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离心泵的基本原理和结构1离心泵的基本原理和结构泵是输送油、水等液体的机械化工厂各个装置都装有许多台泵将油品等液体传送于各设备之间这些泵大多数都是离心泵本章主要介绍离心泵的基本结构、工作原理及日常操作、维修保养a离心泵的分类、结构及主要零部件一.离心泵的分类
1.按液体吸入叶轮方式分:1单吸式泵:如图1-1所示,叶轮只有一侧有吸入口液体从叶轮的一面进入叶轮2双吸式泵:如图1-2所示,叶轮两侧都有吸入口液体从两面进入叶轮
2.按叶轮级数分:1单级泵:只有一个叶轮2多级泵:同一泵轴上装有串联的两个以上叶轮
3.按泵体形式分:1蜗壳泵:壳体呈螺旋线形状液体自叶轮甩出后进入螺旋形的蜗室再送入排出管线如Y型泵2双蜗壳泵:叶轮排出侧具有双蜗室的壳体3筒式泵:整个泵内壳装在一外筒体内的双层壳体离心泵
4.此外按泵输送介质不同可分为清水泵、油泵、耐[wiki]腐蚀[/wiki]泵等二.离心泵的基本构成
1.概论:一台离心泵主要由泵体、叶轮、密封环、旋转轴、轴封箱等部件组成有些离心泵还装有导轮、诱导轮、平衡盘等
2.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与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轮两种形式蜗壳因流道做成螺旋形而得名液体沿螺旋线流动随着流道截面的增大而降低速度使动能变成压力能;导轮常见于分段多级泵为了使结构简单紧凑在一级叶轮和次级叶轮之间的能量转换采用导轮液体沿导轮规定的流道流至次级叶轮的入口
3.转子:转子包括泵轴、叶轮及其他附件1叶轮:它是离心泵内传递能量给液体的唯一元件泵通过它使机械能变成了液体的压力能使液体的压力提高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2轴:它是传递机械能的重要零件原动机的扭矩通过它传给叶轮轴和叶轮及其它定位压紧件组成转子第二节离心泵的工作原理及主要工作参数一.离心泵的工作原理
1.灌泵:离心泵在启动之前泵内应灌满液体此过程称为灌泵大家是否注意到抽水泵抽水前就有灌泵这一过程在炼油厂离心泵同样需要灌泵不过多数都十分简单因为泵的入口管线内充满着带压力的液体只要打开进口[wiki]阀门[/wiki]就完成了灌泵工作
2.工作原理:驱动机电机通过泵轴带动叶轮旋转叶轮的叶片驱使液体一起旋转因而产生离心力在此离心力的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当一个叶轮不能使液体获得足够的能量时可用多个叶轮串联或并联起来对流体作功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这样叶轮在旋转过程中一面不断地吸入液体一面又不断地给吸入的液体以一定的能量将液体排出使离心泵连续地工作二.离心泵的主要工作参数
1.流量:即泵在单位时间内排出的液体量通常用体积单位表示符号位Q单位有m3/hm3/sl/s等当用重量流量G表示时其单位为kgf/hkgf/s等G与Q之间的关系为:G=Q×γγ为输送温度下的液体重度单位为kgf/m
32.扬程:输送单位重量的液体从泵入口处泵进口法兰到泵出口处泵出口法兰其能量的增值用H表示单位为kgf.m/kgf在工程单位制中扬程的单位常用m米来表示即用被输送液体的米液柱高度表示虽然泵扬程单位与高度单位是一样的但不应把泵的扬程简单地理解成液体能够排送的高度因为泵的扬程不仅要用来使液体提高位头而且要用来克服液体在输送中的阻力以及用来提高液体的静压头和速度头所以液体所能排送的高度总是小于总扬程H的扬程与压差的换算关系:ΔP=γ×H离心泵的出口路都应有压力表扬程通过压力来显示
3.转速:泵的转速是泵每分钟旋转的次数用N来表示电机转速N一般在2900转/分左右
