任務5　選用液體輸送機械

認識液體流體輸送設備的種類、結構組成、工作原理以及適用的范圍。液體輸送過程中常用的泵包括：離心泵、往復泵、隔膜泵、齒輪泵、螺桿泵以及旋渦泵等。本任務中我們將根據液體流體的性質、輸送目的和工藝條件要求，選擇恰當的輸送設備類型、確定設備參數，以適合于生產工藝要求。

子任務1　 認識液體輸送設備

本任務中，我們要了解液體流體輸送目的及設備的分類，理解與掌握輸送液體流體的離心泵、往復泵及其他類型的泵的結構、特點、用途以及適用的場合。

知識儲備

一、流體輸送機械

（1）流體輸送機械在化工生產中的應用

①為流體提供動力，以滿足輸送要求；

②為工藝過程創造必要的壓強條件。

（2）流體輸送設備的分類　化工生產中要輸送的流體種類繁多，流體的溫度、壓力、流量等操作條件也有較大的差別。為了適應不同情況下輸送流體的要求，需要不同結構和特性的流體輸送機械。

一般來說流體輸送機械可分為液體輸送機械（通稱為泵）和氣體輸送機械（如風機、壓縮機、真空泵等）。

流體輸送機械的分類方法有多種，按其工作原理可分為四大類。

①葉輪式（又稱動力式）。利用高速旋轉的葉輪使流體獲得能量，包括離心式、軸流式和旋渦式流體輸送機械。

②容積式（又稱正位移式）。利用活塞或轉子的擠壓使流體獲得能量，包括往復式和旋轉式輸送機械。此類流體輸送機械的突出特點是在一定工作條件下可維持所輸送的流體排出量恒定，而不受輸送管路壓頭的影響，故又稱為定排量式流體輸送機械。

③流體作用式。包括水噴射泵、蒸汽噴射泵、空氣升揚器、虹吸管等。

④其他。如磁力泵等。

二、離心泵

離心泵是一種最常用的液體輸送設備（使用量占泵總量的70%～80%），其特點是結構簡單、流量易于調節、適用不同種類的流體及安裝使用方便。下面主要來介紹離心泵。

1.離心泵的工作原理

離心泵如圖1-62所示。啟動前，應先將泵殼和吸入管路充滿被輸送液體。啟動后，泵軸帶動葉輪高速旋轉，在離心力的作用下，液體從葉輪中心甩向外緣，流體在此過程中獲得能量，靜壓能和動能均有所提高。液體離開葉輪進入泵殼后，由于泵殼中流道逐漸加寬，液體流速逐漸降低，又將一部分動能轉變為靜壓能，使泵出口處液體的靜壓能進一步提高，最后以高壓沿切線方向排出。液體從葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心形成低壓，在儲槽液面和泵吸入口之間壓力差的作用下，將液體吸入葉輪。可見，只要葉輪不停地轉動，液體便會連續不斷地吸入和排出，達到輸送的目的。

若離心泵啟動前泵殼和吸入管路中沒有充滿液體，則泵殼內存有空氣，而空氣的密度又遠小于液體的密度，故產生的離心力很小，因而葉輪中心處所形成的低壓不足以將儲槽內液體吸入泵內，此時雖啟動離心泵，也不能輸送液體，此種現象稱為氣縛現象，因此，離心泵在啟動前必須灌泵。

2.離心泵的主要部件

離心泵最基本的部件包括供能裝置（葉輪）、能量轉換裝置（泵殼、導輪）以及軸封等。

（1）葉輪　葉輪是離心泵的核心部件，其主要功能是提供液體流動和上升所需的動能和靜壓能。按機械結構，葉輪分為開式、半開式和閉式三種結構形式，如圖1-63所示。閉式葉輪兩側有前后蓋板，易被固體雜物堵塞，故適用于輸送清潔液體。開式葉輪（無前后蓋板）和半開式葉輪（只有后蓋板）流通截面大，不易堵塞，適用于輸送含有固體顆粒或黏度較大的液體，但效率低于閉式葉輪。

閉式和半閉式葉輪在運轉時，離開葉輪的一部分高壓液體可漏入葉輪與泵殼之間的空腔中，因葉輪前側液體吸入口處壓強低，故液體作用于葉輪前、后側的壓力不等，便產生了指向葉輪吸入口側的軸向推力。該力推動葉輪向吸入口側移動，引起葉輪和泵殼接觸處的摩損，嚴重時造成泵的振動，破壞泵的正常操作。在葉輪后蓋板上鉆若干個小孔，可減少葉輪兩側的壓力差，從而減輕了軸向推力的不利影響，但同時也降低了泵的效率。這些小孔稱為平衡孔。

葉輪上葉片的幾何形狀有后彎、徑向和前彎三種，實踐證明后彎葉片有利于液體的動能轉化為靜壓能，故后彎葉片應用廣泛。

按吸液方式，葉輪分為單吸式和雙吸式兩種，如圖1-64所示。單吸式葉輪只能從一側吸入液體，結構簡單。雙吸式葉輪可同時對稱地從葉輪兩側吸入液體，既增大了吸液能力，又基本上消除了軸向推力，但結構較復雜。

