离心泵基础知识

离心泵根底知识2/16/20251议程1、离心泵、往复泵、螺杆泵、空冷风机2、时间安排：

内容时间离心泵两课时往复泵一课时螺杆泵、空冷风机一课时2/16/20252一、离心泵1、引言在石油化工生产中，离心泵时使用最广泛的液体输送机械。具有结构简单、体积小、质量轻、流量稳定、易于制造和便于维护等一系列优点，因此，离心泵在石油化工生产中占有特殊的地位，约占生产用泵的80~90%。

2/16/20253一、离心泵2/16/20254一、离心泵图1-1离心泵一般装置2/16/20255一、离心泵

离心泵的叶轮是按输送液体设计的，对气体不能加足够的离心力，假设泵内存在空气，空气的密度远小于液体，此时叶轮中心只能造成很小的负压，形不成所需的压强差，液体便不能进入到叶轮中心，泵也就排不出液体。这种现象称为“气缚〞。所以，离心泵启动前必须要灌泵。2/16/20256一、离心泵2.2

离心泵的分类根据结构和使用目的不同，离心泵可以有很多种类型，常见的有以下几种分类方法。

按液体吸入叶轮的方式可分为单吸泵和双吸泵。单吸泵的叶轮只有一侧有吸入口，液体从叶轮一侧进入(图1-2)。双吸泵的叶轮两侧都有吸入口(图1-3)。双吸泵适用于排量较大的场合。

2/16/20257一、离心泵图1-2单级单吸离心泵2/16/20258一、离心泵图1-3双吸式离心泵

2/16/20259一、离心泵按叶轮级数，可分为单级泵和多级泵。多级泵是在同一根泵轴上串联了两个以上叶轮。〔图1-4〕所示为一台两级单吸泵。级数增多时，泵的扬程提高，可以到达的压力也随之提高。级数更多的泵体一般制成分段式，其结构特点是壳体分为吸入段、中段和压出段，各段之间用拉紧螺栓固紧(图1-5)。2/16/202510一、离心泵图1-4双级悬臂Y型油泵2/16/202511一、离心泵图1-5多级离心水泵

2/16/202512一、离心泵按壳体剖分方式，可分为水平剖分式和分段式。水平剖分式的壳体在通过泵轴中心线的水平面上分开。多级分段式的壳体是以与泵轴相垂直的平面剖分(见图1-5)。2/16/202513一、离心泵2/16/202514一、离心泵油泵根据油品温度的上下，又分为冷油泵和热油泵，一般把输送油品温度在200℃以上的泵称热油泵。热油泵在结构上需考虑热膨胀问题，如中心支撑、支架冷却、底座中央常装有滑动导块。此外热油泵对材料的要求更高，如冷油泵壳体可用铸铁，热油泵泵体要用铸钢。2/16/202515一、离心泵2.3离心泵的型号离心泵的型号各个厂家由各自的统一编号，不尽相同。现将石油化工厂使用最多的水泵、油泵、耐腐蚀泵型号介绍如下：

2/16/202516一、离心泵国产泵的型号大局部按汉语拼音等编制，型号通常分首、中、尾三局部。首部是数字，表示泵的主要尺寸(一般为泵的吸入口直径，以mm或英寸为单位)；中部是汉语拼音字母，表示泵的特征或型式；尾部的数字表示该泵的性能参数，旧产品中该数字代表泵的比转数nl除以10的整数值，新产品中代表该泵的单级扬程(m)。有时尾部数字后面还带有英文字母A、B、C等，它表示泵中装着外径切割过叶轮。多级泵尾部由两个数字相乘表示，其中乘号前的数字代表泵的单及扬程[m]，乘号后的数字表示泵的级数。2/16/202517一、离心泵2/16/202518一、离心泵2/16/202519一、离心泵Y型油泵的材料分为I、Ⅱ、Ⅲ三类，I为铸铁，Ⅱ为铸钢，Ⅲ为不锈钢。2/16/202520一、离心泵3、离心泵的根本构成离心泵的根本构成包括叶轮、轴、吸入室、泵体、密封装置、平衡装置等。a、叶轮叶轮是离心泵中唯一的能量传递元件。叶轮和轴以及固定于轴上的所有零件统称为转子。当原动机带动泵轴旋转时，固定于轴上的叶轮也随之旋转，通过叶片把原动机的能量传给液体，使液体提高压力。通过泵后液体压力的升高值ΔP(Pa)，与扬程H(J／kg)和液体的密度ρ(kg／m3)有关，即ΔP＝ρH(MPa)。

