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文檔簡介
水泵運行基礎知識培訓能源動力分廠2011.2.241泵的分類及用途2離心泵的典型結構與工作原理3工作原理及泵的一般構成4離心泵的吸入特性一汽蝕5離心泵的性能及調節(jié)6相似理論的應用7泵的主要零部件8泵的選用9水泵的常見運行故障10設備的日常點檢水泵運行基礎知識1泵的分類及用途1.1.1泵的定義1.1.2泵的分類1.1.3適用范圍1.1泵的定義
泵是國民經濟中應用最廣泛、最普遍的通用機械,除了水利、電力、農業(yè)和礦山等大量采用外,尤以石油化工生產用量最多。而且由于化工生產中原料、半成品和最終產品中很多是具有不同物性的液體,如腐蝕性、固液兩相流、高溫或低溫等,要求有大量的具有一定特點的化工用泵來滿足工藝上的要求。這方面的技術發(fā)展產品開發(fā)一直是十分活躍的。1.2泵的分類葉片式泵(透平式泵):離心泵軸流泵混流泵旋渦泵容積式泵往復泵:活塞泵柱塞泵隔膜泵回轉泵:齒輪泵螺桿泵滑片泵其他類型泵:噴射泵水錘泵真空泵另外,按壓力分為低壓泵(低于2MPa)中壓泵(2-6MPa)高壓泵(高于6MPa)1.2泵的分類(1)葉片式水泵:它對液體的壓送是靠表有葉片的葉輪高度旋轉而完成的。(2)容積式水泵:它對液體的壓送是靠泵體工作室容積的改變來完成的。(3)其它類型水泵:其中有依靠液體流動的能量來輸送液體的,帶有依靠其它作用來輸送液體
1.3適用范圍2離心泵的典型結構與工作原理2.2.1離心泵的典型結構2.2.2離心泵的分類2.2.3離心泵的命名方式2.2離心泵的分類可按使用目的、介質種類、結構型式等進行分類。這里主要介紹按結構型式作如下分類:(1)按流體吸入葉輪的方式:單吸式泵雙吸式泵(2)按級數(shù)分類:單級泵多級泵(3)按泵體形式分類:蝸殼泵筒形泵(4)按主軸安放情況分類:臥式泵立式泵斜式泵常見葉片式水泵的型號舉例DG46-30×5型號意義為:臥式、單吸多級分段式鍋爐給水泵,設計工作點流量為46立方米每小時,設計工作點單級揚程為30米,級數(shù)為5級。LHB8.5-40型號的意義為:半調節(jié)立式混流泵,設計工作點流量為8.5立方米每秒,比轉數(shù)約等于400。注:水泵的比轉數(shù)是由最佳工況下的轉速、流量和揚程組成的一個有因次的相似特征數(shù)。3工作原理及基本方程式3.3.1離心泵的性能參數(shù)3.3.2離心泵的工作過程3.3.3基本方程式3.3.4泵的一般構成3.1離心泵的性能參數(shù)流量揚程轉速氣蝕余量有效功率容積效率水力效率機械效率總效率流量Q:指泵在單位時間里循環(huán)輸出液體的體積
。單位是m3/s,用表示質量,單位是kg/s。式中為液體的密度,常溫清水泵流量的測定:渦輪流量計、電磁流量計、超聲波流量計、水堰、文吐里管。3.1離心泵的性能參數(shù)汽蝕余量:泵必需汽蝕余量NPSHr泵所要求的在泵進口處,單位重量液體所具有的超過汽化壓力的富余能量(單位m),其數(shù)值由實驗確定.泵效率η:它是表示泵的性能好壞及動力利用的程度,是指泵的有效功率和軸功率的比值,以η表示其百分數(shù)。其它參數(shù)有允許吸上真空高度和比轉數(shù)等。3.2離心泵的工作過程3.4泵的一般構成
在這里主要介紹的是離心泵,其它水泵的構造與此差不多。離心泵主要由葉輪、泵體、泵蓋、密封環(huán)、軸封裝置,托加極平衡裝置等組成。3.4泵的一般構成
(1)葉輪輪有閉式、開式和半開式三種類型,按吸入方式又可分為單吸式葉輪和雙吸式葉輪,其主要作用是使液體獲得能量。3.4泵的一般構成
