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1、石油化工职业技能培训教材-泵、换热器、储罐1第一章第一章 泵泵1 1泵的分类及用途1 11 1 泵的分类泵是把机械能转换成液体的能量，用来增压输送液体的机械。泵的分类：按泵的工作原理和结构形式，分为以下几类：叶片泵（透平泵） 离心泵轴流泵混流泵旋涡泵容积式泵 往复泵：活塞泵，柱塞泵，隔膜泵回转泵：齿轮泵，螺杆泵，滑片泵其他类型泵： 喷射泵，水锤泵，真空泵1 12 2 泵的用途1 12 21 1 离心泵在化工生产中，经常需要将液体沿着管路从一个设备输送到另一个设备，从一个位置输送到另一个位置。液体在没有输送机械功的条件下，只能从高势能处流向低势能处；要使流体从低势能处流向高势能处，就必须对流体输
2、送机械功。用于输送流体的机械叫流体输送机械。液体输送机械就是将外加能量加给液体的机械，通常称为泵。在国民经济各部门中，也广泛使用不同类型的泵。泵是一种通用机械。液体输送机械依结构及运行方式不同分四种类型，即离心式、往复式、旋转式和流体作用式。本节主要介绍离心泵。 要正确地选用、维护和运转泵，除了明确输送任务，掌握被输送液体的性质之外，还必须了解泵的结构、工作原理和性能。(1)离心泵的工作原理及主要构件石油化工职业技能培训教材-泵、换热器、储罐2离心泵的工作原理离心泵的装置如图 1-1 所示。离心泵壳内装有叶轮，叶轮内有 612 片叶片，图 1-1 离心泵装置简图1-1-9 调节阀； 1-1-7
3、 排出管；1-1-1 叶轮； 1-1-6 排出口；1-1-4 吸入口； 1-1-2 泵壳；1-1-5 吸入管； 1-1-3 泵轴；1-1-8 底阀；叶片的弯曲方向与叶轮的旋转方向相反，叶轮紧固在泵轴上，泵轴中心的吸入El 与吸人管路相连接。离心泵的排出口在泵壳的切线方向，与排出管路连接。吸人管路的末端装有底阀，用以防止停车时泵内液体倒流回储槽。底阀中滤网的作用是防止杂物进入管道和泵壳。排出管上装有调节阀，用以调节泵的流量；为了防止停车时液体倒流回泵壳内而造成事故，还应在排出管上安装止逆阀。离心泵的工作原理分为送液过程和吸液过程两部分。a.送液过程的工作原理 离心泵多由电机带动，在启动前泵内要先
4、注满被输送液体，电机转动时通过泵轴带动叶轮转动，液体输送机械液体经吸入管从泵壳中心处被吸入泵内，然后经排出管从泵壳切线方向排出。在泵启动前向泵壳内灌满被输送的液体。泵启动后，泵带动叶轮高速旋转，充满叶片之间的液体也随着旋转，其转速为 10003000rmin。在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向叶轮外缘的过程中获得了能量，使叶轮外缘液体的静压能和动能都得到提高，流速可达 l525ms，液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道石油化工职业技能培训教材-泵、换热器、储罐3逐渐加宽，液体流速逐渐降低，部分动能转变为静压能，使泵出口处液体的压强进一步提高，液体以较高的压力从泵的排出日进入排出管路，输送
5、至所需场所。由于离心泵送液是离心力的作用，故称为离心泵。b.吸液过程的工作原理 当泵内液体从叶轮中心被抛向叶轮外缘时，在叶轮中心处形成低压区，造成了吸入管储槽液面与叶轮中心处的压强差。在静压强差的作用下，液体便沿着吸入管连续地进入叶轮中心，以补充被排出的液体。这就是离心泵吸液过程的工作原理。离心泵启动前必须向泵内注满被输送液体以排净泵内存在的空气，由于空气的密度比液体小得多，叶轮旋转时泵内产生的离心力很小，在吸入 1-1-4 处不能产生必要的真空度，使储槽液面与泵入口处的静压强差很小，不能推动液体流入泵内。此外，操作中离心泵如帘空气漏入，也会使泵中心存在空气，不能产生必要的真空度。启动离心泵而