2/16/202521一、离心泵叶轮通常由轮盘、叶片和轮盖三局部组成。按结构可分为闭式、半开式、开式等结构。按吸液方式可分为单吸和双吸两种叶轮。多数情况下用铸造或精密铸造法整体制成。当流道很窄不易铸造时，可采用在轮盘上铣出叶片后与轮盖焊接或铆接的结构。2/16/202522一、离心泵闭式叶轮如图1-6〔a)所示。闭式叶轮由前盖板、后盖板、叶片及轮缘组成。在前后盖板之问装有叶片形成流道，液体由叶轮中心进入沿叶片间流道向轮缘排出。适用于高扬程，输送不含杂质的洁净液体。炼厂中使用的油泵多是此种叶轮。2/16/202523一、离心泵半开式叶轮如图1-6〔b)所示。半开式叶轮只有后盖板，流道是半开启的，它适用于输送易沉淀或含有固体颗粒和杂质的液体，效率较低。开式叶轮如图1-6〔c)所示。开式叶轮前后盖板均没有，流道是敞开的，常用来送浆状或糊状以及含有杂质悬浮物的液体，制造简单、清洗方便，但由于叶轮与泵体不能很好的密合，局部液体会回流到吸液侧，因而效率低。2/16/202524一、离心泵单吸式叶轮液体只能从一侧吸入，其结构简单。双吸式叶轮液体可同时从两侧吸入，具有平衡轴向力和改善汽蚀性能的优点。

2/16/202525一、离心泵图1-6离心泵叶轮型式2/16/202526一、离心泵叶片有前弯叶片、径向叶片和后弯叶片之分，如图1-7所示。离心泵中大都采用后弯形叶片，即叶片弯曲方向与叶轮转动方向相反。2/16/202527一、离心泵图1-7不同叶片弯曲型式的叶轮

2/16/202528一、离心泵b、轴轴是传递扭矩的主要部件。轴径按强度、刚度及临界转速确定。中小型泵多采用水平轴，叶轮滑配在轴上，叶轮问距离用轴套定位。近代大型泵那么采用阶梯轴，不等孔径的叶轮用热套法装在轴上，并利用渐开线花键代替过去的短键。此种方法，叶轮与轴之间没有间隙，不致使轴间窜水和冲刷，但拆装困难。2/16/202529一、离心泵c、吸入室吸入室位于叶轮入口之前，其作用是将吸入管中液体以最小的能量损失导入叶轮。吸入室一般有三种形式，如图1-8所示。

锥形吸入室

这种形式的吸入室水力性能好，结构简单，制造方便。液体在直锥形吸入室内流动，速度逐渐增加，因而速度分布更趋向均匀。直锥形吸人室的锥度约7°～8°。用于小型单级悬臂式离心泵中。2/16/202530一、离心泵

螺旋形吸入室

这种吸入室在叶轮前都有一段直锥式收缩管，因此，它具有直锥形吸入室的优点。目前多用于悬臂式离心油泵和剖分式多级蜗壳泵中。2/16/202531一、离心泵

环形吸入室

这种吸入室各轴面内的断面形状和尺寸均相同。其优点是结构对称、简单、紧凑．轴向尺寸较小。缺点是存在冲击和旋涡，并且液流速度分布不均匀。常用于多级分段式离心泵中。2/16/202532一、离心泵图1-8

吸入室型式

2/16/202533一、离心泵d、泵体泵体主要是压液室，压液室的作用是收集液体和转换能量，即把从叶轮排出的液体收集起来导向排出管，同时降低液体的速度，使动能转化为压力能。压液室是指叶轮出口到泵出口法兰(对分段式多级泵是到下一级叶轮入口)的过流局部，常见的有蜗壳和导叶(也称导轮)两种型式。2/16/202534一、离心泵蜗壳因流道做成螺旋形而得名，如图1-9所示。液体沿螺旋线流动，随着流道截面的增加而降低速度,同时局部动能转变成静压能。蜗壳后有一扩压段，在该段主要起降速扩压作用。2/16/202535一、离心泵图1-9蜗壳图

