第一章 液体输送设备

1、第一章 液体输送设备第一节 概述在石油和化工生产装置中，流体输送是必不可少的单元操作。做功以完成输送任务的机械或设备称为“体输送设备”。流体输送设备是石油、化工和其它领域最常用的机械设备。生产上对流体输送的要求差别很大，输送的流体流量和扬程各不相同；流体种类繁多、性质千差万别；温度、压力等操作条件也有较大的差别。为了适应生产上各种不同的要求，所以输送设备的型式种类是多种多样的，规格更是十分广泛，常见的如泵、风机、压缩机等。泵通常是指为液体提供能量的流体输送设备。泵的种类很多，其中离心泵具有性能范围广泛、流量均匀、结构简单、运转可靠和维修方便等诸多优点，因此离心泵是工业生产中应用最为广泛的一种液

2、体输送设备。除了在高压小流量或计量时常用往复式泵，液体含气时常用旋涡泵和容积式泵，高粘度介质常用转子泵外，其余场合，绝大多数使用离心泵。据统计，在石油、化工生产装置中，离心泵的使用量占泵总量的7080。第二节 泵的分类及特点离心泵的类型很多：按叶轮数目可分为单级泵（只有一个叶轮）和多级泵（有两个以上的叶轮，级数越多，扬程越高）；按叶轮进液方式可分为单吸式（液体从一侧进入叶轮）和双吸式（液体从叶轮两侧吸入，吸入性能较好，多见于大流量的离心泵）；按泵壳剖分形式可分为水平剖分泵和垂直于泵轴剖分泵；按泵壳的结构还可分为蜗壳式泵（具有像蜗牛壳形状的泵壳）和透平式泵（在叶轮外围安装有几个固定叶片的泵，用于

3、多级泵）。此外，按泵扬程的大小分为低压泵（扬程小于20米水柱）、中压泵（20160米水柱）和高压泵（高于160米水柱）；按泵转速的高低分为普通离心泵和高速离心泵；桉输送介质不同又分为水泵、轻烃泵、油泵以及耐腐蚀泵等；按用途可以分为进料泵、循环泵、回流泵、塔底泵或重沸器泵、产品泵等；按密封形式分为屏蔽泵、磁力泵和外加密封泵等。2.1 离心泵的分类按离心泵的结构分类，见表1.2.1表1.2.1 泵按结构分类分类方式类 型特 点图 例按吸入方式单吸泵液体从一侧流入叶轮，存在轴向力图1.2.1双吸泵液体从两侧流入叶轮，不存在轴向力，泵的流量几乎比单吸泵增加一倍图1.2.2按级数单级泵泵轴上只有一个叶轮

4、图1.2.1多级泵同一根泵轴上装两个或多个叶轮，液体依次流过每级叶轮，级数越多，扬程越高图1.2.3按泵轴方位卧式泵轴水平放置图1.2.1、1.2.2、1.2.3立式泵轴垂直于水平面图1.2.4按壳体型式分段式泵壳体按与轴垂直的平面剖分，节段与节段之间用长螺栓连接图1.2.2中开式泵壳体在通过轴心线的平面上剖分蜗壳泵装有螺旋形压水室的离心泵，如常用的端吸式悬臂离心泵图1.2.1特殊结构潜水泵泵和电动机制成一体浸入水中 液下泵泵体浸入液体中图1.2.4管道泵泵作为管路一部分，安装时无需改变管路屏蔽泵（磁力泵）叶轮与电动机转子联为一体，并在同一个密封壳体内，或采用磁力驱动方式，将动密封改为静密封，

5、不需采用密封结构，属于无泄漏泵图1.2.5图1.2.1 单级单吸卧式泵图1.2.2 双吸泵1泵盖；2泵壳；3叶轮；4轴；5密封环；6轴套；7密封组件；8轴承图1.2.3 多级泵1吸入段；2中段；3平衡盘；4轴；5轴承；6首级叶轮；7密封环；8末级叶轮；8密封组件图1.2.4 液下泵图1.2.5 屏蔽泵按离心泵的工作介质分类，见表1.2.2。表1.2.2 按工作介质分类类 型特 点水泵清水泵最常用的离心泵，采用铸铁泵，填料密封锅炉给水泵(1)泵的压力较高，要求保证法兰连接的紧密性；(2)应防止泵进口处产生汽蚀，过流部件应采用抗腐蚀性和抗电化学腐蚀的材料；(3)防止温度变化引起不均匀变形热水循环泵

6、(1)吸入压力高，温度高，要求泵的强度可靠；(2)填料函处于高压、高温下，应考虑减压和降温；(3)如采用端吸式悬臂泵时，由于轴向推力大，要求轴承可靠凝结水泵(1)对泵的汽蚀性能要求高，常采用加诱导轮或加大叶轮入口直径和宽度的方法改善泵的汽蚀性能；（2）泵运转易发生汽蚀，过流部件有时采用耐汽蚀的材料(如硬质合金、磷青铜等)；(3)填料函处于负压下工作，应防止空气侵入油泵通用油泵(1)油品往往易燃易爆，要求泵密封性能好，常采用机械密封，采用隔爆电动机；(2)泵的材质和结构上应考虑耐腐和耐磨；(3)为保证泵的连续可靠运转，应采取专门的冷却、密封、冲洗和润滑等措施冷油泵当粘度20mm2s(20cSt)

