泵的分类及用途

第四章泵4.1泵的分类及用途4.2离心泵的典型结构与工作原理4.3工作原理及基本方程式4.4离心泵的吸入特性一汽蚀4.5离心泵的性能及调节4.6相似理论的应用4.7泵的主要零部件4.8泵的选用4.1泵的分类及用途4.1.1泵的定义4.1.2泵的分类4.1.3适用范围4.1.1泵的定义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。泵是国民经济中应用最广泛、最普遍的通用机械，除了水利、电力、农业和矿山等大量采用外，尤以石油化工生产用量最多。而且由于化工生产中原料、半成品和最终产品中很多是具有不同物性的液体，如腐蚀性、固液两相流、高温或低温等，要求有大量的具有一定特点的化工用泵来满足工艺上的要求。这方面的技术发展产品开发一直是十分活跃的。4.1.2泵的分类叶片式泵(透平式泵)：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另外，按压力分为低压泵（低于2MPa）中压泵（2-6MPa）高压泵（高于6MPa）4.1.3适用范围4.2离心泵的典型结构与工作原理4.2.1离心泵的典型结构4.2.2离心泵的分类4.2.3离心泵的命名方式4.2.1离心泵的典型结构4.2.2离心泵的分类可按使用目的、介质种类、结构型式等进行分类。这里主要介绍按结构型式作如下分类：(1)按流体吸入叶轮的方式：单吸式泵双吸式泵(2)按级数分类：单级泵多级泵(3)按泵体形式分类：蜗壳泵筒形泵(4)按主轴安放情况分类：卧式泵立式泵斜式泵4.2.3离心泵的命名方式4.3工作原理及基本方程式4.3.1离心泵的性能参数4.3.2离心泵的工作过程4.3.3基本方程式4.3.1离心泵的性能参数流量扬程转速气蚀余量有效功率容积效率水力效率机械效率总效率流量是泵在单位时间内输送出去的液体量。单位是m³/s，用表示质量，单位是kg/s。mqmqq式中为液体的密度，常温清水31000/kgm4.3.2离心泵的工作过程4.3.3基本方程式旋转叶轮传递给单位重量液体的能量，亦称理论扬程。考虑有限叶片数受滑移的影响，较无限多叶片数叶轮做功能力减小，在离心泵中常使用如下的两个半经验公式计算Ht。斯托道拉公式普夫莱德公式222221rAtcctguuHg4.4离心泵的吸入特性一汽蚀4.4.1气蚀发生的机理及危害4.4.2气蚀余量及气蚀判别式4.4.3提高离心机抗气蚀性能德措施4.4.1气蚀发生的机理及危害(1)气蚀发生的机理(2)气蚀发生的危害（1）气蚀发生的机理（2）气蚀发生的危害汽蚀是水力机械的特有现象，它带来许多严重的后果。a．汽蚀使过流部件被剥蚀破坏；b．汽蚀使泵的性能下降；c．汽蚀使泵产生噪音和振动。4.4.2气蚀余量及气蚀判别式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，Pv高出汽化压力所富余的那部分能量头，用表示aNPSHVAagASppNPSHHH4.4.3提高离心机抗气蚀性能的措施(1)提高离心泵本身抗汽蚀的性能①改进泵的吸入口至叶轮叶片入口附近的结构设计。②采用前置诱导轮，如图所示。③采用双吸式叶轮。④设计工况采用稍大的正冲角。⑤采用抗汽蚀的材料。(2)提高进液装置汽蚀余量的措施①增加泵前储液罐中液面上的压力，如图所示②减小泵前吸上装置的安装高度。③将吸上装置改为倒罐装置，如图所示④减小泵前管路上的流动损失叶轮结构改进图前置诱导轮②采用前置诱导轮，如图所示，使液流在前置诱导轮中提前接受诱导叶片做功，以提高液流的压力。吸入装置倒罐装置4.5离心泵的性能及调节4.5.1离心泵的运行特性4.5.2离心泵运行工况的调节4.5.3离心泵的启动及运行4.5.1离心泵的运行特性（1）泵的特性曲线（2）泵在不稳定工况下工作（1）泵的特性曲线（2）泵在不稳定工况下工作（1)不稳定工作点的辨别（2）不稳定工作示例（3）不稳定工作的条件pipeVVdHdHdqdq稳定pipeVVdHdHdqdq不稳定式中为装置（即管网）所需扬程。