离心泵工艺计算

离心泵工艺计算吕国林2010年6月8日离心泵工作原理离心泵的组成离心泵的主要过流部件有吸水室、叶轮和压水室。�吸水室位于叶轮的进水口前面，起到把液体引向叶轮的作用；�压水室主要功能是将动能转换成压力能，螺旋形压水室，蜗壳式外壳；�叶轮是提供流体能量的元件，是泵最重要的部件，叶轮通常由盖板和中间的叶片组成。 工作原理离心泵依靠旋转叶轮对液体的作用把原动机的机械能传递给液体。在离心力的作用下，液体从叶轮进口流向出口的过程中，其速度能和压力能都得到增加，被叶轮排出的液体经过压出室，大部分速度能转换成压力能，然后沿排出管路输送出去，这时，叶轮进口处因液体的排出而形成真空或低压，吸水池中的液体在液面压力（大气压）的作用下，被压入叶轮的进口，于是，旋转着的叶轮就连续不断地吸入和排出液体。5气缚和汽蚀需要理解和区别的两个概念•1气缚泵在运转时吸入管路和泵的轴心处常处于负压状态，若管路及轴封密封不良，则因漏入空气而使泵内流体的平均密度下降，泵将无法吸上液体，像这种因泵壳内存在气体而导致吸不上液的现象。•2汽蚀当叶轮进口处液体压力降至低于被输送液体的饱和蒸气压时，将发生液体将被汽化沸腾，生成的蒸气泡在随液体从入口向外周流动中，又因叶轮出口处液体的压力迅速加大而急剧冷凝。使液体以很大的速度从周围冲向气泡中心，产生频率很高，瞬时压力很大的冲击波，这种现象称为“汽蚀”或“空蚀”。离心泵的结构离心泵的主要性能参数（1）离心泵的主要性能参数有压头、流量、功率、效率、泵需要的净正吸入压头(NPSHr)等�压头离心泵的压头也称为扬程，以H(m)表示，其取决于泵的结构(如叶轮直径、叶片的形状等)、转速和流量。�流量离心泵的流量又称为泵的输液能力，Q表示，它取决于泵的结构(主要为叶轮的直径与叶片的宽度)和转速，另外还有输液管路的阻力等。�功率离心泵自轴上输人的功率简称轴功率，以Ne表示。泵对液体的输出功率Ne=ρgQH。�效率又称为泵的总效率，以η表示，即η=Ne/N。一般小型泵的最高效率为50%-70%;大型泵可达90%左右。离心泵的效率与泵的大小、类型、制造精密程度及其所输送液体的性质有关。�泵需要的净正吸入压头(NPSHr)，为保证泵正常运转而不发生气蚀，净正吸入压头必须大于某一指定最小值，该最小值称为泵需要的净正吸入压头(NPSHr),与泵的类型和结构设计有关，并随泵的转速和流量而变，NPSHr越小，泵抗气蚀能力越强。NPSHr一般由泵制造厂测定提供，NPSHr的测定条件是按输送20℃时的清水。离心泵的主要性能参数（2）典型离心泵的性能特性曲线图泵的系统计算�泵的进出口管道系统选择与计算�泵的系统特性计算1.NPSH计算2.泵的压差计算3.泵的安装高度计算离心泵管路系统流速、管径选择（1）管径选择原则是由流速及相应的允许压力降来确定流速•流速水和物性与水近似的液体的离心泵吸入管内流速为1.5~2m/s(常温)，0.5~1.5m/s温度70-110度);排出管内流速为1.5~3m/s。•压降泵吸入管和排出管的单位管长压力降一般由计算而定，有的由于经济原因及操作要求，可作限定。泵吸入管路压力降一般控制在20mm液柱/米管长以内，当输送液体温度高于70℃或处于平衡状态时，应控制在6mm液柱/米管长以内。泵排出管路压力降随流量不同而控制范围不同，见下表。离心泵管路系统流速、管径选择（2）说明：所提及的数据均为一般情况下的控制范围，在实际使用过程中应注意到流体性质、操作工况、安装位置及泵的类型，并根据安全和经济的原则来确定泵的吸入管和排出管的流速及允许压力降。泵的系统特性计算之NPSH（1）1.NPSHa的计算及有关参数的选择1.1离心泵的NPSHa可按下式进行计算:泵的系统特性计算之NPSH（2）1.2NPSHa计算注意事项a.