（2）離心泵的泵殼和導輪　如圖1-65所示，離心泵泵殼多為蝸牛殼狀，故又稱蝸殼。這種液體流道截面沿流向逐漸擴大并彎轉，使液體流速漸小、流向漸變，既利于液體匯集，又利于液體動能有效地轉化為靜壓能，同時還可減小摩擦阻力損失和沖擊能量損失。

為減小高速液體直接沖擊泵殼引起的能量損失，有時在泵殼上安裝帶有葉片的固定的導輪。導輪上葉片的彎曲方向恰好適應從葉輪甩出的液體流向，引導液體逐漸轉向并隨流道擴大而減速，使部分動能有效轉化成靜壓能。通常，多級離心泵都安裝導輪。

蝸牛殼形泵殼、導輪和葉輪的后彎葉片，均能提高動能轉化為靜壓能的效率，都可稱為能量轉化部件。

（3）離心泵的軸封裝置　泵軸與泵殼之間的密封稱為軸封，其作用是防止泵殼內高壓液體沿軸外漏，同時防止空氣進入泵內。常用的軸封裝置有機械密封和填料密封兩種。機械密封的密封效果好，功耗小，壽命長，適于輸送酸、堿、易燃易爆及有毒的液體，但造價高、維修麻煩。填料密封結構簡單，但需經常維修，且不能完全避免泄漏，只適用于對密封要求不高的場合。

①填料密封（填料函或盤根紗）。填料采用浸油或涂石墨的石棉繩。注意：不能用干填料；不要壓得過緊以避免填料的破損，允許有液體滴漏（1滴/s）；不能用于酸、堿、易燃易爆液體的輸送。

②機械密封（又稱端面密封）。機械密封是轉軸上的動環和殼體上的靜環構成的，兩環之間形成一個薄薄的液膜起密封和潤滑作用。機械密封密封性好、功率消耗低，多用于酸、堿、易燃易爆的液體輸送，但造價相對較高。

3.離心泵的類型

在化工生產中被輸送液體的性質、流量、壓力、溫度等差異很大，為適應各種不同的要求，人們已制造出種類眾多的離心泵。例如，按輸送液體性質，可分為清水泵、油泵、耐腐蝕泵、雜質泵等；按液體被吸入的方向可分為單吸泵和雙吸泵；按泵內葉輪的數目可分為單級泵和多級泵。

（1）清水泵　在化工生產中，清水泵被廣泛用于輸送清水以及物理、化學性質類似于水的清潔液體。常用的型號有IS型、D型、Sh型三類。

①IS型離心泵。IS型離心泵是單級單吸懸臂式離心水泵，其結構如圖1-66所示，全系列揚程范圍為8～98m，流量范圍為45～360m3/h。

②D型離心泵。如果運送要求揚程較高、流量中等，則可采用D型多級離心泵。D型多級離心泵在一個泵體內串聯多個葉輪。液體進入泵后由第一葉輪中心甩至該葉輪外緣，隨即進入第二葉輪，又由第二葉輪甩出后，隨即進入第三葉輪，依此順序經過其余葉輪，故產生的揚程高。液體每經一個葉輪就增加一級能量，葉輪個數越多，級數就越多，故產生的揚程也就越高。如圖1-67所示的為四級離心泵，外形圖為多級離心泵。一般為2～9級，最多達12級，揚程范圍為14～351m，流量范圍為10.8～850m3/h。

③Sh型離心泵。若輸送液體的流量大而壓頭不高，則可采用雙吸式Sh型離心泵。如圖1-68所示，此系列泵的葉輪有兩個吸入口，且由于葉輪厚度與直徑之比較大，故輸液量較大。Sh型離心泵的揚程范圍為9～140m，流量為120～12500m3/h。

（2）耐腐蝕泵　輸送酸、堿、濃氨水等腐蝕性液體時，必須用耐腐蝕泵，如圖1-69所示。泵內與腐蝕性液體接觸的部件，都用各種耐腐蝕材料制造，系列代號為F。全系列流量范圍為2～400m3/h，揚程范圍為15～195m。

（3）油泵　輸送石油產品的泵稱為油泵，系列代號為Y。由于石油產品具有易燃和易爆的特點，因此此類泵的一個重要要求是密封完善，且油泵的進、出口方向均是向上的，呈Y形。當輸送200℃以上的熱油時，還要求有較好的冷卻效果，一般在熱油泵的軸封裝置和軸承處裝有冷卻水夾套。

（4）雜質泵　輸送含有懸浮物流體時常采用雜質泵，系列代號為P，PW表示污水泵，PS表示砂泵，PN表示泥漿泵。對這類泵的要求是：不易被雜質堵塞，耐腐并且容易拆洗。為此，雜質泵采用寬流道，葉片數目少，采用半開或開式葉輪，且泵殼內還可襯以耐磨的鑄鋼護板。

