任务5　选用液体输送机械

认识液体流体输送设备的种类、结构组成、工作原理以及适用的范围。液体输送过程中常用的泵包括：离心泵、往复泵、隔膜泵、齿轮泵、螺杆泵以及旋涡泵等。本任务中我们将根据液体流体的性质、输送目的和工艺条件要求，选择恰当的输送设备类型、确定设备参数，以适合于生产工艺要求。

子任务1　 认识液体输送设备

本任务中，我们要了解液体流体输送目的及设备的分类，理解与掌握输送液体流体的离心泵、往复泵及其他类型的泵的结构、特点、用途以及适用的场合。

知识储备

一、流体输送机械

（1）流体输送机械在化工生产中的应用

①为流体提供动力，以满足输送要求；

②为工艺过程创造必要的压强条件。

（2）流体输送设备的分类　化工生产中要输送的流体种类繁多，流体的温度、压力、流量等操作条件也有较大的差别。为了适应不同情况下输送流体的要求，需要不同结构和特性的流体输送机械。

一般来说流体输送机械可分为液体输送机械（通称为泵）和气体输送机械（如风机、压缩机、真空泵等）。

流体输送机械的分类方法有多种，按其工作原理可分为四大类。

①叶轮式（又称动力式）。利用高速旋转的叶轮使流体获得能量，包括离心式、轴流式和旋涡式流体输送机械。

②容积式（又称正位移式）。利用活塞或转子的挤压使流体获得能量，包括往复式和旋转式输送机械。此类流体输送机械的突出特点是在一定工作条件下可维持所输送的流体排出量恒定，而不受输送管路压头的影响，故又称为定排量式流体输送机械。

③流体作用式。包括水喷射泵、蒸汽喷射泵、空气升扬器、虹吸管等。

④其他。如磁力泵等。

二、离心泵

离心泵是一种最常用的液体输送设备（使用量占泵总量的70%～80%），其特点是结构简单、流量易于调节、适用不同种类的流体及安装使用方便。下面主要来介绍离心泵。

1.离心泵的工作原理

离心泵如图1-62所示。启动前，应先将泵壳和吸入管路充满被输送液体。启动后，泵轴带动叶轮高速旋转，在离心力的作用下，液体从叶轮中心甩向外缘，流体在此过程中获得能量，静压能和动能均有所提高。液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐加宽，液体流速逐渐降低，又将一部分动能转变为静压能，使泵出口处液体的静压能进一步提高，最后以高压沿切线方向排出。液体从叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成低压，在储槽液面和泵吸入口之间压力差的作用下，将液体吸入叶轮。可见，只要叶轮不停地转动，液体便会连续不断地吸入和排出，达到输送的目的。

若离心泵启动前泵壳和吸入管路中没有充满液体，则泵壳内存有空气，而空气的密度又远小于液体的密度，故产生的离心力很小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将储槽内液体吸入泵内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，此种现象称为气缚现象，因此，离心泵在启动前必须灌泵。

2.离心泵的主要部件

离心泵最基本的部件包括供能装置（叶轮）、能量转换装置（泵壳、导轮）以及轴封等。

（1）叶轮　叶轮是离心泵的核心部件，其主要功能是提供液体流动和上升所需的动能和静压能。按机械结构，叶轮分为开式、半开式和闭式三种结构形式，如图1-63所示。闭式叶轮两侧有前后盖板，易被固体杂物堵塞，故适用于输送清洁液体。开式叶轮（无前后盖板）和半开式叶轮（只有后盖板）流通截面大，不易堵塞，适用于输送含有固体颗粒或黏度较大的液体，但效率低于闭式叶轮。

闭式和半闭式叶轮在运转时，离开叶轮的一部分高压液体可漏入叶轮与泵壳之间的空腔中，因叶轮前侧液体吸入口处压强低，故液体作用于叶轮前、后侧的压力不等，便产生了指向叶轮吸入口侧的轴向推力。该力推动叶轮向吸入口侧移动，引起叶轮和泵壳接触处的摩损，严重时造成泵的振动，破坏泵的正常操作。在叶轮后盖板上钻若干个小孔，可减少叶轮两侧的压力差，从而减轻了轴向推力的不利影响，但同时也降低了泵的效率。这些小孔称为平衡孔。

叶轮上叶片的几何形状有后弯、径向和前弯三种，实践证明后弯叶片有利于液体的动能转化为静压能，故后弯叶片应用广泛。

按吸液方式，叶轮分为单吸式和双吸式两种，如图1-64所示。单吸式叶轮只能从一侧吸入液体，结构简单。双吸式叶轮可同时对称地从叶轮两侧吸入液体，既增大了吸液能力，又基本上消除了轴向推力，但结构较复杂。

