泵的基本知识.docx
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泵的基本知识
泵的基本知识
第一章泵的定义和选型
第二章离心泵的工作原理、结构和性能参数
第三章泵的汽蚀
第四章泵的检验与试验
第五章泵的运行特性与维护
第一章泵的定义和选型
第一节泵的定义
泵是一种将能量传递给被抽送的液体，使其能量增加，从而达到抽送液体目的的机器。
能量传递的形式有：
（1）原动机泵的机械能传递给它所抽送的液体，使液体的机械能（液体的位能、压能及动能）增加，从而使被抽送液体克服管路中的阻力，从低能量（位能及压能较低）的液源经过管路流向高能量（位能及压能较高）液体的地方。
这种形式比较常见。
（2）泵把液流A的能量传递给液流B，当这两股液流流过泵的时候，液流A的能量减小，液流B的能量增大，两股液流混在一起流出泵，达到抽送液流B的目的。
这种泵称为射流泵。
（3）泵把一股液流中的能量集中到部分液流中，使这部分液流的能量增大，以达到抽送部分液流的目的。
第二节泵的选型
一、泵的类型
单吸泵、双吸泵
单级泵、多级泵
蜗壳式泵、分段式泵
离心泵
立式泵、卧式泵
屏蔽泵、磁力驱动泵
高速泵
叶片式泵
单级泵、多级泵
旋涡泵
离心旋涡泵
混流泵
泵轴流泵
柱塞（活塞）泵、隔膜泵
电动泵
往复泵计量泵
容积式泵蒸汽泵
转子泵——齿轮泵、螺杆泵、罗茨泵、滑片泵
其它类型泵——喷射泵、空气升液泵、电磁泵
二、化工装置对泵的要求
（1）必须满足流量、扬程、压力、温度、汽蚀余量等工艺参数的要求。
（2）必须满足介质特性的要求：
①对输送易燃、易爆、有毒或贵重介质的泵，要求轴封可靠或采用无泄漏泵，如屏蔽泵、磁力驱动泵、隔膜泵等。
②对输送腐蚀性介质的泵，要求过流部件采用耐腐蚀材料。
③对输送含固体颗粒介质的泵，要求过流部件采用耐腐蚀材料，必要时轴封应采用清洁液体冲洗。
（3）必须满足现场的安装要求。
①对安装在有腐蚀性气体存在场合的泵，要求采取防大气腐蚀的措施。
②对安装在室外环境温度低于-20℃以下的泵，要求考虑泵的冷脆现象，采用耐低温材料。
③对于安装在爆炸区域的泵，应根据爆炸区域等级，采用防爆电机。
（4）对于要求每年一次大检修的工厂，泵的连续运转周期一般不应小于8000小时。
为适应3年一次大检修的要求，API610（第八版）规定石油、重化学和气体工业用泵的连续运转同期至少为3年。
（5）泵的设计寿命一般至少为15年。
API610（第八版）规定石油、重化学和气体工业用离心泵的设计寿命至少为20年。
（6）泵的设计、制造、检验应符合有关标准、规范的规定，常用的标准和规范见下表。
（7）泵厂应保证在电源电压、频率变化范围内的性能。
我国供电电压、频率的变化范围为：
电压380V±10%，6000V+5%、-7%
频率50Hz±0.5%
（8）确定了的型号和制造厂时，应综合考虑泵的性能、能耗、可靠性、价格和制造规范等因素。
第二章离心泵的工作原理、结构和性能参数
离心泵具有性能范围广泛、流量均匀、结构简单、运转可靠和维修方便等诸多优点，因此离心泵在工业生产中应用最为广泛。
除了在高压小流量或计量时常用往复式泵，液体含气时常用旋涡泵和容积式泵，高粘度介质常用转子泵外，其余场合，绝大多数使用离心泵。
据统计，在化工生产（包括石油化工）装置中，离心泵的使用量占泵总量的70%-80%。
