化工装置泵资料大全.ppt

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1、化工用泵基本知识,泵的概念,泵是把原动机的机械能转化成抽送液体能量的机器，在国民经济各个部门中得到广泛的应用，尤其在化工生产中，其原料、中间产品合最终产品必须依靠泵来实现物料的输送。在化工生产中使用的泵的种类较多，以适应不同工艺条件的要求。在化工生产装置中有70以上的投资用于泵及其配套装置。,石油化工用泵的要求,石油化工用泵常采用一些特殊材料和特殊结构以保护环境，获得高的效率和良好的性能。对于输送恶劣液体、使用条件苛刻的化工泵，发生故障的原因比普通泵要复杂得多，因此在设计、选用和使用维护检修时必须引起足够重视。石油化工用泵大至有以下几点要求。,1.适应工艺要求、运行可靠。,泵在化工生产中的地位

2、好比人的心脏，必须满足工艺要求中的流量、压力等指标，并且要保证长周期连续可靠的运转，还要操作维护检修方便，才能保证化工生产的连续运行。,2.耐腐蚀、耐磨损,石油化工生产中的液体种类繁多、特性各异，所输送的液体往往具有腐蚀性（有机溶剂、酸、碱等），有的含有固体颗粒。因此，泵壳、叶轮等部件就要针对不同的介质采用不同的耐腐蚀和耐磨蚀材料。常用的不锈钢材料、钛材、搪瓷、塑料、橡胶等整体或复合材料基本上能满足这方面的要求。,3.满足无泄漏要求,由于石油化工生产中泵所输送的许多介质有易燃易爆、有毒有害、挥发性强的特性。为了保证生产的安全，满足环保要求，化工用泵在输送过程中不应有泄漏。泵的泄漏主要在泵轴的动

3、密封处，选用合适的密封结构和新技术，是防止泵发生泄漏的关键。,4.耐高温或低温性能,在化工生产中泵的操作条件往往十分苛刻，高温介质和低温介质都有。例如在导热油加热系统中，导热油泵的工作温度常在300左右，有的泵的工作温度甚至可达到900 。另外，在输送液氮、液氧等状态介质时，泵的低温工作温度都要在-20 以下，有的可达-100 以下。耐高温泵要考虑热膨胀对泵正常工作的影响，耐低温泵要考虑泵材质的冷脆性等等，装配间隙的大小以及温差的影响。,1.屏蔽泵,1.1 屏蔽泵的概念,屏蔽泵又称无填泵、密闭电动泵等，它是一种无泄漏的泵。泵的叶轮和电机转子联为一体，并在同一个密封壳体内，不需采用填料函或机械密

4、封机构，从根本上消除了被输送介质的外漏。电机的定子和转子用薄壁圆筒（称屏蔽套）与介质隔离，称之为屏蔽泵也是出于这种特点。,基本型屏蔽泵,1.2 屏蔽泵的特点,1.工艺过程的绝对密封 2.输送极毒、侵蚀、放射性、易燃和易爆液体时操作的安全。 3.工作压力从高真空到100MP、工作温度从-270到450 范围时操作的可靠。 4.产品的无菌和纯洁 5.能实现工艺过程的完全自动化 6.能实现轴承的无油润滑，取消润滑设施。,屏蔽泵与普通离心泵比较,1.3 屏蔽泵的结构特点,日本的佐藤哲曾给屏蔽泵下了一个定义，即屏蔽泵是这样的一种泵：泵的电动机是一个整体制造；泵的叶轮和电动机的转子联为一体，并在同一个密封

5、壳体内旋转；电动机的定子和转子用薄圆筒（称屏蔽套）保护，与输送液体隔离；泵送液体与外结的密封采用垫片或O形环等密封。由此可见，屏蔽泵的主要结构特点是没有轴封结构，泵的密封采用泵和电动机整体结构来实现的。,1.4 屏蔽泵的分类,1 按泵的布置方式分： 按泵与电动机的布置方式分为以下两类 （1）立式屏蔽泵。转动轴垂直布置的为立式屏蔽泵。这种型式的屏蔽泵，又有两种布置方式，即一种泵装在电动机的下面；一种泵装在电动机的上面。立式屏蔽泵的转子重量和泵运转过程中所产生的轴向力全部由止推轴承承担，因而，采用较普遍。一般认为，大容量电动机用此型式较为合适。 （2）卧式屏蔽泵。转动轴水平布置的为卧式屏蔽泵。由于

6、转子重量给轴承造成的负荷，将使轴承的磨损增大；而电动机的定子、转子屏蔽套之间的间隙又很小，因而，这种型式只能适合小容量的电动机。,立式屏蔽泵,卧式屏蔽泵,2.按循环冷却液的流动方式分,屏蔽泵内的循环液体的作用有两个，一是冷却电机和轴承；二是润滑轴承并带走磨损产物。按循环冷却液的流动方式不同，屏蔽泵可分为以下三类： （1）内循环屏蔽泵。润滑和冷却液体在泵内部循环的为内循环。这种型式的屏蔽泵，对轴承润滑与冷却的液体就是被输送的液体。循环液体不引到泵体外，二利用中空轴来形成封闭回路。由于对循环液不加以冷却，因而，只适合输送常温液体。 （2）外循环屏蔽泵。润滑与冷却液体引到泵体外部，经循环管流入电动机