（2）离心泵的泵壳和导轮　如图1-65所示，离心泵泵壳多为蜗牛壳状，故又称蜗壳。这种液体流道截面沿流向逐渐扩大并弯转，使液体流速渐小、流向渐变，既利于液体汇集，又利于液体动能有效地转化为静压能，同时还可减小摩擦阻力损失和冲击能量损失。

为减小高速液体直接冲击泵壳引起的能量损失，有时在泵壳上安装带有叶片的固定的导轮。导轮上叶片的弯曲方向恰好适应从叶轮甩出的液体流向，引导液体逐渐转向并随流道扩大而减速，使部分动能有效转化成静压能。通常，多级离心泵都安装导轮。

蜗牛壳形泵壳、导轮和叶轮的后弯叶片，均能提高动能转化为静压能的效率，都可称为能量转化部件。

（3）离心泵的轴封装置　泵轴与泵壳之间的密封称为轴封，其作用是防止泵壳内高压液体沿轴外漏，同时防止空气进入泵内。常用的轴封装置有机械密封和填料密封两种。机械密封的密封效果好，功耗小，寿命长，适于输送酸、碱、易燃易爆及有毒的液体，但造价高、维修麻烦。填料密封结构简单，但需经常维修，且不能完全避免泄漏，只适用于对密封要求不高的场合。

①填料密封（填料函或盘根纱）。填料采用浸油或涂石墨的石棉绳。注意：不能用干填料；不要压得过紧以避免填料的破损，允许有液体滴漏（1滴/s）；不能用于酸、碱、易燃易爆液体的输送。

②机械密封（又称端面密封）。机械密封是转轴上的动环和壳体上的静环构成的，两环之间形成一个薄薄的液膜起密封和润滑作用。机械密封密封性好、功率消耗低，多用于酸、碱、易燃易爆的液体输送，但造价相对较高。

3.离心泵的类型

在化工生产中被输送液体的性质、流量、压力、温度等差异很大，为适应各种不同的要求，人们已制造出种类众多的离心泵。例如，按输送液体性质，可分为清水泵、油泵、耐腐蚀泵、杂质泵等；按液体被吸入的方向可分为单吸泵和双吸泵；按泵内叶轮的数目可分为单级泵和多级泵。

（1）清水泵　在化工生产中，清水泵被广泛用于输送清水以及物理、化学性质类似于水的清洁液体。常用的型号有IS型、D型、Sh型三类。

①IS型离心泵。IS型离心泵是单级单吸悬臂式离心水泵，其结构如图1-66所示，全系列扬程范围为8～98m，流量范围为45～360m3/h。

②D型离心泵。如果运送要求扬程较高、流量中等，则可采用D型多级离心泵。D型多级离心泵在一个泵体内串联多个叶轮。液体进入泵后由第一叶轮中心甩至该叶轮外缘，随即进入第二叶轮，又由第二叶轮甩出后，随即进入第三叶轮，依此顺序经过其余叶轮，故产生的扬程高。液体每经一个叶轮就增加一级能量，叶轮个数越多，级数就越多，故产生的扬程也就越高。如图1-67所示的为四级离心泵，外形图为多级离心泵。一般为2～9级，最多达12级，扬程范围为14～351m，流量范围为10.8～850m3/h。

③Sh型离心泵。若输送液体的流量大而压头不高，则可采用双吸式Sh型离心泵。如图1-68所示，此系列泵的叶轮有两个吸入口，且由于叶轮厚度与直径之比较大，故输液量较大。Sh型离心泵的扬程范围为9～140m，流量为120～12500m3/h。

（2）耐腐蚀泵　输送酸、碱、浓氨水等腐蚀性液体时，必须用耐腐蚀泵，如图1-69所示。泵内与腐蚀性液体接触的部件，都用各种耐腐蚀材料制造，系列代号为F。全系列流量范围为2～400m3/h，扬程范围为15～195m。

（3）油泵　输送石油产品的泵称为油泵，系列代号为Y。由于石油产品具有易燃和易爆的特点，因此此类泵的一个重要要求是密封完善，且油泵的进、出口方向均是向上的，呈Y形。当输送200℃以上的热油时，还要求有较好的冷却效果，一般在热油泵的轴封装置和轴承处装有冷却水夹套。

（4）杂质泵　输送含有悬浮物流体时常采用杂质泵，系列代号为P，PW表示污水泵，PS表示砂泵，PN表示泥浆泵。对这类泵的要求是：不易被杂质堵塞，耐腐并且容易拆洗。为此，杂质泵采用宽流道，叶片数目少，采用半开或开式叶轮，且泵壳内还可衬以耐磨的铸钢护板。

