化工機(jī)械及設(shè)備課件

流體輸送機(jī)械常用泵——離心泵泵是一種通用機(jī)械，凡是有流體人為流動的地方,就有泵在工作，應(yīng)用極為廣泛，種類很多，以葉片式離心泵應(yīng)用最為普遍。一、離心泵的構(gòu)造離心泵的基本部件是高速旋轉(zhuǎn)的葉輪和固定的蝸牛形泵殼。具有若干個(gè)（通常為6～12個(gè)）后彎葉片的葉輪緊固于泵軸上，并隨泵軸由電機(jī)驅(qū)動作高速旋轉(zhuǎn)。

葉輪是直接對泵內(nèi)液體做功的部件，為離心泵的供能裝置。泵殼中央的吸入口與吸入管路相連接，吸入管路的底部裝有單向底閥。泵殼側(cè)旁的排出口與裝有調(diào)節(jié)閥門的排出管路相連接。二、離心泵的工作原理

當(dāng)離心泵啟動后，泵軸帶動葉輪一起作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使預(yù)先充灌在葉片間的液體旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，液體自葉輪中心向外周作徑向運(yùn)動。當(dāng)液體自葉輪中心甩向外周的同時(shí)，葉輪中心形成低壓區(qū)（真空），在貯槽液面與葉輪中心總勢能差的作用下，致使液體被吸進(jìn)葉輪中心。液體在流經(jīng)葉輪的運(yùn)動過程獲得了能量，靜壓能增高，流速增大。當(dāng)液體離開葉輪進(jìn)入泵殼后，由于殼內(nèi)流道逐漸擴(kuò)大而減速，部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能，最后沿切向流入排出管路。所以蝸形泵殼不僅是匯集由葉輪流出液體的部件，而且又是一個(gè)轉(zhuǎn)能裝置。依靠葉輪的不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，液體便連續(xù)地被吸入和排出。液體在離心泵中獲得的機(jī)械能量最終表現(xiàn)為靜壓能的提高。兩個(gè)過程：吸入過程和排出過程

需要強(qiáng)調(diào)指出的是，若在離心泵啟動前沒向泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體，由于空氣密度低，葉輪旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的離心力小，葉輪中心區(qū)不足以形成吸入貯槽內(nèi)液體的低壓，因而雖啟動離心泵也不能輸送液體。這表明離心泵無自吸能力，此現(xiàn)象稱為氣縛。吸入管路安裝單向底閥是為了防止啟動前灌入泵殼內(nèi)的液體從殼內(nèi)流出。空氣從吸入管道進(jìn)到泵殼中也會造成氣縛。三、主要性能參數(shù)1、流量：單位時(shí)間內(nèi)輸送的液體數(shù)量。

體積流量qv單位為m3/h，質(zhì)量流量qm單位為kg/s

qm=qv2、揚(yáng)程：離心泵的壓頭H，又稱揚(yáng)程，指單位重量（1N）的液體通過離心泵后所獲得的能量，其單位為m3、功率和效率泵的功率分為軸功率P、有效功率Pe和原動機(jī)功率。離心泵的軸功率P：即是電機(jī)傳給泵軸的功率，單位為W或kW。離心泵的有效功率Pe：是指單位時(shí)間內(nèi)通過泵的流體所獲得的功率，即泵的輸出功率，單位為W或kW。泵的效率為有效功率與軸功率之比。=Pe

/P×100%4、轉(zhuǎn)速n是指泵軸每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，單位為r/min。四、性能曲線離心泵的特性曲線

特性曲線指H～Q、N～Q及η～Q等的關(guān)系曲線。由泵的制造廠家提供，附于樣本或說明書中。上圖即為某一轉(zhuǎn)速下，典型的B型（單級單吸懸臂式）泵的特性曲線。

特性曲線的共同特點(diǎn)：

（1）H～Q：Q↑→H↓（2）N～Q：Q↑→N↑，Q=0，Nmin（最?。?；（3）η～Q：先Q↑→η↑，達(dá)ηmax（最大）后Q↑→η↓，ηmax點(diǎn)——設(shè)計(jì)點(diǎn)。其下的H、Q、N是最佳工況參數(shù)——標(biāo)于銘牌上。選擇泵時(shí)至少應(yīng)使其在≥92%ηmax下工作五、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與允許吸上高度

1、離心泵的汽蝕現(xiàn)象問題：葉輪入口形成的低壓越低，液體被吸入泵的可靠性越大？

當(dāng)入口壓強(qiáng)p1〈輸送液體溫度下的飽和蒸汽壓ps時(shí)，液體會汽化。汽化量與△p=p1-ps成正比。氣泡與葉片間的液體一同拋向葉輪外緣，過程中氣泡受到壓力的作用迅速地凝結(jié)或破裂，氣泡的消失產(chǎn)生局部的真空，其周圍的液體以極其高速涌向該空間造成達(dá)幾百甚至上千MPa的極大沖擊壓力，沖擊頻率高達(dá)每秒幾萬次，沖擊使泵體產(chǎn)生震動并發(fā)出噪音。

