【正文】 1 第 一 章 離心泵的日常運行與操作 第一節(jié) 離心泵的結構和工作原理 泵是把原動機的機械能轉換為所抽取液體能量的機器，用來輸送液體并提高液體的壓力。泵的種類很多，按其工作原理和結構特征可分為 兩 大類。 ① 容積式泵。它是利用工作室容積的周期性變化而提高液體壓力達到輸 送 液體 的目的。如往復泵、隔膜泵、齒輪泵等。 ② 葉片式泵。它是一種依靠泵內作高速旋轉的葉輪把能量傳遞給液體，進行液體輸送的機械。如離心泵、軸流泵、旋渦泵等。 一、離心泵的工作原理 離心泵主要是依靠離心力作用來輸送 液體，故稱其為離心泵。離心泵在運轉之前必須先在泵內灌滿液體，并將葉輪全部浸沒。當泵運轉時，原動機帶動葉輪高速旋轉，葉輪中的葉片帶動液體一起旋轉，因而產生離心力，在此離心力作用下，葉輪中的液體沿葉片流道被甩向葉輪外緣，經 蝸殼 送入排出管， 液體從葉輪獲得能量 , 使壓力能和速度能均增加 ,并依靠此能量將液體輸送到工作地點。 而葉輪中間吸入口處卻形成了低壓， 在吸液罐和葉輪中心處的液體之間就產生了壓差 ,吸液罐中的液體在這個壓差作用下 ,不斷地經吸入管路及泵的吸入室進入葉輪中。 這樣，在葉輪旋轉過程中，一面不斷吸入液體，一面又不 斷給吸入液體一定的能量，將液體排出并輸送到工作地點。其工作原理見圖 1。 2 圖 1 離心泵工作原理圖 二、離心泵的優(yōu)缺點 離心泵在化工生產中被大量采用，與其他類型泵相比，離心泵具有下列一些優(yōu)點。 ① 轉速高。一般離心泵轉速在 7003500r/min，它可以直接和電動機或蒸汽輪機相連接。同樣流量和壓力的離心泵和往復泵相比較，離心泵重量輕、占地面積小、運轉穩(wěn)定，故設備費用低廉。 ② 離心泵在運轉時，可以利用調節(jié)閥的不同開度，很方便的在很寬范圍內調節(jié)泵的流量，使泵操作簡便。 ③ 離心泵流量均勻，運轉時的 噪音低。 ④ 它可以輸送帶雜質的液體。 但離心泵也有如下一些缺點： ① 離心泵無自吸作用，在啟動之前一定要在吸入管及葉輪中充滿液體。 ② 由于無自吸作用，所以少量氣體進入 吸 液管時易使泵產生 汽蝕 現(xiàn)象。 ③ 一般適用于流量大而揚程不變的流體，不適用于粘性大的流體。 三、離心泵的結構及部件 離心泵的主要構件有： 軸、密封 （填料密封或機械密封） 、 軸承、 出口管、葉輪、吸 入 室、 口環(huán)、 蝸殼 、軸承 等。詳見圖 2。 3 軸 機封 出口 管 葉輪 吸入室 口環(huán) 蝸殼 軸承 圖 2 離心泵結構圖 另外，分段多級 離心泵還采用導葉作為轉能裝置，并采用平衡裝置來平衡軸向力，有的離心泵為了提高 汽蝕 性能而采用了誘導輪。 葉輪 葉輪是離心泵中傳遞能量的部件，通過它將原動機來的機械能轉變?yōu)橐后w的靜壓能和動能。 葉輪是離心泵的做功零件，依靠它高速旋轉對液體做功而實現(xiàn)液體的輸送，是離心泵重要零件 之 一。 葉輪一般由輪 榖 、葉片和蓋板三部分組成。葉輪的蓋板有前蓋板和后蓋板之分，葉輪 入 口側的蓋板稱為前蓋板，另一側的蓋板稱為后蓋板。 按結構形式，葉輪可分為以下三種。 (1)閉式葉輪， 閉式葉輪的兩側均有蓋板，蓋板間有 4— 6個葉片，如圖 3a所示。閉式葉輪效率較高，應用最廣，適用于輸送不含固體顆粒及纖維的清潔液體。閉式葉輪有單吸和雙吸兩種類型。