離心泵參數(shù)特性曲線.ppt

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學習情境三油氣集輸站庫常用機械設備 泵與壓縮機的管理 離心泵的啟動順序1 檢查緊固件及防護罩等安裝裝置 需要加油的加好油 2 搬動旋轉泵軸 3 關閉泵出口閥 打開泵進口閥 4 放氣 使泵內充滿水 5 送電開泵 6 當出口壓力升高后 慢慢開啟出口閥 7 檢查電流 軸封 壓力 噪聲等 離心泵停車的步驟為了保證離心泵的安全運行 啟動前應對離心泵機組作全面仔細的檢查 尤其是對新安裝或檢修后的泵 啟動前更要注意做好檢查工作 檢查之后 也要重視停車操作 以延長車的壽命 保證離心泵能正常工作 離心泵停車操作如下 1 關閉真空表和壓力表閥 2 慢慢關閉出口閘閥 然后停電機 離心泵停車注意事項 1 離心泵如先停電機而后關閉出口閥 壓出管中的高壓液體可能反沖入泵內 造成葉輪高速反轉 以致?lián)p壞 2 如停泵后長時間不用或環(huán)境溫度低于0 應將泵內水放出 3 對軸流泵一般壓水管路上不設閘閥 可以直接停機 4 對于深井泵 停車后不能立即再次啟動水泵 以防水流產生沖擊 一般待5分鐘以后才能再次啟動 任務二離心泵的日常運行與管理 知識目標 掌握離心泵的性能參數(shù)及特性曲線 掌握離心泵工作點的確定及流量調節(jié)的方法 為調節(jié)或改變泵的性能提供理論依據(jù) 了解離心泵的串并聯(lián)運行 了解離心泵安裝高度的確定及相關計算 技能目標 能繪制離心泵的特性曲線 熟悉離心泵流量的調節(jié)方法 會確定離心泵的工作點 能解釋離心泵的 氣縛 和 氣蝕 現(xiàn)象 分析原因并采取相應處理措施 一 離心泵的性能參數(shù)與特性曲線泵的性能及相互之間的關系是選泵和進行流量調節(jié)的依據(jù) 離心泵的主要性能參數(shù)有流量 壓頭 效率 軸功率等 它們之間的關系常用特性曲線來表示 特性曲線是在一定轉速下 用20 清水在常壓下實驗測得的 1 離心泵的性能參數(shù)1 流量離心泵的流量是指單位時間內排到管路系統(tǒng)的液體體積 流量也稱為送液能力 一般用表示 常用單位為m3 s或m3 h等 離心泵的流量與泵的結構 尺寸和轉速有關 2 壓頭 揚程 離心泵的壓頭是指離心泵對單位重量 1N 液體所提供的有效能量 一般用表示 單位為J N或m H 泵出口處壓力He 泵進口處真空表讀數(shù)P2 泵出口處壓力表讀數(shù)h 壓力表和真空表兩側壓截面間的垂直距離U1 吸入管內水的流速U2 壓出管內水的流速g 重力加速度 3 效率離心泵在實際運轉中 由于存在各種能量損失 致使泵的實際 有效 壓頭和流量均低于理論值 而輸入泵的功率比理論值要高 反映能量損失大小的參數(shù)稱為效率 離心泵的能量損失包括以下三項 即 1 容積損失即泄漏造成的損失 無容積損失時泵的功率與有容積損失時泵的功率之比稱為容積效率 閉式葉輪的容積效率值在0 85 0 95 2 水力損失由于液體流經葉片 蝸殼的沿程阻力 流道面積和方向變化的局部阻力 以及葉輪通道中的環(huán)流和旋渦等因素造成的能量損失 這種損失可用水力效率來反映 額定流量下 液體的流動方向恰與葉片的入口角相一致 這時損失最小 水力效率最高 其值在0 8 0 9的范圍 3 機械損失由于高速旋轉的葉輪表面與液體之間摩擦 泵軸在軸承 軸封等處的機械摩擦造成的能量損失 機械損失可用機械效率來反映 其值在0 96 0 99之間 離心泵的總效率由上述三部分構成 即 3 