化工机械及设备课件

流体输送机械常用泵——离心泵泵是一种通用机械，凡是有流体人为流动的地方,就有泵在工作，应用极为广泛，种类很多，以叶片式离心泵应用最为普遍。一、离心泵的构造离心泵的基本部件是高速旋转的叶轮和固定的蜗牛形泵壳。具有若干个（通常为6～12个）后弯叶片的叶轮紧固于泵轴上，并随泵轴由电机驱动作高速旋转。

叶轮是直接对泵内液体做功的部件，为离心泵的供能装置。泵壳中央的吸入口与吸入管路相连接，吸入管路的底部装有单向底阀。泵壳侧旁的排出口与装有调节阀门的排出管路相连接。二、离心泵的工作原理

当离心泵启动后，泵轴带动叶轮一起作高速旋转运动，使预先充灌在叶片间的液体旋转，在离心力的作用下，液体自叶轮中心向外周作径向运动。当液体自叶轮中心甩向外周的同时，叶轮中心形成低压区（真空），在贮槽液面与叶轮中心总势能差的作用下，致使液体被吸进叶轮中心。液体在流经叶轮的运动过程获得了能量，静压能增高，流速增大。当液体离开叶轮进入泵壳后，由于壳内流道逐渐扩大而减速，部分动能转化为静压能，最后沿切向流入排出管路。所以蜗形泵壳不仅是汇集由叶轮流出液体的部件，而且又是一个转能装置。依靠叶轮的不断运转，液体便连续地被吸入和排出。液体在离心泵中获得的机械能量最终表现为静压能的提高。两个过程：吸入过程和排出过程

需要强调指出的是，若在离心泵启动前没向泵壳内灌满被输送的液体，由于空气密度低，叶轮旋转后产生的离心力小，叶轮中心区不足以形成吸入贮槽内液体的低压，因而虽启动离心泵也不能输送液体。这表明离心泵无自吸能力，此现象称为气缚。吸入管路安装单向底阀是为了防止启动前灌入泵壳内的液体从壳内流出。空气从吸入管道进到泵壳中也会造成气缚。三、主要性能参数1、流量：单位时间内输送的液体数量。

体积流量qv单位为m3/h，质量流量qm单位为kg/s

qm=qv2、扬程：离心泵的压头H，又称扬程，指单位重量（1N）的液体通过离心泵后所获得的能量，其单位为m3、功率和效率泵的功率分为轴功率P、有效功率Pe和原动机功率。离心泵的轴功率P：即是电机传给泵轴的功率，单位为W或kW。离心泵的有效功率Pe：是指单位时间内通过泵的流体所获得的功率，即泵的输出功率，单位为W或kW。泵的效率为有效功率与轴功率之比。=Pe

/P×100%4、转速n是指泵轴每分钟的转数，单位为r/min。四、性能曲线离心泵的特性曲线

特性曲线指H～Q、N～Q及η～Q等的关系曲线。由泵的制造厂家提供，附于样本或说明书中。上图即为某一转速下，典型的B型（单级单吸悬臂式）泵的特性曲线。

特性曲线的共同特点：

（1）H～Q：Q↑→H↓（2）N～Q：Q↑→N↑，Q=0，Nmin（最小）；（3）η～Q：先Q↑→η↑，达ηmax（最大）后Q↑→η↓，ηmax点——设计点。其下的H、Q、N是最佳工况参数——标于铭牌上。选择泵时至少应使其在≥92%ηmax下工作五、离心泵的汽蚀现象与允许吸上高度

1、离心泵的汽蚀现象问题：叶轮入口形成的低压越低，液体被吸入泵的可靠性越大？

当入口压强p1〈输送液体温度下的饱和蒸汽压ps时，液体会汽化。汽化量与△p=p1-ps成正比。气泡与叶片间的液体一同抛向叶轮外缘，过程中气泡受到压力的作用迅速地凝结或破裂，气泡的消失产生局部的真空，其周围的液体以极其高速涌向该空间造成达几百甚至上千MPa的极大冲击压力，冲击频率高达每秒几万次，冲击使泵体产生震动并发出噪音。

气泡多发生在叶轮入口附近，气泡凝结破裂时，液体象许多细

小的高频冲击“水锤”（600～25000Hz）那样击打着叶轮和壳体的表面，使材料表面出现麻点以致穿孔，严重时金属晶粒松动并剥落冲蚀成蜂窝状，甚至断裂，以至叶轮或泵壳不能使用。这种现象——汽蚀。

汽蚀对泵工作的影响：

除机械破坏外，气蚀还伴有电解、化学腐蚀等多种复杂的作用。泵在气蚀条件下运行，泵体震动发出噪音、流量明显下降，压头、效率大幅度降低。严重时不能吸上液体。为避免气蚀现象，必须保证P1min>Ps。

有效方法：按泵的“允许吸上高度”（或“汽蚀余量”）结合输

送液体的性质确定泵的“安装高度”。

1、提高泵本身的抗汽蚀性能（1）降低叶轮入口部分流速（2）采用双吸式叶轮（3）采用诱导轮（4）采用双重翼叶轮（5）采用超汽蚀泵：采用抗汽蚀材料制造叶轮，延长叶轮的使用寿命。材料强度和韧性越高，硬度和化学稳定性越高，叶轮流道表面越光，则抗汽蚀性能越好2、提高吸入系统装置的有效汽蚀余量（1）减小吸入管路的流动损失（2）合理确定两个高度（3）设置前置泵