雙吸葉輪如圖 3d所示，適用于大流量泵，其抗汽蝕性能較好。 (2)半開式葉輪 ， 這種葉輪只有后蓋板，如圖 3b所示。它適用于輸送易于沉淀或含固體懸浮物的液體，其效率介于開式和閉式葉輪之間。 （ 3）開式葉輪無前后蓋板，如圖 3c。這種葉輪結構簡單，制造容易，但效率低，適用輸送含較多固體懸浮物或帶纖維體。 4 （ a） 閉 式葉輪；（ b）半開式葉輪；（ c） 開 式葉輪 （ d）雙吸式葉輪 圖 3 葉輪的型式 泵軸 離心 泵的泵軸的主要作用是傳遞動力，支承葉輪保持在工作位置正常運轉。它一端通過聯(lián)軸器與電動機軸相連，另一端支承著葉輪作旋轉運動，軸上裝有軸承、軸向密封等零部件。 軸承 軸承起支承轉子重量和承受力的作用。離心泵上多使用滾動軸承。軸承一般用潤滑脂和潤滑油潤滑。 蝸室和導葉 (1) 蝸室 離心泵的蝸室分為螺旋形蝸室和環(huán)形蝸室兩種 (見圖 4)。一般均采用螺旋形蝸室 ， 當泵的流量較小時可采用環(huán)形蝸室。當離心泵的揚程較大時 ， 采用雙螺旋形蝸室 ， 可平衡葉輪的徑向力 ， 減小葉輪的偏擺和泵的振動 ， 有利于提高離心泵的運行周期。 (2) 導葉 導葉是多級離心泵或軸流泵常用的一種擴壓器和回流器的組合件 ， 主要有徑向、軸向、扭曲式和流道式等幾種形式。 徑向導葉 (見圖 5) 多用于多級離心泵 ， 是一個兩端面均有葉片 (一般為 5～10 片 )的環(huán)形體 ， 葉片內、外徑較大端為擴壓葉片 ， 內、外徑較小端為回流葉片。多級離心泵前面一級葉輪的出口 ， 對準擴壓葉片的入口 ， 而回流葉片的出口對準下一級葉輪的入口。葉輪出口排出的液體進入擴壓葉片 ， 將液體流速降低 ， 動能轉換為壓力能之后 ， 液體進入回流葉片 ， 以較小的阻力改變液體的流動方向 ， 將液體送至下一級葉輪的入口。 5 （ a）螺旋形蝸室；（ b）雙螺旋形蝸室；（ c）環(huán)形蝸室 圖 4 離心泵的蝸室 圖 5徑向導葉 泵殼 泵殼 (或稱殼體 )是泵形成包容和輸送液體的泵外殼的總稱。一般離心泵由吸入液體部分 ， 葉輪運轉空間和壓出液體等三個大部分構成。 吸入液體部分是泵吸入口至葉輪入口部分 ,由吸入接管和吸入室組成。吸入室有柱形吸入室 ， 直錐形吸入室、環(huán)形吸入室和單螺旋形吸入室。 壓出液體部分由蝸室與壓出管或導葉構成。蝸室分有螺旋形蝸室、環(huán)形蝸室和雙螺形蝸室。 為了將葉輪裝入 葉輪運轉空間 ， 泵殼需制成剖分式 ， 常用有軸向剖分和徑向剖分兩種。當流量較小 ， 排出壓力較高 ， 泵送溫度較高和易揮發(fā)液體時 ， 應采用徑向剖分式泵殼。 口 環(huán) 口環(huán) (又稱 密封環(huán) ) 裝于離心泵葉輪入口的外緣及泵殼內壁與葉輪入口對應的位置 ， 兩環(huán)之間有一定的間隙量 ， 既可使葉輪能正常旋轉又可限制泵內的液體由高壓區(qū) (壓出室 )向低壓區(qū) (吸入室 )回流 ； 提高泵的容積效率 (見圖 6)。 密封環(huán)有固定的和可拆裝的兩種結構 ,后者便于在磨損后更換新密封環(huán)。密封環(huán)材料為鑄鐵、青銅或表面噴涂硬質合金等減磨或耐磨材料制成。 