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1、2023-4-16离心泵基础知识12023-4-16加氢设备2 泵通常是指为液体提供能量的流体输送设备。泵通常是指为液体提供能量的流体输送设备。泵的种类很多，其中离心泵具有性能范围广泛、流量均匀、结构简单、运转可靠和维修方便等诸多优点，因此离心泵是工业生产中应用最为广泛一种的液体输送设备。除了在高压小流量或计量时常用往复式泵，液体含气时常用旋涡泵和容积式泵，高粘度介质常用转子泵外，其余场合，绝大多数使用离心泵。据统计，在石油、化工生产装置中，离心泵的使用量占泵总量的70802023-4-16加氢设备33一、按离心泵的结构分类一、按离心泵的结构分类（一）按叶轮进液方式：单吸式单吸式（液体从一侧进
2、入叶轮）和双吸式双吸式（液体从叶轮两侧吸入，吸入性能较好，多见于大流量的离心泵）。（二）按叶轮数目：单级泵单级泵（只有一个叶轮）和多级泵多级泵（有两个以上的叶轮，级数越多，扬程越高）。2023-4-16加氢设备4（三）按泵轴方位：卧式泵卧式泵和立式泵。立式泵。（四）按壳体型式：分段式泵分段式泵（壳体按与轴垂直的平面剖分，节段与节段之间用长螺栓连接）、中开式泵中开式泵（壳体在通过轴心线的平面上剖分）和蜗壳泵蜗壳泵（装有螺旋形压水室的离心泵，如常用的端吸式悬臂离心泵）。2023-4-16离心泵52023-4-16离心泵6二、按离心泵的出口压力分类二、按离心泵的出口压力分类低压泵（P2MPa）、中压
3、泵（2P6MPa）和高压泵（6MPa）。三、按离心泵的工作介质分类三、按离心泵的工作介质分类（一）水泵：清水泵、锅炉给水泵、热水循环泵、凝结水泵；（二）油泵：通用油泵、冷油泵、热油泵、液态烃泵、油浆泵；2023-4-16离心泵7（1）开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。 （2）开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高。（3）在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢，使大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压强从排出口流入排出管道。 （4）泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，液体便经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。离心泵之所以能输
4、送液体，主要是依靠高速旋转叶轮所产生的离心力，因此称为离心泵。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。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。2023-4-16离心泵8离心泵的主要部件有：泵壳、叶轮、密封环、轴和轴承、轴封等，如图3-5所示。有些离心泵还装有导轮、诱导轮和平衡盘等等。2023-4-16离心泵9图图3-5 离心泵结构剖面图离心泵结构剖面图1泵壳；2密封环；3叶轮；4叶轮螺母；5泵盖；6密封部件；7中间支撑；8轴；
5、9轴承2023-4-16离心泵102023-4-16离心泵11（一）泵壳泵壳有轴向剖分式和径向剖分式两种。大多数单级泵的壳体都是蜗壳式的，多级泵径向剖分壳体一般为环形壳体或圆形壳体。一般蜗壳式泵壳内腔呈螺旋型液道，其功用是把从叶轮内流出来的液体收集起来，并引向扩散管至泵出口。泵壳承受全部的工作压力和液体的热负荷。（二）叶轮叶轮是离心泵的重要部件，液体就是从叶轮中得到能量的。按照有无前后盖板,其结构可分为闭式、半开式及开式叶轮三种。1、闭式叶轮闭式叶轮一般由前后盖板、叶片和轮毂组成，由于其效率高，得到广泛应用，适用于输送不含颗粒杂质的清洁液体。2、半开式叶轮半开式叶轮没有前盖板，只有后盖板、叶片
