳需制成剖分式,常用有轴向剖分和径向剖分两种。当流量较小,排出压

32、力较高,泵送温度较高和易挥发液体时,应采用径向剖分式泵壳。对炼油于化工流程泵,当泵送温度大于等于100,密度小于 0.7g/cm3的易燃或有毒的液体时,必须采用径向剖分的泵体。卧式离心泵的安装支承面一般在泵壳的下部,当泵送温度大于等于175 时,为防止泵体受热膨胀而影响泵的对中,应采用支承面通过泵中心线的中心线支承。4.4.密封环密封环密封环(又称口环)装于离心泵叶轮入口的外缘及泵壳内壁与叶轮入口对应的位置,两环之间有一定的间隙量,既可使叶轮能正常旋转又可限制泵内的液体由高压区(压出室)向低压区(吸入室)回流;提高泵的容积效率(见图2-1-15)。密封环有固定的和可拆装的两种结构,后者便于在磨

33、损后更换新密封环。密封环材料为铸铁、青铜或表面喷涂硬质合金等减磨或耐磨材料制成。2-1-15闭式叶轮密封环1泵壳；2泵壳密封环；3叶轮；4叶轮密封环离心式炼油化工泵的密封环应采用可更换的密封环,且密封环应采用压配合加锁定销、或螺栓、或采用法兰、螺钉等方法固定,也可采用三点或三点以上的焊接固定。密封环的材料应采用铸铁青铜、淬硬铬钢、蒙乃尔合金及表面喷涂司太立合金、硬质合金等。铸铁、青铜、淬硬铬钢等低咬合性材料的密封环,其最小运转间隙见表2-1-2。表表 2-1-22-1-2 最小运转间隙最小运转间隙mm构成间隙的旋转零件直径最小直径间隙值500.255064.990.286579.990.308

34、089.990.3559099.990.40100114.990.40115124.990.40125149.990.43叶轮密封直径150mm时,其最小间隙为0.43+0.025mm,且直径每增大25mm,间隙值增大0.025mm;对咬合性较大或温度高于260时,上述直径间隙应再增加0.125mm。为提高半开式叶轮的效率,在半开式叶轮与泵壳吸入侧壳壁之间装设可调节间隙密封环,使密封环间隙可以在泵外调节,还可根据不同的物料和工况选用不同的间隙值。半开式叶轮密封环如图 2-1-16 所 示,一般13采用软质材料(较叶轮质软)制造,以免叶片磨损影响泵的性能。当密封环磨损后,可用调节机构调节其间隙,

35、达到良好的运行状态。适用于输送含有固体悬浮物的液体,输送清水等液体也有较高的效率,且价格较低,在炼油化工用离心泵中应用逐渐增多(如美国 ANSI 标准就采用半开式叶轮)。5.泵轴泵轴是传递扭矩、带动叶轮旋转的部件。离心泵的叶轮以链和锁紧螺母固定在轴上,多级离心泵各叶轮之间以轴套定位。泵轴与装于轴上的叶轮、轴套、平衡及密封元件等所构成泵的旋转部件,称作泵转子。单级单吸离心泵等小型离心泵转子采用悬臂支承;大型离心泵多采用简支支承。离心泵轴一般采用刚性轴,离心式炼油化工流程泵泵轴的第一阶临界转数至少比其工作转数高20%;当以图2-1-16 可调节间隙的半开式叶轮密封环（口环）示意1锁紧螺母；2调节螺

36、栓；3密封环；4泵壳；5叶轮汽轮机等可调转速原动机驱动时,第一阶临界转速应高出最大连续转速 20%。离心化工流程泵轴只有在不可能设计成刚性轴,并取得用户同意才能采用挠性轴。当采用挠性轴时,第一阶临界转速应不超过泵最低工作转速的1/2.7;第二阶临界转速应不小于1.2倍最大连续转速。炼油化工用离心泵泵轴安装轴封的部位应装有可更换的轴套,轴套与轴之间以垫片或 O 形圈进行密封。三、离心泵特性三、离心泵特性（一）（一）基本方程基本方程1.速度三角形根据离心泵的工作原理,离心泵工作时,被送液体随着叶轮旋转并从叶轮的中心部位流向叶轮的边缘,因此离心泵叶轮中任意一点 i 的液体的绝对速度等于其圆周速度 U