（5）磁力泵　磁力泵是一種高效節能的特種離心泵，如圖1-70所示。磁力泵采用永磁聯軸驅動，無軸封，消除液體滲漏，使用極為安全；在泵運轉時無摩擦，故非常節能。主要用于輸送不含有固體體顆粒的酸、堿、鹽溶液和揮發性、劇毒性液體等，特別適用于易燃易爆液體的輸送。磁力泵輸送的介質密度應小于1300kg/m3，黏度不大于30×10-6Pa·s，輸送介質應不含有鐵磁性和纖維物質。磁力泵對于泵體為金屬材質或F46襯里，最高工作溫度為80℃，額定壓力為1.6MPa；高溫磁力泵的使用溫度小于350℃；對于泵體為非金屬材質的情況，最高溫度不超過60℃，額定壓力為0.6MPa。磁力泵的軸承采用被輸送的介質進行潤滑冷卻，嚴禁空載運行。

（6）屏蔽泵　屏蔽泵可用來輸送易燃、易爆、劇毒及具有放射性液體。常采用的無泄漏的屏蔽泵如圖1-71所示。其結構特點是葉輪和電機聯為一個整體封在同一泵殼內，不需要軸封裝置。屏蔽泵在啟動時應嚴格遵守出口閥與入口閥的開啟順序，停泵時先將出口閥關小，當泵運轉停止后，先關閉入口閥再關閉出口閥。采用該泵安全無泄漏，有效地避免了環境污染和物料損失。

各類型離心泵的結構特點及用途見表1-12。

三、其他種類的泵

（1）往復泵　往復泵也是化工生產上較為常用的一種泵，主要由泵體、活塞（或柱塞）和單向閥構成，活塞由曲柄連桿機構帶動而做往復運動。單動往復泵的工作原理如圖1-72所示，當活塞在外力作用下向右移動時，泵體內形成負壓，上端的閥（排出閥）承受壓力而關閉，下端的閥（吸入閥）則被泵外液體的壓力推開，將液體吸入泵內。當活塞向左移動時，由于活塞的擠壓，泵內液體的壓力增大，吸入閥承受壓力而關閉，排出閥受壓則開啟，將液體排出泵外。活塞不斷地做往復運動，液體就間歇地吸入和排出。可見，往復泵是通過活塞將外功以靜壓的方式傳遞給液體。

活塞在泵體內左、右移動的頂點稱為“端點”，兩端點之間的活塞行程即活塞運動的距離稱為“沖程”。活塞往復一次（即活塞移動雙沖程），只吸入和排出液體各一次的泵稱為單作用泵（或單動泵）。單作用泵的排量是不均勻的，僅在活塞壓出行程排出液體，而在吸入行程無液體排出。此外，由于活塞的往復運動是由曲柄連桿機構的機械運動引起的，故活塞的往復運動是不等速的，排液量也就隨著活塞的移動有相應的起伏。因此，往復泵輸入到系統的液體量，可以平均流量計算。

為了改善單動泵流量的不均勻性，可采用雙動泵或三聯泵，其結構示意圖如圖1-73所示。圖1-73（a）所示為雙動泵，此泵在活塞兩側的泵體內均裝有吸入和排出閥，因此無論活塞向何方向運動，總有一吸入閥和一排出閥開啟，即在活塞往復一次中，吸液和排液各兩次，這樣吸入和排出管路中均有液體流過，送液可連續但流量仍有起伏。圖1-73（b）所示為三聯泵，實際上為三臺單動泵并聯構成、其流量較單動泵均勻。往復泵的流量分布曲線，如圖1-74所示，三聯泵和雙動泵的平均流量較高。

（2）隔膜泵　隔膜泵（防腐蝕泵）如圖1-75所示，隔膜是用耐腐蝕的彈性材料制作的，它可將活塞與腐蝕性液體隔離。當活塞做往復運動時，迫使隔膜交替地向兩側彎曲，從而使液體在隔膜左側輪流地被吸入和壓出。隔膜泵的隔膜根據不同液體介質分別采用丁腈橡膠、氯丁橡膠、氟橡膠、聚偏氟乙烯、聚四六乙烯等制作。隔膜泵外殼共有四種材質：塑料、鋁合金、鑄鐵、不銹鋼，以滿足需要。隔膜泵安置在各種特殊場合，用來抽送各種常規泵不能抽吸的介質。

（3）齒輪泵　齒輪泵的主要構件為泵殼和一對相互嚙合的齒輪，如圖1-76所示，其中一個齒輪由電動機帶動，稱主動輪，另一個齒輪為從動輪。兩齒輪與泵體間形成吸入和排出空間。當兩齒輪沿著箭頭方向旋轉時，在吸入空間因兩齒輪的齒互相拔開，形成低壓而將液體吸入齒穴中，然后分兩路，由齒沿殼壁推送至排出空間，兩齒輪的齒又互相合攏，形成高壓而將液體排出。

