泵的分類及用途

1、第四章 泵4.1 泵的分類及用途泵的分類及用途4.2 離心泵的典型結(jié)構(gòu)與工作原理離心泵的典型結(jié)構(gòu)與工作原理4.3 工作原理及基本方程式工作原理及基本方程式4.4 離心泵的吸入特性一汽蝕離心泵的吸入特性一汽蝕4.5 離心泵的性能及調(diào)節(jié)離心泵的性能及調(diào)節(jié)4.6 相似理論的應(yīng)用相似理論的應(yīng)用4.7 泵的主要零部件泵的主要零部件4.8 泵的選用泵的選用4.1 泵的分類及用途泵的分類及用途 泵是把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的能量，用來增壓輸送液體的機(jī)械。 泵是國民經(jīng)濟(jì)中應(yīng)用最廣泛、最普遍的通用機(jī)械，除了水利、電力、農(nóng)業(yè)和礦山等大量采用外，尤以石油化工生產(chǎn)用量最多。而且由于化工生產(chǎn)中原料、半成品和最終產(chǎn)品中很多是具

2、有不同物性的液體，如腐蝕性、固液兩相流、高溫或低溫等，要求有大量的具有一定特點(diǎn)的化工用泵來滿足工藝上的要求。這方面的技術(shù)發(fā)展產(chǎn)品開發(fā)一直是十分活躍的。葉片式泵(透平式泵)：離心泵 軸流泵 混流泵 旋渦泵容積式泵往復(fù)泵：活塞泵 柱塞泵 隔膜泵回轉(zhuǎn)泵：齒輪泵 螺桿泵 滑片泵其他類型泵：噴射泵 水錘泵 真空泵另外，按壓力分為低壓泵（低于2MPa）中壓泵（2-6MPa）高壓泵（高于6MPa）4.2 離心泵的典型結(jié)構(gòu)與工作原理離心泵的典型結(jié)構(gòu)與工作原理 可按使用目的、介質(zhì)種類、結(jié)構(gòu)型式等進(jìn)行分類。這里主要介紹按結(jié)構(gòu)型式作如下分類：(1)(1)按流體吸入葉輪的方式：單吸式泵按流體吸入葉輪的方式：單吸式泵

3、雙吸式泵雙吸式泵(2)(2)按級(jí)數(shù)分類：單級(jí)泵按級(jí)數(shù)分類：單級(jí)泵 多級(jí)泵多級(jí)泵(3)(3)按泵體形式分類：蝸殼泵按泵體形式分類：蝸殼泵 筒形泵筒形泵(4)(4)按主軸安放情況分類：臥式泵按主軸安放情況分類：臥式泵 立式泵立式泵 斜式泵斜式泵4.3 工作原理及基本方程式工作原理及基本方程式流量流量 揚(yáng)程揚(yáng)程 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 氣蝕余量氣蝕余量有效功率有效功率 容積效率容積效率 水力效率水力效率 機(jī)械效率機(jī)械效率 總效率總效率流量是泵在單位時(shí)間內(nèi)輸送出去的液體量。單位是m/s，用 表示質(zhì)量，單位是kg/s。mqmqq 式中 為液體的密度，常溫清水31000/kg m 旋轉(zhuǎn)葉輪傳遞給單位重量液體的能量，亦稱

4、理論揚(yáng)程?？紤]有限葉片數(shù)受滑移的影響，較無限多葉片數(shù)葉輪做功能力減小，在離心泵中常使用如下的兩個(gè)半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算Ht。斯托道拉公式斯托道拉公式 普夫萊德公式普夫萊德公式222221rAtcctguuHg4.4 離心泵的吸入特性一汽蝕離心泵的吸入特性一汽蝕 (1) (1)氣蝕發(fā)生的機(jī)理氣蝕發(fā)生的機(jī)理 (2)(2)氣蝕發(fā)生的危害氣蝕發(fā)生的危害（1 1） 氣蝕發(fā)生的機(jī)理氣蝕發(fā)生的機(jī)理（2 2） 氣蝕發(fā)生的危害氣蝕發(fā)生的危害汽蝕是水力機(jī)械的特有現(xiàn)象，它帶來許多嚴(yán)重的后果。a汽蝕使過流部件被剝蝕破壞；b汽蝕使泵的性能下降；c汽蝕使泵產(chǎn)生噪音和振動(dòng)。有效汽蝕余量是指液流自吸液罐(池)經(jīng)吸入管路到達(dá)泵的吸入口