1 3 離心泵的效率與泵的類型 尺寸 加工精度 液體流量和性質等因素有關 通常 小泵效率為50 70 而大型泵可達90 4 軸功率由電機輸入泵軸的功率稱為泵的軸功率 軸所需的功率 也就是電動機傳給泵的功率 軸功率是泵離心泵單位為W或kW 離心泵的有效功率是指液體在單位時間內從葉輪獲得的能量 則有 3 1 4 式中 N0 離心泵的有效功率 W Q 離心泵的實際流量 m3 s H 離心泵的有效壓頭 m 由于泵內存在上述的三項能量損失 軸功率必大于有效功率 即 3 1 5 式中N 軸功率 kW 2 離心泵的特性曲線及其應用離心泵的用途是輸送液體 使用者最關心的是它能輸送多大排量 多大壓頭 或揚程 它的效率 及帶泵電機的轉速和功率 實用上常把上述特性參數(shù)間的關系畫在直角坐標系中 這種曲線圖稱為離心泵的特性曲線 其中表示泵的排量和壓頭之間關系的特性曲線用途最大 了解和運用這種特性曲線 就能正確地選擇和使用離心泵 確定合適的發(fā)動機功率 使泵在最有利的工況下工作 并能解決操作中所遇到的許多實際問題 獲得離心泵特性曲線最方便 最可靠的途徑是用實驗方法直接進行測量 我國各有關制造廠在生產每一種型號的離心泵時 都要進行離心泵特性曲線的測試 并把實測取得的特性曲線列入泵的產品樣本中 以供用戶選擇和使用 借助離心泵的特性曲線可以較完整地了解一臺離心泵的性能 各種型號的離心泵都有其本身獨有的特性曲線 且不受管路特性的影響 但它們都具有一些共同的規(guī)律離心泵的揚程H 軸功率N 效率 均隨實際流速Q的大小而改變 通常用水經過實驗測出Q H Q N及Q 之間的關系 并用三條曲線分別表示出來 這三條曲線就稱之為離心泵的特性曲線 1 離心泵的H Q曲線是選泵和操作使用的依據(jù)離心泵的壓頭一般隨流量加大而下降 在流量極小時可能有例外 這一點和離心泵的基本方程式相吻合 2 N Q性能曲線是合理選擇驅動機和操作啟動泵的依據(jù)離心泵的軸功率在流量為零時為最小 隨流量的增大而上升 故在啟動離心泵時 應關閉泵出口閥門 以減小啟動電流 保護電機 般這時的輸入功率比額定功率小得多 輸入功率全部用于使液體發(fā)熱去了 停泵時先關閉出口閥門主要是為了防止高壓液體倒流損壞葉輪 3 Q性能曲線是檢查泵工作經濟性的依據(jù)額定流量下泵的效率最高 該最高效率點稱為泵的設計點 對應的值稱為最佳工況參數(shù) 離心泵銘牌上標出的性能參數(shù)即是最高效率點對應的參數(shù) 離心泵一般不大可能恰好在設計點運行 但應盡可能在高效區(qū) 在最高效率的92 范圍內 工作 影響離心泵效率的因素有以下幾點 三 離心泵的性能曲線1 H Q性能曲線2 N Q性能曲線3 Q性能曲線 離心泵銘牌上標出的性能參數(shù)即是最高效率點對應的參數(shù) 離心泵一般不大可能恰好在設計點運行 但應盡可能在高效區(qū)工作 影響離心泵效率的因素有以下幾點 1 排量的影響實踐證明離心泵的排量越大效率越高 當泵的比轉速一定時 泵排量越大 尺寸也越大 這就使流道表面的相對粗糙度降低 水力效率相對提高 尺寸增大后 漏失間隙相對減小 從而減少了漏失 提高了容積效率 另外軸承 盤根等損失也隨排量增大而相對減小 因此泵的總效率隨排量的增加而增加 2 比轉數(shù)的影響低比轉數(shù)的泵由于葉輪徑向尺寸相對較大 因此圓盤損失很大 當比轉數(shù)等于30時 這一損失有時可達到泵有效功率的30 隨著比轉數(shù)的增加 這一損失逐漸減小 低比轉數(shù)的泵容積損失也很大 這是由于當轉速 排量相同時 