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毕业论文
二0一0年9月
船用离心泵浅析
专业班级：
轮机管理06-7班
姓 名：
潘 健
指导教师：
轮机工程学院
内容摘要
摘要：
离心泵作为输送物料的一种转动设备，无论在陆上或船上，离心泵的使用数量和范围都远远超过了其他类型泵。
在其运转的过程中总会有各种各样的故障出现，然而每个泵的使用情况都各不相同，我们每个人对泵的认识、了解也不一样。
因此，怎样提高离心泵的利用率，提高其使用寿命就成为了我们管理人员的重要责任。
此文就离心泵可能出现的一些故障作简单分析并提出了一些管理上的建议。
关键词：
离心泵 故障 管理
ABSTRACT：
Centrifugalpumpforconveyingmaterialsasarotatingequipment,whetherinthelandorship,theusequantityandthescopeofapplicationarefarbeyondthescopeofothertypesofpump.Intheprocessofoperationinavarietyoffaults,buttheuseofeachpumparedifferent,everyoneofustoknowandunderstandthepumpisdifferentalso.Therefore,howtoimprovetheutilizationofcentrifugalpump,andimproveitsservicelifehasbecomeanimportantresponsibilityofourmanagementpersonnel.ThisisthecentrifugalpumpmayappearsomesimpleanalysisandputforwardsomeSuggestionsonthemanagement.
Keywords：
Centrifugalpump fault management
目录
１离心泵的工作原理..........................................................................................3
1.1离心泵基本工作原理............................................................................3
1.2离心泵的特性曲线................................................................................3
２离心泵的结构...................................................................................................5
３离心泵常见故障分析.......................................................................................6
3.1离心泵的汽蚀........................................................................................6
3.2机械密封失效........................................................................................6
3.3启动后不能供液....................................................................................7
3.4流量不足................................................................................................7
3.5电动机过载............................................................................................8
3.6运转时振动过大或产生异常声响........................................................8
４离心泵的使用及维护.......................................................................................9
4.1离心泵的选择.........................................................................................9
4.2离心泵的安装.........................................................................................9
4.3泵的维护要点.........................................................................................10
５结论...................................................................................................................10
船用离心泵浅析
前言
泵是用来输送液体的机械（有的也用来输送其他的流体，如挖泥船的泥浆泵或抽送气体的真空泵等）。
据资料显示，一艘柴油机货船需要35~50台各种类型的泵，其数量占全船机械数量的20%~30%，能耗占全船总能耗的5%~15%，然而在众多的泵浦中，离心泵的数量又远远大于其他类型的泵。
随着市场竞争的日益激烈，提质降耗、高产高效已经成为各企业生产管理的重要目标。
而作为管路输送源动力的各类泵的管理与维护，已经成为影响整线效率的关键因素。
因此，全面了解泵的故障原因并对其进行维护管理，对于稳定生产效率有着极其重要的作用。
1离心泵的工作原理
1.1离心泵基本工作原理
离心泵工作时预先充满在泵中的液体受叶片的推压，随叶轮一起回转，产生离心力，从叶轮中心向四周甩出，于是在叶轮中心处形成低压，液体便在吸入液面气体压力的作用下，由吸入接管被吸进叶轮。
从叶轮流出的液体，压力和速度都比进入叶轮时增大了许多，由蜗壳的涡室部分将它们汇聚，平稳的导向扩压管。
扩压管流道截面逐渐增大，液体流速降低，大部分动能变为压力能，然后进入排出管。
叶轮不停的回转，液体的吸排便连续地进行。
图1
1.2离心泵的特性曲线
在既定转速下，离心泵的扬程、功率、效率等性能参数与流量的函数关系曲线称为定速特性曲线。
通过离心泵的特性曲线可以了解其性能，分析其工作情况，对泵的选用和管理有重要意义。
水泵的性能参数之间的相互变化关系及相互制约性：
首先以该水泵的额顶转速为先决条件的。
水泵性能曲线主要有三条曲线：
流量—扬程曲线，流量—功率曲线，流量—效率曲线。
1）流量－扬程曲线H=f（Q）Q-H
它是离心泵的基本的性能曲线。
比转速小于80的离心泵具有上升和下降的特点（既中间凸起，两边下弯），称驼峰性能曲线。
比转速在80～150之间的离心泵具有平坦的性能曲线。
比转数在150以上的离心泵具有陡降性能曲线。
一般的说，当流量小时，扬程就高，随着流量的增加扬程就逐渐下降。
2）流量—功率曲线N=f（Q）Q-N
_u&c4~4z_n_p_N_轴功率是随着流量而增加的，当流量Q=0时，相应的轴功率并不等于零，而为一定值（约正常运行的60%左右）。
这个功率主要消耗于机械损失上。
此时水泵里是充满水的，如果长时间的运行，会导致泵内温度不断升高，泵壳，轴承会发热，严重时可能使泵体热力变形，我们称为“闷水头”，此时扬程为最大值，当出水阀逐渐打开时，流量就会逐渐增加，轴功率亦缓慢的增加。
3）流量—效率曲线η=f（Q）Q-η
7M'v/?