7、时，应考虑粘度对泵性能的影响热油泵(1)应考虑各零部件的热膨胀，必要时采取保温措施；(2)过流部件采用耐高温材料；(3)要求第一级叶轮的吸入性能好；(4)轴承和轴封处要冷却；(5)开泵前应预热(常用热油循环升温来加热泵，一般泵体温度不应低于入口温度40)液态烃泵(1)泵吸入压力高，应保证泵体的强度和密封性；(2)要求第一级叶轮的吸入性能好；(3)因液态烃易泄漏引起结冰，因此对轴封要求高，不允许泄漏；(4)泵内应防止液态烃气化，并保证能分离出气体；(5)选配电动机时应考虑装置开工试运转时的功耗，或采取限制泵试运转流量的措施，以免产生电机过载油浆泵(1)由于介质中含固体颗粒，过流部件应采用耐磨蚀的

8、材料和结构；(2)为防止固体颗粒进入轴封，含颗粒较少时，可采用注入比密封腔压力高的清洁液冲洗轴封，含颗粒较多时一般采用付叶轮(或背叶片)加填料密封的轴封结构耐腐蚀泵通用特点：(1)用于输送酸、碱及其它腐蚀性化学药品，过流部件应采用耐腐蚀材料；(2)结构上应考虑到不耐蚀零部件(如托架)的防腐；(3)密封环间隙比水泵应大些；(4)应避免在小流量下工作，以免液体温度升高加剧腐蚀；(5)停车时应及时关闭吸入阀，或采用停车密封，以免介质漏出泵体耐蚀金属泵(1)常用的耐蚀金属泵，其过流部件的材质有：普通铸铁、高硅铸铁、不锈钢、高镍合金钢、钛及其 合金等，应根据介质特性和温度范围选用不同的材质；(2)高镍合

9、金钢、钛及其合金的价格高，一般应避免选用；(3)耐蚀金属泵的耐温、耐压及工作稳定性一般优于非金属泵非金属泵(1)非金属泵过流部件的材料有：聚氯乙烯、玻璃钢、聚丙烯、F46、氟合金、PVDF、超高分子量聚 乙烯、石墨、陶瓷、搪玻璃、玻璃等。应根据介质的特性和温度范围选用不同材质；(2)般非金属泵的耐腐蚀性能优于金属，但非金属泵的耐温、耐压性一般比金属泵差。常用于 流量不大、且温度较低、使用压力较低的场合杂质泵(1)输送含有固体颗粒的浆液、料浆、污水、渣浆的泵总称为杂质泵。其过流部件应采用耐磨蚀自材料和结构；(2)为防止堵塞，采用较宽的过流通道，叶轮的叶片数少，采用开式或半开式叶轮；(3)轴封处应

10、防止固体颗粒的侵入，含颗粒较少时，可采用注入比密封腔压力高的清洗液冲洗辆封。含颗粒较多时，可采用副叶轮(或背叶片)加填料密封(或带冲洗机械密封)的轴封结构2.2 石油化工用离心泵的特点石油化工用离心泵和普通泵的主要差别，在于选用的材料和采用的结构有些不同。石油化工用泵常采用一些特殊材料和特殊结构，以保证流通，保护环境，获得高的效率和良好的性能。对于输送性质恶劣液体、使用条件苛刻的石油化工泵，发生故障的原因比普遍泵要复杂得多，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、适应化工工艺要求、运行可靠。泵在化工生产中的地位，犹如人体中的心脏，起着输送、加压的功能，

11、如果泵经受不住长期运转的考验，检修又费时间，这样的泵在化工生产中后果不堪设想。正常的石油化工用泵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运转，还要操作维护检修方便和达到长期免维修水平。2、耐腐蚀、耐磨损。化工生产中的液体种类极其繁多，特性多种多样，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耐腐蚀和耐磨蚀的材料，以防腐蚀和磨损造成失效无法工作。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。由于化工生产中泵所输送的许多介质是易燃易爆，有毒有害，挥发

12、性强的。为了保证生产的安全，不污染环境以及保护人的身体健康等要求，炼油或石油化工用泵在输送过程中不应有泄漏。泵的泄漏主要是泵轴的动密封处泄漏较多，那么如何选用有效的密封，运用密封新技术，掌握正确的检修方法来提高检修质量以保证泵不泄漏，是检修人员应该掌握的内容。4、耐高温或低温并能有效连续工作。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均有。例如在导热油加热系统中，导热油泵的工作温度通常在300左右，有的泵的工作温度甚至可达到900。另外，在乙烯分离装置以及输送液氯、液氧等冷态介质的场合，泵的工作温度都要在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

13、泵要考虑到泵材质的冷脆性等等，装配间隙的大小要考虑温差的影响。第三节 离心泵一、离心泵的工作原理离心泵是由于叶轮高速旋转时产生离心力而输送液体的。图1.3.1所示是典型离心泵的一般装置示意图。离心泵在启动之前，泵内应灌满液体，此过程称为灌泵。工作时驱动机通过泵轴带动叶轮旋转，叶轮中的叶片驱使液体一起旋转，因此产生离心力，在此离心力的作用下，液体沿叶片流道被甩向叶轮出口，液体经过蜗壳送入排出管。液体从叶轮获得能量，使压力能和速度能均增加，并依靠此能量将液体输送到工作地点。当一个叶轮不能使液沐获得足够的能量时，可用多个叶轮串联或并联起来对液体作功。当液体甩向叶轮出口的同时，叶轮入口中心处就形成了低