低比轉數(shù)泵的揚程相對高 因而漏失增加 對各種泵 由于加工精度 表面粗糙度 尺寸因素等影響 具體的損失數(shù)值可能有所不同 但其變化規(guī)律是一致的 當比轉數(shù)增大到一定程度以后 再增加比轉速時 圓盤損失和容積損失的減小就不明顯了 當比轉數(shù)過大時 由于水力效率的降低 反而會使泵的總效率降低 3 泵轉速的影響對同一臺泵 在一定范圍內 隨著轉速的增加 效率增加 提高泵的轉速還可以使泵的尺寸和級數(shù)減少 因此目前一些功率較大的泵有提高轉速的趨勢 4 其他影響泵效率的因素流道的表面粗糙度 流道形狀 葉輪與蝸殼或導輪的相對位置對泵的效率也有很大的影響 除以上因素外 密封環(huán)的形狀和間隙 盤根密封以及軸承等都會影響泵的效率 3 影響離心泵性能的因素分析和性能換算影響離心泵的性能的因素很多 其中包括液體性質 密度 和粘度 等 泵的結構尺寸 如D2和 2 泵的轉速等 當這些參數(shù)任一個發(fā)生變化時 都會改變泵的性能 1 液體物性的影響 1 密度的影響離心泵的流量 壓頭均與液體密度無關 效率也不隨液體密度而改變 因而當被輸送液體密度發(fā)生變化時 曲線基本不變 但泵的軸功率與液體密度成正比 2 粘度的影響當被輸送液體的粘度大于常溫水的粘度時 泵內液體的能量損失增大 導致泵的流量 壓頭減小 效率下降 但軸功率增加 泵的特性曲線均發(fā)生變化 2 離心泵轉速的影響由離心泵的基本方程式可知 當泵的轉速發(fā)生改變時 泵的流量 壓頭隨之發(fā)生變化 并引起泵的效率和功率的相應改變 當液體的粘度不大 效率變化不明顯 不同轉速下泵的流量 壓頭和功率與轉速的關系可近似表達成如下各式 即 3 離心泵葉輪直徑的影響當離心泵的轉速一定時 泵的基本方程式表明 其流量 壓頭與葉輪直徑有關 影響離心泵性能的因素分析和性能換算影響離心泵的性能的因素很多 其中包括液體性質 密度 和粘度 等 泵的結構尺寸 如D2和 2 泵的轉速等 當這些參數(shù)任一個發(fā)生變化時 都會改變泵的性能 1 液體物性的影響 1 密度的影響離心泵的流量 壓頭均與液體密度無關 效率也不隨液體密度而改變 因而當被輸送液體密度發(fā)生變化時 與曲線基本不變 但泵的軸功率與液體密度成正比 2 粘度的影響當被輸送液體的粘度大于常溫水的粘度時 泵內液體的能量損失增大 導致泵的流量 壓頭減小 效率下降 但軸功率增加 泵的特性曲線均發(fā)生變化 二 離心泵的吸入特性在設計泵站和選擇使用離心泵時 通常需要根據(jù)泵的吸入能力來確定或核算泵的安裝高度 以保證正常地吸入液體 而離心泵能不能正常吸入液體又與泵在入口處的液流狀況有密切關系 在離心泵入口處有時會遇到所謂 汽蝕 現(xiàn)象 破壞泵的正常工作 所以有必要研究汽蝕現(xiàn)象和允許吸入高度 1 汽蝕現(xiàn)象當葉輪進口處某點的壓力降低到該輸送溫度下液體的汽化壓力Pt時 就有一部分液體汽化 形成氣泡 同時原來溶解在液體里的氣體也變成氣泡游離出來 這些氣泡被液流帶到壓力較高的區(qū)域時又迅速凝結 在凝結過程中 氣泡周圍的液體就以很高的速度 向氣泡中心運動 從而產生嚴重的水擊現(xiàn)象 水擊的地方產生非常巨大的瞬時壓力 達幾百大氣壓 如氣泡緊貼在葉輪或流道其它部分的金屬表面上 就會在這里使零件表面受到破壞 同時由于氧的析出和伴隨氣泡凝結過程所產生的高溫高壓 使零件表面受到化學腐蝕 這種液體的汽化 凝結 水擊和腐蝕的綜合就稱為汽蝕現(xiàn)象 汽蝕現(xiàn)象的標志 泵揚程較正常值下降3 