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1、学习情境三 油气集输站库常用机械设备泵与压缩机的管理,项目一 离心泵的管理,离心泵（Centrifugal pumps） 在国民经济的各个部门及人们的日常生活中都有广泛的应用，在石油矿场上，离心泵主要用在油田注水、供排水、油品输送以及作为钻井泵的灌注用泵等，用于井下采油的潜油电泵也是一种多级离心泵。 通过对油田矿场离心泵实际工作任务的分析归纳,本项目主要完成以下任务的学习。,任务一 离心泵的基本操作与管理,【知识目标】 掌握离心泵的工作原理以及主要部件的作用；了解离心泵的分类；熟悉离心泵的操作规程；了解站库常用的离心泵操作特性，以便根据生产工艺要求，合理、正确使用离心泵，并使之在高效率下可靠运
2、行。 【技能目标】 1能叙述离心泵的工作原理； 2熟悉离心泵的分类、型号； 3知道离心泵轴向力的平衡方法； 4能正确进行离心泵的开停车及运行中的维护操作； 5能针对离心泵运行中出现的问题，找出原因，并提出合理解决办法。,一、离心泵的基本知识,1.离心泵的工作原理 1叶轮； 2泵壳； 3泵轴；4吸入口5吸入管； 6底阀；7排出口； 8排出管； 9滤网；10调节阀 图311 离心泵装置简图,离心泵启动前，应先将泵壳和吸入管路充满被输送液体。启动后，泵轴带动叶轮高速旋转，在离心力的作用下，液体从叶轮中心甩向外缘。液体在此过程中获得能量，使静压能和动能均有所提高。液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道
3、逐渐加宽，液体流速逐渐降低，又将一部分动能转变为静压能，使泵出口处液体的静压能进一步提高，最后以高压沿切线方向排出。液体从叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成低压，在贮槽液面和泵吸入口之间压力差的作用下，将液体吸入叶轮。可见，只要叶轮不停地转动，液体便会连续不断地吸入和排出，达到输送的目的。 该过程可简述为：灌泵启动电机叶轮旋转流道扩大动能-静压能-排出-液体补充-连续,离心泵图片,“气缚”现象,若在泵启动前，泵内没有液体，而是被气体填充，此时启动是否能够吸上液体呢？ 此时泵内充满气体，由于空气密度低，叶轮转动产生的离心力小，即产生的真空度不够大，贮槽液面与泵吸入口间的压力差小，不足以克服液体在
4、吸入管路中的阻力损失以及液体位能的变化而吸上液体，这表明离心泵无自吸能力，此现象称为“气缚”现象。因此在离心泵启动之前，我们必须进行灌泵操作（使泵内充满被输送的液体）。吸入管路安装单向底阀是为了防止启动前灌入泵壳内的液体从泵壳内流出。空气从吸入管道进到泵壳中都会造成气缚。,2.离心泵的工作特点 离心泵的工作特点和能量转换方式与往复泵相比有以下几点不同。 (1）离心泵内的液体是连续流动的，能量连续地由叶片传给液体，所以离心泵排量均匀，压力平稳。 (2)离心泵的结构简单，叶轮高速转动，可用高速原动机直接驱动。因此，离心泵机组尺寸小、重量轻。 (3)离心泵的易损件少，无往复运动件，因此其维修工作量比
