【正文】 機泵維修鉗工培訓講義——之離心泵 第一章 離心泵的基本原理和結構 泵是輸送油、水等液體的機械。煉油廠各個裝置都裝有許多臺泵,將油品等液體傳送于各設備之間。這些泵大多數都是離心泵。本章主要介紹離心泵的基本結構、工作原理及日常操作、維修保養(yǎng)。 第一節(jié) 離心泵的分類、結構及主要零部件 : (1) 單吸式泵:如圖11所示，葉輪只有一側有吸入口,液體從葉輪的一面進入葉輪。 (2) 雙吸式泵:如圖12所示，葉輪兩側都有吸入口,液體從兩面進入葉輪。 : (1) 單級泵:只有一個葉輪。 (2) 多級泵:同一泵軸上裝有串聯的兩個以上葉輪。 : (1)蝸殼泵:殼體呈螺旋線形狀,液體自葉輪甩出后,進入螺旋形的蝸室,再送入排出管線,如Y型泵。 (2)雙蝸殼泵:葉輪排出側具有雙蝸室的殼體。 (3)筒式泵:整個泵內殼裝在一外筒體內的雙層殼體離心泵。 ,按泵輸送介質不同可分為清水泵、油泵、耐腐蝕泵等。 二 .離心泵的基本構成 :一臺離心泵主要由泵體、葉輪、密封環(huán)、旋轉軸、軸封箱等部件組成,有些離心泵還裝有導輪、誘導輪、平衡盤等。 :即泵的殼體,包括吸入室和壓液室。 (1).吸入室:它的作用是使液體均勻地流進葉輪。 (2).壓液室:它的作用是收集液體,并把它送入下級葉輪或導向排出管,與此同時降低液體的速度,使動能進一步變成壓力能。壓液室有蝸殼和導輪兩種形式。蝸殼因流道做成螺旋形而得名 ,液體沿螺旋線流動,隨著流道截面的增大而降低速度,使動能變成壓力能。導輪常見于分段多級泵,為了使結構簡單緊湊,在一級葉輪和次級葉輪之間的能量轉換采用導輪,液體沿導輪規(guī)定的流道流至次級葉輪的入口。 :轉子包括泵軸、葉輪及其他附件。 (1)葉輪:它是離心泵內傳遞能量給液體的唯一元件,泵通過它使機械能變成了液體的壓力能,使液體的壓力提高。葉輪用鍵固定于軸上，隨軸由原動機帶動旋轉,通過葉片把原動機的能量傳給液體。 (2)軸:它是傳遞機械能的重要零件,原動機的扭矩通過它傳給葉輪,軸和葉輪及其它定位壓緊件組成轉子。 第二節(jié) 離心泵的工作原理及主要工作參數 :離心泵在啟動之前,泵內應灌滿液體,此過程稱為灌泵。大家是否注意到,抽水泵抽水前就有灌泵這一過程。在煉油廠,離心泵同樣需要灌泵,不過多數都十分簡單,因為泵的入口管線內充滿著帶壓力的液體,只要打開進口閥門就完成了灌泵工作。 : 驅動機(電機)通過泵軸帶動葉輪旋轉,葉輪的葉片驅使液體一起旋轉,因而產生離心力,在此離心力的作用下,液體沿葉片流道被甩向葉輪出口,液體經蝸殼收集送入排出管。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。當一個葉輪不能使液體獲得足夠的能量時,可用多個葉輪串聯或并聯起來對流體作功。 在液體被甩向葉輪出口的同時,葉輪入口中心處形成了低壓,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,葉輪在旋轉過程中,一面不斷地吸入液體,一面又不斷地給吸入的液體以一定的能量,將液體排出,使離心泵連續(xù)地工作。 :即泵在單位時間內排出的液體量,通常用體積單位表示,符號位Q,單位有m3/h,m3/s,l/s等,當用重量流量G表示時,其單位為kgf/h,kgf/s等,G與Q之間的關系為:G=Qγ(γ為輸送溫度下的液體??重度,單位為kgf/m3)。 :輸送單位重量的液體從泵入口處(泵進口法蘭)到泵出口處(泵出口法蘭),其能量的增值,用H表示,。在工程單位制中,揚程的單位常用m(米)來表示,即用被輸送液體的米液柱高度表示。雖然泵揚程單位與高度單位是一樣的,但不應把泵的揚程簡單??