37、 和相对速度的向量和,即iiiv=u+w（式2-1-8）图2-1-17速度三角形2.欧拉方程被送液体经过离心泵叶轮,从叶轮获得的能量首先是使速度(动能)增大,再转换为压力能的增加量(扬程)。表征离心泵扬程与液体在泵内速度变化之间关系的方程,即为离心泵基本方程,亦称欧拉方程。14T2u21u11H=u-ugvv式中TH离心泵理论扬程，m；1uv叶轮入口液体绝对速度在圆周方向的分速度,m/s；2uv叶轮出口液体绝对速度在圆周方向的分速度,m/s；1u叶轮入口液体的圆周速度,m/s；2u叶轮出口液体的圆周速度,m/s。（二）（二）离心泵的相似离心泵的相似1.相似定律相似定律(1)相似条件相似的离心泵

38、应满足以下三个条件。几何相似两台泵对应部位的尺寸比值相等,叶片数、对应角角度相等。运动相似两台泵对应点的液体速度方向相同、大小比值相等(即速度三角形相似)。动力相似两台泵对应点的液体作用力(包括惯性力、黏性力等)的比值相等。(2)相似定律两台相似的泵,当近似地认为它们的容积效率、水力效率、机械效率相等时,以下列各式表示其相似关系,称作相似定律。相似定律主要用于离心泵相似设计。2.比转速比转速比转速sn是包含流量、扬程、转速等参数在内的几何相似泵的综合判别数。采用的参数单位不同,比转值亦不相同。叶片式泵的比转速不同时,其叶轮形状及泵的性能亦不相同。（三）（三）能量损失和效率能量损失和效率1.1.

39、能量损失能量损失(1)水力损失水力损失主要是液体在叶轮和泵壳的流道内流动时的冲击、摩擦、涡流和脱流引起的能量损失,这些能量损失的数值与雷诺数和流道表面的粗糙度有关,并基本上与液体流速的平方成正比。(2)容积损失容积损失主要是由于离心泵的内泄漏,如密封环间隙、轴向力平衡装置的间隙,以及与泵低压区或进口的连通管引起的液体由高压区向低压区的回流等,使得泵的实际流量小于其理论流量,两流量的差值即为泵的容积损失。(3)机械损失机械损失包括;泵的轴封和轴承部位的摩擦功率损失和叶轮在液体中旋转时,叶轮表面与液体的摩擦引起的圆盘摩擦损失。2.2.效率效率离心泵的效率为其输出功率(水力功率)ouP和输入功率in

40、P(轴功率)之比,以百分数表示为100%ouinPP离心泵的效率和离心泵的比转速有关,还和泵的流量、结构型式有关。15（四）四）汽蚀汽蚀1.汽蚀现象和原因汽蚀现象和原因(l)汽蚀现象离心泵运行时,如泵的某区域液体的压力低于当时温度下的液体汽化压力,液体会开始汽化产生汽泡;也可使溶于液体中的气体析出,形成汽泡。当汽泡随液体运动到泵的高压区后,气体又开始凝结,使汽泡破灭。汽泡破灭的速度极快,周围的液体以极高的速度冲向汽泡破灭前所给有的空间,即产生强烈的水力冲击,引起泵流道表面损伤,甚至穿透。称这种现象为汽蚀。离心泵的汽蚀主要是被送液体进入叶轮时的压力降低,导致液体的压力低于当时温度的液体气化压力