(3)密封環(huán)主要作用是防止泵體之間的液體漏損,并起承受磨擦的作用,延長葉輪和泵體的使用壽命。(4)軸封裝置主要作用是防止泵體內的高壓液體漏出和防止空氣進入泵體內,有填料密封,機械密封等幾種。3.4泵的一般構成
(5)平衡裝置主要作用是防止泵的轉動部份發(fā)生軸向串動,從而減少磨損,振動和發(fā)熱現(xiàn)象。(6)軸承座在座內安裝軸承,主要是支承軸的作用。(7)聯(lián)軸器主要作用是連接泵軸和電機軸,使泵軸轉動。
4離心泵的吸入特性一汽蝕4.4.1氣蝕發(fā)生的機理及危害4.4.2氣蝕余量及氣蝕判別式4.4.3提高離心機抗氣蝕性能德措施(1)氣蝕發(fā)生的機理(2)氣蝕發(fā)生的危害汽蝕是水力機械的特有現(xiàn)象,它帶來許多嚴重的后果。a.汽蝕使過流部件被剝蝕破壞;b.汽蝕使泵的性能下降;c.汽蝕使泵產生噪音和振動。4.2氣蝕余量及氣蝕判別式有效汽蝕余量是指液流自吸液罐(池)經吸入管路到達泵的吸入口后,Pv高出汽化壓力所富余的那部分能量頭,用表示4.3提高離心機抗氣蝕性能的措施(1)提高離心泵本身抗汽蝕的性能①改進泵的吸入口至葉輪葉片入口附近的結構設計。②采用前置誘導輪,如圖所示。③采用雙吸式葉輪。④設計工況采用稍大的正沖角。⑤采用抗汽蝕的材料。4.3提高離心機抗氣蝕性能的措施(2)提高進液裝置汽蝕余量的措施①增加泵前儲液罐中液面上的壓力,如圖所示②減小泵前吸上裝置的安裝高度。③將吸上裝置改為倒罐裝置,如圖所示④減小泵前管路上的流動損失葉輪結構改進圖前置誘導輪②采用前置誘導輪,如圖所示,使液流在前置誘導輪中提前接受誘導葉片做功,以提高液流的壓力。吸入裝置倒罐裝置5離心泵的性能及調節(jié)5.1離心泵的工作原理5.2離心泵的運行特性5.3離心泵運行工況的調節(jié)5.4離心泵的啟動及運行5.5其它泵的性能5.1離心泵的工作原理離心泵通過離心力將能量傳遞給液體,或者說離心泵是靠離心力工作的。
離心泵有蝸牛狀的蝸殼,蝸殼內裝有一個有葉片的輪子,稱為葉輪,葉輪可由電動機帶著轉動。
5.1離心泵的工作原理在電動機帶動下,當工作葉輪充滿了水而旋轉時,葉片間的水在離心力的作用下,從葉輪中心甩向周圍,從出水口流出,同時,在葉輪的進口處便產生真空,此時,介于大氣壓力的作用,池中的水又經吸水管,被吸入葉輪,如此不斷循環(huán)運轉,水便源源不斷地被泵抽送運出。5.2離心泵的運行特性(1)泵的性能關系(2)泵的特性曲線(3)離心泵的性能特點(1)泵的性能關系a、流量與揚程的關系;Q與H或反比關系。b、流量與軸功率的關系Q大N也大c、流量與效率的關系泵在開始時,效率隨Q增加而提高,當效率出現(xiàn)最高值后,便隨Q的增加而降低,在效率最高值的附近稱為高效區(qū)。(2)泵的特性曲線
泵在工作時,當泵轉數(shù)為某一定值,用來表示Q、H、N和允許吸上真空高度等之間相互關系的曲線為泵的性能曲線。泵的性能關系由于工作要求不同,往往在工作中經常會碰到二臺以上水泵同時工作的情況,有的是屬于串聯(lián),有的是屬于并聯(lián)形式的。泵的性能關系a、水泵的串聯(lián):水泵串聯(lián)的特點是提高輸水壓力(即揚程)。為了達到供水壓力的要求,一臺水泵不能滿足時,則需要串聯(lián)一臺或八臺水泵同時工作,在此情況下,水泵輸出的總壓力提高了,而輸水量保持不變
。泵的性能關系b、水泵的并聯(lián)水泵并聯(lián)的特點是增加輸水流量。為了達到供水量的要求,留一強水泵的輸出水量不能滿足要求時,則需要并聯(lián)一臺或n臺水泵同時工作,在此情況下,水泵輸出的總水量增加了,而壓力保持不變。(3)離心泵的性能特點