5、后，Pv高出汽化壓力 所富余的那部分能量頭，用 表示aNPSHVAagA SppNPSHHH(1)提高離心泵本身抗汽蝕的性能改進(jìn)泵的吸入口至葉輪葉片入口附近的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用前置誘導(dǎo)輪，如圖所示。采用雙吸式葉輪。設(shè)計(jì)工況采用稍大的正沖角。采用抗汽蝕的材料。(2)提高進(jìn)液裝置汽蝕余量的措施增加泵前儲(chǔ)液罐中液面上的壓力，如圖所示減小泵前吸上裝置的安裝高度。將吸上裝置改為倒罐裝置，如圖所示減小泵前管路上的流動(dòng)損失葉輪結(jié)構(gòu)改進(jìn)圖葉輪結(jié)構(gòu)改進(jìn)圖前置誘導(dǎo)輪前置誘導(dǎo)輪采用前置誘導(dǎo)輪，如圖所示，使液流在前置誘導(dǎo)輪中提前接受誘導(dǎo)葉片做功，以提高液流的壓力。吸入裝置吸入裝置倒罐裝置倒罐裝置4.5 離心泵的性能及調(diào)節(jié)

6、離心泵的性能及調(diào)節(jié)（1 1） 泵的特性曲線泵的特性曲線（2 2） 泵在不穩(wěn)定工況下工作泵在不穩(wěn)定工況下工作（1 1） 泵的特性曲線泵的特性曲線（2 2） 泵在不穩(wěn)定工況下工作泵在不穩(wěn)定工況下工作（1) 不穩(wěn)定工作點(diǎn)的辨別 （2） 不穩(wěn)定工作示例（3）不穩(wěn)定工作的條件pipeVVdHdHdqdq穩(wěn)定穩(wěn)定pipeVVdHdHdqdq不穩(wěn)定不穩(wěn)定式中 為裝置（即管網(wǎng)）所需揚(yáng)程。pipeH（1 1） 改變工況點(diǎn)的三種途徑改變工況點(diǎn)的三種途徑（2 2） 改變泵特性曲線的調(diào)節(jié)改變泵特性曲線的調(diào)節(jié)（3 3） 改變裝置特性曲線的調(diào)節(jié)改變裝置特性曲線的調(diào)節(jié)（1 1） 改變工況點(diǎn)的三種途徑改變工況點(diǎn)的三種途徑泵的

7、運(yùn)行工況點(diǎn)是泵特性曲線和裝置特性曲線的交點(diǎn)，改變工況點(diǎn)有三種途徑：a改變泵的特性曲線；b改變裝置的特性曲線；c同時(shí)改變泵和裝置的特性曲線。（2 2） 改變泵特性曲線的調(diào)節(jié)改變泵特性曲線的調(diào)節(jié)a轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)b切割葉輪外徑調(diào)節(jié)c改變前置導(dǎo)葉葉片角度調(diào)節(jié)d改變半開式葉輪葉片端部間隙調(diào)節(jié)e泵的并聯(lián)或串聯(lián)調(diào)節(jié)（3 3） 改變裝置特性曲線的調(diào)節(jié)改變裝置特性曲線的調(diào)節(jié)a. a. 閘閥調(diào)節(jié)閘閥調(diào)節(jié) b. b. 液位調(diào)節(jié)液位調(diào)節(jié) c. c. 旁路分流調(diào)節(jié)旁路分流調(diào)節(jié)這種調(diào)節(jié)方法簡便，使用最廣，但能量損失很大，且泵的揚(yáng)程曲線愈陡，損失愈嚴(yán)重。(1)啟動(dòng)前的準(zhǔn)備工作 a啟動(dòng)前檢查 b充水 c暖泵(2)啟動(dòng)程序(3)適行