（5）磁力泵　磁力泵是一种高效节能的特种离心泵，如图1-70所示。磁力泵采用永磁联轴驱动，无轴封，消除液体渗漏，使用极为安全；在泵运转时无摩擦，故非常节能。主要用于输送不含有固体体颗粒的酸、碱、盐溶液和挥发性、剧毒性液体等，特别适用于易燃易爆液体的输送。磁力泵输送的介质密度应小于1300kg/m3，黏度不大于30×10-6Pa·s，输送介质应不含有铁磁性和纤维物质。磁力泵对于泵体为金属材质或F46衬里，最高工作温度为80℃，额定压力为1.6MPa；高温磁力泵的使用温度小于350℃；对于泵体为非金属材质的情况，最高温度不超过60℃，额定压力为0.6MPa。磁力泵的轴承采用被输送的介质进行润滑冷却，严禁空载运行。

（6）屏蔽泵　屏蔽泵可用来输送易燃、易爆、剧毒及具有放射性液体。常采用的无泄漏的屏蔽泵如图1-71所示。其结构特点是叶轮和电机联为一个整体封在同一泵壳内，不需要轴封装置。屏蔽泵在启动时应严格遵守出口阀与入口阀的开启顺序，停泵时先将出口阀关小，当泵运转停止后，先关闭入口阀再关闭出口阀。采用该泵安全无泄漏，有效地避免了环境污染和物料损失。

各类型离心泵的结构特点及用途见表1-12。

三、其他种类的泵

（1）往复泵　往复泵也是化工生产上较为常用的一种泵，主要由泵体、活塞（或柱塞）和单向阀构成，活塞由曲柄连杆机构带动而做往复运动。单动往复泵的工作原理如图1-72所示，当活塞在外力作用下向右移动时，泵体内形成负压，上端的阀（排出阀）承受压力而关闭，下端的阀（吸入阀）则被泵外液体的压力推开，将液体吸入泵内。当活塞向左移动时，由于活塞的挤压，泵内液体的压力增大，吸入阀承受压力而关闭，排出阀受压则开启，将液体排出泵外。活塞不断地做往复运动，液体就间歇地吸入和排出。可见，往复泵是通过活塞将外功以静压的方式传递给液体。

活塞在泵体内左、右移动的顶点称为“端点”，两端点之间的活塞行程即活塞运动的距离称为“冲程”。活塞往复一次（即活塞移动双冲程），只吸入和排出液体各一次的泵称为单作用泵（或单动泵）。单作用泵的排量是不均匀的，仅在活塞压出行程排出液体，而在吸入行程无液体排出。此外，由于活塞的往复运动是由曲柄连杆机构的机械运动引起的，故活塞的往复运动是不等速的，排液量也就随着活塞的移动有相应的起伏。因此，往复泵输入到系统的液体量，可以平均流量计算。

为了改善单动泵流量的不均匀性，可采用双动泵或三联泵，其结构示意图如图1-73所示。图1-73（a）所示为双动泵，此泵在活塞两侧的泵体内均装有吸入和排出阀，因此无论活塞向何方向运动，总有一吸入阀和一排出阀开启，即在活塞往复一次中，吸液和排液各两次，这样吸入和排出管路中均有液体流过，送液可连续但流量仍有起伏。图1-73（b）所示为三联泵，实际上为三台单动泵并联构成、其流量较单动泵均匀。往复泵的流量分布曲线，如图1-74所示，三联泵和双动泵的平均流量较高。

（2）隔膜泵　隔膜泵（防腐蚀泵）如图1-75所示，隔膜是用耐腐蚀的弹性材料制作的，它可将活塞与腐蚀性液体隔离。当活塞做往复运动时，迫使隔膜交替地向两侧弯曲，从而使液体在隔膜左侧轮流地被吸入和压出。隔膜泵的隔膜根据不同液体介质分别采用丁腈橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶、聚偏氟乙烯、聚四六乙烯等制作。隔膜泵外壳共有四种材质：塑料、铝合金、铸铁、不锈钢，以满足需要。隔膜泵安置在各种特殊场合，用来抽送各种常规泵不能抽吸的介质。

（3）齿轮泵　齿轮泵的主要构件为泵壳和一对相互啮合的齿轮，如图1-76所示，其中一个齿轮由电动机带动，称主动轮，另一个齿轮为从动轮。两齿轮与泵体间形成吸入和排出空间。当两齿轮沿着箭头方向旋转时，在吸入空间因两齿轮的齿互相拔开，形成低压而将液体吸入齿穴中，然后分两路，由齿沿壳壁推送至排出空间，两齿轮的齿又互相合拢，形成高压而将液体排出。

