泵与压缩机-离心泵10-12.

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1、泵与压缩机 主讲: 冯 进 长江大学机械工程学院 1.10 离心泵的系列及选用 一、离心泵的系列化 为便于成批生产制造各种离心泵，又能满 足使用单位工艺参数的需要，且泵在高效区工 作，这是离心泵系列化要解决的主要问题。 离心泵的系列化，就是制定一整套泵性能 曲线型谱，即把同类型的离心泵的切割高效工 作区四边形绘在一个坐标图上，使泵高效区四 边形充分复盖各部门所提出的工作点。 离心泵的型号按汉语拼音字母编制，通常 分成首、中、尾三部分。 首部是数字表示泵的主要尺寸规格(一般为 泵的吸入口直径）。中部则用汉语拼音字母表 示泵的型式或特征。尾部一般用数字来表示该 泵的参数，这些数字过去大多数是表示该

2、泵比 转数的数值(ns除以10的整数值)，而目前这些 数字表示泵的单级扬程。 有的泵型号尾部数字后面还带字母A、B或 C，这表示在泵中装有切割过的叶轮。对于多级 泵，尾部数字由两部分组成，其中乘号前的数 字表示泵的单级扬程(m)，乘号后的数字表示泵 的级数。 二、离心泵的选用 1.注意事项 (1)必须满足生产工艺提出的流量、扬程及 输送介质性质的要求。 (2)离心泵应有良好的吸入性能，为保证正 常运转，常采用灌注或正压吸入措施。此外， 轴封严密可靠，防止易燃、易暴的油品泄漏， 润滑冷却良好，零部件有足够的强度，操作和 维修方便。 (3)泵的工作范围广，即工况变化时仍能在高 效区工作。 (4)泵

3、的尺寸小，重量轻，结构合理，成本低 。 (5)其它特殊要求，加防暴、抗腐蚀等。 油库用泵的流量一般在100500 m3/h，扬程 小于100 200m 。集输用泵的流量为10 1250m3/h ，扬程为25 500m的范围内。长输管 线用泵的特点是流量大(450 6000 m3/h)，扬 程高(400 770m)。 2选泵方法和步骤 (1)列出基础数据 根据工艺条件，详细列出基础数据，包括 介质的物理性质(密度、粘度、饱和蒸气压、 腐蚀性等)、操作条件(操作温度、泵进出口两 侧罐内压力或管内压力、处理量等)以及泵所 在位置情况，如环境温度、海拔高度、装置情 况、进排出侧设备(或管线）内液面至泵

4、中心 线距离和管线当量长度等。 (2)估算泵的流量和扬程 当工艺设计中给出最小流量、正常流量和 最大流量时，可直接采用最大流量选泵。若只 给出输送的正常流量QP，则应采用适当的安全 系数估算泵的流量，一般取: Q=(1.011.1) QP 当工艺设计中给出所需最大扬程时，可直 接采用。若需要估算扬程时，应先画出泵装置 的立面流程图，标明离心泵在流程中的位置、 标高、距离、管线长度及管阀件数量等。考虑 泵在最困难条件下，例如处理量增大、管线安 装误差和工作过程中阻力损失变化等影响，计 算流动损失，确定所需扬程HP。根据需要，再 留出些余量，最后估算出选泵扬程，一般取: H(1.10 1.15)

5、HP 。 (3)选择泵的类型及型号 根据被输送介质的性质而确定应选用泵的 类型，例如，当输送介质腐蚀性较强时，则应 从耐腐蚀的系列产品中选取，当输送石油产品 时，则应选各种油泵。 在选择型式时，可先由流量、扬程及转速 计算出比转数，以决定泵的类型。 在正常操作时，一般只选用一台泵，但在 需要流量增大、扬程提高的某些特殊情况下， 也可采用多台泵并联或串联工作。尽量不要使 泵的工作台数过多，以免管路复杂，操作维修 不便，成本费用偏高。然而除间歇操作的泵外 ，为保证可靠的连续性生产和工作条件变化的 灵活性，应适当地考虑有备用泵。在选用多台 离心泵联合工作时，应尽可能采用型号相同的 泵，以便于操作和维