7、处进行循环的为外循环。按循环方式的不同又可分为两种； 1）直接冷却，即从泵出口处引出一股输送液体，进行循环冷却，冷却后又回到入口处。这种循环方式，按其被输送液体的温度，还可分为两种结构： a.输送液体温度小于50度时，电动机不带蛇管冷却器，从泵出口处引出液体直接来润滑轴承和冷却电动机 b.输送液体温度在50度至100度时，电动机带有蛇管冷却器，循环液从泵出口引出，经蛇管被冷却后对轴承进行润滑，并冷却电动机。 2）单独冷却，其循环冷却液由辅助叶轮输送，自成单独的循环系统，电动机设有蛇管冷却器（或专门的换热装置）。这种型式常用于输送液体温度高于100度的高温场合。 （3）混合循环屏蔽泵。内循环和外

8、循环方式的组合。,内循环屏蔽泵,外循环屏蔽泵,按电机定子的干湿状态不同,（1）干定子型屏蔽泵。电动机的定子采用专门的非磁性材料制成的屏蔽套保护，定子腔内充空气或惰性气体，以防止定子线圈受工作液体的影响。 （2）湿定子型屏蔽泵。这种型式又有两种结构： a.与干定子型结构相似，仅在定子腔内充变压器油等油类物质。因而，在国外有将这种型式的湿定子型与干定子型一起统称为屏蔽电机型。 b.没有定子屏蔽套，冷却循环液直接引进定子腔内，国外也只有把这种型式称为湿定子型。,按泵工作叶轮的数量不同,（1）单级型屏蔽泵。泵的工作叶轮为一个。 （2）多级型屏蔽泵。泵的工作叶轮为两个以上的。,屏蔽泵主要几种损坏情况：,

9、（1）石墨轴承、轴套和推力板磨损或润滑液短缺发生干磨而损坏。 （2）定、转子屏蔽套损坏 造成屏蔽套损坏的原因，主要是轴承损坏或磨损超过极限值而造成定、转子屏蔽套相擦而损坏；其次由于化学腐蚀造成焊缝等处产生泄漏。 （3）定子绕组损坏 除和普通电机一样：过载、匝间短路、对地击穿等造成定子绕组损坏的原因外，还有因定子屏蔽套损坏而导致介质侵蚀电机绕组使绕组绝缘损坏。,屏蔽泵的操作,一、启动 1.清除放在泵上的杂物，并把现场清理干净。 2.盘车灵活不费力，无零件碰撞声或摩擦声 3.检查轴承箱油位应在规定范围内。 4.打开吸入管路上的闸阀至最大，在管路最高点或外围辅助设备最高点排气或抽真空。 5.盘车，以

10、利于排气，同时检查泵各部分及管路有无泄漏。 6.打开各仪表开关 7.接通电源，当泵达到正常转速后，在逐渐打开出口阀，并调节到所需的工况。,屏蔽泵的操作,二、运转 在开车运转过程中，必须注意观察各仪表读数、电动机温度、泵的振动、泵的噪声和轴承箱温度应在允许范围内，如发现异常情况或监控报警，必须及时按称序关泵，并迅速查明原因。 三、停止 1.逐渐关闭出口阀 2.切断电源 3.关闭进口阀 4.盘车，检查泵转动的灵活性。 5.如在现场环境下泵内介质能够结晶或冻结，应将泵内介质放出。,屏蔽泵维护,屏蔽泵采用石墨轴承，依靠所输送 的液体来润滑。轴承的磨损情况，对可靠运行十分重要。为了监视轴承磨损状况，一般

11、都装有机械式或电磁式轴承监视器。当轴承的磨损量超过规定的允许值时，监视器表盘的指针会指向红区，即示“报警”。此时应立即停止运转，进行检查。如轴承的磨损量已超过极限值时应更换新的石墨轴承，否则有可能造成定、转子屏蔽 套相擦，直至屏蔽套损坏，导致液体介质侵蚀到定子绕组等处，造成电机损坏。所以现场的操作人员应当加强巡检，及早发现异常情况，避免由于轴承过度磨损造成泵的损坏。,2.离心泵,2.1.1 叶轮和压出室,2.1.2 密封装置,2.1.3 轴向力,2.1 离心泵的结构,离心泵的结构动画,一、叶轮和压出室,1. 叶轮Impeller,闭式,半开式,开式,大流量泵常采用双吸式叶轮，主要是为了限制进口