齿轮泵的压头高而流量小，适用于输送高黏度液体及膏糊状物料，但不能输送有固体颗粒的悬浮液。KCB型齿轮油泵的性能范围是：流量为1.1～5m3/h，扬程为33～145mH2O。

（4）螺杆泵　螺杆泵主要由泵壳与一根或一根以上的螺杆构成，如图1-77所示。图1-77（a）所示为一单螺杆泵。此类泵的工作原理是靠螺杆在螺纹形的泵壳中偏心转动，将液体沿轴间推进，最后挤压至排出口推出。图1-77（b）所示的双螺杆泵与齿轮泵十分相像，它利用两根相互啮合的螺杆来排送液体。当所需的扬程很高时，可采用长螺杆。

螺杆泵的扬程高，效率高，运转时噪音小，振动小，且流量均匀。适用于输送高黏度液体。

（5）旋涡泵　旋涡泵又称涡轮泵，是一种特殊类型的离心泵，如图1-78所示。旋涡泵主要由泵壳和叶轮构成。泵壳呈圆形，叶轮为一圆盘，其上有许多径向叶片，叶片与叶片之间形成凹槽，在泵壳与叶轮间有一同心的流道，吸入口与排出口由隔板隔开，间壁与叶轮只有很小的缝隙，使吸入腔与排出腔得以分开。

旋涡泵跟离心泵一样，也是靠离心力作用输送液体的，但其工作原理和离心泵又不完全相同。泵内液体随叶轮高速旋转的同时，又在流道和叶片间反复做旋转运动，液体由吸入口到排出口，由于受到多次离心力的作用，从而获得较高的扬程。液体在流道内的反复迂回运动是依靠离心力的作用，所以旋涡泵启动前也需灌泵。

旋涡泵流量小，扬程高，适用于高扬程、小流量和黏度不高、无悬浮颗粒液体的输送。

（6）计量泵　计量泵也称定量泵或比例泵，如图1-79所示。计量泵是一种可以满足各种严格的工艺流程需要，流量可以在0～100%范围内无级调节，用来输送液体（特别是腐蚀性液体）的一种特殊容积泵。其工作方式有往复式、回转式、齿轮式。计量泵的突出特点是可以保持与排出压力无关的恒定流量。使用计量泵可以同时完成输送、计量和调节的功能，从而简化生产工艺流程。使用多台计量泵，可以将几种介质按准确比例输入工艺流程中进行混合。由于其自身的突出特点，计量泵如今已被广泛地应用于石油化工、制药、食品等各工业领域中。

（7）蠕动泵　蠕动泵如图1-80所示，蠕动泵就像用手指夹挤一根充满流体的软管。随着手指向前滑动管内流体向前移动，只是由滚轮取代了手指，通过对泵的弹性输送软管交替进行挤压和释放来泵送流体。

蠕动泵由三部分组成：驱动器、泵头和软管。流体被隔离在泵管中、可快速更换泵管、流体可逆行、可以干运转、维修费用低等特点构成了蠕动泵的主要竞争优势。

技能训练1-10

比较各类泵的性能及特点。

泵的特点与性能比较见表1-13。

子任务2　 选择液体输送设备

本任务中，我们将学习根据离心泵参数、特性曲线、性能因素、流量调节方法选择等，选择适合于工艺条件的液体流体输送设备。

知识储备

一、常用泵（离心泵）的性能参数

离心泵的主要性能参数有流量Q、压头H、效率η、有效功率Pe、轴功率P等。

①流量Q。离心泵单位时间内输送到管路系统的液体体积，m3/s或m3/h。

②压头（扬程）H。单位重量的液体经离心泵后所获得的有效能量，J/N或m液柱。

③效率η。反映泵内能量损失，主要有容积损失、水力损失、机械损失。

④轴功率P。离心泵的轴功率是指由电机输入离心泵泵轴的功率，W或kW。

离心泵的有效功率Pe是指液体实际上从离心泵所获得的功率。

　　 （1-41）

泵的有效功率：

　　 （1-42）

泵的轴功率：

　　 （1-43）

二、常用泵（离心泵）的特性曲线

离心泵特性曲线如图1-81所示，是在一定转速下，用20℃水测定的，由H-Q、P-Q、η-Q三条曲线组成。

①H-Q曲线。离心泵的压头在较大流量范围内随流量的增大而减小。不同型号的离心泵，H-Q曲线的形状有所不同。

②P-Q曲线。离心泵的轴功率随流量的增大而增大，当流量Q=0时，泵轴消耗的功率最小。因此离心泵启动时应关闭出口阀门，使启动功率最小，以保护电机。

③η-Q曲线。开始泵的效率随流量的增大而增大，达到一最大值后，又随流量的增加而下降。这说明离心泵在一定转速下有一最高效率点，该点称为离心泵的设计点。一般离心泵出厂时铭牌上标注的性能参数均为最高效率时测定的数据。高效率区通常为最高效率的92%左右的区域。