1— 泵殼； 2— 泵殼 密封環(huán)； 3— 葉輪； 4— 葉輪密封環(huán) 圖 6 閉式葉輪密封環(huán) 離心式煉油化工泵的密封環(huán)應采用可更換的密封環(huán) ， 且密封環(huán)應采用壓配 6 合加鎖定銷、或螺栓、或采用法蘭、螺釘?shù)确椒ü潭?,也可采用三點或三點以上的焊接固定。 軸封裝置 從葉輪流出的高壓液體，經過葉輪背面，沿著泵軸和泵殼的間隙流向泵外，稱為外泄漏。在旋轉的泵軸和靜止的泵殼之間的密封裝置稱為軸封裝置。它可以防止和減少外泄漏，提高泵的效率，同時還可以防止空氣吸入泵內，保證泵的正常運行。特別在輸送易燃、易爆和有毒液體時，軸封裝置的密封可靠性是保證離心泵安全運行的重要 條件。常用的軸封裝置有填料密封和機械密封兩種。 （ 1）填料密封 填料密封指依靠填料和軸 (或 軸套 )的外圓表面接觸來實現(xiàn)密封的裝置。它由填料箱 (又稱填料函 )、填料、液封環(huán)、填料壓蓋和雙頭螺栓等組成，如圖 7所示。液封環(huán)安裝時必須對準填料函上的入液口，通過液封管與泵的出液管相通，引入壓力液體形成液封，并冷卻潤滑填料。填料密封是通過填料壓蓋壓緊填料，使填料發(fā)生變形，并和軸 (或軸套 )的外圓表面接觸，防止液體外流和空氣吸入泵內。填料密封的密封性可用調節(jié)填料壓蓋的松緊程度加以控制。填料壓蓋過緊，密封性好，但使軸和填料間的摩 擦增大，加快了軸的磨損，增加了功率消耗，嚴重時造成發(fā)熱、冒煙，甚至將填料燒毀。填料壓蓋過松，密封性差，泄漏量增加，這是不允許的。合理的松緊度應該使液體從填料函中滴狀漏出， 輕質油 每分鐘控制20滴以內，重質油每分鐘控制在 10滴以內 。對有毒、易燃、腐蝕及貴 重液 體，由于要求泄漏量較小或不準泄漏，可以通過另一臺泵將清水或其他無害液體打到液封環(huán)中進行密封，以保證有害液體不漏出泵外。也可采用機械密封裝置。 圖 7 填料密封裝置 7 （ 2）機械密封 填料密封的密封性能差，不適用于高溫、高壓、高轉速、強腐蝕等惡劣的工作條件。機 械密封裝置具有密封性能好，尺寸緊湊，使用壽命長，功率消耗小等優(yōu)點，近年來在化工生產中得到了廣泛的使用。 依靠靜環(huán)與動環(huán)的端面相互貼合，并作相對轉動而構成的密封裝置，稱為機械密封，又稱端面密封。其結構如圖 8所示 為常用的單端面 機械密封結構。由靜止環(huán)（靜環(huán)） 旋轉環(huán)（動環(huán)） 彈性元件 彈簧座 緊定螺釘 旋轉環(huán)輔助密封圈 6和靜止環(huán)輔助密封圈 8等元件組成，防轉銷 7固定在壓蓋 9上以防止靜止環(huán)轉動。 圖 8 單端面機械密封 機械密封中流體可能泄漏的途徑有 A、 B、 C、 D四個通道。 C、 D泄漏通道分別是靜止環(huán)與壓 蓋、壓蓋與殼體之間的密封，二者均屬靜密封。 B通道是旋轉環(huán)與軸之間的密封，靜密封元件最常用的有橡膠 O形圈或聚四氟乙烯 V形圈。 A通道則是旋轉環(huán)與靜止環(huán)的端面彼此貼合作相對滑動的動密封，它是機械密封裝置中的主密封，也是決定 機械密封 性能和壽命的關鍵。 