第一节离心泵的工作原理
离心泵主要由叶轮、轴、泵壳、轴封及密封环等组成。
一般离心泵启动前泵壳内要灌满液体，当原动机带动泵轴和叶轮旋转时，液体一方面随叶轮作圆周运动，一方面在离心力的作用下自叶轮中心向外周抛出，液体从叶轮获得了压力能和速度能。
当液体流经蜗壳到排液口时，部分速度能将转变为静压力能。
在液体自叶轮抛出时，叶轮中心部分造成低压区，与吸入液面的压力形成力差，于是液体不断地被吸入，并以一定的压力排出。
第二节离心泵的主要零部件
1、泵壳
泵壳有轴向剖分式和径向剖分式两种。
大多数单级泵的壳体都是蜗壳式的，多级泵径向部分壳体一般为环形壳体或圆形壳体。
一般蜗壳式泵壳内腔呈螺旋型液道，用以收集从叶轮中甩出的液体，并引向扩散管至泵出口。
泵壳承受全部的工作压力和液体的热负荷。
2、叶轮
叶轮是唯一的作功部件，泵通过叶轮对液体作功。
叶轮型式有闭式、开式、半开式三种。
闭式叶轮由叶片、前盖板、后盖板组成。
半开式叶轮由叶片和后盖板组成。
开式叶轮只有叶片，无前后盖板。
闭式叶轮效率较高，开式叶轮效率较低。
3、密封环
密封环的作用是防止泵的内泄漏和外泄漏，由耐磨材料制成的密封环，镶于叶轮前后盖板和泵壳上，磨损后可以更换。
4、轴和轴承
泵轴一端固定叶轮，一端装联由器。
根据泵的大小，轴承可选用滚动轴承和滑动轴承。
5、轴封
轴封一般有机械密封和填料密封两种。
一般泵均设计成既能装填料密封，又能装机械密封。
第三节离心泵的性能参数
1、流量Q
泵的流量是指泵在单位时间内由泵出口排出液体的体积量。
以Q表示，单位是m3/h或m3/s。
2、扬程H
泵的扬程是指单位重量的液体通过泵后获得的能量，以H表示，单位是m，即排出液体的液柱高度。
3、转速n
泵的转速指泵没单位时间内的转数，以n表示，单位是r/min。
4、功率和效率
1、有效功率Pu泵的有效功率是指单位时间内泵输送出的液体获得的有效能量，也称输出功率。
式中Q—泵的流量，m3/s
H—泵的扬程，m
P—介质密度，kg/m3
g—重力加速度，g=9.81s2
η=
2、轴功率Pa泵的轴功率是指单位时间内由原动机传到泵轴上的功，也称输入功率，单位是W或KW。
pu
3、效率η泵效率η是泵的有效功率与轴功率之比，即
pa
第四节离心泵的特性曲线
泵的特性由线反映在恒定转速下的各项性能参数。
国内泵厂提供的典型的特性曲线一般包括H-Q线、N-Q线、η-Q线和NPSHr-Q线。
第五节离心泵的分类
一、按离心泵的结构分类
分类方式
类型
特点
图例
按吸入方式
单吸泵
液体从一侧流入叶轮，存在轴向力
双吸泵
液体从两侧流入叶轮，不存在轴向力，泵的流量几乎比单吸泵增加一倍
按级数
单级泵
泵轴上只有一个叶轮
多级泵
同一根泵轴上装两个或多个叶轮，液体依次流过每级叶轮，级数越式，扬程越高
拉泵轴方位
卧式泵
轴水平放置
立式泵
轴垂直于水平面
按壳体型式
分段式泵
壳体按与轴垂直的平面剖分，节段与节段之间用长螺栓连接
中开式泵
壳体在通过轴心线上的平面上剖分
蜗壳泵
装有螺旋形压水室的离心泵，如常用的端吸式悬臂离心泵
透平式泵
装有导叶式压水室的离心泵
特殊结构
潜水泵
泵和电动机制成一体浸入水中
液下泵
泵体浸入液体中
管道泵
泵作为管路一部分，安装时无需改变管路
屏蔽泵
叶轮与电动机转子联为一体，并在同一个密封壳体内，不需采用密封结构，属于无泄漏泵