41、而产生的,使泵不能正常工作,长期运行后叶轮将产生蜂窝状损伤或穿透。离心泵产生汽蚀时,流量、扬 程、效率将明显降低,同时伴有噪声增大和泵的剧烈振动。(2)汽蚀原因离心泵产生汽蚀的原因是其吸入压力低于泵送温度下液体的汽化压力。引起离心泵吸入压力过低的因素有如下。吸上泵的安装高度过高,灌注泵的灌注头过低;泵吸入管局部阻力过大;泵送液体的温度高于规定温度;泵的运行工况点偏离额定点过多;闭式系统中的系统压力下降。2.泵运行工况和汽蚀泵运行工况和汽蚀当离心泵制成后,其必需的汽蚀余量 NPSHR 是已经确定不能改变的,离心泵在运行中是否发生汽蚀则取决于有效的汽蚀余量 NPSHA。原则上说,当 NPSHANP

42、SHR 时,泵就能正常运行,否则泵不应运行。泵在泵装置中,其安装高度是固定的,但泵从泵装置得到的有效汽蚀余量 NPSHA 值将随泵的流量增大而降低;而由泵本身确定必需的汽蚀余量 NPSHR值,也是随泵的流量增大而增大。因此,必须根据泵运行时可能需要的最大流量,确定 NPSHA的数值,以保证泵在其流量变化范围内运行不会发生汽蚀。泵运行时不会发生汽蚀的流量范围如图2-1-20 所示。同时,离心泵运行时,应注意泵的流量不能超出规定的流量范围,以免因泵发生汽蚀而引起泵损坏。16图 2-1-20离心泵运转特性和汽蚀3.汽蚀比转数汽蚀比转数离心泵的汽蚀比转数 C 与泵的尺寸、流量及转速有关,汽蚀比转数可作

43、为离心泵汽蚀相似的准则;也可作为离心泵抗汽蚀性能的一种判别方法。在相同 的流量下,C值越大,泵的抗汽蚀性能越好。汽蚀比转数 C 可按下式计算。3/45.62nQC=NPSHR（式2-1-16）式中,Q,n,NPSHR为泵设计点(或最高效率点)的参数值。4.汽蚀的防止措施汽蚀的防止措施（1）降低液体进入叶轮的流速,可适当加大叶轮吸入口的直径,或采用双吸叶轮或降低泵的工作转速。（2）在叶轮吸入口前安装诱导轮。（3）保证泵在泵装置中的 NPSHANPSHR0.5m,如采取降低泵的安装高度或增加泵的灌注头等方法。（4）控制被送液体的温度,使其不高于规定的温度值。（5）控制泵的工作点在泵的允许工作范围之

44、内。（6）采用耐蚀破坏的材料。（五）特性和特性曲线（五）特性和特性曲线1.特性曲线特性曲线离心泵特性曲线表示离心泵各特性参数包括流量Q、扬程 H、效率、输入功率(轴功率)inP及必需的汽蚀余量 NPSHR 等之间的关系(见图2-1-21)。特性曲线由泵性能试验得到,一般是以常温清水进行试验,并换算到泵额定转速下的参数值,绘制成泵特性曲线。在应用离心泵时,如果使用条件(主要是被送液体的性质)不同,应对泵的特性参数进行换算。图 2-1-21 离心泵性能曲线图 2-1-22 离心泵 QH 曲线形状根据离心泵的特性曲线可选用满足需要的离心泵。如离心泵的流量扬程(Q-H)曲线,一般分为平坦形、陡降形和驼

45、峰形三种(见图2-1-22)。对于一般的炼油化工生产,选用时应注意：当需要在比较稳定的压力进行反应,而生产的产量可变化时,应选用具有平坦形 Q-H 曲线的离心泵,因为它在流量发生变化时,扬程(当吸入压力一定时,即为排出压力)的变化较小;当输送的液体中含有固体颗粒等物质时,因容易堵塞管路、引起泵排出压增高,为达到炼油化工产品的产量,17要求泵的流量变化很小,应选用具有陡降形特性曲线的离心泵,因为当流量变化很小时,扬程(排出压力)升高的较多,可依靠此压力打通堵塞的管路。驼峰形特性曲线为不稳定特性曲线,在相同的扬程下可能出现两种不同的流量值,使泵运行不稳定,选用此类离心泵时,其工作点应避开不稳定区,