齒輪泵的壓頭高而流量小，適用于輸送高黏度液體及膏糊狀物料，但不能輸送有固體顆粒的懸浮液。KCB型齒輪油泵的性能范圍是：流量為1.1～5m3/h，揚程為33～145mH2O。

（4）螺桿泵　螺桿泵主要由泵殼與一根或一根以上的螺桿構成，如圖1-77所示。圖1-77（a）所示為一單螺桿泵。此類泵的工作原理是靠螺桿在螺紋形的泵殼中偏心轉動，將液體沿軸間推進，最后擠壓至排出口推出。圖1-77（b）所示的雙螺桿泵與齒輪泵十分相像，它利用兩根相互嚙合的螺桿來排送液體。當所需的揚程很高時，可采用長螺桿。

螺桿泵的揚程高，效率高，運轉時噪音小，振動小，且流量均勻。適用于輸送高黏度液體。

（5）旋渦泵　旋渦泵又稱渦輪泵，是一種特殊類型的離心泵，如圖1-78所示。旋渦泵主要由泵殼和葉輪構成。泵殼呈圓形，葉輪為一圓盤，其上有許多徑向葉片，葉片與葉片之間形成凹槽，在泵殼與葉輪間有一同心的流道，吸入口與排出口由隔板隔開，間壁與葉輪只有很小的縫隙，使吸入腔與排出腔得以分開。

旋渦泵跟離心泵一樣，也是靠離心力作用輸送液體的，但其工作原理和離心泵又不完全相同。泵內液體隨葉輪高速旋轉的同時，又在流道和葉片間反復做旋轉運動，液體由吸入口到排出口，由于受到多次離心力的作用，從而獲得較高的揚程。液體在流道內的反復迂回運動是依靠離心力的作用，所以旋渦泵啟動前也需灌泵。

旋渦泵流量小，揚程高，適用于高揚程、小流量和黏度不高、無懸浮顆粒液體的輸送。

（6）計量泵　計量泵也稱定量泵或比例泵，如圖1-79所示。計量泵是一種可以滿足各種嚴格的工藝流程需要，流量可以在0～100%范圍內無級調節，用來輸送液體（特別是腐蝕性液體）的一種特殊容積泵。其工作方式有往復式、回轉式、齒輪式。計量泵的突出特點是可以保持與排出壓力無關的恒定流量。使用計量泵可以同時完成輸送、計量和調節的功能，從而簡化生產工藝流程。使用多臺計量泵，可以將幾種介質按準確比例輸入工藝流程中進行混合。由于其自身的突出特點，計量泵如今已被廣泛地應用于石油化工、制藥、食品等各工業領域中。

（7）蠕動泵　蠕動泵如圖1-80所示，蠕動泵就像用手指夾擠一根充滿流體的軟管。隨著手指向前滑動管內流體向前移動，只是由滾輪取代了手指，通過對泵的彈性輸送軟管交替進行擠壓和釋放來泵送流體。

蠕動泵由三部分組成：驅動器、泵頭和軟管。流體被隔離在泵管中、可快速更換泵管、流體可逆行、可以干運轉、維修費用低等特點構成了蠕動泵的主要競爭優勢。

技能訓練1-10

比較各類泵的性能及特點。

泵的特點與性能比較見表1-13。

子任務2　 選擇液體輸送設備

本任務中，我們將學習根據離心泵參數、特性曲線、性能因素、流量調節方法選擇等，選擇適合于工藝條件的液體流體輸送設備。

知識儲備

一、常用泵（離心泵）的性能參數

離心泵的主要性能參數有流量Q、壓頭H、效率η、有效功率Pe、軸功率P等。

①流量Q。離心泵單位時間內輸送到管路系統的液體體積，m3/s或m3/h。

②壓頭（揚程）H。單位重量的液體經離心泵后所獲得的有效能量，J/N或m液柱。

③效率η。反映泵內能量損失，主要有容積損失、水力損失、機械損失。

④軸功率P。離心泵的軸功率是指由電機輸入離心泵泵軸的功率，W或kW。

離心泵的有效功率Pe是指液體實際上從離心泵所獲得的功率。

　　 （1-41）

泵的有效功率：

　　 （1-42）

泵的軸功率：

　　 （1-43）

二、常用泵（離心泵）的特性曲線

離心泵特性曲線如圖1-81所示，是在一定轉速下，用20℃水測定的，由H-Q、P-Q、η-Q三條曲線組成。

①H-Q曲線。離心泵的壓頭在較大流量范圍內隨流量的增大而減小。不同型號的離心泵，H-Q曲線的形狀有所不同。

②P-Q曲線。離心泵的軸功率隨流量的增大而增大，當流量Q=0時，泵軸消耗的功率最小。因此離心泵啟動時應關閉出口閥門，使啟動功率最小，以保護電機。

③η-Q曲線。開始泵的效率隨流量的增大而增大，達到一最大值后，又隨流量的增加而下降。這說明離心泵在一定轉速下有一最高效率點，該點稱為離心泵的設計點。一般離心泵出廠時銘牌上標注的性能參數均為最高效率時測定的數據。高效率區通常為最高效率的92%左右的區域。

