項目一　離心泵的操作與養護

一、操作準備知識

在醫藥生產中，常常需要將流體從低處輸送到高處，或從低壓送至高壓，或沿管道送至較遠的地方。為達到此目的，必須對流體加入外功，以克服流體阻力及補充輸送流體時所不足的能量。為液體提供能量的機械稱為泵。泵的種類很多，按照工作原理不同，可以分為離心式、往復式和旋轉式三種，其中離心泵在生產中應用最為廣泛。離心泵具有結構簡單、流量大且均勻、操作方便的優點。它在醫藥生產中得到廣泛的應用，約占生產用泵的80%～90%。

（一）離心泵工作原理

離心泵結構如圖1-1所示。在離心泵蝸殼形泵殼內，有一固定在泵軸上的工作葉輪。葉輪上有6～12片稍微向后彎曲的葉片，葉片之間形成了使液體通過的通道。泵殼中央有一個液體吸入口與吸入管連接。液體經底閥和吸入管進入泵內。泵殼上的液體壓出口與壓出管連接，泵軸用電機或其他動力裝置帶動。啟動前，先將泵殼內灌滿被輸送的液體。啟動時，泵軸帶動葉輪旋轉，葉片之間的液體隨葉輪一起旋轉，在離心力的作用下，液體沿著葉片間的通道從葉輪中心進口處被甩到葉輪外圍，以很高的速率流入泵殼。液體流到蝸形通道后，由于截面逐漸擴大，大部分動能轉變為靜壓能。于是液體以較高的壓力，從壓出口進入壓出管，輸送到所需的場所。

當葉輪中心的液體被甩出后，泵殼的吸入口就形成了一定的真空，外面的大氣壓力迫使液體經底閥吸入管進入泵內，填補了液體排出后的空間。這樣，只要葉輪旋轉不停，液體就源源不斷地被吸入與排出。

離心泵若在啟動前未充滿液體，則泵殼內存在空氣。由于空氣密度很小，所產生的離心力也很小。此時，在吸入口處所形成的真空不足以將液體吸入泵內，雖啟動離心泵，但不能輸送液體。此現象稱為“氣縛”。為便于使泵內充滿液體，在吸入管底部安裝帶吸濾網的底閥，底閥為止逆閥，濾網是為了防止固體物質進入泵內，損壞葉輪的葉片或妨礙泵的正常操作。

（二）離心泵的主要部件

離心泵的主要部件有葉輪和泵殼。

1.葉輪

從離心泵的工作原理可知，葉輪是離心泵最重要的部件。按結構可分為以下三種：開式葉輪、半開式葉輪和閉式葉輪。結構如圖1-2所示。

開式葉輪兩側都沒有蓋板，制造簡單、清洗方便，但由于葉輪和殼體不能很好地密合，部分液體會流回吸液側，因而效率較低，適用于輸送含雜質的懸浮液。半開式葉輪吸入口一側沒有前蓋板，而另一側有后蓋板，也適用于輸送懸浮液。閉式葉輪葉片兩側都有蓋板，這種葉輪效率較高，應用最廣，但只適用于輸送清潔液體。開式或半開式葉輪的后蓋板與泵殼之間的縫隙內，液體的壓力較入口側為高，這使葉輪遭受到向入口端推移的軸向推力。軸向推力能引起泵的震動，軸承發熱，甚至損壞機件。為了減弱軸向推力，可在后蓋板上鉆幾個小孔，稱為平衡孔，讓一部分高壓液體漏到低壓區以降低葉輪兩側的壓力差。這種方法雖然簡便，但由于液體通過平衡孔短路回流，增加了內泄漏量，因而降低了泵的效率。

按吸液方式的不同，離心泵可分為單吸和雙吸兩種。單吸式構造簡單，液體從葉輪一側被吸入；雙吸式比較復雜，液體從葉輪兩側吸入。顯然，雙吸式具有較大的吸液能力，而且基本上可以消除軸向推力。