6、不能输送液体的现象，称为“气缚” 。在吸入管末端安装底阀的目的，也是为了开泵时能使泵内容易充满液体。离心泵的主要构件离心泵的主要工作部件为叶轮、泵壳、密封环、轴封装置和轴向力平衡装置。a.泵壳 离心泵泵壳的结构如图 1-2 所示。因泵壳内有一个截面逐渐扩大的蜗牛壳形的通道，又称为蜗壳。离心泵叶轮的旋转方向与蜗壳流道逐渐扩大的方向相同。越接近液体出口，通道面积越大。液体从叶轮外缘高速抛出后，在泵壳内向出口流动时，流速逐渐降低，相当大的一部分动能转变为静压能。因此，泵壳既有汇集和导出液体的作用，又是一种能量转换装置。蜗壳用于单级泵和多级泵的最后一级。有的泵壳内还有如图 1-3 所示结构的导轮。导轮
7、也是一种能量转换装置，导轮的叶片间形成许多逐渐转向、截面逐渐扩大的通道，离开叶轮的高速液体通过导轮时，减少了液体与泵壳的碰撞，使液体均匀而缓和地将部分动能转变为静压能，减少了能量损失。图 1-2 泵壳的结构 图 1-3 导轮1-3-1 叶轮 1-3-2 导轮石油化工职业技能培训教材-泵、换热器、储罐4b.叶轮 叶轮是离心泵中传递能量的部件，通过它将从原动机来的机械能转变为液体的静压能和动能。离心泵叶轮的结构如图 1-4 所示，可以分为开式、半开式、闭式三种。闭式叶轮有前后盖板，两盖板问有数个向后弯曲的叶片，由于吸入 IZl 和排出 1：3 之间有 El 环密封，从出口返回入口的液体泄漏量小，故
8、效率高，但制造复杂。目前大多数离心泵叶轮均采用闭式叶轮。这种叶轮适用于输送不含固体颗粒的清洁液体，当液体中含有固体(如含有砂、石等)，不仅有磨损问题，还会堵塞叶轮，因此不能采用闭式叶轮，依据含固体量的多少采用半开式或开式叶轮。开式叶轮无前后盖板，这种叶轮结构简单、制造容易、清洗方便，但效率低，适用于输送含较多固体悬浮物或带有纤维的液体。(a)开式 (b)半开式 (c)闭式图 14 叶轮的结构半开式叶轮只有后盖板，其效率比开式叶轮高，常用于输送黏稠及含固体颗粒的液体。按吸液方式的不同，叶轮可分为单吸式和双吸式两种，如图 1-5 所示。单吸式叶轮指液体只能从前盖板中心进入叶轮，为了减少轴向推力，在
9、后盖板上开有平衡孔。双吸式叶轮的两个盖板均有人口，液体可以从两侧进入叶轮，不但能增大吸液量，还可避免轴向推力，但叶轮本身和泵壳的结构较复杂。单级泵只有一个叶轮，多级泵有几个叶轮安装在同一根轴上，使泵内液体顺序通过叶轮，最后获得较高的压头。(a)单吸式 (b)双吸式图 1-5 吸液方式石油化工职业技能培训教材-泵、换热器、储罐5c.轴封装置 泵轴与泵壳之问的密封称为轴封。其作用是防止高压液体从泵壳内沿轴向外泄漏以及外界空气反向漏入泵的低压区。常用的轴封装置有两种形式，即填料密封和机械密封。一般离心泵所采用的轴封装置是填料函，习惯称为盘根箱，如图 1-6 所示。它主要是由填料函壳、软填料和填料压盖
10、组成。软填料可采用将浸油或涂石墨的石棉绳缠绕在泵轴上，然后将压盖均匀压紧，使填料压紧在填料函壳与泵轴之间，以达到密封的目的。内衬套的作用是防止填料被挤入泵内。为了更好地防止空气漏入泵内，在填料函内装有液图 1-6 填料函1-6-1 填料函壳；1-6-2 软填料；1-6-3 液封圈；1-6-4 填料压盖；1-6-5 内衬套封圈，它是一个金属环，环上开了一些径向的小孔，通过填料函壳上的细管和泵的排出口相通，使泵内高压液体顺小管进入液封圈内，达到防止空气漏入的目的。在泵运转时需要液体保持软填料处于湿润状态，这是填料函密封正常操作的必要条件。如果是干填料，可能由于与转轴摩擦产生高温而被烧毁。所以，不要