12、流速，提高抗汽蚀能力。,(1) 涡壳,液体离开叶轮后动量矩不变，cuR=常数，所以蜗室截面上cu与R成反比，压力随R增大而增加，所以在涡壳中以将部分动能转换成压力能。,（1）蜗室,扩压管是渐扩截面，将大部分动能转换成压力能。扩散角68。排出管径为0.71.0倍吸入管径，低压泵取1，高压泵取1。,（2）.扩压管,二、密封装置,1. 密封环(阻漏环),1-泵壳 2-叶轮,作用：叶轮进口处的径向间隙对容积效率影响最大。使用密封环可使泵壳和叶轮进口处的径向间隙很小，磨损后容易修复。,密封环多为铜合金，也有不锈钢或酚醛树脂等。叶轮动环、泵壳静环，可成对使用，或只设静环。,二、密封装置,1. 密封环(阻漏

13、环),1-泵壳 2-叶轮,密封环有平环、曲径环两种。平环使用较多，可用铜套自己加工(车床)。曲径环多用于压头较高的离心泵，密封效果好。,密封环间隙应符合要求，安装时用涂红铅油方法检查是否摩擦。,2. 轴封Shaft Sealing,作用：防止泵内液体通过泵轴和泵壳间隙外漏；防止空气漏入引起噪声和振动。,(1) 机械密封,机械密封的基本概念及组成,机械密封是指由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用下以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。 主要有以下四类部件。1.端面密封副：动环和静环；2.弹元件；3.辅助密封件：密封圈；4.传动件：传动

14、俏、传动环推环等；5.紧固件件：弹簧座及键或固定螺钉。,泵用机械密封种类繁多，型号各异，但泄漏点主要有五处：（l）轴套与轴间的密封；（2）动环与轴套间的密封；（3）动、静环间密封；（4）对静环与静环座间的密封；（5）密封端盖与泵体间的密封。一般来说，轴套外伸的轴间、密封端盖与泵体间的泄漏比较容易发现和解决，但需细致观察，特别是当工作介质为液化气体或高压、有毒有害气体时，相对困难些。其余的泄漏直观上很难辩别和判断，须在长期管理、维修实践的基础上，对泄漏症状进行观察、分析、研判，才能得出正确结论,泵用机械密封的泄漏点,机械密封的分类,按密封副端面是否接触分为：接触式和非接触式两种； 按弹簧位于介质

15、之内或之外分为：内装式和外装式两种； 按摩擦副端面上液体的流向分为：内流式和外流式两种； 按弹性无件是否随轴旋转分为：弹簧旋转式或弹簧静止式两种； 按密封液体作用面积与密封端面面积比大小分为非平衡式机械密封与平衡式机械密封两种； 按弹性无件（弹簧个数）的多少分为：单弹簧与多弹簧； 按密封端面数量的多少分为单密封、双密封及多密封,机械密封的分类,机械密封分类,机械密封的分类,无压力串联密封,有压力串联密封,机械密封的基本型式,离心泵常用的单端面机械密封的结构,单端面机械密封 特点：用一对摩擦副，结构简单，制造拆装容易，一般不需要外供封液系统，但需设置自冲洗系统，以延长所有寿命。 适用范围：应用广

16、，适合于一般液体场合，与其它辅助装置合用时，可用于带悬浮颗粒，高温，高压液体等场合。,离心泵常用的串联机械密封结构,双端面串联机械密封 特点：由两对单端面机械密封串联组合使用，中间填充非加压外供密封液，目的是润滑密封，密封液储液器上部与火炬相通，密封液压力低于介质的压力，密封液靠密封室内的泵送环强制循环，一旦内侧密封失效，导致密封室内的压力升高，即能由储液器上的压力表显示，报警，以便及时检修，而外侧密封可承担起密封和容纳泄漏液的作用。 适用范围：适用于具有危险性，易燃，易爆的介质,离心泵常用的双端面机械密封结构,背对背机械密封 特点：由两对单端面机械密封背对背组合使用，中间填充加压外供密封液，

17、密封液压力高于介质的压力，密封液靠密封室内的泵送环强制循环，目的是起封堵和润滑密封端面，一旦内侧密封失效，密封液流向被密封介质。 适用范围：适用于具有危险性，易燃，易爆及液化气带固体颗粒的介质。,背靠背和面对面双端面机械密封,机械密封冲洗作用及方式一：内冲洗,冲洗的目的在于防止杂质集积，防止气囊形成，保持和改善润滑等，当冲洗液温度较低时，兼有冷却作用。 冲洗的方式主要有如下： 一、内冲洗 正冲洗：利用工作主机的被密封介质，由泵的出口端通过管路引入密封腔；主要应用：用于清洁流体， p1稍大于p进，当温度高或有杂质时，可在管路上设置冷却器、过滤器等 反冲洗：利用工作主机的被密封介质，由泵的出口端引

18、入密封腔，冲洗后通过管路流回泵入口；主要应用：用于清洁流体，且p进p1p出，当温度高或有杂质时，可在管路上设置冷却器、过滤器等。 全冲洗：利用工作主机的被密封介质，由泵的出口端通过管路引入密封腔，冲洗后再经管路流回泵入口；主要应用：冷却效果优于前两种，用于清洁流体，且p1与p进和p出相接近时。,机械密封冲洗方式二：外冲洗,特点：引入外系统与被密封介质相容的清洁流体至密封腔进行冲洗。 应用：外冲洗液压力应比被密封介质大0.05-0.1MPa，适用于介质为高温或固体颗粒的场合。 冲洗液的流量应保证带走热量，还需满足冲洗的需要，不会产生对密封件的冲蚀。为此，需控制密封腔的压力和冲洗的流速，一般清洁冲