特殊结构
磁力泵
除进、出口外，泵体全封闭，泵与电动机的联接采用磁钢互吸而驱动
自吸式泵
泵起动时无需灌液
高速泵
由增速箱使泵轴转速增加，一般转速可达1000r/min以上，也称部分流泵或切线增加压泵
立式筒型泵
进出口管在上部同一高度上，在内、外两层壳体，内壳体由转子、导叶等组成，外壳体为进口导流通道，液体从下部吸入
二、按工作介质分类的离心泵类型
水泵：
1、清水泵：
最常用的离心泵，采用铸铁泵，填料密封
2、锅炉给水泵：
A、泵的压力较高，要求保证法兰连接的紧密性；
B、应防止泵进口处产生汽蚀，过流部件应采用抗腐蚀性和抗电化学腐蚀的材料；
C、防止温度变化引起不均匀变形。
3、热水循环泵
A、吸入压力高、温度高，要求泵的强度可靠；
B、填料函处于高压、高温下，应考虑减压和降温；
C、如采用端吸式悬臂泵时，由于轴向推力大，要求轴承可靠
4、凝结水泵
A、对泵的汽蚀性要求高，常采用加诱导轮或加大叶轮入口直径和宽度的方法改善泵的汽蚀性能
B、泵运转易发生汽蚀，过流部件有时采用耐汽蚀的材料（如硬质合金、磷青铜等）
3、填料函处于负压下工作，应防止空气侵入
油泵
耐腐蚀泵
第三章泵的汽蚀
第一节汽蚀现象及其危害
1、汽蚀现象
液体在一定温度下，由于某种原因使泵的进口处的压力低于液体在该温度下的汽化压力（即饱和蒸汽压），液体开始汽化而产生汽泡，并随液流入高压区时，汽泡破裂，周围液体迅速填充原汽泡空穴，产生水力冲击。
这种汽泡的产生、发展和破裂现象就称为汽蚀。
2、汽蚀危害性
（1）汽泡破裂时，液体质点互相冲击，产生600-25000Hz的噪声及机组振动，两者相互激励使泵产生强烈振动，即汽蚀供振现象；
（2）过流部件剥蚀及腐蚀破坏；
（3）泵性能突然下降。
3、汽蚀发生的部位和腐蚀破坏的部位
汽蚀发生的部位在叶轮进口处，或是液体高速流动的地方，腐蚀破坏的部位常在叶轮出口或压水室出口处。
第二节汽蚀的参数
1、汽蚀余量NPSH
s
pv
U2
ps
泵吸入口处单位质量液体超过液体汽化压力的富余能量（以米液柱计），称汽蚀余量，其值等于从基准面算起的泵吸入口的总吸入水头（绝对压力，以米液柱计）减去该液体的汽化压力（绝对压力，以米液柱计），即：
ρg
2g
ρg
NPSH=+-
式中ps—从基准面算起的泵吸入口压力，pa;
pv—液体在该温度下的汽化压力，Pa;
us—泵吸入口平均流速，m/s;
ρ—液体密度，kg/m2
基准面按以下两种原则取定位置：
（1）、ISO标准，GB标准规定基准面为通过叶轮叶片进口的外端所描绘的圆绘的圆的中心的水平面。
对于多级泵以第一级叶轮为基准，对于立式双吸泵以上部叶片为基准。
（2）、API标准规定对卧式泵，其基准面是泵轴中心线；对立式管道泵，其基准面是泵吸入口中心线，对其它立式泵，其基准面是基础的顶面。
2、装置汽蚀余量NPSHa
由泵装置系统（以液体在额定流量和正常泵送温度下为准）确定的气蚀余量，称装置汽蚀余量，也称为有效汽蚀余量或可用汽蚀余量（以米液柱计），其大小由吸液管路系统的参数和管路中流量所决定，而与泵的结构无关。
3、必需汽蚀余量NPSHr
由泵厂根据试验（通常用20℃的清水在额定流量下测定）确定的汽蚀余量，称泵的必需汽蚀余量（以米液柱计）。
必需汽蚀余量在吸入法兰处测定并换到基准面。
在比较NPSHa和NPSHr值时应注意基准面是否一致，如不一致应换算至同一基准面。