14、压，在吸液罐和叶轮中心处的液体之间就产生了压差，吸液罐中的液体在这个压差作用下，便不断地经吸入管路及泵的吸入室进入叶轮。这样，叶轮在旋转过程中，一面不断地吸入液体，一面又不断地给吸入的液体以一定的能量，将液体排出，使离心泵连续不断地工作。离心泵性能和结构有以下特点：流量均匀，压力稳定；扬程和流量大小主要取决于叶轮外径和转速；扬程和轴功率与流量存在对应关系，扬程随流量增大而降低，轴功率随流量增大而增加；自吸能力差，极易产生汽蚀现象；在低流量下工作效率降低，但设计点效率较高；通常采用开关出口阀的方法来调节流量，必要时可车削叶轮外径或改变原动机转速，但不宜长时间在低流量下操作；离心泵结构简单、紧凑，

15、易于安装和检修，占地面积小，易损件少，可与电机直接连接；故适用于要求大流量、低扬程、粘度较小的液体输送。图1.3.1 离心泵的一般装置示意图1泵；2吸液罐；3吸入口；4吸入管路；5泵入口阀；6入口压力表；7出口压力表；8泵出口阀；9单向阀；10排出管路；11流量计；12排液罐离心泵工作时，最为担心的是泵入口有气体。因为气体的密度小，旋转时产生的离心力就很小，叶轮中不能产生必要的真空，也就无法将密度较大的液体吸入泵中。因此在开泵前必须使泵和吸入系统充满液体，而且在工作中，吸入系统不能漏气，这是离心泵正常工作必须具备的条件。二、离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能参数有转速、流量、扬程、

16、功率和效率等。（1）转速：即离心泵叶轮（或轴）的转速，用符号n表示，其单位是转/分，以r/min表示。转速改变，泵的扬程、流量、功率、效率等都会发生变化。（2）流量：泵的流量Q是指单位时间内由泵的排液口排出的液量。有泵的流量（即有效流量）和理论流量之分，大多采用体积流量Q，单位为m3/s、 m3 /min、m3/h或L/s。有时也用质量流量G表示，单位为kg/s、kg/min、和t/h。质量流量与体积流量的相互关系是：G=Q（式中表示液体密度：kg/m3 ）。离心泵的流量与泵的结构、尺寸（主要为叶轮直径和宽度）及转速等有关。应予指出，离心泵总是和特定的管路相联系的，因此离心泵的实际流量还与管路

17、特性有关。泵的理论流量QT是指单位时间内流入泵作功部件里的液量。由于一般泵在工作时不免有内部和外部的泄漏，因此泵的理论流量QT与泵的流量Q间有如下关系：QTQ+q m3/s (1.3.1)式中q为单位时间内泵的容积泄漏量，单位与Q相同，它包括所有不经排出管而漏到泵体外的外部泄漏，及叶轮出来后仍漏回叶轮入口的内部泄漏。（3）扬程（也称压头）：有泵的扬程（实际扬程）及理论扬程之分。泵的扬程H单位重量液体流过泵后的总能量的增值。或者作功元件对泵排出的单位重量液体所作的有效功（单位为m液柱）。离心泵的压头与泵的结构(如叶片的弯曲情况、叶轮直径等)、转速及流量有关。对于一定的泵和转速，压头与流量间具有一

18、定的关系。理论扬程HT作功元件对流经叶轮的单位重量液体所作的功。理论扬程为实际扬程与泵内的流体阻力损失（包括冲击损失）之和：HTH+hhyd m液柱 (1.3.2)如前所述，离心泵的理论压头可用离心泵的基本方程式计算。实际上由于液体在泵内的流动情况较复杂，因此目前尚不能从理论上计算泵的实际压头，一般由实验测定。（4）功率：有有效功率Neff、内功率Ni和轴功率N之分。有效功率Neff是单位时间内泵排出口流出的液体从泵中取得的能量。其值可按下式计算：Neff KW (1.3.3)式中 液体密度，Kg/m3；g重力加速度 9.81m/s2内功率Ni（或水力功率）为单位时间内作功单元所给出的能量。可

19、按下式计算：Ni KW (1.3.4)轴功率N是指单位时间内由原动机传递到泵主轴上的功。泵在工作时，难免有运动件之间的机械摩擦损失，另外还有轮阻损失。因为泵的轮阻损失转为热量后对泵内液体的状态变化影响很小，故轮阻损失功率Ndf可不作为内功率的一部分，而是与外部机械摩擦损失功率归在一起，统称为机械损失功率Nmec。轴功率就等于内功率和机械损失功率之和。即：N= Ni+ Nmec KW (1.3.5)（5）效率：泵效率（总效率）是衡量泵工作是否经济的指标，定义为：= Neff/N，即有效功率与轴功率的比值。离心泵在输送液体过程中，当外界能量通过叶轮传给液体时，不可避免地会有能量损失，即由原动机提供

20、给泵轴的能量不能全部为液体所获得，致使泵的有效压头和流量都较理论值为低，通常用效率来反映能量损失。离心泵的能量损失包括以下几项：1)容积损失 容积损失是指泵的液体泄漏所造成的损失。离心泵可能发生泄漏的地方很多，例如密封环、平衡孔及密封压盖等(如图1.3.2所示)。这样，一部分已获得能量的高压液体通过这些部位被泄漏，致使泵排送到管路系统的液体流量少于吸人量，并多消耗了部分能量。容积损失主要与泵的结构及液体在泵进、出口处的压强差有关。容积损失可由容积效率来表示，一般闭式叶轮的容积效率为0.850.95。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擦而引起的能量