19、洗液的流速应小于5m/s;含有颗粒的浆状液体须小于3m/s，为达到上述的流速值，冲洗液与密封腔压力的差值应0.5MPa，一般取0.05-0.1MPa，对双端面机械密封可取0.1-0.2MPa. 冲洗液进入和排出密封腔的孔口位置，应设置在密封端面附近，且应在靠近动环侧，为了防止石墨环被冲蚀或因冷却不均引起温差变形，以及杂质堆积和结焦等，可采用切向引入或多点冲洗。 必要时，冲洗液可以是热水或蒸汽。,机封正常运行和维护问题,启动前的准备工作及注意事项 ：a.全面检查机械密封，以及附属装置和管线安装是否齐全，是否符合技术要求； b.机械密封启动前进行静压试验，检查机械密封是否有泄漏现象，若泄漏较多，应

20、查清原因设法消除；如仍无效，则应拆卸检查并重新安装。一般静压试验压力用23公斤/平方厘米；c.按泵旋向盘车，检查是否轻快均匀。如盘车吃力或不动时，则应检查装配尺寸是否错误，安装是否合理。 安装与停运 ：a.启动前应保持密封腔内充满液体。对于输送凝固的介质时，应用蒸气将密封腔加热使介质熔化。启动前必须盘车，以防止突然启动而造成软环碎裂； b.对于利用泵外封油系统的机械密封，应先启动封油系统。停车后最后停止封油系统： c.热油泵停运后不能马上停止封油腔及端面密封的冷却水，应待端面密封处油温降到80度以下时，才可以停止冷却水，以免损坏密封零件。 运转 ：a.泵启动后若有轻微泄漏现象，应观察一段时间。

21、如连续运行4小时，泄漏量仍不减小，则应停泵检查； b.泵的操作压力应平稳，压力波动不大于1公斤/平方厘米； c.泵在运转中，应避免发生抽空现象，以免造成密封面干摩擦及密封破坏； d.密封情况要经常检查。运转中当其泄漏超过标准时，重质油不大于5滴/分，轻质油不大于10/分，如2-3日内仍无好转趋势，则应停泵检查密封装置,安装后试车时泄漏原因分析及判断,安装静试时泄漏：如泄漏量较小，多为动环或静环密封圈存在问题；泄漏量较大时，则表明动、静环摩擦副间存在问题；在初步观察泄漏量、判断泄漏部位的基础上，再手动盘车观察，若泄漏量无明显变化则静、动环密封圈有问题；如盘车时泄漏量有明显变化则可断定是动、静环摩

22、擦副存在问题；如泄漏介质沿轴向喷射，则动环密封圈存在问题居多，泄漏介质向四周喷射或从水冷却孔中漏出，则多为静环密封圈失效。 试运转时出现的泄漏：试运转时机械密封泄漏在排除轴间及端盖密封失效后，基本上都是由于动、静环摩擦副受破坏所致。 引起摩擦副密封失效的因素主要有：（1）操作中，因抽空、气蚀、憋压等异常现象，引起较大的轴向力，使动、静环接触面分离； （2）对安装机械密封时压缩量过大，导致摩擦副端面严重磨损、擦伤；（3）动环密封圈过紧，弹簧无法调整动环的轴向浮动量；（4）静环密封圈过松，当动环轴向浮动时，静环脱离静环座；（5）工作介质中有颗粒状物质，运转中进人摩擦副，探伤动、静环密封端面；（6）

23、设计选型有误，密封端面比压偏低或密封材质冷缩性较大等。,离心泵运行中机械密封突然失效的原因,离心泵在运转中突然泄漏少数是因正常磨损或已达到使用寿命，而大多数是由于工况变化较大或操作、维护不当引起的。 抽空、气蚀或较长时间憋压，导致密封破坏； 对泵实际输出量偏小，大量介质泵内循环，热量积聚，引起介质气化，导致密封失效； 回流量偏大，导致吸人管侧容器（塔、釜、罐、池）底部沉渣泛起，损坏密封； 对较长时间停运，重新起动时没有手动盘车，摩擦副因粘连而扯坏密封面； 介质中腐蚀性、聚合性、结胶性物质增多； 环境温度急剧变化； 工况频繁变化或调整； 突然停电或故障停机等。离心泵在正常运转中突然泄漏，如不能及

24、时发现，往往会酿成较大事故或损失，须予以重视并采取有效措施。,机械密封常见故障、原因及处理方法（一）,振动发热冒烟析出磨蚀物、功率消耗增大；主要是由由于转子与密封腔的间隙过小，由于振动与径向跳动过大，引起摩擦而磨损；可采用扩大密封腔内径，增大间隙，检查转子平衡性，调整零件的同心度 ； 轴(轴套)与固定零件严重摩擦而磨损主要是由于机械密封安装时压盖偏斜，可在安装时提高装配精度予以消除； 静环滑动 可采用 增大配合过盈，装好防转销； 高速高压下密封端面磨损严重 可采用减少弹簧压力，增大平衡系数或降低载荷系数，更换动静环匹配材料，改进润滑方式 密封端面宽度过大、润滑不良 减小弹簧压力或端面宽度，稍增