6、修。 当选定泵的型式后，可根据流量Q和扬程H 值，从离心泵性能规格表(见附录)中选定泵的 型号。更常用的方法是将流量Q和扬程H值标绘 到该型式泵的系列性能曲线型谱图上，看其交 点P处在那个切割高效区四边形中，即可读出 该四边形中所注明的离心泵型号。如果交点P 并不恰好在四边形上下底边上，则选用该泵后 ，可以应用改变叶轮直径或工作转速的方法， 改变泵的性能曲线，使其通过P点。 (4)核算泵的性能 为了保证泵正常运转，防止发生汽蚀，要 根据流程图的布置，计算出最困难条件下泵入 口的实际吸上真空度HS或泵内汽蚀余量 ， 与该泵的允许值比较。或根据泵的允许吸上真 空度HS 或泵的允许汽蚀余量 ，计算出

7、 泵允许的几何安装高度Hg ，与工艺流程图 中泵拟确定的安装高度相比较。 若输送油品，粘度影响不可忽略的，应先 进行性能换算后再校核。当不能满足时，就必 须另选其它泵，或变更泵的位置，或采取其它 措施。 若采用一泵多管线工作时，必须较精确地 算出各种不同使用条件下所需的扬程，校核所 选泵在该条件下所产生的扬程是否满足。 (5)计算系的轴功率和驱动机功率 根据所输送介质及工作点参数(Q、H、) ，可求出泵的轴功率，即： 选用驱动机的功率时应考虑10一15储备 功率，则驱动机的功率为： 1.11 离心泵的主要零部件 一、叶轮 叶轮是离心泵中传递能量的主要部件,对 叶轮的主要要求是：单级时轮能给予液

8、体较大 的理论扬程，以便在达到高扬程时，采用较少 的级数，使机器结构紧凑，叶轮的效率较高， 抗汽蚀性能好，性能曲线形状满足工艺生产要 求等。 1.叶片数 离心泵的叶轮大多数为后弯叶片型叶轮， 只有小流量、高扬程的高速部分流泵和旋涡泵 等采用径向叶片型叶轮。对常用的后弯叶片型 叶轮的时片数一般在6一12片之间。对ns=60 250的泵，常为6叶片；低比转数泵可取9叶片 ；高比转数泵可为45叶片。 2.叶片形状 离心泵叶轮的叶片形状有二类，即圆柱面状 叶片和扭曲时片。石油储运用离心泵中，ns 90，一般都采用圆柱面状叶片。它垂直于叶轮 的前后盖板，制造较容易。对ns 90的泵，常 采用扭曲叶片。

9、2.叶片安装角 后弯叶片型叶轮叶片的出口叶片角 和进 口叶片角 对泵的性能有重要的影响。叶片 出口叶片角 一般是在16400之间，石油储 运用泵为20300。 叶片进口角 通常是按设计流量下液流进 叶道时绝对速度c1的方向角1来定的。为了提高 泵的抗汽蚀性能，一般采用正冲角 。 正冲角能增大叶片进口角，减小叶片的弯曲，从而 增加叶片进口过流面积。在非设计流量下，液体 在叶片非工作面形成旋涡，旋祸是稳定的，对汽 蚀影响较小。叶片进口角大约在18250范围内 。 3. 叶轮的结构型式 叶轮的结构分为闭式、半开式和开式三种 ，如图所示。 闭式叶轮具有盖板和轮盘，流道是封闭的 ，这种叶轮水力效率较高，

10、适用于高扬程，输 送洁净的液体。半开式叶轮只有轮盘，流道是 半开启的，适用于输送含固体颗粒和杂质的液 体。开式叶轮既无盖板，又无轮盘，流道完全 敞开，常用来输送浆状或物状液体。 二、蜗壳、导叶及吸入室 蜗壳和导叶是离心泵的转能装置，它们的 作用是把从叶轮甩出来的液体收集起来，使液 体流速降低，把部分速度能头转变为压力能头 后，再均匀地引入下一级或经过扩散管排出。 1蜗壳 蜗壳的形状通常是按照泵在设计流量下液 体在叶轮中作稳定的相对运动，离开叶轮后不 受外力作用，按其惯性作自由流动的轨迹而作 成。当自叶轮流出的液体不受外力(摩擦力等) 作用时，则液流对旋转轴中心的动量矩保持不 变，故有： 根据连

