炼油机械与设备-泵

泵

一、概述泵是对流体加压和输送的机器，它将原动机的机械能转变为液体的能量（势能和动能）。（一）、泵的分类

1、按照泵的工作原理和结构分类①叶片式泵：依靠泵内高速旋转的叶轮及转能装置来提高液体压力。包括：离心泵、混流泵、轴流泵、旋涡泵。

②容积式泵：依靠泵内工作容积作周期性变化提高液体的压力的。它可分为往复泵和转子泵两种。

a.往复泵。包括活塞泵、柱塞泵、隔膜泵等。

b.转子泵又称旋转泵，包括齿轮泵、螺杆泵、滑片泵等。③其他类型泵：包括：电磁泵：依靠电磁力输送电导体流体的。喷射泵：依靠流体流动的能量输送液体。2、按输送介质分类清水泵、油泵、泥浆泵、污水泵、酸泵、碱泵等。3、按流体压力分类（指出口压力）低压泵：低于2MPa。中压泵：2~6MPa。高压泵：高于6MPa。二、离心泵

（一）、离心泵的工作原理是在叶轮旋转产生的离心力作用下将液体甩出，经扩压产生一定的扬程，达到输送液体的目的。液体被叶轮带动旋转而获得的能量，通过蜗壳的作用，将其中一部分能量由动能转变为势能（压头），所以。离心泵既能输送液体，同时又可提高液体的压头（扬程）（二）、离心泵的分类

(1)按吸入方式分类

①单吸泵:装单吸叶轮。

②双吸泵:装双吸叶轮。

(2)按叶轮的数量分类

①单级泵:装有一个叶轮。

②多级泵：在同一根轴上装两个以上的叶轮。（三）离心泵的基本结构1、离心泵的型号型号是表征性能特点的代号，我国泵类产品型号编制是由三部分组成。其组成方式如下：

ⅠⅡⅢ

第一部分代表泵的吸入口直径，单位为mm，用阿拉伯数字表示，大部分老产品用“英寸”表示，即吸入口直径被25除后的整数值；第二部分代表泵的基本结构、特征、用途及材料代号等，用汉语拼音字母表示。离心泵基本型号代号如表6－1所示，材料代号表示：I类材料为不耐腐蚀的球墨铸铁；Ⅱ类材料为不耐腐蚀的碳素钢；Ⅲ类材料为耐腐蚀的不锈钢。第三部分代表泵的扬程及级数，老产品很多是以泵的比转数被10除后的整数值表示，现在新泵多数用泵的单级扬程表示，单位为m，对于多级泵，第三部分数字由两部分组成，中间用乘号隔开，乘号前的数字表示泵的单级扬程，乘号后面的数字表示泵的级数。泵的改型产品标志在型号尾部，用大写汉语拼音字母A、B、c表示经切割后的叶轮，其中A表示第一次切割，B表示第二次切割，c表示第三次切割，也是叶轮的极限切割。2、常用离心泵结构单级单吸泵：结构：一端轴承支撑，另一端为悬臂端。

单级悬臂式离心泵

1一泵盖；2泵体；3－叶轮；4－密封环；5－轴套；

6－泵轴；7－托架；8－轴承：9－联轴器单级双吸泵：用于输送液体的扬程要求不高而流量较大时。结构：两个相同的叶轮背靠背安装于一根轴上，可提高流量；泵轴由安装在两端的轴承支撑；流量：90~28600m3/h，扬程：10~140m。水平剖分式单级双吸离心泵

1－泵体；2－泵盖；3－叶轮；4－轴；

5－密封环；6－轴套；7－轴承；8－联轴器多级离心泵：相当于将几个叶轮装在一起串联工作，故其扬程较高，可达100~650m，流量一般为5~720m3/h。结构：吸入室在前段的水平方向；各级叶轮之间都有导叶；末级叶轮后面用平衡盘来平衡轴向力。首级双吸,提高泵的汽蚀性能双平衡鼓平衡机构首级单吸四油楔滑动轴承（四）、离心泵的主要零部件离心泵的基本组件有叶轮、壳体、密封环、平衡装置、轴密封装置、泵轴、轴承等。