11、把填料压得太紧。正常运转时，应允许液体有滴漏。对于输送酸、碱以及易燃、易爆、有毒的液体，密封的要求比较高，既不允许漏人空气，又不能让液体渗出，一般采用机械密封。机械密封装置是由装在泵轴上随之转动的动环和一个固定在泵壳上的静环组成，两环的端面借弹簧力互相贴紧，在泵轴转动时，两环虽发生相对运动，仍起到密封作用，又称为端面密封。在安装机械密封时，要求动环与静环的摩擦端面严格地与轴中心线垂直；摩擦面要很好地研合；通过调整弹簧压力，使正常工作时，在两摩擦端面之间石油化工职业技能培训教材-泵、换热器、储罐6能形成一薄层液膜，形成良好的密封和润滑状态。机械密封与填料密封相比较，优点是密封性能好，使用寿命长，
12、使泵轴不受磨损，功率消耗小。缺点是加工精度高，机械加工复杂，安装的技术条件严格，价格比填料函高得多。(2)离心泵性能参数和离心泵的特性曲线要正确选用和运转离心泵，必须了解它的工作性能。离心泵出厂时，泵上均附有一个铭牌，注明泵在效率最高时的主要性能。离心泵的性能参数离心泵的主要性能参数为流量、扬程、功率、效率和允许汽蚀余量等。a.流量 离心泵的流量是指单位时间内从泵内排出的液体体积，用符号 Q表示，以体积流量表示的送液能力的单位为 m3s 或 m3h 等。离心泵的流量取决于泵的结构、尺寸(主要是叶轮的直径和叶片的宽度)和转速等。泵的流量不是一个固定值，而是在一定范围内变动。b.扬程 单位重量的液
13、体在泵出截面具有的总机械能与在泵进口截面具有的总机械能的差值，称为扬程或称为压头。用符号 H 表示，单位为 m（即 J/N） 。扬程与升扬高度不是一个概念。用泵将液体从低处送往高处的垂直距离，称为升扬两度。升扬高度与泵的扬程和管路特性有关，泵运转时，共升扬岛度一定小于扬毯离心泵的扬程取决于泵的结构(如叶轮的直径)、转运和流量等。对于一定的泵，在指定的转速下，扬程和流量之间具有确定的关系，但这种关系目前还不能用理论公式算出，只能用实验方法测定。c.功率单位时间泵对输出液体所做的功，称为有效功，以 Pe表示，单位为 W。泵的有效功率为P Pe e=QHg(W)=QHg(W) (1-1)(1-1)式
14、中 Q Q泵体积流量，泵体积流量，m m3 3s s；H H泵扬程，泵扬程，m m；泵送液体的密度，泵送液体的密度，kgkgm m3 3； g g重力加速度，重力加速度，9 981m81ms s2 2。泵轴从电机获得的功率称为泵的轴功率，以 Pa表示。由于离心泵运转时，泵内高压液体部分回流泵入口，甚至漏到泵外；液体在泵内流动时，要克服摩石油化工职业技能培训教材-泵、换热器、储罐7擦阻力和局部阻力而消耗一部分能量；泵轴转动时，存在机械摩擦而消耗能量等原因，使 Pa一定大于 Pe。一般 Pa随流量的增大而增大。d.效率 泵的效率是指有效功率与轴功率之比，称为泵的总效率，以 表示，即 (1-2)(1
15、-2)泵总效率主要与制造质量和流量有关。 值也是由实验测得。在测定流量、扬程时，同时测出 Pa，即可用式(1-2)求得总效率。离心泵的总效率一般为5070。出厂的新泵一般都配有电机。若需要自配电机，为防止电机超负荷，常按实际工作的最大流量计算轴功率 Pa，取(1112) Pa作为选电机的依据。铭牌上注明的轴功率是以常温清水为试验液体，其密度取 lOOOkgm3而计算的。如输送液体的密度较大，应按式(2-2)核算，看原配电机是否适用。离心泵的特性曲线a.离心泵的特性曲线介绍 实验表明，离心泵的扬程、功率及效率等主要性能均与流量有关，把它们与流量之间的关系用图表示出来，就构成了离心泵特性曲线，图 17 所示是 IS l008125 型离心水泵的特性曲线。不同型号的离心泵的特性曲线虽然各不相同，但总体规律是相似的。石油化工职业技能培训教材-泵、换热器、储罐8图 1-7 ISl008125 型离心水泵的特性曲线a）扬程