氣泡多發(fā)生在葉輪入口附近，氣泡凝結(jié)破裂時(shí)，液體象許多細(xì)

小的高頻沖擊“水錘”（600～25000Hz）那樣擊打著葉輪和殼體的表面，使材料表面出現(xiàn)麻點(diǎn)以致穿孔，嚴(yán)重時(shí)金屬晶粒松動并剝落沖蝕成蜂窩狀，甚至斷裂，以至葉輪或泵殼不能使用。這種現(xiàn)象——汽蝕。

汽蝕對泵工作的影響：

除機(jī)械破壞外，氣蝕還伴有電解、化學(xué)腐蝕等多種復(fù)雜的作用。泵在氣蝕條件下運(yùn)行，泵體震動發(fā)出噪音、流量明顯下降，壓頭、效率大幅度降低。嚴(yán)重時(shí)不能吸上液體。為避免氣蝕現(xiàn)象，必須保證P1min>Ps。

有效方法：按泵的“允許吸上高度”（或“汽蝕余量”）結(jié)合輸

送液體的性質(zhì)確定泵的“安裝高度”。

1、提高泵本身的抗汽蝕性能（1）降低葉輪入口部分流速（2）采用雙吸式葉輪（3）采用誘導(dǎo)輪（4）采用雙重翼葉輪（5）采用超汽蝕泵：采用抗汽蝕材料制造葉輪，延長葉輪的使用壽命。材料強(qiáng)度和韌性越高，硬度和化學(xué)穩(wěn)定性越高，葉輪流道表面越光，則抗汽蝕性能越好2、提高吸入系統(tǒng)裝置的有效汽蝕余量（1）減小吸入管路的流動損失（2）合理確定兩個(gè)高度（3）設(shè)置前置泵

2、允許吸上真空高度允許吸上真空高度：

[HS]=HSMAX—（0.3~0.5）允許幾何安裝高度：

[Hg]=[Hs]—vs2/2g—hw使用條件下允許吸上真空高度：[HS]‘=[HS]—10.33+Hamb+0.24—HV六、泵的主要零部件

（一）離心泵的主要部件

離心泵的種類和型式很多，主要構(gòu)造仍然基本相同。主要元件有轉(zhuǎn)子、泵殼，軸向力平衡裝置，密封裝置，冷卻裝置，以及軸承與機(jī)架等組成。

1、葉輪

葉輪是將原動機(jī)輸入的機(jī)械能傳遞給液體，提高液體能量的核心部件。由葉片、蓋板和輪轂組成。

封閉式半封閉式開式2、軸和軸承軸是傳遞扭矩的主要部件。軸承一般包括兩種形式:滑動軸承和滾動軸承，軸承組合體是轉(zhuǎn)子的支承部分，通常是采用帶油環(huán)的滑動軸承與滾動軸承來承受徑向負(fù)荷，而采用徑向止推軸承來承受軸向負(fù)荷。3、吸入室離心泵吸入管法蘭至葉輪進(jìn)口前的空間過流部分稱為吸入室。其作用為在最小水力損失下，引導(dǎo)液體平穩(wěn)的進(jìn)入葉輪，并使葉輪進(jìn)口處的流速盡可能均勻的分布。直錐形吸入室彎管形吸入室環(huán)形吸入室半螺旋形吸入室4、機(jī)殼

機(jī)殼收集來自葉輪的液體，并使部分流體的動能轉(zhuǎn)換為壓力能，最后將流體均勻地引向次級葉輪或?qū)蚺懦隹凇?/p>

螺旋形

環(huán)形5、密封裝置

密封裝置主要用來防止壓力增加時(shí)流體的泄漏.

填料式密封機(jī)械式密封泵在管路中工作時(shí)，由泵的性能曲線和管路特性曲線決定其運(yùn)行工況。管路特性：管路中通過的流量與所需要消耗的能量之間的關(guān)系特性曲線。而管路輸送所需的外加總壓頭稱管道阻力。Hc=Hst+qv2這就是管路特性曲線方程：當(dāng)流量發(fā)生變化時(shí)，阻力也發(fā)生變化。七、離心泵的運(yùn)行及維護(hù)

泵的工作點(diǎn)MA'AB'BHBHB'HA'HAqvMqvBqvA工作點(diǎn)：將泵的特性曲線與管路特性曲線按同一比例繪制在同一張圖上，則兩條曲線相交于一點(diǎn)M點(diǎn)，M點(diǎn)就叫作泵在管路中的工作點(diǎn)。泵在M點(diǎn)工作時(shí)能達(dá)到平衡、穩(wěn)定離心泵工況運(yùn)行的調(diào)節(jié)運(yùn)行工況調(diào)節(jié)：泵在運(yùn)行時(shí)，由于外界負(fù)荷的變化而要求改變其工況，用人為的方法改變其工況點(diǎn)。而工況點(diǎn)的調(diào)節(jié)則是流量的調(diào)節(jié)。離心泵的運(yùn)行工況調(diào)節(jié)（有三種方法）切割外圓法；變速調(diào)節(jié)法；離心泵出口調(diào)節(jié)法。前兩種方法改變了泵的特性曲線，后一種方法則改變了泵的管路特性。