25、大润滑冷却液压力(临时处理措施) 动环与平衡台之间顶死、造成与静环严重摩擦，安装时保持动环与平衡台间隙为23mm 动、静环密封端面粗糙或未涂油，起动后恶性发展，严重磨损安装时检查端面表面粗糙度达到Ra1.60.4m，装配时注意涂粘度小的润滑油,机械密封常见故障、原因及处理方法（二）,介质汽化形成干磨：可采用增大冷却液流量和压力，改为双端面式 冷却不足、润滑恶化：增大冷却液流量，增强冷却措施，清洗供液管道 动、静环耐腐蚀性不好、热负载(PV值)太大 更换材质，合理匹配，改进润滑方式 转子不平衡，径向跳动和端面跳动过大 平衡转子，提高零件的加工精度和装配精度 压盖与轴线不垂直、密封端面歪斜：调整垂

26、直度，或适当增大弹簧压缩量，增强动环的追随和补偿作用 介质结焦、结晶或杂质沉积，使动环失去浮动作用 改进结构、加强冲洗作用，防止卡涩动环，或适当增大弹簧力，采用软水做冷却液 密封端面比压过小：可采用加大弹簧压缩量，增大端面比压 弹簧折断，动、静环热裂：更换损坏件，针对产生原因改进材质和结构,机械密封常见故障、原因及处理方法（三）,磨粒进入密封端面，使端面磨损严重：可采用 动、静环均用碳化钨环，改为双端面式密封，冷却液严格过滤； 双端面密封的封液压力小，造成外泄： 增大封液压力，并保持压力稳定； 轴向泄漏：辅助密封圈配合太松或太紧，选择合理的密封圈配合尺寸； 橡胶密封圈挤入轴隙而破损：减小配合间

27、隙，更换密封圈； 密封圈材料耐热、耐塞或耐蚀性差，发生老化、变形、粘盖或破裂：更换密封圈材料，以适应工作条件，改进温度调节措施，控制工作温度不超过密封圈的允许使用温度； 安装时密封圈卷边、扭转或装反、划伤 密封圈过盈量要适当，V形圈要注意方向，重视装配要求和质量 双端面密封封液压力过小，介质压力将静环顶出：控制封液压力，改进密封结构 密封圈表面有划痕或损伤：装配前严格检查，有缺陷的不装,(2) 填料密封,填料是由植物纤维、人造纤维、石棉纤维等的编制物或以有色金属为基体，辅以浸渍材料或充填材料制成的绳状物，常见的是方形截面的石棉盘根。一般0.5MPa时34圈，0.51MPa时45圈。,填料密封应

28、该适当泄漏，不超过60滴/分钟，可通过轴封压盖调整压紧度。,填料密封简介,填料密封结构,填料1装在填料函3和转轴2之间的空隙中，用螺栓拧紧填料压盖4从而将填料压紧。使其形状沿径向发生变化。,(3) 带水封环的填料密封,填料密封内腔的压力低于大气压或略高于大气压时，采用带水封环的填料密封。,水封环由断面呈H形的两个半圆构成，安装在轴封壳上水封管位置，压力水沿泵轴向两端渗出。作用：可以防止空气漏入，对泵轴和填料润滑、冷却。,密封水压力比密封腔压力略高(高0.050.1MPa)，又不致将填料的润滑剂冲走。,填料密封的材料,1.亚麻填料 2.石棉填料 3.PTFE 4.膨胀PTFE/石墨填料 5.Ke

29、vler 玻璃纤维填料 石墨纤维填料,干气密封,一、干气密封技术基本结构原理 一般来讲，典型的干气密封结构包含有静环、动环组件（旋转环）、副密封O形圈、静密封、弹簧和弹簧座（腔体）等零部件。静环位于不锈钢弹簧座内，用副密封O形圈密封。弹簧在密封无负荷状态下使静环与固定在转子上的动环组件配合。,干气密封示意图,在动环组件和静环配合表面处的气体径向密封有其先进独特的方法。配合表面平面度和光洁度很高，动环组件配合表面上有一系列的螺旋槽,动环表面,干气密封原理,随着转子转动，气体被向内泵送到螺旋槽的根部，根部以外的一段无槽区称为密封坝。密封坝对气体流动产生阻力作用，增加气体膜压力。该密封坝的内侧还有一

30、系列的反向螺旋槽，这些反向螺旋槽起着反向泵送、改善配合表面压力分布的作用，从而加大开启静环与动环组件间气隙的能力。反向螺旋槽的内侧还有一段密封坝，对气体流动产生阻力作用，增加气体膜压力。配合表面间的压力使静环表面与动环组件脱离，保持一个很小的间隙，一般为3微米左右。当由气体压力和弹簧力产生的闭合压力与气体膜的开启压力相等时，便建立了稳定的平衡间隙。,动平衡受力分析,在动力平衡条件下，作用在密封上的力如图3所示。闭合力Fc，是气体压力和弹簧力的总和。开启力Fo是由端面间的压力分布对端面面积积分而形成的。在平衡条件下Fc=Fo，运行间隙大约为3微米。,受力分析,如果由于某种干扰使密封间隙减小，则端