三、影響常用泵（離心泵）性能的主要因素

①液體密度。離心泵的流量與被輸送液體的密度無關，離心泵的壓頭與被輸送液體的密度也無關，泵的效率也與液體的密度無關，但是離心泵的軸功率與液體的密度有關，密度增大，軸功率增大。當輸送液體的密度與水的密度相差較大時，需重新計算軸功率。

②液體黏度。被輸送液體黏度增加，離心泵的流量、揚程及效率下降，而離心泵的軸功率增大。當輸送液體的黏度大于常溫下水的黏度時，特性曲線將有所改變。因此，如輸送液體的黏度變化，選泵時應對原特性曲線進行修正，根據修正后的特性曲線進行選擇。

③葉輪轉速。離心泵的特性曲線是在轉速固定的條件下測定的，同一臺離心泵，轉速發生變化，特性曲線也將發生變化。當泵的轉速改變不大的情況下（以±20%以內為限），可以認為：轉速改變前、后，液體離開葉輪處的速度三角形相似。

　　 （1-44）

④葉輪直徑。對同型號的離心泵，若對葉輪的外徑進行切削（即換用較小的葉輪，其他尺寸不變），當外徑的切削量小于5%時，離心泵的效率不變。此時泵的流量、揚程、軸功率與轉速的關系近似遵循離心泵的切削定律。

　　 （1-45）

四、離心泵的工作點與流量調節

（1）管路特性曲線　表示特定管路中液體流動所需壓頭與流量的關系的方程稱為管路特性方程。根據管路特性方程標繪的壓頭與流量的關系曲線稱為管路特性曲線。

管路特性方程

　　 （1-46）

其中

管路特性曲線僅與管路的布局及操作條件有關，而與泵的性能無關。曲線的截距A與兩儲槽間液位差Δz及操作壓力差Δp有關，曲線的斜率B與管路的阻力狀況有關。高阻力管路系統的特性曲線較陡峭，低阻力管路系統的特性曲線較平坦。

（2）離心泵的工作點　泵安裝在特定的管路中，其特性曲線H-Q與管路特性曲線He-Q的交點稱為離心泵的工作點。若該點所對應的效率在離心泵的高效率區，則該工作點是適宜的。

工作點所對應的流量與壓頭，可利用圖解法求取，如圖1-82所示。也可由

管路特性方程：He=f（Q）

泵特性方程：H=?（Q）　聯立求解。

（3）離心泵的流量調節

①改變管路特性曲線。最簡單的調節方法是在離心泵排出管線上安裝調節閥。改變閥門的開度，就是改變管路的阻力狀況，從而使管路特性曲線發生變化。

這種改變出口閥門開度調節流量的方法，操作簡便、靈活，流量可以連續變化，故應用較廣，尤其適用于調節幅度不大，而經常需要改變流量的場合。但當閥門關小時，不僅增加了管路的阻力，使增大的壓頭用于消耗閥門的附加阻力上，且使泵在低效率下工作，經濟上不合理。

②改變泵特性曲線。這一方法通過改變泵的轉速或直徑改變泵的性能。由于切削葉輪為一次性調節，因而通常采用改變泵的轉速的方法來實現流量調節。

這種調節方法，不額外增加阻力，且在一定范圍內可保持泵在高效率下工作，能量利用率高。

五、離心泵的組合操作

（1）并聯操作　兩泵并聯后，流量與壓頭均有所提高，但由于受管路特性曲線制約，管路阻力增大，兩臺泵并聯的總輸送量小于原單泵輸送量的兩倍。連接方式如圖1-83（a）所示。

（2）串聯操作　兩泵串聯后，壓頭與流量也會提高，但兩臺泵串聯的總壓頭仍小于原單泵壓頭的兩倍。連接方式如圖1-83（b）所示。

對于低阻輸送管路，并聯組合優于串聯；而對于高阻輸送管路，串聯組合優于并聯。

六、常用泵（離心泵）的安裝

1.汽蝕現象

汽蝕現象是指當泵入口處壓力等于或小于同溫度下液體的飽和蒸氣壓時，液體發生汽化，氣泡在高壓作用下，迅速凝聚或破裂產生壓力極大、頻率極高的沖擊，泵體強烈振動并發出噪聲，液體流量、壓頭（出口壓力）及效率明顯下降。這種現象稱為離心泵的汽蝕。