6、和轮毂，常用于输送易于沉淀或含有固体颗粒的液体。3、开式叶轮开式叶轮没有前后盖板，只有叶片和轮毂，各叶片用筋条连接并加强，或在叶片根部采用逐渐加厚的办法加强。由于这种叶轮效率低，只用来输送含有杂质的污水或含有纤维的液体。2023-4-16离心泵124、按吸液方式的不同，叶轮还可分为单吸和双吸两种。单吸式叶轮单吸式叶轮液体只能从一侧吸入，其结构简单，叶轮悬臂支撑在轴上，适用于流量较小的场合。但这种叶轮两边受的力不等，每个叶轮要受到不平衡的轴向推力。双吸式叶轮双吸式叶轮的液体双向进入叶轮，液体在叶轮进口处的流速较低，有利于改善泵的汽蚀性能。此外，叶轮两边对称，无轴向推力。但这种叶轮结构较复杂，液流
7、在叶轮中汇合时有冲击现象，对泵的效率有所影响。2023-4-16离心泵13（三）密封环密封环的作用是防止泵的内泄漏和外泄漏，由耐磨材料制成的密封环，镶于叶轮前后盖和泵壳上，磨损后可以更换。（四）轴和轴承泵轴一端固定叶轮，一端装联轴器。根据泵的大小，轴承可选用滚动轴承和滑动轴承。（五）轴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。2023-4-16离心泵14（六）轴向力平衡装置1、单级泵轴向力的平衡（1）采用双吸式叶轮采用双吸式叶轮：采用双吸式叶轮不但可以平衡轴向力而且有利于提高泵的吸入能力，多用于大流量的泵。（2）开平衡孔开平衡孔：开平衡孔
8、的办法可使叶轮两侧的压力基本上得到平衡，但由于液流通过平衡孔有一定的阻力，所以仍有少部分的轴向力不能完全平衡，并且会使泵的效率降低，其优点是结构简单，多用于小泵上。2023-4-16离心泵15（3）采用平衡叶片采用平衡叶片：采用平衡叶片的方法是在叶轮后盖板的背面设有若干径向叶片。当叶轮旋转时，它可以推动液体旋转，使叶轮背面靠叶轮中心部分的液体压力下降，其下降程度与叶片的尺寸及叶片与泵壳的间隙大小有关。其优点是：减小轴向力，减少轴封的负荷；防止悬浮的固体颗粒进入轴封。但对于易于与空气混合而燃烧爆炸的液体，不宜采用此法。（4）采用平衡管采用平衡管：接平衡管的方法是将叶轮背面和入口用压力平衡管连通来
9、平衡轴向力。这种方法比开平衡孔方法优越，因它不干扰泵入口液流的流线，效率相对较高。2、多级泵轴向力的平衡：多级泵平衡轴向力主要有用叶轮对称布置或采用专门的平衡轴向力装置。如平衡鼓（或称为卸荷盘）和自动平衡盘。2023-4-16离心泵16一、离心泵的主要性能参数一、离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数有转速、流量、扬程、功率和效率等。（一）转速离心泵叶轮（或轴）的转速，用符号n表示，其单位是转/分，以r/min表示。转速改变，泵的扬程、流量、功率、效率等转速改变，泵的扬程、流量、功率、效率等都会发生变化。都会发生变化。（二）流量泵的流量Q是指单位时间内由泵的排液口排出的液量。有泵的流量（即有
10、效流量）和理论流量之分，大多采用体积流量Q，单位为m3/s、 m3 /min、m3/h或L/s。2023-4-16离心泵17 （三）扬程泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以H表示，单位为m。又称为泵的扬程。离心泵的压头与泵的结构(如叶片的弯曲情况、叶轮直径等)、转速及流量有关。2023-4-16离心泵18（四）功率泵的功率分为有效功率和轴功率。（1）有效功率是单位时间内泵排出口流出的液体从泵中取得的能量式中 （2）轴功率N是指单位时间内由原动机传递到泵主轴上的功。（四）效率泵效率（总效率）是衡量泵工作是否经济的指标，定义为：= Neff/N，即有效功率与轴功率的比值。2023-4-16离心泵