四、離心泵的分類 離心泵的種類很多，分類方法常見的有以下幾種方式 按葉輪吸入方式分 ： （ 1）單吸式離心泵 ： 安裝單吸葉輪的泵為單吸式泵， 如圖 9所示 8 圖 9 單級單吸離心泵 （ 2）雙吸式離心泵， 安裝有雙吸式葉輪的泵為雙吸式泵， 如圖 10所示 圖 10 單級雙 吸離心泵 按葉輪數(shù)目分： （ 1）單級離心泵 泵中只有一個葉輪，單級離心泵是一種應用廣泛的泵。由于液體在泵內只有一次增能，所以揚程較低。如圖 9所示為單級單吸離心泵。 如圖 10所示為單級雙吸離心泵。 （ 2）多級離心泵 具有兩個或兩個以上葉輪的離心泵稱為多級離心泵。級數(shù)越多壓力越高。圖11所示為一臺分段式離心水泵，這種泵的葉輪一般為單吸式。 9 圖 11 多級離心泵 按泵的安裝方式分： （ 1）立式泵 立式離心泵的泵軸是直立安裝的 。這種泵的結構緊湊，占地面積小，體積小。吸入口、排出口都是橫向設置的。 圖 12 立式泵 （ 2）臥式泵 臥式 離心泵的泵軸是水平安裝的。它的支撐腳落在基礎上，泵軸通過聯(lián)軸節(jié)與電動機連接，維護、檢修都在地面上工作，比較方便。如圖 11均為臥 10 式離心泵。 按泵的用途和輸送液體性質分類： （ 1）清水泵； （ 2）泥漿泵； （ 3）酸泵； （ 4）堿泵； （ 5）油泵； （ 6）砂泵； （ 7）低溫泵； （ 8）高溫泵等； 五、離心泵的 汽 蝕 1 、汽蝕發(fā)生的機理 離心泵運轉時，流體的壓力隨著從泵入口到葉輪入口而下降，在葉片附近，液體壓力最低。此后，由于葉輪對液體做功，壓力很快上升。當葉 輪葉片入口附近壓力小于等于液體輸送溫度下的飽和蒸汽壓力時，液體就汽化。同時，還可能有溶解在液體內的氣體溢出，它們形成許多汽泡。當汽泡隨液體流到葉道內壓力較高處時，外面的液體壓力高于汽泡內的汽化壓力，則汽泡會凝結潰滅形成空穴。瞬間內周圍的液體以極高的速度向空穴沖來，造成液體互相撞擊，使局部的壓力驟然劇增（有的可達數(shù)百個大氣壓）。 這不僅阻礙流體的正常流動，更為嚴重的是，如果這些汽泡在葉輪壁面附近潰滅，則液體就像無數(shù)小彈頭一樣，連續(xù)地打擊金屬表面，其撞擊頻率很高（有的可達 2020~3000Hz），金屬表面會因沖擊 疲勞而剝裂。若汽泡內夾雜某些活性氣體（如氧氣等），他們借助汽泡凝結時放出的能量（局部溫度可達 200~300℃ ），還會形成熱電偶并產生電解，對金屬起電化學腐蝕作用，更加速了金屬剝蝕的破壞速度。上述這種液體汽化、凝結、沖擊，形成高壓、高溫、高頻率的沖擊載荷，造成金屬材料的機械剝裂與電化學腐蝕破壞的綜合現(xiàn)象稱為汽蝕。 汽蝕的后果 （ 1） 汽蝕使過流部件被剝蝕破壞 通常離心泵受汽蝕破壞的部位，先在葉片入口附近，繼而延至葉輪出口。起 11 初是金屬表面出現(xiàn)麻點，繼而表面呈現(xiàn)槽溝狀、蜂窩狀、魚鱗狀的裂痕，嚴重時造成葉片或葉 輪前后蓋板穿孔，甚至葉輪破裂，造成嚴重事故。因而汽蝕嚴重影響到泵的安全運行和使用壽命。 （ 2） 汽蝕使泵的性能下降 汽蝕使葉輪和流體之間的能量轉換遭到嚴重的干擾，使泵的性能下降，嚴重時會使液流中斷無法工作。 （ 3） 汽蝕使泵產生噪音和振動 汽 泡潰滅時，液體互相撞擊并撞擊壁面，會產生各種頻率的噪音。嚴重時可以聽到泵內有 “ 噼啪 ” 的爆炸聲，同時引起機組的振動。而機組的振動又進一步使更多的汽泡產生和潰滅，如此互相激勵，導致強烈的汽蝕共振，致使 設備 不得不停機，否則會遭到破壞。 離心泵產生汽蝕的原因可能有以下幾方面：