汽蝕現象發生時，會產生噪音和引起振動，流量、揚程及效率均會迅速下降，嚴重時不能吸液。工程上規定，當泵的揚程下降3%時，即進入了汽蝕狀態。

2.離心泵最易發生汽蝕的部位

①葉輪曲率最大的前蓋板處，靠近葉片進口邊緣的低壓側；

②壓出室中蝸殼隔舌和導葉的靠近進口邊緣低壓側；

③無前蓋板的高比轉數葉輪的葉梢外緣與殼體之間的密封間隙以及葉梢的低壓側；

④多級泵中第一級葉輪。

3.提高離心泵抗汽蝕性能的措施

（1）提高離心泵本身抗汽蝕性能的措施

①改進泵的吸入口至葉輪附近的結構設計。增大過流面積；增大葉輪蓋板進口段的曲率半徑，減小液流急劇加速與降壓；適當減少葉片進口的厚度，并將葉片進口修圓，使其接近流線形，也可以減少繞流葉片頭部的加速與降壓；提高葉輪和葉片進口部分表面光潔度以減小阻力損失；將葉片進口邊向葉輪進口延伸，使液流提前接受做功，提高壓力。

②采用前置誘導輪，使液流在前置誘導輪中提前做功，以提高液流壓力。

③采用雙吸葉輪，讓液流從葉輪兩側同時進入葉輪，則進口截面增加一倍，進口流速可減少一倍。

④設計工況采用稍大的正沖角，以增大葉片進口角，減小葉片進口處的彎曲，減小葉片阻塞，以增大進口面積；改善大流量下的工作條件，以減少流動損失。但正沖角不宜過大，否則影響效率。

⑤采用抗汽蝕的材料。實踐表明，材料的強度、硬度、韌性越高，化學穩定性越好，抗汽蝕的性能越強。

（2）提高進液裝置有效汽蝕余量的措施

①增加泵前儲液罐中液面的壓力，以提高有效汽蝕余量。

②減小吸上裝置泵的安裝高度。

③將上吸裝置改為倒灌裝置。

④減小泵前管路上的流動損失。如在要求范圍盡量縮短管路，減小管路中的流速，減少彎管和閥門，盡量加大閥門開度等。

以上措施可根據泵的選型、選材和泵的使用現場等條件，進行綜合分析，適當加以應用。

4.汽蝕余量

汽蝕余量是指在泵吸入口處單位重量液體所具有的超過汽化壓力的富余能量，單位用米標注，用NPSH表示。吸程即為必需汽蝕余量Δh，即泵允許吸液體的真空度，亦即泵允許的安裝高度，單位為m。

　　 （1-47）

　　 （1-48）

式中　pv——操作溫度下液體的飽和蒸氣壓，Pa。

（NPSH）允一般由泵制造廠通過汽蝕實驗測定。泵正常操作時，實際汽蝕余量NPSH必須大于允許汽蝕余量（NPSH）允，標準中規定應大于0.5m以上。

5.離心泵的允許安裝高度

離心泵的允許安裝高度是指儲槽液面與泵的吸入口之間所允許的垂直距離。

　　 （1-49）

　　 （1-50）

式中　Hg允——允許安裝高度，m；

p0——吸入液面壓力，Pa；

p1允——吸入口允許的最低壓力，Pa；

u1——吸入口處的流速，m/s；

ρ——被輸送液體的密度，kg/m3。

根據離心泵樣本中提供的允許汽蝕余量（NPSH）允，即可確定離心泵的允許安裝高度。實際安裝時，為安全計，應再降低0.5～1m。

判斷安裝是否合適：若Hg實低于Hg允，則說明安裝合適，不會發生汽蝕現象，否則，需調整安裝高度。

欲提高泵的允許安裝高度，必須設法減小吸入管路的阻力。泵在安裝時，應選用較大的吸入管路，管路盡可能地短，減少吸入管路的彎頭、閥門等管件，而將調節閥安裝在排出管線上。

七、常用泵（離心泵）的選擇

（1）離心泵的類型及適用條件　根據被輸送液體的性質和操作條件確定離心泵的類型，如液體的溫度、壓力，黏度、腐蝕性、固體粒子含量以及是否易燃易爆等因素都是選擇離心泵類型的重要依據。按輸送液體性質和使用條件，離心泵可分為以下幾種類型。

①清水泵。適用于輸送各種工業用水以及物理、化學性質類似于水的其他液體。

②耐腐蝕泵。用于輸送酸、堿、濃氨水等腐蝕性液體。

③油泵。用于輸送石油產品。

④液下泵。通常安裝在液體儲槽內，可用于輸送化工過程中各種腐蝕性液體。

⑤屏蔽泵。用于輸送易燃易爆或劇毒的液體。

（2）離心泵的選用　基本步驟如下。

①確定輸送系統的流量和壓頭。一般液體的輸送量由生產任務決定。如果流量在一定范圍內變化，應根據最大流量選泵，并根據情況，計算最大流量下的管路所需的壓頭。

②選擇離心泵的類型與型號。根據管路要求的流量Q和揚程H來選定合適的離心泵型號。在選用時，應考慮到操作條件的變化并留有一定的余量。選用時要使所選泵的流量與揚程比任務需要的稍大一些。如果用系列特性曲線來選，要使（Q，H）點落在泵的Q-H線以下，并處在高效區。

