常见化工设备基本原理及检修

李宗忠常见动设备基本原理及检修2012年10月李宗忠李宗忠引言岗位操作人员是设备运行和日常维护保养的责任者，必须遵守设备操作、维护制度和规程，严格控制操作指标，严禁超温、超压等指标运行，严格按照设备点检、巡回检查等规定和标准，进行设备维护和保养。——《中国石化集团公司设备管理办法》李宗忠概述•流体包括液体和气体。在化工生产中，流体输送是最常见的，甚至是不可缺少的单元操作。流体输送机械就是向流体作功以提高流体机械能的装置，因此流体通过流体输送机械后即可获得能量，以用于克服流体输送沿程中的机械能损失，提高位能以及提高流体压强（或减压）等。通常，将输送液体的机械称之为泵;将输送气体的机械按所产生压强的高低分别称之为通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。李宗忠•泵：输送液体的机械•压缩机或风机：输送气体的机械。•真空泵：负压条件下工作的压缩机李宗忠按其工作原理，泵与压缩机又可分为：⑴离心式、轴流式（统称叶轮式）：利用高速旋转的叶轮使流体获得动能并转变为静压能；⑵容积式或正位移式（往复式、旋转式）：利用活塞或转子的周期性挤压使流体获得静压能与动能；⑶流体动力式：利用流体高速喷射时动能与静压能相互转换的原理吸引输送另一种流体。李宗忠离心泵•离心泵是典型的高速旋转叶轮式液体输送机械，在泵类机械中具有很好的代表性。离心泵工作原理：驱动机通过泵轴带动叶轮旋转产生离心力,在离心力作用下,液体沿叶片流道被甩向叶轮出口,液体经蜗壳收集送入排出管。液体从叶轮获得能量,使压力能和速度能均增加,并依靠此能量将液体输送到工作地点。在液体被甩向叶轮出口的同时,叶轮入口中心处形成了低压,在吸液罐和叶轮中心处的液体之间就产生了压差,吸液罐中的液体在这个压差作用下,不断地经吸入管路及泵的吸入室进入叶轮中。李宗忠离心泵工作流程：液体甩出，叶轮中心形成低压驱动机带动叶轮高速旋转叶轮带动液体高速旋转产生离心力液体获得能量（压力能、速度能增加）吸入罐与泵之间产生压差吸入液体，实现连续工作输送液体李宗忠1.3离心泵工作动画演示李宗忠•特点：泵的流量与压头灵活可调、输液量稳定且适用介质范围很广。•自吸：泵内液体在叶轮中心入口处因加速而减压，使泵外液体在势能差的推动下被连续地吸入泵内。李宗忠离心泵结构•叶轮•泵体•轴•轴封•轴承箱李宗忠叶轮它是离心泵内传递能量给液体的唯一元件,叶轮用键固定于轴上，随轴由原动机带动旋转，通过叶片把原动机的能量传给液体。叶轮的作用是将原动机的机械能直接传给液体，以增加液体的静压能和动能(主要增加静压能)。叶轮有开式、半闭式和闭式三种，如图所示。李宗忠•开式叶轮在叶片两侧无盖板，制造简单、清洗方便，适用于输送含有较大量悬浮物的物料，效率较低，输送的液体压力不高；李宗忠半闭式叶轮•半闭式叶轮在吸入口一侧无盖板，而在另一侧有盖板，适用于输送易沉淀或含有颗粒的物料，效率也较低；李宗忠闭式叶轮•闭式叶轮在叶轮在叶片两侧有前后盖板，效率高，适用于输送不含杂质的清洁液体。一般的离心泵叶轮多为此类。李宗忠泵体即泵的壳体,包括吸入室和压液室。①吸入室:它的作用是使液体均匀地流进叶轮。②压液室:它的作用是收集液体,并把它送入下级叶轮或导向排出管,此同时降低液体的速度,使动能进一步变成压力能。压液室有蜗壳和导叶两种形式。李宗忠轴•轴是传递机械能的重要零件,原动机的扭矩通过它传给叶轮。泵轴是泵转子的主要零件，轴上装有叶轮、轴套、平衡盘等零件。泵轴靠两端轴承支承，在泵中作高速回转，因而泵轴要承载能力大、耐磨、耐腐蚀。泵轴的材料一般选用碳素钢或合金钢并经调质处理。李宗忠轴封由于泵轴转动而泵壳固定不动，在轴和泵壳的接触处必然有一定间隙。为避免泵内高压液体沿间隙漏出，或防止外界空气从相反方向进入泵内，必须设置轴封装置。轴封装置主要防止泵中的液体泄漏和空气进入泵中，以达到密封和防止进气目的。轴封的形式：即带有骨架的橡胶密封、填料密封和机械密封。目前最主要采用机械密封和干气密封两种形式。