2、允许吸上真空高度允许吸上真空高度：

[HS]=HSMAX—（0.3~0.5）允许几何安装高度：

[Hg]=[Hs]—vs2/2g—hw使用条件下允许吸上真空高度：[HS]‘=[HS]—10.33+Hamb+0.24—HV六、泵的主要零部件

（一）离心泵的主要部件

离心泵的种类和型式很多，主要构造仍然基本相同。主要元件有转子、泵壳，轴向力平衡装置，密封装置，冷却装置，以及轴承与机架等组成。

1、叶轮

叶轮是将原动机输入的机械能传递给液体，提高液体能量的核心部件。由叶片、盖板和轮毂组成。

封闭式半封闭式开式2、轴和轴承轴是传递扭矩的主要部件。轴承一般包括两种形式:滑动轴承和滚动轴承，轴承组合体是转子的支承部分，通常是采用带油环的滑动轴承与滚动轴承来承受径向负荷，而采用径向止推轴承来承受轴向负荷。3、吸入室离心泵吸入管法兰至叶轮进口前的空间过流部分称为吸入室。其作用为在最小水力损失下，引导液体平稳的进入叶轮，并使叶轮进口处的流速尽可能均匀的分布。直锥形吸入室弯管形吸入室环形吸入室半螺旋形吸入室4、机壳

机壳收集来自叶轮的液体，并使部分流体的动能转换为压力能，最后将流体均匀地引向次级叶轮或导向排出口。

螺旋形

环形5、密封装置

密封装置主要用来防止压力增加时流体的泄漏.

填料式密封机械式密封泵在管路中工作时，由泵的性能曲线和管路特性曲线决定其运行工况。管路特性：管路中通过的流量与所需要消耗的能量之间的关系特性曲线。而管路输送所需的外加总压头称管道阻力。Hc=Hst+qv²这就是管路特性曲线方程：当流量发生变化时，阻力也发生变化。七、离心泵的运行及维护

泵的工作点MA'AB'BHBHB'HA'HAqvMqvBqvA工作点：将泵的特性曲线与管路特性曲线按同一比例绘制在同一张图上，则两条曲线相交于一点M点，M点就叫作泵在管路中的工作点。泵在M点工作时能达到平衡、稳定离心泵工况运行的调节运行工况调节：泵在运行时，由于外界负荷的变化而要求改变其工况，用人为的方法改变其工况点。而工况点的调节则是流量的调节。离心泵的运行工况调节（有三种方法）切割外圆法；变速调节法；离心泵出口调节法。前两种方法改变了泵的特性曲线，后一种方法则改变了泵的管路特性。

改变泵的特性曲线法：切割叶轮外圆法：叶轮切割后直径变小，可以改变泵的qv－H曲线，泵的工作点也随之改变。用这种方法调节流量，一台基本型号的离心泵可配备几台不同直径的叶轮，可按需选用。此法较经济。叶轮的切割量不能太大，否则就不能保证切割前后叶轮出口的通流面积和安置角基本不变，泵效率也将明显下降，切割定律失效。为了保证泵有较高的工作效率，故规定叶轮的最大切割量。变速调节：在管路特性不变时，用改变转速来改变泵的性能曲线，从而改变它们的工作点。当转速改变后，扬程和流量都会发生改变，随着转速的提高，流量和扬程都会增大。用此方法来调节流量和扬程不会产生附加的能量损失，这种方法是最经济的。但原动机应是可调速的。一般中小型泵不采用改变管路特性曲线法：最常用的方法是调节离心泵的出口开度阻力大小与流量有直接的关系。用这种方法调节流量，有额外的能量损失，是不经济的。但由于方法简单，调节方便,尤其对于小流量、高扬程的离心泵，在启动瞬间，关闭调节阀门，还可以减少启动功率。2）同型号泵的串、并联

串联:

指前一台泵的出口向另一台泵或风机的入口输送流体的工作方式。串联的目的是在流量相同时增加压头。两台泵串联工作时所产生的总扬程小于泵单独工作时扬程的2倍，而大于串联前单独运行的扬程，且串联后的流量也比一台泵单独工作时大了。

组合后，泵的特性曲线由单泵同—Q下H的倍数确定。并联

：

并联是指两台或两台以上的泵向同一压力管路输送流体的工作方式。并联的目的是在压头相同时增加流量。两台泵并联运行时的流量等于并联时的各台泵流量之和，并联总流量小于两单机单独运行的流量和，而并联后的扬程却比一台泵单独工作时要高些。

组合后，泵的特性曲线由单泵同—H下Q的倍数确定。

由组合泵的特性曲线可以看出：经组合后，串联未使压头翻倍，并联未使流量翻倍。而是压头、流量均有提高。生产中究竟采用何种组合方式比较经济合理，则决定于管路曲线的形状。对于管路特性曲线较平坦的低阻管路(如图中曲线a所示)，采用并联组合，可获得较串联组合为高的流量和压头；对于管路特性曲线较陡的高阻管路(图中曲线b)，采用串联组合，可获得较并联组合高的流量和压头。对于值高于单泵所能提供最大压头的特定管路，则必须采用串联组合方式。思考：如何正确操作离心泵？检查地脚螺栓有无松动；检查是否灌好泵，润滑油是否合格，油液面是否达到高度；检查冷却水供应情况；检查压力表、电流表运行情况；手动盘车数圈；检查防护网是否完好。待一切完好则可开车。（请看开车和停车的操作动画）开车前的准备：八、离心泵的分类及型号

按液体性质分:水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵按叶轮吸入方式分：单吸式、双吸式按叶轮数目分：单级式、多级式如果要求的压头（扬程）较高，可采用多级离心泵，其系列代号为“D”。如要求的流量很大，可采用