讲课低温泵3课件

2023/2/319：低温液体泵制氧技术9：低温液体泵9.1低温液体泵的概述9.2.

低温液体泵的分类9.3离心式低温液体泵9.4往复式低温泵9.5低温泵的选择与对比9.6一些补充了解2023/2/322023/2/33

9.1

低温液体泵的概述9.1.1低温液体泵在空分流程中的作用--用于液体循环输送；--用于管网运输9.1.2低温液体泵的工作特点--在工作过程中保持低温--其材质结构、运行安装与通用泵不同2023/2/34低温液体泵离心式往复式单吸泵、双吸泵单级、双极、多级立式、卧式活塞、柱塞（接触介质工作构件）单缸、双缸、多缸单作用、双作用低压、中压、高压立式、卧式9.2

低温液体泵的分类----按不同工作方式、不同特点2023/2/359.3离心式低温液体泵9.3.1分类：按轴的位置分为：立式和卧式按密封形式分为：机械密封和充、气迷宫密封

按叶轮级数分为：单级和多级

按工作介质分为：液氧泵，液氩泵和液氮泵等

按叶轮吸入口分：单吸泵、双吸泵2023/2/369.3.2

离心式低温泵的工作原理

1工作原理：离心式低温泵是利用叶轮旋转将机械能传给液体。由叶轮高速旋转产生的离心力，使液体的压力和速度升高，继而在扩压室进一步将速度能转化为压力能后输出液体。2理论扬程：经离心泵后，低温液体所获得的能量称为扬程。其理论扬程表示为：

H理=(u2Cu2—u1Cu1)/g

式中：u2Cu2u1Cu1g代表啥呢？

3工作特点：用液柱高度表示的扬程仅与液体的运动状态有关，与液体种类无关。

2023/2/37

泵工作时，液体一方面随着叶轮一起旋转，同时又从转动着的叶轮里向外流。

液体随着叶轮的旋转运动称为圆周运动，其速度称为圆周速度，用u表示，方向与叶轮圆周切线方向一致。液体从旋转着的叶轮里向外的流动称为相对运动，其速度称为相对速度，用w表示，方向与叶片相切。液体相对于泵体的运动称为绝对运动，其速度称为绝对速度，用v表示，绝对速度等于圆周速度和相对速度的向量和。基本方程式H理=(u2Cu2—u1Cu1)/g

离心泵基本方程式将液体在叶轮内的流动状态与叶轮所作的功联系起来，叶轮叶片传递给液体的能量仅与液体在叶片入口和出口速度的大小和方向有关。用液柱高度表示的扬程仅与液体的运动状态有关，与液体种类无关。4离心泵工作特点2023/2/389.3.3离心式低温泵的主要性能参数

（1）流量：泵在单位时间内排出液体的数量。

有体积流量Q和

重量流量G两种表示方法。（2）扬程：单位重量液体通过泵后所获得的能量。

用H表示，单位用m液柱表示，习惯上简略为m。

实际扬程：H=(P2–P3)10/ρ（3）转速：泵轴每分钟的转数，用n表示，单位为r/min（4）效率：包括容积效率，水力效率，机械效率和总效率。容积效率η0=Q/（Q+q）水力效率η水

=（HT-h水）/HT机械效率η机总效率η泵

=η机η水

η05（5）功率：用N表示，单位用KW表示。

有效功率：Ne=ρQH/102

轴功率：N=Ne/η泵

配套电机功率：N电=（1.1～1.2）N2023/2/392023/2/3109.3.4离心泵的性能曲线

1通常,把表示主要性能参数之间内部规律的曲线称为离心泵的性能曲线或特性曲线。实质上,离心泵性能曲线是液体在泵内运动规律的外部表现形式。通常是以下三种曲线来表示。（1）流量-扬程曲线（Q-H）（2）流量-功率曲线（Q-N）（3）流量-效率曲线（Q-η）2023/2/311

典型离心泵的性能曲线

2023/2/3122.离心泵装置性能和工作点

当泵装置系统稳定工作时，输送（网管）系统所需要的能量H系统就是泵提供的扬程H，输送系统流量Q也就是流经泵的流量。这样，输送系统和泵两者就共同构成了整个泵装置的性能。如果把泵的性能曲线H-Q和网管曲线H系统-Q用同一比例画在一起，则两条曲线的交点A既符合泵的性能，又符合输送系统的性能，这就是泵运行的“最佳工况点”，并有一组扬程，流量，功率，效率等装置性能指标。

