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离心泵原理与操作详解(图文版)

发布时间:2020-08-19 18:13

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  离心泵原理及应用 离心泵原理及应用 ? 离心泵工作原理 ? 离心泵主要参数 ? 离心泵构造 1. 离心泵工作原理 离心泵典型结构 1—轴 2 — 机封 3 — 扩压管 4 — 叶轮 5 — 吸入室 6 — 口环 7 — 蜗壳 1. 离心泵工作原理 1.1 离心泵工作原理 驱动机通过泵轴带动叶轮旋转产生离心力,在离心力作用 下,液体沿叶片流道被甩向叶轮出口,液体经蜗壳收集送入排 出管。液体从叶轮获得能量,? 使压力能和速度能均增加,并依 靠此能量将液体输送到工作地点。 在液体被甩向叶轮出口的同时,叶轮入口中心处形成了低 压,? 在吸液罐和叶轮中心处的液体之间就产生了压差,吸液罐 中的液体在这个压差作用下,不断地经吸入管路及泵的吸入室 进入叶轮中。 1. 离心泵工作原理 1.2 离心泵工作流程: 驱动机带动叶轮高速旋转 叶轮带动液体高速旋转 产生离心力 液体获得能量(压力能、 速度能增加) 输送液体 吸入液体,实现连续工作 液体甩出,叶轮中心形成低压 吸入罐与泵之间产生压差 1. 离心泵工作原理 1.3 离心泵工作动画演示 1.4 离心泵工作原理理论 “等角速度旋转容器中液体相对平衡” F ⑴ 单位质量离心力 在x轴和y轴方向分量: m 2 X ? ? r cos ? ? ? 2 x Y ? ? 2 r sin ? ? ? 2 y ⑵ 铅垂方向质量力分量: Z ? ? g ⑶ 流体平衡微分方程: dp ? ? ( Xdx ? Ydy ? Zdz ) ⑷ 流体静压力分布公式: p ? ?( p ? ?( ?2x ? r 2 2 2 ? ?2 y 2 ? gz ) ? C ? gz ) ? C 1.4 离心泵工作原理理论 1.盛满液体容器中心开口 r=0 z=0 p=p0 ω? r? ? ? ? p? ? 2r 2 p ? p0 ? ?g ( ? z) 2g ω? r? ? ? ? p? 1.4 离心泵工作原理理论 2. 灌满液体边缘开口 p0 r=R z=0 p=p0 ? 2 (R2 ? r 2 ) p ? p0 ? ? ( ? z) 2g ? 2 (R2 ? r 2 ) p ? p0 ? ?g ( ? z) 2g 中间形成 真空度 R ω ? R ? ? ? ? 中心线 汽蚀发生的机理 离心泵运转时,流体的压力随着从泵入口到叶轮入口而下降,在叶片 附近,液体压力最低。此后,由于叶轮对液体做功,压力很快上升。当 叶轮叶片入口附近压力小于等于液体输送温度下的饱和蒸汽压力时,液 体就汽化。同时,还可能有溶解在液体内的气体溢出,它们形成许多汽 泡。当汽泡随液体流到叶道内压力较高处时,外面的液体压力高于汽泡 内的汽化压力,则汽泡会凝结溃灭形成空穴。瞬间内周围的液体以极高 的速度向空穴冲来,造成液体互相撞击,使局部的压力骤然剧增(有的 可达数百个大气压)。 这不仅阻碍流体的正常流动,更为严重的是,如果这些汽泡在叶轮壁 面附近溃灭,则液体就像无数小弹头一样,连续地打击金属表面,其撞 击频率很高(有的可达2000~3000Hz),金属表面会因冲击疲劳而剥裂。 若汽泡内夹杂某些活性气体(如氧气等),他们借助汽泡凝结时放出的 能量(局部温度可达200~300℃),还会形成热电偶并产生电解,对金 属起电化学腐蚀作用,更加速了金属剥蚀的破坏速度。上述这种液体汽 化、凝结、冲击,形成高压、高温、高频率的冲击载荷,造成金属材料 的机械剥裂与电化学腐蚀破坏的综合现象称为汽蚀。 1. 离心泵工作原理 1.5.2 汽蚀的后果 ? 汽蚀使过流部件被剥蚀破坏 通常离心泵受汽蚀破坏的部位,先在叶片入口附近,继而延 至叶轮出口。起初是金属表面出现麻点,继而表面呈现槽沟 状、蜂窝状、鱼鳞状的裂痕,严重时造成叶片或叶轮前后盖 板穿孔,甚至叶轮破裂,造成严重事故。