離心泵之所以被廣泛應用,因為在很多方面具有比較明顯的優(yōu)點:(1)流量范圍大,一般常用的在5~20,00米3/時,且流量和壓力都較平穩(wěn)。(2)轉速較高,可以與電動機或汽輪機直接連接,傳動機構簡單緊湊。(3)操作方便可靠,調節(jié)和維護容易,并易于實現(xiàn)自動化遠距離操作。(4)結構簡單緊湊,體積小、重量輕、尤其是另部件少制造方便,占地面積小。(3)離心泵的性能特點
其缺點:(1)一般情況下在啟動前需灌泵以排盡泵內積聚空氣。(2)液體的粘度大時對泵的性能影響較大,效率降低。(3)在小流量高揚程情況下使用要受到一定限制。
5.3離心泵運行工況的調節(jié)(1)改變工況點的三種途徑(2)改變泵特性曲線的調節(jié)(3)改變裝置特性曲線的調節(jié)(1)改變工況點的三種途徑泵的運行工況點是泵特性曲線和裝置特性曲線的交點,改變工況點有三種途徑:a.改變泵的特性曲線;b.改變裝置的特性曲線;c.同時改變泵和裝置的特性曲線。(2)改變泵特性曲線的調節(jié)a.轉速調節(jié)b.切割葉輪外徑調節(jié)c.改變前置導葉葉片角度調節(jié)d.改變半開式葉輪葉片端部間隙調節(jié)e.泵的并聯(lián)或串聯(lián)調節(jié)(3)改變裝置特性曲線的調節(jié)a.閘閥調節(jié)b.液位調節(jié)c.旁路分流調節(jié)這種調節(jié)方法簡便,使用最廣,但能量損失很大,且泵的揚程曲線愈陡,損失愈嚴重。5.4離心泵的啟動及運行(1)啟動前的準備工作a.啟動前檢查b.充水c.高點排氣(2)啟動程序(3)適行中的注意事項①潤滑油的名稱、型號、主要性能和加注數(shù)量是否符合技術文件的要求;②軸承潤滑系統(tǒng)、密封系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)是否完好,軸承的油路、水路是否暢通;③盤動泵的轉子1~2轉,檢查轉子是否有摩擦或卡住現(xiàn)象;5.4離心泵的啟動及運行④在聯(lián)軸器附近或皮帶防護裝置等處,是否有妨礙轉動的雜物;⑤泵、軸承座、電動機的基礎地腳螺栓是否松動;⑥泵工作系統(tǒng)的閥門或附屬裝置均應處于泵運轉時負荷最小的位置,應關閉出口調節(jié)閥;⑦點動泵,看其葉輪轉向是否與設計轉向一致,若不一致,必需使葉輪完全停止轉動后,調整電動機接線后,方可再啟動。軸流式水泵:當電動機驅動浸在流體中的葉輪旋轉時,輪內的流體就相對葉片做繞流運動,葉片會對流體產生一個推力從而對流體做功,使流體的能量增加,并沿軸向流出葉輪,經過導葉等部件壓出管路,同時葉輪入口處的流體被吸入,形成連續(xù)工作。其特點結構緊湊、外形尺寸小、質量輕的特點,適合于大流量、低壓頭的場合,如部分電廠中的爐水循環(huán)泵。5.5其它泵的性能典型軸流泵結構圖1-葉輪2-導流器3-泵殼混流式水泵:這種水泵結合了離心式水泵和軸流式水泵的特點,流體是沿介于軸向和徑向之間的圓錐面方向流出葉輪,工作原理是部分利用了葉片推力和慣性離心力的作用。其特點是流量大、壓頭較高,本廠的循環(huán)水泵就是典型的混流式水泵。典型的混流泵結構圖容積式水泵:是利用電動機驅動部件(活塞、齒輪等)使工作室的容積發(fā)生周期性的改變,依靠壓差使流體流動,從而達到輸送流體的目的。其特點是結構簡單、輕便緊湊、工作可靠,在電廠中常用于流量較小的潤滑油系統(tǒng)中(如鍋爐送引風機的潤滑油泵)。齒輪泵結構圖1-主動齒輪2-從動齒輪3-工作室4-入口管5-出口管6-泵殼活塞泵結構圖噴射泵:工作原理是高壓的流體經噴嘴后成為高速射流進入工作室,工作室內噴管附近的低壓流體大量地卷帶經擴壓管升壓后輸出,同時又使水池中的流體被吸入工作室,從而形成連續(xù)工作過程。噴射泵的工作流體可以是高壓蒸汽,也可以是高壓水,被輸送的流體可以是水、油或空氣。電廠中用作輸送爐渣的水力噴射器以及凝汽設備中抽氣器等。