转动设备培训（离心泵） -凌国裕 第一章：泵的基础知识 1-1 泵的分类 1-1-1 按工作原理分类： 第一章：泵的基础知识 1-1泵的分类： 1-1-2 按API分类： 第一章：泵的基础知识 第一章：泵的基础知识 1-1泵的分类 1-1-2 按API分类： OH1泵采用脚支撑，所以使用 温度不高且只适用于低压情况 OH2泵型采用中心线支撑，所 以相较于OH1泵型适合更高的 温度和压力场合使用 第一章：泵的基础知识 第一章：泵的基础知识 BB1泵型采用脚支撑，相较于 OH型泵兴这类泵有着低扬程高 流量的特点 BB2型泵是中心线支撑，使用在高 压高温场合 第一章：泵的基础知识 第一章：泵的基础知识 类泵广泛的使用在精炼厂、油线 加压、高压注水以及作为透平机 使用 这类泵为中心线支撑，用于高扬 程工况；被广泛的用在一般工业 和锅炉给水上 第一章：泵的基础知识 它们用在高压场合或者是泵 送易燃、高温或其他危险介 质的场合 第一章：泵的基础知识 第一章：泵的基础知识 1-1 泵的分类 1-1-3 按制造标准分类： 类技术标准的泵石油天然气泵 执行标准：ISO/DIS 9905-1994，GB/T16907-1997，API610-2003 类技术标准的泵化工泵 执行标准：ISO/DIS 5199-1986，GB/T5656-94 类技术标准的泵清水泵 执行标准：ISO/DIS 9908-1993，GB/T 5657-95 ISO国际标准化组织 DIS国际标准草案 API美国石油学会 第一章：泵的基础知识 1-1 泵的分类 1-1-3 按制造标准分类： 类类 泵泵 是是 最最 严严 的的 第一章：泵的基础知识 介质:易燃、易爆、易挥发、易汽化等贵重介质 温度：t350400C 容易爆炸 相对密度：0.451 粘度：650mm2/s 材料：多种（API分14种材料） 结构：复杂、形式多，满足各种介质、温度、工况要求 1-1 泵的分类 1-1-3 按制造标准分类： 第一章：泵的基础知识 1-2-1 泵的定义：泵是把原动机的机械能转换为所抽送流体的 能量的机器。 1-2-2 离心泵的工作原理：充满在泵中的液体随叶轮回转， 产生离心力向四周甩出，在叶轮中心形成低压，液体便在液面压力 作用下被吸进叶轮。 从叶轮流出的液体，压力和速度增大。蜗壳- 汇聚并导流。扩压管增大，流速降低，大部分动能变为压力能，然 后排出。叶轮不停回转，吸排就连续地进行。 液体通过泵时所增加的能量，是原动机通过叶轮对液体作功的结 果。 第一章：泵的基础知识 1-2离心泵的工作原理： 在雨天经常可以看到如下现象：旋转雨伞，水滴会沿着伞 边切线方向飞出，旋转的雨伞给水滴一个离心力，离心力将水滴甩 走，这是一个离心力能给液体增加能量的例子。 第一章：泵的基础知识 1-2离心泵的工作原理： 1-3离心泵的主要零部件： 第一章：泵的基础知识 1-3离心泵的主要零部件： 第一章：泵的基础知识 1-3离心泵的主要零部件： 1-3-1 泵壳： 按剖分面分有轴向剖分和径向剖分两种； 按形状分有蜗壳式(螺旋形)、环形或圆形壳体； 一般泵壳收集从叶轮甩出的液体，并引向扩散管至泵出口，液 体离开叶轮时速度很高，而排出管中的流速却不允许太大，否则管路 阻力损失过大。压出室的主要任务就是要以最小的水力损失汇聚从叶 轮中流出的高速液体，将其引向泵的出口或下一级，并使液体的流速 降低，将大部分动能转换为压力能。 第一章：泵的基础知识 1-3离心泵的主要零部件： 1-3-2 叶轮 叶轮是唯一的做功部件，泵通过叶轮对液体做功，流体的机械 能增加； 叶轮型式有闭式、半开式、开式三种，闭式叶轮效率较高，开 式叶轮效率较低；叶轮又可分为单侧吸人式和双侧吸人式，当流量小 于300m3/h, 多采用结构较简单的单吸式叶轮。 