机泵维修钳工培训讲义之离心泵

机泵维修钳工培训讲义——之离心泵第一章离心泵的基本原理和结构泵是输送油、水等液体的机械。

•炼油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。

第一节离心泵的分类、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、耐腐蚀泵等。

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,只要打开进口阀门就完成了灌泵工作。

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/h,m3/s,l/s等,当用重量流量G表示时,•其单位为kgf/h,kgf/s等,G与Q之间的关系为:G=Q×γ(γ为输送温度下的液体??重度,单位为kgf/m3)。

2.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.汽蚀余量:离心泵的汽蚀余量是表示泵的性能的主要参数,•用符号Δhr表示,单位为米液柱。

5.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/h,kw•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。

因而,泵的有效功率为:Ne=H.G=γ×Q×H。

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。

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饱和蒸汽压力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"的爆炸声,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.离心泵的吸入特性:(1)泵发生汽蚀的基本条件是:叶片入口处的最低液流压力Pk≤该温度下液体的饱和蒸汽压Pt。

如图1-3所示,吸入罐液面压力为Pa,泵入口法兰断面处的液体压力为Ps,若(Pa-Hg1-h)>s,液体就不断地流进泵的入口(h为吸入管路的水力损失)。

液体从泵入口S•处流到叶轮入口O-O断面的过程中,没有能量加入,所以液体的压力还会从Ps降低到Po。

可是,经研究发现,O-O断面还不是叶轮内液体压力最低点,•最低压力点是在叶片入口稍后的某一点K处。

所以,要避免发生汽蚀,应该使Pk>t,•即在泵入口处的液流具有的能头除了要高出液体的汽化压力Pt外,还应当有一定的富余能头,•这个富余能头习惯上称为有效汽蚀余量。

液体从泵入口到叶轮内最低压力点K处所降低的能量,•习惯上称为泵的最小汽蚀余量。

(2)有效汽蚀余量:液体流自吸液罐,经吸入管路到达泵吸入口后•,所富余的高出汽化压力的那部分能头。

用Δha表示。

(3)泵的必须汽蚀余量:液流从泵入口到叶轮内最低压力点K处的全部能量损失,用Δhr表示。

(4)Δhr与Δha的区别和联系:A.Δha的大小与泵装置的操作条件有关(如吸液罐内压力、•吸入管路的几何安装高度、阻力损失、液体性质、温度等),•而与泵本身结构无关。

B.Δhr的大小取决于泵的结构(如吸入室与叶轮进口的几何形状)以及泵的转速和流量,而与吸入管路系统无关。

C.Δhr的大小在一定程度上表示一台泵本身抗汽蚀的性能,•也是离心泵的一个重要参数。

D.Δha>Δhr,表示液体到叶轮最低压力点K处时,其压力还可高于液体的饱和蒸汽压而不致汽化,所以就不会发生汽蚀。

反之,当Δha<Δhr时,液体就汽化,泵就发生汽蚀。

这样,离心泵发生汽蚀的判别条件可写成:Δha>Δhr 泵不汽蚀Δha=Δhr 泵开始汽蚀Δha<Δhr 泵严重汽蚀(5)对于一台泵,为了保证其安全运行而不发生汽蚀,对于泵的必须汽蚀余量还应加一个安全裕量,一般取0.5米液柱。

于是,泵的允许汽蚀余量为:[Δhr]=Δhr＋0.5。

(6泵的允许几何安装高度表达式为:[Hg1]=(Pa-Pt)/r-h(A～S)-[Δhr]。

(7)提高离心泵抗汽蚀性能的方法有:A.改进机泵结构,降低Δhr,属机泵设计问题。

B.提高装置内的有效汽蚀余量:最主要最常用的方法是采用灌注头吸入装置,•即吸液罐液面比泵的轴线位置高,公式Δha=(Pa-Pt)/r-Hg1-h(A～S)中的Hg1•就为负值,Δha就提高。

在炼油厂内,绝大多数泵是罐注头式的,只要打开进口阀,在灌泵的同时给泵加了一个灌注头。

第四节离心泵的变速和叶轮切割一.泵的变速--比例定律1.离心泵的变速:一台离心泵,当它的转速改变时,其额定流量、扬程和轴功率都将按一定比例关系发生改变,使用中靠改变原动机的驱动速度,•可以使泵的性能得到调节，如图1-4所示。

目前,•采用变频调速电机来实现离心泵的变速,是一条新的重要的节能途径。

2.比例定律的表达式:Q1/Q2=n1/n2H1/H2=(n1/n2)2N1/N2=(n1/n2)3式中,Q、H、N表示泵的额定流量、扬程和轴功率下标1,2分别表示不同的转速n表示转速二.离心泵叶轮的切割1.切割的目的:一台离心泵,在一定的转速下仅有一条性能曲线,•为扩大泵的工作范围,常采用切割叶轮外径的方法，如图1-5所示,即减少D2,•使其工作范围由一条线变成一个面，如图1-6所示。

2.切割定律的表达式:Q'/Q=D2'/D2H'/H=(D2'/D2)2N'/N=(D2'/D2)3式中,Q、H、N表示泵的额定流量、扬程和轴功率角标'表示叶轮切割后的对应参数D2表示叶轮的外直径3.切割的限度:切割定律表明,减小D2的方法可以在泵转速不变的情况下使泵的性能曲线下降,但是,叶轮的切割不是无止境的,过量切割,•不但会大大影响效率,而且Q、H等的改变量也会同切割定律有较大偏差。