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1、、泵的基礎(chǔ)知識(shí)1、泵定義:泵是受電動(dòng)機(jī)控制,驅(qū)使介質(zhì)運(yùn)動(dòng),是將電動(dòng)機(jī)輸出的能量轉(zhuǎn)換為介質(zhì)壓力能的能量轉(zhuǎn)換裝置圖 1 離心泵結(jié)構(gòu)剖面圖2、泵的分類: 、按照工作原理和結(jié)構(gòu),泵可分為 葉片式泵、容積式泵 及其它類型泵。1 、根據(jù)介質(zhì)分:清水泵、污水(污物)泵、油泵、耐腐蝕泵、襯氟泵、排污泵等。、從使用安裝方式分:管道泵、液下泵、潛水泵等。3、離心泵:3.1 離心泵的工作原理:離心泵一般由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng),在啟動(dòng)泵前,泵體及吸入管路內(nèi)充滿液體當(dāng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí),葉輪帶動(dòng)葉片間的液體一道旋轉(zhuǎn),由于離心力的作用, 液體從葉輪中心被甩向葉輪外緣(流速可增大至 15 25m/s),動(dòng)能也隨之增 加。當(dāng)液體進(jìn)入泵殼后
2、,由于蝸殼形泵殼中的流道逐漸擴(kuò)大,液體流速逐漸 降低,一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能,于是液體以較高的壓強(qiáng)沿排出口流出。與此同時(shí),葉輪中心處由于液體被甩出而形成一定的真空,而液面處的壓強(qiáng) Pa 比葉輪中心處要高,因此,吸入管路的液體在壓差作用下進(jìn)入泵內(nèi) 葉輪不停旋轉(zhuǎn),液體也連續(xù)不斷的被吸入和壓出。離心泵是由于在葉輪的高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的 離心力的作用下 ,將水提到相應(yīng)高處的,故稱離心泵 。圖 2 離心泵工作原理3.2 離心泵的種類3.2.1、按葉輪數(shù)目來分類: 、單級(jí)泵:即在泵軸上只有一個(gè)葉輪; 、多級(jí)泵:即在泵軸上有 兩個(gè)或兩個(gè)以上的葉輪 ,這時(shí)泵的總揚(yáng)程為 n 個(gè) 葉輪產(chǎn)生的揚(yáng)程之和;3.2.2、按工
3、作壓力來分: 、低壓泵:壓力低于 100 米水柱; 、中壓泵:壓力在 100-650 米水柱之間; 、高壓泵:壓力高于 650 米水柱。3.2.3、按照葉輪吸入方式來分類: 、單側(cè)進(jìn)水式泵:又叫單吸泵,即葉輪上只有一個(gè)進(jìn)水口; 、雙側(cè)進(jìn)水式泵:又叫雙吸泵,即葉輪兩側(cè)都有一個(gè)進(jìn)水口,它的流量比 單吸式泵大一倍,可以近似看做是兩個(gè)單吸泵葉輪背靠背地放在了一起;3.2.4、按泵軸位置來分類:、臥式泵 :泵軸位于水平位置;、立式泵 :泵軸位于垂直位置;3.3 離心泵的 “氣縛現(xiàn)象如果離心泵在 啟動(dòng)前 殼內(nèi)充滿的是氣體,則啟動(dòng)后葉輪中心氣體被拋時(shí)不 能在該處形成足夠大的真空度, 這樣槽內(nèi)液體便不能被吸上
4、。 這一現(xiàn)象稱為 氣 縛。為防止氣縛現(xiàn)象的發(fā)生, 離心泵啟動(dòng)前要用外來的液體將泵殼內(nèi)空間灌滿。3.4 離心泵的參數(shù)流量 Q(m3/h,L/h );揚(yáng)程 H(m);允許氣蝕余量 hr( m);轉(zhuǎn)速 n(轉(zhuǎn) /min),軸功率 N 和效率 。這類泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量較輕、可以輸送溫度不超 過 80 的清水及物理性能化學(xué)性質(zhì)類似于水的液體。3.4.1 、氣蝕余量:泵在工作時(shí)液體在葉輪的進(jìn)口處因一定真空壓力下會(huì)產(chǎn)生液體汽體, 汽化的 氣泡在液體質(zhì)點(diǎn)的撞擊運(yùn)動(dòng)下葉輪等金屬表面產(chǎn)生剝落, 從而破壞葉輪等金屬, 此時(shí)真空壓力叫汽化壓力,氣蝕余量 是指在泵吸入口處單位重量液體所具有的超過汽化壓力的富余能 量。對(duì)于
