離心泵原理及應(yīng)用

1、離心泵原理及應(yīng)用,離心泵原理及應(yīng)用,離心泵工作原理離心泵主要參數(shù)離心泵構(gòu)造,1. 離心泵工作原理,1 — 軸2 — 機(jī)封3 — 擴(kuò)壓管4 — 葉輪5 — 吸入室6 — 口環(huán)7 — 蝸殼,離心泵典型結(jié)構(gòu),1. 離心泵工作原理,1.1 離心泵工作原理 驅(qū)動(dòng)機(jī)通過泵軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力,在離心力作用下,液體沿葉片流道被甩向葉輪出口,液體經(jīng)蝸殼收集送入排出管。液體從葉輪獲得能量,使壓力能和速度能均增加,

2、并依靠此能量將液體輸送到工作地點(diǎn)。 在液體被甩向葉輪出口的同時(shí),葉輪入口中心處形成了低壓,在吸液罐和葉輪中心處的液體之間就產(chǎn)生了壓差,吸液罐中的液體在這個(gè)壓差作用下,不斷地經(jīng)吸入管路及泵的吸入室進(jìn)入葉輪中。,1. 離心泵工作原理,1.2 離心泵工作流程：,1. 離心泵工作原理,1.3 離心泵工作動(dòng)畫演示,1.4 離心泵工作原理理論,“等角速度旋轉(zhuǎn)容器中液體相對(duì)平衡”,1.4 離心泵工作原理理論,1.盛滿液體容器中心

3、開口,r=0 z=0 p=p0,1.4 離心泵工作原理理論,2. 灌滿液體邊緣開口,r=R z=0 p=p0,中間形成真空度,1. 離心泵工作原理,1.5 離心泵的氣蝕1.5.1 汽蝕發(fā)生的機(jī)理 離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，流體的壓力隨著從泵入口到葉輪入口而下降，在葉片附近，液體壓力最低。此后，由于葉輪對(duì)液體做功，壓力很快上升。當(dāng)葉輪葉片入口附近壓力小于等于液體輸送溫度下的飽和蒸汽壓力時(shí)，液體就汽化。同時(shí)，還可能有溶解

4、在液體內(nèi)的氣體溢出，它們形成許多汽泡。當(dāng)汽泡隨液體流到葉道內(nèi)壓力較高處時(shí)，外面的液體壓力高于汽泡內(nèi)的汽化壓力，則汽泡會(huì)凝結(jié)潰滅形成空穴。瞬間內(nèi)周圍的液體以極高的速度向空穴沖來，造成液體互相撞擊，使局部的壓力驟然劇增（有的可達(dá)數(shù)百個(gè)大氣壓）。 這不僅阻礙流體的正常流動(dòng)，更為嚴(yán)重的是，如果這些汽泡在葉輪壁面附近潰滅，則液體就像無數(shù)小彈頭一樣，連續(xù)地打擊金屬表面，其撞擊頻率很高（有的可達(dá)2000~3000Hz），金屬表面會(huì)因

5、沖擊疲勞而剝裂。若汽泡內(nèi)夾雜某些活性氣體（如氧氣等），他們借助汽泡凝結(jié)時(shí)放出的能量（局部溫度可達(dá)200~300℃），還會(huì)形成熱電偶并產(chǎn)生電解，對(duì)金屬起電化學(xué)腐蝕作用，更加速了金屬剝蝕的破壞速度。上述這種液體汽化、凝結(jié)、沖擊，形成高壓、高溫、高頻率的沖擊載荷，造成金屬材料的機(jī)械剝裂與電化學(xué)腐蝕破壞的綜合現(xiàn)象稱為汽蝕。,1. 離心泵工作原理,1.5.2 汽蝕的后果汽蝕使過流部件被剝蝕破壞   通常離心泵受汽蝕破壞

6、的部位，先在葉片入口附近，繼而延至葉輪出口。起初是金屬表面出現(xiàn)麻點(diǎn)，繼而表面呈現(xiàn)槽溝狀、蜂窩狀、魚鱗狀的裂痕，嚴(yán)重時(shí)造成葉片或葉輪前后蓋板穿孔，甚至葉輪破裂，造成嚴(yán)重事故。因而汽蝕嚴(yán)重影響到泵的安全運(yùn)行和使用壽命。汽蝕使泵的性能下降    汽蝕使葉輪和流體之間的能量轉(zhuǎn)換遭到嚴(yán)重的干擾，使泵的性能下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使液流中斷無法工作。,1. 離心泵工作原理,1.5.2 汽蝕的后果 汽蝕使泵產(chǎn)生噪音