21、损失称为机械损失，可用机械效率来反映这种损失，其值一般为0.960.99。3)水力损失 粘性液体流经叶轮通道和蜗壳时产生的摩擦阻力以及在泵局部处因流速和方向改变引起的环流和冲击而产生的局部阻力，统称为水力损失。水力损失与泵的结构、流量及液体的性质等有关，水力损失可用水力效率来表示。应予指出，离心泵在一定转速下运转时，容积损失和机械损失可近似地视为与流量无关，但水力损失则随流量变化而改变。在水力损失中，摩擦损失hf大致与流量的平方成正比；而环流、冲击损失ht与流量的关系如下：若在某一流量Q下，液体的流动方向恰与叶片的入口角相一致，这时损失最小；当流量小于或大于Q时，损失都将增大。图1.3.3表示

22、水力损失随流量的变化关系。额定流量Qs下离心泵的水力效率一般为0.80.9。图1.3.2 离心泵的泄漏损失1一密封环；2一平衡孔；3一叶轮入口；4一密封压盖图1.3.3 水力效率与流量的关系离心泵的效率反映上述三项能量损失的总和，故又称为总效率。因此总效率为上述三个效率的乘积，即=vmh (1.3.6)由上面的定性分析可知，离心泵的效率在某一流量(对正确设计的泵，该流量与设计流量相符合)下为最高，小于或大于该流量时都将降低。通常将最高效率下的流量称为额定流量。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。除了以上所述，离心

23、泵还有一个重要性能参数就是泵的允许吸上真空度Hs或允许汽蚀余量NPSH，单位均以米液柱表示。离心泵的主要性能参数之间存在着一定的关系，可用实验测定。将实验结果标绘于坐标纸上，得出一组曲线，称为离心泵的特性曲线。图1.3.4为某型号离心泵在转速为2900r/min时的特性曲线。图1.3.4 离心泵的特性曲线离心泵性能曲线的特点：(1)HQ曲线 表示泵的压头与流量的关系。离心泵的压头一般是随流量的增大而下降(在流量极小时可能有例外)。(2)NQ曲线 表示泵的轴功率与流量的关系。离心泵的轴功率随流量的增大而上升，流量为零时轴功率最小。所以离心泵启动时，应关闭泵的出口阀门，使启动电流减少，以保护电机。

24、（3）Q曲线 表示泵的效率与流量的关系。由图1.3.4所示的特性曲线可看出，当Q=0时，=0；随着流量增大，泵的效率随之而上升并达到一最大值；此后随流量再增大时效率便下降。说明离心泵在一定转速下有一最高效率点，通常称为设计点。泵在与最高效率相对应的流量及压头下工作最为经济，所以与最高效率点对应的Q、H、N值称为最佳工况参数。离心泵的铭牌上标出的性能参数，就是指该泵在运行时效率最高点的性能参数。根据输送条件的要求，离心泵往往不可能正好在最佳工况下运转，因此一般只能规定一个工作范围，称为泵的高效率区，通常为最高效率的92左右，选用离心泵时，应尽可能使泵在此范围内工作。液体物性的对离心泵性能的影响泵

25、的生产部门所提供的离心泵特性曲线，一般都是在一定转速和常压下以常温的清水为工质做实验测得的。在化工生产中，所输送的液体是多种多样的，即使采用同一泵输送不同的液体，由于各种液体的物理性质(例如密度和粘度)不同，泵的性能就要发生变化。此外，若改变泵的转速或叶轮直径，泵的性能也会发生变化。（1）密度的影响由离心泵的基本方程可看出，离心泵的压头、流量均与流体的密度无关，故泵的效率亦不随液体的密度而改变，所以离心泵特性曲线中的HQ及，Q曲线保持不变。但是泵的轴功率随液体密度而改变。因此，当被输送液体的密度与水的不同时，原离心泵特性曲线中的NQ曲线不再适用，此时泵的轴功率可按式（1.3.3）重新计算。（2

26、）粘度的影响若被输送液体的粘度大于常温下清水的粘度，则泵体内部液体的能量损失增大，因此泵的压头、流量都要减小，效率下降，而轴功率增大，亦即泵的特性曲线发生改变。三、离心泵的运行特性与串并联操作1 离心泵的汽蚀（1）汽蚀机理及其危害液体在泵叶轮中流动时，由于叶片的形状和液流在其中突然改变方向等流动特点，决定了液道中液流的压力分布。在叶片入口附近的非工作面上存在着某些局部低压区，当处于低压区的液流压力降低到对应液体温度的饱和蒸汽压时，液体便开始汽化而形成气泡。气泡随液流在流道中流动到压力较高之处时又瞬时溃灭。在气泡溃灭的瞬间，气泡周围的液体迅速冲入气泡溃灭形成的空穴，并伴有局部的高温、高压水击现象