&c1P_Y_|_O 它的曲线象山头形状，当流量为零时，效率也等于零，随着流量的增大，效率也逐渐的增加，但增加到一定数值之后效率就下降了，效率有一个最高值，在最高效率点附近，效率都比较高，这个区域称为高效率区。
图2 离心泵的理论定速特性曲线分析
4）离心泵的装置特性
将离心泵的扬程特性曲线和其工作管路的特性曲线画在同一坐标图上，称为泵的装置特性，如图3所示。
泵的扬程曲线与管路特性曲线的交点称为泵的工况点。
泵在工况点产生的扬程正好等于液体以此工况的流量流过该管路时所需的扬程。
工况点的参数即是此离心泵在该管路工作的性能参数。
当管路特性改变时，工况点也会相应改变。
离心泵使用时应尽可能在效率最高的额定工况点附近工作。
图3 离心泵的装置特性
5）离心泵的比转数
在在离心泵中，常将比转数理解为：
泵在最高效率下运转，产生扬程为lm，流量为0.075m²/s所消耗的功率为0.735kW时，所必须具有的转数。
几何相似的泵以额定工况（与叶片无撞击，速度三角形必定相似，即运动相似）输送同种液体（动力相似），其比转数必定相等。
但比转数相等的泵却不一定几何相似，因为同比转数的泵可设计成叶片数和叶片出口角不同，因此不一定几何相似。
不过，输送同样也踢得比转数相同的泵，如叶片数和出口角相同，一般多是几何相似。
利用比转数可对叶轮式泵大致分类，如下表所示：
表1 叶轮式泵按比转数的分类
泵的
类型
离心泵
混流泵
轴流泵
低比转数
中比转数
高比转数
比转数
30～80
80～150
150～300
300～500
500～1000
中轮
简图
尺寸比
D2/D0=2.5
D2/D0=2.0
D2/D0=1.8～1.4
D2/D0=1.2～1.1
D2/D0=1.0
叶片
形状
圆柱形
进口处扭曲形
出口处圆柱形
扭曲形
扭曲形
轴向机翼形
性能
曲线
形状
流量－扬程曲线特点
关闭扬程为设计工况的1.1～1.3倍；扬程水流量增加而减小，比转数小，变化缓慢；比转数增加，曲线变陡
关闭扬程为设计工况的的1.5～1.8倍；流量增加扬程变小，曲线较陡
关闭扬程约为设计工况的2倍；扬程曲线马鞍形，变化较急
流量－功率曲线特点
关闭功率较小，轴功率随流量增加而增加，比转数越大，曲线越平坦
流量增加轴功率略为减小
关闭功率成最大，设计工况附近曲线呈驼峰，流量再增加功率下降
流量－效率曲线特点
比较平坦，比转数增大，高效区变窄
高效区比离心泵窄，比轴流泵宽
急剧上升后，又急剧下降
2离心泵的结构
离心泵主要由泵体、叶轮、密封环、轴和轴套、轴承、填料函等部件组成。
有些离心泵还装有导轮、诱导轮、、平衡盘、对轮等。
1）泵体：
泵体也称泵壳，它是水泵的主体。
包括吸入室和压出室。
a.吸入室：
作用是使液体均匀的流进叶轮。
b.压出室：
作用是以最小的水力损失汇集从叶轮中流出的高速流体，将其引向泵的出口或下一级，并使液体的流速降低，将大部分动能转换为压力能。
2）叶轮：
叶轮是将原动机的机械能传递给被排送液体的部件，对泵的工作性能很重要。
a.按液体流入分类：
可分为单吸和双吸叶轮。
b.按叶轮结构分类：
可分为闭式、半开式和开式三种。
c.按照液体相对于旋转轴线的流动方向分类：
可分为径流式叶轮、轴流式叶轮和混流式叶轮。
3）泵轴：
轴的作用是借联轴器和电动机相连接，将电动机的转距传给叶轮，它是传递机械能的主要部件。
泵轴靠两端轴承支撑，在泵中做高速回转，因而泵轴要承载能力大、耐磨、耐腐蚀。
4）密封环：
密封环又称减漏环，是离心泵的易损件。
叶轮进口与泵壳间的间隙过大会造成泵内高压区的水经此间隙流向低压区，影响泵的出水量，效率降低！
间隙过小会造成叶轮与泵壳摩擦产生磨损。