三、影响常用泵（离心泵）性能的主要因素

①液体密度。离心泵的流量与被输送液体的密度无关，离心泵的压头与被输送液体的密度也无关，泵的效率也与液体的密度无关，但是离心泵的轴功率与液体的密度有关，密度增大，轴功率增大。当输送液体的密度与水的密度相差较大时，需重新计算轴功率。

②液体黏度。被输送液体黏度增加，离心泵的流量、扬程及效率下降，而离心泵的轴功率增大。当输送液体的黏度大于常温下水的黏度时，特性曲线将有所改变。因此，如输送液体的黏度变化，选泵时应对原特性曲线进行修正，根据修正后的特性曲线进行选择。

③叶轮转速。离心泵的特性曲线是在转速固定的条件下测定的，同一台离心泵，转速发生变化，特性曲线也将发生变化。当泵的转速改变不大的情况下（以±20%以内为限），可以认为：转速改变前、后，液体离开叶轮处的速度三角形相似。

　　 （1-44）

④叶轮直径。对同型号的离心泵，若对叶轮的外径进行切削（即换用较小的叶轮，其他尺寸不变），当外径的切削量小于5%时，离心泵的效率不变。此时泵的流量、扬程、轴功率与转速的关系近似遵循离心泵的切削定律。

　　 （1-45）

四、离心泵的工作点与流量调节

（1）管路特性曲线　表示特定管路中液体流动所需压头与流量的关系的方程称为管路特性方程。根据管路特性方程标绘的压头与流量的关系曲线称为管路特性曲线。

管路特性方程

　　 （1-46）

其中

管路特性曲线仅与管路的布局及操作条件有关，而与泵的性能无关。曲线的截距A与两储槽间液位差Δz及操作压力差Δp有关，曲线的斜率B与管路的阻力状况有关。高阻力管路系统的特性曲线较陡峭，低阻力管路系统的特性曲线较平坦。

（2）离心泵的工作点　泵安装在特定的管路中，其特性曲线H-Q与管路特性曲线He-Q的交点称为离心泵的工作点。若该点所对应的效率在离心泵的高效率区，则该工作点是适宜的。

工作点所对应的流量与压头，可利用图解法求取，如图1-82所示。也可由

管路特性方程：He=f（Q）

泵特性方程：H=ϕ（Q）　联立求解。

（3）离心泵的流量调节

①改变管路特性曲线。最简单的调节方法是在离心泵排出管线上安装调节阀。改变阀门的开度，就是改变管路的阻力状况，从而使管路特性曲线发生变化。

这种改变出口阀门开度调节流量的方法，操作简便、灵活，流量可以连续变化，故应用较广，尤其适用于调节幅度不大，而经常需要改变流量的场合。但当阀门关小时，不仅增加了管路的阻力，使增大的压头用于消耗阀门的附加阻力上，且使泵在低效率下工作，经济上不合理。

②改变泵特性曲线。这一方法通过改变泵的转速或直径改变泵的性能。由于切削叶轮为一次性调节，因而通常采用改变泵的转速的方法来实现流量调节。

这种调节方法，不额外增加阻力，且在一定范围内可保持泵在高效率下工作，能量利用率高。

五、离心泵的组合操作

（1）并联操作　两泵并联后，流量与压头均有所提高，但由于受管路特性曲线制约，管路阻力增大，两台泵并联的总输送量小于原单泵输送量的两倍。连接方式如图1-83（a）所示。

（2）串联操作　两泵串联后，压头与流量也会提高，但两台泵串联的总压头仍小于原单泵压头的两倍。连接方式如图1-83（b）所示。

对于低阻输送管路，并联组合优于串联；而对于高阻输送管路，串联组合优于并联。

六、常用泵（离心泵）的安装

1.汽蚀现象

汽蚀现象是指当泵入口处压力等于或小于同温度下液体的饱和蒸气压时，液体发生汽化，气泡在高压作用下，迅速凝聚或破裂产生压力极大、频率极高的冲击，泵体强烈振动并发出噪声，液体流量、压头（出口压力）及效率明显下降。这种现象称为离心泵的汽蚀。

