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1、水泵原理讲座,水泵分类 离 心 泵 密 封,离心泵的类型,按被输送液体的性质可分为水泵（B型、D型、sh型）、耐腐蚀泵(F型)、油泵（Y型）等，按吸入方式分单吸泵与双吸泵。各种类型的离心泵按其结构特点各自成为一个系列，并以一个或几个汉语拼音字母作为系列的代号。同一系列又分为不同规格。,水泵分类,下列场合需要利用流体输送机械： 1）将流体从低处送到高处； 2）将流体从底压处送到高压处； 3）将流体从甲地送往乙地（管道运输如石油，天然气输送）； 4）抽气（使设备如反应装置维持一定的真空度）。 按工作原理对流体输送机械进行分类有下列几类： 1）离心式，如离心泵； 2）往复式，如计量泵、隔膜泵，往复压
2、缩机； 3）旋转式，如齿轮泵、螺杆泵；（2和3为正位移泵） 4）流体动力作用式，如喷射泵。 在流体输送机械中，输送流体的通常称为泵，输送气体的通常称为风机和压缩机。下面对流体输送机械的操作原理，基本构造，性能特点和选用原则将重点讨论离心泵。,各类泵比较,离心式水泵的种类,按泵的工作环境分为陆地泵、潜水泵； 按泵轴的工作位置可分为横轴泵、立轴泵； 按吸入方式可分为单吸泵、双吸泵；当输送的液体量很大，则采用双吸泵； 按叶轮个数可分为单级泵和多级泵；若所需要的扬程高，可采用多级泵；多级泵壳内，每个叶轮的外周都有导轮，引导液体改变方向(单级泵一般不设导轮)。 按压出室型式可分为涡壳式、导叶式； 按工作
3、介质分为清水泵、污水泵、油泵等；,离心式潜水泵分类,摘自GB/T 9477-88 按潜水电泵的结构及配置方式分为以下五种型式： a. 单相干式下泵型电泵：电机为单相干式，泵置于电机下方； b. 干式下泵型电泵：电机为干式，泵置于电机下方； c. 干式上泵型电泵：电机为干式，泵置于电机上方； d. 充油上泵型电泵：电机为充油式，泵置于电机上方； e. 充水上泵型电泵：电机为充水式，泵置于电机上方。,离心泵工作原理,水泵开动后，叶轮旋转，产生离心力。液体因而从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高；并以很高的速度流入泵壳，在壳内减速，使大部分地动能转换为压力能，然后从排出口进入排出管路。 叶轮内的液体被
4、抛出后，叶轮中心处形成真空。泵的吸入管路一端与叶轮中心处相通，另一端则浸没在输送的液体内，在液面压力(常为大气压)与泵内压力(负压)的压差作用下，液体便经吸入管路进入泵内，填补了被排出液体的位置。只要叶轮不停地转动，离心泵便不断地吸入和排出液体。由此可见离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮所产生的离心力，故名离心泵。,离心泵工作原理,气缚现象： 泵内有空气，使离心泵无自吸能力，这种现象称“气缚现象” ； 离心泵开动时如果泵壳内和吸入管路内没有充满液体，它便没有抽吸液体的能力，这是因为空气的密度比液体小得多，叶轮旋转所产生的离心力不足以造成吸上液体所需的真空度。象这种因泵壳内存在气体
5、而导致吸不上液的现象，称为“气缚”。为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装有止逆阀。 离心泵的出口管路上也装有阀门，用于调节泵的流量。,水泵的欧洲安全标准,Low Voltage Directive 73/23/EEC 低电压指令 相关安全标准： EN 60335-1:2002 家电类产品安全 一般要求 EN 60335-2-41:2003 家电类产品安全 水泵 的特殊要求 EN 50366:2003 家电类产品的EMC测量方法 EMC: Electro-Magnetic Compatibility 电池兼容性,水泵的欧洲安全标准,EMC Directive 89/336/EEC 电磁兼容