李宗忠常用轴封机械密封和填料密封是离心泵常用的密封形式。图62带液封环的填料密封1-轴；2-压盖；3-填料；4-填料箱；5-液封环；6-引液管李宗忠填料密封原理•填料密封填料装于填料函内，通过填料压盖将填料压紧在轴的表面。由于轴表面总有些粗糙，其与填料只能是部分贴合，而部分未接触，此就形成无数个迷宫。当带压介质通过轴表面时，介质被多次节流，凭借这“迷宫效应”而达到密封。填料与轴表面的贴合、摩擦，也类似滑动轴承，固应有足够的液体进行润滑，以保证密封有一定的寿命，即所谓的“轴承效应”。由此可见良好的填料密封，即是迷宫效应和轴承效应的综合。图62带液封环的填料密封1-轴；2-压盖；3-填料；4-填料箱；5-液封环；6-引液管李宗忠填料密封巡检要点：1、查看填料是否泄漏，填料温度（初运行阶段尤其重要，同时观察电机电流是否过载）；2、当存在泄漏时可轻微把紧压盖螺栓进行消除。李宗忠机械密封原理•常用机械密封结构如图所示。由静止环（静环）1、旋转环（动环）2、弹性元件3、弹簧座4、紧定螺钉5、旋转环辅助密封圈6和静止环辅助密封圈8等元件组成，防转销7固定在压盖9上以防止静止环转动。旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿环。李宗忠机械密封李宗忠机械密封巡检要点：1、关注密封部位是否有泄漏、密封部位的温度，以及冲洗管线的流通情况。2、当工作介质温度较高时，冲洗管线常设有冷却器，以保证机封工作温度，要注意经冷却器后进入密封装置的水管温度。李宗忠润滑油作用：1、对轴承进行润滑；2、通过热传递，及时带走轴承转动过程中产生的热量。轴承箱及常用油封李宗忠轴承箱及常用油封•轴承箱作用•轴承的作用是对泵轴进行支撑，实质是能够承担径向载荷。也可以理解为它是用来固定轴的，使轴只能实现转动，而控制其轴向和径向的移动。•轴承箱则用来固定轴承，同时作为装载轴承润滑油的容器。李宗忠滚动轴承的浸油润滑•N3000rpm时，油位在轴承最下部滚动体中心以下，但不低于滚动体下缘。•N＝1500～3000rpm时，油位在轴承最下部滚动体中心以上，但不得浸没滚动体上缘。•N1500rpm时，油位在轴承最下部滚动体的上缘或浸没滚动体李宗忠恒位油杯原理恒位油杯的作用是使轴承箱体内的润滑油位保持恒定。恒位油杯的结构简图如右所示，斜面的位置对恒位油杯非常关键，由此形成的工作油位点是正常工作状态时的油位。有的恒位油杯没有专门的气孔，但都要保证斜面以上部位与大气自由相通。李宗忠恒位油杯原理.图为恒位油杯正常工作状态，理论设计上工作油位点和设计油位是相同的，恒位油杯内初始油量一般保持在整个油杯的2/3处。恒位油杯内液面高于轴承箱体内液面并能保持一定高度的液位，是由于连通器的原理，油杯内气体压力小于外界大气压力。•右图为恒位油杯补油状态图。当轴承箱体内的润滑油由于各种原因而损耗后，箱体内油位下降，由于连通器原理，恒位油杯斜面处的油位降低到工作油位点以下，导致恒位油杯内油液的压力平衡被破坏，润滑油从恒位油杯内流出并进入轴承箱体，外界气体在大气压力作用下通过斜面的上端进入恒位油杯，直到润滑油液面恢复到工作油位点时，补油结束。李宗忠轴承箱巡检要点：1、油封泄漏情况及轴承箱油位（包括油杯、油视镜）、油质；2、轴承箱表面尤其是靠近轴承部位的外表温度，有冷却水管线时，检查上回水温度及流动状况；3、轴承部位振动及声音有无异常。轴承箱及常用油封李宗忠李宗忠双吸泵其它离心泵结构简图李宗忠卧式高速泵其它离心泵结构简图李宗忠立式高速泵增速齿轮箱巡检要点：1、齿轮箱油位、油质；2、润滑油外部管路连接的油冷却器各部温度；3、油过滤器前后压差（或者过滤器后油压显示）。其它离心泵结构简图李宗忠1、电机及联轴器a、轴承声音、振动、温度；b、接地线连接固定情况；2、泵体a、泵体振动情况、泵壳叶轮部位有无杂音，温度异常；3、工艺运行状况a、泵出入口压力是否在正常范围内；b、入口过滤器压差；C、各部管线、法兰连接有无泄漏、及振动过大。