2023/2/313装置性能分析图2023/2/314

3从装置性能的分析，我们可以归纳为以下几点：（1）离心泵装置的性能，如流量、扬程等,决定于泵和管路装置条件两方面的性能，不能忽视任何一方的影响因素。（2）工作点A应落在泵的高效区，且在汽蚀点C的左边才能保证本泵装置性能良好、工作可靠。同时在泵装置发生性能故障时，也可以进行分析、校核，找寻造成性能故障的原因所在。（3）若要改变泵装置的性能，即移动工作点，可以通过改变管路系统的性能和泵的性能两方面的任一方面来实现。（4）从使用部门来讲，为防止汽蚀的发生（或提高吸入高度），应尽可能地采用最短的吸入管路，减少可有可无的管件，放慢管内流速等方法，以减少∑h1，提高Δha。并绝对禁止用吸入侧阀门来调节流量。2023/2/3159.3.4离心泵的汽蚀

汽蚀：泵内的液体夹带了汽泡1汽蚀产生原因：

由于沿着叶轮进口通道的水力阻力和流速增加，叶轮入口处稍靠后位置的压力Pk是最低的。若这个压力等于或低于在该温度下液体的汽化压力PV，就会有蒸汽从液体中逸出，形成许多小气泡。这些小气泡随液体流到高压区时，由于气泡内是汽化压力，而气泡周围大于汽化压力，在这个压差作用下，气泡受压破裂而重新凝结。

在凝结的一瞬间，液体质点从四周向气泡中心加速运动，产生很高的局部压力。若气泡破裂在金属表面附近，液体质点像无数小弹头一样，连续打击在金属表面上。通常把这种破坏称为剥蚀。2023/2/3162汽蚀的危害：就在液体质点压力很大，频率很高的连续打击下，金属表面逐渐因疲劳而破坏，若在所产生的气泡中还杂有一些活泼气体（如氧等），借助气泡凝结时所放出的热量，对金属起化学腐蚀作用。化学腐蚀与机械剥蚀的共同作用，就更加快了金属损坏速度。

由于汽蚀改变了液体的稳定流动条件，还会使泵的扬程下降、功率增加、流量下降等等。此外，发生气蚀时泵会强烈喘振，甚至使泵停止运转。2023/2/3173如何避免汽蚀现象1为了尽可能避免汽蚀现象，在流程设计时，应该使液体在进泵之前有一定的过冷度。

2

同时泵体要安装在较低的位置，使液体进口处有一定的静压头。3要注意保冷，尽量减少冷损失。2023/2/3189.3.6泵体结构泵的基本结构：吸液室+叶轮+压液室，这三部分组合在一起，形成泵的流通部分。

1—吸入室2—叶轮3—扩散管4—蜗壳1吸液室作用：将液体从吸液管路引入叶轮。常用形式：环状吸液室

轴流锥形吸液室（用于单吸式离心泵）要求：液体进入叶轮时速度分布均匀，流动损失小2023/2/3192叶轮作用:给液体传递能量常用形式：前弯式、后弯式安装：固定在轴上，由电动机驱动转轴。要求：在损失最小的情况下，给单位重量液体一定的能量，因此，要具有良好的流动特性。2023/2/3203压液室包括有泵壳、扩压管作用：降低出口液体流速，使动能转化为压力能

在流动损失最小情况下，将出口液体送往管路泵壳：螺旋线形状，其径向截面逐渐变大。

末端是扩散管形式，以便把动能转换为压能。材料：由于低温环境，构件材料应保证其低温韧性。2023/2/3212023/2/3229.3.7泵的轴封

定义：旋转的泵轴和固定的泵体间的密封简称轴封。

轴封是泵的一个重要问题，密封的好坏直接影响泵工作的安全可靠性。

目前常用的密封有以下三种形式：

1机械密封（波纹管式端面密封）

2填料式密封

3充气迷宫密封2023/2/3231波纹管式端面密封（机械密封）

机械密封是用固定在转轴上的动环和固定在静止机壳上的静环，依靠弹性元件来使其紧密配合，使转轴缝隙和液体通路隔断，而达到阻止液体泄漏的作用。静环和动环组成一对摩擦副。