8、中的注意事項(xiàng)潤滑油的名稱、型號(hào)、主要性能和加注數(shù)量是否符合技術(shù)文件的要求；軸承潤滑系統(tǒng)、密封系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)是否完好，軸承的油路、水路是否暢通；盤動(dòng)泵的轉(zhuǎn)子12轉(zhuǎn)，檢查轉(zhuǎn)子是否有摩擦或卡住現(xiàn)象；在聯(lián)軸器附近或皮帶防護(hù)裝置等處，是否有妨礙轉(zhuǎn)動(dòng)的雜物；泵、軸承座、電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)地腳螺栓是否松動(dòng)；泵工作系統(tǒng)的閥門或附屬裝置均應(yīng)處于泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)負(fù)荷最小的位置，應(yīng)關(guān)閉出口調(diào)節(jié)閥；點(diǎn)動(dòng)泵，看其葉輪轉(zhuǎn)向是否與設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向一致，若不一致，必需使葉輪完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，調(diào)整電動(dòng)機(jī)接線后，方可再啟動(dòng)。4.6 相似理論的應(yīng)用相似理論的應(yīng)用 通常對(duì)葉式泵內(nèi)的流動(dòng)而言，兩泵流動(dòng)相似應(yīng)具備幾何相似和運(yùn)動(dòng)相似，而運(yùn)動(dòng)相似僅要求葉輪進(jìn)口速度

9、三角形相似。保持流動(dòng)相似的工況稱為相似工況。兩泵在相似工況下的性能參數(shù)符合相似定律表達(dá)式。(1)流量關(guān)系 (2)揚(yáng)程關(guān)系 (3)功率關(guān)系簡化的相似定律表達(dá)式 比例定律表達(dá)式3VVlVVqnqn22hydlhydHnHn35mlmNnNn 3VlVqnqn22lHnHn35lNnNnVVqnqn2HnHn3NnNn (1)什么是比轉(zhuǎn)數(shù) (2)比轉(zhuǎn)數(shù)的計(jì)算式 (3)氣蝕比轉(zhuǎn)數(shù) (4)比轉(zhuǎn)數(shù)的應(yīng)用比轉(zhuǎn)數(shù)是用來判別離心泵工況的相似準(zhǔn)數(shù)。轉(zhuǎn)速固定的泵，僅有一條揚(yáng)程流量曲線。為了擴(kuò)大其工作范圍，可采用切割葉輪外徑的方法，使工作范圍由一條線變成一個(gè)面。切割葉輪前后的性能參數(shù)變化關(guān)系，可近似的由切割定律來表達(dá)

10、。式中右上角打撇的參數(shù)為切割后的參數(shù)，D2為葉輪外徑。使用切割定律的切割量不能太大，經(jīng)驗(yàn)證明，允許的最大相對(duì)切割量與比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)。22VVqDqD222DHHD322DNND考慮到運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，要求泵應(yīng)在較高效率范圍內(nèi)工作。通常規(guī)定以最高效率下降為界，中國規(guī)定 5%8%，一般取7%。 為促進(jìn)泵的生產(chǎn)、優(yōu)選品種、擴(kuò)大批量、降低成本，而又能較好的滿足廣大用戶的各種要求，有必要實(shí)現(xiàn)泵的系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化。而編制泵的系列型譜，是實(shí)現(xiàn)“三化”的一項(xiàng)重要工作。4.7 泵的主要零部件泵的主要零部件（1 1） 對(duì)葉輪的要求對(duì)葉輪的要求（2 2） 葉輪的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)葉輪的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)（3 3） 葉輪的結(jié)構(gòu)型式