6相似理論的應用10.1泵的相似條件10.2相似定律和比例定律10.3比轉數(shù)10.4切割定律10.5泵的高效工作范圍10.6泵的系列型譜6.1泵的相似條件通常對葉式泵內的流動而言,兩泵流動相似應具備幾何相似和運動相似,而運動相似僅要求葉輪進口速度三角形相似。6.2相似定律和比例定律保持流動相似的工況稱為相似工況。兩泵在相似工況下的性能參數(shù)符合相似定律表達式。(1)流量關系(2)揚程關系(3)功率關系簡化的相似定律表達式比例定律表達式6.3比轉數(shù)(1)什么是比轉數(shù)(2)比轉數(shù)的計算式(3)氣蝕比轉數(shù)(4)比轉數(shù)的應用比轉數(shù)是用來判別離心泵工況的相似準數(shù)。轉速固定的泵,僅有一條揚程流量曲線。為了擴大其工作范圍,可采用切割葉輪外徑的方法,使工作范圍由一條線變成一個面。切割葉輪前后的性能參數(shù)變化關系,可近似的由切割定律來表達。式中右上角打撇的參數(shù)為切割后的參數(shù),D2為葉輪外徑。使用切割定律的切割量不能太大,經驗證明,允許的最大相對切割量與比轉數(shù)有關。6.4切割定律6.5泵的高效工作范圍考慮到運行的經濟性,要求泵應在較高效率范圍內工作。通常規(guī)定以最高效率下降Δη為界,中國規(guī)定Δη=5%~8%,一般取Δη=7%。6.6泵的系列型譜為促進泵的生產、優(yōu)選品種、擴大批量、降低成本,而又能較好的滿足廣大用戶的各種要求,有必要實現(xiàn)泵的系列化、通用化、標準化。而編制泵的系列型譜,是實現(xiàn)“三化”的一項重要工作。7.泵的主要零部件7.1葉輪7.2軸向力的平衡設施7.3密封裝置7.1葉輪(1)對葉輪的要求(2)葉輪的主要結構參數(shù)(3)葉輪的結構型式(1)對葉輪的要求葉輪應有足夠的強度和鋼度;流道形狀為符合液體流動規(guī)律的流線型,液流速度分布均勻,流道阻力盡可能小,流道表面粗糙度較小;材料應具有較好的耐磨性;葉輪應具有良好的靜平衡和動平衡;結構簡單,制造工藝性好。離心泵的葉輪一般都是鑄造而成。(2)葉輪的主要結構參數(shù)a.葉片在葉輪進、出口處的安裝角b.葉片數(shù)目葉片在葉輪進口處的安裝角通常是按設計流量下液體流進葉輪時的相對速度的方向角而定。當時,有利于減小沖擊損失。有時為了改善泵的汽蝕性能,一般取沖角,為正沖角。液道出口處的安裝角,通常取,以獲得較大的反作用度,減少轉能損失。7.2軸向力的平衡設施
(1)單級泵軸向力的平衡
a.采用雙吸式葉輪b.開平衡孔c.采用平衡葉片d.采用平衡管(2)多級泵軸向力的平衡采用雙吸式葉輪不但可以平衡軸向力而且有利于提高泵的吸入能力,多用于大流量的泵。開平衡孔的辦法可使葉輪兩側的壓力基本上得到平衡,但由于液流通過平衡孔有一定的阻力,所以仍有少部分的軸向力不能完全平衡,并且會使泵的效率降低,其優(yōu)點是結構簡單,多用于小泵上。采用平衡葉片的方法是在葉輪后蓋板的背面設有若干徑向葉片。當葉輪旋轉時,它可以推動液體旋轉,使葉輪背面靠葉輪中心部分的液體壓力下降,其下降程度與葉片的尺寸及葉片與泵殼的間隙大小有關。其優(yōu)點是:減小軸向力,減少軸封的負荷;防止懸浮的固體顆粒進入軸封。但對于易于與空氣混合而燃燒爆炸的液體,不宜采用此法。接平衡管的方法是將葉輪背面和入口用壓力平衡管連通來平衡軸向力。這種方法比開平衡孔方法優(yōu)越,因它不干擾泵入口液流的流線,效率相對較高。多級泵平衡軸向力主要有用葉輪對稱布置或采用專門的平衡軸向力裝置。如平衡鼓(或稱為卸荷盤)和自動平衡盤。7.3密封裝置在離心泵中,為了密封泵軸穿出泵殼的間隙,經常采用的密封型式有填料密封和機械密封。近年來,采用機械密封逐漸增多。(1)填料密封(2)機械密封(1)填料密封在填料密封中常用的填料有:石墨浸棉織物填料,石墨浸石棉填料,金屬套包石棉芯子填料。