静环材料可用石墨，动环材料可用不锈钢等。

摩擦副材料磨损的补偿采用波纹管来实现，而且还能减弱机械振动。机械密封在密封性能较好的前提下开车方便，消耗功率少，但是制造复杂，价格昂贵。2023/2/324机械密封封实物图2023/2/3252充气迷宫密封

按迷宫结构型式，充气迷宫密封分为单齿充气迷宫密封和双齿充气迷宫密封。单齿充气迷宫密封的密封间隙难以控制，迷宫密封长度也比较短，密封效果不是很好。双齿充气迷宫密封在转动的内迷宫套和静止的外迷宫套上均有密封齿，二者相互啮合，这种迷宫密封长度长，间隙小，密封效果好。密封气为常温产品气体或干燥空气，压力要高出液体泵的叶轮背压0.01MPa。并且密封气控制系统要带有压力表。充气密封不存在材料的磨损问题，适于长期运转，但需密封气源。2023/2/326充气迷宫密封流程示意2023/2/3279.3.8泵的维护及故障1一般在泵运行过程当中进行的日常维护，应注意机组的响声和振动情况是否正常。2观察各类仪表反映出来的关于泵等设备的各项工作性能数据。3当离心泵装置在停车后，要注意保持清洁工作。4当停车时要立即放去泵内的液体，以防止泵内液体汽化后造成泵内压力升高而损坏泵。2023/2/3285注意要点

1）在排出管路上应有止回阀，避免停车时液体倒流2）不仅泵本身要保冷，泵的吸入管线也必须有保冷措施，以防止在运行中从外界吸入热量，使液体汽化，影响泵的性能。3）在泵投入运行之前需去油脱脂清洗干净，然后用干燥的氮气等进行扫气，赶出泵内的水分和空气，并进行预冷。4）低温泵的吸入口和吸入管路应有排气装置，使泵在运行前或运行中能及时排除逐渐积存的气体，保证低温泵可靠地工作。5）管路接头处须严密无泄漏，否则会出现气缚现象2023/2/3296常见故障及处理方法

故障

原因

排除方法泵开动后，出口压力升不上去1叶轮旋转方向不符2．泵内有气体3．吸入管路中有堵塞1．电机输入线两相接线对调2．继续冷却，并打开放气阀或调整密封气压力3.清洁和吹净管路。

泵的扬程或流量不足

1．叶轮或管道淤塞2.由于密封气压过大，有过量的气体进入泵内

1．清洁2.调节密封气压力

液体吸不上指示压力剧烈跳动

1.管道阀未开，或管道阻力大2.管道漏

1.打开或清洗2.修理

2023/2/330

电机温度升高

1．电机有问题2．迷宫密封有擦痕

1.电工修理2.调整间隙突然停车

密封不严1.绝热层不良2.轴承内卡死3.密封气量不足

1.烘干，装实2.清洗或更换3.增加密封气量

发生振动或噪音

1.机身与转子不同心2.泵进出口压力过低或其他原因而产生汽蚀3.运动件与固定件产生摩擦4．转子零件转动1.调整2.调整压力，放气3.校正4.检修

2023/2/331例：以充气迷宫密封的低温泵为例，介绍其操作开车：（１）点车，观察电机旋转方向是否正确。（２）带有密封气的泵要检查密封气是否畅通。（３）关闭出口阀，打开放气阀。（４）缓慢打开进口阀，使泵缓慢冷却，在冷却的

过程中，要经常盘车，不允许有卡死现象。（５）启动：检查密封气体压力，各控制气路压力是

否稳定。待放气阀有液体放出，即可关闭放气

阀，准备启动。全开进出口阀门，检查转子与

迷宫处有否卡死现象，启动泵。（６）泵启动后若出口压力不能上升，则打开放气阀

继续对泵进行预冷。当泵启动正常，再次检查

密封气的设定是否符合要求。2023/2/332停车１先关进口阀，后关出口阀，密封气体继续保证供气。２打开放气阀３加温使泵的部件温度回升到常温后才能停止密封气。2023/2/3339.4往复式低温泵