7、和振動(dòng) 氣泡潰滅時(shí)，液體互相撞擊并撞擊壁面，會(huì)產(chǎn)生各種頻率的噪音。嚴(yán)重時(shí)可以聽到泵內(nèi)有“噼啪”的爆炸聲，同時(shí)引起機(jī)組的振動(dòng)。而機(jī)組的振動(dòng)又進(jìn)一步足使更多的汽泡產(chǎn)生和潰滅，如此互相激勵(lì)，導(dǎo)致強(qiáng)烈的汽蝕共振，致使機(jī)組不得不停機(jī)，否則會(huì)遭到破壞。,1. 離心泵工作原理,1.5.3 離心泵產(chǎn)生汽蝕的原因 1、被輸送的介質(zhì)溫度過高； 2、水池液位過低，有氣體被吸入； 3、泵的安裝高度過高；

8、 4、流速和吸入管路上的阻力太大； 5、吸入管道、壓蘭(指不帶液封的)密封不好，有空氣進(jìn)入。 6、流量過大，也就是說出口閥門開的太大,1. 離心泵工作原理,1.5.4 氣蝕的解決方案１．清理進(jìn)口管路的異物使進(jìn)口暢通，或者增加管徑的大小； ２．降低輸送介質(zhì)的溫度； ４．降低安裝高度； ５．重新選泵，或者對(duì)泵的某些部件進(jìn)行改進(jìn)，比如選用耐汽 蝕材料等等． 6 ．使泵體內(nèi)灌滿液體或者在進(jìn)口增加一緩沖罐就

9、可以解決．,2. 離心泵主要工作參數(shù)：,流量 Q 揚(yáng)程 H 轉(zhuǎn)速 n 功率 N 效率η 氣蝕余量（Δhr）,2. 離心泵主要工作參數(shù)：,2.1 流量 即泵在單位時(shí)間內(nèi)排出的液體量,通常用體積單位表示,符號(hào)Q,單位有m3/h,m3/s,l/s等, ⑴ 體積流量Q ： m3/h m3/s L/s ⑵ 質(zhì)量流量m ： kg/h kg/s t/h

10、 m=ρQ ρ液體密度kg/m3。,用的較多,2. 離心泵主要工作參數(shù)：,2.2 揚(yáng)程 輸送單位重量的液體從泵入口處(泵進(jìn)口法蘭)到泵出口處(泵出口法蘭),其能量的增值。 常用H表示,單位J/kg、m液柱。 （J=N·m）,2. 離心泵主要工作參數(shù)：,,① 提高位高；② 克服阻力；③ 增加液體靜壓能和速度能,H是液體獲得的能量，不是簡單的排送高度！,H,,由能量方程可以看出

11、,,m （1-1）’,2. 離心泵主要工作參數(shù)：,2.3 轉(zhuǎn)速 泵的轉(zhuǎn)速是泵每分鐘旋轉(zhuǎn)的次數(shù),用n來表示。 單位：rpm，或r/s 一般離心泵轉(zhuǎn)速970 rpm、1450 rpm、2950 rpm； 高速離心泵的轉(zhuǎn)速可達(dá) 20000 rpm以上。,2. 離心泵主要工作參數(shù)：,2.4 功率 單位時(shí)間內(nèi)所做的功。 單位： 工程單位：

12、1 kW=1000 W ⑴ 有效功率Ne 單位時(shí)間內(nèi)泵輸送出去的液體有效能頭。 KW ⑵ 軸功率N： 泵軸輸入的功率。,,2. 離心泵主要工作參數(shù)：,2.5 效率 用η表示，是衡量泵的經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)。 N：泵輸入功率 （軸功率）

13、 Ne：液體得到功率（有效功率） 兩者的差別在于損失，包括流動(dòng)損失、泄漏、機(jī)械摩擦等。,2. 離心泵主要工作參數(shù)：,2.6 汽蝕余量 離心泵的汽蝕余量是表示泵的性能的主要參數(shù),用符號(hào)Δhr表示,單位為米液柱。 有效汽蝕余量 液體流自吸液罐,經(jīng)吸入管路到達(dá)泵吸入口后,所富余的高出汽化壓力的那部分能頭。用Δha表示。 泵的必須汽蝕余量 液流從泵入口到葉