汽蚀现象发生时，会产生噪音和引起振动，流量、扬程及效率均会迅速下降，严重时不能吸液。工程上规定，当泵的扬程下降3%时，即进入了汽蚀状态。

2.离心泵最易发生汽蚀的部位

①叶轮曲率最大的前盖板处，靠近叶片进口边缘的低压侧；

②压出室中蜗壳隔舌和导叶的靠近进口边缘低压侧；

③无前盖板的高比转数叶轮的叶梢外缘与壳体之间的密封间隙以及叶梢的低压侧；

④多级泵中第一级叶轮。

3.提高离心泵抗汽蚀性能的措施

（1）提高离心泵本身抗汽蚀性能的措施

①改进泵的吸入口至叶轮附近的结构设计。增大过流面积；增大叶轮盖板进口段的曲率半径，减小液流急剧加速与降压；适当减少叶片进口的厚度，并将叶片进口修圆，使其接近流线形，也可以减少绕流叶片头部的加速与降压；提高叶轮和叶片进口部分表面光洁度以减小阻力损失；将叶片进口边向叶轮进口延伸，使液流提前接受做功，提高压力。

②采用前置诱导轮，使液流在前置诱导轮中提前做功，以提高液流压力。

③采用双吸叶轮，让液流从叶轮两侧同时进入叶轮，则进口截面增加一倍，进口流速可减少一倍。

④设计工况采用稍大的正冲角，以增大叶片进口角，减小叶片进口处的弯曲，减小叶片阻塞，以增大进口面积；改善大流量下的工作条件，以减少流动损失。但正冲角不宜过大，否则影响效率。

⑤采用抗汽蚀的材料。实践表明，材料的强度、硬度、韧性越高，化学稳定性越好，抗汽蚀的性能越强。

（2）提高进液装置有效汽蚀余量的措施

①增加泵前储液罐中液面的压力，以提高有效汽蚀余量。

②减小吸上装置泵的安装高度。

③将上吸装置改为倒灌装置。

④减小泵前管路上的流动损失。如在要求范围尽量缩短管路，减小管路中的流速，减少弯管和阀门，尽量加大阀门开度等。

以上措施可根据泵的选型、选材和泵的使用现场等条件，进行综合分析，适当加以应用。

4.汽蚀余量

汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量，单位用米标注，用NPSH表示。吸程即为必需汽蚀余量Δh，即泵允许吸液体的真空度，亦即泵允许的安装高度，单位为m。

　　 （1-47）

　　 （1-48）

式中　pv——操作温度下液体的饱和蒸气压，Pa。

（NPSH）允一般由泵制造厂通过汽蚀实验测定。泵正常操作时，实际汽蚀余量NPSH必须大于允许汽蚀余量（NPSH）允，标准中规定应大于0.5m以上。

5.离心泵的允许安装高度

离心泵的允许安装高度是指储槽液面与泵的吸入口之间所允许的垂直距离。

　　 （1-49）

　　 （1-50）

式中　Hg允——允许安装高度，m；

p0——吸入液面压力，Pa；

p1允——吸入口允许的最低压力，Pa；

u1——吸入口处的流速，m/s；

ρ——被输送液体的密度，kg/m3。

根据离心泵样本中提供的允许汽蚀余量（NPSH）允，即可确定离心泵的允许安装高度。实际安装时，为安全计，应再降低0.5～1m。

判断安装是否合适：若Hg实低于Hg允，则说明安装合适，不会发生汽蚀现象，否则，需调整安装高度。

欲提高泵的允许安装高度，必须设法减小吸入管路的阻力。泵在安装时，应选用较大的吸入管路，管路尽可能地短，减少吸入管路的弯头、阀门等管件，而将调节阀安装在排出管线上。

七、常用泵（离心泵）的选择

（1）离心泵的类型及适用条件　根据被输送液体的性质和操作条件确定离心泵的类型，如液体的温度、压力，黏度、腐蚀性、固体粒子含量以及是否易燃易爆等因素都是选择离心泵类型的重要依据。按输送液体性质和使用条件，离心泵可分为以下几种类型。

①清水泵。适用于输送各种工业用水以及物理、化学性质类似于水的其他液体。

②耐腐蚀泵。用于输送酸、碱、浓氨水等腐蚀性液体。

③油泵。用于输送石油产品。

④液下泵。通常安装在液体储槽内，可用于输送化工过程中各种腐蚀性液体。

⑤屏蔽泵。用于输送易燃易爆或剧毒的液体。

（2）离心泵的选用　基本步骤如下。

①确定输送系统的流量和压头。一般液体的输送量由生产任务决定。如果流量在一定范围内变化，应根据最大流量选泵，并根据情况，计算最大流量下的管路所需的压头。

②选择离心泵的类型与型号。根据管路要求的流量Q和扬程H来选定合适的离心泵型号。在选用时，应考虑到操作条件的变化并留有一定的余量。选用时要使所选泵的流量与扬程比任务需要的稍大一些。如果用系列特性曲线来选，要使（Q，H）点落在泵的Q-H线以下，并处在高效区。

