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1、泵1、泵的分类1.1 、泵的分类泵是把机械能转换成液体的能量，用来增压输送液体的机械。离心泵混流泵叶片泵轴流泵旋涡泵动力式泵部分流泵气 (汽 )体喷射泵射流泵液体喷射泵活塞泵柱塞泵往复泵隔膜（套）泵泵挤压泵齿轮泵螺杆泵罗茨泵旋转活塞泵容积式泵转子泵滑片泵曲杆泵（单螺杆泵、蛇挠性转子泵蠕动泵扬液器酸蛋泵的种类很多，按泵的工作原理和结构形式，把泵简单分为如下几类：1另外，泵也常按其形成的流体压力分为低压、中压和高压泵，其中压力低于2MPa的称为低压泵，压力在26MPa之间的称为中压泵，高于6MPa称高压泵。2、离心泵在各种泵中， 离心泵应用最为广泛， 因为它的流量扬程及性能范围均较大， 并具有结构
2、简单、体积小、重量轻、操作平稳、维修方便等优点。2.1 、离心泵工作原理当泵内充满液体时，由于叶轮高速旋转，液体在叶片的作用下，产生离心力而获得大量动能及少量压力能，大速度的液体被叶轮甩出经过压出室由速度能转化为压力能。当液体被叶轮甩出的同时，叶轮入口处形成低压， 低于泵入口压力，在泵内外压差的作用下，液体又源源不断的补充吸入泵内，使泵连续运转。简单说是靠泵内外压差将液体吸入， 靠高速旋转的叶轮使液体获得能量， 靠压出室将速度能变为压力能形式。2.2 、离心泵结构离 心 泵 的 主 要 部 件 有 叶轮、轴、泵体、泵盖、支架、轴封箱、压盖和密封等（如图1-2 ）。叶轮按其结构型式有开式、半开式
3、和闭式三种（如图1-3 ）。开式叶轮没有前后盖板，效率很低，只能用来输送浆糊状液体。半开式叶轮只有后盖板而没有前盖板，效率也较低，适用于输送含颗粒状物质的液体。2闭式叶轮有前后盖板，流道是全封闭的，它的吸入口和后盖板、壳体上都装有密封环，以防止液体从高压端向低压端大量泄漏， 故它的效率高， 适用于输送洁净的液体。 炼油厂所用离心泵多是这种型式。压出室和导叶是离心泵的转能装置。 对压出室的要求是以最小的损失将从叶轮流出的液体收集起来，引向次级叶轮或排出口，同时将部分速度能转变为压力能。绝大部分单级泵 （包括二级悬臂式泵）采用蜗壳式。蜗壳式的优点是制造较方便， 泵的性能曲线高效率区域较宽广，车削叶
4、轮后效率变化比较小。缺点是会产生不平衡的径向力。导叶是用在多级泵上的，它也起着收集液体和转能作用，并将液体均匀地引向次级叶轮。导叶片数与叶轮片数互为质数，免得引起共振。吸入室的作用是将吸入管路中的液体以最小的损失均匀的引向叶轮。泵体有带托架悬臂式、双支承蜗壳式、多级分段式等。泵轴是传递扭矩、带动叶轮旋转的部件。离心泵的叶轮以链和锁紧螺母固定在轴上, 多级离心泵各叶轮之间以轴套定位。泵轴与装于轴上的叶轮、轴套、平衡及密封元件等所构成泵的旋转部件, 称作泵转子。3离心泵轴一般采用刚性轴, 离心式炼油化工流程泵泵轴的第一阶临界转数至少比其工作转数高 20%；当以汽轮机等可调转速原动机驱动时, 第一阶
5、临界转速应高出最大连续转速20% 。离心化工流程泵轴只有在不可能设计成刚性轴, 并取得用户同意才能采用挠性轴。当采用挠性轴时 , 第一阶临界转速应不超过泵最低工作转速的1/2.7;第二阶临界转速应不小于1.2 倍最大连续转速。根据 API610标准规定，泵体材料代号如下表：2.3离心泵分类单级泵只有一个叶轮。多级泵两个叶轮以上称为多级泵。一个叶轮便是一级，级数越多扬程越高。单吸式泵液体从一侧进入叶轮。双吸式泵液体从两侧进入叶轮。多见于大流量的离心泵，一般说其吸入性能较好。4水泵、油泵、酸泵、碱泵、锅炉给水泵、冷凝水泵等。2.4 、离心泵命名方式目前我国对于泵的命名方式尚未有统一的规定， 但国内