第一章：泵的基础知识 1-3离心泵的主要零部件： 1-3-3 密封环： 密封环的作用是形成一个可接受的间隙，控制泵的内泄漏； 这种内部泄漏会降低泵的v ，使泵的Q和H减小。 由耐磨材料组成，镶于叶轮或壳体上，根据密封环的型式， 有平环和曲径环两类； 若密封环的径向间隙过小，则容易产生摩擦，甚至咬死。若 间隙过大，漏泄又会显著增加。实验表明，当密封环间隙由 0.30mm增至0.50mm时，效率约下降44.5；磨损后可以更 换。 第一章：泵的基础知识 1-3离心泵的主要零部件： 1-3-4 轴和轴承： 泵轴需要固定叶轮，安装联轴器； 泵的工作转速低于第一临界转速的轴，称为刚性轴。高于第一 临界转速的轴称为柔性轴。如果把单级泵的轴设计成柔性轴时，每次 开车和停车，轴都要通过第一临界转速而发生振动，这些振动会使叶 轮密封环和填料函、机械密封等加速磨损、泄漏。一般刚性轴的工作 转速必须满足n（0.75-0.8）nc，其中nc为临界转速。 根据泵的大小、轴功率、轴向力和径向力等，确定轴承配置； 轴承形式：1、减磨轴承：ndm系数（轴承尺寸模数）500000 （润滑油）或350000（润滑脂）（mm/min） 2、液体动压轴承：能量强度np4000000（kw/min） 3、操作温度：PT 150，可考虑轴承室冷却。慎 用水冷。PT260，轴承润滑油需冷却，建议采用可倾瓦轴承。 第一章：泵的基础知识 1-3离心泵的主要零部件： 1-3-5 轴封： 将泵内环境与外界环境隔离，防止泵内介质泄漏，防止泵外 介质进入泵内； 一般有机械密封和填料密封两种，这两种密封都是泄漏密封 ；还有干气密封，也叫无泄漏密封； 第一章：泵的基础知识 1-3 离心泵的主要零部件： 1-3-6离心泵常用材料： 第一章：泵的基础知识 介质、泵体（包括 导叶叶轮轴套叶轮螺母密封环平衡盘平衡套平衡环导叶套轴 穿杆 工艺条件泵盖、多级泵泵体 前后段螺栓 常温清水， HT20-40HT20-40HT20-40HT20-40 35#、45、 HT25-47HT25-47HT25-47HT25-47HT25-47 35#35# t Ne Na=Ne/ 第一章：泵的基础知识 *驱动机的功率以以下三种运转工况所需功率的最大值来确定 并包括各种机械损失功率（如轴承损失、机械密封损失、外部齿轮 箱损失、联轴器损失等）。 1、泵参与水运所需功率或介质密度最大者； 2、规定的最大操作工况（最大密度介质、最大流量、最高 转速、最多叶轮）所需功率； 3、如果两台并联泵组，单台泵轴功率应考虑采用功率端点 值。当驱动机由电动机和液力回收透平共同承担时，所配电机应能 在规定条件下单独启动整个泵组，并能单独驱动泵在规定操作条件 下运行。 第一章：泵的基础知识 1-4 离心泵的主要性能参数： 1-4-5 转速(n)： 泵轴在单位内的转数，单位为r/min或rpm 水泵是按一定的转速设计制造和运行使用的，当转速改变 时，其它工作参数都随之而发生变化 转速是决定水泵性能的一个重要技术指标 水泵铭牌上所标的转速是指水泵在最高效率时的转速，称 之为额定转速 相应标出的流量、扬程、功率等参数，都是指水泵在额定 转速下运行的性能 第一章：泵的基础知识 1-4 离心泵的主要性能参数： 1-4-6 必须汽蚀余量NPSHr：为使泵不发生汽蚀，叶轮进口处 ，单位重量液体所必须具备的，超过汽化压力的富余能量 装置汽蚀余量NPSHa：水泵装置能够提供给泵的超过汽 化压力的富余能量 不发生汽蚀的条件NPSHa NPSHr 减小几何吸上高度hg（泵的安装高度） 减小吸入管路的水力损失（增大管径、缩短管长、减少弯头 、附件等） 减少在大流量区运行 降速 采用双吸叶轮等 泵的安装高度hg= Pb-NPSH-Hf-Hv-Hs Pb对于不同海拔高度有不同的数值 Hv对于不同的介质及温度取值不同 