9.4.1概述1.往复式低温泵的分类（1）按与输送介质接触的工作构件可分为：活塞泵和柱塞泵；（2）按泵的工作原理或流量的脉动特性可分为：单作用泵、双作用泵、单缸泵、双缸泵、多缸泵等；（3）按活塞（柱塞）中心线所处的位置可分为：卧式泵、立式泵、角度泵等；（4）按泵排出压力分为：低压泵（Pd<1.0MPa）中压泵（Pd≥1.0～10.0MPa）、高压泵（Pd>10.0MPa）；往复式低温液体泵2023/2/3359.4.2

往复式低温液体泵的工作原理

往复式低温泵是一种容积式压缩机械。它由活塞在液缸工作腔内往复运动，使工作腔容积产生周期性变化，来实现吸液——压缩——排液全过程。1工作原理曲柄转过180º后排出阀开启2023/2/336

图1单作用低温泵工作原理示意图

1-吸入阀2-排出阀3-泵缸4-活塞（或柱塞）

5-十字头6-连杆7-曲柄

2023/2/3372往复式低温液体泵的工作特点

（1）瞬时流量是脉动的（2）平均流量（即泵的流量）是恒定的（3）泵的压力取决于管路特性2023/2/3389.4.3

主要性能参数3.1泵的流量

理论流量：Q

L

=Asni/60实际流量：Q

s=Q

L*ηv（容积效率）影响容积效率ηv的因素：1泄露损失2容积损失3阻力4保冷5气蚀现象6液体的压缩性7余隙容积3.2吸入压力

Ps

保证泵运行时不发生气蚀的最小吸入压力，而实际吸入压力会偏大，否则会发生气堵液体吸不上来

最小吸入压力计算公式：PL,min=ΔPV+ΔPL+ΔPLM–10hρ

-63.3排出压力

Pd

是指泵电机所能拖动及泵体强度能承受的最大压力最大压力计算公式：PZ,max=Pz+ΔPZ+ΔPz,m3.4泵的功率N和效率η

泵的功率有三种：有效功率、轴功率、电机功率有效功率：单位时间排出液体所获得能量Ne计算公式：Ne=PzQ×10轴功率:泵轴上从传动箱中得到的功率N计算公式：N=Nc/η

轴功率包括容积效率、水力效率、机械效率电机功率：拖动泵所配电机的功率，大于轴功率计算公式：NT=kt×N(kt一般在1.2至1.4之间)总效率：泵的有效功率与电机输入功率之比ηt

计算公式：ηt=Ne/Nt=ηηmηd

2023/2/33932023/2/3409.4.4低温往复泵的结构形式1泵型与总体结构形式往复式低温泵由两大部分组成：泵本体+电机。泵的本体又分为：液力端（泵头）+传动端。泵头的作用：

压缩低温液体，使泵的机械能转化为液体的压力能传动端的作用：1将电机的电能转化为叶轮的机械能2通过连杆机构将旋转动能变为直线往复运动2往复式泵按液力端往复运动副分：活塞泵+柱塞泵运动件上有密封元件的叫活塞泵，运动件上无密封元件的叫柱塞泵。活塞式低温泵

活塞上设有活塞环和导向环，都是易损件。活塞起到密封作用为了保冷采用真空夹套代替保冷箱2023/2/3412023/2/342

低温活塞泵液力端1—泵头支承2—密封器3—活塞4—缸套5—泵体6—排出阀7—吸入阀8—真空夹套9—活塞环10—导向环2023/2/3432泵阀的结构

泵阀是往复泵工作过程的直接组成件，也是往复泵中最重要的易损件之一。其基本要求有：1）阀应能及时启、闭，关闭速度和关闭滞后角不应大于允许值，以减少关闭冲击和回流损失；2）密封可靠，减少或避免关闭后的漏损；3）尽可能减小水力阻力损失；4）根据不同的输送介质、技术参数，选择相应的材料、阀瓣和阀座材料,并保证足够的强度和刚度；5）结构简单、拆装方便，尽可能有良好的互换性；6）工作平稳、噪音小，寿命长。2023/2/344