27、，这就是产生汽蚀的机理。水击是汽蚀现象的特征。由于水击作反复敲击，致使金属表面受到疲劳破坏。而且，在连续的压力波作用下，液体能渗入和流出金属的孔隙，使金属质点脱离母体而被液体带走，金属表面出现一个个空穴，产生严重的点蚀。泵的零件在这样大的周期性作用力的作用下，将引起泵的振动。所以汽蚀对泵的危害很大，主要表现在下述几个方面：1）泵的性能突然下降。泵发生汽蚀时，叶轮与液体之间的能量传递受到干扰，流道不但受到气泡的堵塞，而且流动损失增大，严重时，泵中液流中断，泵不能工作。2）泵产生振动和噪音。3）泵的过流部件表面受到机械性质的破坏以外，如果液体汽化时放出的气体有腐蚀作用，还会产生一定的化学性质的破坏

28、（但前者的破坏是主要的）。严重时，叶轮的表面（尤其在叶片入口附近）呈蜂窝状或海绵状。（2）形成汽蚀的条件泵发生汽蚀是由于液道入口附近某些局部低压区处的压力降低到液体饱和蒸汽压，导致部分液体汽化所致。所以，凡能使局部压力降低到液体汽化压力的因素都可能是诱发汽蚀的原因。产生汽蚀的条件应从吸入装置的特性，泵本身的结构以及所输送的液体性质三方面加以考虑。（3）防止汽蚀的措施通常，防止泵产生汽蚀的措施有以下几种：1）结构措施：采用双吸叶轮，以减小经过叶轮的流速，从而减小泵的汽蚀余量；在大型高扬程泵前装设增压前置泵，以提高进液压力；叶轮特殊设计，以改善叶片入口处的液流状况；在离心叶轮前面增设诱导轮，以提高

29、进入叶轮的液流压力。2）泵的安装高度，泵的安装高度越高，泵的入口压力越低，降低泵的安装高度可以提高泵的入口压力。因此，合理的确定泵的安装高度可以避免泵产生汽蚀。3）吸液管路的阻力，在吸液管路中设置的弯头、阀门等管件越多，管路阻力越大，泵的入口压力越低。因此，尽员减少一些不必要的管件或尽可能的增大吸液管直径，减少管路阻力，可以防止泵产生汽蚀。4）泵的几何尺寸，由于液体在泵入口处具有的动能和静压能可以相互转换，其值保持不变。入口液体流速高时，压力低，流速低时，压力高，因此，增大泵入口的通流而积，降低叶轮的入口速度可以防止泵产生汽蚀。5）液体的密度。输送密度越大的液体时泵的吸上高度就越小，当用已安装

30、好的输送密度较小液体的泵改送密度较大的液体时。泵就可能产生汽蚀，但用输送密度较大液体的泵改送密度较小的液体时，泵的入口压力较高，不会产生汽蚀。6）输送液体的温度。温度升高时液体的饱和蒸气压升高。在泵的入口压力不变的情况下，输送液体的温度升高时，液体的饱和蒸气压可能升高至等于或高于泵的入口压力，泵就会产生汽蚀。7）吸液池液面压力。吸液池液面压力较高时，泵的入口压力也随之升高，反之，泵的入口压力则较低，泵就容易产生汽蚀。8）输送液体的易挥发性在相同的温度下较易挥发的液体其饱和蒸汽压较高，因此，输送易挥发液体时的泵容易产生汽蚀。9）其他措施：采用耐汽蚀破坏的材料制造泵的过流部分元件；降低泵的转速。2

31、 离心泵的最小连续流量最小连续流量分两种：一种是最小连续稳定流量，另一种是最小连续热流量，两中，其大者为泵的最小连续流量（1）最小连续稳定流量是指泵在不超过标准规定的噪声和振动的限度下能够正常工作的最小流量，一般由泵厂通过试验测定并提供给用户，必要时也可进行估算。（2）最小连续热流量泵处在小流量条件下工作时，部分液体的能量转变为热能，使进口处液体的温度升高。当液体温度达到使系统有效汽蚀余量等于泵必需汽蚀余量时，这一温度即为产生汽蚀的临界温度，泵在低于该点温度下能够正常工作的流量就是泵的最小连续热流量。泵的最小连续热流量可用一定的方法估算。3 管路特性曲线与泵的工作点当离心泵安装在特定的管路系统

32、中工作时，实际的工作压头和流量不仅与离心泵本身的性能有关，还与管路的特性有关，即在输送液体的过程中，泵和管路是互相制约的。所以，在讨论泵的工作情况前，应先了解与之相联系的管路状况。在图1.3.5所示的输送系统中，若贮槽与受液槽的液面均保持恒定，液体流过管路系统时所需的压头(即要求泵提供的压头)，可由图中所示的截面11，与2-2，间列柏努利方程式求得，即图1.3.5 管路输送系统示意图图 (1.3.6)在特定的管路系统中，在一定的条件下进行操作时，上式的均为定值，即。若贮槽与受液槽的截面都很大，该处流速与管路的相比可以忽略不计，则。式1.3.6可简化为 (1.3.7)若输送管路的直径均一，则管路

33、系统的压头损失可表示为 (1.3.8)式中 Qe管路系统的输送量，m3h；A管路截面积，m2。对特定的管路，上式等号右边各量中除了和Qe外均为定值，且也是Qe的函数，则可得 (1.3.9)将式1.3.9代人式1.3.7中可得 (1.3.10)式1.3.10或式1.3.7即为管路特性方程。若流体在该管路中流动已进入阻力平方区，又可视为常量，于是可令则式1.3.8可简化为He=B (1.3.11)所以，式1.3.7变换为He=K+B (1.3.12)由式1.3.11可看出，在特定的管路中输送液体时，管路所需的压头He随液体流量Qe的平方而变。若将此关系标在相应的坐标图上，即得如图218所示的HeQ