14、輪內(nèi)最低壓力點(diǎn)K處的全部能量損失,用Δhr表示。,2. 離心泵主要工作參數(shù)：,2.6 汽蝕余量 Δhr與Δha的區(qū)別和聯(lián)系: Δha>Δhr 泵不汽蝕 Δha=Δhr 泵開始汽蝕 Δha<Δhr 泵嚴(yán)重汽蝕,3. 離心泵結(jié)構(gòu),葉輪泵體軸軸封軸承箱,3. 離心泵結(jié)構(gòu),3. 離心泵結(jié)構(gòu),,3. 離心泵結(jié)構(gòu),3.1 葉輪

15、 它是離心泵內(nèi)傳遞能量給液體的唯一元件,葉輪用鍵固定于軸上，隨軸由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，通過葉片把原動(dòng)機(jī)的能量傳給液體。 葉輪的作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能直接傳給液體，以增加液體的靜壓能和動(dòng)能(主要增加靜壓能)。,3. 離心泵結(jié)構(gòu),3.1 葉輪 葉輪有開式、半閉式和閉式三種，如圖所示。 開式葉輪在葉片兩側(cè)無蓋板

16、，制造簡單、清洗方便，適用于輸送含有較大量懸浮物的物料，效率較低，輸送的液體壓力不高；半閉式葉輪在吸入口一側(cè)無蓋板，而在另一側(cè)有蓋板，適用于輸送易沉淀或含有顆粒的物料，效率也較低；閉式葉輪在葉輪在葉片兩側(cè)有前后蓋板，效率高，適用于輸送不含雜質(zhì)的清潔液體。一般的離心泵葉輪多為此類。,3. 離心泵結(jié)構(gòu),3.2 泵體 即泵的殼體,包括吸入室和壓液室。 ①吸入室 : 它的作用是使液體均勻地流

17、進(jìn)葉輪。 ②壓液室 : 它的作用是收集液體,并把它送入下級(jí)葉輪或?qū)蚺懦龉?與此同時(shí)降低液體的速度,使動(dòng)能進(jìn)一步變成壓力能。壓液室有蝸殼和導(dǎo)葉兩種形式。,3. 離心泵結(jié)構(gòu),3.3 軸 軸是傳遞機(jī)械能的重要零件,原動(dòng)機(jī)的扭矩通過它傳給葉輪。泵軸是泵轉(zhuǎn)子的主要零件，軸上裝有葉輪、軸套、平衡盤等零件。泵軸靠兩端軸承支承，在泵中作高速回轉(zhuǎn)，因而泵軸要承載能力大、耐磨、耐腐蝕。泵軸的材料

18、一般選用碳素鋼或合金鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。,3. 離心泵結(jié)構(gòu),3.4 軸封 由于泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)而泵殼固定不動(dòng)，在軸和泵殼的接觸處必然有一定間隙。為避免泵內(nèi)高壓液體沿間隙漏出，或防止外界空氣從相反方向進(jìn)入泵內(nèi)，必須設(shè)置軸封裝置。 軸封裝置主要防止泵中的液體泄漏和空氣進(jìn)入泵中，以達(dá)到密封和防止進(jìn)氣引起泵氣蝕的目的。 軸封的形式：即帶有骨架的橡膠密封、填料密封和機(jī)械密封。目前最主要采

19、用機(jī)械密封和干氣密封兩種形式。,3. 離心泵結(jié)構(gòu),3.5 機(jī)械密封3.5.1 機(jī)械密封的工作原理    機(jī)械密封是靠一對(duì)或數(shù)對(duì)垂直于軸作相對(duì)滑動(dòng)的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的彈力（或磁力）作用下保持貼合并配以輔助密封而達(dá)到阻漏的軸封裝置。,3. 離心泵結(jié)構(gòu),3.5.2 機(jī)械密封的工作原理 常用機(jī)械密封結(jié)構(gòu)如圖所示。由靜止環(huán)（靜環(huán)）1、旋轉(zhuǎn)環(huán)（動(dòng)環(huán)）2、彈性元件3、彈簧座4、緊定螺釘5、