若有几种型号的泵，同时满足管路的具体要求，则应选效率较高的，同时也要考虑泵的价格。

③核算泵的轴功率。若输送液体的密度大于水的密度，则要核算泵的轴功率，以选择合适的电机。

技术训练1-12

如图1-84所示，某化工厂用泵将敞口储槽内的溶液输送到反应器中，输送管为ϕ76mm×3mm的钢管，长度（包括局部阻力当量长度在内）为80m，溶液密度为950kg/m3，黏度为30cP（厘泊），输送量为5.2m3/h，反应器内的压力为0.5at（表压），储槽内液面与反应器内液面间的垂直距离保持10m，泵效率为60%。试求：（1）溶液在管内的流动类型；（2）泵所需的轴功率；（3）现因泵腐蚀坏了，从以下库存三种型号泵中选择一台较合适的泵进行替换。

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

解：（1）

（2）

令低位槽液面为1-1'截面，高位槽液面为2-2'截面，有：

（3）

因此选B。

子任务3　 操作液体输送设备

本任务中，我们要掌握液体输送设备的运行前的各项检查、开车与停车操作、设备的诊断、设备的维护与保养、不良现象与事故处理等，保证化工生产过程的正常进行，主要以化工生产过程中的常用的离心泵为例进行说明。

知识储备

一、离心泵的操作

1.启动前的准备工作

①开车前检查泵的出入口管线阀门、压力表接头有无泄漏，检查冷却水是否畅通、地脚螺丝及其他连接处有无松动。（高温油泵一定要先检查冷却水阀是否打开投用，否则机封会因温度过高而损坏，泵体也可能会受损。）

②按规定向轴承箱加入润滑油，油面在油标1/2～2/3处。清理泵体机座地面环境卫生。（无润滑油开车后果可想而知，轴承将烧损。）

③盘车检查转子是否轻松灵活，泵体内是否有金属碰撞的声音。（启泵前一定要盘车灵活，否则强制启动会引起机泵损坏、电机跳闸甚至烧损。）

④全开冷却水出入口阀门。

⑤检查排水地漏使其畅通无阻。

⑥打开泵入口阀，使液体充满整个泵体，打开出口放空阀（或者灌泵），排出泵内空气后，关闭放空阀。

2.离心泵的启动

①泵入口阀全开，启动电机，全面检查泵的运转情况。

②检查电机和泵的旋转方向是否一致。（电机检修后的泵一定要检修此项。）

③当泵出口压力高于操作压力时，逐渐开大出口阀，控制好泵的流量、压力。出口全关启动泵是离心泵最标准的做法，主要目的是流量为0时轴功率最低，从而降低了泵的启动电流。

④检查电机电流是否在额定值，超负荷时，应停车检查。这是检查泵运行是否正常的一个重要指标。在启动完后其实还需要检查电机、泵是否有杂音，是否异常震动，是否有泄漏等之后才能离开。

3.离心泵的维护

①离心泵在开泵前必须先盘车，检查盘根或机械密封处，是否填压过紧或有其他异常现象。检查润滑油系统油路是否畅通。轴承箱油面不得低于油箱液面高度的2/3。打开冷却水保持畅通，打开入口阀检查各密封点泄漏情况，检查对轮螺丝是否紧固，对轮罩是否完好。

②正常运转时，应随时检查轴承温度。滑动轴承正常温度一般在65℃以下，严密注意盘根及机械密封情况，应经常检查震动情况及转子部分响声，听听是否有杂音。

③热油泵启动前一定要利用热油通过泵体进行预热。预热标准是：泵壳温度不得低于入口温度60～80℃，预热升温速度每小时不大于50℃，以免温差过大损坏设备。

④不得采取关入口阀的办法来控制流量，避免造成叶轮和其他机件损坏。

⑤停用泵的检修必须按规定办理工作票，并将出入口阀门关闭，放净泵体内的存油，方可拆卸。

⑥重油泵严禁电盘车，因泵体内存油黏稠，凝固而盘不动车时，应先用蒸汽将存油暖化后再盘车、启动。

⑦离心泵严禁带负荷启动，以免电机超电流烧坏。

二、离心泵故障的诊断与注意事项

离心泵诊断技术以离心泵的故障机理为基础，通过准确采集和检测反映设备状态的各种信号，并利用现代信号处理技术将现场采集的各种信号经过相应变换，提取真正反映设备状态的信息，然后根据已掌握的故障特征信息和状态参数判断故障及原因并做处理（见表1-14），还可预测故障的发展和设备寿命。按检测手段分类，主要分为：振动检测诊断法；噪声检测诊断法；温度检测诊断法；压力检测诊断法；声发射检测诊断法；润滑油或冷却液中金属含量分析诊断法等。