若有幾種型號的泵，同時滿足管路的具體要求，則應選效率較高的，同時也要考慮泵的價格。

③核算泵的軸功率。若輸送液體的密度大于水的密度，則要核算泵的軸功率，以選擇合適的電機。

技術訓練1-12

如圖1-84所示，某化工廠用泵將敞口儲槽內的溶液輸送到反應器中，輸送管為?76mm×3mm的鋼管，長度（包括局部阻力當量長度在內）為80m，溶液密度為950kg/m3，黏度為30cP（厘泊），輸送量為5.2m3/h，反應器內的壓力為0.5at（表壓），儲槽內液面與反應器內液面間的垂直距離保持10m，泵效率為60%。試求：（1）溶液在管內的流動類型；（2）泵所需的軸功率；（3）現因泵腐蝕壞了，從以下庫存三種型號泵中選擇一臺較合適的泵進行替換。

（1cP=10-3Pa·s；1at=9.81×104N/m2 ； λ=64/Re）

解：（1）

（2）

令低位槽液面為1-1'截面，高位槽液面為2-2'截面，有：

（3）

因此選B。

子任務3　 操作液體輸送設備

本任務中，我們要掌握液體輸送設備的運行前的各項檢查、開車與停車操作、設備的診斷、設備的維護與保養、不良現象與事故處理等，保證化工生產過程的正常進行，主要以化工生產過程中的常用的離心泵為例進行說明。

知識儲備

一、離心泵的操作

1.啟動前的準備工作

①開車前檢查泵的出入口管線閥門、壓力表接頭有無泄漏，檢查冷卻水是否暢通、地腳螺絲及其他連接處有無松動。（高溫油泵一定要先檢查冷卻水閥是否打開投用，否則機封會因溫度過高而損壞，泵體也可能會受損。）

②按規定向軸承箱加入潤滑油，油面在油標1/2～2/3處。清理泵體機座地面環境衛生。（無潤滑油開車后果可想而知，軸承將燒損。）

③盤車檢查轉子是否輕松靈活，泵體內是否有金屬碰撞的聲音。（啟泵前一定要盤車靈活，否則強制啟動會引起機泵損壞、電機跳閘甚至燒損。）

④全開冷卻水出入口閥門。

⑤檢查排水地漏使其暢通無阻。

⑥打開泵入口閥，使液體充滿整個泵體，打開出口放空閥（或者灌泵），排出泵內空氣后，關閉放空閥。

2.離心泵的啟動

①泵入口閥全開，啟動電機，全面檢查泵的運轉情況。

②檢查電機和泵的旋轉方向是否一致。（電機檢修后的泵一定要檢修此項。）

③當泵出口壓力高于操作壓力時，逐漸開大出口閥，控制好泵的流量、壓力。出口全關啟動泵是離心泵最標準的做法，主要目的是流量為0時軸功率最低，從而降低了泵的啟動電流。

④檢查電機電流是否在額定值，超負荷時，應停車檢查。這是檢查泵運行是否正常的一個重要指標。在啟動完后其實還需要檢查電機、泵是否有雜音，是否異常震動，是否有泄漏等之后才能離開。

3.離心泵的維護

①離心泵在開泵前必須先盤車，檢查盤根或機械密封處，是否填壓過緊或有其他異常現象。檢查潤滑油系統油路是否暢通。軸承箱油面不得低于油箱液面高度的2/3。打開冷卻水保持暢通，打開入口閥檢查各密封點泄漏情況，檢查對輪螺絲是否緊固，對輪罩是否完好。

②正常運轉時，應隨時檢查軸承溫度。滑動軸承正常溫度一般在65℃以下，嚴密注意盤根及機械密封情況，應經常檢查震動情況及轉子部分響聲，聽聽是否有雜音。

③熱油泵啟動前一定要利用熱油通過泵體進行預熱。預熱標準是：泵殼溫度不得低于入口溫度60～80℃，預熱升溫速度每小時不大于50℃，以免溫差過大損壞設備。

④不得采取關入口閥的辦法來控制流量，避免造成葉輪和其他機件損壞。

⑤停用泵的檢修必須按規定辦理工作票，并將出入口閥門關閉，放凈泵體內的存油，方可拆卸。

⑥重油泵嚴禁電盤車，因泵體內存油黏稠，凝固而盤不動車時，應先用蒸汽將存油暖化后再盤車、啟動。

⑦離心泵嚴禁帶負荷啟動，以免電機超電流燒壞。

二、離心泵故障的診斷與注意事項

離心泵診斷技術以離心泵的故障機理為基礎，通過準確采集和檢測反映設備狀態的各種信號，并利用現代信號處理技術將現場采集的各種信號經過相應變換，提取真正反映設備狀態的信息，然后根據已掌握的故障特征信息和狀態參數判斷故障及原因并做處理（見表1-14），還可預測故障的發展和設備壽命。按檢測手段分類，主要分為：振動檢測診斷法；噪聲檢測診斷法；溫度檢測診斷法；壓力檢測診斷法；聲發射檢測診斷法；潤滑油或冷卻液中金屬含量分析診斷法等。