1、叶轮

①闭式叶轮：叶轮的两侧分别有前、后盖板，两盖板间有数片后弯式叶片，叶轮内形成密闭的流道；它有单吸和双吸两种，双吸叶轮比单吸叶轮输液量大。它适用于输送澄清的液体。②开式叶轮：叶轮两侧均没有盖板，因效率较低多用于输送污水、含泥沙及含纤维的液体。③半开式叶轮：叶轮只有后盖板，吸入口侧没有盖板，它适用于输送砧稠及含固体颗粒的液体。按叶轮叶片的形状及液体在叶轮内流动方向，又有径流式、轴流式和混流式（或斜流式）之分。2、蜗壳与导轮：其作用是降低泵内液体的流速，使一部分动能转变成静压能，故又称为转能装置。此外，蜗壳还起着将从叶轮出来的液体收集后送往出水管的作用。3、密封环：为减少叶轮与泵壳之间的液体漏损和磨损，提高泵的容积效率，在泵壳与叶轮入口外缘装有可拆换的密封环。

①平环式：其结构简单，制作容易，但密封效果较差；由于漏损的液体具有相当高的速度并以垂直方向流人液体的主流，因此产生较大的涡流和冲击损失；平环式密封环的径向间隙，一般为0.1~0．2mm。

②直角式：其轴向间隙比径向间隙大得多，一般为3-7mm;由于漏损的液体在转900之后其速度将降低，所以造成的涡流和冲击损失较少，密封效果也较平环式为好。

③迷宫式：由于增加了密封间隙的沿程阻力，所以迷宫式密封环的密封效果好，但其结构较复杂，制造较困难，故在一般的离心泵中较少采用。。4、轴向力平衡装置：轴向力：在离心泵中，液体是以低压力P，进人叶轮，而以高压力p2流出叶轮；由于p2

大于p1

及叶轮前后盖板的不对称，使叶轮两侧因所受的液体压力不相等而产生了轴向推力。不平衡的轴向力：将使泵的整个转子发生向吸入口的窜动。不仅可造成振动还可使叶轮人口外缘与密封环发生摩擦，甚至使泵出现异常。多级泵平衡轴向力的方法有：泵体上装平衡管、叶轮对称布置、平衡鼓装置、平衡盘装置以及平衡鼓和平衡盘联合装置。平衡鼓：是一个装在轴上的圆柱体，在多级泵末级叶轮之后。用连通管将平衡鼓后面与泵吸入口连通。在平衡鼓两侧产生与叶轮轴向力方向相反的轴向平衡力，从而达到平衡。

平衡鼓装置

1－末级叶轮；2－平衡鼓；3－低压室；4－平衡管；平衡盘：再分段式多级离心泵最后一级叶轮后面，装设一个随轴一起旋转的平衡盘和在泵壳上嵌装一个可更换的平衡座。两侧存在压差，就产生与叶轮轴向力方向相反的轴向平衡力。特点：可以自动平衡，经常处于动态平衡中。

平衡盘装置

1－末级叶轮；2－平衡管；3－平衡座；4－平衡盘采用平衡鼓与平衡盘联合装置该装置的特点就是利用平衡鼓将50％～80％的轴向如平衡掉，剩余轴向力再由平衡盘来平衡，

平衡鼓与平衡盘联合装置

1－末级叶轮；2－平衡座；3－平衡鼓；4－平衡盘（五）离心泵的性能参数与特性曲线1、性能参数（1）流量：单位时间内通过排出口输送的液体量。体积流量Q：m3/s,m3/h或L/s；质量流量m：kg/s或kg/h。理论流量QT：单位时间内泵作功部件里的液体量。一般泵在工作时不免外部泄漏和内部泄漏。

QT=Q+∑qm3/S∑q：单位时间内泵的容积泄漏量。包括所有不经排液管而漏到泵体外的外部泄漏及从叶轮出来后仍漏回叶轮入口的内部泄漏。（2）扬程扬程：是指单位质量的液体，通过泵以后所获得的能量增值，即流体从泵进口断面1-1到泵出口断面2-2所获得的能量增加值，用符号H表示，它的单位用m（液柱）。泵的样本或铭牌上给出的扬程，是用20℃的水试验而得出的扬程数值。理论扬程HT：作功元件对流经叶轮的单位重量液体所做的功。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。HT=H+∑hhydm-液柱。对泵进、出口列出伯努利方程式，可以计算求出泵的实际扬程：通过管路将液体由池面A输送到B，在A截面与B截面之间，列伯努利方程可得管路需要的外功能头，即需泵提供的扬程H为：泵的基本方程式（理论压头与理论流量的关系）：液体在叶轮进出口处的速度三角形：相对速度：液体从旋转着的叶轮内沿着叶片向外缘流动（相对运动）的速度。用ω表示；圆周速度：液体随着叶轮的旋转运动（牵连运动）的速度。用u表示；绝对速度：液体质点相对于静止壳体的运动（绝对运动）的速度。用c表示。