4、吸上真空度H
吸上真空度H。
是从泵基准面算起的泵吸入口的真空度（以米液柱计），也称吸上真空高度。
国内老式样本以吸上真空度反映泵的汽蚀性能，现该指标已淘汰。
Hs与NPSHr值的换算按下式：
NPSHr=10-H
5、泵的安装高度s
泵的安装高度s也称泵的吸液高度，是指泵的基准面至吸入液面之间的高度差。
6、汽蚀曲线
NPSHa和NPSHr均随流量的变化而变化。
一般NPSHr随流量的增加而增大，而NPSHa则随流量的增加而减小。
泵厂提供的泵性能曲级上一般应有NPSHr-Q曲线。
7、离心泵的NPSHa安全裕量S
为确保不发生汽蚀，离心泵的NPSHa必需有一个安全裕量S，满足NPSHa-NPSHr≥S。
对于一般的离心泵，S取0.6-1.0m。
但是对于一些特殊用途或条件下使用的离心泵，S值需按表2-19取定。
8、汽蚀比转数C
汽蚀比转数是泵在最佳工况下泵的吸入特性参数：
C=
5.62n√Q
NPSHr
式中n—泵的转速，r/min
Q—泵的额定流量，m3/s（双吸为1/2Q）
第三节防止汽蚀产生的方法
方法
优点
缺点
备注
买方采取的方法
1、降低泵的安装高度（提取高液面位置或降低泵的安装位置），必要时采用倒灌方式
可选用效率较高，维修方便的泵
增加安装费用
此法最好且方便，建议尽可能采用
2、减小吸入管路的阻力，如加大管径、减少管路附件、底阀、弯管、闸阀等
可改进吸入条件，节约能耗
增加投资费用（指管径放大）
3、增加一台升压泵
可降低主泵价格，提高主泵效率
增加设备和管路维修量增大
4、降低泵送液体温度，以降低气化压力
可选用效率较高，维修方便的泵
需增加冷却系统
5、避免在进口管路采用阀节流
避免局部阻力损失
6、在流量、扬程相同情况下，采用双吸泵，其NPSHr值小
有时也可考虑采用
卖方采取的方法
1、提高流道表面光洁度，对流道进行打磨和清理
方法简单
加工成本上升
经常采用
2、加大叶轮进口处直长，以降低进口流速
方法简单
回流的可能性增大，不利于稳定运转
一般很少采用
3、降低泵的转速
简单易行
同样的流量、扬程下，低速泵价格高、效率低
一般较少采用
4、在泵进口增加诱导轮
简单易行
泵的最大工作范围有所缩小
经常采用
5、对叶片可调的混流泵、轴流泵，可采用调节叶片安装角度的方法
经常采用
6、过流部件采用耐汽蚀的材料，如硬质合金、磷青铜、18-8、Cr-Ni钢等
泵的结构、性能曲线均不变
材料成本上升
较少采用
第四章泵的检验与试验
API610标准规定
一、检验项目
项目
内容
检
验
方
法
规定有观察、目睹和非目睹三种检验方式，用户可以任意选定其中一种
1、观察试验在试验（或检查）之前，制造厂需事先通知用户具体试验日期，该日期是指制造厂在安排生产计划时已排定的时间。
用户如果未按指定时间到达现场，制造厂可以不等候用户代表，照常进行试验，并可进行计划中的下一道工序的工作。
2、目睹试验这种试验（或检查）是制造厂在生产计划中排定的，且必须要有用户人员到场一起参加试验或检查。
对于泵的机械运转试验和水力性能试验，制造厂通常在用户代表到达现场之前需要先进行一次试验，待试验合格后，再邀请用户代表到场后再进行下一次重复前次的试验。
3、非目睹试验指用户代表可以不在现场的情况下，制造厂自行试验或检查
（1）卖方应将下列资料至少保留5年，以备用户代表查询；