为了增加回流阻力减少内漏，延缓叶轮和泵壳的所使用寿命，在泵壳内缘和叶轮外援结合处装有密封环，密封的间隙保持在0.25～1.10mm之间为宜。
5）轴封：
泵轴伸出泵壳处为了减少漏泄而装设的机械密封和填料函装置。
6）轴承：
轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，有滚动轴承和滑动轴承两种。
滚动轴承使用牛油作为润滑剂加油要适当一般为2/3～3/4的体积太多会发热，太少又有响声并发热！
滑动轴承使用的是透明油作润滑剂的,加油到油位线。
太多油要沿泵轴渗出并且漂*，太少轴承又要过热烧坏造成事故！
在水泵运行过程中轴承的温度最高在85度一般运行在60度左右，如果高了就要查找原因（是否有杂质，油质是否发黑，是否进水）并及时处理！
3离心泵常见故障分析
3.1离心泵的汽蚀
离心泵吸入的液体从泵吸入口流到叶片进口开始提高能量前，还会因进叶轮后通流面积减小流速增加，而且流速不均匀，再加上有流阻损失，以致压力进一步下降。
若水的压力降到饱和蒸汽压力或更低就会汽化，原溶于水中的气体也会逸出产生气泡。
这些气泡随液体流到高压区，气体会溶于水从而在许多处形成局部真空。
这时周围的水的质点会以极大的速度冲向众多的真空中心，互相撞击产生局部高压，引起频率600～25000Hz的噪声和振动，泵的流量、扬程和效率都会降低。
。
这种因气泡形成和破灭导致材料破坏的现象称为“汽蚀”。
如图4所示：
其中吸高ZS越大，有效汽蚀余量越小，断裂工况向小流量方向移动，泵不发生汽蚀的流量范围越来越小。
当有效汽蚀余量降低到小于必须汽蚀余量时，产生噪音、振动，压头明显降低，并出现脉动，称“不稳定汽蚀区”。
当有效汽蚀余量进一步降低，噪音和振动并不强烈，压头和流量脉动消失，特性曲线呈一条下垂线，此时部件的汽蚀破坏也不明显，这种工况称为“稳定汽蚀”。
防止汽蚀的措施：
1）提高装置的有效汽蚀余量——尽可能减小吸入管路的阻力，减小吸入高度或增大流注高度，避免吸入温度过高的水；2）减小泵的必须汽蚀余量；3）采用抗蚀材料提高叶轮抗汽蚀性能，提高同流表面的光洁度。
图4 离心泵的汽蚀特性曲线
3.2机械密封失效
1）机械密封摩擦副摩擦面的干摩擦是机械密封运行的最大障碍。
导致摩擦法摩擦面发生干摩擦的直接原因是机械密封腔内有存留空气，或者有外界空气吸入密封腔。
通常的做法是在泵的上端机械密封的下部设置一个密封腔，并在密封腔体下设置一个排气液管并使其与泵的吸入口相同通，在排气管下配置一个能够根据需要开关的泄放阀。
在泵启动之前将该阀打开，将密封腔内的空气放出到有液体排除后关闭。
图5 船用离心泵结构
2）机械密封中辅助密封的尺寸和形状的误差以及装配方式的不当也是造成密封失效的原因之一按照辅助密封的要求：
既要保证机械密封中静密封的密封性，又要为机械密封的摩擦副提供良好的浮动性和随动性。
3）机械密封中摩擦副的材料以及两种材料的配对选择也是影响其密封性能的一个重要原因。
采用表面硬度具有一定差值的硬质材料来作为船用离心泵机械密封的摩擦副配用材料能够取得较好的密封效果。
4）还有就是泵组件的装配质量和连接刚性以及泵的运行工况也对泵的机械密封有着重要的影响。
等等这些都需要我们管理人员在日常工作中密切注意、认真维护管理。
3.3启动后不能供液
离心泵不能供液可能是不能吸入液体或不能排出液体，具体情况有：
1）离心泵高于吸入液面而不能产生足够的真空度，无法吸上液体。
高于液面的船用离心泵通常有自吸装置，启动期间在泵吸口形成真空来“引水”。
如果启动一段时间后排压仍为零，泵壳上的检验旋塞放不出液体说明自吸失败。
应注意船用泵若排出管出口在液面以下，即使有排压且检验旋塞能放出液体，只要排压不超过排出管静压，仍可能是未吸入液体。
原因可能是：
①自吸失灵。
②吸入管或轴封漏气。