11、葉輪的結(jié)構(gòu)型式（1 1） 對(duì)葉輪的要對(duì)葉輪的要求求葉輪應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和鋼度；流道形狀為符合液體流動(dòng)規(guī)律的流線型，液流速度分布均勻，流道阻力盡可能小，流道表面粗糙度較小；材料應(yīng)具有較好的耐磨性；葉輪應(yīng)具有良好的靜平衡和動(dòng)平衡；結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝性好。離心泵的葉輪一般都是鑄造而成。（2 2） 葉輪的主要結(jié)構(gòu)參葉輪的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)a葉片在葉輪進(jìn)、出口處的安裝角b葉片數(shù)目葉片在葉輪進(jìn)口處的安裝角 通常是按設(shè)計(jì)流量下液體流進(jìn)葉輪時(shí)的相對(duì)速度 的方向角 而定。當(dāng) 時(shí)，有利于減小沖擊損失。有時(shí)為了改善泵的汽蝕性能，一般取沖角 ，為正沖角。液道出口處的安裝角 ，通常取 ，以獲得較大的反作用度，減少轉(zhuǎn)能損失。1

12、A11A1A1=1A1= -3 102A2ooA=20 30 (1)單級(jí)泵軸向力的平衡 a采用雙吸式葉輪 b開平衡孔 c采用平衡葉片 d采用平衡管(2) 多級(jí)泵軸向力的平衡 采用雙吸式葉輪不但可以平衡軸向力而且有利于提高泵的吸入能力，多用于大流量的泵。 開平衡孔的辦法可使葉輪兩側(cè)的壓力基本上得到平衡，但由于液流通過平衡孔有一定的阻力，所以仍有少部分的軸向力不能完全平衡，并且會(huì)使泵的效率降低，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，多用于小泵上。 采用平衡葉片的方法是在葉輪后蓋板的背面設(shè)有若干徑向葉片。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，它可以推動(dòng)液體旋轉(zhuǎn)，使葉輪背面靠葉輪中心部分的液體壓力下降，其下降程度與葉片的尺寸及葉片與泵殼的間隙大

13、小有關(guān)。其優(yōu)點(diǎn)是：減小軸向力，減少軸封的負(fù)荷；防止懸浮的固體顆粒進(jìn)入軸封。但對(duì)于易于與空氣混合而燃燒爆炸的液體，不宜采用此法。 接平衡管的方法是將葉輪背面和入口用壓力平衡管連通來平衡軸向力。這種方法比開平衡孔方法優(yōu)越，因它不干擾泵入口液流的流線，效率相對(duì)較高。 多級(jí)泵平衡軸向力主要有用葉輪對(duì)稱布置或采用專門的平衡軸向力裝置。如平衡鼓(或稱為卸荷盤)和自動(dòng)平衡盤。 在離心泵中，為了密封泵軸穿出泵殼的間隙，經(jīng)常采用的密封型式有填料密封和機(jī)械密封。近年來，采用機(jī)械密封逐漸增多。(1)(1)填料密封填料密封(2)(2)機(jī)械密封機(jī)械密封(1)(1)填料密封填料密封 在填料密封中常用的填料有：石墨浸棉織物

14、填料，石墨浸石棉填料，金屬滔包石棉芯子填料。填料密封具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是填料密封是靠將填料緊壓在密封室內(nèi)使其抱緊泵軸來密封的，因此磨損及摩擦功耗較大，泄露較大，使用壽命短，需要經(jīng)常擰緊填料壓蓋，并且更換填料頻繁。因此對(duì)于密封要求較嚴(yán)格或密封介質(zhì)壓力較高時(shí)，一般的填料密封不宜采用。(2)(2)機(jī)械密封機(jī)械密封a結(jié)構(gòu)及工作原理 b基本型式 c動(dòng)靜環(huán)常用材料 機(jī)械密封又稱端面接觸密封，它是靠一組研配的密封端面而形成動(dòng)密封的。內(nèi)裝式與外裝式；平衡型與非平衡型；單端面與雙端面機(jī)械密封；旋轉(zhuǎn)式和靜止式機(jī)械密封；內(nèi)向流與外向流式機(jī)械密封。 對(duì)動(dòng)靜環(huán)的主要性能要求：有良好的耐磨性和較高的硬度，導(dǎo)熱