a、材料证书，如钢厂的试验报告（材料成分、力学试验结果）
b、材料清单上各项采购技术规范
c证明已经达到技术规范要求的试验资料
d试验结果和检查结果的书面资料
e装配后的维护和运转间隙。
（2）材料检验
用户可规定对焊缝或材料需进行检验的项目：
X射线照相、超声波探伤、磁粉探伤或着色渗透探伤检验
a、对一于焊缝、铸钢和锻件的检验
·X射线照相需符合ASTME94和E142规定的检验方法。
焊接件的验收标准需符合ASME规范第Ⅷ篇，第I分篇的UW-52的要求，对铸件的验收标准需符合ASME规范第Ⅷ篇，第I分篇附录7的要求
·超声波探伤需符合ASME规范第Ⅴ篇、第5条规定的检验方法。
验收标准为：
焊接件ASME第Ⅷ篇，第I分篇、附录12
铸件ASM规范，第Ⅷ篇，第I分篇、附录7
·磁粉探伤对于湿粉或干粉探伤需符合ASTME709规定的检验方法。
验收标准为：
焊接件ASME规范第Ⅷ、第I分篇，附录6
铸件需与ASTME125中标准照相图片相比较，对每种缺陷不应超过下列规定：
种类缺陷最大严重程度
Ⅰ线性断裂1
Ⅱ冷缩2
Ⅲ夹渣2
Ⅳ冷铁和型心撑1
Ⅴ疏松度1
Ⅵ焊缝1
·着色渗透探伤需符合ASME规范第Ⅴ篇，第6条规定的检验方法。
验收标准炎：
焊接件ASME规范第Ⅷ篇、第I分篇附录8
铸件ASME规范第Ⅷ篇、第I分篇附录7
b、对于铸铁件的检查
需符合上述的磁粉探伤、着色探伤的各项要求
3、机械检验
如果用户要求，制造厂可以向用户提供该设备和所有管路及附件的清洁程度，零件、焊缝或热影响区的硬度在允许范围内
规
定
试
验
水
压
试
验
1、承受内压的零件需采用1.5倍最大允许工作压力进行水压试验
2、轴承、填料箱、支架的冷却室，油冷却器和密封器的冷却通常采用0.79MPa压力进行水压试验
3、双层壳体泵、卧式多级泵和其它特殊设计泵可以分段，每段按适当的压力进行试验
4、对于输送高温介质的泵，试验压力需乘以室温下材料的许用应力除以运转温度下的材料许用应用，做为水压试验的压力。
5、对于奥氏体不锈钢制的泵类设备，水压试验和液体含氯量不允许超过50ppm
6、水压试验时间不少于30min，大型和重型铸件可以要求更长的试验时间
7、如果泵的使用条件或材料符合下列任何一项者，买方可以规定水压试验的液体需加入湿润剂，以减少表面张力
a、泵送介质在泵送温度下相对密度小于0.7
b泵送温度高于260℃
c泵壳是从新模型或修改模型铸出的
d泵壳由铸造性能差的材料制成
水力性能试验
1、泵在额定转速和额定流量下运转时，其性能允差如下：
工况
额定点，%
关死点，%
额定扬程允差
0-152m
-2
+5
+10
-10
153-305m
-2
+3
+8
-8
＞305m
-2
+2
+5
-5
额定功率允差
+4
额定效率允差
-0.5
2、泵的水力性能试验至少有5个点的试验数据，通常为关死点、最小连续稳定流量点、最小流量与额定流量之间的中间点、额定流量点、110%额定流量点。
除非双方商定，否则试验转速误差应在额定转速的3%以内、
规
定
试
验
运
转
试
验
泵在水力性能试验其间应达到下列要求
1、轴承温度
在规定的运转和环境温度为43℃的条件下，轴承箱用强制润滑的油温温升不高于28℃，轴承出口油温不高于17℃。
如果入口油温高于49℃，设计时需特殊考虑。
轴承箱用油环润滑或飞溅润滑的油温需低于82℃