6、性指令 相关安全标准： EN 55014-1:2000 家电类产品的EMI安全要求 EN 55014-2:1997 家电类产品的EMS安全要求 EMI: Electro-Magnetic Interference 电磁干扰 EMS: Electro-Magnetic Susceptibility 电磁耐受性,水泵的欧洲安全标准,Directive 2000/14/EC of the European Parliament and of the Council of 8 May 2000 on the approximation of the laws of the Member States
7、relating to the noise emission in the environment by equipment for use outdoors 户外设备环境噪声指令,水泵的主要国内标准,GB/T 16907 离心泵技术条件(I类) GB/T 5656 离心泵技术条件(II类) 参照ISO5199编制而成 GB/T 5657 离心泵技术条件(III类) GB/T 5660 离心泵底座和安装尺寸 参照ISO3661编制而成 GB/T 5662 离心泵标记、性能和尺寸 参照ISO2858编制而成 GB/T 3216 泵试验方法 参照ISO2548、ISO3555编制而成 GB/T 3
8、215-89 练厂、化工及石化用离心泵 通用技术条件 基本参照API610 第6版编制而成 GB/T 12785 潜水电泵 试验方法 GB/T 13007 离心泵 效率 GB/T 9477 小型潜水电泵型式与基本参数 JB/T 51187-1999 井用潜水电泵 产品质量分等,水泵的主要国际标准,ISO5199，Technical Specification for Centrifugal Pumps,Class(离心泵技术规范级),主要依据是德国的DIN标准。其外形尺寸、性能符合ISO2858标准；底座符合ISO3661；机械密封或软填料用的空腔尺寸符合ISO3069；性能试验 B级符合IS
9、O3555，C级符合ISO2548。 中国的GB5656，德国的DIN ISO5199，法国的NF ISO5199等效采用ISO5199；英国的BS6836等同采用ISO5199。 中国GB5662，德国的DIN24256，英国的BS5257，法国的NF E44121，等效或等同采用ISO2858。,水泵的主要国际标准,ASME B73.1M1991 Specification for Horizontal End Suction Centrifugal Pumps for Chemical Process(卧式轴向吸入化工离心泵) ASME B73.2M1991 Specification
10、for Vertical Inline Centrifugal Pumps for Chemical Process(立式管道化工离心泵) 符合这两个标准的泵，称为ANSI泵，是美国国家标准，由泵制造厂和化工生产厂共同编制。,ASME是美国机械工程师协会(The American Society of Mechanical Engineers)的简称。,水泵的主要国际标准,API610(第七版)是针对石油炼厂用离心泵提出的，其标准名为一般炼厂用离心泵(Centrifugal Pumps for General Refinery Services)。但实际上，使用API610标准的不仅是石油炼厂
11、，石油、化工、天然气等领域均时常采用API610标准。为适用这一需要，1995年颁布的API610(第八版)改名为石油、重化学和天然气工业用离心泵(Centrifugal Pumps for Petroleum,Heavy Chemical,and Gas Industry Services)，并在内容上较上一版有较大的变动。 API610对节能问题备受关注。API610要求制造厂和使用厂在设备的制造、选用和运行等所用环节中积极寻求创新的节能方法。如果这种节能方法能提高效率并降低使用期的总费用而不致牺牲安全或可靠性，则应鼓励采用。另外选择设备时的评定标准应以设备在使用寿命期内的总费用为准，而不
12、是以设备的采购费用为准。 目前在石油和化工领域，API610是使用最为频繁的离心泵用国际标准。国际标准化组织也采纳了API610标准，付之于标准号ISO/CD13709。 API，是美国石油协会(American Petroleum Institute)的简称。,离心泵的主要部件,1. 叶轮 作用：将原动机的机械能直接传给液体，以增加液体的静 压能和动能（主要为静压能） 叶轮形式：开式(a)、半开（闭）式(b)、闭式(c)三种。,离心泵的主要部件,叶轮（续） 开式叶轮：制造简单，清洗方便，适用于输送含有大量悬浮物的颗粒。缺点：效率低，输送压力不高。 半开（闭）式叶轮：适用于输送易沉淀或含有颗粒