5、泵而言, 能量增量主要體現(xiàn)在 壓力能增加上 ,換算到基準(zhǔn)面上的米液柱 值。泵氣蝕余量是由泵廠確定的。單位為米液柱,用( NPSH)r 表示。由泵廠根據(jù)試驗(yàn)確定的汽蝕余量(以米液柱計(jì)) 。用 NPSHr 表示。單位是: m。泵汽蝕余量是由泵本身的特性決定的,是表示泵本身抗汽蝕性能的參數(shù)。欲 提高泵本身的抗汽蝕性能,必須盡量降低汽蝕余量。、 必需氣蝕余量 即氣蝕余量,又稱為 吸程( NPSH )r 即:水泵進(jìn)口處的壓強(qiáng) 和水泵內(nèi)里面壓強(qiáng)最低處的差值, 為 P水泵進(jìn)口-P 最低。是一種規(guī)定值, 如同水 泵的流量揚(yáng)程一樣,這個(gè)數(shù)值越小越好。是個(gè) 廠家參數(shù) 。單位用米。吸程 =標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 -氣蝕余量 -
6、 管道損失 - 安全量 例:某泵氣蝕余量為 4.0 米,求吸程 h 則: h=10.33-4.0-H-0.5=5.83米、有效氣蝕余量 又稱 裝置氣蝕余量 :水泵進(jìn)口處的壓強(qiáng)和水泵發(fā)生氣蝕的臨界 壓強(qiáng)的差值 NPSH,a P水泵進(jìn)口- P 氣蝕臨界, 是個(gè)用戶參數(shù) 。 要想不發(fā)生氣蝕,必須 NPSHa NPSH。r即 P 水泵進(jìn)口 - P 氣蝕臨界 P 水泵進(jìn)口 -P 最低。 即, P 最低 P氣蝕臨界 ,這當(dāng)然也就不會(huì)發(fā) 生氣蝕了。、泵發(fā)生汽蝕的條件是由 泵本身和吸入裝置兩方面決定的。 因此,研究汽蝕發(fā) 生的條件,應(yīng)從泵本身和吸入裝置雙方來考慮,泵汽蝕的基本關(guān)系式為* :(NPSH)c (N
7、PSH)r NPSH (NPSH)a(NPSH)a=(NPSH)r 或(NPSHc):泵開始汽蝕,此時(shí),這兩個(gè)值是相等的式中:NPSH ) a裝置汽蝕余量又叫有效汽蝕余量,越大越不易汽蝕; g4 | m+ u0 iNPSH ) r泵汽蝕余量,又叫必需的汽蝕余量或泵進(jìn)口動(dòng)壓降,越小抗汽蝕性能越好;(NPSHc) 臨界汽蝕余量,就是泵在發(fā)生氣蝕那一瞬間的氣蝕余量;NPSH 許用汽蝕余量, 是確定泵使用條件用的汽蝕余量, 通常取 NPSH=( 1.1 1.5 )NPSHc3.4.2、軸功率 N:泵在一定流量和揚(yáng)程下, 電動(dòng)機(jī)單位時(shí)間內(nèi)給予泵軸的功稱為 軸功率。軸將動(dòng)力(電機(jī)功率)傳給功部件(葉輪)的
8、功率。功率值小于電機(jī)額定功率3.4.3 、效率 :水泵的輸出功率與輸入功率的比值。3.5 海水提升泵3.5.1、長(zhǎng)軸深井泵:、海上平臺(tái)使用的長(zhǎng)軸海水提升泵通常是 多級(jí)離心泵 ,其軸長(zhǎng)達(dá) 20-30m,長(zhǎng) 軸泵的缺點(diǎn)是軸長(zhǎng), 檢修時(shí)需要將軸一節(jié)一節(jié)地提到平臺(tái)甲板上, 軸的聯(lián)結(jié) 與固定比較麻煩。、立式電機(jī)置于 泵座頂端 ,通過分段的長(zhǎng)軸將葉輪浸入介質(zhì)中 、多數(shù)是一個(gè)立式單吸離心泵, 其葉輪裝在井中動(dòng)水位以下, 動(dòng)力機(jī)設(shè)置在井 上,通過傳動(dòng)長(zhǎng)軸驅(qū)動(dòng)葉輪在導(dǎo)流殼內(nèi)旋轉(zhuǎn),水流沿導(dǎo)流殼與葉輪之間的流 道,經(jīng)輸水管向上提升到地面。 揚(yáng)程高時(shí)可采用多個(gè)葉輪串聯(lián)的多級(jí)離心泵。 由于傳動(dòng)長(zhǎng)軸的制造和安裝精度要求較