為標志 汽蝕的危害 1 泵體產生震動與噪音 2 泵性能 Q H 下降 3 泵殼及葉輪沖蝕 點蝕到裂縫 由上述可見 汽蝕主要是由于葉輪進口處的壓力低于液體在該溫度下的汽化壓力引起的 葉輪進口處壓力過分降低的原因可能是以下幾方面 1 吸入高度太高 2 所輸送的液體溫度較高 3 氣壓太低 如泵在海拔較高處使用 4 泵內流道設計不完善而引起液流速度過高等 離心泵中最容易產生汽蝕現(xiàn)象的地方是在吸入管及葉輪進口處葉片的背面 從旋轉方向看 葉片的前面擠壓液體故壓力較高 而背面的壓力則較低 為了防止汽蝕現(xiàn)象的出現(xiàn) 保證正常吸入 在安裝離心泵時應進行泵的最大允許吸入高度計算 2 離心泵的最大允許吸入高度離心泵的功用是將液體從一個較低的位置輸送到另一個壓力較大而位置也較高的地方去 在這個工作過程中 泵先要將液體從較低的位置吸上來 然后再經過泵輸送出去 泵之所以能吸入液體 主要是依靠作用在吸水池液面上的壓力P 大氣壓力 與葉輪進口處的壓力之差 由于這一點 所以泵的吸高能力是有一定限制的 對離心泵來說 還要防止出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象 由能量平衡方程式可推出泵的允許幾何安裝高度 Hg1 泵允許汽蝕余量 m 由泵產品樣本給出 吸入罐液面至泵吸入口全部流動阻力損失 m Pv 輸送介質的汽化壓力 由相關資料查出 當進口管路阻力增大時 允許安裝高度降低 故應盡可能減小吸入管路的阻力 如 吸入管路盡量短 少走彎路 進口管路直徑一般大于出口管路直徑 進口管路上避免不必要的管件 如泵裝于液面下可免裝止逆閥 并且啟動前不用灌泵 流量調節(jié)閥裝于出口管路 實際生產過程中 管路的流量有可能發(fā)生變化 那么此時吸入管路的阻力也發(fā)生變化 若流量增大則允許安裝高度減小 所以為避免在實際操作中由于流量的提高或其他參數(shù) 如液體溫度 液面壓力等 的變化而出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象 允許安裝高度按可能出現(xiàn)的最大流量計算并且實際安裝高度應低于允許安裝高度 三 離心泵的裝置特性1 管路特性曲線和離心泵的工作點當離心泵安裝在特定管路系統(tǒng)操作時 實際的工作壓頭和流量 不僅遵循特性曲線上二者的對應關系 而且還受管路特性所制約 1 管路特性方程式和特性曲線泵的特性曲線是在恒定轉速下泵的各項性能參數(shù) 管路特性曲線是管路一定的情況下 單位重量的液體流經該系統(tǒng)時 需外界給的能量 即系統(tǒng)揚程H 與流量Q之間的關系 把泵的特性曲線和管路特性曲線畫在一張圖上 兩曲線的交點M就是泵運行時的工作點 圖3 1 10管路特性曲線和離心泵工作點 2 離心泵的工作點離心泵在管路中正常運行時 泵所提供的流量和壓頭應與管路系統(tǒng)所要求的數(shù)值一致 此時 安裝于管路中的離心泵必須同時滿足管路特性方程與泵的特性方程 兩特性曲線的交點 即離心泵的工作點M 對所選定的泵以一定轉速在此管路系統(tǒng)操作時 只能在此點工作 若由于某種原因使泵的排量增大時 泵在比M點流量大的A點工作 這時泵給液體的能量將小于管路在此排量下所需消耗的能量 泵給液體的能量不足 這樣 管路中液體的流速必然要減小 泵的排量也必然要減少 泵的工作點會自動地從A點移動到M點 同樣 當由于某種原因導致泵的排量減小時 泵在B點工作 則泵給液體的能量大于管路消耗的能量 于是多余的能量就變成動能 