③吸入管漏出液面。
2）吸入真空度已大于“允许吸上真空度”，仍无法吸入液体。
若发现泵排出压力虽不升高，但吸入真空度较大，则可能液体已在泵的吸口汽化。
原因有：
①吸高过大；从真空容器吸入的泵则可能是流注高度太小或吸入液面真空度过大。
②吸入管流不通或阻过大。
③吸入液体温度过高，以致“允许吸上真空度”过小。
3）泵产生的封闭排出压力太低，无法排液。
若液体已经进入泵内，排出压力已上升但不够高，原因是在泵的方面——如叶轮松脱、淤塞或严重损坏；转速太低或转向弄反。
4）封闭排出压力正常，管路背压太高，无法排液。
原因可能是管路静能头太大，或排出阀未开，或另一台并联泵扬程过高。
3.4流量不足
根据装置特性来分析，不是泵的扬程曲线降低，就是管路的特性曲线变陡或上移，以致工况点向小流量方向移动。
原因可能是：
1）管路方面——管路静能头（排出高度或排出液面压力）过高或排出管阻力变大。
2）泵的方面——转速不够，阻漏环磨损使内部漏泄太大，叶轮破损或淤塞，吸入管或轴封漏气，吸入管浸入液体中太浅以致吸入了气体，泵工作中发生汽蚀等。
3.5电动机过载
船用离心泵多数是电动泵。
电动机过载时，过电流保护设备会因电流过大而自动断电停泵。
主要有以下几个方面原因：
1）检查电源的电压和频率是否正常。
电压降低则电流就会升高，这时电动机功率实际上并未增加，称为表面过载。
另外，如电流频率增高，则电动机的转速将成正比的增大，泵的轴功率就会增加。
2）盘车检查泵的摩擦阻力是否太大。
若盘车比正常时紧，可能是填料压盖过紧，或机械轴封安装不当（弹簧过紧），以及泵轴弯曲、对中不良、叶轮擦碰或轴承严重磨损等。
3）检查所送液体的黏度、密度是否超过设计要求。
4）双吸叶轮如果装反，则后弯叶片变成前弯叶片，也会使泵过载。
5）必要时让电动机和泵脱开运转，如测得电流比正常的空载电流高，则表明电机本身有毛病（转子擦碰、缺相运转等）。
应该说明，如因管路条件使扬程很低，以至离心泵流量显著超过额定流量，则其功率将超过额定功率，不过一般所配电动机都有功率余量。
3.6运转时振动过大或产生异常声响
离心泵振动和噪声异常的原因可分为机械方面和液体方面两类。
1）机械方面：
①转动部件不平衡。
②动、静部件擦碰。
③底座不好。
④泵轴对中不好。
⑤原动机本身振动，可脱开联轴节进行运转检查。
2）液体方面的原因：
①气穴现象。
通常在流量较大时产生，频率较高（600～25000Hz），可通过查看吸入真空度是否过大帮助判断。
②喘振现象。
有驼峰形扬程曲线的离心泵向静能头较大且周期性变化的容器（例如压力水柜）供液时，或向流动阻力较大而某处又积有相当数量气体的管路供液时，由于工况点不稳定，周期性的变化，有可能发生喘振，其频率通常在0.1～10Hz之间。
如图5：
喘振
（1）：
液位上升→管阻线Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ上移，工作点A→B→C变化。
发生工况点在B→C→O之间周而复始的循环，导致周期性的水击、噪声和振动。
图6
如图6：
喘振
（2）：
K处有气体，压力不高→工况点在A。
L后处管阻大→管阻曲线为→R。
K处压力上升，管阻曲线Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ上移，工作点A→B→C，直至流量降为零，而后K处压力迅速下降，发生工况点在B→C→O之间周而复始的循环，导致周期性的水击、噪声和振动。
图7
4离心泵的使用及维护
在日常工作中对泵的正确使用和维护也是减少泵发生故障的重要手段。
直接影响到机器的使用寿命、使用效率、经济效益以及人身和机组的安全。
4.1离心泵的选择