确定吸人损失时应注意;(1)管径为内径;(2)流量为泵的设计流量，若用正常流量计算，则各项损失要乘以流量安全系数的平方;(3)对在正常操作中几台并联运转的关键泵，应估计到一台泵突然损坏时的有效净正吸入压头，此值通常是减小;(4)当吸入侧容器标高由需要的净正吸入压头确定时，吸入管道的总摩擦损失不应超过0.6m液柱;(5)当吸入侧容器标高不是由需要的净正吸入压头确定时，吸入管道的总摩擦损失可超过0.6m液柱，推荐作法是按控制单位压力降0.23~0.46kPa/m来确定吸入管道和进泵管道的管径。b.吸入侧容器的工作压力为正常出现的最低工作压力。c.吸入侧容器的液面标高应取正常出现的最低情况。d泵入口液体的饱和蒸汽压应取正常出现的最高工作温度下的值。总之，计算泵的NPSHaNPSHaNPSHaNPSHa，应选择正常出现的最不利条件下的数据进行计算，以保证泵不发生气蚀而可靠地运行泵的系统特性计算之NPSH（3）1.3NPSHa的安全裕量�从1.1中NPSHa计算结果减去安全裕量，即为泵系统的最终有效净正吸入压头。�对一般离心泵，NPSHa的安全裕量取0.6~1.0m，但对不同类型和不同用途的离心泵，NPSHa的安全裕量也不同，具体见下表序号离心泵的用途安全裕量/单位：米1锅炉给水泵及锅炉给水循环泵、卧式冷凝器热冷凝液泵2.12常温常压冷却水泵0.63吸人压力70kPa(表)的泵0.64用于输送平衡液体和在蒸汽分压下的液体的泵0.3~1.25多级泵和双吸叶轮泵0.66自动启动泵0.6泵的系统特性计算之泵的压差（1）1.泵吸入压力和最大吸入压力计算（1）泵吸入压力计算泵的吸入压力按流量不同可分为正常流量下的吸入压力和设计流量下的吸入压力。a.正常流量下泵的吸入压力如下:b.设计流量下泵的吸入压力计算如下:16泵的系统特性计算之泵的压差（2）1.泵吸入压力和最大吸入压力计算（2）泵的最大吸入压力泵的最大吸入压力是指泵吸入处可能出现的最高压力，为泵吸入侧容器由于不正常情况可能出现的最高压力及产生的最高液位的净压力之和，如下式所示:Ps，max=P1，max+9.81*r*H1，max17泵的系统特性计算之泵的压差（3）2.泵压差和泵排出压力计算2.1泵压差（1）泵出口无控制阀的系统设计流量下泵最小压差计算如下：结论：△PpPpPpPp，minminminmin经取整((((小数点后及个位数四舍五入))))后加30kPa30kPa30kPa30kPa即为泵设计流量下泵的压差((((△P)P)P)P)。18泵的系统特性计算之泵的压差（4）2.泵压差和泵排出压力计算2.1泵压差（2）泵出口有控制阀的系统泵出口管道上有控制阀时，要分析系统情况，确定控制阀压降。一般控制阀允许压降要占整个管道系统可变压降(不包括控制阀压降)的25%以上(正常工作条件下)，并且控制阀正常流量下允许压降值要大于70kPa，正常流量时控制阀允许压降下的计算流通系数(Cvc)（正常)与所选控制阀本身流通系数(Cv)之比为0.5~1，控制阀公称直径须小于或等于管道公称直径，只有这样才能保证控制阀良好运行，否则要重新选择控制阀或改变管道设计(包括改变管径、管道上附件及管道配置)。由上述压降经验数据，按下式计算控制阀流通系数(Cvc)（设计)，并以此初步确定控制阀尺寸和流通系数(Cv)。19泵的系统特性计算之泵的压差（5）2.泵压差和泵排出压力计算2.1泵压差（2）泵出口有控制阀的系统要使控制阀具有良好调节性能，系统应满足控制阀压降要求，在设计流量下控制阀必须的最小压降按下式计算:泵在设计流量下必须的最小压差(有控制阀时)按下式计算结论：△PpPpPpPp，minminminmin经取整((((小数点后及个位数四舍五入))))后加30kPa30kPa30kPa30kPa即为泵设计流量下泵的压差((((△P)P)P)P)。20泵的系统特性计算之泵的压差（6）2.泵压差和泵排出压力计算2.1泵压差（2）泵出口有控制阀的系统当按上述确定了泵的压差后，在正常流量下由于系统管路的可变压降比设计流量下低，则此时控制阀允许压降要比其在设计流量下必须的最小压降要大。