2.泵殼

離心泵的外殼多做成蝸殼形，其內有一個截面逐漸擴大的蝸形通道。從離心泵的工作過程可以看到，泵殼的作用是集液和能量轉換。葉輪在泵殼內順著蝸形通道逐漸擴大的方向旋轉。由于通道逐漸擴大，以高速率從葉輪四周拋出的液體可逐漸降低流速、減少能量損失，從而使部分動能有效地轉化為靜壓能。有的離心泵為了減少液體進入蝸殼時的碰撞，在葉輪與泵殼之間安裝一固定的導輪，導輪具有很多逐漸轉向的孔道，使高速液體流過時能均勻而緩慢地將動能轉化為靜壓能，使能量損失降到最低程度。泵殼與軸要密封好，以免液體漏出泵外，或外界空氣漏進泵內。

（三）離心泵的主要性能參數

為了正確選擇和使用離心泵，需要了解離心泵的性能。離心泵的主要性能參數為流量、揚程、效率和有效功率。

1.流量

泵的流量（又稱送液能力）是指單位時間內泵所輸送的液體體積。用符號Vs表示，單位為L/ s或m3/h。

2.揚程

泵的揚程（又稱泵的壓頭）是指單位重量液體流經泵后所獲得的能量，用符號H表示，單位為米液柱。離心泵壓頭的大小取決于泵的結構（如葉輪直徑的大小、葉片的彎曲情況等）、轉速及流量。

3.效率

液體在泵內流動的過程中，由于泵內有各種能量損失，泵軸從電機得到的軸功率，沒有全部為液體所獲得。泵的效率就是用以反映這種能量損失的。泵內部損失主要有三種，即容積損失、水力損失及機械損失。泵的效率用η來表示。

4.有效功率

泵的有效功率是指單位時間內液體從泵中葉輪獲得的有效能量，用符號Ne表示，可寫成：

Ne=VsHρg

式中　Ne——泵的有效功率，W；

　　　Vs——泵的流量，m3/s；

　 　 　H——泵的壓頭，m ；

　　  　ρ——液體的密度，kg/m3；

　　  　g——重力加速度，m/s2。

由于有容積損失、水力損失與機械損失，所以泵的軸功率N要大于液體實際得到的有效功率。由于泵在運轉時可能發生超負荷，所配電動機的功率應比泵的軸功率大。在機電產品樣本中所列出的泵的軸功率，除特殊說明以外，均系指輸送清水時的數值。

（四）離心泵的特性曲線

離心泵的壓頭、流量、功率和效率是離心泵的主要性能參數。這些參數之間的關系曲線稱為離心泵的特性曲線，如圖1-3所示，可通過實驗測定。特性曲線是在固定的轉速下測出的，只適用于該轉速。轉速不同，泵的特性曲線也不同。

1. H-Vs曲線

H-Vs曲線表示泵的揚程與流量的關系。曲線表明離心泵的揚程在較大流量范圍內是隨流量增大而減小的。不同型號的離心泵，H-Vs曲線的形狀有所不同。如有的曲線較平坦，適用于揚程變化不大而流量變化較大的場合；有的曲線比較陡峭，適用于揚程變化范圍大而不允許流量變化太大的場合。

2. N-Vs曲線

N-Vs曲線表示泵的軸功率與流量的關系，曲線表明泵的軸功率隨流量的增大而增大。顯然，當流量為零時，泵軸消耗的功率最小。因此，啟動離心泵時，為了減小啟動功率，應將出口閥關閉。

3. η-Vs曲線

η-Vs曲線表示泵的效率與流量的關系。曲線表明開始效率隨流量的增大而增大，達到最大值后，又隨流量的增大而下降。該曲線最大值相當于效率最高點。泵在該點所對應的壓頭和流量下操作，其效率最高。所以該點為離心泵的設計點。選泵時，總是希望泵在最高效率下工作，因為在此條件下操作最為經濟合理。但實際上泵往往不可能正好在該條件下運轉，因此，一般只能規定一個工作范圍，稱為泵的高效率區。高效率區的效率應不低于最高效率的92%左右。泵在銘牌上所標明的都是最高效率下的流量、壓頭和功率。