因而汽蚀严重影响 到泵的安全运行和使用寿命。 ? 汽蚀使泵的性能下降 汽蚀使叶轮和流体之间的能量转换遭到严重的干扰,使泵的 性能下降,严重时会使液流中断无法工作。 1. 离心泵工作原理 1.5.2 汽蚀的后果 ? 汽蚀使泵产生噪音和振动 气泡溃灭时,液体互相撞击并撞击壁面,会产生各种频率 的噪音。严重时可以听到泵内有“噼啪”的爆炸声,同时引 起机组的振动。而机组的振动又进一步足使更多的汽泡产生 和溃灭,如此互相激励,导致强烈的汽蚀共振,致使机组不 得不停机,否则会遭到破坏。 1. 离心泵工作原理 1.5.3 离心泵产生汽蚀的原因 1、被输送的介质温度过高; 2、水池液位过低,有气体被吸入; 3、泵的安装高度过高; 4、流速和吸入管路上的阻力太大; 5、吸入管道、压兰(指不带液封的)密封不好,有空气进入。 6、流量过大,也就是说出口阀门开的太大 1. 离心泵工作原理 1.5.4 气蚀的解决方案 1.清理进口管路的异物使进口畅通,或者增加管径的大小; 2.降低输送介质的温度; 4.降低安装高度; 5.重新选泵,或者对泵的某些部件进行改进,比如选用耐汽 蚀材料等等. 6 .使泵体内灌满液体或者在进口增加一缓冲罐就可以解决. 2. 离心泵主要工作参数: ? 流量 Q ? ? ? ? ? 扬程 H 转速 n 功率 N 效率η 气蚀余量(Δhr) 2. 离心泵主要工作参数: 2.1 流量 即泵在单位时间内排出的液体量,通常用体积单位表示,符号 Q,单位有m3/h,m3/s,l/s等, ⑴ 体积流量Q : m3/h m3/s L/s ⑵ 质量流量m : kg/h kg/s t/h m=ρQ ρ液体密度kg/m3。 用的较多 2. 离心泵主要工作参数: 2.2 扬程 输送单位重量的液体从泵入口处(泵进口法兰)到泵出口处 (泵出口法兰),其能量的增值。 常用H表示,单位J/kg、m液柱。 (J=N· m) 2. 离心泵主要工作参数: 特别注意! H是液体获得的能量,不是简单的排送高度! ① 提高位高; 可由 能 以 ② 克服阻力; H 看量 ③ 增加液体静压能和速度能 出方 程 m (1-1)’ 2. 离心泵主要工作参数: 2.3 转速 泵的转速是泵每分钟旋转的次数,用n来表示。 单位:rpm,或r/s 一般离心泵转速970 rpm、1450 rpm、2950 rpm; 高速离心泵的转速可达 20000 rpm以上。 2. 离心泵主要工作参数: 2.4 功率 单位时间内所做的功。 单位: 1 N ? m ? 1 J ? 1 W s s 工程单位:1 kW=1000 W ⑴ 有效功率Ne 单位时间内泵输送出去的液体有效能头。 Ne ? ?QH 1000 KW ⑵ 轴功率N: 泵轴输入的功率。 2. 离心泵主要工作参数: 2.5 效率 用η表示,是衡量泵的经济性的指标。 η ? Ne ?100 % N N:泵输入功率 (轴功率) Ne:液体得到功率(有效功率) 两者的差别在于损失,包括流动损失、泄漏、机械摩擦等。 2. 离心泵主要工作参数: 2.6 汽蚀余量 离心泵的汽蚀余量是表示泵的性能的主要参数,? 用符号Δhr 表示,单位为米液柱。 ? 有效汽蚀余量 液体流自吸液罐,经吸入管路到达泵吸入口后? ,所富余的高出汽化压力 的那部分能头。用Δha表示。 ? 泵的必须汽蚀余量 液流从泵入口到叶轮内最低压力点K处的全部能量损失,用Δhr表示。 2. 离心泵主要工作参数: 2.6 汽蚀余量 Δhr与Δha的区别和联系: ? ΔhaΔhr 泵不汽蚀 ? ? Δha=Δhr ΔhaΔhr 泵开始汽蚀 泵严重汽蚀 3. 离心泵结构 叶轮 泵体 轴 轴封 轴承箱 ? ? ? ? ? 3. 离心泵结构 3. 离心泵结构 3. 离心泵结构 3.1 叶轮 它是离心泵内传递能量给液体的唯一元件,叶轮用键固定 于轴上,随轴由原动机带动旋转,通过叶片把原动机的能量 传给液体。 叶轮的作用是将原动机的机械能直接传给液体,以增加 液体的静压能和动能(主要增加静压能)。 