离心泵的性能参数及其在石油库设计中的选型

　　摘要：离心泵具有体积小、结构简单、性能适应范围广、操作容易、维护费用低等诸多优点，因此被广泛应用于石油、化工系统作为介质输送设备。据统计，石化行业所用的各类泵中，离心泵占的比例超过70%。离心泵的类型很多，规格也很广泛，如何选择合适的离心泵呢？本文对离心泵的主要性能参数及离心泵选型原则和选型依据进行了简单介绍。
　　关键词：离心泵；基本性能参数；选型原则；选型依据
　　1 离心泵的工作原理
　　离心泵的主要部件为叶轮和泵壳。泵壳内的叶轮固定在由原动机驱动的转轴上，当原动机通过转轴带动时轮做旋转运动时，叶片间的液体随叶轮旋转而获得离心力，并使液体从叶片之间的出口甩出而挤入泵壳，泵壳内的液体压强增高，然后经泵壳中的流道被导向出口排出。与此同时，叶轮中心处由于液体被甩出而形成真空状态，使得外界液体在大气压的作用下沿吸入管被抽到泵的吸入口。叶轮连续地旋转，流体也就连续地排出、吸入，形成离心泵的连续工作。
　　2离心泵的分类
　　离心泵的种类很多，它是依据不同的结构特点而划分的。按工作叶轮数目分为单级泵和多级泵，按工作压力分为低压泵、中压泵、高压泵；按叶轮进水方式分为单吸泵和双吸泵；按泵壳结合缝形式分为轴向剖分泵和径向剖分泵；按泵轴位置分为立式泵和卧式泵；按叶轮出水引向压出室的方式分为蜗壳泵和导叶泵。
　　3离心泵的基本性能参数
　　3.1流量
　　泵的流量是指泵在单位时间内所输送的液体量，以符号Q表示，单位为m3/s或m3/h。
　　3.2扬程
　　泵的扬程是指单位重量流体通过泵之后所获得的有效能量，也即泵所输送的单位重量流体从进口至出口的能量增值。扬程以符号H表示，单位为m。
　　3.3功率
　　泵的功率通常指输入功率，也即原动机传到泵轴上的功率，又称轴功率，用符号N表示，单位为W或KW。泵的输出功率又称有效功率，用符号Ne表示。它表示单位时间流体从泵中所获得的实际能量，它等于重量流量与扬程的乘积：
　　Ne=QpKW
　　3.4效率
　　由于存在机械损失、容积损失和水力损失，原动机提供给泵轴的能量不能全部为液体所获得，通常用有效功率与轴功率之比来表示泵的效率，以符号η表示：
　　η=Ne/N
　　η是评价泵性能好坏的一项重要指标，η越大，说明能量转换效率越高。
　　3.5汽蚀余量
　　泵的汽蚀余量泵入口处单位重量液体所具有的超过饱和蒸汽压力的富余能量，用符号NPSH（NetPositiveSuctionHead）表示，单位为m。汽蚀余量又分为有效汽蚀余量和必需汽蚀余量。
　　3.5.1泵的有效汽蚀余量NPSHa
　　有效汽蚀余量是指由泵安装条件所确定的汽蚀余量，常用NPSHa表示。又称为装置汽蚀余量，是由吸入装置提供的在泵进口处单位重量液体具有的超过汽化压力的富余能量。NPSHa越大，泵越不容易发生汽蚀。有效汽蚀余量的大小与装置参数及液体性质有关。因为吸入装置的水力损失和流量的平方成正比，所以NPSHa随流量的增加而减小。
　　3.5.2必需汽蚀余量NPSHr
　　对于给定泵，在给定转速和流量下必需具有的汽蚀余量称为泵的必需汽蚀余量，常用NPSHr表示。必需汽蚀余量与装置参数及液体性质无关，只与泵进口部分的运动参数有关，这些运动参数在一定转速和流量下是由泵本身(吸水室和叶轮进口部分的几何参数)决定的。NPSHr小，表示要求装置必须提供的NPSHr小，因而泵的抗汽蚀性能越好。
　　
　　4离心泵的选型原则及选型依据
　　4.1离心泵选型原则
　　4.1.1所选泵的型式和性能满足流量、扬程、压力、温度、汽蚀余量等工艺参数的要求。
　　4.1.2机械方面可靠性高、振动小、噪声低。
　　4.1.3经济上要综合考虑设备费用、运行费用、维护和管理费用的总成本最低。
　　4.2离心泵的选型依据
　　泵的选型依据，应根据工艺流程及给排水要求，从五个方面加以考虑，即输送液体物性、流量、扬程、管路布置及操作条件等。
　　4.2.1输送介质物性数据输送介质的物性对泵的流量、扬程、功率、汽蚀余量、结构、材料等有影响，是选泵时需要考虑的重要因素。需要列出的物性数据有：液体名称、密度、粘度、腐蚀性介质名称及其含量、气体或固体（粒度）含量、饱和蒸汽压等。
　　4.2.2流量是选泵的重要参数之一，它直接影响系统的生产能力和输送能力。泵的流量通常由业主方在设计任务书中提供，包括流体的正常、最大及最小流量。选泵时一般以最大流量为基础，并考虑最小流量的要求。有时候正常流量分为几档，且变化幅度比较大，例如油库在进行装船出库作业时，可能是装一条船，也可能多条船同时作业。这样在选泵时应以出现频次最高的流量作为选泵的依据，以确保多数情况下泵工作在高效区。对于更小的流量，则通过阀门节流调节或变频调节获得，而大流量通常采用多泵并联运行的方式获得。
　　4.2.3扬程是选泵另一重要参数，系统所需泵的扬程通常由生产需要来决定，与以下几点有关：a.两端容器液面间的位差；b.两端容器液面上压力作用的压头差；c.泵进、出口管线、管件、阀件、仪表组件和设备的阻力损失。液体输送系统所需的扬程H，可用下式计算：
　　 （1）
　　式中 H－泵输送系统所需的扬程，m；
　　Pd、Ps－出口侧、吸入侧容器液面上的压力，Pa；
　　Hd、Hs－出口侧、吸入侧液面至泵中心几何高度，m；
　　hl－管系阻力头，m；
　　ρ－输送温度下的液体密度，kg/m3；
　　g－重力加速度，g＝9.81，m/s2。
　　在公式（1）中，对于一个确定的系统，公式前两部分与流量无关，令，根据阻力与流量的函数关系式（s—管路阻力系数，s2/m5），我们可以将公式（1）记作
　　 （2）
　　将公式（2）绘制在以流量Q为横坐标，扬程H为纵坐标的图中，得到一条二次抛物线，这条曲线称为管路系统特性曲线，如下图所示。
　　
　　图1 管路系统特性示意图
　　由图1可以看出管路系统的扬程与流量的对应关系，在选泵时必须以最大流量对应的扬程且预留5—15%的余量。将管路系统特性曲线与泵的Q－H曲线配合，可以确定一台泵输送系统的工作点。应尽可能使工作点落在高效率区内，以节省能量。
　　4.2.4管路布置条件指输送高度、输送距离、管道走向、吸入侧最低液面、排出侧最高液面等数据和管道及管件规格、数量等，以便进行扬程和汽蚀余量的校核。
　　4.2.5泵的操作条件包括的内容很多，如液体操作温度对应的饱和压力、吸入侧压力、排出侧压力、海拔高度、环境温度等。
　　
　　
　　参考文献：
　　1. 油库技术与管理手册上海科学技术出版社出版
　　2. 流体力学、泵与风机许玉望主编中国建筑工业出版社

《离心泵的性能参数及其在石油库设计中的选型》

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