6、大多数泵产品逐渐采用汉语拼音字母代替泵的名称。基本组成见下：泵的类型， ABC 分别表示叶轮外径经过一、二、三次切割多级泵的级数，若为单级泵，不用标出泵单级扬程数，单位：m用汉语拼音标出泵的基本类型（见图1-4）泵吸入口的直径，单位：mm例如： 80Y 100 280吸入口直径80mmY 油泵100单级扬程100m2 级数为 2 级2.5 、离心泵性能参数5流量是单位时间内输送出去的液体量。有体积单位和重量单位两种表示方法。体积流量用Q表示，单位为米3 / 秒、米3/ 时和升 / 秒等。重量流量用G表示，单位为吨/ 时、公斤 / 秒等。重量流量和体积流量的关系为：G= Q（式中： 液体重度（k
7、g/m3）扬程是单位重量液体从泵进口（泵进口法兰） 处到泵出口 （或出口法兰） 出能量的增值，也就是 1N液体通过泵获得的有效能量。其单位是米液柱，1 米液柱 0.1kg/cm 2转速时泵轴单位时间的转速，用 n 表示，单位是 r/min 。转数改变，泵的扬程、流量、功率、效率等都将发生变化。离心泵的功率有两种，即有效功率和轴功率。泵在运行时实际有效的传给液体的功率，称为有效功率。用符号Ne 表示。由于离心泵的实际体积流量为Q，重量流量为Q，泵对流过的单位重量液体实际所给的能量即扬程H，按力乘距离等于功的概念，将 Q 当作为重力，H 相当于距离，再除以时间，从而可得泵的有效功率为Ne= QH
8、kgm/s或 Ne= QH/102kw在运行中，离心泵轴要求原动机传给的功率，称为轴功率。用符号N 表示。泵中的损失一般分为三种：容积损失（流量泄露所造成的能量损失）、水力损失（也称为流动损失）和机械损失（轴承、密封填料和轮盘的摩擦损失）。由于三种损失的存在，轴功率是大于有效功率的。离心泵的有效功率与轴功率之比值，称为泵的效率。用符号 表示。 =Ne/N泵效率的高低，决定于本身的设计及加工质量，离心泵的效率通常在6090%的范围。6汽蚀余量又叫净正压头NPSH，单位是m，是表示汽蚀性能的主要参数。详细见后。吸上真空度定义式papsH s最大吸上真空度（泵发生汽蚀状况下）pa pvcs2H s
9、maxNPSH a2g其中： H S 表示吸上真空度，单位mPa 表示储液罐上的压力PS 表示泵入口压力CS 表示泵入口处速度NPSHa 表示有效汽量2.6 、离心泵的汽蚀当泵在运行中出现沉重而不协调的噪音和震动，并伴随流量、扬程、 效率降低， 甚至无法继续正常运行， 检修该泵时会发现在叶轮盖板和叶片上有麻点或蜂窝状破坏现象，甚至盖板被穿透，这就是所谓的汽蚀破坏所致。我们知道， 在一定温度下， 液体开始沸腾的最高压力称为该温度下的饱和蒸汽压。当液体上的压力等于或低于该温度下饱和蒸汽压时，液体便开始剧烈汽化，于是液体中产生大量汽泡，从而使液体转化为蒸汽。泵之所以能吸入液体，是靠叶轮甩出液体后在叶
10、轮入口处形成的低压区和原料容器内液面上压力之差。叶轮入口处的压力越低，原料容器内液面上的压力越高，则吸入能力越大。但在叶轮入口处的压力若低于液体在该温度下的饱和蒸汽压时，液体便开始挥发，一部分转化为汽体， 同时，原来溶于液体中的某些活泼气体如氧等大量逸出，形成许多液体、蒸汽与气体混合的小汽泡。这些小汽泡随液体流到高压区时，由于汽泡内是汽化压力，而汽泡周围大于汽化压力产生了压差，在这个压差的作用下，汽泡受压破裂而重新凝结，体积急剧缩小，形成一个低压空穴，这时周围的液体质点便以极大的速度向空穴冲来，瞬间， 液体质点互相撞击，产g生水力冲击；同时，产生很高的局部压力。这些汽泡如果产生在金属表面附近，
11、 则液体质点就象无数小弹头连续打击在金属表面上，在压力很大、 频率很高的连7续打击下， 金属表面逐渐因疲劳而剥离。通常把这种现象称为剥蚀。如果汽泡中还有一些活泼气体， 则这些气体借助汽泡凝结时放出的热量，还会对金属起化学腐蚀作用。在化学腐蚀作用与机械剥蚀的共同作用下，更加快了金属的损坏速度。这些汽化、凝结、 冲击和腐蚀的综合现象称为汽蚀破坏现象。严重的汽蚀部位，很快被破坏成蜂窝或海绵状。当汽蚀开始发生时，即发生振动、噪音，流量、扬程、效率下降。汽蚀会使泵停止正常工作，缩短泵的寿命。有效汽蚀余量是指液流自吸液罐经吸入管路到达泵吸入口后，高出汽化压力所富余的那部分能量头，用NPSHa 表示。有效汽
