化工機械及設備課件

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

葉輪是直接對泵內液體做功的部件，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。泵殼側旁的排出口與裝有調節(jié)閥門的排出管路相連接。二、離心泵的工作原理

當離心泵啟動后，泵軸帶動葉輪一起作高速旋轉運動，使預先充灌在葉片間的液體旋轉，在離心力的作用下，液體自葉輪中心向外周作徑向運動。當液體自葉輪中心甩向外周的同時，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，致使液體被吸進葉輪中心。液體在流經(jīng)葉輪的運動過程獲得了能量，靜壓能增高，流速增大。當液體離開葉輪進入泵殼后，由于殼內流道逐漸擴大而減速，部分動能轉化為靜壓能，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，而且又是一個轉能裝置。依靠葉輪的不斷運轉，液體便連續(xù)地被吸入和排出。液體在離心泵中獲得的機械能量最終表現(xiàn)為靜壓能的提高。兩個過程：吸入過程和排出過程

需要強調指出的是，若在離心泵啟動前沒向泵殼內灌滿被輸送的液體，由于空氣密度低，葉輪旋轉后產(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的液體從殼內流出?？諝鈴奈牍艿肋M到泵殼中也會造成氣縛。三、主要性能參數(shù)1、流量：單位時間內輸送的液體數(shù)量。

體積流量qv單位為m3/h，質量流量qm單位為kg/s

qm=qv2、揚程：離心泵的壓頭H，又稱揚程，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和原動機功率。離心泵的軸功率P：即是電機傳給泵軸的功率，單位為W或kW。離心泵的有效功率Pe：是指單位時間內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、轉速n是指泵軸每分鐘的轉數(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：

（1）H～Q：Q↑→H↓（2）N～Q：Q↑→N↑，Q=0，Nmin（最?。?；（3）η～Q：先Q↑→η↑，達ηmax（最大）后Q↑→η↓，ηmax點——設計點。其下的H、Q、N是最佳工況參數(shù)——標于銘牌上。選擇泵時至少應使其在≥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？

當入口壓強p1〈輸送液體溫度下的飽和蒸汽壓ps時，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幾百甚至上千MPa的極大沖擊壓力，沖擊頻率高達每秒幾萬次，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，氣泡凝結破裂時，液體象許多細

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)麻點以致穿孔，嚴重時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：

除機械破壞外，氣蝕還伴有電解、化學腐蝕等多種復雜的作用。泵在氣蝕條件下運行，泵體震動發(fā)出噪音、流量明顯下降，壓頭、效率大幅度降低。嚴重時不能吸上液體。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”）結合輸

送液體的性質確定泵的“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。材料強度和韌性越高，硬度和化學穩(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）合理確定兩個高度（3）設置前置泵

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，主要構造仍然基本相同。主要元件有轉子、泵殼，軸向力平衡裝置，密封裝置，冷卻裝置，以及軸承與機架等組成。

1、葉輪

葉輪是將原動機輸入的機械能傳遞給液體，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荷，而采用徑向止推軸承來承受軸向負荷。3、吸入室離心泵吸入管法蘭至葉輪進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，引導液體平穩(wěn)的進入葉輪，并使葉輪進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、機殼

機殼收集來自葉輪的液體，并使部分流體的動能轉換為壓力能，最后將流體均勻地引向次級葉輪或導向排出口。

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流體的泄漏.

填料式密封機械式密封泵在管路中工作時，由泵的性能曲線和管路特性曲線決定其運行工況。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：當流量發(fā)生變化時，阻力也發(fā)生變化。七、離心泵的運行及維護

泵的工作點MA'AB'BHBHB'HA'HAqvMqvBqvA工作點：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M點，M點就叫作泵在管路中的工作點。泵在M點工作時能達到平衡、穩(wěn)定離心泵工況運行的調節(jié)運行工況調節(jié)：泵在運行時，由于外界負荷的變化而要求改變其工況，用人為的方法改變其工況點。而工況點的調節(jié)則是流量的調節(jié)。離心泵的運行工況調節(jié)（有三種方法）切割外圓法；變速調節(jié)法；離心泵出口調節(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，泵的工作點也隨之改變。用這種方法調節(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。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。變速調節(jié)：在管路特性不變時，用改變轉速來改變泵的性能曲線，從而改變它們的工作點。當轉速改變后，揚程和流量都會發(fā)生改變，隨著轉速的提高，流量和揚程都會增大。用此方法來調節(jié)流量和揚程不會產(chǎn)生附加的能量損失，這種方法是最經(jīng)濟的。但原動機應是可調速的。一般中小型泵不采用改變管路特性曲線法：最常用的方法是調節(jié)離心泵的出口開度阻力大小與流量有直接的關系。用這種方法調節(jié)流量，有額外的能量損失，是不經(jīng)濟的。但由于方法簡單，調節(jié)方便,尤其對于小流量、高揚程的離心泵，在啟動瞬間，關閉調節(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機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增加壓頭。兩臺泵串聯(lián)工作時所產(chǎn)生的總揚程小于泵單獨工作時揚程的2倍，而大于串聯(lián)前單獨運行的揚程，且串聯(lián)后的流量也比一臺泵單獨工作時大了。

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增加流量。兩臺泵并聯(lián)運行時的流量等于并聯(lián)時的各臺泵流量之和，并聯(lián)總流量小于兩單機單獨運行的流量和，而并聯(lián)后的揚程卻比一臺泵單獨工作時要高些。

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，油液面是否達到高度；檢查冷卻水供應情況；檢查壓力表、電流表運行情況；手動盤車數(shù)圈；檢查防護網(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）開車前的準備：八、離心泵的分類及型號

按液體性質分:水泵、耐腐蝕泵、油泵、雜質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