31、面间的压力就会升高，这时，开启力Fo大于闭合力Fc，端面间隙自动加大，直至平衡为止。如图4所示。,受力分析,类似的，如果扰动使密封间隙增大，端面间的压力就会降低，闭合力Fc大于开启力Fo，端面间隙自动减小，密封会很快达到新的平衡状态，见图5。,单端面,串联,双断面,三、轴向力及平衡方法,在密封环半径以外叶轮两侧压力对称。在密封环半径以内，产生指向吸入口的轴向力。,Hi单级扬程,可见，轴向力与密封环半径、工作扬程、液体密度有关，与泵的流量无关。此外，液体在叶轮进口从轴向变为径向流动时，会产生与FA方向相反的轴向力。单侧吸入悬臂式泵还有进口压力作用的与FA方向相反的轴向力，立式泵还有重力引起的轴向

32、力。,轴向力平衡方法,1. 止推轴承法,使用止推轴承，但只能承受部分轴向推力。小型泵单独使用，大型泵用作补充手段，承受部分推力，并轴向定位。,2. 平衡孔或平衡管法,使用这两种方法的泵具有前后密封环。平衡孔法的叶轮后盖板开平衡孔。在后密封环以内，前后压力基本相等。缺点：容积效率和水力效率降低。,平衡管法的叶轮后盖板不开平衡孔，将后密封环之内的液体用泵体外的平衡管引回叶轮吸入口。特点：容积效率降低，但水力效率不降低。,3. 双吸叶轮或叶轮对称布置法,双吸叶轮两侧压力平衡，多用于大流量泵。,多级离心泵各级扬程一般相等，叶轮为偶数时，叶轮对称布置，即可平衡轴向力。,该两种方法实际上不能完全平衡轴向力

33、，仍需要止推轴承法承受剩余的不平衡轴向力。,4. 平衡盘法,平衡板2固定于泵壳，平衡盘1用键固定于泵轴并与泵轴一起转动。pApB，pC吸入压力，平衡盘受力(平衡力)为： (pB-pC)S，方向向右，与叶轮轴向力方向相反。,扬程变化导致叶轮轴向力变化时，平衡力与之适应：扬程增加，轴向力平衡力，转动组件左移，b2减小， pB增加，逐渐使(pB-pC)S等于轴向力而达到新平衡位置。转动组件会轴向移动，不能使用止推轴承，而使用滑动轴承。,问题：1. 设平衡盘的离心泵工作压力减小后平衡盘的(轴向、径向)间隙(增大、减小)。,2. 离心泵关小排出阀时，其轴向力(增大、减小)。,3. 离心泵开大旁通阀时，其

34、轴向力(增大、减小)。,涡壳泵设计工况液流不会撞击涡室，叶轮周围压力均匀，叶轮不产生液压径向力。但涡壳泵在非设计工况将产生液压径向力。,四、径向力,2,c2r,2,u2,c2,c2,c2r,涡壳泵设计工况液流不会撞击涡室，叶轮周围压力均匀，叶轮不产生径向力。,四、径向力,大于额定流量,大于额定流量时，涡室内流速(c2r)增大，叶轮出口速度(c2 )小于涡室中流速，液体撞击，涡室的液体付出能量，叶轮上产生径向力R，与泵舌方向270。,c2,c2r,c2r,此外，涡室中压力分布不均，叶轮各处流量不同(压力大，流量小)，导致作用在叶轮上的动反力T不同，涡室压力小处动反力大。动反力是叶轮出口速度反方向

35、的作用力，所以动反力的合力方向为R方向逆转90。,流量偏离额定流量越大、扬程越高、叶轮尺寸D2和B2越大，径向力越大。,导轮泵理论上不产生径向力，但因误差会带来较小的径向力。,危害：径向力是交变负荷，使泵轴疲劳破坏、产生挠度、磨损，使轴承负荷增加等。,2.2.1离心泵的工作原理,2.2.2离心泵的特性曲线,2.2.3离心泵的流量调节和组合操作,22.4离心泵的安装高度,2.2.5离心泵的类型与选用,2.2 离心泵的原理,离心泵的工作原理,2.2.1离心泵的工作原理,（1）离心泵的主要构件叶轮和蜗壳,（2）离心泵的理论压头,假设：叶片的数目无限多，叶片的厚度无限薄，从而可以认为液体完全沿着叶片的