13、的物料。效率较低。我公司潜水泵均是半开（闭）式叶轮； 闭式叶轮：适用于输送不含杂质的清洁液体，效率高。一般的离心泵叶轮多为此种。我公司陆地泵均是闭式叶轮； 闭式或半开（闭）式叶轮有时须开“平衡小孔”，其作用：减少轴向推动力。 叶轮有单吸和双吸方式。若输送的液体量大时，可采用双吸方式。,离心泵的主要部件,2. 导流罩：由吸水室和压水（出）室组成； 分离式：与泵体分离 整体式：与泵体为一整体 将流体从入水口导入叶轮； 配合泵体汇集叶轮甩出的液体，并将液体动能转换成静压 能； 为了获得更大的压力（更高的扬程），在导流罩底部开一 个回流孔，使获得一定能量的流体再次进入叶轮；但最大 流量会因此有所减小，
14、故回流孔的尺寸是水泵最大流量值 与最大压力值的灵敏“变压器”。,离心泵的主要部件,3. 泵体： 是水泵的外壳，目前我公司泵体主要有三类(按材质)：塑料泵体，如TPK7800, RG750A； 铸铁泵体，如JET750, JET1200； 不锈钢，如MAX180, HWW4500； 作用：配合导流罩汇集叶轮甩出的液体，并将液体动能转换成静压能；,离心泵的主要部件,4. 压力室 有些压力室与前端盖为一个整体，如JET1200； 压力室为一独立零件，如JET750，HWW4500； 卧式陆地泵的压力室位于电机前端盖与叶轮之间， 中间装机械密封使液体不能顺轴进入电机，外沿 装O形密封圈，保证水泵中部的
15、密封；,离心泵的主要部件,5. 压力控制器和稳压罐： 水泵配压力控制器是为了使之自动工作在某个压力范围内；再配上压力贮罐，使水泵在设定的压力区间工作更加平稳；压力贮罐内有一个橡胶气囊，预置压力与压力控制器设定的下限值相等或略大。当泵内压力达到设定的上限值时，压力控制器切断电源，泵内压力下降，降到低于罐内压力时，罐内水向泵回补，当泵内压力降到设定的下限值时，压力控制器接通电源，如此周而复始；,离心泵的主要部件,6. 前端盖： 前端盖是水泵与电机的结合部；我公司目前有铸铁 和铸铝两种；,离心泵的主要部件,7. 密封件： 水泵采用的密封件主要有： 机械密封：包括动密封和静密封 O形圈 密封平垫圈：在
16、有些环节我们用到了密封平垫圈，多数为橡胶材料，也有塑胶材料（如陆地泵的螺纹塞垫片） 油封 关于水泵密封，后将做详细介绍。,离心泵的主要部件,8. 电动机 我公司水泵目前基本上采用单向交流感应电动机，电压有100v 120v、 220v240v；频率有50、60Hz；功率：1300w以下； 关于电动机在这里不做详细介绍，以后另做专题讲座；,离心泵的性能参数,1. 流量 离心泵的流量是指离心泵在单位时间内排送到管路系统的液体体积，用L/h表示；其值与泵的结构、尺寸（主要为叶轮直径和宽度）及转速等有关，由于泄漏损失，实际流量Q小于理论流量QT。应予指出，离心泵总是和特定的管路相联系，因此Q还和管路特
17、性有关。,离心泵的性能参数,2. 扬程 离心泵的扬程又称压头，它是指离心泵对单位重量(1N)的液体所提供的有效能量。实际压头H小于理论压头H，两者的差别称为压头损失（其实质为能量损失）。造成压头损失的原因有三方面： 1）叶片间的环流（或称涡流） 由于叶片数目并非无限多，流体沿着叶片间形成的流体通道往前流动时，因为不断接受离心力做功而静压力不断增大，在此情况下，流体的流动方向与压力增大的方向相反(这与流体在管道中流动的情况相反)，在逆压力梯度作用下，液体不是全部严格顺叶片间的流体通道往前流动，有些流体会倒流回来一定距离然后再往前流动，造成环流现象，导致能量损失，这种损失占总能量损失的主要部分，环
