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1、转动设备培训(离心泵) -凌国裕 第一章:泵的基础知识 1-1 泵的分类 1-1-1 按工作原理分类: 第一章:泵的基础知识 1-1泵的分类: 1-1-2 按API分类: 第一章:泵的基础知识 第一章:泵的基础知识 1-1泵的分类 1-1-2 按API分类: OH1泵采用脚支撑,所以使用 温度不高且只适用于低压情况 OH2泵型采用中心线支撑,所 以相较于OH1泵型适合更高的 温度和压力场合使用 第一章:泵的基础知识 第一章:泵的基础知识 BB1泵型采用脚支撑,相较于 OH型泵兴这类泵有着低扬程高 流量的特点 BB2型泵是中心线支撑,使用在高 压高温场合 第一章:泵的基础知识 第一章:泵的基础知
2、识 类泵广泛的使用在精炼厂、油线 加压、高压注水以及作为透平机 使用 这类泵为中心线支撑,用于高扬 程工况;被广泛的用在一般工业 和锅炉给水上 第一章:泵的基础知识 它们用在高压场合或者是泵 送易燃、高温或其他危险介 质的场合 第一章:泵的基础知识 第一章:泵的基础知识 1-1 泵的分类 1-1-3 按制造标准分类: 类技术标准的泵石油天然气泵 执行标准:ISO/DIS 9905-1994,GB/T16907-1997,API610-2003 类技术标准的泵化工泵 执行标准:ISO/DIS 5199-1986,GB/T5656-94 类技术标准的泵清水泵 执行标准:ISO/DIS 9908-1
3、993,GB/T 5657-95 ISO国际标准化组织 DIS国际标准草案 API美国石油学会 第一章:泵的基础知识 1-1 泵的分类 1-1-3 按制造标准分类: 类类 泵泵 是是 最最 严严 的的 第一章:泵的基础知识 介质:易燃、易爆、易挥发、易汽化等贵重介质 温度:t350400C 容易爆炸 相对密度:0.451 粘度:650mm2/s 材料:多种(API分14种材料) 结构:复杂、形式多,满足各种介质、温度、工况要求 1-1 泵的分类 1-1-3 按制造标准分类: 第一章:泵的基础知识 1-2-1 泵的定义:泵是把原动机的机械能转换为所抽送流体的 能量的机器。 1-2-2 离心泵的工
4、作原理:充满在泵中的液体随叶轮回转, 产生离心力向四周甩出,在叶轮中心形成低压,液体便在液面压力 作用下被吸进叶轮。 从叶轮流出的液体,压力和速度增大。蜗壳- 汇聚并导流。扩压管增大,流速降低,大部分动能变为压力能,然 后排出。叶轮不停回转,吸排就连续地进行。 液体通过泵时所增加的能量,是原动机通过叶轮对液体作功的结 果。 第一章:泵的基础知识 1-2离心泵的工作原理: 在雨天经常可以看到如下现象:旋转雨伞,水滴会沿着伞 边切线方向飞出,旋转的雨伞给水滴一个离心力,离心力将水滴甩 走,这是一个离心力能给液体增加能量的例子。 第一章:泵的基础知识 1-2离心泵的工作原理: 1-3离心泵的主要零部
5、件: 第一章:泵的基础知识 1-3离心泵的主要零部件: 第一章:泵的基础知识 1-3离心泵的主要零部件: 1-3-1 泵壳: 按剖分面分有轴向剖分和径向剖分两种; 按形状分有蜗壳式(螺旋形)、环形或圆形壳体; 一般泵壳收集从叶轮甩出的液体,并引向扩散管至泵出口,液 体离开叶轮时速度很高,而排出管中的流速却不允许太大,否则管路 阻力损失过大。压出室的主要任务就是要以最小的水力损失汇聚从叶 轮中流出的高速液体,将其引向泵的出口或下一级,并使液体的流速 降低,将大部分动能转换为压力能。 第一章:泵的基础知识 1-3离心泵的主要零部件: 1-3-2 叶轮 叶轮是唯一的做功部件,泵通过叶轮对液体做功,流