34、e曲线。这条曲线称为管路特性曲线，表示在特定管路系统中，于固定操作条件下，流体流经该管路时所需的压头与流量的关系。此线的形状由管路布局与操作条件来确定，而与泵的性能无关。若将离心泵的特性曲线H-Qe与其所在管路的特性曲线HeQe绘于同一坐标图上，如图1.3.6所示。两线交点M称为泵在该管路上的工作点。该点所对应的流量和压头既能满足管路系统的要求，又为离心泵所能提供，即Q=Qe，H=He。换言之，对所选定的离心泵，以一定转速在此特定管路系统运转时，只能在这一点工作。1.3.6 管路特性曲线与泵的工作点4 离心泵的流量调节离心泵在指定的管路上工作时，由于生产任务发生变化，出现泵的工作流量与生产要求

35、不相适应；或己选好的离心泵在特定的管路中运转时，所提供的流量不一定符合输送任务的要求。对于这两种情况，都需要对泵进行流量调节，实质上是改变泵的工作点。由于泵的工作点为泵的特性和管路特性所决定，因此改变两种特性曲线之一均可达到调节流量的目的。（1）改变阀门的开度改变离心泵出口管路上调节阀门的开度，即可改变管路特性曲线。例如，当阀门关小时，管路的局部阻力加大，管路特性曲线变陡，如图1.3.7中曲线1所示。工作点由M点移至M1点，流量由QM降至OMlo当阀门开大时，管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦，如图中曲线2所示，工作点移至M2，流量加大到QM2。图1.3.7 改变阀门开度时流量变化示意采用

36、阀门来调节流量快速简便，且流量可以连续变化，适合化工连续生产的特点，因此应用十分广泛。其缺点是，当阀门关小时，因流动阻力加大需要额外多消耗一部分能量，且在调节幅度较大时离心泵往往在低效区工作，因此经济性差。（2）改变泵的转速改变泵的转速，实质上是改变泵的特性曲线。如图1.3.8所示，泵原来的转速为n，工作点为M，若将泵的转速提高到n1，泵的特性曲线HQ向上移，工作点由M变至M1，流量由QM加大到QM1；若将泵的转速降至n2，HQ曲线便向下移，工作点移至M2，流量减少至QM2。这种调节方法能保持管路特性曲线不变。由式4-31可知，流量随转速下降而减小，动力消耗也相应降低，因此从能量消耗来看是比较

37、合理的。但是，改变泵的转速需要变速装置或价格昂贵的变速原动机，且难以做到流量连续调节，因此至今化工生产中较少采用。图1.3.8 改变泵的转速时流量变化示意此外，减小叶轮直径也可以改变泵的特性曲线，从而使泵的流量变小，但一般可调节范围不大，且直径减小不当还会降低泵的效率，故生产上很少采用。5 离心泵的并联和串联操作（1）泵的操作台数一种液体、一种用途的泵，一般只设一台泵操作，连续运行的泵一般设有备用泵。但在某些特殊情况下，也可采用两台泵同时串联或并联操作。（2）串联操作当输送管线系统需要高扬程而现有泵又不能满足要求时，可选两台相同流量的泵串联操作(扬程可不同)，但应考虑第二台泵的泵体强度及密封是

38、否满足要求。两台泵工作时，在相同的流量下，将两台泵的扬程叠加即为输送系统泵的扬程。对于离心泵，先将两台泵的Q-H曲线合并为串联后的Q-H曲线，并绘出管线系统的操作曲线，图1.3.9（a）为两台相同流量、相同扬程的泵串联操作示意图。从该图可看出：两台泵串联工作时的工作点为A，单台泵的工作点为A1，此时，HA=2H2。当管线系统操作曲线不变时，单台泵操作时的工作点为A1，此时H1H2，Q1Q 2，H1HA。并联操作的单台泵按并联操作时的功率要求选配原动机。(a) 串联 （b）并联图1.3.9 泵串联或并联工作特性图四、离心泵主要零部件结构及其作用离心泵的主要部件有：泵壳、叶轮、密封环、轴和轴承、轴

39、封等，如图1.3.10所示。有些离心泵还装有导轮、诱导轮和平衡盘等等。图1.3.10 离心泵结构剖面图1泵壳；2叶轮；3密封环；4叶轮螺母；5泵盖；6密封部件；7中间支撑；8轴；9轴承（1）泵壳泵壳有轴向剖分式和径向剖分式两种。大多数单级泵的壳体都是蜗壳式的，多级泵径向剖分壳体一般为环形壳体或圆形壳体。一般蜗壳式泵壳内腔呈螺旋型液道，其功用是把从叶轮内流出来的液体收集起来，并引向扩散管至泵出口。泵壳承受全部的工作压力和液体的热负荷。（2）叶轮叶轮是离心泵的重要部件，液体就是从叶轮中得到能量的。对叶轮的要求是在损失最小的情况下使单位重量的液体获得较高的能量。按照有无前后盖板,其结构可分为闭式、半