（五）離心泵的工作點與流量調節

當離心泵安裝在一定的管路系統中工作時，其壓頭和流量不僅與離心泵本身的特性有關，而且還取決于管路的工作特性。管路特性曲線表示流量通過某一特定管路所需要的揚程與流量的關系。可以寫成He=A+B，其中A是不變的，B主要跟管路阻力有關。曲線如圖1-4所示。管路特性與離心泵的性能無關。

1.離心泵的工作點

將泵的特性曲線與管路的特性曲線繪在同一坐標系中，兩曲線的交點稱為泵的工作點P，如圖1-5所示。顯然，該點所表示的流量與壓頭，既是管路系統所要求，又是離心泵所能提供的。若該點所對應的效率是在最高效率區，則該工作點是適宜的。

2.流量調節

泵在實際操作過程中，經常需要調節流量。從泵的工作點可知，調節流量實質上就是改變離心泵的特性曲線或管路特性曲線，從而改變泵的工作點的問題。所以，離心泵的流量調節，不外從兩方面考慮：其一是在排出管線上裝適當的調節閥，以改變管路特性曲線；其二是改變離心泵的轉速或改變葉輪外徑，以改變泵的特性曲線。兩者均可以改變泵的工作點，以調節流量。

（六）離心泵的汽蝕現象與預防措施

當離心泵入口處的壓力小于該液體在該溫度下的飽和蒸汽壓時，將有部分汽化，小氣泡隨液體流到葉輪內的高壓區域，小氣泡便會突然破裂，其中的蒸汽會迅速凝結，周圍的液體將以高速沖向剛消失的氣泡中心，造成很高的局部沖擊壓力，沖擊葉輪，發生噪聲，引起震動，金屬表面受到壓力大、頻率高的沖擊而剝蝕，使葉輪表面呈現海綿狀，這種現象稱為“汽蝕”。開始汽蝕時，汽蝕區域小，對泵的正常工作沒有明顯影響，當汽蝕發展到一定程度時，氣泡產生量較大，液體流動的連續性遭到破壞，泵的流量、揚程、效率均明顯下降，不能正常操作。

為避免汽蝕發生，可采取以下措施：降低泵的安裝高度（提高吸液面位置或降低泵的安裝位置），必要時采用倒灌方式；泵的位置盡量靠近液源，以縮短吸入管長度；減少吸入管路拐彎并省去不必要的管件和閥門；盡量減少吸入管路的壓頭損失；在工作泵前增加1臺升壓泵；降低泵所輸送液體的溫度，以降低汽化壓力；設置前誘導輪；過流部件采用耐汽蝕的材料等。

（七）水泵的選型

水泵的選型主要是看設計工藝的要求、工作介質、工作介質特性、揚程、流量、環境和介質溫度等數據。合適的水泵不但工作平穩、壽命長，且能最大限度地節省成本。下面是一般水泵選型的步驟。

1.選泵列出基本數據

（1）介質的特性　介質名稱、密度、黏度、腐蝕性、毒性等。

（2）介質中所含固體的顆粒直徑、含量多少。

（3）介質溫度　單位為℃。

（4）所需要的流量　一般工業用泵在工藝流程中可以忽略管道系統中的泄漏量，但必須考慮工藝變化時對流量的影響。

（5）壓力　包括吸水池壓力、排水池壓力、管道系統中的壓力降（揚程損失）。

（6）管道系統數據　包括管徑、長度、管道附件種類及數目，吸水池至壓水池的幾何標高等。

（7）如果需要的話，還應做出裝置特性曲線。

（8）在設計布置管道時，應注意如下事項。

① 合理選擇管道直徑。管道直徑大，在相同流量下，液流速率小，阻力損失小，但價格高；管道直徑小，會導致阻力損失急劇增大，使所選泵的揚程增加，配帶功率增加，成本和運行費用都增加。因此應從技術和經濟的角度綜合考慮。

② 排出管及其管接頭應考慮所能承受的最大壓力。

③ 管道布置。應盡可能布置成直管，盡量減小管道中的附件和盡量縮小管道長度，必須轉彎的時候，彎頭的彎曲半徑應該是管道直徑的3～5倍，角度盡可能大于90℃。

④ 泵的排出側必須裝設閥門（球閥或截止閥等）和止回閥。閥門用來調節泵的工況點，止回閥在液體倒流時可防止泵反轉，并使泵避免水錘的打擊（當液體倒流時，會產生巨大的反向壓力，使泵損壞）。