C=u+ω泵的基本方程式（理论压头与理论流量的关系）：（3）功率有效功率Neff：是指单位时间内泵排出口流出的液体从泵中取得的能量即泵的输出功率，用符号Ne表示，单位为kW。内功率（或水力功率）Ni：单位时间内作功元件所给出的能量。轴功率：即原动机传到泵主轴上的功率，用符号N表示，单位为kW。轴功率等于内功率和机械损失功率之和。即：

N=Ni+Nmec

KwNmec

：机械损失功率。（4)效率：有容积效率、水力效率及机械效率和总效率。容积效率ηv：是衡量泵泄漏量大小也即密封好坏的指标。水利效率ηhyd：衡量液体流经泵的阻力损失大小的指标。机械效率ηmec：衡量泵的运动部件间机械摩擦损失损失大小的指标。泵效率（总效率）η：衡量泵工作是否经济的指标。

总效率为上述各种效率的乘积：

η=ηv

ηhyd

ηmec(5)转速：是指泵轴每分钟的转数，用符号n表示，单位为r/min。对于同一台泵来说，当转速固定时，将产生一定的流量、扬程（压头），并对应着一定的轴功率；当转速改变时，流量、扬程及轴功率都将随之而改变。（六）、离心泵的特性曲线如图所示用实验的方法测定的。试验时转速为1450r／min，标在图左上角。离心泵的性能曲线①、分析各种参数下的变化关系。如Q增加则H降低；反之Q降低则H增加。②、当Q=0时，功率最小。③、从特性曲线中可以看出在什么工况下泵的效率最高。额定点：泵的效率最高点。一般规定在最高效率以下7%所对应的工作点为良好工作区。④、当Q-H曲线平坦时，该泵用在流量变化较大而扬程变化不大的场合，反之Q-H曲线陡降时用在扬程变化大而流量变化不大的场合。（七）、离心泵的相似规律及比转数比例定律：指同一台泵，当叶轮尺寸不变，转速改变时，各参数间换算关系：切割定律：只指同一台泵，转速不变，叶轮外径切割后各参数间换算关系：比转数：是一个用来判断两台以上离心泵在几何和运动两方面是否相似的相似准数。对双吸泵，取流量的1/2；对多级泵，取单级扬程代入上式计算。当工况不同时，对应的ns值也就不会相同，因此离心泵就存在无数个比转数值。在实际应用中，一般规定用最高效率点的Q和H来计算ns，这个ns值即代表泵的比转数。因此，对于几何相似泵来说，它们的比转数是相等的，也就是说是一个定值。

低比转数的离心泵产生小的流量、高的扬程。叶轮的直径比D2/D1较大，b2/D2较小。高比转数的离心泵的流量大而扬程低。叶轮的D2/D1较小，b2/D2较大。（八）、汽蚀余量及吸入真空度1、汽蚀及汽蚀余量：泵在运转时，叶轮入口处的压力等于或低于工作温度下被输送液体的饱和蒸气压时，液体就会汽化形成许多气泡。同时，原来溶于液体中的气体也将逸出。这些气泡随即被液流带入叶轮内的高压区，在高压作用下，气泡被压缩重新凝结为液体。在凝结过程中，体积急剧缩小，好似形成一个空穴，这时周围的液体又以极高的速度冲向空穴，造成液体互相冲击，由于液体质点互相冲击，产生很高的瞬间局部冲击压力，连续打击在叶片的表面上，叶片金属表面会因冲击疲劳而剥蚀呈麻点、蜂窝海绵状。上述这种液体汽化、凝结、冲击，形成高速、高压、高频冲击载荷，造成金属材料的机械剥裂现象，称为汽蚀现象。汽蚀的危害：(1)汽蚀使叶轮衬料受到破坏通常离心泵受汽蚀破坏的部位，先在叶片入口附近，继而至叶轮出口。起初是金属表面出现麻点，继而表面呈现海绵状、蜂窝状、鱼鳞状的裂痕，严重时造成叶片或叶轮前后盖板穿孔，甚至叶轮破裂。(2)汽蚀使泵的性能下降泵在汽蚀初始阶段对泵的正常运转没有明显的影响，当汽蚀发展到一定程度时，汽泡大量产生，堵塞流道，使泵内液体流动的连续性遭到破坏，因而泵性能曲线呈突然下降的形式。