46、在炼油化工生产中最好不要选用此类离心泵。2.比例定律比例定律离心泵转速改变时,其流量、扬程和功率与转速的关系见图2-1-23,具体变化关系见下面三个式子Qn=Qn 2Hn=Hn 3Pn=Pn（式2-1-17）式中n改变后的泵转速值;Q、H、P转速改变后泵的流量、扬程与功率。上述的关系式称作离心泵比例定律。依据此定律绘制的离心泵通用特性曲线如2-1-23 所示,由图可直观、方便地查得一台离心泵在不同转速下的各性能参数(流量、扬程、功率、效率)的关系,以及泵转速的允许变化范围。图 2-1-23 离心泵不同转速的特性曲线图 2-1-24 离心泵经叶轮切割的通用特性曲线3.切割定律切割定律当离心泵叶轮

47、的出口直径2D被车削变小时,离心泵的流量和扬程均相应地下降,其特性曲线移向原始直径叶轮的特性曲线的下方,切削量越大(2D越小)特性曲线(见图2-1-24)下移越远。应用这一规律可以保证泵达到所需的流量和扬程,并可扩大一台离心泵的流量、扬程范围,用于多种工况的运行要求,对于制造厂可减少泵的生产品种,降低成本,并可应用此规律满足离心式炼油化工流程泵在更换新叶轮后 扬程增加5%(转速不变)的要求。叶轮出口直径的切割量与泵特性的关系称为离心泵的切割定律,近似表示为：22DQ=QD222DH=HD322DP=PD（式2-1-18）式中D2、Q、H、P分别为经切割后的叶轮出口直径、流量、扬程和功率;D2、

48、Q、H、P分别为切割前叶轮的出口直径、流量、扬程和功率。应用叶轮切割定律对离心泵叶轮切割的切割量是 有限制的,以免泵的效率降低过多。叶轮出口直径18允许切割量对泵效率的影响见表2-1-8。当离心泵的比转速较低(3080)时按以下三个式子计算可提高计算的准确性。222DQ=QD（式2-1-19）222DH=HD（式2-1-20）422DP=PD（式2-1-21）表表2-1-82-1-8 叶轮出口直径允许切割量对泵效率的影响叶轮出口直径允许切割量对泵效率的影响比转速，sn60601201202002000030050350以上允许切割量121D-DD20%15%11%9%7%0效率每车小10%，下

49、降1%每车小4%,下降1%注:1.旋涡泵和轴流泵叶轮不允许切割。2.叶轮外圆的切割一般不允许超过本表规定的数值,以免泵的效率下降过多。4.液体黏度对特性的影响液体黏度对特性的影响当被送液体的黏度增大时,水力摩擦损失也随之增大,Q-H曲线下移,即泵的流量和扬程均下降,但泵的关死扬程几乎不变,同时泵的圆盘摩擦损失增加，泵的输入功率增大,泵效率急剧下降(见图2-1-25)。泵制造厂一般只提供泵输送清水时的性能曲线,当被输送液体的运动黏度值大于 210-5m2/s 时,即需对泵进行性能修正,换算为输送清水时性能进行泵的设计和试验。图 2-1-25 液体黏性对特性曲线的影响图 2-1-26 离心泵的工作

50、范围图中虚线表示被送液体黏度增大后的性能曲线5.工作范围工作范围离心泵特性曲线(Q-H 曲线)上的每一个点都表示泵的一个运行工况,但其运行效率最高工况点只有一点,称作最佳工况点。离心泵的额定工况点以及炼油化工生产的正常操作工况点均应选在泵的最佳工况点附近,炼油化工用离心泵要求泵的正常操作工况点在泵的额定工况点和最佳工况点之间。当泵的运行工况点远离最佳工况点时,泵的效率将下降,运行耗功增大,经济性差。一般以泵效率降低量达到5%8%时,泵的对应流量即为该泵最佳工况范围的边界流量。边界流量的最大值 Qmax和最小值minQ与最高效工况点流量NQ的关系为minNQ=0.6Q,maxNQ=1.2Q一台离