5、往复泵小得多。 (4)由于离心泵的排量可用阀门调节，因而调节排量比往复泵方便。 但是，离心泵在输送高含砂和高粘度液体时问题较多,3. 离心泵的主要零部件结构及作用 图312离心泵的基本结构 1泵体 2泵盖 3叶轮 4轴 5密封环 6叶轮螺母 7 轴套 8填料压盖 9填料环 10填料 11悬架轴承部件,离心泵的主要零部件包括叶轮、泵壳、导轮、轴、轴承、密封装置等。下面介绍这些零部件的主要结构和作用。 1）叶轮 叶轮（Impeller）：离心泵的心脏，是液体获得机械能的主要部件，其转速一般可达12003600r/min，高速1070020450r/min。它把发动机的能量传给液体，变成液体的动能和
6、压能（主要为静压能）。 （1）按其机械结构可分为闭式、半闭式和开式三种。闭式叶轮适用于输送清洁液体；半闭式和开式叶轮适用于输送含有固体颗粒的悬浮液，这类泵的效率低。,（a）开式 （b）半闭式 (c) 闭式 图313 离心泵叶轮,闭式和半闭式叶轮在运转时，离开叶轮的一部分高压液体可漏入叶轮与泵壳之间的空腔中，因叶轮前侧液体吸入口处压强低，故液体作用于叶轮前、后侧的压力不等，便产生了指向叶轮吸入口侧的轴向推力。该力推动叶轮向吸入口侧移动，引起叶轮和泵壳接触处的摩损，严重时造成泵的振动，破坏泵的正常操作。 （2)按吸液方式不同可将叶轮分为单吸式与双吸式两种，单吸式叶轮结构简单，液体只能从一侧吸入。双
7、吸式叶轮可同时从叶轮两侧对称地吸入液体，它不仅具有较大的吸液能力，而且基本上消除了轴向推力 （3)根据叶轮上叶片的几何形状，可将叶片分为后弯、径向和前弯三种，由于后弯叶片有利于液体的动能转换为静压能，故而被广泛采用。 。,(a)单吸式 (b)双吸式 图314 离心泵的吸液方式,离心泵单吸式叶轮,离心泵双吸式叶轮,2）泵壳 泵壳（也称为蜗壳或螺壳）是一个转能装置，分为螺旋形泵壳和有导轮的透平式泵壳两种。泵的螺壳的作用是收集从叶轮甩出的液体，并引导到排出口的扩散管，由于扩散管的断面是逐渐增大的，就使得液体流速平缓下降，把部分动能转化为压能，从而避免高速液体在泵体及管路内巨大的流动阻力损失。因此泵壳
8、不仅是液体的汇集器，而且还是一个能量转换装置。在吸入管与排出口的扩散管处分别装有真空表和压力表，通过它们了解泵的工作情况。 在螺壳顶部，装有漏斗，用以在开泵前向泵内灌水(对于泵的轴心线高于吸入池液面的情况)。泵的吸入管下端装有底阀及滤网，起过滤作用，并在开泵前灌泵时防止液体倒流入吸液池。排出管上装有用以调节流量的闸门。,泵壳,3）离心泵的导轮 为了减少离开叶轮的液体直接进入泵壳时因冲击而引起的能量损失，在叶轮与泵壳之间有时装置一个固定不动而带有叶片的导轮。导轮中的叶片使进入泵壳的液体逐渐转向而且流道连续扩大，使部分动能有效地转换为静压能。多级离心泵通常均安装导轮。,4）密封装置 由于泵轴转动而
9、泵壳固定不动，在轴和泵壳的接触处必然有一定间隙。为避免泵内高压液体沿间隙漏出，或防止外界空气从相反方向进入泵内，必须设置密封装置。离心泵的密封装置主要有填料函和机械（端面）密封。 填料函是将泵轴穿过泵壳的环隙作成密封圈，于其中装入软填料（如浸油或涂石墨的石棉绳等），填料密封适用于一般液体，简单易行，维修工作量大，有一定的泄漏，对易燃、易爆、有毒液体不适用。 机械密封也叫端面密封，是由一个装在转轴上的动环和另一固定在泵壳上的静环所构成。两环的端面借弹簧力互相贴紧而作相对转动，端面间维持一层极薄的液体膜从而起到了密封的作用。这层液体膜具有流体的动压力与静压力，起着润滑和平衡压力的作用。机械密封有4