pipeH4.5.2离心泵运行工况的调节（1）改变工况点的三种途径（2）改变泵特性曲线的调节（3）改变装置特性曲线的调节（1）改变工况点的三种途径泵的运行工况点是泵特性曲线和装置特性曲线的交点，改变工况点有三种途径：a．改变泵的特性曲线；b．改变装置的特性曲线；c．同时改变泵和装置的特性曲线。（2）改变泵特性曲线的调节a．转速调节b．切割叶轮外径调节c．改变前置导叶叶片角度调节d．改变半开式叶轮叶片端部间隙调节e．泵的并联或串联调节（3）改变装置特性曲线的调节a.闸阀调节b.液位调节c.旁路分流调节这种调节方法简便，使用最广，但能量损失很大，且泵的扬程曲线愈陡，损失愈严重。4.5.3离心泵的启动及运行(1)启动前的准备工作a．启动前检查b．充水c．暖泵(2)启动程序(3)适行中的注意事项①润滑油的名称、型号、主要性能和加注数量是否符合技术文件的要求；②轴承润滑系统、密封系统和冷却系统是否完好，轴承的油路、水路是否畅通；③盘动泵的转子1～2转，检查转子是否有摩擦或卡住现象；④在联轴器附近或皮带防护装置等处，是否有妨碍转动的杂物；⑤泵、轴承座、电动机的基础地脚螺栓是否松动；⑥泵工作系统的阀门或附属装置均应处于泵运转时负荷最小的位置，应关闭出口调节阀；⑦点动泵，看其叶轮转向是否与设计转向一致，若不一致，必需使叶轮完全停止转动后，调整电动机接线后，方可再启动。4.6相似理论的应用4.6.1泵的相似条件4.6.2相似定律和比例定律4.6.3比转数4.6.4切割定律4.6.5泵的高效工作范围4.6.6泵的系列型谱4.6.1泵的相似条件通常对叶式泵内的流动而言，两泵流动相似应具备几何相似和运动相似，而运动相似仅要求叶轮进口速度三角形相似。4.6.2相似定律和比例定律保持流动相似的工况称为相似工况。两泵在相似工况下的性能参数符合相似定律表达式。(1)流量关系(2)扬程关系(3)功率关系简化的相似定律表达式比例定律表达式3'VVlVVqnqn''22''hydlhydHnHn'35'''mlmNnNn'3'VlVqnqn'22''lHnHn35''lNnNn'VVqnqn'2''HnHn3''NnNn4.6.3比转数(1)什么是比转数(2)比转数的计算式(3)气蚀比转数(4)比转数的应用比转数是用来判别离心泵工况的相似准数。转速固定的泵，仅有一条扬程流量曲线。为了扩大其工作范围，可采用切割叶轮外径的方法，使工作范围由一条线变成一个面。切割叶轮前后的性能参数变化关系，可近似的由切割定律来表达。式中右上角打撇的参数为切割后的参数，D2为叶轮外径。使用切割定律的切割量不能太大，经验证明，允许的最大相对切割量与比转数有关。4.6.4切割定律22VVqDqD'222'DHHD'322'DNND'4.6.5泵的高效工作范围考虑到运行的经济性，要求泵应在较高效率范围内工作。通常规定以最高效率下降Δη为界，中国规定Δη＝5%～8%，一般取Δη＝7%。4.6.6泵的系列型谱为促进泵的生产、优选品种、扩大批量、降低成本，而又能较好的满足广大用户的各种要求，有必要实现泵的系列化、通用化、标准化。而编制泵的系列型谱，是实现“三化”的一项重要工作。4.7泵的主要零部件4.7.1叶轮4.7.2轴向力的平衡设施4.7.3密封装置4.7.1叶轮（1）对叶轮的要求（2）叶轮的主要结构参数（3）叶轮的结构型式（1）对叶轮的要求叶轮应有足够的强度和钢度；流道形状为符合液体流动规律的流线型，液流速度分布均匀，流道阻力尽可能小，流道表面粗糙度较小；材料应具有较好的耐磨性；叶轮应具有良好的静平衡和动平衡；结构简单，制造工艺性好。