地理解成液體能夠排送的高度,因為泵的揚程不僅要用來使液體提高位頭,而且要用來克服液體在輸送中的阻力,以及用來提高液體的靜壓頭和速度頭。所以,液體所能排送的高度總是小于總揚程H的。揚程與壓差的換算關系:ΔP=γH,離心泵的出口路都應有壓力表,揚程通過壓力來顯示。 :泵的轉速是泵每分鐘旋轉的次數,用N來表示。電機轉速N一般在2900轉/分左右。 :離心泵的汽蝕余量是表示泵的性能的主要參數,用符號Δhr表示,單位為米液柱。 :泵的輸入功率為軸功率N,也就是電動機的輸出功率。泵的輸出功率為有效功率Ne。泵的有效功率表示泵在單位時間內輸送出去的液體從泵中獲得的有效能量，,kw等。因為泵的揚程是單位重量液體從泵中獲得的有效能量，所以揚程和重量流量的乘積,就是單位時間內從泵中輸出液體所獲得的有效能量。因而,泵的有效功率為:Ne==γQH。 由于泵在工作時,泵內存在各種損失,所以不可能將驅動機輸入的功率完全轉變成液體的有效功率。軸功率和有效功率之差為泵內損失功率,損失功率的大小用泵的效率來衡量。泵的效率η=Ne/N。 第三節(jié) 離心泵的汽蝕與吸入特性 : 根據離心泵的工作原理可知,液流是在吸入罐壓力Pa??和葉輪入口最低壓力Pk間形成的壓差(PaPk)作用下流入葉輪的,如圖13所示,則葉輪入口處壓力Pk越低,吸入能力就越大。但若Pk降低到某極限值(目前多以液體在輸送溫度下的飽和蒸汽壓力Pt為液體汽化壓力的臨界值)時,就會出現汽蝕現象。汽蝕發(fā)生時,泵就會產生噪音和振動,并伴有流量,揚程和效率的降低,有時甚至不能運轉。所以,離心泵在使用中特別要防止發(fā)生汽蝕。 : 當離心泵葉輪入口處的液體壓力Pk降低到小于或等于Pt時,液體就汽化。同時還可能有溶解在液體內的氣體從液體中逸出,形成大量小氣泡。當這些小汽泡隨液體流到葉輪流道內壓力高于臨界值的區(qū)域時,由于氣泡內是汽化壓力Pt,而外面的液體壓力高于汽化壓力,則小氣泡在四周液體壓力作用下,便會凝結,潰滅。 在葉輪內,當產生的小氣泡重新凝結,饋滅后,好似形成了一個空穴。這時,周圍的液體以極高的速度向這個空穴沖來,液體質點互相撞擊形成局部水力沖擊,使局部壓力可達數百大氣壓。汽泡越大,其凝結潰滅時引起的局部水擊壓強越大。如果這些汽泡是在葉輪金屬表面附近潰滅,則液體質點象無數小彈頭一樣,連續(xù)打擊金屬表面,金屬表面很快會因疲勞而剝蝕。這種液體的汽化、凝結、沖出和對金屬剝蝕的綜合現象就稱為汽蝕。 : (1)產生振動和噪音:汽泡潰滅時,液體質點互相沖擊,就能夠產生各種頻率范圍的噪音。在汽蝕嚴重時,可以聽到泵內有劈啪的爆炸聲,同時,機組會產生振動。 (2)對泵的工作性能有影響:當汽蝕發(fā)展到一定程度時,汽泡大量產生,會堵塞流道,使泵的流量、揚程、效率等均明顯下降。 (3)對流道的材質會有破壞:主要是在葉片入口附近金屬的疲勞剝蝕。 : (1)泵發(fā)生汽蝕的基本條件是:葉片入口處的最低液流壓力Pk≤該溫度下液體的飽和蒸汽壓Pt。如圖13所示,吸入罐液面壓力為Pa,泵入口法蘭斷面處的液體壓力為Ps,若(PaHg1h)s,液體就不斷地流進泵的入口(h為吸入管路的水力損失)。液體從泵入口S處流到葉輪入口OO斷面的過程中,沒有能量加入,所以液體的壓力還會從Ps降低到Po?？墒?經研究發(fā)現,OO斷面還不是葉輪內液體壓力最低點,最低壓力點是在葉片入口稍后的某一點K處。所以,要避免發(fā)生汽蝕,應該使Pkt,即在泵入口處的液流具有的能頭除了要高出液體的汽化壓力Pt外,還應當有一定的富余能頭,這個富余能頭習慣上稱為有效汽蝕余量。液體從泵入口到葉輪內最低壓力點K處所降低的能量,習慣上稱為泵的最小汽蝕余量。 (2)有效汽蝕余量:液體流自吸液罐,經吸入管路到達泵吸入口后,所富余的高出汽化壓力的那部分能頭。用Δha表示。 (3)泵的必須汽蝕余量:液流從泵入口到葉輪內最低壓力點K處的全部能量損失,用Δhr表示。 (4)Δhr與Δha的區(qū)別和聯系: (如吸液罐內壓力、吸入管路的幾何安裝高度、阻力損失、液體性質、溫度等),而與泵本身結構無關。 (如吸入室與葉輪進口的幾何形狀)以及泵的轉速和流量,而與吸入管路系統(tǒng)無關。 ,也是離心泵的一個重要參數。 Δhr,表示液體到葉輪最低壓力點K處時,其壓力還可高于液體的飽和蒸汽壓而不致汽化,所以就不會發(fā)生汽蝕。反之,當ΔhaΔhr時,液體就汽化,泵就發(fā)生汽蝕。這樣,離心泵發(fā)生汽蝕的判別條件可寫成: ΔhaΔhr 泵不汽蝕 Δha=Δhr 泵開始汽蝕 ΔhaΔhr 泵嚴重汽蝕 (5)對于一臺泵,為了保證其安全運行而不發(fā)生汽蝕,對于泵的必須汽蝕余量還應加一個安全裕量,。于是,泵的允許汽蝕余量為:[Δhr]=Δhr＋。 (6泵的允許幾何安裝高度表達式為:[Hg1]=(PaPt)/rh(A～S)[Δhr]。 (7)提高離心泵抗汽蝕性能的方法有: ,降低Δhr,屬機泵設計問題。 : 最主要最常用的方法是采用灌注頭吸入裝置,即吸液罐液面比泵的軸線位置高,公式Δha=(PaPt)/rHg1h(A～S)中的Hg1就為負值,Δha就提高。在煉油廠內,絕大多數泵是罐注頭式的,只要打開進口閥,在灌泵的同時給泵加了一個灌注頭。 第四節(jié) 離心泵的變速和葉輪切割 : 一臺離心泵,當它的轉速改變時,其額定流量、揚程和軸功率都將按一定比例關系發(fā)生改變,使用中靠改變原動機的驅動速度,可以使泵的性能得到調節(jié)，如圖14所示。目前,采用變頻調速電機來實現離心泵的變速,是一條新的重要的節(jié)能途徑。 : Q1/Q2=n1/n2 H1/H2=(n1/n2)2 N1/N2=(n1/n2)3 式中,Q、H、N表示泵的額定流量、揚程和軸功率 下標1,2分別表示不同的轉速 n表示轉速 : 一臺離心泵,在一定的轉速下僅有一條性能曲線,為擴大泵的工作范圍,常采用切割葉輪外徑的方法，如圖15所示,即減少D2,使其工作范圍由一條線變成一個面，如圖16所示。 : Q39。/Q=D239。/D2 H39。/H=(D239。/D2)2 N39。/N=(D239。/D2)3 式中,Q、H、N表示泵的額定流量、揚程和軸功率 角標39。表示葉輪切割后的對應參數 D2表示葉輪的外直徑 : 切割定律表明,減小D2的方法可以在泵轉速不變的情況下使泵的性能曲線下降,但是,葉輪的切割不是無止境的,過量切割,不但會大大影響效率,而且Q、H等的改變量也會同切割定律有較大偏差。所以,葉輪的在大切割量有一個限制,見表11: 表11 葉輪的最大切割量表(D2的單位:mm) 比轉數ns 60 120 200 300 350 (D2D239。)/D2 : 大部分離心泵的型號按漢語拼音字母編制,通常分首、中、尾三部分。首部是數字,表示泵的主要尺寸規(guī)格(一般為泵的吸入口直徑,單位有mm或in)。中部用漢語拼音字母表示泵的型式或特征,(見表12)。尾部一般用數字表示該泵的參數(單級m揚程或比轉數的1/10,對多級泵,單級揚程后乘上一個葉輪級數)。有的泵型號尾部數字后面還帶有A、B或C,分別表示其葉輪經過第一、二、三次切割。表12 離心泵型式與拼音字母對照表 字母 泵的型式 B、BA 單級單吸懸臂式水泵 S、Sh 單級雙吸式水泵 D、DA 多級分段離心水泵 DK 多級中開式水泵 DG、GB 鍋爐給水泵 N,NL 冷凝水泵 Y 單級油泵 DY 單吸多級油泵 YⅡ,YⅢ 熱油泵 F 腐蝕泵 : 離心泵的常見銘牌內容除型號外,還有流量、揚程、軸功率、效率、必須汽蝕余量、轉速、重量、出廠編號、出廠日期等。