3. 离心泵结构 3.1 叶轮 叶轮有开式、半闭式和闭式三种,如图所示。 开式叶轮在叶片两侧无盖板,制造简单、清洗方便,适用于输送含 有较大量悬浮物的物料,效率较低,输送的液体压力不高;半闭式叶轮 在吸入口一侧无盖板,而在另一侧有盖板,适用于输送易沉淀或含有颗 粒的物料,效率也较低;闭式叶轮在叶轮在叶片两侧有前后盖板,效率 高,适用于输送不含杂质的清洁液体。一般的离心泵叶轮多为此类。 3. 离心泵结构 3.2 泵体 即泵的壳体,包括吸入室和压液室。 ①吸入室 : 它的作用是使液体均匀地流进叶轮。 ②压液室 : 它的作用是收集液体,并把它送入下级叶轮或导向排出管, 与此同时降低液体的速度,使动能进一步变成压力能。? 压液 室有蜗壳和导叶两种形式。 3. 离心泵结构 3.3 轴 轴是传递机械能的重要零件,? 原动机的扭矩通过它传给 叶轮。泵轴是泵转子的主要零件,轴上装有叶轮、轴套、平 衡盘等零件。泵轴靠两端轴承支承,在泵中作高速回转,因 而泵轴要承载能力大、耐磨、耐腐蚀。泵轴的材料一般选用 碳素钢或合金钢并经调质处理。 3. 离心泵结构 3.4 轴封 由于泵轴转动而泵壳固定不动,在轴和泵壳的接触处必 然有一定间隙。为避免泵内高压液体沿间隙漏出,或防止外 界空气从相反方向进入泵内,必须设置轴封装置。 轴封装置主要防止泵中的液体泄漏和空气进入泵中,以 达到密封和防止进气引起泵气蚀的目的。 轴封的形式:即带有骨架的橡胶密封、填料密封和机械密 封。目前最主要采用机械密封和干气密封两种形式。 3. 离心泵结构 3.5 机械密封 3.5.1 机械密封的工作原理 机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在 流体压力和补偿机构的弹力(或磁力)作用下保持贴合并配 以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。 3. 离心泵结构 3.5.2 机械密封的工作原理 常用机械密封结构如图所示。由静止环(静环)1、旋转 环(动环)2、弹性元件3、弹簧座4、紧定螺钉5、旋转环辅 助密封圈6和静止环辅助密封圈8等元件组成,防转销7固定 在压盖9上以防止静止环转动。旋转环和静止环往往还可根 据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿还。 3. 离心泵结构 3.5.3 机械密封泄漏途径 机械密封中流体可能泄漏的途径有A、B、C、D四个通道。 C、D泄漏通道分别是静止环与压盖、压盖与壳体之间的密 封,二者均属静密封。B通道是旋转环与轴之间的密封,静 密封元件最常用的有橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈。 A通道则是旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的 动密封,它是机械密封装置中的主密封,也是决定机械密封 性能和寿命的关键。 3. 离心泵结构 3.5.4 机械密封要求 机械密封对密封端面的加工要求很高,同时为了使密封端 面间保持必要的润滑液膜,必须严格腔制端面上的单位面积 压力,压力过大,不易形成稳定的润滑液膜,会加速端面的 磨损;压力过小,泄漏量增加。所以,要获得良好的密封性 能又有足够寿命,在设计和安装机械密封时,一定要保证端 面单位面积压力值在最适当的范围。 3. 离心泵结构 3.5 轴承箱 3.5.1 轴承箱作用 轴承的作用是对泵轴进行支撑,实质是能够承担径向载荷。 也可以理解为它是用来固定轴的,使轴只能实现转动,而控 制其轴向和径向的移动。 轴承箱则用来固定轴承,同时作为装载轴承润滑油的容器。 3. 离心泵结构 3.5.2 轴承润滑 离心泵大部分采用滚动轴承,而滚动轴承的元件(滚动 体、内外圈滚道及保持器)之间并非都是纯滚动的。由于在 外负荷作用下零件产生弹性变形,除个别点外,接触面上均 有相对滑动。