第一章：泵的基础知识 1-4 离心泵的主要性能参数： 1-4-7 扬程公式： :绝对液流的液流角（绝对速度与圆周之间的夹角） ：相对液流的液流角（相对速度与圆周之间的夹角） V：绝对速度（相对速度与圆周速度的矢量和） U：圆周速度（相切于圆周方向,Cu周向分速度,Cm径向 分速度, U=nD/60） W：相对速度（相切于叶片出口方向） Vm：轴面速度（绝对速度或相对速度的轴面投影是轴面 速度） 第一章：泵的基础知识 泵内介质流速不宜超过以下限制： 第一章：泵的基础知识 介质名称 入口管嘴m/s 出口管嘴m/s 烃类及常温水 714 热水 510 腐蚀、磨蚀性流体 48 泵叶轮顶尖流速不宜超过以下限制： 叶轮材料叶轮顶尖线速度m/s 铸铁s-1，I-135 铜I-245 可锻铸铁50 304,316奥氏体不锈钢 A-7，A8，S-8 65 碳钢70 12%Cr不锈钢C-6，S-80 1-4 离心泵的主要性能参数： 1-4-7 扬程公式： 理论扬程：Ht=（U2*Vu2-U1*Vu1）/g 如果叶轮入口处液体绝对速度的圆周分量为零，则 扬 程理论公式变为 Ht=（U2*Vu2）/g 要提高H，必须增大D2或提高n,D2关系到泵的外廓和重量,n受 限于泵的汽蚀性能,离心泵n一般不超过800010000rmin，单 级泵的H通常不超过150m。 当用径向叶片，即2=90时, 即H与Q无关 当用后弯叶片，即2 0，Q增大则Ht减小 当用前弯叶片，即2 90时，Q增大则Ht增加，表面上，以用 前弯叶片为宜，实际中，考虑到各种损失，多用后弯叶片 第一章：泵的基础知识 1-4 离心泵的主要性能参数： 1-4-7 扬程公式： 实际应用扬程计算公式： H=（P2-P1）/+V22-V21/2g+hf P2：出口表压 P1：入口表压 ：介质密度 V2：出口速度 V1：入口速度 hf:泵内部损失 实际工作中，利用进出口管路的口径使泵的入口速度 大约在2m/s,出口速度在3m/s,这样泵的进出口动能增量很小，一般可 以忽略，泵内损失也很小，也可以忽略。所以，一般情况下泵的扬程 公式为 H=（P2-P1）/ 式中：H泵扬程（m） P压差，压差等于泵出口压力表 输送介质的密度（Kg/m3） 第一章：泵的基础知识 1-4 离心泵的主要性能参数： 1-4-8 hf:泵能量损失：水力损失、容积损失、机械损失 泵的总效率为： 1.4.8.1 水力损失h和水力效率 包括沿程损失、边界层分离、冲击损失、二次流损失 、其他流动损失等 经验公式： 其中Q的单位为m3/s，n为r/min。 第一章：泵的基础知识 1-4 离心泵的主要性能参数： 1-4-8 hf:泵能量损失：水力损失、容积损失、机械损失 泵的总效率为： 1.4.8.2 容积损失q和容积效率 因泄漏导致的附加功率消耗，泄漏量用q表示 经验公式： 其中Q的单位为m3/s，n为r/min。 第一章：泵的基础知识 1-4 离心泵的主要性能参数： 1-4-8 hf:泵能量损失：水力损失、容积损失、机械损失 泵的总效率为： 1.4.8.3 机械损失和机械效率 密封摩擦损失 轴承摩擦损失（约占轴功率的15） 圆盘摩擦损失（占轴功率的210） 注*圆盘摩擦损失与直径5次方成正比，与转速3次方成正 比，所以提高n和相应减小叶轮外径(H不变时）可减小圆盘摩擦损失; 而填料摩擦损失与转速1此方成正比，轴承损失与转速2次方成正比。 经验公式（只记圆盘损失） 内机械效率 第一章：泵的基础知识 1-4 离心泵的主要性能参数： 1-4-9 泵的性能曲线： 流量扬程曲线（QH）； 流量功率曲线（QN）； 流量效率曲线（Q-）。 其关系是：流量增加，扬程降低 （因为密封环内部漏泄和轴封外 部漏泄，多级泵还存在级间漏泄， 当泵设有平衡孔(管)或平衡盘时， 有附加的容积损失。总漏泄量一