離心泵效率的損失及檢修對策

張淑芝

【摘 要】圍繞化工生產(chǎn)裝置中常用的離心泵的效率問題，結(jié)合離心泵的檢維修經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際，對如何進(jìn)行離心泵的動(dòng)、靜密封檢修、平衡裝置檢修進(jìn)行了討論，提出了離心泵檢修時(shí)要注重的幾個(gè)方面，對離心泵的檢修以降低泵的損耗，提高離心泵的工作效率等方面，有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】離心泵；效率；能量損失；檢修

化工生產(chǎn)裝置中，機(jī)泵在工作過程中伴隨著各種損失：機(jī)械損失、容積損失、流動(dòng)損失等。要提高泵的效率，就要從減少泵的各種能量損失入手。

泵的功率損失包括泵的機(jī)械損失（軸承耗用功率和密封中耗用的功率），容積損失和水力損失等。本文中主要針對機(jī)泵的容積損失以及機(jī)械損失中密封耗用功率方面進(jìn)行探討。以及在機(jī)泵的檢修過程中如何更好的控制機(jī)泵的相關(guān)參數(shù)，降低機(jī)泵的容積損失以及機(jī)械損失，以提高機(jī)泵的效率。

1.靜密封

在化工生產(chǎn)裝置中，靜密封沒有相對運(yùn)動(dòng)，不存在機(jī)械摩擦損失，但是如果靜密封面配合的不良，會(huì)使局部損失大大增加。對于異徑管的連接，為了避免介質(zhì)流動(dòng)過程中產(chǎn)生流動(dòng)死區(qū)，應(yīng)該配接大小頭，保證流道截面主變化平緩。

2.動(dòng)密封

而在轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，動(dòng)密封的密封面間有相對運(yùn)動(dòng)，既存在機(jī)械損失，又存在容積損失和流動(dòng)阻力損失。機(jī)械損失主要是軸承摩擦損失和密封摩擦損失，容積損失主要是葉輪密封環(huán)與泵體密封環(huán)間隙泄漏損失。因此要提高機(jī)泵的效率就要要最大限度地降低容積損失和機(jī)泵的機(jī)械損失。

2.1離心泵的葉輪密封環(huán)與泵體密封環(huán)之間的配合

如前所述，離心泵的容積損失主要是葉輪密封環(huán)與泵體密封環(huán)間隙泄漏損失。

根據(jù)水力學(xué)理論，流經(jīng)密封環(huán)間隙的泄漏q可表達(dá)為：

q=

其中B、D0由于泵零件加工工藝、裝配、泵轉(zhuǎn)子軸剛度等條件的限制，一般可視為定量。此外，λ、ψ是與密封環(huán)間隙形狀、幾何尺寸有關(guān)的損失系數(shù)，在此也可視作常數(shù)。而對于給定的泵參數(shù)，ΔH亦可認(rèn)為是常數(shù)，一般ΔH≈0.8H（H為設(shè)計(jì)揚(yáng)程）。因此，從式中可以看出，要使容積損失最小，就要有盡可能小的δ。δ就是葉輪密封環(huán)與泵體密封環(huán)間隙的重要參數(shù)。

如某鍋爐給水泵型號是8SH-9型，揚(yáng)程：50-69m，效率：0.77。葉輪與泵殼的密封采用的是密封環(huán)結(jié)構(gòu)形式。該泵運(yùn)行工況降低，出口壓力0.45MPa，電機(jī)電流由83A降為80A，泵的運(yùn)行效率只有0.62，已經(jīng)直接影響生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定。

2.2葉輪密封頸的晃度

在機(jī)泵的檢修過程中，不但要控制好葉輪密封環(huán)與泵體密封環(huán)的配合間隙，同時(shí)還要在調(diào)整葉輪泵體密封環(huán)間隙時(shí)，注意到葉輪密封頸的晃度的問題。如果葉輪密封頸存在晃度，在運(yùn)行時(shí)，最高點(diǎn)與最低點(diǎn)各自圍繞轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)中心形成1個(gè)圓面，最高點(diǎn)形成圓A，最低點(diǎn)形成圓B，在圓A 和圓B之間形成由最高點(diǎn)和最低點(diǎn)所形成的1個(gè)圓環(huán)，該圓環(huán)與葉輪密封頸形成1個(gè)楔形空間。

為了保證葉輪密封環(huán)不與泵體密封環(huán)摩擦，必須保證泵體密封環(huán)不能進(jìn)入圓A 內(nèi)，這就是說，密封間隙相應(yīng)增加了圓A—B形成的環(huán)面積，增加了漏泄截面積，漏泄損失增大。泄漏的高壓液體沖擊泵入口流體，擾亂入口流體流動(dòng)的穩(wěn)定性，增加了沖擊水力損失。

2.3泵的軸封

填料密封和機(jī)械密封是軸封較常用的2種方法。

2.3.1填料密封

填料密封是通過填料的軸向壓縮使填料產(chǎn)生徑向膨脹變形，從而使填料對接觸的軸或者軸套產(chǎn)生徑向壓力，阻止液體的漏泄，起到密封作用。

填料密封的軸向壓力是由調(diào)整填料壓蓋的緊力來產(chǎn)生的。在裝配填料時(shí)要注意，接口處應(yīng)切成45°的斜角，接頭要相互錯(cuò)開90°～180°。

假設(shè)填料對軸或者軸套產(chǎn)生的包裹力為P，填料與軸或者軸套的接觸面積為A，那么，填料對軸或者軸套產(chǎn)生的總表面壓力就是PA。據(jù)摩擦力與表面正壓力的關(guān)系，填料與軸或者軸套相對運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力為F=μPA。