4.功率与效率:泵的输入功率为轴功率N也就是电动机的输出功率泵的输出功率为有效功率Ne泵的有效功率表示泵在单位时间内输送出去的液体从泵中获得的有效能量,单位常用为kgf.m/hkw等因为泵的扬程是单位重量液体从泵中获得的有效能量,所以扬程和重量流量的乘积就是单位时间内从泵中输出液体所获得的有效能量由于泵在工作时泵内存在各种损失所以不可能将驱动机输入的功率完全转变成液体的有效功率轴功率和有效功率之差为泵内损失功率损失功率的大小用泵的效率来衡量泵的效率η=Ne/N
(1)离心泵的压头一般随流量加大而下降
(2)离心泵的轴功率在流量为零时为最小,随流量的增大而上升故在启动离心泵时,应关闭泵出口阀门,以减小启动电流,保护电机停泵时先关闭出口阀门主要是为了防止高压液体倒流损坏叶轮
(3)额定流量下泵的效率最高该最高效率点称为泵的设计点,对应的值称为最佳工况参数离心泵铭牌上标出的性能参数即是最高效率点对应的参数离心泵一般不大可能恰好在设计点运行,但应尽可能在高效区(在最高效率的92%范围内,如图中波折号所示的区域)工作第三节离心泵的汽蚀与吸入特性一.汽蚀:
1.汽蚀现象根据离心泵的工作原理可知液流是在吸入罐压力Pa和叶轮入口最低压力Pk间形成的压差Pa-Pk作用下流入叶轮的如图1-3所示则叶轮入口处压力Pk越低吸入能力就越大但若Pk降低到某极限值目前多以液体在输送温度下的[wiki]饱和蒸汽压[/wiki]力Pt为液体汽化压力的临界值时就会出现汽蚀现象汽蚀发生时泵就会产生噪音和振动并伴有流量扬程和效率的降低有时甚至不能运转所以离心泵在使用中特别要防止发生汽蚀
2.汽蚀的基本过程:当离心泵叶轮入口处的液体压力Pk降低到小于或等于Pt时液体就汽化;同时还可能有溶解在液体内的气体从液体中逸出形成大量小气泡当这些小汽泡随液体流到叶轮流道内压力高于临界值的区域时由于气泡内是汽化压力Pt而外面的液体压力高于汽化压力则小气泡在四周液体压力作用下便会凝结溃灭在叶轮内当产生的小气泡重新凝结馈灭后好似形成了一个空穴这时周围的液体以极高的速度向这个空穴冲来液体质点互相撞击形成局部水力冲击使局部压力可达数百大气压汽泡越大其凝结溃灭时引起的局部水击压强越大如果这些汽泡是在叶轮金属表面附近溃灭则液体质点象无数小弹头一样连续打击金属表面金属表面很快会因疲劳而剥蚀这种液体的汽化、凝结、冲出和对金属剥蚀的综合现象就称为汽蚀
3.汽蚀会引起的严重后果:1产生振动和噪音:汽泡溃灭时液体质点互相冲击就能够产生各种频率范围的噪音在汽蚀严重时可以听到泵内有劈啪的[wiki]__[/wiki]声同时机组会产生振动2对泵的工作性能有影响:当汽蚀发展到一定程度时汽泡大量产生会堵塞流道使泵的流量、扬程、效率等均明显下降3对流道的材质会有破坏:主要是在叶片入口附近金属的疲劳剥蚀
4、如何避免离心泵的气蚀
1、尽可能减小吸人管路的阻力
2、减小吸上高度或增大流注高度
3、控制液体温度不要过高
4、在设计时尽量改进叶轮人口处的几何形状
5、采用强度和硬度高、韧性和化学稳定性好的抗汽蚀材料来制造叶轮,以及提高通流部分表面的光洁度三.离心泵的常见铭牌标记
1.型号表示法:大部分离心泵的型号按汉语拼音字母编制通常分首、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单位有mm或in;中部用汉语拼音字母表示泵的型式或特征见表1-2;尾部一般用数字表示该泵的参数单级m扬程或比转数的1/10对多级泵单级扬程后乘上一个叶轮级数有的泵型号尾部数字后面还带有A、B或C分别表示其叶轮经过第
一、
二、三次切割表1-2离心泵型式与拼音字母对照表字母泵的型式B、BA单级单吸悬臂式水泵S、Sh单级双吸式水泵D、DA多级分段离心水泵DK多级中开式水泵DG、GB锅炉给水泵NNL冷凝水泵Y单级油泵DY单吸多级油泵YⅡYⅢ热油泵F腐蚀泵
2.常见铭牌标记内容:离心泵的常见铭牌内容除型号外还有流量、扬程、轴功率、效率、必须汽蚀余量、转速、重量、出厂编号、出厂日期等四.改变性能曲线进行工况调节
1.改变工作转速:根据是:比例定律如图1-10所示优点:比较经济无附加能量损失缺点:要能变速的驱动机所以目前在炼厂还少见
2.切割工作叶轮外径:根据是:切割定律如图1-11所示优点:方法简便易行比较经济无附加能量损失缺点:叶轮切割后不能恢复原有特性且只能作有限切割适用于较__的减小流量调节
3.串联工作两泵串联后的总扬程等于两泵在同一流量时的扬程之和实际使用中多用多级泵代替串联泵使用