20、旋轉(zhuǎn)環(huán)輔助密封圈6和靜止環(huán)輔助密封圈8等元件組成，防轉(zhuǎn)銷7固定在壓蓋9上以防止靜止環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)環(huán)和靜止環(huán)往往還可根據(jù)它們是否具有軸向補(bǔ)償能力而稱為補(bǔ)償環(huán)或非補(bǔ)償還。,3. 離心泵結(jié)構(gòu),3.5.3 機(jī)械密封泄漏途徑 機(jī)械密封中流體可能泄漏的途徑有A、B、C、D四個(gè)通道。    C、D泄漏通道分別是靜止環(huán)與壓蓋、壓蓋與殼體之間的密封，二者均屬靜密封。B通道是旋轉(zhuǎn)環(huán)與軸之間的密封，靜密

21、封元件最常用的有橡膠O形圈或聚四氟乙烯V形圈。    A通道則是旋轉(zhuǎn)環(huán)與靜止環(huán)的端面彼此貼合作相對(duì)滑動(dòng)的動(dòng)密封，它是機(jī)械密封裝置中的主密封，也是決定機(jī)械密封性能和壽命的關(guān)鍵。,3. 離心泵結(jié)構(gòu),3.5.4 機(jī)械密封要求 機(jī)械密封對(duì)密封端面的加工要求很高，同時(shí)為了使密封端面間保持必要的潤滑液膜，必須嚴(yán)格腔制端面上的單位面積壓力，壓力過大，不易形成穩(wěn)定的潤滑液

22、膜，會(huì)加速端面的磨損；壓力過小，泄漏量增加。所以，要獲得良好的密封性能又有足夠壽命，在設(shè)計(jì)和安裝機(jī)械密封時(shí)，一定要保證端面單位面積壓力值在最適當(dāng)?shù)姆秶?3. 離心泵結(jié)構(gòu),3.5 軸承箱3.5.1 軸承箱作用 軸承的作用是對(duì)泵軸進(jìn)行支撐，實(shí)質(zhì)是能夠承擔(dān)徑向載荷。也可以理解為它是用來固定軸的，使軸只能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，而控制其軸向和徑向的移動(dòng)。 軸承箱則用來固定軸承，同時(shí)作為裝載軸承潤滑油的容器。,3. 離

23、心泵結(jié)構(gòu),3.5.2 軸承潤滑 離心泵大部分采用滾動(dòng)軸承，而滾動(dòng)軸承的元件(滾動(dòng)體、內(nèi)外圈滾道及保持器)之間并非都是純滾動(dòng)的。由于在外負(fù)荷作用下零件產(chǎn)生彈性變形，除個(gè)別點(diǎn)外，接觸面上均有相對(duì)滑動(dòng)。滾動(dòng)軸承各元件接觸面積小，單位面積壓力往往很大，如果潤滑不良，元件很容易膠合，或因摩擦升溫過高，引起滾動(dòng)體回火，使軸承失效，所以軸承時(shí)刻都要處于油膜的涂覆之中。 軸承潤滑通常用油槽或油霧進(jìn)行潤滑，為了保證滾動(dòng)體和滾

24、道接觸面間形成一定厚度的油膜，采用中黏度的渦輪油(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織68級(jí))較適宜。在油槽潤滑中，軸承部分浸在油中，油浸潤高度以沒過軸承底的50％為宜。如果超過50％，過量的油渦流會(huì)使油溫上升，油溫升高會(huì)加速潤滑荊的氧化，從而降低潤滑性能；如果低于50％，則油對(duì)軸承的沖洗作用降低，潤滑效果不好。,3. 離心泵結(jié)構(gòu),3.5.3 滾動(dòng)軸承的浸油潤滑N>3000rpm時(shí)，油位在軸承最下部滾動(dòng)體中心以下，但不低于滾動(dòng)體下緣。N＝150

25、0～3000rpm時(shí)，油位在軸承最下部滾動(dòng)體中心以上，但不得浸沒滾動(dòng)體上緣。N<1500rpm時(shí)，油位在軸承最下部滾動(dòng)體的上緣或浸沒滾動(dòng)體。,3. 離心泵結(jié)構(gòu),3.5.4 恒位油杯原理 恒位油杯的作用是使軸承箱體內(nèi)的潤滑油位保持恒定。       恒位油杯的結(jié)構(gòu)簡圖如右所示，斜面的位置對(duì)恒位油杯非常關(guān)鍵，由此形成的工作油位點(diǎn)是正常工作狀態(tài)時(shí)的油位