15、性好，有較高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，有較大的彈性模數(shù)和較好的抗沖擊性。 動(dòng)靜環(huán)常用的材料：硬質(zhì)合金，鑄鐵，石墨及陶瓷等。4.8 泵的選用泵的選用（1 1） 選用原則選用原則（2 2） 各種泵的使用范圍各種泵的使用范圍（3 3） 選用分類選用分類（1 1） 選用原選用原則則 根據(jù)所輸送的流體性質(zhì)選擇不同用途、不同類型的泵。 流量、揚(yáng)程必須滿足工作中所需要的最大負(fù)荷。 從節(jié)能觀點(diǎn)選泵，一方面要盡可能選用效率高的泵，另一方面必須使泵的運(yùn)行工作點(diǎn)長期位于高效區(qū)之內(nèi)。 為防止發(fā)生汽蝕，要求泵的必須汽蝕余量NPSHa小于裝置汽蝕余量NPSHa。 按輸送工質(zhì)的特殊要求選泵。 所選擇的泵應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡單、易于操

16、作與維修、體積小、重量輕、設(shè)備投資少等特點(diǎn)。 當(dāng)符合用戶要求的泵有兩種以上的規(guī)格時(shí)，應(yīng)以綜合指標(biāo)高者為最終選定的泵型號(hào)。（2 2） 各種泵的使用范各種泵的使用范圍圍（3 3） 選用分選用分類類a按性能要求選用 在泵的運(yùn)行過程中，揚(yáng)程變化大的，選用揚(yáng)程曲線斜率大的混流泵、軸流泵較適宜；流量變化大的宜選用揚(yáng)程曲線平緩、壓力變化小的離心泵。如果考慮吸水性能，則流量相同、轉(zhuǎn)速相同的條件下，雙吸泵較為優(yōu)越。選用立式泵，并把葉輪部位置于水下，對(duì)防止汽蝕是有利的。b按工作介質(zhì)選用粘性介質(zhì)輸送 含氣液體的輸送低溫液化氣的輸送 含固體顆粒液體的輸送不允許泄漏液體的輸送 腐蝕性介質(zhì)的輸送 (1)(1)泵的兩種實(shí)際

17、選擇方法泵的兩種實(shí)際選擇方法(2)(2)泵的選擇步驟泵的選擇步驟a利用“泵型譜”選擇 b利用“泵性能表”選擇將所需要的流量qv和揚(yáng)程H畫到該型式的系列型譜圖上，看其交點(diǎn)M落在哪個(gè)切割工作區(qū)四邊形中，即可讀出該四邊形內(nèi)所標(biāo)注的離心泵型號(hào)。如果交點(diǎn)M不是恰好落在四邊形的上邊線上，則選用該泵后，可應(yīng)用切割葉輪直徑或降低工作轉(zhuǎn)速的方法改變泵的性能曲線，使其通過M點(diǎn)。這就應(yīng)從泵樣本或系列性能表中查出該泵的泵性能曲線，以便換算。如果交點(diǎn)M并不落在任一個(gè)工作區(qū)的四邊形中，這說明沒有一臺(tái)泵能滿足工作要求。在這種情況下，可適當(dāng)改變泵的臺(tái)數(shù)或改變泵所需要的流量和揚(yáng)程(如用排出閥調(diào)節(jié))等來滿足要求。(1)(1)泵的兩種實(shí)際選擇方法泵的兩種實(shí)際選擇方法a利用“泵型譜”選擇 b利用“泵性能表”選擇根據(jù)初步確定的泵的類型，在這種類型的泵性能表中查找與所需要的流量和揚(yáng)程相一致或接近的一種或幾種型號(hào)泵。若有兩種或兩種以上都能滿足基本要求，再對(duì)其進(jìn)行比較，權(quán)衡利弊，最后選定一種。如果在這種型式泵系列中找不到合適的型號(hào)，則可換一種系列或暫選一種比較接近要求的型號(hào)，通過改變?nèi)~輪直徑或改變轉(zhuǎn)速等措施，使其滿足適用要求。 (1)