2.流量的確定

（1）如果生產工藝中已給出最小、正常、最大流量，應按最大流量考慮。

（2）如果生產工藝中只給出正常流量，應考慮留有一定的余量。對于Vs>100m3/h的大流量低揚程泵，流量余量取5%；對Vs<50m3/h的小流量高揚程泵，流量余量取10%；50m3/h≤Vs≤100m3/h的泵，流量余量也取5%；對質量低劣和運行條件惡劣的泵，流量余量應取10%。

（3）如果基本數據只給重量流量，應換算成體積流量。

二、標準操作規程

（一）離心泵的安裝

（1）泵的安裝是否合理，對泵的正常運行和使用壽命有很重要的影響，所以安裝前必須仔細校正，不得草率，按廠家提供的安裝尺寸預埋好地腳螺栓，做好混凝土基礎。

（2）必須保證泵工作時不超過其允許汽蝕余量。泵的吸上高度必須根據泵的汽蝕余量特性、管路阻力損失特性及高溫水吸入液面壓力來確定。

（3）泵在吸上使用情況下，應在泵的吸入管路安裝底閥，并在出口管路上設置灌液螺孔或閥門，以供啟動時灌泵用；泵在倒灌使用情況下，應在吸入管路上安裝閥門和過濾器，以免雜物進入。揚程高的泵應在出口流量控制閥門的外端管路上安裝止逆閥，以防止突然停機時的水錘破壞。

（4）吸入或排出管路應該另有支架，不能用泵作支撐。

（5）檢查泵的運轉部件是否有卡住現象，應嚴格檢查泵軸與電機的同軸度，最后用手轉動聯軸器，轉動輕松、均勻、無碰擦現象則為正常。

（6）安裝泵的地點，應便于巡回檢查和檢修。

（二）離心泵的操作

1.啟動前的準備工作

① 詳細了解被輸送物料的物理、化學性質及工作條件。②將泵和現場清理干凈；檢查各部分螺栓、連接件是否有松動，有松動的要加以緊固，在緊固地腳螺栓時要重新對中找正。③檢查托架內潤滑油量、油位計是否完好。檢查封油、冷卻水系統，應無堵塞，無泄漏。④打開各管路閥門，用壓縮空氣吹洗整個管路系統。⑤檢查確認電動機與泵的工作葉輪轉向箭頭一致，接好聯軸器。⑥手動盤車，檢查機組轉動是否靈活。

2.啟動

① 關閉壓力表閥、真空表閥、出口閥。②向泵與吸入管路灌滿水，吸入管路不準有存氣或漏氣現象，關閉放氣閥。③開冷卻水、密封部件沖洗液等。④啟動電動機，打開壓力表、真空表閥，啟動時應關閉出口閥，待電機運轉正常后，再逐漸打開出口閥調節所需流量。關閉出口閥時泵連續工作不能超過3min。⑤泵運轉時，要定期檢查軸承的發熱情況，軸封的泄漏情況，要保持潤滑良好，注意有無噪聲產生。如果泵運轉中發現有異常聲響時，應立即停車檢查。

3.停車

① 先關閉壓力表閥和真空表閥，再慢慢關閉離心泵的出口閥。使泵輕載，又能防止液體倒灌，以免管路內液體倒流，使葉輪受到沖擊而損壞。②按電動機按鈕，停止電動機運轉。③關閉離心泵的進口閥和冷卻水、密封液閥等。④如環境溫度低于0℃，停車后應將泵內水放出，以防凍裂。⑤長期停止使用，應將泵拆洗上油，妥善保管。

三、維護與保養

① 定期檢查泵和電機，更換易損零件。②經常注意對軸承箱加注潤滑脂，以保證良好的潤滑狀態。③長期停機不使用時，除將泵內腐蝕性液體放凈外，更要注意把各部件及泵內流動的殘液清洗干凈，并切斷電源。④介質中如有固體顆粒，必須在泵入口處加裝過濾器。