2/16/202536一、离心泵对于分段式多级泵，为了使结构简单紧凑，每级叶轮和下一级叶轮之间的能量转换采用导叶(导轮)结构，导叶有径向导叶和流道式导叶两种，如图1-10所示。径向导叶流动性能稍差，流道式导叶流动性能较好，但制造困难。离心油泵与一般分段多级泵多用径向式导叶，而分段多级高压热油泵那么用流道式导叶。2/16/202537一、离心泵图1-10导叶图

2/16/202538一、离心泵e、密封装置离心泵密封装置有密封环(又称口环、卡圈)和轴端密封两局部。

2/16/202539一、离心泵2/16/202540一、离心泵图1-11密封环型式

2/16/202541一、离心泵炼油厂中油泵的壳体口径与叶轮口环，中间托瓦与中间轴套(也称级间口环)的直径间隙有一定要求，列于表1—1。

表1-1口环间隙允许值

单位：mm

2/16/202542一、离心泵2/16/202543一、离心泵填料密封带水封环的填料密封结构，如图1—12所示。它由填料箱、水封环、填料、压盖和压紧螺栓等组成。填料密封的效果可用拧紧压盖螺栓进行调整，拧紧程度以一秒内有一滴水漏出即可。放置水封环,其目的是起到水封、减少泄漏作用，并起冷却和润滑的作用。填料常温多为浸有石墨粉或润滑油的石棉绳，假设温度、压力稍高，那么用石棉等软纤维编织物作填料，编织物中加有浸渍石墨的铜、铝、铅等金属丝。多用于水泵。2/16/202544一、离心泵图1一l2带水封环的填科密封(a)填科密封；(b)水封环l一轴；2一压盖；3一填科；4一填科箱；5一水封环；6一引水管2/16/202545一、离心泵机械密封：机械密封是无填料的密封装置。其典型结构如图1—13所示，它由动环、静环、弹簧和密封圈等组成。动环随轴一起旋转，并能作轴向移动；静环装在泵体上静止不动。这种密封装置是动环靠密封腔中液体的压力和弹簧的压力，使其端面贴合在静环的端面上(又称端面密封)，形成微小的轴向间隙而到达密封的。为了保证动静环的正常工作，轴向间隙的端面上需保持一层液膜，起冷却和润滑作用。

2/16/202546一、离心泵图１－１３典型机械密封示意图2/16/202547一、离心泵不管何种类型的机械密封，都由四个部件组成：(a)主要密封件(摩擦副)：动环(与转于一起旋转)及静环(固定在压盖内，由防转销防止它转动)。要求动静环密封面紧密贴合，两环具有良好的耐磨性；动环可以轴向灵活移动，自动补偿密封面的磨损，并要求与静环良好地贴合；静环具有浮动性，起缓冲作用。为此要求密封面应有良好的加工质量。

2/16/202548一、离心泵(b)辅助密封：有O形环、V形环、U形环、楔形环等形式。它们主要起密封作用，同时也起到浮动和缓冲作用。其材料应耐热、耐寒并与介质不溶，不起化学反响等。(c)压紧件：弹簧、压环等。

2/16/202549一、离心泵机械密封中一般有四个可能的泄漏点，如图1—13，压盖与填料密封箱之间的泄漏点4是静密封〔用密封圈或垫片〕，动环与轴的泄漏点2〔用具有弹性和自紧性的V型密封圈〕、静环与端盖的泄漏点3根本上是静密封，泄漏点1是动、静环之间的动密封，摩擦副端面的紧密贴合到达，所以机械密封也称端面密封。端面间的贴合靠介质压力和弹簧力作用而到达。