11、19离心泵在输送液体过程中，当外界能量通过叶轮传给液体时，不可避免地会有能量损失，即由原动机提供给泵轴的能量不能全部为液体所获得，致使泵的有效压头和流量都比理论值低，通常用效率来反映能量损失。离心泵的能量损失主要有：容积损失、机械损失、容积损失、机械损失、水力损失水力损失2023-4-16离心泵20一、离心泵的汽蚀一、离心泵的汽蚀（一）汽蚀机理液体在泵叶轮中流动时，由于叶片的形状和液流在其中突然改变方向等流动特点，决定了液道中液流的压力分布。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
12、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、高压水击现象，这就是产生汽蚀的机理。2023-4-16离心泵21蒸汽压指的是在液体（或者固体）的表面存在着该物质的蒸汽，这些蒸汽对液体表面产生的压强就是该液体的蒸汽压。 比如，水的表面就有水蒸汽压，当水的蒸汽压达到水面上的气体总压的时候，水就沸腾。我们通常看到水烧开，就是在100摄氏度时水的蒸汽压等于一个大气压。蒸汽压随温度变化而变化，温度越高，蒸汽压越大，当然还和液体种类有关。一定的温度下，与同种物质的液态(或固态)处于平衡状态的蒸汽所产生的压强叫饱和蒸汽压.温度 水的饱和蒸气压(Pa)-
13、10 2600 61010 122830 424350 1.233E475 3.854E4100 1.013E52023-4-16离心泵22有效汽蚀余量：有效汽蚀余量：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，高出汽化压力pV所富余的那部分能量头，用NPSHa表示。必需汽蚀余量：必需汽蚀余量：泵必需的汽蚀余量是表示泵入口到叶轮内最低压力点K处的静压能量头降低值，用NPSHr表示。因此，因此，NPSHNPSHa aNPSHNPSHr r 泵不发生气蚀；泵不发生气蚀；NPSHNPSHa a=NPSH=NPSHr r 泵开泵开始发生气蚀；始发生气蚀；NPSHNPSHa aNPSH
14、NPSHr r 泵严重气蚀。泵严重气蚀。2023-4-16离心泵23（二）汽蚀危害水击是汽蚀现象的特征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。泵的零件在这样大的周期性作用力的作用下，将引起泵的振动。所以汽蚀对泵的危害很大，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。（3）泵的过流部件表面受到
15、机械性质的破坏以外，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（但前者的破坏是主要的）。严重时，叶轮的表面（尤其在叶片入口附近）呈蜂窝状或海绵状。2023-4-16离心泵242023-4-16离心泵25（三）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吸入装置的特性，泵本身的结构泵本身的结构以及所输送的液体性质所输送的液体性质三方面加以考虑。2023-4-16离心泵26（四）防止汽蚀的措施（1）结构措施：结构措
16、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。 （2）泵的安装高度：泵的安装高度：泵的安装高度越高，泵的入口压力越低，降低泵的安装高度可以提高泵的入口压力。因此，合理的确定泵的安装高度可以避免泵产生汽蚀。2023-4-16离心泵273）吸液管路的阻力：吸液管路的阻力：在吸液管路中设置的弯头、阀门等管件越多，管路阻力越大，泵的入口压力越低。因此，尽员减少一些不必要的管件或尽可能的增大吸液管直径，减少管路阻力，可以防止泵产生汽蚀。（4）泵的几何尺寸：泵的几何尺寸：由于液体在泵入口处具有的动能和静压能可以相互转换，其值保持不变。入口液体流速高时，压力低，流速低时，压力高，因此，增大泵入口的通流而积，降低叶轮的入口速度可以防止泵产生汽蚀。2023-4-16离心泵28（5）液体的密度：液体的密度：输送密度越大的液体时泵的吸上高度就越小，当用已安装好的输送密度较小液体的泵改送密度较大的液体时。泵就可能产生汽蚀，但用输送密度较大液体的泵改送密度