3.1泵型与总体结构形式

柱塞式低温泵（一般没有进液阀）

1-出口阀2-前柱塞3-泵体4-缸套5-推杆6-密封器7-十字头8-凸轮2023/2/3453传动端结构型式

往复泵传动端主要由机体、曲轴（凸轮）、连杆、十字头等主要零部件组成。对于泵内减速的，传动端内还有减速机构，常用齿轮传动、皮带轮传动、蜗杆传动等。空气室结构（液体阻尼器）往复式低温泵的流量输出是脉冲式的，必然会对吸入管道和排出管道引起振动，导致原动机的负载不均匀，对管道及泵的正常工作也有影响。

空气室是清除管路内流量脉动的装置。它利用空气室内气体的压缩膨胀来贮存或放出比平均流量多或少的那部分液体，从而减少管路中流量的脉动，也即我们常用的液体阻尼器来稳压。2023/2/346作用原理如图所示

2023/2/3479.4.5往复泵的维护与故障

4.2安装注意事项（泵头与机身两部分）1液力端（泵头）部分1）液力端处在低温环境中，所采用的材料是铜材和不锈钢或固体润滑材料，表面粗糙度细，注意不要碰伤。2）供装配用的零、部件，必须严格去油脂和水分，防止尘土进入泵内部。3）对于低温部分，必须做好绝热保冷工作，应尽量避免外界热量侵入。真空夹套不得损坏。4）排气管道要畅通、口径要足够大，使得已汽化的气体及时排出，避免气体进入泵缸。2023/2/3485）进、排液阀的密封面应仔细均匀的密合，要经过气密性试验无严重泄漏。也可用简单的煤油检验，以不漏为好。6）安装活塞、导向环和活塞杆时，不要损伤密封面，注意缸套镜面清净、光洁。7）注意密封器的密封面，做到运动要灵活且没有泄漏，运转时以不结冰和霜为佳。8）所有密封垫均应退火处理，在重复使用三次后、必须退火后再使用。在安装和保存密封垫和密封面过程中，避免碰伤密封面。紧固螺钉在拧紧时，受力要均匀，要对称地拧紧而不要单边受力，使各螺钉均匀的压紧密封面。9）在安装补偿元件时，不应使波纹管承受不必要的安装力和力矩。10）在低温操作条件下，应严格禁止重新拧紧紧固件。11）按图样规定控制死隙尺寸。2023/2/3492机身（箱体）1）一定要按有关技术条件安装无级变速器、电磁调速控制器、传动机构等，并要保证运动部件的精度。2）注意保证润滑条件和润滑油的油面。3）用正确方法安装滚珠轴承。将轴承加热后，自然的滑套在轴上，不要采用敲打的方法。4）安装时注意活塞杆的绕度，也要注意同轴度，要确保在作往复运动中，使活塞杆和密封摩擦面有良好的工作状态。5）安装时应避免传动端的油脂进入液力端（泵头）。2023/2/3504.2启动操作

与离心式低温泵启动相同，都需要先预冷。往复式低温泵安装就绪后，应慢慢打开进液管上阀门，低温液体缓慢进入泵内，打开排气管上阀门放气，在冷却过程中要盘车，不得卡住，对密封器视情况再次压紧。

经过10～15min后，打开泵上的放气阀，如看见有低温液体流出，初步可认为冷却工作基本结束，关放气阀。

盘车无异常，即可点车验证电动机旋转方向是否正确。如与图样或机器上旋转箭头指示方向不符，可对调电机接线柱上任意两根电源线，即可转换旋转方向。2023/2/351开动泵后，发现排出管道外部有霜，说明已有低温液体排出。调节排出管道上的排出阀（注意不可关死），使排出压力上升到所需的排出压力。如果仅用于充瓶，只要将排出阀开大，让泵的压力随气瓶（或系统）的压力升高而升高。观察密封面工作情况，并正确调节。一般情况下，往复式低温泵进入运转后，应能稳定地工作。若发生故障，先分析原因。当不能排除时先关电动机，关闭进液管上阀门，从泵上放液管放掉低温液体。待泵恢复到常温后，才可拆除泵，也可用加热空气加热以缩短时间。重新安装时，泵内部应进行干燥，及去油脱脂处理。

2023/2/3524.3故障及其处理

常见故障有两类：排压不稳、排液不畅1排液不畅或完全不排液的原因及处理1）吸入管道中提供的吸入压力不足。可以用增加吸入压力，增高液面，必要时增