使管路中液體流速增加 排量也就增大 泵的工作點就從B點恢復到M點 由此可見 泵的工作點必然建立在泵的特性曲線與管路特性曲線的交點上 2 調節(jié)離心泵工作點方法 1 閘閥調節(jié) 離心泵流量發(fā)生變化 改變管道系統(tǒng)特性曲線 直接也會影響工作點發(fā)生變化 2 變速調節(jié) 調節(jié)的是離心泵的自身情況 轉速 外徑自身運行性能曲線發(fā)生變化 工作點發(fā)生變化 3 變徑運行調節(jié) 調節(jié)的是離心泵的自身情況 轉速 外徑自身運行性能曲線發(fā)生變化 工作點發(fā)生變化 3 離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)操作當單臺泵不能滿足生產任務要求時 可采用泵的并聯(lián)或串聯(lián) 下面以兩臺性能相同的泵為例 討論離心泵的組合操作的特性 離心泵的并聯(lián)多臺水泵聯(lián)合運行 通過連絡管共同向管網(wǎng)或高位水池輸水的情況 稱為并聯(lián)工作 顯然 在同一壓頭下 并聯(lián)泵的流量為單臺泵的兩倍 兩臺型號相同的離心泵并聯(lián)后 其特性曲線可用單泵特性曲線合成 當管路特性曲線不變時 并聯(lián)后的流量增加 但小于兩臺單泵的流量之和 Q并 2Q單而H并 H單并聯(lián)泵的工作點由并聯(lián)特性曲線與管路特性曲線的交點決定 由于流量加大使管路流動阻力加大 因此 并聯(lián)后的總流量必低于單臺泵流量的兩倍 而并聯(lián)壓頭略高于單臺泵的壓頭 并聯(lián)泵的總效率與單臺的效率相同 圖3 1 14離心泵的兩泵并聯(lián) 水泵并聯(lián)工作的特點 1 增加供水量輸水干管中流量 各臺并聯(lián)水泵出水量之總和 所以它可以增加供水量 2 調節(jié)流量用戶的需水量是總在變化的 白天和晚上供水量要求就不一樣 通過調節(jié)流量達到節(jié)能目的 利用開泵臺數(shù)可調節(jié)流量 3 提高運行的靈活性和供水的可靠性在供水過程中有一臺泵出現(xiàn)問題 另一臺泵可以開啟 以能達到續(xù)繼供水目的 設計時具有備用泵 離心泵的串聯(lián)水泵串聯(lián)是指一臺泵的出口向另一臺泵的進口輸送流體 兩臺型號相同的泵串聯(lián)后 其特性曲線可用單泵特性曲線合成 當管路特性曲線不變時 串聯(lián)后的壓頭增加 小于兩臺單泵的壓頭之和 即H串 2H單 而Q并 Q單 同樣 串聯(lián)泵的工作點由合成特性曲線與管路特性曲線的交點決定 兩臺泵串聯(lián)操作的總壓頭必低于單臺泵壓頭的兩倍 流量大于單臺泵的 串聯(lián)泵的效率為Q串下單臺泵的效率 圖3 1 15離心泵的串聯(lián) 四 離心泵的選用1選泵的基本原則 1 必須滿足生產工藝提出的流量 揚程及輸送油品性質的要求 2 離心泵應有良好的吸入性能及可靠的密封 3 離心泵應具有較寬的高效工作區(qū) 以使在流量調節(jié)時仍能保持其運行的經濟性 4 在基本性能滿足的前提下 所選離心泵應結構緊湊 成本低 5 其他特殊要求 如防爆 抗腐蝕等 2 選泵的方法和步驟 1 列出基礎數(shù)據(jù) 根據(jù)工藝條件 詳細列出基礎數(shù)據(jù) 包括介質的物理性質 如密度 粘度 飽和蒸氣壓 腐蝕等 操作條件 如操作溫度 泵進出口兩側罐內壓力或管內壓力 處理量等 以及泵所在的位置情況 如環(huán)境溫度 海拔高度 