2/16/202550一、离心泵机械密封的特点就是将易泄漏的轴向密封改变成较难泄漏的静密封与端面密封。机械密封的优点：转子转动或静止时，密封效果都好，安装正确后能自动调整；轴向尺寸较小，摩擦功耗较少；平安、可靠，使用寿命长等。2/16/202551一、离心泵石油化工厂机械密封常用的材料：动、静环材料为硬质合金和浸渍树脂或金属的石墨，一般为一硬一软配对。在一些特殊场合，也有都用硬质合金作动、静环的硬对硬配对。密封圈常用耐油橡胶、聚四氟乙烯等材料。目前，生产上高温泵多采用集装式的金属波纹管密封，维修比较方便。2/16/202552一、离心泵图１－１４典型的金属波纹管密封2/16/202553一、离心泵f、平衡装置平衡装置又有轴向力平衡与径向力平衡之分。轴向力平衡装置离心泵运转时，转子受到一个与轴心线平行的轴向力，其产生原因可作如下解释：液体流经叶轮后压力升高，因此在叶轮前后两侧压力的分布不同，如图1-15所示。在轮盖侧r1范围内的压力为p1，轮盘侧r2范围内为p2且呈抛物线分布。显然轮盖侧压力低，轮盘侧压力高，这就是产生轴向力的主要原因。轴向力一般自叶轮反面指向叶轮入口。

2/16/202554一、离心泵图1－15叶轮两侧压力分布2/16/202555一、离心泵由于轴向力相当大(特别是叶轮的级数较多时)，除个别单级小型水泵利用滚动轴承承受轴向力外，一般都需要采取平衡轴向力的措施。单级泵常用的平衡轴向力措施：①采用双吸叶轮。双吸叶轮两侧对称，轴向力相互抵消，这种叶轮一般用于流量较大的场合。

2/16/202556一、离心泵②开平衡孔或接平衡管。在叶轮轮盘上相当于吸入口直径范围内开假设干平衡孔，使轮盘前后空间相通，液体从轮盘后经平衡孔流到进口，或利用平衡管将局部液体引回叶轮入口，使叶轮两侧压力分布根本相同。这种结构的叶轮在叶轮背后与泵壳间增设密封环．其直径与轮盖入口处的密封环的直径相同。如图1—16所示。2/16/202557一、离心泵图1－16平衡孔和平衡管

2/16/202558一、离心泵③平衡叶片。此法是在叶轮轮盘反面装有假设干径向叶片，如图1—17所示。当叶轮旋转时，叶片推动叶轮与泵壳间的液体旋转，使叶轮反面靠叶轮中心局部的压力下降，使轴向力减小。此法还具有减小轴封负荷，防止固体颗粒进入轴封的作用。2/16/202559一、离心泵图1－17平衡叶片

2/16/202560一、离心泵多级泵常用的轴向平衡措施有以下几种：①叶轮对称布置。叶轮对称布置一般用于叶轮数为偶数的水平剖分式多级蜗壳泵，如果级数为奇数时，第一级叶轮要做成双吸叶轮。图1—18为叶轮对称布置的几种形式。叶轮对称布置的要求是轴封所受压力较小；级间泄漏量要小，即相邻级间的压差应尽量小；同时流道应尽量简单。

2/16/202561一、离心泵图1－18叶轮对称布置型式

2/16/202562一、离心泵②平衡鼓在多级分段泵的未级叶轮后装一个圆柱形平衡鼓(也称卸荷盘)，当轴向力发生变化时，平衡鼓不能调整平衡力，仍需安装止推轴承来承受剩余的轴向力。如图1—19。

2/16/202563一、离心泵图1－19平衡鼓

2/16/202564一、离心泵③自动平衡盘。在多级泵中，为适应轴向力的变化，自动调整轴向力的平衡，采用自动平衡盘装置。在这种装置中，靠转子左右移动，不断调整平衡力大小，以到达轴向力与平衡力的平衡。2/16/202565一、离心泵图1－20自动平衡装置

