化工设备机械基础(化机)泵和风机

一、序言1.1泵与风机在各行各业均有广泛的应用表现为：应用领域越来越广，如采矿、冶金、电力、石油、化工、市政、建筑以及农林等部门。特点为：形式越来越多、角色越来越重要、规模与投资越来越大、功能分类愈分愈细、耗能比例越来越大。1.2泵与风机在化工专业的作用与地位⑴在化工专业的各类系统中，起“心脏”作用。⑵作为机电设备，“维修”、“维护”量很大，显得它们非常重要。⑶能耗很大，从这个方面讲也是重点管理对象。1.3泵的发展趋势1.3.1大型化、大容量化在40年前，5万千瓦的发电机组被看做是一个重大的技术成就，而今天它只能用来驱动一台130万千瓦大型汽轮发电机组的给水泵。目前，世界上巨型轴流泵的叶轮直径已达7米，潜水泵直径已达1米，用于城市及工业企业给水工程中的双吸离心泵的功率已达5500千瓦。1.3.2高扬程化、高速化目前，水泵的单扬程已打破了10兆帕的记录。要进一步实现高扬程化，势必要提高泵的转速。1.3.3系列化、通用化、标准化“三化”，是现代化工业化生产工艺的必然要求。1975年，国际标准化协会制订了额定压力为0.72兆帕的单级离心泵的主要尺寸及规格参数（ISO2858－1975E）。我国自1958年以来，在统一型号、系列分类、定型尺寸等方面也做了不少工作。目前“三化”的程度在不断提高。1.3.4不断提高常规产品的质量和水平，大力发展高速、高温、高压、高效率以及大容量的各类特殊产品。1.4风机的发展趋势1、系列化、通用化、标准化2、高效、节能、降噪、自控比如，用于室内空调的“静音”风机、用于流量控制的“调速”风机等。3、多样化，满足特殊需求比如，“抗磨损”、“抗酸碱”、“耐高温”等。第一章离心式泵与风机的理论基础第一节泵与风机的分类一、泵的定义与分类1、泵的定义：是输送和提升液体的机器。它把原动机的机械能转化为被输送液体的能量，使液体获得动能或势能。2、泵的分类（按工作原理分）（1）、叶片式水泵：它对液体的压送是靠装有叶片的叶轮高速旋转而完成的，如离心泵、轴流泵、混流泵等。（2）、容积式水泵：它对液体的压送是靠泵体工作室容积的改变来完成的，如活塞式往复泵、柱塞式往复泵、转子泵等。（3）、其它类型水泵：螺旋泵、射流泵、气升泵等。二、风机的定义与分类1、风机的定义：是压送和抽吸气体的机器。它把原动机的机械能转化为被输送气体的能量，使气体获得动能或势能。风机有通风机和鼓风机，与压缩机略有区别。全压P1470Pa为通风机，全压1470PaP3.5×105Pa为鼓风机，“全压”3.5×105Pa为压缩机。2、风机的分类（与水泵的分类基本一致）（1）、叶片式：如离心风机、轴流风机、贯流风机等。（2）、容积式：罗茨风机等。三、泵与风机总型谱图1、泵的总型谱图由图可见，目前定型生产的各类叶片式水泵的使用范围是相当广泛的，而其中离心泵、轴流泵、混流泵和往复泵等的使用范围各具有不同的性能。往复泵的使用范围侧重于高扬程小流量。轴流泵和混流泵的使用范围侧重于低扬程大流量。而离心泵的使用范围介乎于两者之间，工作区间最广，产品的品种、系列和规格也最多。2、结论以一般的化工流体输送来说，就其扬程和流量范围，大量采用离心泵和轴流泵。风机的使用情况也大致一样。所以，本课主要介绍离心式泵与风机。第二节泵与风机的工作原理与性能参数一、泵与风机的构造一套完整的流体输送设备包括离心泵、联轴器、电动机离心泵主要部件有：叶轮、泵壳、轴封。轴封：指泵轴与泵壳之间的密封,防泄露.轴封装置有：填料密封、机械密封、磁密封1)填料密封:由与泵壳连在一起的填料函、填料及填料压盖等组成。填料一般用浸油或涂有石墨的石棉绳。将绳缠绕在泵轴上，盖好填料压盖，并拧紧螺钉，即可达到密封的目的。填料密封的结构简单，但维修工作量大，功率消耗也较大，且有一定的泄漏，故不宜于输送易燃、易爆或有毒液体。2)机械密封:主要的密封元件是装在轴上的动环与固定在泵壳上的静环。动环随轴转动，静环不动。