9、高,效率隨井深的增加而顯著降低, 因而一般只用于不超過 100米的深井 。3.5.2、電潛泵(電動(dòng)潛油離心泵) :、是一種在井下工作的 多級(jí)離心泵 ,由于電潛泵沒有長(zhǎng)軸, 不會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)軸深井 泵出現(xiàn)的問題,在海上石油平臺(tái)已廣泛使用,對(duì)電機(jī)功率在幾十千瓦的泵尤為合適;5圖 3 電潛泵結(jié)構(gòu)圖 、電潛泵組成:()、井下部分: 主要是電潛泵的機(jī)組,它由多級(jí)離心泵、保護(hù)器和潛油電動(dòng) 機(jī)三部分組成,起著抽油的主要作用。()、地面部分: 由變壓器組、自動(dòng)控制臺(tái)及輔助設(shè)備(電纜滾筒、導(dǎo)向輪、 井口支座和掛墊等)組成。()、中間部分 :由電纜和油管組成,將電流從地面部分傳送給井下部分,采 用的是特殊結(jié)構(gòu)的電纜。在
10、油井中利用鋼帶將電纜和油管柱泵、保護(hù)器外 殼固定在一起。 、電潛泵優(yōu)點(diǎn):電潛泵 (ESP)采油工藝具有 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、排量大、 自動(dòng)化程度高 等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于非自噴高產(chǎn)井、高含水井和海上油田。 統(tǒng)計(jì)資料顯示,電潛泵的平均產(chǎn)液量是傳統(tǒng)桿式泵的 2 倍以上。百勤引進(jìn) 國(guó)外先進(jìn)的電潛泵系統(tǒng),應(yīng)用于超深下入,高排量開采具有高可靠性、耐 高溫高壓、自動(dòng)化程度高、兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。3.5.3、長(zhǎng)軸深井泵和電潛泵外觀主要區(qū)別 :長(zhǎng)軸深井泵的電機(jī)在泵的 上端 、而電潛泵的電機(jī)在泵的 下端 (這個(gè)區(qū)別有助于我們從 PID 中辨識(shí)泵的種類)。3.5.4、為了使泵的葉輪在任何時(shí)候都浸沒在水下, 因此泵的葉輪
11、應(yīng)在最低天文潮 位時(shí),位于最大波高的波谷以下, 浸入深度以 1m或大于 1m以下。77二、泵的選型泵選型依據(jù),應(yīng)根據(jù)工藝流程,給排水要求,從五個(gè)方面加以考慮, 既液體輸送量、裝置揚(yáng)程、液體性質(zhì)、管路布置以及操作運(yùn)轉(zhuǎn)條件等。1流量是選泵的重要性能數(shù)據(jù)之一,它直接關(guān)系到整個(gè)裝置的的生產(chǎn) 能力和輸送能力。如設(shè)計(jì)院工藝設(shè)計(jì)中能算出泵正常、最小、最大三種流 量。選擇泵時(shí),以最大流量為依據(jù),兼顧正常流量,在沒有最大流量時(shí), 通??扇≌A髁康?1.1 倍作為最大流量。2裝置系統(tǒng)所需的揚(yáng)程是選泵的又一重要性能數(shù)據(jù),一般要用放大5% 10%余量后揚(yáng)程來選型。3液體性質(zhì),包括液體介質(zhì)名稱,物理性質(zhì),化學(xué)性質(zhì)和其
12、它性質(zhì), 物理性質(zhì)有溫度 c 密度 d,粘度 u,介質(zhì)中固體顆粒直徑和氣體的含量等, 這涉及到系統(tǒng)的揚(yáng)程,有效氣蝕余量計(jì)算和合適泵的類型:化學(xué)性質(zhì),主 要指液體介質(zhì)的化學(xué)腐蝕性和毒性,是選用泵材料和選用那一種軸封型式 的重要依據(jù)。4 裝置系統(tǒng)的管路布置條件指的是送液高度送液距離送液走向,吸 如側(cè)最低液面,排出側(cè)最高液面等一些數(shù)據(jù)和管道規(guī)格及其長(zhǎng)度、材料、 管件規(guī)格、數(shù)量等,以便進(jìn)行系統(tǒng)揚(yáng)程計(jì)算和 汽蝕余量 的校核。5 操作條件的內(nèi)容很多,如液體的操作T 飽和蒸汽力 P、吸入側(cè)壓力PS(絕對(duì))、排出側(cè)容器壓力PZ、 海拔高度 、環(huán)境溫度操作是間隙的還是連續(xù)的、泵的位置是固定的還是可移的。、選泵的