2/16/202566一、离心泵④平衡盘与平衡鼓组合装置。这种装置兼有平衡盘与平衡鼓的综合效果，多用于大容量分段式多级泵中，如图1—21所示。

2/16/202567一、离心泵图1－21平衡盘和平衡鼓组合装置

2/16/202568一、离心泵径向力平衡措施径向力的不平衡主要出现在蜗壳式泵中，当流量发生变化．在大于或小于设计流量下工作时，叶轮与涡室的协调性被破坏，在叶轮周围产生速度和压力的不均匀。当流量小于设计流量时，涡室压力从泵舌开始逐渐上升。在流量大于设计流量时，蜗室内压力从泵舌开始逐渐下降。离心泵并不能总在设计流量下工作，启动和停车时在零流量下工作，生产中产量的变化也直接影响泵的流量，因此径向力是不可防止的。径向力的合力使轴和轴承受到额外的负荷。2/16/202569一、离心泵径向力平衡的措施有： ①

双层蜗室或双涡室。将蜗室分成对称的两局部，虽然在每个蜗室中压力分布仍是不均匀的，但由于两蜗室相互对称，作用在叶轮上的径向力互相平衡。②相邻两蜗室旋转180℃布置。在多级蜗壳泵里，采用相邻两蜗室旋转180℃布置的方法，可以减弱径向力对轴的作用，但轴上剩有一个力矩，由于两叶轮间距很小，所以力矩对轴的影响较小。2/16/202570一、离心泵4、离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数有转速、流量、扬程、功率和效率等。a、转速即离心泵叶轮的转速。以r/min表示

2/16/202571一、离心泵b、流量有泵的流量和理论流量之分。大多采用容积流量，单位为m3/s、m3/h。泵的流量Q是指单位时间内有泵的排液口排出的液量；泵的理论流量QT指单位时间内流入泵作功部件内的液量。两者的关系如下：QT=Q+∑q式中，∑q为单位时间内泵的容积泄漏量，包括内泄漏〔叶轮出口转入口〕和外泄漏〔不经排液管而漏到泵体外〕。

2/16/202572一、离心泵c、扬程有泵的扬程〔实际扬程〕和理论扬程之分泵的扬程H指作功元件对泵排出的单位重量的液体所作的有效功。理论扬程HT指作功元件对流经叶轮的单位重量的液体所作的功。单位为m。理论扬程为实际扬程与泵内的流体阻力损失之和。2/16/202573一、离心泵d、功率有有效功率、和内功率之分。有效功率Neff是指单位时间内泵出口流出的液体从泵中取得的能量。计算值如下：Neff=pgQH/103KW内功率Ni为单位时间内作功元件所给出的能量。计算值如下：Ni=pgQTHT/103KW轴功率N为单位时间内由原动机传递到泵主轴上的功。它是内功率Ni和机械损失(机械摩擦损失〕功率之和。2/16/202574一、离心泵e、效率有容积效率、水利效率及机械效率和总效率。容积效率是衡量泵泄漏量大小也及密封环好坏的指标。容积效率=Q/QT水利效率是衡量液体流经泵的阻力损失大小的指标。水利效率=H/HT机械效率是衡量泵运动部件间机械摩擦损失及轮阻损失大小的指标。机械效率=Ni/N