12、蚀余量数值的大小与吸入装置的条件，如吸液罐表面压力、吸入管路几何安装尺寸、阻力损失等有关，而与泵本身的结构尺寸无关。泵必需的汽蚀余量是表示泵入口到叶轮内最低压力点处的静压能量头降低值，用NPSHr表示。一般说来：NPSHaNPSHr泵不发生汽蚀NPSHa=NPSHr泵开始发生汽蚀NPSHaNPSHr +0.5m 。将吸上装置改为倒灌装置，并增加倒灌装置的安装高度。 减小泵前管路上的流动损失。如：缩短管路，减小流速，尽量减少弯管和阀门，或开打阀门开度等。3）采用抗汽蚀的材料如使用条件所限不可能完全避免汽蚀时，应选用强度、硬度、韧性高， 化学稳定性好的抗汽蚀性能较强的材料制造叶轮。常用材料有铝铁青
13、铜，不锈钢2Cr13，稀土合金铸铁和高镍铬合金等。2.7 、比例和切割定律在泵上的应用当一台泵的叶轮尺寸不变，在不同转速下，各参数随之变化，此则称为比例定律。Q/Q =n/n H/H2 =（ n/n ）N/N3 =（ n/n ）9式中 Q 、 Q改变转速前后的流量，m3/hn 、 n改变前后的转速， rpmH、 H改变转速前后的扬程， mN、 N改变转速前后的功率， kw对于同一台泵， 在转速不变的情况下，切割叶轮外径，各参数也随之变化，此则称为切割定律。Q/Q = D/D 2H/H =（ D/D）3N/N =（ D/D）在一些离心泵的标牌上常见在泵型号后面标有 A、B、 C字样，这就是叶轮依
14、次被切割次序的标记。如 A为叶轮经第一次切割。利用车削叶轮外径改变泵的性能，但不可无限的随便车削, 以免泵的效率下降过多。2.8 、离心泵特性曲线10H-Q特性曲线是选择和使用泵的主要依据。这种曲线有“陡降”、“平坦”和“驼峰”状之分。其中平坦曲线反映的是，在流量变化较大时，扬程变化不大；陡降曲线反映的是扬程变化较大时，流量变化不大；而驼峰曲线容易发生不稳定现象。N-Q特性曲线是合理选择原动机功率和操作启动泵的依据。通常应按所需流量变化范围中的最大功率在加上一定的安全余量来选择原动机的功率大小。流量最小时功率最小。 -Q曲线是检查工作经济性的依据。 通常效率最高点是泵工作的额定点， 一般该点也
15、是设计工况点。目前取最高效率以下 5-8%范围内对应的工况称为高效工作区。-Q 特性曲线NPSH r -Q 特性曲线是检查泵工作是否发生汽蚀的依据。通常是按最大流量下的NPSHr，考虑安全余量及吸入装置的有关参数来确定泵的安装高度。在运行中应注意监控泵吸入口处的真空压力变读数，防止发生汽蚀。2.9 、离心泵的调节改变泵的运行工况点成为泵的调节，改变泵的运行工况点有三种途径：一是改变泵的特性曲线，二是改变装置的特性曲线（管路特性），三是同时改变泵和装置的特性曲线。1 ）改变泵的特性曲线改变转速。 使用可变转速的原动机，转速增加泵的特性曲线向右上方移动，转速下降时则向左下方移动。切割叶轮直径。只能
16、使泵的特性曲线向左下方移动，且不能还原。改变前置导叶叶片角度的调节。改变半开式叶轮叶片端部间隙的调节。间隙增大， 泵的流量减小， 且叶片压力面和吸力面压差减小， 泵的扬程降低， 泵的轴功率和效率也相应降低。值得说明的是间隙调节比闸阀调节省功。泵的并联或串联调节。泵并联是增加流量，串联是增加扬程。2）改变装置特性曲线闸阀调节。 这种调节方法简便， 使用最广， 但能量损失很大， 且泵的扬程曲线越陡，损失越大。液位调节。泵后罐的液位升高，扬程增大，流量减小，液位也随之下降；液位降低11后，流量又逐步增大，故可使液位保持在一定的范围内进行调节。旁路分流调节。泵出口设有分路2.10 、离心泵的轴向力平衡