(3)汽蚀使泵产生噪音和振动由于气泡的不断产生和溃灭，液体质点互相冲击，会产生各种频率的噪音。汽蚀严重时可听到泵内有“劈啪”的爆炸声，同时引起泵的振动。泵越大，发生汽蚀时的噪音和振动越严重。汽蚀余量：指泵在入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富裕能量。汽蚀余量愈大，泵就越不会发生汽蚀。有效汽蚀余量：离心泵入口处的液流所具有的压头高于液体的汽化压头的富余压头。用Δha(NPSHa)表示。取决于吸入管路系统的设计，是由用户决定的。必须（最小）汽蚀余量：液体从泵入口到叶轮最低压力点K处所降低的能量。用△hr(NPSHr)表示。是泵入口部分优劣的标志，取决于泵设计、制造的质量。一般是无法计算的，都由泵实验值决定。显然，要想使泵能正常操作，必须让有效汽蚀余量大于泵必须的汽蚀余量。当△ha

＞△hr时，泵不产生汽蚀；当△ha

＝△hr时，泵开始产生汽蚀；当△ha

＜△hr时，泵已产生汽蚀；为了保证正常运转，不发生汽蚀，对于泵必须的汽蚀余量△hr还要加个安全裕量，一般取0.3~0.5m。于是泵的允许汽蚀余量为［△hr］，即［△hr］=△hr+0.3~0.5m2、离心泵的吸入特性和安装高度吸入真空度Hs：泵入口法兰处所装的真空表的读数。最大吸入真空度（Hs）max：泵在发生断裂工况时的Hs。允许吸入真空度：[Hs]=（Hs）max-（0.3~0.5）m。注意：泵样本上给出的[Hs]值，是泵制造厂在标准大气压下用20℃清水作汽蚀试验得出的。若用泵地点的大气压力和清水温度与上述实验条件不同，则应对样本上给出的[Hs]用下式进行修正。离心泵的允许几何安装高度［Hg］：（1）由[Hs]确定泵的允许几何安装高度［Hg］（2）由［Δhr］确定泵的允许几何安装高度［Hg］

3．汽蚀的预防汽蚀是离心泵运行中的一个极不止常的现象，为了避免泵在工作中发生汽蚀，一般情况下采取以下的方法：

(1)增大操作压力P。增大泵入口处的压力Ps可采取下列措施：增大吸入管直径；缩短吸入管段长度；减少弯头和附件；降低泵的安装高度△zos，必要时可设置地下泵房；增大吸入容器内的压力P0；降低泵的操作流量；将泵的进口调节阀开大。

(2)减小[△h]或增大[Hs]