6、体的机械 能增加; 叶轮型式有闭式、半开式、开式三种,闭式叶轮效率较高,开 式叶轮效率较低;叶轮又可分为单侧吸人式和双侧吸人式,当流量小 于300m3/h, 多采用结构较简单的单吸式叶轮。 第一章:泵的基础知识 1-3离心泵的主要零部件: 1-3-3 密封环: 密封环的作用是形成一个可接受的间隙,控制泵的内泄漏; 这种内部泄漏会降低泵的v ,使泵的Q和H减小。 由耐磨材料组成,镶于叶轮或壳体上,根据密封环的型式, 有平环和曲径环两类; 若密封环的径向间隙过小,则容易产生摩擦,甚至咬死。若 间隙过大,漏泄又会显著增加。实验表明,当密封环间隙由 0.30mm增至0.50mm时,效率约下降44.5;
7、磨损后可以更 换。 第一章:泵的基础知识 1-3离心泵的主要零部件: 1-3-4 轴和轴承: 泵轴需要固定叶轮,安装联轴器; 泵的工作转速低于第一临界转速的轴,称为刚性轴。高于第一 临界转速的轴称为柔性轴。如果把单级泵的轴设计成柔性轴时,每次 开车和停车,轴都要通过第一临界转速而发生振动,这些振动会使叶 轮密封环和填料函、机械密封等加速磨损、泄漏。一般刚性轴的工作 转速必须满足n(0.75-0.8)nc,其中nc为临界转速。 根据泵的大小、轴功率、轴向力和径向力等,确定轴承配置; 轴承形式:1、减磨轴承:ndm系数(轴承尺寸模数)500000 (润滑油)或350000(润滑脂)(mm/min)
8、 2、液体动压轴承:能量强度np4000000(kw/min) 3、操作温度:PT 150,可考虑轴承室冷却。慎 用水冷。PT260,轴承润滑油需冷却,建议采用可倾瓦轴承。 第一章:泵的基础知识 1-3离心泵的主要零部件: 1-3-5 轴封: 将泵内环境与外界环境隔离,防止泵内介质泄漏,防止泵外 介质进入泵内; 一般有机械密封和填料密封两种,这两种密封都是泄漏密封 ;还有干气密封,也叫无泄漏密封; 第一章:泵的基础知识 1-3 离心泵的主要零部件: 1-3-6离心泵常用材料: 第一章:泵的基础知识 介质、泵体(包括 导叶叶轮轴套叶轮螺母密封环平衡盘平衡套平衡环导叶套轴 穿杆 工艺条件泵盖、多级
9、泵泵体 前后段螺栓 常温清水, HT20-40HT20-40HT20-40HT20-40 35#、45、 HT25-47HT25-47HT25-47HT25-47HT25-47 35#35# t Ne Na=Ne/ 第一章:泵的基础知识 *驱动机的功率以以下三种运转工况所需功率的最大值来确定 并包括各种机械损失功率(如轴承损失、机械密封损失、外部齿轮 箱损失、联轴器损失等)。 1、泵参与水运所需功率或介质密度最大者; 2、规定的最大操作工况(最大密度介质、最大流量、最高 转速、最多叶轮)所需功率; 3、如果两台并联泵组,单台泵轴功率应考虑采用功率端点 值。当驱动机由电动机和液力回收透平共同承担
10、时,所配电机应能 在规定条件下单独启动整个泵组,并能单独驱动泵在规定操作条件 下运行。 第一章:泵的基础知识 1-4 离心泵的主要性能参数: 1-4-5 转速(n): 泵轴在单位内的转数,单位为r/min或rpm 水泵是按一定的转速设计制造和运行使用的,当转速改变 时,其它工作参数都随之而发生变化 转速是决定水泵性能的一个重要技术指标 水泵铭牌上所标的转速是指水泵在最高效率时的转速,称 之为额定转速 相应标出的流量、扬程、功率等参数,都是指水泵在额定 转速下运行的性能 第一章:泵的基础知识 1-4 离心泵的主要性能参数: 1-4-6 必须汽蚀余量NPSHr:为使泵不发生汽蚀,叶轮进口处 ,单位
11、重量液体所必须具备的,超过汽化压力的富余能量 装置汽蚀余量NPSHa:水泵装置能够提供给泵的超过汽 化压力的富余能量 不发生汽蚀的条件NPSHa NPSHr 减小几何吸上高度hg(泵的安装高度) 减小吸入管路的水力损失(增大管径、缩短管长、减少弯头 、附件等) 减少在大流量区运行 降速 采用双吸叶轮等 泵的安装高度hg= Pb-NPSH-Hf-Hv-Hs Pb对于不同海拔高度有不同的数值 Hv对于不同的介质及温度取值不同 第一章:泵的基础知识 1-4 离心泵的主要性能参数: 1-4-7 扬程公式: :绝对液流的液流角(绝对速度与圆周之间的夹角) :相对液流的液流角(相对速度与圆周之间的夹角)