13、具體操作根據(jù)泵選型原則和選型基本條件,具體操作如下: 1根據(jù)裝置的布置、地形條件、水位條件、運(yùn)轉(zhuǎn)條件,確定選擇臥式、 立式和其它型式 ( 管道式、潛水式、液下式、無堵塞式、自吸式、齒輪式等 ) 的泵。2根據(jù)液體介質(zhì)性質(zhì),確定 清水泵 ,熱水泵還是 油泵 、化工泵或耐腐 蝕泵或 雜質(zhì)泵 ,或者采用無堵塞泵。安裝在爆炸區(qū)域的泵,應(yīng)根據(jù)爆炸區(qū) 域等級(jí),采用相應(yīng)的 防爆電動(dòng)機(jī) 。3根據(jù)流量大小,確定選單吸泵還是雙吸泵;根據(jù)揚(yáng)程高低,選單級(jí) 泵還是 多級(jí)泵 ,高轉(zhuǎn)速泵還是低轉(zhuǎn)速泵 (空調(diào)泵 )、多級(jí) 泵效率 比單級(jí)泵低, 如選單級(jí)泵和多級(jí)泵同樣都能用時(shí),首先選用單級(jí)泵。4確定泵的具體型號(hào) 確定選用什么系
14、列的泵后,就可按最大流量, ( 在沒有最大流量時(shí),通 ??扇≌A髁康?1.1 倍作為最大流量 ) ,取放大 5% 10%余量后的揚(yáng)程這 兩個(gè)性能的主要參數(shù),在型譜圖或者系列特性曲線上確定具體型號(hào)。操作 如下:利用 泵特性曲線 ,在橫坐標(biāo)上找到所需流量值,在縱坐標(biāo)上找到所需 揚(yáng)程值,從兩值分別向上和向右引垂線或水平線,兩線交點(diǎn)正好落在特性 曲線上,則該泵就是要選的泵,但是這種理想情況一般很少,通常會(huì)碰上 下列兩種情況:第一種:交點(diǎn)在特性曲線上方,這說明流量滿足要求,但揚(yáng)程不夠, 此時(shí),若揚(yáng)程相差不多,或相差5%左右,仍可選用,若揚(yáng)程相差很多,則選揚(yáng)程較大的泵?;蛟O(shè)法減小管路阻力損失。第二種:交
15、點(diǎn)在特性曲線下方,在泵特性曲線扇狀梯形范圍內(nèi) ,就初 步定下此型號(hào),然后根據(jù)揚(yáng)程相差多少,來決定是否切割葉輪直徑,若揚(yáng)程相差很小,就不切割,若揚(yáng)程相差很大,就按所需Q、 H、,根據(jù)其 ns 和切割公式,切割葉輪直徑,若交點(diǎn)不落在扇狀梯形范圍內(nèi),應(yīng)選 揚(yáng)程較小的泵。選泵時(shí),有時(shí)須考慮生產(chǎn)工藝要求,選用不同形狀 Q-H 特 性曲線。5泵型號(hào)確定后,對(duì)水泵或輸送介質(zhì)的物理化學(xué)介質(zhì)近似水的泵,需 再到有關(guān)產(chǎn)品目錄或樣本上,根據(jù)該型號(hào)性能表或性能曲線進(jìn)行校改,看 正常工作點(diǎn)是否落在該泵優(yōu)先工作區(qū)?有效NPSH是否大于( NPSH)。也可反過來以 NPSH校改幾何安裝高度?6對(duì)于輸送粘度大于 20mm2/s的液體泵(或密度大于 1000kg/m3 ), 一定要把以水實(shí)驗(yàn)泵特性曲線換算成該粘度(或者該密度下)的性能曲線, 特別要對(duì)吸入性能和輸入功率進(jìn)行認(rèn)真計(jì)算或較核。7確定泵的臺(tái)數(shù)和備用率:a、對(duì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的泵,一般只用一臺(tái),因?yàn)橐慌_(tái)大泵與并聯(lián)工作的兩臺(tái) 小泵相當(dāng),(指揚(yáng)程、流量相同),大泵效率高于小泵,故從節(jié)能角度講寧可選一臺(tái)大泵,而不用兩臺(tái)小泵,但遇有下列情況時(shí),可考慮
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