18、流压头损失只与叶片数，流体粘度等有关，与流量几乎无关, 图2-8中，环流能量损失带宽度在不同流量下几乎相等。,离心泵的性能参数,2）阻力损失 对于实际流体，粘度不为零，因而流动过程中必有阻力存在，造成一部分压头损失。阻力损失随着流量的增大而增大。 3）冲击损失 液体的绝对速度c2离开叶轮周边冲入蜗壳四周流动的液流中，其冲击作用产生涡流造成压头损失，实际流量偏离设计流量越大，造成损失也越大。如图2-8 所示，当流量在设备流量附近时，其冲击损失较小，流量大于和小于设备流量都使冲击损失增大。 由于液体在泵内的流动状况较复杂，目前还不能从理论上计算泵的实际扬程，一般由实验测定之。,离心泵的性能参数,图
19、2-8 离心泵的理论压头与实际压头,离心泵的性能参数,3. 效率 离心泵在输送液体过程中对液体作功是通过泵轴转动带动叶轮转动，由叶轮施加给液体实现的，而泵轴转动所需的能量由电动机提供。由于各种能量损失存在，电动机提供给泵轴的能量不能全部被所输送的液体获得，通常用效率来反映能量损失的大小。换句话说，用效率来反映液体所实际接受的能量占电动机所提供的能量的比例。 泵效率=泵有效功率/电机输出功率 泵有效功率=HQg H:扬程 Q:流量 ：液体密度 g:重力加速度 离心泵的能量损失包括下述三项：,离心泵的性能参数,(1) 容积损失 容积损失是指泵的液体泄露所造成的损失。由于泄漏，一部分已获得能量的高压
20、液体被流失，造成了能量损失。容积损失主要与泵的结构及液体在进出口处的压强差有关。 (2) 机械损失 由泵轴与轴承之间，泵轴与填料函之间以及叶轮盖板外表面与液体之间产生摩檫而引起的能量损失称为机械损失。 (3) 水力损失 即前述的H与H的差别的环流损失、阻力损失、冲击损失三种损失。 离心泵的效率与泵的类型、尺寸、制造精密程度、液体的流量和性质等有关。一般小型离心泵的效率为5070%，大型泵可高达90%。,离心泵的性能参数,离心泵的特性曲线 离心泵的H、N、均与Q有关，H-Q、N-Q、-Q 三者之间的关系均由实验测得，称为离心泵的特性曲线或工作性能曲线。这些曲线由泵的制造厂提供，并附于泵样本或说明
21、书中，供使用部门选泵和操作时参考。 各曲线的特点为： 1) 压头随流量的增大而下降； 2) 功率隨流量的增大而上升，故离心泵在启动前应关闭出口阀，使在功率最小的条件下启动，以减小电动机的启动电流，同时也避免出口管线的水力冲击； 3) 效率先隨流量的增大而上升，达到一最大值后便下降，其最大值即为泵的设计流量，根据生产任务选用离心泵时，应使泵在最高效率点附近操作。,图2-9 离心泵的特性曲线,影响离心泵性能曲线的因素,液体性质的影响 Q、H、不随变化，但N随增大而增大。 离心泵转速对特性曲线的影响 离心泵的比例定律：转速变化20%时 叶轮直径对特性曲线的影响 离心泵的切割定律：泵的其他尺寸不变，叶
22、轮外径减少5%时，,离心泵的工作点,两曲线交点为泵的工作点。 正常工作时，泵的工作点在其最高效率区域内为宜。,离心泵的汽蚀现象,离心泵是靠贮槽液池与泵入口之间的压力差(pa-p1)将液体吸入，当输送温度下液体的饱和蒸汽压等于或大于p1时，液体在该处汽化并产生气泡，气泡随同液体从低压区流向高压区，在高压的作用下，气泡迅速凝结，在凝结的瞬间，周围的液体质点以极高的速度冲向原气泡所占据的空间，打击着叶轮表面，使叶轮很快损坏，这种现象称为“汽蚀”。 汽蚀现象发生时，其危害性： (1)发生泵体震动，并发出噪音。 (2)流量下降，出口压力下降，效率下降，严重时，甚至完全不能输送液体。 (3)金属材料遭受损
23、坏。 为了防止汽蚀现象发生，泵的安装高度不能太高，以保证大于液体的饱和蒸汽压。,饱和蒸汽压,在一定温度下，与纯液体处于平衡态时的蒸气压力，称为该温度下的饱和蒸气压。这里的平衡状态是指动态平衡。在某一温度下，被测液体处于密闭真空容器中，液体分子中表面逃逸成蒸气，同时蒸气分子因碰撞而凝结成液相，当两者的速率相等时，就达到了动态平衡，此时气相中的蒸气密度不再改变，因而具有一定的饱和蒸气压。,离心泵的吸上性能,允许汽蚀余量和允许吸上真空高度是表示泵的吸上性能的两个参数； 水泵的允许安装高度可 根据允许汽蚀余量按公式算出； 将大气压头与汽蚀时泵入口处静压头之差称为最大吸上真空度，实际允许的吸上真空度应比