36、弯曲表面流动，无任何环流现象；液体是理想流体，无摩擦阻力损失。在叶轮的进、出口截面到机械能衡算式，从而导出离心泵理论压头 为 ：,2.2.1离心泵的工作原理,2.2.1离心泵的工作原理,（3）流量对理论压头的影响：,2.2.1离心泵的工作原理,（4）叶片形状对理论压头的影响,当泵转速n、叶轮直径 、叶轮出口处叶片宽度 、流量 一定时， 随叶片形状 而变。,径向叶片， = ， =0， = 与 无关。,后弯叶片，,前弯叶片，,由此可见，前弯叶片产生的 最大，似乎前弯叶片最有利，实际 情况是否果真如此呢？,2.2.1离心泵的工作原理,我们分析如下：,=位头（ ）+静压头（ ）+动压头（ ）,而 的前

37、弯叶片流体出口的绝对速度 很大，此时增加的压头主要是动压头，静压头反而比后弯叶片小。动压头虽然可以通过蜗壳部分地转化为静压头，但由于 大，液体在泵壳内产生的冲击剧烈得多，转换时的能量损失大为增加，效率低。故为获得较多的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片（ ）。,2.2.1离心泵的工作原理,（5）液体密度 对理论压头的影响,与 无关，也就是说被输送液体 变，在其他条件不变时 不变。可以这样解释：,离心泵的基本参数,离心泵的性能参数是用以描述一台离心泵的一组物理量 （1）（叶轮）转速n：指离心泵叶轮的转速，单位是r/min（rpm）。10003000rpm；2900rpm最常见。 （2）流量Q：泵

38、的流量以体积流量来表示的泵的输液能力，与叶轮结构、尺寸和转速有关。 （3）压头（扬程）H：泵向单位重量流体提供的机械能。与流量、叶轮结构、尺寸和转速有关。扬程并不代表升举高度。 （4）功率： 有效功率：离心泵单位时间内对流体做的功； 轴功率：单位时间内由电机输入离心泵的能量。 （5）效率：由于以下三方面的原因，由电机传给泵的能量不可能100%地传给液体，因此离心泵都有一个效率的问题，它反映了泵对外加能量的利用程度：（A）容积损失；（B）水力损失；（C）机械损失。效率有效功率/轴功率。,（1）泵的有效功率 和效率,2.2.2离心泵的特性曲线,液体从泵中实际得到的功率称为有效功率,电动机给予泵轴的

39、功率称为轴功率 。泵在运转过程中由于 存在种种原因导致机械能损失，使得 ， 之比称为泵的 效率,轴功率,2.2.2离心泵的特性曲线,(2)离心泵的特性曲线,由于离心泵的种类很多，前述各种泵内损失难以估计，使得离心泵的实际特性曲线关系 、 、 只能靠实验测定，在泵出厂时列于产品样本中以供参考。 实验测出的特性曲线如图所示，图中有三条曲线，在图左上角应标明泵的型号（如4B20）及转速 ，说明该图特性曲线是指该型号泵在指定转速下的特性曲线，若泵的型号或转速不同，则特性曲线将不同。借助离心泵的特性曲线可以较完整地了解一台离心泵的性能，供合理选用和指导操作。,2.2.2离心泵的特性曲线,2.2.2离心泵

40、的特性曲线,由图可见： 一般离心泵扬程 随流量 的增大而下降（ 很小时可能例外）。当 =0时，由图可知 也只能达到一定数值，这是离心泵的一个重要特性； 轴功率 随流量增大而增加，当 时， 最小。这要求离心泵在启动时，应关闭泵的出口阀门，以减小启动功率，保护电动机免因超载而受损； 曲线有极值点（最大值），在此点下操作效率最高,能量损失最小。与此点对应的流量称为额定流量。泵的铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，一般不应低于92% 。,2.2.2离心泵的特性曲线,（3）液体密度 对特性曲线的影响,理论 与 无关，实际 与 也无关， 但 有关理论 与 无关，实际 也 与 无关。,P

41、392泵性能表上列出轴功率指输送 清水时的 ，所选泵用于输送 比水大的液体应先核算 ，若 表中的电机功率，应更换功率大的电机，否则电机会烧坏。,2.2.2离心泵的特性曲线,（4）液体粘度 对特性曲线的影响,（ 的幅度超过 的幅 度， ）。泵厂家提供的特性曲线是用清水测定的，若实际 输送液体 比清水 大得较多。特性曲线将有所变化，应校 后再用，其他书有介绍校正方法。,2.2.2离心泵的特性曲线,（5）转速n对特性曲线的影响,泵的特性曲线是在一定转速下测得，实际使用时会遇 到n改变的情况，若n变化 20%，可认为液体离开叶轮时 的速度三角形相似， 不变,泵的效率不变(等效率)，则：,上式称为离心泵

42、的比例定律, n变化20%, 相等时成立。,2.2.2离心泵的特性曲线,（5）叶轮直径 对特性曲线的影响,泵的特性曲线是针对某一型号的泵（ 一定），一个过大的泵，若将其叶轮略加切削而使直径变小，可以减低 和 而节省 。若 变化 ，可认为 不变， 不变，则,上式称为离心泵的切割定律， 变化 ， 相等时成立。,得:,2.2.3离心泵的流量调节和组合操作,（1）离心泵的工作点,管路特性曲线方程,泵特性曲线方程,泵的工作点即为两条曲线的交点。,2.2.3离心泵的流量调节和组合操作,在实际生产中，有时单台泵无法满足生产要求，需要几点组合运行。组合方式可以有串联和并联两种方式。下面讨论的内容限于多台性能相