正常流量下控制阀允许压降按下式计算:正常流量下控制阀允许压降条件下的计算流通系数((Cvc）(正常)按下式计算:21泵的系统特性计算之泵的压差（7）2.泵压差和泵排出压力计算2.1泵压差（2）泵出口有控制阀的系统a.b.2.2泵的扬程22泵的系统特性计算之泵的压差（8）2.泵压差和泵排出压力计算2.3泵排出压力计算（1）正常流量下Pnd—正常流量下泵的排出压力，kPa（2）设计流量下Pdd—正常流量下泵的排出压力，kPa2.4泵的最大关闭压力计算泵的最大关闭压力，是指离心泵在关闭出口阀门(即流量为零)时的泵出口表压力，此值可由泵制造厂提供的零流量扬程来计算。由于管道的事故压力要根据泵的关闭压力来确定，故在初步设计阶段必须估算此值，待泵制造厂资料到后，取泵的零流量扬程加Ps，max.算出实际关闭压力。在估算时对一般离心泵，在蹩压时按压力升高20%计算，离心泵的最大关闭压力按下式计算:23泵的系统特性计算之泵安装高度（1）3.泵的安装高度计算3.1泵的安装高度是指泵轴中心线与泵吸入液面的垂直距离，实际计算时是指泵基础顶面与泵吸入液面的垂直距离，按下式计算:Hg----泵的几何安装高度，m。当其为正值时，表示泵基础顶面在吸入液面之上，即为吸上;当其为负值时，表示泵基础顶面在吸人液面之下，即为灌注。24泵的系统特性计算之泵安装高度（2）3.泵的安装高度计算3.2泵安装高度的确定原则保证泵在指定条件下工作而不发生气蚀。泵的安装高度一般是由工艺专业在设备建议布置图时计算NPSHa，保证NPSHa超过NPSHr一定余量。泵的安装高度采用泵可能最大使用流量(流量增大，NPSHr增大，导致Hg发生变化)来计算外，还应考虑吸入管道压力降在使用后会增加等的因素，要根据不同情况对计算的安装高度加以适当的余量。25离心泵的系统特性计算举例（1）某装置解吸塔给料泵，正常流量为32.6m3/h，设计流量为37.49m3/h，流量安全系数1.15,输送流体温度50℃，相对密度0.99，粘度0.8mPas,饱和蒸汽压力为59.8kPa(50℃时)，吸入侧容器压力为101kPa，排出侧容器压力为588.4kPa。泵排出管线上有孔板和换热器，正常流量下压降分别为20kPa和50kPa，流程简图如下，试进行泵的系统计算。26离心泵的系统特性计算举例（2）1泵进出口管道压降计算按化工原理中管道压力降计算的方法，计算单位管长压降和当量长度。正常流量32.6m3/h下单位管长压降:DN150管为2.06mm液/m,DN125管为5.23mm液柱/m。已知:泵入口管道直管长度DN150段L=15m,DN125段L=3m;阀门、管件当量长度DN150段Le=10m,DN125段Le=31m。泵排出管道直管长度DN125段L=2m,DN150段L=34m;阀门管件当量长度DN150段Le=134m,DN125段Le=76m,则正常流量下泵吸入管道和排出管道的压降分别为:27离心泵的系统特性计算举例（3）2.NPSHa计算3.泵吸入条件计算有效NPSHa=4.44-0.6=3.84米液柱28离心泵的系统特性计算举例（4）4.泵排出条件计算29离心泵的系统特性计算举例（5）30离心泵的系统特性计算举例（6）31离心泵数据表（摘要）32保证泵工艺系统正常运行措施(1)1泵的选择根据工艺液体输送流量、装置对泵的压头(扬程)要求、装置有效气蚀余量、流体热力学性质，装置系统的管路布置，以及工艺工作条件等进行综合分析比较，是泵工艺系统正常运行的前提。2防气蚀措施一旦泵选定之后，为保证泵在不发生气蚀的条件下运转，可采取以下措施:2.1合理安装。根据装置具体情况，在经济性范围内，尽量将泵安装得低一些。若是吸上操作，应使吸上高度小一些，若是灌注操作，应使灌注头高一些。2.2管路配置(1)在可能的情况下减少吸入管道的管件数量，加大吸入管径，以减小吸入管道系统压降。(2)对长时间连续操作的返回管道，避免接至泵入口，应接至泵吸入容器。2.3在能满足工艺要求的前提下，降低泵的转速操作，改变泵的吸入性能，以减小泵