裝置情況及排出側設備內液面至泵中心線的垂直高度和管線當量長度等 2 估算泵的流量和揚程 當工藝設計中給出最小流量 正常流量和最大流量時 選泵可直接采用最大流量 若只給出輸送的正常流量Qp 則應采用適當?shù)陌踩禂?shù)估算泵的流量 一般取Q 1 05 1 10 Qp 當工藝設計中給出所需最大揚程時 可直接采用 若需要估算揚程時 應先畫出泵裝置的立體流程圖 表明離心泵在流程中的位置 標高 距離 管線長度及管閥件數(shù)量等確定泵的揚程Hp 一般取H 1 05 1 15 Hp 3 選擇泵的類型及型號 先根據(jù)被輸送介質的性質確定泵的類型 再按工藝要求的流量和揚程 參考泵類產品樣本 選擇泵的型號 4 校核泵的性能 在實際生產過程中 為了保證泵正常運轉 防止汽蝕發(fā)生 要根據(jù)工藝流程要求對泵進行性能校核 不能滿足要求時 必須另選其他泵 或變更泵的位置 或采取其他措施 5 計算泵的軸功率和驅動機功率 根據(jù)輸送介質及工作點參數(shù) Q H n 可以求出泵的軸功率 選用驅動機的功率時應考慮10 15 儲備功率 典型案例 1 搞清楚離心泵的氣縛與汽蝕 揚程與升揚高度的區(qū)別和聯(lián)系 答 1 氣縛是指啟動前沒灌泵或吸入管路不嚴密 致使泵殼內被氣體占據(jù) 泵雖啟動但因泵的入口不能造成足夠的低壓 從而不能吸上液體 汽蝕現(xiàn)象則指泵在運轉中 入口附近某處壓力低于操作條件下工作介質飽和蒸汽壓 導致液體汽化 氣泡被壓縮直至破裂 從而引起泵的振動 噪音 輸液量下降 壓頭降低 嚴重時還會使葉輪和泵殼腐蝕或裂縫 這是由于泵的安裝不當造成的 2 揚程又稱壓頭 是泵對1N液體所提供的有效能 J N 而升揚高度指泵上 下游兩液面的垂直高度 它只是揚程中位能差一項 典型案例 2 為什么在啟動離心泵時要把出口閥關死 因為功率消耗隨流量增加而增大 當出口閥關死時 電流為零 流量越大 電流越大 所以在啟動時 必須將泵的出口閥關死 否則會引起跳閘 損耗設備 實戰(zhàn)訓練 3 熟悉離心水泵操作規(guī)程 1 試驗起動 檢查電機旋轉方向是否正確 泵的轉動是否靈活 試驗時間不少于一分鐘 2 關閉排出閥 當泵達到正常轉速后 再逐漸打開排出閥 在排出閥關閉情況下 泵連續(xù)工作時間不得超三分鐘 3 注意檢查水泵軸承溫度 不應超過外界溫度35 最高不大于75 4 不準用吸入管路上的閘閥調節(jié)流量 以避免水泵產生氣蝕 5 經常檢查填料箱的泄漏和發(fā)熱情況 填料室正常漏水每分鐘為l0 20滴 超過和過少時 應壓緊或放松填料壓蓋 6 經常檢查地腳螺栓的緊固情況 出口壓力表的波動情況和泵的振動情況 7 注意泵運轉時應無雜音 如發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài) 應及時處理 8 環(huán)境溫度低于0 時 將泵內水放出 以免凍裂泵殼 9 泵長期停用 應將水泵卸開 擦干零配件 并在滑動面處涂上防銹油 進行妥善保管 實戰(zhàn)訓練 4 離心泵輸送油品與輸送水時比較 性能參數(shù)有什么變化 1 泵的流量下降 由于液體粘度增加 葉輪內液體流速降低 使泵的流量下降 2 泵的揚程降低 由于液體粘度增大 使克服粘性摩擦力所需要的能量增加 從而使泵所產生的揚程降低 3 泵的軸功率增加 由于液體粘度增大 液體在流動時 葉輪外盤面與液體摩擦所引起的功率損失增大 4 泵的效率降低 5 泵需要的允許汽蝕余量增大 由于泵進口到葉輪入口的動壓降隨液體粘度的增大而增大 因而泵的允許汽蝕余量增大