26、。有的恒位油杯沒有專門的氣孔，但都要保證斜面以上部位與大氣自由相通。,3. 離心泵結(jié)構(gòu),3.5.4 恒位油杯原理 下圖為恒位油杯正常工作狀態(tài)，理論設(shè)計(jì)上工作油位點(diǎn)和設(shè)計(jì)油位是相同的，恒位油杯內(nèi)初始油量一般保持在整個(gè)油杯的2/3處。恒位油杯內(nèi)液面高于軸承箱體內(nèi)液面并能保持一定高度的液位，是由于連通器的原理，油杯內(nèi)氣體壓力小于外界大氣壓力。,3. 離心泵結(jié)構(gòu),3.5.4 恒位油杯原理 右圖為恒位油杯補(bǔ)油狀態(tài)圖

27、。當(dāng)軸承箱體內(nèi)的潤滑油由于各種原因而損耗后，箱體內(nèi)油位下降，由于連通器原理，恒位油杯斜面處的油位降低到工作油位點(diǎn)以下，導(dǎo)致恒位油杯內(nèi)油液的壓力平衡被破壞，潤滑油從恒位油杯內(nèi)流出并進(jìn)入軸承箱體，外界氣體在大氣壓力作用下通過斜面的上端進(jìn)入恒位油杯，直到潤滑油液面恢復(fù)到工作油位點(diǎn)時(shí)，補(bǔ)油結(jié)束。,4. 離心泵操作,4.1 啟動(dòng)前準(zhǔn)備工作（1） 檢查泵及出、入口管線的各部件，如閥門、法蘭、地腳螺釘、聯(lián)軸器、溫度計(jì)和壓力表等，看是否正常好用（

28、2）給軸承箱內(nèi)加油，油面應(yīng)在油標(biāo)的1/2—2/3處。（3）盤車，檢查泵的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，是否有不正常的聲音。（4）打開軸承及盤根的冷卻水。（5）打開壓力表閥。（6）打開泵的入口閥，排除泵內(nèi)存氣，使泵內(nèi)允滿液體。（7）具有密封油系統(tǒng)的泵，風(fēng)將密封油加夠，并進(jìn)行循環(huán)。（8）檢查好泵的安全設(shè)施(對(duì)輪防護(hù)掣，接地線等)（9）開動(dòng)高壓電機(jī)時(shí)要與電工聯(lián)系送電。,4. 離心泵操作,4.2 離心泵的正常操作和維護(hù)1、待一切準(zhǔn)備工作就緒后，起

29、動(dòng)泵。系啟動(dòng)時(shí)應(yīng)注意旋轉(zhuǎn)方向(如不對(duì)，立即改正)，同時(shí)注意電機(jī)電流變化，不允許超過規(guī)定。待電流、轉(zhuǎn)數(shù)和壓力達(dá)到正常，密封也不漏，再慢慢打開泵的出口閥。要注意不要使泵在出口閥關(guān)閉狀態(tài)下長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，一般不超過三分鐘。否則，泵中液體循環(huán)溫度升高，易生氣泡，使泵抽空。2、泵的流量用出口閥控制。切忌，不能用入口閥來調(diào)節(jié)流量。3、泵正常遠(yuǎn)行時(shí)，要不斷檢金泵出口壓力、流量、電流等，不允許超過規(guī)定指標(biāo)。4、軸承溫度不應(yīng)高于65℃，電機(jī)溫度不應(yīng)高于

30、70℃。5、密封油壓力應(yīng)高于泵的進(jìn)口壓力49.05—98.1千帕。6、經(jīng)常檢查冷卻水暢通信況。7、經(jīng)常檢查潤滑泊標(biāo)尺，保持規(guī)定油面。8、檢查泵運(yùn)轉(zhuǎn)中有無雜音、震動(dòng)及泄漏等發(fā)現(xiàn)有異常，應(yīng)查明原因，及時(shí)消除。9、定期更換潤滑油和潤滑脂。,4. 離心泵操作,4.3 離心泵停車 1、慢慢關(guān)閉出口閥門。避免停泵后出口管線中的高壓液體倒流入離心泵泵體內(nèi)，使葉輪高速反轉(zhuǎn)而造成事故。 2、切斷電源。 3、關(guān)閉泵的入門