填料密封具有結構簡單,成本低等優(yōu)點。但是填料密封是靠將填料緊壓在密封室內使其抱緊泵軸來密封的,因此磨損及摩擦功耗較大,泄露較大,使用壽命短,需要經常擰緊填料壓蓋,并且更換填料頻繁。因此對于密封要求較嚴格或密封介質壓力較高時,一般的填料密封不宜采用。(2)機械密封a.結構及工作原理b.基本型式c.動靜環(huán)常用材料機械密封又稱端面接觸密封,它是靠一組研配的密封端面而形成動密封的。內裝式與外裝式;平衡型與非平衡型;單端面與雙端面機械密封;旋轉式和靜止式機械密封;內向流與外向流式機械密封。
對動靜環(huán)的主要性能要求:有良好的耐磨性和較高的硬度,導熱性好,有較高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性,有較大的彈性模數(shù)和較好的抗沖擊性。動靜環(huán)常用的材料:硬質合金,鑄鐵,石墨及陶瓷等。8泵的選用8.1泵的選用原則及分類8.2選用方法及步驟8.1泵的選用原則及分類(1)選用原則(2)各種泵的使用范圍(3)選用分類(1)選用原則根據(jù)所輸送的流體性質選擇不同用途、不同類型的泵。流量、揚程必須滿足工作中所需要的最大負荷。從節(jié)能觀點選泵,一方面要盡可能選用效率高的泵,另一方面必須使泵的運行工作點長期位于高效區(qū)之內。為防止發(fā)生汽蝕,要求泵的必須汽蝕余量NPSHa小于裝置汽蝕余量NPSHa。按輸送工質的特殊要求選泵。所選擇的泵應具有結構簡單、易于操作與維修、體積小、重量輕、設備投資少等特點。當符合用戶要求的泵有兩種以上的規(guī)格時,應以綜合指標高者為最終選定的泵型號。(2)各種泵的使用范圍(3)選用分類a.按性能要求選用在泵的運行過程中,揚程變化大的,選用揚程曲線斜率大的混流泵、軸流泵較適宜;流量變化大的宜選用揚程曲線平緩、壓力變化小的離心泵。如果考慮吸水性能,則流量相同、轉速相同的條件下,雙吸泵較為優(yōu)越。選用立式泵,并把葉輪部位置于水下,對防止汽蝕是有利的。b.按工作介質選用粘性介質輸送含氣液體的輸送低溫液化氣的輸送含固體顆粒液體的輸送不允許泄漏液體的輸送腐蝕性介質的輸送8.2選用方法及步驟(1)泵的兩種實際選擇方法(2)泵的選擇步驟a.利用“泵型譜”選擇b.利用“泵性能表”選擇將所需要的流量qv和揚程H畫到該型式的系列型譜圖上,看其交點M落在哪個切割工作區(qū)四邊形中,即可讀出該四邊形內所標注的離心泵型號。如果交點M不是恰好落在四邊形的上邊線上,則選用該泵后,可應用切割葉輪直徑或降低工作轉速的方法改變泵的性能曲線,使其通過M點。這就應從泵樣本或系列性能表中查出該泵的泵性能曲線,以便換算。如果交點M并不落在任一個工作區(qū)的四邊形中,這說明沒有一臺泵能滿足工作要求。在這種情況下,可適當改變泵的臺數(shù)或改變泵所需要的流量和揚程(如用排出閥調節(jié))等來滿足要求。(1)泵的兩種實際選擇方法收集原始數(shù)據(jù):針對選型要求,搜集過程生產中所輸送介質、流量和所需的揚程參數(shù)以及泵前泵后設備的有關參數(shù)的原始依據(jù)。泵參數(shù)的選擇及計算:根據(jù)原始數(shù)據(jù)和實際需要,留出合理的裕量,合理確定運行參數(shù),作為選擇泵的計算依據(jù)。選型:按照工作要求和運行參數(shù),采用合理的選擇方法,選出均能滿足適用要求的幾種型式,然后進行全面的比較,最后確定一種型式。核算:型式選定后,進行有關校核計算,驗證所選的泵是否滿足使用要求。如所要求的工況點是否落在高效工作區(qū),NPSH是
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