40、开式及开式叶轮三种，分别如图1.3.11（a）、（b）、（c）所示。图1.3.11 离心泵叶轮型式闭式叶轮一般由前后盖板、叶片和轮毂组成，由于其效率高，得到广泛应用，适用于输送不含颗粒杂质的清洁液体。半开式叶轮没有前盖板，只有后盖板、叶片和轮毂，常用于输送易于沉淀或含有固体颗粒的液体。开式叶轮没有前后盖板，只有叶片和轮毂，各叶片用筋条连接并加强，或在叶片根部采用逐渐加厚的办法加强。由于这种叶轮效率低，只用来输送含有杂质的污水或含有纤维的液体。开式和半开式叶轮的叶片数较少（24片），而且较宽，可以让杂质浆液自由通过，以免造成堵塞，同时流道易清洗，制造也较方便。按吸液方式的不同，叶轮还可分为单吸和

41、双吸两种。如图1.3.12所示：图1.3.12 单吸式和双吸式叶轮单吸式叶轮液体只能从一侧吸入，其结构简单，叶轮悬臂支撑在轴上，适用于流量较小的场合。但这种叶轮两边受的力不等，每个叶轮要受到不平衡的轴向推力。双吸式叶轮的液体双向进入叶轮，液体在叶轮进口处的流速较低，有利于改善泵的汽蚀性能。此外，叶轮两边对称，无轴向推力。但这种叶轮结构较复杂，液流在叶轮中汇合时有冲击现象，对泵的效率有所影响。（3）密封环密封环的作用是防止泵的内泄漏和外泄漏，由耐磨材料制成的密封环，镶于叶轮前后盖和泵壳上，磨损后可以更换。（4）轴和轴承泵轴是支撑叶轮和伟递扭矩的零件，它一端装有联轴器，并用轴承支撑在轴承箱内，一端

42、安装叶轮，在电机的带动下高速旋转（转速一般在1500转/分或更高）。根据泵的大小，轴承可选用滚动轴承和滑动轴承。轴承箱和轴承：轴承箱通过轴承来支撑离心泵的旋转部分，悬臂式单级离心泵的轴承箱一般是通过轴承箱支架固定在泵体上。轴承箱内一般装有润滑油或润滑脂，用来润滑轴承，部分轴承箱还带有冷却的夹套或盘管，用来冷却轴承。轴承分滑动轴承和滚动轴承，轴承要承受转子的径向力和轴向力，所以轴承箱内还有固定轴承的螺母、花垫、轴承压盖等。轴承箱两端的压盖上还有阻止润滑油外漏的油封。（5）轴封装置为防止液体流出泵外，在泵轴与泵壳之间设有轴封装置。离心泵常用的轴封装置有填料密封和机械密封。1）填料密封原理：填料密封

43、是将填料装入填料箱之后，拧紧压盖螺栓，经压盖对填料作轴向压缩。由于填料具有塑性，因此产生径向力，并与轴紧密接触。与此同时，填料中浸渍的润滑剂被挤出，在接触面上形成油膜。显然，良好的密封在于保持良好的润滑和适当的压紧。图1.3.13为离心泵常见的填料密封装置。图1.3.13 填料密封结构1.泵体；2.填料3.液封环；4.填料压盖；5.底衬套2）机械密封原理：机械密封又称端面密封。是指两个光洁精密的平面在介质压力和外力（弹簧力）的作用下，相互紧贴，并作相互旋转运动而构成的动密封系统。其主要原理是将较易泄漏的轴向密封改变为较难泄漏的静密封和端面密封。图1.3.14是一种波纹管机械密封的结构图。该机械

44、密封适用于高粘度及凝固性介质。图1.3.14 波纹管机械密封1.石墨挡环；2.内六角螺栓；3.9.12.“O”形圈；4.静环底座；5.轴套；6.波纹管弹簧；7.静环；8.动环；10.固定环；11.固定螺栓由于机械密封在工作时，动静密封面不断产生摩擦热，致使动静环间的液膜汽化，使某些零件老化、变形，严重影响使用寿命。为此，可使用各种冷却和冲洗方式，以带走摩擦热，防止杂质积聚。常用的冷却和冲洗方式如图1.3.15所示。图1.3.15 冷却和冲洗方式图中(a)使用泵所输送的液体（经过过滤）或外来的纯净液体直接冲洗密封端面，随后流入泵腔，带走摩擦热量。图中(b)的冷却条件有所改进，在静环背面增加冷却并

45、收集泄漏的液体，适用于输送易挥发、有气味的液体。图(c)的结构增加了密封腔外冷却水套，冷却效果更好，适用于输送高温液体。图1.3.16 双端面机械密封对于高温和低温液体，易挥发的有毒液体，含有固体颗粒的液体，以及不允许有任何泄漏的特殊液体，常采用双端面机械密封结构，如图1.3.16。是将两个单端面机械密封背靠背地组合起来形成两个端密封。一般在两个密封之间注入比泵输送的液体压力稍高一些的密封液，以防止泵内液体漏出。图1.3.17是串联机械密封的结构剖面图，它是同方向安装两套机械密封，阻漏效果更好。图1.3.17 串联机械密封（6）轴向力平衡装置由于叶轮轴向力的存在，轴承必须要承受相同的轴向力，如