泵在上述轴承温度极限范围内，应能保证正常运转
2、振动
泵在额定转速和（90%-110%）额定流量作水力性能试验时测定振动值。
买方还可以规定增加其它流量点下的振动测定值作为验收指标。
对于装有滚动轴承的泵，在轴承室上垂直于轴测得未滤波振动值不应超过下图所示的速度值或位移值，取其中较大值。
对于装有滑动轴承的泵，在轴上测得未滤波振动值不应超过下图b所示速度值或位移值，取其中较大值
对于采用刚性联轴器的立式泵，需在电动机的上轴承室测出振动值。
对于采用弹性联轴器的立式泵，其振动值需在泵上轴承室测得
转速n＞1800r/min时，装有滚动轴承或装有滑动轴承的泵，振动允许值分别见图
转速n≤1800r/min时，装滚动轴承的泵，允许振动速度按式
（1）计算。
装有滑动轴承的泵，允许振动速度按式
（2）计算
υ=n/2000
（1）
υ=（n/6400）0.7
（2）
式中υ——峰值振动速度，in/s
n——转速，r/min
自
选
试
验
汽蚀余量试验
必需汽蚀余量允差：
+0%，应以扬程（多级泵为第一级扬程）下跌3%作为性能判断标志；对于多级泵，用总扬程除以离心泵叶轮级数，即得近似的第一级扬程。
必需汽蚀余量（NPSHr）试验应取下列4点：
最小连续稳定流量点、最小流量和额定流量之间的中间点、额定流量点和110%额定流量点
整机组试验
组成一台完整机组的泵、齿轮箱、驱动机和辅助设备等单机组合在一起进行试验，若用户要求，可对整个机组进行扭振测试，以验证卖方的分析。
做整机组试验能替代各个单机的单独试验，或按用户规定另外再单独作各个单机的试验。
噪声试验
噪声试验要求需符API615标准的规定。
该标准规定的允许设备噪声大小与操作人员停留在噪声空间的时间长短有关，但在任何情况下，噪声级都不允许超过140dBA（声压级），详细数值如下：
每天停留时间，h
8
6
4
3
2
1.5
1
0.5
0.25或更短
声压级，bB（A）
90
92
95
97
100
102
105
110
115
辅助设备试验
润滑油系统、齿轮箱、控制系统等辅助设备应在制造厂内进行试验。
试验细节由用户与制造厂共同制订
第五章故障分析与处理
工业泵运行中的故障分为腐蚀和磨损、机械故障、性能故障和轴封故障四类。
这四类故障往往相互影响，难以分开，如叶轮的腐蚀和磨损会引起性能故障和机械故障，轴封的损坏也会引起性能故障和机械故障。
1、腐蚀和磨损
腐蚀的主要原因是选材不当，发生腐蚀故障时应从介质和材料两方面入手解决。
磨损常发生在输送浆液时，主要原因是介质中含有固体颗粒。
对输送浆液的泵，除泵的过流部件应采用耐磨材料外，轴封应采用清洁液体冲洗以免杂质侵入，并在泵内采取冲洗设施以免流道堵塞。
此外，对于易损件在磨损量一定时应予现换。
2、机械故障
振动和噪声是主要的机械故障。
振动的主要原因是轴承损坏，或出现汽蚀和装配不良，如泵与原动机不同轴、基础刚度不够或基础下沉、配管蹩劲等。
3、性能故障
性能故障主要指流量、扬程不足，泵汽蚀和驱动机超载等意外事故。
4、轴封故障
轴封故障主要是指密封处出现泄漏。
填料密封泄漏的主要原因是填料选用不当、轴套磨损。
机械密封泄漏的主要原因是端面损坏或辅助密封圈被划伤或折皱。
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