四、常見故障及處理方法

離心泵的常見故障及處理方法見表1-1。

五、拓展知識鏈接

（一）往復泵

1.結構

如圖1-6所示，往復泵由泵缸、吸入單向閥、排出單向閥、活塞、活塞桿及傳動機構等組成。泵缸內活塞與單向閥間的空間為工作室。

2.工作原理

傳動機構將電動機的旋轉運動轉化為活塞的往復運動。隨著活塞向右移動，工作室的容積增大，泵內壓力降低，上端排出閥關閉，下端的吸入閥打開，液體開始吸入泵內；當活塞向左移動，工作室的容積減小，泵內壓力增大，下端的吸入閥關閉，上端的排除閥打開，液體從泵內排出，直到活塞移動到最左端時排液結束，完成一個工作循環。

活塞不斷往復運動，液體就交替地被吸入和排出。往復泵是利用活塞移動對液體做功，將能量以靜壓力的形式直接傳給液體。

3.分類

（1）按往復運動件的形式分類　往復泵分為以下三類，如圖1-7所示。

① 活塞泵。工作室內做直線往復運動的元件有密封件（活塞環、填料等）的泵。往復運動件為圓盤形的活塞。活塞泵適用于中、低壓工況。

② 柱塞泵。工作室內做直線往復運動的元件上無密封件，但在不動件上有密封件（填料、密封圈等）的泵。往復運動件為光滑的圓柱體，即柱塞。柱塞泵的排出壓力很高。

③ 隔膜泵。借助于膜狀彈性元件在工作室內做周期性撓曲變形的泵。隔膜泵適用于輸送強腐蝕性、易燃易爆及含有固體顆粒的液體和漿狀物料。

（2）按主要用途分類　可分為計量泵、試壓泵、船用泵、清洗機用泵、注水泵等。計量泵包括柱塞計量泵、隔膜計量泵等，是定量輸送不可或缺的設備。在連續和半連續的生產過程中，如果需要按照工藝的要求來精確、定量地輸送液體，甚至將兩種或兩種以上的液體按比例進行輸送，就必須使用計量泵。

4.往復泵的流量調節

（1）旁路調節　旁路調節是所有容積式泵（包括往復泵和旋轉泵）及旋渦泵的通用流量調節手段。通過旁路上調節閥和安全閥的共同調節，使壓出流體超出需要的部分返回吸入管路，達到調節主管流量的目的。

（2）改變曲柄轉速　改變減速裝置的傳動比可以改變曲柄轉速，達到調節流量的目的。

（3）改變活塞行程　改變曲柄半徑或偏心輪的偏心距可以改變活塞行程，達到調節流量的目的。

（二）旋轉泵

旋轉泵的工作原理是靠泵內一個或幾個轉子的旋轉作用來吸入和排出液體。旋轉泵的形式很多，下面主要介紹三種常用的旋轉泵，即齒輪泵、螺桿泵和蠕動泵。

1.齒輪泵

齒輪泵的結構如圖1-8所示，主要由泵殼和一對相互嚙合的齒輪組成。其中由電機帶動的齒輪叫主動輪，另一個齒輪叫從動輪。當按圖示方向旋轉時，兩齒輪的齒相互分開，在左側腔體形成低壓而將液體吸入，然后分兩路沿殼壁推送至排出腔，在右側形成高壓將液體排出。齒輪泵的流量小、壓頭高，大多用來輸送黏稠液體及膏狀物料，不適合輸送含有固體顆粒的懸浮液和有腐蝕性質的液體。

2.螺桿泵

螺桿泵的結構如圖1-9所示，主要由泵殼和一個或幾個螺桿組成。雙螺桿泵的工作原理與齒輪泵類似。螺桿泵的特點是揚程高、效率高、無噪聲、震動小、流量均勻，適合揚程需要很高的場合或高壓下輸送黏稠液體。

3.蠕動泵

蠕動泵又稱軟管泵，它的結構如圖1-10所示，是通過旋轉的滾柱使膠管蠕動來輸送液體。蠕動泵能輸送一些帶有敏感性、強腐蝕性、黏稠、純度要求高、具有磨削作用及含有一定顆粒狀物料的介質。廣泛應用于制藥、化工等行業。