总效率是衡量泵工作是否经济的指标。总效率=Neff/N2/16/202575一、离心泵5、离心泵的特性曲线离心泵的主要性能参数之间存在一定的关系，可由试验测定，将试验结果标绘于坐标纸上，可得出一组曲线，称为离心泵的工作性能曲线或特性曲线。一般由扬程特性曲线、功率特性曲线、效率特性曲线等组成。2/16/202576一、离心泵离心泵的特性曲线分析a、扬程特性曲线它反映了泵的流量与扬程之间的依从关系。曲线上任一点说明对于每一流量只能给出一个对应扬程。形状一般有以下三种：①单调下降形如图1-22〔a)所示，说明流量变化时，扬程变化较大。适用于输送易于堵塞管路的液体介质和压力变化较大的场合。2/16/202577一、离心泵②平坦形如图1-22〔b〕所示，说明流量变化时，扬程变化不大。具有此种特性的泵，当采用调节伐调节流量时，灵敏性高，调节损失小。适用于流量变化大，扬程变化小的场合。③驼峰形如图1-22〔c〕所示，具有此种特性的泵，某些条件下会出现不稳定工作情况。2/16/202578一、离心泵HHHNNNQQQaabc图1-222/16/202579一、离心泵b、功率特性曲线它说明电动机传到泵轴上的功率和流量关系。曲线上任一点说明泵在提供某一扬程和流量时需要的轴功率。①功率随流量增大而下降的情况。如图1-22〔a)所示，具有此种功率特性的泵，不宜采用封闭启动，此时泵所配备电机功率储藏也应大些。2/16/202580一、离心泵②功率随流量的增大变化不大的情况。如图1-22〔b〕所示。③功率随流量的增大而上升的情况。如图1-22〔c〕所示，具有此种功率特性的泵，在Q=0时，功率有最小值，应采用关闭出口伐启动，以减少泵的启动功率。2/16/202581一、离心泵c、效率特性曲线它反映了泵的流量与扬程之间的依从关系。曲线上任一点说明泵在某一定操作情况下的工作效率。多数离心泵的效率开始随流量的增加而上升，到达最大值后，在增加流量效率反而下降。即离心泵在一定转速下有一最高效率点。对于流量变化较大的情况，宜选择高效工作区较宽的泵。2/16/202582一、离心泵6、离心泵的管路特性曲线6.1管路特性曲线离心泵的管路特性曲线指管路情况一定时〔即管路进出口压力、升液高度、管路长度和管径、管件个数尺寸以及阀门开启度等已确定〕，是液体从吸液池开始经过该管路到达管路的出口需要由外界给予单位重量液体的能量L(m〕予经过该管路的容积流量Q间的关系曲线。2/16/202583一、离心泵只有H=L才能维持液体的稳定输出要求。由伯努利方程简化归纳：L=A+BQ2式中：A—管路静压差，包括与流量无关的输液高度即进出口管路两端的压差B---与管路尺寸即阻力系数有关的系数由管路特性可知，管路内单位重量液体所需的能量随流量增加而增加；而由离心泵特性可知，泵提供单位重量液体所需的能量随流量增加而减小。两条曲线的交点表示管路所需能量与离心泵所需能量到达平衡，此点所对应流量和扬程为实际值，即工况点。假设工作点处于泵的高效区，说明泵选择的较好。2/16/202584一、离心泵6.2有泵旁路的流量调节①调节液体流量即在出口管路上安装调节伐通过改变伐门的开度来调节液体流量。如图，当关小阀门，管路阻力增大，管路特性曲线变陡，泵的工作点由A点移到B点，压头增加，流量减小。当开大阀门，管路阻力减小，管路特性曲线变缓，泵的工作点由A点移到C点，压头减小，流量减小增加。关小阀门调流量不经济，但调节方便，采用较广泛。2/16/202585一、离心泵L=A=BQ2H～QACBQHQBQAQCHBHAHC2/16/202586一、离心泵②旁路调节③改变泵的转速④改变叶轮直径6.3离心泵的串联与并联①串联当管路的端点条件〔位置、压力〕改变，需加大扬程时，可串联使用。对规格相同的两台泵串联来说，管路特性曲线不变，工作点的扬程并非单个泵扬程的两倍。②并联如需要加大流量，一台泵不能满足，可两台泵并联操作。对规格相同的两台泵并联来说，管路特性曲线不变，工作点的流量并非单个泵扬程的两倍。

2/16/202587一、离心泵QHH1H3QH12ⅠⅡⅠⅡⅠ‘Ⅱ‘1232/16/202588一、离心泵7、离心泵的吸入特性吸入特性指泵工作时其入口允许吸上真空高度与流量的关系特性。7.1汽蚀现象

机理离心泵工作时，当处于叶片入口低压区的液体压力降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，气泡随液流在流到中流动道压力较高之处时有瞬间凝失。在气泡凝失的瞬间，气泡周围的液体迅速冲入气泡凝失形成的空穴，并伴随由局部高温、高压水击现象。2/16/202589一、离心泵汽蚀现象危害①泵的性能突然下降，严重时造成抽空。②泵产生震动和噪音，损坏密封、轴承等配件，造成泄漏。③泵的过流元件外表受到机械性质的破坏。

2/16/202590一、离心泵汽蚀现象的原因①与液体介质的性质有关。如温度愈高，挥发性愈大那么饱和蒸汽压愈高