對離心泵的管路和密封和狀況進行檢查，要求每個班次上崗前都要進行此項檢查，在啟動離心泵之前還要通過手動的方式進行檢查，看其是否能正常運轉。

檢查油位的情況，每天根據觀察的情況對潤滑油的缺位進行及時的補充，還要定期（每月一次）進行更換。

離心泵進入工作狀態后，及時打開出口的閥門，同時要對電機的運轉負荷狀況進行觀察，對管路的壓力情況進行觀察。在離心泵正常運轉的狀況下，調節出口閥，使離心泵的工作指標在正常控制范圍內，使離心泵達到最佳的運行效率。

在離心泵正常運轉的狀態下，軸承溫度一般最高不超過80℃，在日常的溫度控制上，如果發現軸承溫度高于60℃，就需要檢查潤滑油的油位和冷卻水的管路情況，有時也可能是由于油箱內進入了異物。在工作程序上，在停止離心泵工作時，需要先關出口閥，再關壓力表，最后停止電機的運轉。

在新離心泵剛開始安裝使用時，在經過初始的100h運轉后要進行潤滑油的更換，在之后的使用中經過500h后進行一次換油即可。

一般在冬季離心泵將進入停運狀態，此時需要擰開離心泵下方的放液螺塞，放干凈存留的介質，防止冬季發生凍裂現象；如果離心泵需要長時間的停用，在閑置之前要將離心泵拆開并且擦干，再對旋轉部位和接合處進行潤滑處理后，再進行存放。

三、離心泵的維護

（1）準確選擇離心泵的流量、揚程　準確地選擇流量、揚程，可以確保離心泵在使用過程中處于最佳的性能狀態。若離心泵在低流量狀態下運轉，在離心泵內會造成環流旋渦，并產生徑向力，使葉輪處于不平衡狀態，軸承負載加大，引起密封和軸承受損，嚴重的低流量還能使流體溫度升高、渦輪和泵殼受損，并增加泵軸的偏斜，甚至使泵軸發生疲勞斷裂。若生產上無法提高流量，可以考慮從工藝配管上增加回流，以達到調節流量的目的。

（2）保持潤滑效果　要經常檢查潤滑劑的質量和油位，以確保潤滑效果。新泵投用一次后應換油，大修時更換了軸承的離心泵也應如此。因為新的軸承同軸運行跑合時，會有異物進入油內，因此必須換油，以后每季度更換一次，所用的潤滑油一定要符合質量要求。油霧潤滑需要一套使油霧化并以霧狀加到軸承上的裝置。油霧系統的突出優點是能不斷地將新油加到軸承上，同時在軸承箱內形成正壓，阻止來自周圍環境的污染物。

（3）加強易損件的維護　密封圈、油杯（大部分是塑料）、機械密封等均為易損件，特別是機械密封，造價較高，但是其使用壽命直接關系到離心泵故障平均間隔時間的長短。流體水力負荷不斷變化、污染物太多、軸偏轉、頻繁拆裝修理等都是導致機械密封壽命縮短的重要因素，應盡量減少。對于輸送含固體顆粒的離心泵，更應特別注意，一定要在停泵前，用清水沖洗，防止顆粒進入密封，造成密封損壞。

技能訓練1-11

（1）指出如圖1-85所示的2B31型離心泵裝置［吸入管直徑為2in（1in=2.54cm），為B-單級單吸懸臂式離心泵］有哪些錯誤？并說明原因。

①安裝高度太高，會造成汽蝕；

②吸入管徑和出水管徑與型號不對，二者不應相差太大；

③泵殼不是蝸殼型，流體能量損失大；

④葉輪的葉片的彎曲方向與旋轉方向錯誤，應改為后彎。

（2）化工泵檢修前應進行哪些方面的處理？

提示：

①機械、設備檢修前必須停車，降溫、泄壓、切斷電源；

②有易燃、易爆、有毒、有腐蝕性介質的機器、設備，檢修前必須進行清洗、中和、置換分析檢測合格后方可進行施工；

③檢修有易燃、易爆、有毒、有腐蝕性介質或蒸汽設備、機器、管道，必須切斷物料出、入口閥門，并加設盲板。

（3）化工泵組裝時應注意哪些事項？

提示：①泵軸是否彎曲、變形；②轉子平衡狀況是否符合標準；③葉輪和泵殼之間的間隙；④機械密封緩沖補償機構的壓縮量是否達到要求；⑤泵轉子和蝸殼的同心度；⑥泵葉輪流道中心線和蝸殼流道中心線是否對中；⑦軸承與端蓋之間的間隙調整；⑧密封部分的間隙調整；⑨傳動系統電機與變（增、減）速器的組裝是否符合標準；⑩聯軸器的同軸度找正；口環間隙是否符合標準；各部連接螺栓的緊力是否合適。