滚动轴承各元件接触面积小,单位面积压力往 往很大,如果润滑不良,元件很容易胶合,或因摩擦升温过 高,引起滚动体回火,使轴承失效,所以轴承时刻都要处于 油膜的涂覆之中。 轴承润滑通常用油槽或油雾进行润滑,为了保证滚动体和 滚道接触面间形成一定厚度的油膜,采用中黏度的涡轮油 (国际标准化组织68级)较适宜。在油槽润滑中,轴承部分浸 在油中,油浸润高度以没过轴承底的50%为宜。如果超过50 %,过量的油涡流会使油温上升,油温升高会加速润滑荆的 氧化,从而降低润滑性能;如果低于50%,则油对轴承的冲 洗作用降低,润滑效果不好。 3. 离心泵结构 3.5.3 滚动轴承的浸油润滑 ? N3000rpm时,油位在轴承最 下部滚动体中心以下,但不低于 滚动体下缘。 N=1500~3000rpm时,油位在 轴承最下部滚动体中心以上,但 不得浸没滚动体上缘。 ? ? N1500rpm时,油位在轴承最 下部滚动体的上缘或浸没滚动体。 3. 离心泵结构 3.5.4 恒位油杯原理 恒位油杯的作用是使轴承箱体 内的润滑油位保持恒定。 恒位油杯的结构简图如右所示, 斜面的位置对恒位油杯非常关键, 由此形成的工作油位点是正常工 作状态时的油位。有的恒位油杯 没有专门的气孔,但都要保证斜 面以上部位与大气自由相通。 3. 离心泵结构 3.5.4 恒位油杯原理 下图为恒位油杯正常工作状态, 理论设计上工作油位点和设计油位 是相同的,恒位油杯内初始油量一 般保持在整个油杯的2/3处。恒位油 杯内液面高于轴承箱体内液面并能 保持一定高度的液位,是由于连通 器的原理,油杯内气体压力小于外 界大气压力。 3. 离心泵结构 3.5.4 恒位油杯原理 右图为恒位油杯补油状态图。当轴 承箱体内的润滑油由于各种原因而 损耗后,箱体内油位下降,由于连 通器原理,恒位油杯斜面处的油位 降低到工作油位点以下,导致恒位 油杯内油液的压力平衡被破坏,润 滑油从恒位油杯内流出并进入轴承 箱体,外界气体在大气压力作用下 通过斜面的上端进入恒位油杯,直 到润滑油液面恢复到工作油位点时, 补油结束。 4. 离心泵操作 4.1 启动前准备工作 (1) 检查泵及出、入口管线的各部件,如阀门、法兰、地脚 螺钉、联轴器、温度计和压力表等,看是否正常好用 (2)给轴承箱内加油,油面应在油标的1/2—2/3处。 (3)盘车,检查泵的转动情况,是否有不正常的声音。 (4)打开轴承及盘根的冷却水。 (5)打开压力表阀。 (6)打开泵的入口阀,排除泵内存气,使泵内允满液体。 (7)具有密封油系统的泵,风将密封油加够,并进行循环。 (8)检查好泵的安全设施(对轮防护掣,接地线)开动高压电机时要与电工联系送电。 4. 离心泵操作 4.2 离心泵的正常操作和维护 1、待一切准备工作就绪后,起动泵。系启动时应注意旋转方向(如不对,立 即改正),同时注意电机电流变化,不允许超过规定。待电流、转数和压 力达到正常,密封也不漏,再慢慢打开泵的出口阀。要注意不要使泵在 出口阀关闭状态下长时间运转,一般不超过三分钟。否则,泵中液体循 环温度升高,易生气泡,使泵抽空。 2、泵的流量用出口阀控制。切忌,不能用入口阀来调节流量。 3、泵正常远行时,要不断检金泵出口压力、流量、电流等,不允许超过规 定指标。 4、轴承温度不应高于65℃,电机温度不应高于70℃。 5、密封油压力应高于泵的进口压力49.05—98.1千帕。 6、经常检查冷却水畅通信况。 7、经常检查润滑泊标尺,保持规定油面。 8、检查泵运转中有无杂音、震动及泄漏等发现有异常,应查明原因,及时 消除。 9、定期更换润滑油和润滑脂。 4. 离心泵操作 4.3 离心泵停车 1、慢慢关闭出口阀门。避免停泵后出口管线中的高压液体 倒流入离心泵泵体内,使叶轮高速反转而造成事故。 2、切断电源。 3、关闭泵的入门阀。 4、关掉压力表阀。 5、冬季停泵后,要从泵壳和管线中放掉存水及其它易冻结 液体,或给上少量冷却水流通,防止冻裂泵壳。 离心泵原理及应用 END!

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