泵运转时两环端面作相对运动，同时又互相贴紧，防止液体渗漏从而达到密封的目的。机械密封的密封性能好，结构紧凑，功率消耗少，使用寿命长。与填料密封相比，其成本较高，维修也较麻烦。机械密封被广泛用于输送高温、高压、有毒或腐蚀性液体的泵中。3)磁密封二、泵与风机的工作原理叶轮联接在轴上，原动机通过轴带动叶轮旋转，叶片间的气体也随着叶轮旋转。气体获得的离心力使其从叶片间的出口处（外缘）甩出，而挤入机壳。于是机壳内的气体压强增高，气体被从导向出口排出。气体被甩出后，叶轮中心部分的气体压强降低，吸入口处的气体得以进入叶轮前盘。如是，风机源源不断地输送气体。三、泵的基本性能参数由6个性能参数表示：⑴、流量；⑵、扬程；⑶、轴功率；⑷、效率；⑸、转速；⑹、允许吸上真空高度。如国内生产的12Sh－28A型单级双吸式离心泵，其铭牌及符号数字意义如下：离心式清水泵型号：12Sh－28A转数：1450r/min扬程：10m效率：78％流量：684m3/h轴功率：28kW允许吸上真空高度：4.5m重量：660kg一、离心式泵的类型泵的分类：深井泵、潜水电泵多级作业面潜水泵单级式双吸单级涡轮泵单级立式船用泵多级涡壳式立屏蔽泵、水轮泵、大型立式泵单级高速大型多级泵（第一级双吸）多级双吸导叶式分段多级泵多级单吸式高速大型多级泵（第一级双吸）多级双吸单级泵单级双吸涡壳式多级泵、两级悬臂泵多级涡壳式卧单吸单级泵、屏蔽泵、自吸泵单级单吸泵类举例叶轮级数吸入方式机壳形式泵轴位置导叶式双吸单吸第二章离心式泵与风机的构造、正常运行及安装第一节离心式泵的构造特点1、单吸单级泵：最常遇见的离心式泵是单吸单级泵。此泵所能够提供的流量范围约为4.5～300m3/h，扬程约为8～150m。如图为典型的单级单吸离心泵的结构图。这种泵的泵轴水平地支撑在托架7内的轴承9上，泵轴6的一端悬出为悬臂端，端部装有叶轮2；10位填料密封机构，其作用主要在于减少泵内高压液体的外泄及空气的渗入。叶轮上一端开有平衡孔，以平衡轴向推力。这种泵的结构简单，工作可靠，部件较少，也易于加工。如图为IS、IH单级单吸离心泵的外观图。适用范围：适用于工业和城市给水、排水，亦可用于农业排灌。亦可用于船舶作海水或淡水用的冷却泵、卫生泵、消防泵等。供输送清水或物理化学性质类似清水的其他液体之用，温度不高于80℃。如图为的LQRY系列热油泵外观图。该泵在我国载热体加热系统中得到广泛的使用，已经进入石油、化工、橡胶、塑料、制药、纺织、印染、筑路、食品等各个工业领域，主要用于输送不含固体颗粒的弱腐性高温液体，使用温度≤370℃，是一种理想的热油循环泵。如图为FP型增强聚丙烯离心泵、FS型工程塑料离心泵系列泵的外观图。该泵系单吸悬臂式离心泵，该泵系将泵叶轮直接安装特制的加长电机轴上，泵体与电机外壳相固定成为没有托架和轴承的直联式结构，减小了零件数量和整机的重量。输送不含固体颗粒的清水，被输送的介质温度不得超过80°C，是农业、工业和城乡建设给水、排水的理想机具。2、双吸单级泵：另一种广泛应用的离心式泵是双吸单级泵。如图为LSBA型轴开式双吸卧式离心泵的外观图。该泵适用于输送温度不超过80℃的清水和类似于清水的液体。最高工作压力为1.6MPa。本泵共有22个品种，30个规格。其性能参数范围，流量：Q=155-1550m3/h；扬程：H=2.3～160m；转速：n=1450、2900rpm；功率：P=55～200kw；吸入口直径：200～500mm；吐出口直径：100～300mm。型号说明：LSBA350－250－345A，A：表示叶轮编号A；345：表示叶轮名义直径D2=345mm；250：表示泵吐出口直径250mm；350：表示泵吸入口直径350mm；SBA：表示轴开式及应用于空调的泵型号；L：表示上海莲盛泵业制造有限公司生产的“LIANSHENG”水泵。右上图为SH系列单级双吸泵，右下图为SA型单级双吸中开式离心泵。