46、轴向力过大，将影响轴承的工作寿命，为了减小叶轮（转子）的轴向力，可以采用各种方法，主要有以下几种：1）叶轮开平衡孔并设叶背口环，使叶轮背面中部产生一个近入口压力的低压区，可以部分或全部平衡叶轮的轴向力；2）设叶轮背叶片，在叶轮的背部做几条径向叶片，利用背叶片对液体的离心作用使叶轮背部中心产生一个低压区，也可以部分或全部平衡叶轮轴向力；3）两只叶轮背对背对称布置，即为双吸叶轮，叶轮背对背布置可以完全平衡轴向力，这种结构即为常用的单级双吸离心泵；4）多级串联叶轮分段对称布置也可以平衡大部分轴向力；5）多级离心泵的平衡盘结构，在多级泵中增加平衡盘和平衡管，利用平衡盘两端的压力差，可自动、完全地平衡转

47、子的轴向力；6）多级离心泵的平衡鼓结构，在多级泵中增加平衡鼓和平衡管，利用平衡鼓两端的压力差，可部分平衡转子的轴向力；7）多级离心泵的三间隙平衡盘结构，在多级泵中增加有平衡鼓作用的平衡盘（三间隙平衡盘）和平衡管，利用平衡盘两端的压力差，可自动完全平衡转子的轴向力，这时一种平衡盘和平衡鼓相接合的结构；8）止推轴承，止推轴承或有止推作用的径向轴承能承受一定的轴向力，利用止推轴承可平衡叶轮的全部或部分剩余的轴向力。五、离心泵的选择、安装与操作维护1 离心泵的选择离心泵的选择，一般可按下列的方法与步骤进行：（1）确定输送系统的流量与压头。液体的输送量一般为生产任务所规定，如果流量在一定范围内波动，选泵

48、时应按最大流量考虑。根据输送系统管路的安排，用柏努利方程式计算在最大流量下管路所需的压头。（2）选择泵的类型与型号。首先应根据输送液体的性质和操作条件确定泵的类型，然后按已确定的流量Qe和压头He从泵的样本或产品目录中选出合适的型号。显然，选出的泵所能提供的流量和压头不见得与管路所要求的流量Qe和压头He完全相符，且考虑到操作条件的变化和备有一定的裕量，所选泵的流量和压头可稍大一点，但在该条件下对应泵的效率应比较高，即点(Qe、He)坐标位置应靠在泵的高效率范围所对应的HQ曲线下方。2 离心泵的安装和操作离心泵的安装和操作方法可参考离心泵的说明书，下面仅介绍一般应注意的问题：（1）离心泵的安装

49、高度必须低于允许吸上高度，以免出现气蚀和吸不上液体的现象。因此在管路布置时应尽可能减小吸人管路的流动阻力。（2）离心泵在启动前必须向泵内充满待输送的液体，保证泵内和吸人管路内无空气积存。（3）热油泵启动前应盘车两周，注意泵内有无异常声音，转动是否轻便。盘车后随即装好联轴器防护罩。（4）离心泵应在出口阀关闭的条件下启动，这样启动功率最小。停泵前也应先关闭出口阀，以免排出管路内液体倒流，使叶轮受冲击而被损坏。（5）离心泵在运转中应定时检查和维修，注意泵轴液体泄漏、发热等情况，保持泵的正常操作。3 离心泵的正常维护1）保持泵体的清洁卫生。2）定期检查。- 泵出口压力和流量有无异常现象。- 电机电流（

50、不得超过额定电流）。- 端面密封冷却水情况，有无漏油。- 润滑油（脂）是否变质，液面是否正常。- 机泵有无窜轴或振动现象。- 轴承和电机声音是否正常，要求轴承温度不大于65，电机温度不大于75。-冷却水流动情况，下水畅通情况。-自冲洗管线是否畅通。3）按机泵润滑制度，定期清洗油箱和更换润滑油。4）备用泵每天白班盘车一次，使之处于随时可启动状态。5）备用泵按制度每三个月定期切换。六、机泵常见故障的分析、判断1 机泵运行常见故障分析（1）离心泵振动的标准和振动大原因判断离心泵的振动一般以测量轴承箱轴承位置的水平和垂直两个方向为主，以mm/s为单位，最大值为准。引起振动超标的原因很多，主要有：1）转

51、子动平衡破坏，如叶轮腐蚀、零件脱落、杂物卡堵、轴弯曲变形等；2）动静之间磨擦，3）零件松动，4）轴承损坏，5）气蚀，6）联轴器对中不良，7）其他原因，如泵地脚螺栓松动、管道振动、电机振动等引起的振动。（2）机械密封泄漏大的原因1）振动大2）转子偏心或轴弯曲3）机械密封安装不当、过度磨损或损坏4）冲洗或密封系统故障5）轴承损坏（3）轴承、轴承箱超温原因1）轴承安装不当2）振动过大3）轴承受轴向力过大4）轴承磨损或损坏5）油量少或油质坏6）轴承箱冷却效果不好，离心泵的滚动轴承可能会发生哪些异常声响？滚动轴承的滚珠、隔离架或内、外圈磨坏，会发出金属干磨的声音。泵轴承的润滑油供应不足，也会形成干磨，发出响声。如果滚动轴承的滚珠、隔离架或滚道表面发生剥皮，泵在运行时会发生跳动。如果滚珠和隔离架的间隙太大，致使滚珠的活动范围大，会使泵发出异常响声。（4）离心泵不上量的原因1）吸入管线内有空气或有堵塞，造成管路不通或吸入液体不连续。2）泵体没放空，内存有空气。3）叶轮损坏，吸不上液体，或流道堵塞。4）泵的吸入高度低，吸入压力低。5）吸入液体的粘度太大。6）泵体、口环损坏。（5）离心泵的出口压力低有哪些原因？1）