其它部位及方面的巡检要点李宗忠离心泵的主要性能参数•一、流量Q•泵的流量（又称送液能力）是指单位时间内泵所输送的液体体积。用符号Q表示，单位为Ｌ/ｓ或m3/ｈ。离心泵的流量和泵的结构、尺寸（主要是叶轮直径和宽度）及转速有关。离心泵总是和特定的管路相联系的，因此离心泵的实际流量还与管路特性有关•二、扬程（压头）H•泵的扬程（又称泵的压头）是指单位重量液体流经泵后所获得的能量，用符号Ｈ表示，单位为米液柱。离心泵压头的大小，取决于泵的结构（如叶轮直径的大小，叶片的弯曲情况等）、转速及流量。对于一定的泵，压头和流量有一定的关系。李宗忠离心泵的主要性能参数•三效率•液体在泵内流动的过程中，当外界的能量通过叶轮传给液体时，不可能避免地会有能量损失，即由原动机提供的能量不能全部为液体所获得，致使泵的有效压头和流量都比理论低，通常用效率反映能量损失。由于泵内有各种能量损失。泵内部损失主要有三种，即容积损失、水力损失及机械损失，现将其产生原因分述如下：•１．容积损失•容积损失是由于泵的泄漏造成的。离心泵在运转过程中，有一部分获得能量的高压液体，通过叶轮与泵壳之间的间隙流回吸入口。因此，从泵排出的实际流量要比理论排出流量为低，其比值称为容积效率η1。容积损失主要与泵的结构及液体在泵进、出口的压强有关。•闭式叶轮的容积效率为0.85-0.95.李宗忠离心泵的主要性能参数•２．水力损失•水力损失是由于流体流过叶轮、泵壳时，由于流速大小和方向要改变，且发生冲击，而产生的能量损失。所以泵的实际压头要比泵理论上所能提供的压头为低，其比值称为水力效率η2。水力损失与泵的结构、流量及液体的性质有关，其值一般为0.8-0.9•３．机械损失•机械损失是泵在运转时，在轴承、轴封装置等机械部件接触处由于机械磨擦而消耗部分能量损失，这部分损失称为机械损失。用η3来表示，其值一般为0.96-0.99•离心泵的效率反映上述三项能量损失的总和，故称为总效率。•效率η（等于上述三种效率的乘积，即•η＝η1×η2×η3•离心泵的效率与泵的制造精密程度、类型、尺寸、液体的流量和性质有关。对离心泵来说，效率一般约为0.6~0.85左右，大型泵可达0.90。李宗忠离心泵的主要性能参数•四．轴功率•离心泵的轴功率指泵轴所需的功率。当泵由电机带动时，它就是电机传给泵轴的功率。用W和KW表示。离心泵的有效功率是指液体从叶轮获得的能量。由于存在以上三种损失，故轴功率必大于有效功率。泵的有效功率可写成•Ne＝QHpg•式中Ne—泵的有效功率，W；•Q—泵的流量，m3/s；•H—泵的压头，m；•p—液体的密度，kg/m3；•g—重力加速度，m/s2。李宗忠•由于有容积损失、水力损失与机械损失，所以泵的轴功率N要大于液体实际得到的有效功率，即李宗忠离心泵的性能曲线离心泵的性能曲线是指在一定的工作转速下，扬程H、功率N和效率η随泵流量Q的变化规律，分别用H-Q、N-Q和η-Q来表示。李宗忠离心泵的性能曲线1.H-Q曲线是选择和操作泵的主要依据。•满足扬程、流量的需要•满足使用特性要求离心泵H-Q曲线有“平坦”、“陡降”和“驼峰”三种形状。李宗忠离心泵的性能曲线•平坦形H-Q曲线的离心泵，流量变化较大而扬程H变化不大。适用于生产中流量变化较大，而管路系统中压力降变化不大的场合，较适于用排液管路上的阀门来调节流量，因为改变阀门开度调节流量时，随着管路特性曲线变化而泵的工作点的扬程变化不大，即调节的节流损失较少，故调节经济性好；适合供多分支用户。•陡降形H-Q曲线的离心泵，当流量稍有变化时，其扬程有较大的变化，因此，它适用于系统中流量变化较小而压力降变化较大或当压力降变化较大时而要求流量较稳定的场合。如在输送纤维浆液的系统中，为了避免当流速减慢时纤维液在管路中堵塞，需要泵供给较大的能头。•驼峰形H-Q曲线的离心泵，在一定流量范围（小于最高点H下的流量Q）内，容易产生不稳定工况。离心泵应避免在不稳定情况下运行，一般应在下降曲线部分操作。李宗忠2.N-Q曲线是合理选择原动机功率和正常启动离心泵的依据。李宗忠3.