离心泵的叶轮一般都是铸造而成。（2）叶轮的主要结构参数a．叶片在叶轮进、出口处的安装角b．叶片数目叶片在叶轮进口处的安装角通常是按设计流量下液体流进叶轮时的相对速度的方向角而定。当时，有利于减小冲击损失。有时为了改善泵的汽蚀性能，一般取冲角，为正冲角。液道出口处的安装角，通常取，以获得较大的反作用度，减少转能损失。1Aβ1ω1Aβ1A1β=β1A1δ=β-β3~102Aβ2ooAβ=20~304.7.2轴向力的平衡设施(1)单级泵轴向力的平衡a．采用双吸式叶轮b．开平衡孔c．采用平衡叶片d．采用平衡管(2)多级泵轴向力的平衡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。开平衡孔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。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。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。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。4.7.3密封装置在离心泵中，为了密封泵轴穿出泵壳的间隙，经常采用的密封型式有填料密封和机械密封。近年来，采用机械密封逐渐增多。(1)填料密封(2)机械密封(1)填料密封在填料密封中常用的填料有：石墨浸棉织物填料，石墨浸石棉填料，金属滔包石棉芯子填料。填料密封具有结构简单，成本低等优点。但是填料密封是靠将填料紧压在密封室内使其抱紧泵轴来密封的，因此磨损及摩擦功耗较大，泄露较大，使用寿命短，需要经常拧紧填料压盖，并且更换填料频繁。因此对于密封要求较严格或密封介质压力较高时，一般的填料密封不宜采用。(2)机械密封a．结构及工作原理b．基本型式c．动静环常用材料机械密封又称端面接触密封，它是靠一组研配的密封端面而形成动密封的。内装式与外装式；平衡型与非平衡型；单端面与双端面机械密封；旋转式和静止式机械密封；内向流与外向流式机械密封。对动静环的主要性能要求：有良好的耐磨性和较高的硬度，导热性好，有较高的热稳定性和化学稳定性，有较大的弹性模数和较好的抗冲击性。动静环常用的材料：硬质合金，铸铁，石墨及陶瓷等。4.8泵的选用4.8.1泵的选用原则及分类4.8.2选用方法及步骤4.8.1泵的选用原则及分类（1）选用原则（2）各种泵的使用范围（3）选用分类（1）选用原则①根据所输送的流体性质选择不同用途、不同类型的泵。②流量、扬程必须满足工作中所需要的最大负荷。③从节能观点选泵，一方面要尽可能选用效率高的泵，另一方面必须使泵的运行工作点长期位于高效区之内。④为防止发生汽蚀，要求泵的必须汽蚀余量NPSHa小于装置汽蚀余量NPSHa。⑤按输送工质的特殊要求选泵。⑥所选择的泵应具有结构简单、易于操作与维修、体积小、重量轻、设备投资少等特点。⑦当符合用户要求的泵有两种以上的规格时，应以综合指标高者为最终选定的泵型号。（2）各种泵的使用范围（3）选用分类a．按性能要求选用在泵的运行过程中，扬程变化大的，选用扬程曲线斜率大的混流泵、轴流泵较适宜；流量变化大的宜选用扬程曲线平缓、压力变化小的离心泵。如果考虑吸水性能，则流量相同、转速相同的条件下，双吸泵较为优越。选用立式泵，并把叶轮部位置于水下，对防止汽蚀是有利的。b．按工作介质选用粘性介质输送含气液体的输送低温液化气的输送含固体颗粒液体的输送不允许泄漏液体的输送腐蚀性介质的输送4.8.2选用方法及步骤(1)泵的两种实际选择方法(2)泵的选择步骤a．利用“泵型谱”选择b．利用“泵性能表”选择将所需要的流量qv和扬程H画到该型式的系列型谱图上，看其交点M落在哪个切割工作区四边形中，即可读出该四边形内所标注的离心