对离心泵的管路和密封和状况进行检查，要求每个班次上岗前都要进行此项检查，在启动离心泵之前还要通过手动的方式进行检查，看其是否能正常运转。

检查油位的情况，每天根据观察的情况对润滑油的缺位进行及时的补充，还要定期（每月一次）进行更换。

离心泵进入工作状态后，及时打开出口的阀门，同时要对电机的运转负荷状况进行观察，对管路的压力情况进行观察。在离心泵正常运转的状况下，调节出口阀，使离心泵的工作指标在正常控制范围内，使离心泵达到最佳的运行效率。

在离心泵正常运转的状态下，轴承温度一般最高不超过80℃，在日常的温度控制上，如果发现轴承温度高于60℃，就需要检查润滑油的油位和冷却水的管路情况，有时也可能是由于油箱内进入了异物。在工作程序上，在停止离心泵工作时，需要先关出口阀，再关压力表，最后停止电机的运转。

在新离心泵刚开始安装使用时，在经过初始的100h运转后要进行润滑油的更换，在之后的使用中经过500h后进行一次换油即可。

一般在冬季离心泵将进入停运状态，此时需要拧开离心泵下方的放液螺塞，放干净存留的介质，防止冬季发生冻裂现象；如果离心泵需要长时间的停用，在闲置之前要将离心泵拆开并且擦干，再对旋转部位和接合处进行润滑处理后，再进行存放。

三、离心泵的维护

（1）准确选择离心泵的流量、扬程　准确地选择流量、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旋涡，并产生径向力，使叶轮处于不平衡状态，轴承负载加大，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，并增加泵轴的偏斜，甚至使泵轴发生疲劳断裂。若生产上无法提高流量，可以考虑从工艺配管上增加回流，以达到调节流量的目的。

（2）保持润滑效果　要经常检查润滑剂的质量和油位，以确保润滑效果。新泵投用一次后应换油，大修时更换了轴承的离心泵也应如此。因为新的轴承同轴运行跑合时，会有异物进入油内，因此必须换油，以后每季度更换一次，所用的润滑油一定要符合质量要求。油雾润滑需要一套使油雾化并以雾状加到轴承上的装置。油雾系统的突出优点是能不断地将新油加到轴承上，同时在轴承箱内形成正压，阻止来自周围环境的污染物。

（3）加强易损件的维护　密封圈、油杯（大部分是塑料）、机械密封等均为易损件，特别是机械密封，造价较高，但是其使用寿命直接关系到离心泵故障平均间隔时间的长短。流体水力负荷不断变化、污染物太多、轴偏转、频繁拆装修理等都是导致机械密封寿命缩短的重要因素，应尽量减少。对于输送含固体颗粒的离心泵，更应特别注意，一定要在停泵前，用清水冲洗，防止颗粒进入密封，造成密封损坏。

技能训练1-11

（1）指出如图1-85所示的2B31型离心泵装置［吸入管直径为2in（1in=2.54cm），为B-单级单吸悬臂式离心泵］有哪些错误？并说明原因。

①安装高度太高，会造成汽蚀；

②吸入管径和出水管径与型号不对，二者不应相差太大；

③泵壳不是蜗壳型，流体能量损失大；

④叶轮的叶片的弯曲方向与旋转方向错误，应改为后弯。

（2）化工泵检修前应进行哪些方面的处理？

提示：

①机械、设备检修前必须停车，降温、泄压、切断电源；

②有易燃、易爆、有毒、有腐蚀性介质的机器、设备，检修前必须进行清洗、中和、置换分析检测合格后方可进行施工；

③检修有易燃、易爆、有毒、有腐蚀性介质或蒸汽设备、机器、管道，必须切断物料出、入口阀门，并加设盲板。

（3）化工泵组装时应注意哪些事项？

提示：①泵轴是否弯曲、变形；②转子平衡状况是否符合标准；③叶轮和泵壳之间的间隙；④机械密封缓冲补偿机构的压缩量是否达到要求；⑤泵转子和蜗壳的同心度；⑥泵叶轮流道中心线和蜗壳流道中心线是否对中；⑦轴承与端盖之间的间隙调整；⑧密封部分的间隙调整；⑨传动系统电机与变（增、减）速器的组装是否符合标准；⑩联轴器的同轴度找正；口环间隙是否符合标准；各部连接螺栓的紧力是否合适。