舉例如下: 離心式油泵型號 65Y1002B 流量22m3/h揚程 150 m 軸功率 kw 轉速 2950 rpm 效率 42 % 重量 280 kg 出廠編號 96091 出廠日期89年11月 第五節(jié) 離心泵的裝置特性及其操作 : 泵在工作時必須和管路一起組成一個系統(tǒng)。在這個輸送系統(tǒng)中,要遵守質量守恒和能量守恒這兩個基本定律,即機器所排出的流量等于管路中的流量,單位重量流體所獲得的能量等于流體沿管路輸送所需要的能量,只有這樣,泵才能穩(wěn)定地工作。 : 當離心泵沿一條管路輸送一定流量的一液體時,就要求泵提供一定的能量,用于提高流體的位置H,克服管路兩端的壓力差Δp和流體沿管路流動時的各種損失h。提高單位重量流體的位置和Hpot,而吸入管路與排出管路中流體的沿程阻力損失和局部阻力損失之和h,與管路中流體流量的平方成正比,寫作h=kQ2,k為管路特性系數。h= kQ2 表示管路中的流量與克服液體流經管路時的流動損失所需要的能量之間的關系。用曲線表示這一關系,稱為管路特性h～Q,它是一條拋物線,如圖17所示: ： 當離心泵在管路中工作時,泵是串聯在管路中的,泵所提供的能量與管路裝置上所需要的能量值應相等,泵所排出的流量與管路內輸送的流量應相等,這時泵裝置處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。將泵的揚程性能曲線與管路特性畫在同一張圖上,叫做裝置特性,這兩條性能曲線的交點M即為泵的工作點。如圖18所示: ： M點是泵的穩(wěn)定工作點，離心泵之所以能在M點穩(wěn)定工作,是因為工作點M處泵的揚程與管路裝置需要的能量相等。假設泵在比M點流量大的M39。點工作,則這時泵提供的揚程H39。小于管路裝置所需要能量h39。,說明把工作點M39。處對應的液體流量,從吸液罐輸送到排液罐所需的能量大于液體從泵中獲得的能量,必然導致因流體能量不足而減速,使流量減小,工作點M39。沿泵揚程性能曲線向M點移動。反之,如果泵在流量小于M點的M點工作,則管路裝置所需能量h小于泵的揚程H,液體從泵中獲得的能量除用于將液體從吸液罐輸送到排液罐所需的能量外,還有部分剩余。因此,使管路內流體加速流動,流量增大,M又向M點移動。由此可見,M點是流量平衡和能量平衡的唯一穩(wěn)定工作點,且此點必然是泵的揚程性能曲線與管路特性的交點。 : 在排出管路上安裝調節(jié)閥:開大或關小調節(jié)閥時,改變了管路中的阻力,即改變了管路特性系數k,使管路特性的斜率變動。如圖19所示: 開大調節(jié)閥時,管路阻力減小,管路特性變得平坦,反之變陡。在泵揚程性能曲線不變的情況下,工作點便發(fā)生了變化,從而達到調節(jié)流量的目的。但關小調節(jié)閥,部分能量消耗在阻力上,會使泵的效率降低。 旁路調節(jié)就是在泵出口處設置旁路,使部分流量回到泵入口或放空,可以達到調節(jié)流量的目的。但這種調節(jié)也不很經濟,離心泵中采用不多。 : 根據是:比例定律。如圖110所示： 優(yōu)點:比較經濟,無附加能量損失。 缺點:要能變速的驅動機,所以目前在煉廠還少見。 : 根據是:切割定律。如圖111所示： 優(yōu)點:方法簡便易行,比較經濟,無附加能量損失。 缺點:葉輪切割后不能恢復原有特性,且只能作有限切割。 適用于較長期的減小流量調節(jié)。 ： 兩泵串聯后的總揚程等于兩泵在同一流量時的揚程之和。實際使用中多用多級泵代替串聯泵使用。 ：