10、个密封点：其中3处静密封（压盖与壳体的接合处，静环与压盖之间，动环与轴套之间）靠加密封垫或密封圈密封。1处动密封，靠动、静密封环端面的紧密贴合来实现密封的目的。机械密封适用于密封要求较高的场合，如输送酸、碱、易燃、易爆及有毒的液体。机械密封液体泄漏量小，使用寿命长，摩擦功率损耗小，密封性能好，适用范围广。但结构复杂，需要一定的加工精度和安装技术。,离心泵机械密封动环,正常运转的机械密封其使用寿命取决于以下因素： （1）端面比压的正确选择； （2）泵转数； （3）所输送介质的温度、粘度及介质内所含杂质及腐蚀性； （4）摩擦副所用材料的选择及密封面加工的质量； （5）泵本身的质量； （6）密封的安
11、装质量及密封的冷却效果。,机械密封启动与停运时应注意以下事项： （1）启动前应保持密封腔内充满液体。输送可能凝固的介质时，应用蒸汽将密封腔加热至介质熔化。启动前必须盘车，以防止突然启动而造成软环碎裂。 （2）对于利用泵外封油系统的机械密封，应先启动封油系统。 （3）热油泵停运后不能马上关闭封油腔及端面密封的冷却水，应待端面密封处油温降到80以下时，才可关闭冷却水，以免造成零件的损坏。 离心泵机械密封失效的表现大都是泄漏，泄漏原因有以下几种： （1）动静环密封面的泄漏，原因主要有：端面平面度、粗糙度未达到要求，或表面有划伤；端面间有颗粒物质，造成两端面不能同样运行；安装不到位，方式不正确。 （2
12、）补偿环密封圈泄漏，原因主要有：压盖变形，预紧力不均匀；安装不正确；密封圈质量不符合标准；密封圈选型不对。 实际使用效果表明，密封元件失效最多的部位是动、静环的端面，离心泵机封动、静环,实际使用效果表明，密封元件失效最多的部位是动、静环的端面，离心泵机封动、静环端面出现龟裂是常见的失效现象，主要原因有： （1）安装时密封面间隙过大，冲洗液来不及带走摩擦副产生的热量；冲洗液从密封面间隙中漏走，造成端面过热而损坏。 （2）液体介质汽化膨胀，使两端面受汽化膨胀力而分开，当两密封面用力贴合时，破坏润滑膜从而造成端面表面过热。 （3）液体介质润滑性较差，加之操作压力过载，两密封面跟踪转动不同步。例如高转
13、速泵转速为20445r/min，密封面中心直径为7cm，泵运转后其线速度高达75 m/s，当有一个密封面滞后不能跟踪旋转，瞬时高温造成密封面损坏。 （4）密封冲洗液孔板或过滤网堵塞，造成水量不足，使机封失效。,另外，密封面表面滑沟，端面贴合时出现缺口导致密封元件失效，主要原因有： （1）液体介质不清洁，有微小质硬的颗粒，以很高的速度滑入密封面，将端面表面划伤而失效。 （2）机泵传动件同轴度差，泵开启后每转一周端面被晃动摩擦一次，动环运行轨迹不同心，造成端面汽化，过热磨损。 （3）液体介质水力特性的频繁发生引起泵组振动，造成密封面错位而失效。 液体介质对密封元件的腐蚀，应力集中，软硬材料配合，冲蚀，辅助密封O形环，V形环，凹形环与液体介质不相容，变形等都会造成机械密封表面损坏失效，所以对其损坏形式要综合分析，找出根本原因，保证机械密封长时间运行。,离心泵的填料密封装置和机械密封装置分别如图3-1-5和图3-1-6所示。 （a）填料密封装置 （b）机械密封装置 1轴；2压盖；3填料； 1静环；2动环；3压盖；4弹簧；5弹簧座； 4填料箱；5水封环；6引水管 6固定螺丝；7、8密封圈；9防转销,