在同样转速和流量下，采用双吸叶轮，或采用入口设有诱导轮的泵。

(3)采用抗汽蚀材料一般情况下，当使用条件所限不可能完全避免发生汽蚀时，应采用强度、硬度、韧性和化学稳定性高的材料制造叶轮，以延长叶轮的使用寿命。一般用2Crl3、高镍铬合金等。(九）离心泵的装置特性1、离心泵的装置工作点在稳定工作时，必有：泵提供的扬程=液体沿管道输送时所消耗的扬程泵排出的流量=液体在管道内的流量。离心泵在管路上工作时的工作点是泵的扬程特性曲线与管路特性曲线的交点。任何影响泵或管道特性的因素的变化，都会改变泵的工作点。2、离心泵的并联并联的目的是为了在同一扬程下获得较大的流量。两台性能相同的泵并联工作时，在同一工作点，每台泵的扬程相等。两台泵并联后，管道内流量增加，阻力也随之增大，要求泵提供的扬程也增加，每台泵的流量必然有所下降。所以，两台泵并联后流量不能成倍增长。如果两泵到汇合点很近，则泵到汇合点间的管路阻力损失可以忽略。在这种情况下。2、离心泵的串联当要求扬程较高，而又没有多级泵可供选用的情况下，可采用泵串联工作。串联后泵提供的能量增加，提高了管道的输送能力，即增加了流量，使单泵的扬程有所下降，所以，两泵串联工作时总扬程小于两泵单独工作时的扬程之和，不可能成倍增加。如果串联泵之间管路很近，则这段管路阻力可以忽略。在这种情况下。1、单级离心泵主要由叶轮、轴、吸液室、泵体、泵盖、机械密封、压出室、轴套、耐磨环、轴承、联轴器组成。（√）2、离心泵的压出室有螺旋形蜗室和径向导叶两种形式，其作用是将叶轮中的高速液体的一部分动能转化为压力能。（√）3、若叶轮入口处的液体压力小于它的饱和蒸汽压时则形成汽泡，这些汽泡在叶轮内高速区内液化，形成空穴，周围液体对空穴进行冲击，打击在叶片上，使叶片产生剥蚀。这种现象称为汽蚀。（√）4、离心泵的有效汽蚀余量（NPSH）s与吸入系统有关，而与泵本身无关。而离心泵的必须汽蚀余量（NPSH）r与吸入系统无关，而与泵本身（B）。A、设计无关B、设计有关C、安装位置有关D、制造无关。5、离心泵叶轮与壳体的耐磨环的作用是（B，C，D）A、平衡转子轴向力B、节流、密封C、提高叶轮效率D、减小高压液体损失6、蜗壳离心泵径向合力的平衡方法有（A，B，D）A、导叶加蜗室结构B、双层蜗壳结构C、设置止推轴承D、双蜗室结构7、两台离心泵的流量、扬程分别为Q1、H1和Q2、H2，串联时，其流量满足Q总=Q1=Q2，其扬程应满足（D）。A.H总=H1-H2B.H总=H2-H1C.H总=H1=H2D.H总=H2+H18、两台性能相同离心泵串联时，其效率不变，两台性能相差较大离心泵串联时，其效率（A）A.降低B.升高C.不变D.不能确定9、一台泵吸入口径为200mm，流量Q=7.78L/s，样本给定性能参数（Hs）a=3.6m，估算Σh=0.5m，分别计算标准状态下和在拉萨地区从开式容器中抽送40℃清水时的安装高度？（已知：拉萨地区大气压P’a=6.62mH2O，抽送液体温度下的饱和蒸汽压P’v=7355Pa，40℃清水密度ρ’=992.2kg/m3;泵样本上给出的性能参数(Hs)a为标准大气压Pa=10.3H2O和20℃清水饱和蒸汽压Pv=0.24H2O下测得的数值。）解、已知PA=PaCs=4Q/πDs2=4×7.78×10-3/3.14×0.122=2.48(m/s)，Zs=(PA-Pa)/(ρg)+（Hs）a-Σhs-Cs2/（2×g）

=3.6-0.5=3.1m。在拉萨地区PA=Pa

，因拉萨地区与泵样本上使用的条件有差异。对（Hs）a必须修正，则（Hs）’a=（P’a-P’v)/(ρ’g)+（Hs）a-10.33-

0.24=（6.62-7355）/（992.2×9.8）

+3.6-10.33-0.24=-0.63（m）Zs=（Hs）’a-Σh-Cs2/（2g）

=-0.63-0.5-（2.482）/（2×9.8）

=-1.44（m）负值表示倒罐答:泵在标准状态下的安装高度为低于泵3.1米，泵在拉萨地区的安装高度为高于泵1.44米。10、已知泵的有效功率为75kW，效率为54%，电动机功率的安全系数为K=1.1，问最小应选用多大功率电动机。解：N=NeK/η=7.5×1.1/0.54=152.8(kW)答:最小应选用152.8kW的电动机.11.用泵从密闭容器中送出30℃的液态烃，容器内液态烃液面上的绝压为Pa=343kPa，输送到最后，液面将降到泵入口以下2.8m，液态烃在30℃时的密度ρ=580kg/m3时，饱和蒸汽压Pv=304kPa，吸人管路的压头损失估计为1.5m，所选用的油泵的汽蚀余量为3m。问这个泵能否正常操作。解：Z允=（Pa-Pv）／ρg-Δh-hfs

=（343000-304000）／（580×9.81）-1.5-3=2.4m<2.8m

所以泵的安装位置太高，不能保证整个输送过程中不出现汽蚀现象，而应将泵的安装高度降低至少0.4m。答：