准确选择离心泵的流量、扬程可以确保离心泵在使用过程中处于最佳的性能状态。
若离心泵在低流量状态下运转，在离心泵内会造成环流漩涡，并产生径向力，使叶轮处于不平衡状态，轴承负荷加大，引起密封和轴承受损。
严重的低流量还能使流体温度升高、涡轮和泵壳受损，并增加本周的偏斜，甚至使泵轴发生疲劳断裂。
离心泵大部分采用滚动轴承，而滚动轴承的元件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，除个别点以外，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包围之中。
轴承润滑通常用油槽或油雾进行润滑。
为了保证滚动体和接触面之间形成一定厚度的油膜，采用中碱度的涡轮油（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剂的氧化，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。
除温度外，水和污染物也是影响润滑油质量下降的重要因素。
滚动轴承具有原始径向游隙和轴向游隙，通常用的单列向心轴承来说，径向游隙为0.01mm-0.04mm，而轴向游隙为上述的7-10倍。
表2 不同轴承直径的径向游隙
轴承直径（mm）
径向游隙（mm）
滚动轴承
圆柱轴承
极限值
20-20
0.01-0.02
0.03-0.05
0.1
35-50
0.01-0.02
0.05-0.07
0.2
55-80
0.01-0.02
0.06-0.08
0.2
85-120
0.02-0.03
0.08-0.10
0.3
130-150
0.02-0.04
0.10-0.12
0.3
4.2离心泵的安装
4.2.1水泵安装位置的选择
在确保安全的情况下，水泵安装位置尽可能靠近水源和陡坡，以缩短进出水管的长度，减少不必要的弯管和接头，以减少漏气可能和扬程损失。
水泵距河面或进水池水面的垂直高度，在最枯水位时必须小于水泵的允许最大吸水扬程，且在洪水季节不淹没机组。
安装水泵的地基应坚固、干燥，以免水泵在运行中因震动造成下陷和电机受潮。
安装水泵的地点要有足够的工作场地，以便拆卸和检修。
4.2.2水泵与动力机的安装
1.水泵与动力机直接连接时，一定要采用整体式底座，且注意底座平整。
2.采用联轴器直接连接的机组，水泵和动力机轴必须同心，以防因振动而损坏机件。
3.采用皮带传动时，一般两皮带轮中心距不少于2m，皮带的紧边应在下，松边应在上。
4.2.3水泵与进水管，出水管路的安装
1.进水管路支撑必须牢固，不能坠在水泵上，各接头应严格密封，不得漏气。
2.弯头不能直接与水泵进口相连接，必须装一段长约为3倍直径的直管，否则将造成水泵进水口水流紊乱，影响水泵效率。
3.带底阀的进水管应垂直安装，如因地形限制必须斜装时，与水面的夹角应大于45度，且阀门轴销方向应在水平方向，以免底阀不能关闭或关闭不严，影响水泵工作。
4.进水管任何部分，都不应高出水泵进水口的上边缘，以防泵内聚集空气，影响吸水效果。
5.为减小功率消耗，水泵出水管口尽量接近水池水面或浸没于水池水面以下，不可过多的高出水池。
在安装过程中还要密切注意安装精度，在安装完成后还得仔细检查校正。
表3单吸离心泵联轴器与电机对轮距离
设备大小
端面距离
大型
8-12mm
中型
6-8mm
小型
3-6mm
表4 双吸离心泵叶轮与密封环配合间隙
密封环内径
中间隙
最小
最大
80-120mm
0.30mm
0.45mm
120-180mm
0.35mm
0.50mm
180-260mm
0.45mm
0.70mm
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