泵要運(yùn)行，必須克服該摩擦力，消耗部分軸功率。據(jù)N=Mω可知，消耗在填料密封上的功率為：那N=F（D/2）×2πn/60。

為了達(dá)到密封的效果，填料承受的軸套（軸）的徑向壓力至少要等于系統(tǒng)的內(nèi)壓力。如果系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)的壓力為P，那么，摩擦力F≥μP。

2.3.2機(jī)械密封

機(jī)械密封是靠動(dòng)環(huán)和靜環(huán)兩接觸面的緊密配合來達(dá)到密封效果的。

機(jī)械密封的配置有三種：

配置1：單端面密封。

配置2：無壓雙重密封。

配置3：有壓雙重密封。

影響密封性能和壽命的幾何公差和配合要求如下：

a.密封壓蓋和密封室應(yīng)準(zhǔn)確對中。

為使密封壓蓋正確對中，壓蓋與密封室內(nèi)外止口的同心度應(yīng)≤125μm。密封室內(nèi)表面由于腐蝕或磨蝕，或密封室外凸緣由于長期使用而損壞，都會(huì)使壓蓋的對中不佳，導(dǎo)致密封面的磨損加劇，間隙加大，產(chǎn)生泄漏。

b.軸和軸套的間隙配合采用G7/h6。

軸套和軸的間隙配合采用G7/h6，以便于轉(zhuǎn)拆，同時(shí)達(dá)到要求的徑向跳動(dòng)控制量。如果使用緊定螺釘， 通常的安裝方式會(huì)使密封軸套略微不對中， 使密封面磨損， 產(chǎn)生泄漏。

G7/h6配合，依據(jù)直徑的不同，其名義間隙為25～75μm。

c.密封室的端面跳動(dòng)量每20mm密封腔孔徑不應(yīng)超過10μm。

3.泵的軸向推力平衡裝置

多級離心泵有1個(gè)特殊裝置：平衡盤裝置。

離心泵在運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)指向葉輪入口的軸向推力，使轉(zhuǎn)子發(fā)生軸向位移，葉輪將與靜止的泵殼接觸而被磨損，軸承發(fā)熱或損壞。

分段式多級泵多采用平衡盤的方式來平衡軸向推力。平衡盤是通過泄漏部分高壓介質(zhì)，在平衡盤上形成壓力差，從而產(chǎn)生平衡力，平衡盤裝置。

當(dāng)離心泵正常工作時(shí)，末級葉輪出口處的壓力是P2，后泵腔的壓力為P3，介質(zhì)通過徑向間隙b后，漏泄到平衡盤中間的液體壓力降低到P4，P4是平衡盤前的壓力，液體再經(jīng)過軸向間隙b0，壓力降為P5，連接吸入管壓力為P6。在平衡盤兩側(cè)存在壓力差P4-P6，該壓差作用在平衡盤的有效面積上，便產(chǎn)生了一個(gè)平衡力，它正好與軸向推力的方向相反。平衡盤前后壓差Δp=P4-P6，平衡盤工作面積為S=πD2/4.產(chǎn)生的平衡力為P=ΔpS=ΔpπD2/4。

從上式可看出，平衡盤的軸向平衡力與平衡盤前后壓差和平衡盤的面積有關(guān)，壓力大，面積就小。平衡盤越大，其邊緣線速度越大，運(yùn)行時(shí)其圓盤摩擦損失就越大，同時(shí).在相同的bo間隙下，大直徑的平衡盤有較大的漏泄截面積，漏泄量增大。在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，小間隙內(nèi)流體的速度變化梯度很大。這就是說，流體內(nèi)摩擦力較大，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)克服內(nèi)摩擦力的阻礙要消耗的功率也較大，擴(kuò)大間隙，降低速度的變化梯度，有利節(jié)省部分內(nèi)摩擦力功耗。

如圖所示 P3 作用在該臺肩上，就產(chǎn)生了平衡力，平衡一部分軸向推力，平衡盤承擔(dān)的軸向推力減少，于是，平衡盤的尺寸也隨之減小，消耗的功率減少。在實(shí)際工作中，常采用平衡鼓和平衡盤的組合方式。

4.結(jié)束語

通過以上對機(jī)泵效率損失的理論分析及檢修實(shí)例，對我們在機(jī)泵實(shí)際的維檢修中存在的一些直接影響到機(jī)泵運(yùn)轉(zhuǎn)中效率降低的因素有了直觀的認(rèn)識。如果對機(jī)泵運(yùn)行中存在的問題在檢修時(shí)不追本溯，勢必造成機(jī)泵檢修的不徹，從而使機(jī)泵的檢修周期縮，增加成本。因此在設(shè)備檢修中，要對機(jī)泵運(yùn)轉(zhuǎn)中存在的問題從理論層面上加以分析，有了理論依據(jù)，才能更深入剖析問題的實(shí)質(zhì)。同時(shí)按照理論依據(jù)所提供的技術(shù)要求，嚴(yán)格控制檢修中機(jī)泵各配件中尺寸配合的間隙，使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值。盡可能降低機(jī)泵檢修因素所帶來的機(jī)泵運(yùn)轉(zhuǎn)效率的下降。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]《離心泵設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》編寫組.離心泵設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1974.

[2]金樹德.現(xiàn)代水泵設(shè)計(jì)方法.北京：兵器工業(yè)出版社，1993.

[3]關(guān)醒凡.現(xiàn)代泵技術(shù)手冊.北京：宇航出版社，1995.

[4]（德）KSB公司編著.離心泵技術(shù)辭典.

[5]化工廠機(jī)械手冊（第一卷）.化學(xué)工業(yè)出版社.