24、最大吸上真空度小，通常规定两者的差为0.3m 。,离心泵的选用,（1）根据流体性质选择泵的类型 （2）确定泵的流量Q和扬程H （3）确定泵的型号 （4）核算泵的特性参数 当被输送液体的粘度和密度与水相差很大时，应该核算泵的流量、扬程和有效功率。,离心泵的安装和使用,离心泵的安装和使用一般应注意以下问题： （1）泵的安装高度应稍低于允许吸上高度(以免汽蚀)。 （2）泵启动前必须向泵内灌满被输送的液体(以免气缚)。 （3）泵启动时应关闭出口阀门，使启动功率最小。 （4）停泵前一般应先关闭出口阀门，以免排出管路的液体倒流入泵内，使叶轮受损。 （5）泵运转中应定时检查、维修等。,水泵的密封,1. 机械
25、密封： 由动密封与静密封组成；又称端面密封，是 旋转轴用密封部件； 工作原理：静密封装在泵静止部件如压力室或前端盖上； 动密封套紧在旋转轴上， 水泵工作时，其石墨 环与静密封陶瓷环磨合，水泵工作一段时期后， 石墨会有磨损，动密封上的补偿弹簧会使动、 静环始终保持充分接触； 标准：机械密封技术条件 JB/T 4127.1-1999 机械密封试验方法 GB/T 14211-1993,水泵的密封,2. O形圈： 原理：O形圈在使用过程中因受压变形，与被密封面有一定压 缩量，对被密封面产生反弹压紧力，从而起到密封作用。 标准： GB/T 3452.1-1992 O形橡胶密封圈尺寸系列及公差 GB/T
26、3452.2-1987 O形橡胶密封圈外观质量检验标准 GB/T 3452.3-1988 O形橡胶密封圈安装沟槽和设计计算 准则 HG/T 2579-1994 O形圈橡胶材料 用于普通液压系统 GB/T 5720-1993 O形橡胶密封圈试验方法,水泵的密封,2. O形圈(续)： 材料：按 HG/T 2579-1994，以NBR、FKM、NR 为主，在 耐油、耐温、耐酸碱方面性能突出； 在材料标准中，硬度和压缩永久变形两项性能指标最为重要；根据国内外标准和实践经验，橡胶在规定温度下的压缩永久变形最大不得超过50%，而硬度与工作压力密切相关，见下表：,水泵的密封,2. O形圈(续)：截面直径的选
27、取 按孔或轴的公称尺寸选用； 按压缩量分配律选用： O形圈柱面密封中，内径拉伸量与外径压缩量代数和之半等于压缩量； 光轴密封： O形圈压缩量 = (O形圈对光轴内径拉伸量+ O形圈 对孔槽外径的压缩量)/2 光孔密封： O形圈压缩量 = (O形圈对轴槽内径的拉伸量+ O形 圈对光孔的外径的压缩量)/2 原则是：选用适合的O形圈内径，使之不出现公称空套值；尽量使内径少拉伸外经多压缩，因为拉伸比压缩更易使O形圈老化。,水泵的密封,2. O形圈(续)： 在设计密封装置时，必须防止干摩擦现象；水等润滑性较差的介质也会出现干摩擦，密封水时，可在O形圈接触面使用锂基润滑脂，对高温高压密封，采用特殊的硅油作
28、为润滑剂； O形圈使用时，应当正确装配，防止将其拧扭，还要防尘，防老化，才能充分发挥密封和使用效果。,水泵的密封,3. 油封： 旋转轴唇形密封件（简称油封或轴封），通常由金属骨架、金属卡紧弹簧和弹性橡胶唇部材料组成；靠密封唇的刃口施加径向力起密封作用。油封的基本形式按GB 13871-92规定有6种： 内包骨架式（B型） 外露骨架式（W型） 装配型（Z型） 带副唇内包骨架式（FB型） 带副唇外露骨架式 (FW型) 带副唇的装配型（FZ型） 油封术语有标准确切定义：ISO6194.1和GB 3858 。,水泵的密封,3. 油封(续)：材料的选择 选择合适的生胶：一般要求橡胶在油中的质量变化控制在
29、5%；可选择胶种主要有NBR、HNBR、ACM、MVQ、FKM；在空气和油中，热老化后的硬度、拉伸强度、扯断伸长率是评价橡胶耐老化性的重要指标； NBR在油中变硬和唇部裂口是影响寿命的主要原因。 改善密封胶料的摩擦性能； 材料标准：HG/T 2811-1996 JIS B2402-1976 DIN3761 T3,水泵的密封,3. 油封(续)：结构参数的选择 保证高于密封性极限一定值的接触力(径向力)；一般取： 15 22 N/m2 (低速型) 9.513 N/m2 (高速型) 油封接触负荷不能高于临界值(参见下表)，尽量使摩擦生热降低； 油封使用初期4050h几何形状和弹性变化，但要使接触负荷值不超过允许范围；,水泵的密封,3. 油封(续)： 尺寸系列主要按以下标准： GB/T 9877.13-88 HB/T 4692-67 主要油封产品标准： GB/T 10708.13-2000 GB/T 2879-86 GB/T 2810-1996 GB/T 6577 GB/T 6578,