4.并联工作两泵并联后的总流量等于两泵在同一扬程下的流量相加
5.入口节流调节原理同出口节流调节一样为防止发生汽蚀对非灌注头的离心泵装置很少使用炼厂机泵绝大多数有灌注头可以使用但绝不允许关得太小在通风机、鼓风机等离心式压缩机中最常用
四、离心泵的缺点1.本身没有自吸能力为扩大使用范围在结构上采取特殊措施制造各种自吸式离心泵在离心泵上附设抽气引水装置2.泵的Q随工作扬程而变H升高,Q减小达到封闭扬程时,泵即空转而不排液
3.扬程由叶轮直径和转速决定的,不适合小Q、高H这要求叶轮流道窄长,以致制造困难,效率太低离心泵产生的最大排压有限,故不必设安全阀船用水泵和货油泵大多用离心泵压载泵、舱底泵、油船扫舱泵等用具备自吸能力的离心泵.第6节、离心泵的使用中的注意事项1.起动、运行和停车的注意事项1盘车新装,检修后及停用时间长,起动前应手转联轴节3~5转检查是否有卡阻、过紧、松紧不均或异常声响使滑油进入各润滑部位发现异常现象,必须予以排除,然后才能起动2润滑轴承过早损坏大多是由于缺油或滑油变质造成起动前和运转中都要注意检查润滑状况初次使用,轴承应充注适量的洁净润滑油或润滑脂用油环润滑的轴承,油环应被浸没约15mm左右用润滑脂润滑的轴承,加油量应占轴承室容积的1/2-1/3润滑油应避免混入水和杂质运转时轴承温升不应超过35℃,外表温度不宜超过75℃3冷却P-901对设有填料箱水封管、水冷轴承、水冷机械轴封或具有平衡管、平衡盘的离心泵注意其相应水管路是否畅通检查冷却水量和水温4封闭起、停关闭排出阀运转时功率最低但泵封闭运转的时间不能过长液体发热5检查转向泵反转时不能建立正常排压故新泵或检修后初次起动时,应判别转向6避免干转转动部件与固定部件的间隙大都很小,或直接接触如轴封干转时可能造成严重磨损、发热甚至抱轴自吸式离心泵,初次起动也要灌液某些自带真空泵的离心泵起动时可能干转,应限制其自吸时间,不宜采用机械轴封7防冻及防锈停用时,如环境温度在0℃以下,即及时放残液__停用的泵,应在外露的金属__面上涂防锈油第七节、常用轴封办法一.机械密封
1.机械密封的基本结构:如图1-12所示机械密封主要由以下四部分组成1主要密封件:包括动环与轴一起旋转的密封环静环固定不动的密封环一般在密封压盖内2辅助密封件:密封圈、密封垫常见的有O型、V型等3压紧件:弹簧、推环等4传动件:弹簧座、键或紧定螺钉等
2.工作原理B点:静环与压盖之间的静密封用弹性O型、V型密封圈密封C点:动环与轴或轴套之间有径向间隙采用具有弹性的O型、V型密封圈带撑环密封也属静密封D点:填料箱与压盖之间的静密封一般用铝垫、石棉垫等密封A点:动环与静环的接触面之间它主要靠泵内液体压力及弹簧力将动环压紧于静环上动环随轴旋转,通过动环、静环两个端面贴合成一对摩擦副而达到密封它代表了机械密封的特点也称端面密封动静两环接触面总会渗漏一点液体但恰好造成接触面上有一层液体膜这层液体膜在两环相对旋转下会形成油楔式压力有助于阻止液体泄漏也有助于润滑两环之间的端面以减轻磨损延长密封使用寿命提高经济效益为了保证两环安全贴合和均匀压紧两环端面必须平直光滑弹簧有一定压紧力
3.机械密封的分类内装式与外装式:区分于弹簧置于工作介质之内外
5.机械密封的优缺点1优点:可靠性好摩擦阻力小消耗功率少运转周期长泄漏量小可用于高温高压、低温低压各类机泵2缺点:__昂贵__拆卸麻烦技术要求高
6.机械密封的冷却、润滑与防抽空破坏:1冷却:一般引冷却水冷却静环和密封腔介质冷却水应用软水以防水垢产生2润滑:密封端面正常工作时为半液体摩擦状态只有这样才能既使润滑良好又尽量减小泄漏3抽空:在离心泵突然抽空时泵腔内瞬时呈负压状态泵外大气压力高于泵内压力形成压差若弹簧顶不住这个压差则动、静环会一起向泵腔作轴向位移若此时静环防转槽脱离防转销并在动环带动下旋转一个角度即使抽空停止防转销与防转槽也很难恢复到原来的位置于是防转销顶住静环使静环倾斜破坏了密封为防止因抽空破坏密封防转销不宜过短非平衡型密封的动环滑动槽不宜直通平衡型机械密封__时动环离轴套台阶的距离不能过大同时操作中也应尽量防止抽空
7.机械密封的优缺点1优点:可靠性好摩擦阻力小消耗功率少运转周期长泄漏量小可用于高温高压、低温低压各类机泵2缺点:__昂贵__拆卸麻烦技术要求高。