17、以单级叶轮为例，由于作用在叶轮两侧盖板上的压力不等（如图），故有轴向力存在。轴向力大小按此公式计算：FAKHig (r2r 2 )whHi 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力。离心泵转子的轴向力很大， 尤其在多级泵中更大。 此轴向力不设法消除泵运行时隐患比较大，所以一般离心泵都设有平衡装置。1 ）单级泵轴向力的平衡措施有： 采用双吸式叶轮。由于双吸式叶轮两侧对称，所受力相同，故基本不存在轴向力。开平
18、衡孔在叶轮后盖板与壳体之间加设一个密封环， 其直径与入口密封环相同。 同时在叶轮后盖板与吸入口对应处， 开设几小孔，当液体漏过密封环，便由小孔流回到入口去，使两侧压力12达到平衡。 但由于液体通过平衡孔产生阻力，压力差不可能完全消除，约有 1015%轴向力不能平衡。此外， 采用这种方法，由于漏回吸入口的液流与吸入液流方向相反，使吸入液流均匀性遭到破坏， 从而使泵的效率降低46%。此种结构的优点是简单易行，未被平衡的力可由轴承来承受。采用平衡管这种方法与开平衡孔基本相同，只是后部密封环所漏过的液体是由平衡管流回入口管，比开平衡孔要优越。 因为这样不会破坏吸入液流的均匀性。 平衡管的过流面积同样不
19、小于后部密封环过流面积的 45倍。采用止推轴承承受轴向推力这是一种机械平衡方法， 它不如液体平衡方法优越， 但残余不平衡力还必须由轴承来承受。在小型低压泵中，也可单用轴承来承受轴向力。2）多级泵的平衡措施：采用叶轮对称布置一般用在叶轮级数为偶数的情况下。若为奇数， 则第一级叶轮可制成双吸式的，这样似乎轴向力得到了完全平衡，但实际上也是不可能的。因各级间密封环漏损不尽相同（间隙不可能完全一致） ，轮毂尺寸也不尽相同。所以还必须加装止推轴承，承受残余的轴向推力。采用平衡鼓这是在多级分段式泵的末级叶轮背后，装一圆柱形活塞，称平衡鼓。 平衡鼓的后面为平衡室，通过平衡管将平衡室与入口管连通。因此，平衡室
20、中的压力等于吸入室中液体压力与平衡管中阻力损失之和。平衡鼓的前面末级叶轮泵腔，也就是该泵的最高压力，平衡鼓与泵壳密封环之间有极小的间隙，所以平衡鼓两侧有很大压力差，就是利用这个压力差来平衡指向入口方向的轴向推力的。为了减少从平衡鼓前的高压区漏向平衡室，平衡鼓套之间隙应尽量小，有时也将其制成迷宫形式。采用这种装置，一方面可平衡轴向力，另一方面可减小密封腔内压力，使两端密封腔内压力基本相同。平衡鼓装置，只能平衡轴向推力，不能限制转子的位置，且在工况变动时，转子会无规律的串动，造成残余不平衡力，因此装有平衡鼓的泵，必须加装止推轴承。采用平衡盘装置平衡盘安装在多级泵的末级叶轮背后，平衡盘除轮毂 （或轴
21、套） 与泵体之间有一个间隙外，在盘与泵体之间还有一个轴向间隙，平衡盘的背后则是连通入口管的平衡室。132131-平衡盘2-平衡板3-平衡套末级叶轮背后的高压液体流向径向间隙b1，压力从 PA降到 PB，由于 PB大于 PC（平衡室压力），平衡盘两侧产生一压力差，压力PB液体将平衡盘推向后面并经间隙b2流向平衡室，这个推开平衡盘的力即为平衡力，与转子的轴向推力方向相反。当叶轮上的推力大于平衡力时，转子就向前移，使间隙b2减小，减少了泄漏量，而压力PB则增高，也就增加了平衡力，转子不断前移，PB也不断增高，当移到某一位置时，平衡力与轴向推力相等，亦即达到了平衡。由于惯性， 运动着的转子不会立即停止在平衡位置上，还要继续移动， 轴向间隙 b2还会继续变化，直到因阻力而停止，但停止的位置并非平衡位置，此时平衡力超过轴向力，所以又使转子向相反方向即向后移动，即又开始了一个新的平衡循环。这样多次反复动作，一次比一次移动的少，最后可稳定下来，使转子停留在新的平衡位置上。当泵的工况发生变化时，轴向力也就会又如上所述重新调节。可以看出， 平衡盘的平衡状态是动态的，即转子是在某一平衡位置上作衰减脉动，当工作点改变时，转子会自动的移动到另一平衡位置上作轴向衰减脉动。采用平衡盘与平衡鼓联合装置这种装置是将平衡盘的轮毂加粗，且间隙控制在最小即可。这时轴向力由平衡鼓和平衡盘分承。14