改變泵的特性曲線法：切割葉輪外圓法：葉輪切割后直徑變小，可以改變泵的qv－H曲線，泵的工作點(diǎn)也隨之改變。用這種方法調(diào)節(jié)流量，一臺基本型號的離心泵可配備幾臺不同直徑的葉輪，可按需選用。此法較經(jīng)濟(jì)。葉輪的切割量不能太大，否則就不能保證切割前后葉輪出口的通流面積和安置角基本不變，泵效率也將明顯下降，切割定律失效。為了保證泵有較高的工作效率，故規(guī)定葉輪的最大切割量。變速調(diào)節(jié)：在管路特性不變時(shí)，用改變轉(zhuǎn)速來改變泵的性能曲線，從而改變它們的工作點(diǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)速改變后，揚(yáng)程和流量都會發(fā)生改變，隨著轉(zhuǎn)速的提高，流量和揚(yáng)程都會增大。用此方法來調(diào)節(jié)流量和揚(yáng)程不會產(chǎn)生附加的能量損失，這種方法是最經(jīng)濟(jì)的。但原動機(jī)應(yīng)是可調(diào)速的。一般中小型泵不采用改變管路特性曲線法：最常用的方法是調(diào)節(jié)離心泵的出口開度阻力大小與流量有直接的關(guān)系。用這種方法調(diào)節(jié)流量，有額外的能量損失，是不經(jīng)濟(jì)的。但由于方法簡單，調(diào)節(jié)方便,尤其對于小流量、高揚(yáng)程的離心泵，在啟動瞬間，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥門，還可以減少啟動功率。2）同型號泵的串、并聯(lián)

串聯(lián):

指前一臺泵的出口向另一臺泵或風(fēng)機(jī)的入口輸送流體的工作方式。串聯(lián)的目的是在流量相同時(shí)增加壓頭。兩臺泵串聯(lián)工作時(shí)所產(chǎn)生的總揚(yáng)程小于泵單獨(dú)工作時(shí)揚(yáng)程的2倍，而大于串聯(lián)前單獨(dú)運(yùn)行的揚(yáng)程，且串聯(lián)后的流量也比一臺泵單獨(dú)工作時(shí)大了。

組合后，泵的特性曲線由單泵同—Q下H的倍數(shù)確定。并聯(lián)

：

并聯(lián)是指兩臺或兩臺以上的泵向同一壓力管路輸送流體的工作方式。并聯(lián)的目的是在壓頭相同時(shí)增加流量。兩臺泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的流量等于并聯(lián)時(shí)的各臺泵流量之和，并聯(lián)總流量小于兩單機(jī)單獨(dú)運(yùn)行的流量和，而并聯(lián)后的揚(yáng)程卻比一臺泵單獨(dú)工作時(shí)要高些。

組合后，泵的特性曲線由單泵同—H下Q的倍數(shù)確定。

由組合泵的特性曲線可以看出：經(jīng)組合后，串聯(lián)未使壓頭翻倍，并聯(lián)未使流量翻倍。而是壓頭、流量均有提高。生產(chǎn)中究竟采用何種組合方式比較經(jīng)濟(jì)合理，則決定于管路曲線的形狀。對于管路特性曲線較平坦的低阻管路(如圖中曲線a所示)，采用并聯(lián)組合，可獲得較串聯(lián)組合為高的流量和壓頭；對于管路特性曲線較陡的高阻管路(圖中曲線b)，采用串聯(lián)組合，可獲得較并聯(lián)組合高的流量和壓頭。對于值高于單泵所能提供最大壓頭的特定管路，則必須采用串聯(lián)組合方式。思考：如何正確操作離心泵？檢查地腳螺栓有無松動；檢查是否灌好泵，潤滑油是否合格，油液面是否達(dá)到高度；檢查冷卻水供應(yīng)情況；檢查壓力表、電流表運(yùn)行情況；手動盤車數(shù)圈；檢查防護(hù)網(wǎng)是否完好。待一切完好則可開車。（請看開車和停車的操作動畫）開車前的準(zhǔn)備：八、離心泵的分類及型號

按液體性質(zhì)分:水泵、耐腐蝕泵、油泵、雜質(zhì)泵按葉輪吸入方式分：單吸式、雙吸式按葉輪數(shù)目分：單級式、多級式如果要求的壓頭（揚(yáng)程）較高，可采用多級離心泵，其系列代號為“D”。如要求的流量很大，可采用