11、续性原理，蜗壳上任意点的半径R处的 径向分速度 （不计阻塞系数影响）为： 若蜗壳宽度 不变，则在定常流动时有： 由此可见，液流在平行板式蜗壳内作自由流动 ，其流动轨迹的方向角不变，为一条对数螺旋 线。 为了减小径向尺寸，用不断扩大的扩张形 轴面宽度，如图所示。这样，液流方向角不 再是常数，而是随半径R增大、 增大而减小 。但蜗壳截面的扩张角不应大于600，以免因 蜗壳通流截面扩大太快使液流发生严重的边界 层分离。蜗壳尺寸缩小后，液体在螺旋线部分 只有小部分动能转变为静压能。 为了尽可能将动能转变为静压能，需在螺 旋线末端加一扩压管，其扩张角为8120，长 度为扩压管进口截面直径的2.53倍。在

12、扩压 管内可使80一85的动能转变为静压能。 蜗壳的截面有圆形、矩形和倒梯形几种， 其中圆形截面用于高比转数泵，倒梯形截面用 于中比转数泵，矩形截面用于低比转数泵。 蜗壳截面面积大小对泵的性能影响很大， 对同一个叶轮，如果截面面积过小，则H一Q性 能曲线变陡，最高效率点向小流量方向移动， 效率降低，反之，若面积过大，则HQ性能曲 线比较平坦，最高效率点向大流量方向移动， 效率也降低，但不太显著。一般而言，比转数 ns60的泵，对蜗壳截面积变化比较敏感；比 转数越大，影响也越小。 2导叶 导叶的作用与蜗壳相同，多用于分段式多级 泵中。按其结构型式可分为径向式导叶和流道 式导叶。流道式导叶的正向导

13、叶和反向导叶是 铸在一起的，中间有一连续流道，使液体在连 续的流道内流动，不易形成死角和突然扩散， 速度变化比较均匀，水力性能较好，但结构复 杂，制造工艺性差。 3吸入室 吸入室位于叶轮前，其作用是将液体以最 小的损失均匀地引入叶轮。 吸入室有三种型式：锥形管吸入室，用于小 型单级单吸悬臂式离心泵中，其结构简单，制 造方便，在叶轮入口前使液流造成集流和加速 度，流速均匀，损失较小。 螺旋形吸入室的流动状况较好，速度比 较均匀，但液流进入叶轮前有预旋，在一定程 度上会降低些扬程，对低比转数泵，这种影响 不明显。目前我国悬臂式离心油泵和中开式多 级蜗壳泵都采用这种吸入室。 环形吸入室结构简单，轴向

14、尺寸短、但 液流进入叶轮前有撞击和旋涡损失，液 流也不太均匀，常用于多级分段式离心 泵中。 三、轴封装置 旋转轴和固定壳体之间的密封称为轴封。 其作用是防止液体从泵内泄漏到外面，或当泵 内压力低于大气压力时防止空气进入泵中。尽 管轴封装置所占的位置不大，但对机器的正常 运转十分重要，是最容易发生故障的零部件之 一。最早采用的轴封装量是填料密封，现在使 用得最多的一种带液封环的填料密封型式。 1机械密封的工作原理 机械密封结构类型很多，不论何种机械密 封类型，都由四类部件组成。 (1)主要密封件(摩擦副)。动环2(旋转环)及 静环1(固定环，用转销防止它转动)。 (2)辅助密封件。密封圈(O形成

15、V形等)7 、8等。 (3)压紧件。弹簧4、推环等。 (4)传动件。弹簧座5及键或固定螺钉6等。 密封环的受力情况，如图所示。设密封处 在平衡状态，这时，动环右侧有液膜压力形成 的推开力P0，以及密封面间的压紧力P。作用于 动环左侧有介质压力产生的作用力Ps以及弹簧 力Psp，由动环上力的平衡可写出： 端面比压 如果用pm表示平均液膜压力，则 用psp表示弹簧比压力，则 端面比压写为： 设： 若p0沿径向成线形变化，即： 2机械密封的分类 机械密封的结构型式很多，主要根据摩擦 副，弹簧等零件的不同配置，介质在端面上的 比压情况，介质泄漏方向等来分类。 (1)内装式与外装式。弹簧置于工作介质之 内的叫内装式，弹簧在工作介质之外叫外装式 。内装式的端面比压随介质压力增大而增大， 密封可靠性好。外装式完全靠弹簧力产生端面 比压，无自动补偿性。因此，常采用内装式。 (2)平衡型与非平衡型 称