12、V:绝对速度(相对速度与圆周速度的矢量和) U:圆周速度(相切于圆周方向,Cu周向分速度,Cm径向 分速度, U=nD/60) W:相对速度(相切于叶片出口方向) Vm:轴面速度(绝对速度或相对速度的轴面投影是轴面 速度) 第一章:泵的基础知识 泵内介质流速不宜超过以下限制: 第一章:泵的基础知识 介质名称 入口管嘴m/s 出口管嘴m/s 烃类及常温水 714 热水 510 腐蚀、磨蚀性流体 48 泵叶轮顶尖流速不宜超过以下限制: 叶轮材料叶轮顶尖线速度m/s 铸铁s-1,I-135 铜I-245 可锻铸铁50 304,316奥氏体不锈钢 A-7,A8,S-8 65 碳钢70 12%Cr不锈钢
13、C-6,S-80 1-4 离心泵的主要性能参数: 1-4-7 扬程公式: 理论扬程:Ht=(U2*Vu2-U1*Vu1)/g 如果叶轮入口处液体绝对速度的圆周分量为零,则 扬 程理论公式变为 Ht=(U2*Vu2)/g 要提高H,必须增大D2或提高n,D2关系到泵的外廓和重量,n受 限于泵的汽蚀性能,离心泵n一般不超过800010000rmin,单 级泵的H通常不超过150m。 当用径向叶片,即2=90时, 即H与Q无关 当用后弯叶片,即2 0,Q增大则Ht减小 当用前弯叶片,即2 90时,Q增大则Ht增加,表面上,以用 前弯叶片为宜,实际中,考虑到各种损失,多用后弯叶片 第一章:泵的基础知识
14、 1-4 离心泵的主要性能参数: 1-4-7 扬程公式: 实际应用扬程计算公式: H=(P2-P1)/+V22-V21/2g+hf P2:出口表压 P1:入口表压 :介质密度 V2:出口速度 V1:入口速度 hf:泵内部损失 实际工作中,利用进出口管路的口径使泵的入口速度 大约在2m/s,出口速度在3m/s,这样泵的进出口动能增量很小,一般可 以忽略,泵内损失也很小,也可以忽略。所以,一般情况下泵的扬程 公式为 H=(P2-P1)/ 式中:H泵扬程(m) P压差,压差等于泵出口压力表 输送介质的密度(Kg/m3) 第一章:泵的基础知识 1-4 离心泵的主要性能参数: 1-4-8 hf:泵能量损
15、失:水力损失、容积损失、机械损失 泵的总效率为: 1.4.8.1 水力损失h和水力效率 包括沿程损失、边界层分离、冲击损失、二次流损失 、其他流动损失等 经验公式: 其中Q的单位为m3/s,n为r/min。 第一章:泵的基础知识 1-4 离心泵的主要性能参数: 1-4-8 hf:泵能量损失:水力损失、容积损失、机械损失 泵的总效率为: 1.4.8.2 容积损失q和容积效率 因泄漏导致的附加功率消耗,泄漏量用q表示 经验公式: 其中Q的单位为m3/s,n为r/min。 第一章:泵的基础知识 1-4 离心泵的主要性能参数: 1-4-8 hf:泵能量损失:水力损失、容积损失、机械损失 泵的总效率为:
16、 1.4.8.3 机械损失和机械效率 密封摩擦损失 轴承摩擦损失(约占轴功率的15) 圆盘摩擦损失(占轴功率的210) 注*圆盘摩擦损失与直径5次方成正比,与转速3次方成正 比,所以提高n和相应减小叶轮外径(H不变时)可减小圆盘摩擦损失; 而填料摩擦损失与转速1此方成正比,轴承损失与转速2次方成正比。 经验公式(只记圆盘损失) 内机械效率 第一章:泵的基础知识 1-4 离心泵的主要性能参数: 1-4-9 泵的性能曲线: 流量扬程曲线(QH); 流量功率曲线(QN); 流量效率曲线(Q-)。 其关系是:流量增加,扬程降低 (因为密封环内部漏泄和轴封外 部漏泄,多级泵还存在级间漏泄, 当泵设有平衡孔(管)或平衡盘时, 有附加的容积损失。总漏泄量一