43、同的泵的组合操作。基本思路是：多台泵无论怎样组合，都可以看作是一台泵，因而需要找出组合泵的特性曲线。,1.串联泵的组合特性曲线,两台完全相同的泵串联，每台泵的流量与压头相同，则串联组合泵的压头为单台泵的2倍，流量与单台泵相同。单台泵及组合泵的特性曲线如图所示。 组合泵的HQ曲线与单台泵相比，Q不变，H加倍； 管路特性一定时，采用两台泵串联组合，实际工作压头并未加倍，但流量却有所增加。 关小出口阀，使流量与原先相同，则实际压头就是原先的2倍。,2.并联泵的组合特性曲线,两台完全相同的泵并联，每台泵的流量和压头相同，则并联组合泵的流量为单台的2倍，压头与单台泵相同。单台泵及组合泵的特性曲线如图所示

44、。 组合泵的HQ曲线与单台泵相比，H不变，Q加倍； 管路特性一定时，采用两台泵并联组合，实际工作流量并未加倍，但压头却有所增加。 开大出口阀，使压头与原先相同，则流量加倍。,2.2.4离心泵的安装高度,（1）汽蚀现象,液面较低的液体，能被吸入泵的进口，是由于叶轮将液体从其中甩向外围，而在叶轮中心进口处形成负压（真空）。泵内压强最低处是叶轮中心进口 处，在 面与 面之间到机械能衡算式并以 面为基准水平面，得：,面。在,面与,若液面压强 ，吸入管路流量及管路一定（即 、 一定）。安装高度 ，当 至等于操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压 时（即 ），液体将发生沸腾部分汽化，所生成的大量蒸汽压泡在随液体

45、从叶轮进口向叶轮外围,流动时，又因压强升高，气泡立即凝聚，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极大的速度冲向气泡原来所在的空间，在冲击点处产生很高的局部压强（高达几百个大气压），冲击频率高达每秒几万次之多。尤其当气泡的凝结发生在叶轮表面时众多的液体质点如细小的高频水锤撞击着叶片，另外气泡中可能带有氧气等对金属材料发生化学腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将导致叶片过早损坏。这种现象称为泵的汽蚀现象。汽蚀现象发生时，泵体振动，发出噪音，泵的 ，严重时甚至吸不上液体。,2.2.4离心泵的安装高度,2.2.4离心泵的安装高度,汽蚀现象是有害的，必须加以避免。从上面的分析可知，泵的安装高度 不能太高，

46、以保证叶轮中各处压强高于被输送液体的饱和蒸汽压 。我国的离心泵规格中采用下述两种指标来表示泵的吸上性能，下面简述其意义，并说明如何利用该指标来确定泵的 不致与发生汽蚀现象。,泵的气蚀余量,1.有效气蚀余量NPSHa 2.最小气蚀余量 3.许用气蚀余量 4.汽蚀不发生的条件,吸入装置简图,2.2.4离心泵的安装高度,（2）最大安装高度 、最大允许安装高度 与实际要安装的高度 时发生汽蚀现象，此时的安装高度最大,=,由泵的厂家提供，故,可以计算。,为安全起见，通常是将,减去一定量作为安装高度的,上限，称为最大允许安装高度,称为必需汽蚀余量，,。对照解题指南P182式（11-18）可知：,=,（称为

47、允许汽蚀余量）,2.2.4离心泵的安装高度,吸入管路应短（靠近液源）而直（少拐弯）；,b. 吸入管路应省去不必要的管件，调节阀应装在排出管路上；,c. 吸入管径大于排出管径。,（3）临界汽蚀余量,与必需汽蚀余量,可通过实验测定，不是改变,发生汽蚀，而是设法在泵的,不变的条件下逐次降低,（例如关小吸入管路中的阀），当泵内刚,较正常值下降3%作为发生汽蚀的标志）时测取,由上式计算,，,+安全余量，,列在泵的,好发生汽蚀（以泵,性能表上。,2.2.4离心泵的安装高度,为安全，实际安装高度,注意：,允许汽蚀余量的校正。,2.2.4离心泵的安装高度,泵性能表上列出的,值也是按,值应按下,输送20oC的清水测定出来的，当输送其它液体时，,式校正。,式中,输送其它液体时的允许汽蚀余量，m；,校正系数，为输送温度下液体的密度与饱和蒸汽,压的函数，其值小于1。,与,有关，,，因此在确定,时必须使用过程可能达到的最大流量进行计算。,，应尽可能使,。措施：,2.2.4离心泵的安装高度,值可由有关手册查得，但通常,1，,，则按,计算的允许安装高度,故为简便起见，,也可不校,正，而把它作为外加的安全因数。,（4）由允许吸上高度 （真空度）,求安装高度,2.2.5离心泵的类型与选用,（1）离心泵的类型 清水泵 旧型号：B型 新型号：IS型 IS型泵是根据国