双吸单级泵，实际上等于两个相同的叶轮背靠背地同装在一根转轴上并联工作。液体是从两侧轴向地流入两个叶轮，然后转为径向进入叶片间的流道，最后在机壳内汇合流向出口。这种泵的流量较大，能自动平衡轴向推力。3、多级泵：分段式多级泵具有较高的扬程。这类泵在结构上是将几个叶轮装在同一根转轴上，每个叶轮叫做一级，一台泵可以有两级到十余级。每级叶轮之间设有固定的导叶。流体进入第一级叶轮加压后，经导叶依次进入第二级、第三级叶轮。第一级一般为单吸式，但也可以制成双吸式的。为了平衡轴向推力，泵内通常装有平衡盘。我国生产的分段式多级泵，中压的流量在5—720m3/h之间，扬程约为100—650m。高压多级泵的扬程可达2800m左右。多级泵通常用于高扬程提升流体和锅炉给水。下图依次为D型单吸多级离心清水泵、ZDY型多级离心泵、轻型立式多级离心泵。4、几种泵介绍：①PBG型屏蔽式管道泵，吸收了国际上屏蔽泵设计及制造的先进技术，将电机的屏蔽技术应用于流体输送领域，为适应国内市场需求而最新推出的系列化新产品。②衬氟塑料离心泵，耐腐蚀泵的理想先择，该泵是按照国家标准并结合非金属泵的加工工艺设计生产。泵体采用金属外壳内衬聚全氟乙丙烯（F46），泵盖、叶轮和轴套均采用金属嵌件外包氟塑料烧结压制成型，轴封采用外装式波纹管机械密封，静环选用99.9%氧化句号陶瓷或氮化硅，动环采用四氟填充材料，进出口均采用铸钢体加固在。实际使用显示，该泵具有耐腐、耐磨、耐高温、不老化、机械强度高、运转平稳、结构先进合理、密封性能严密可靠、拆卸检修方便、使用寿命长等特点，广泛适用于化工、制药、食品、纺织等行业，在－20℃—12℃温度条件下长期输送任意浓度的硫酸、盐酸、醋酸、氢氟酸、硝酸、王水、强硬、强氧化剂、有机溶剂、还原剂等强腐蚀性介质，是目前世界上最新耐腐蚀设备之一。③右上为AFB、FB型泵：单级单吸悬臂式耐腐蚀离心泵。外型紧凑美观，高效节能，性能稳定。泵适用于输送不包含固体颗粒的有机或无机化工介质也可供企业及城市供水、排水之用。④右下依次为：ISG系列立式单级单吸离心泵、ISGB系列便拆式离心泵、HQ系列立式单级单吸管道离心泵、WB型微离心泵、WX型离心漩涡泵、ISG系列单级单吸管道离心泵、TSWA卧式多级离心泵。二、离心式泵主要部件结构形式㈠叶轮叶轮：有开式、半开式及闭式叶轮三种。开式叶轮：没有前盘和后盘，只有叶片。多用于输送含有杂质的液体。半开式叶轮：只设后盘。闭式叶轮：既有前盘又有后盘。清水泵的叶轮均为闭式叶轮。㈡吸入室吸入室的作用使流体进入泵体时的流动损失最小。吸入室的结构通常采用的吸入室的形式有：锥体管式圆形管式。[三]泵壳（略）[四]轴封（略）第二节离心式泵正常工作所需附件一、离心式泵装置的管路及附件离心泵与风机的原理是相同的，只是所输送的介质不同。从泵与风机输出的有效功率Ne＝γQH来看，两者的区别在于γ不同。当采用离心泵提升液体时，就需要在泵内（包括吸水管内）充满液体，为此在泵体上常设有充液孔或漏斗，有时还另设真空抽气泵将水抽入吸水管和泵体，否则就只能输送空气而打不上水来。因此，泵在提升液体的整个管路装置中，除离心式泵外，常配有管路和其它一些必要的零部件。图中离心式泵6与电机7用联轴器相连接，共装在同一个底座上，这些通常都是由制造厂配套供应的。从吸液池液面下方的拦污栅14开始到泵的吸入口法兰为止，6、离心式泵7、电动机14、拦污栅13、底阀4、真空计12、防振件5、压力表3、止回阀2、闸阀9、排水管11、吸入管8、支座10、排水沟1、压出管D＞1.5D＞1.5D这段管段叫做吸入管段。底阀13用于泵启动前灌水底阀13用于泵启动前灌水时阻止漏水。泵的吸入口处装有真空计4，以便观察吸入口处的真空度。吸入管段的水力阻力应尽可能降低，其上一般不设置阀门。水平管段要向泵方向抬升。过长的吸入管段要装设防震件12。泵出口以上的管段是压出管段。泵的出口装有压力表5，以观察出口压强。止回阀3用来防止压出管段中的液体倒流。闸阀