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【摘 要】围绕化工生产装置中常用的离心泵的效率问题，结合离心泵的检维修经验和实际，对如何进行离心泵的动、静密封检修、平衡装置检修进行了讨论，提出了离心泵检修时要注重的几个方面，对离心泵的检修以降低泵的损耗，提高离心泵的工作效率等方面，有一定的实际指導意义。
【关键词】离心泵；效率；能量损失；检修
化工生产装置中，机泵在工作过程中伴随着各种损失：机械损失、容积损失、流动损失等。要提高泵的效率，就要从减少泵的各种能量损失入手。
泵的功率损失包括泵的机械损失（轴承耗用功率和密封中耗用的功率），容积损失和水力损失等。本文中主要针对机泵的容积损失以及机械损失中密封耗用功率方面进行探讨。以及在机泵的检修过程中如何更好的控制机泵的相关参数，降低机泵的容积损失以及机械损失，以提高机泵的效率。
1.静密封
在化工生产装置中，静密封没有相对运动，不存在机械摩擦损失，但是如果静密封面配合的不良，会使局部损失大大增加。对于异径管的连接，为了避免介质流动过程中产生流动死区，应该配接大小头，保证流道截面主变化平缓。
2.动密封
而在转动设备的运转过程中，动密封的密封面间有相对运动，既存在机械损失，又存在容积损失和流动阻力损失。机械损失主要是轴承摩擦损失和密封摩擦损失，容积损失主要是叶轮密封环与泵体密封环间隙泄漏损失。因此要提高机泵的效率就要要最大限度地降低容积损失和机泵的机械损失。
2.1离心泵的叶轮密封环与泵体密封环之间的配合
如前所述，离心泵的容积损失主要是叶轮密封环与泵体密封环间隙泄漏损失。
根据水力学理论，流经密封环间隙的泄漏q可表达为：
q=
其中B、D0由于泵零件加工工艺、装配、泵转子轴刚度等条件的限制，一般可视为定量。此外，λ、ψ是与密封环间隙形状、几何尺寸有关的损失系数，在此也可视作常数。而对于给定的泵参数，ΔH亦可认为是常数，一般ΔH≈0.8H（H为设计扬程）。因此，从式中可以看出，要使容积损失最小，就要有尽可能小的δ。δ就是叶轮密封环与泵体密封环间隙的重要参数。
如某锅炉给水泵型号是8SH-9型，扬程：50-69m，效率：0.77。叶轮与泵壳的密封采用的是密封环结构形式。该泵运行工况降低，出口压力0.45MPa，电机电流由83A降为80A，泵的运行效率只有0.62，已经直接影响生产工艺的稳定。
2.2叶轮密封颈的晃度
在机泵的检修过程中，不但要控制好叶轮密封环与泵体密封环的配合间隙，同时还要在调整叶轮泵体密封环间隙时，注意到叶轮密封颈的晃度的问题。如果叶轮密封颈存在晃度，在运行时，最高点与最低点各自围绕转子运转中心形成1个圆面，最高点形成圆A，最低点形成圆B，在圆A 和圆B之间形成由最高点和最低点所形成的1个圆环，该圆环与叶轮密封颈形成1个楔形空间。
为了保证叶轮密封环不与泵体密封环摩擦，必须保证泵体密封环不能进入圆A 内，这就是说，密封间隙相应增加了圆A—B形成的环面积，增加了漏泄截面积，漏泄损失增大。泄漏的高压液体冲击泵入口流体，扰乱入口流体流动的稳定性，增加了冲击水力损失。
2.3泵的轴封
填料密封和机械密封是轴封较常用的2种方法。
2.3.1填料密封
填料密封是通过填料的轴向压缩使填料产生径向膨胀变形，从而使填料对接触的轴或者轴套产生径向压力，阻止液体的漏泄，起到密封作用。
填料密封的轴向压力是由调整填料压盖的紧力来产生的。在装配填料时要注意，接口处应切成45°的斜角，接头要相互错开90°～180°。
假设填料对轴或者轴套产生的包裹力为P，填料与轴或者轴套的接触面积为A，那么，填料对轴或者轴套产生的总表面压力就是PA。据摩擦力与表面正压力的关系，填料与轴或者轴套相对运动时产生的摩擦力为F=μPA。
泵要运行，必须克服该摩擦力，消耗部分轴功率。据N=Mω可知，消耗在填料密封上的功率为：那N=F（D/2）×2πn/60。
为了达到密封的效果，填料承受的轴套（轴）的径向压力至少要等于系统的内压力。如果系统内介质的压力为P，那么，摩擦力F≥μP。
2.3.2机械密封
机械密封是靠动环和静环两接触面的紧密配合来达到密封效果的。
机械密封的配置有三种：
配置1：单端面密封。
配置2：无压双重密封。
配置3：有压双重密封。
影响密封性能和寿命的几何公差和配合要求如下：
a.密封压盖和密封室应准确对中。
为使密封压盖正确对中，压盖与密封室内外止口的同心度应≤125μm。密封室内表面由于腐蚀或磨蚀，或密封室外凸缘由于长期使用而损坏，都会使压盖的对中不佳，导致密封面的磨损加剧，间隙加大，产生泄漏。
b.轴和轴套的间隙配合采用G7/h6。
轴套和轴的间隙配合采用G7/h6，以便于转拆，同时达到要求的径向跳动控制量。如果使用紧定螺钉， 通常的安装方式会使密封轴套略微不对中， 使密封面磨损， 产生泄漏。
G7/h6配合，依据直径的不同，其名义间隙为25～75μm。
c.密封室的端面跳动量每20mm密封腔孔径不应超过10μm。
3.泵的轴向推力平衡装置
多级离心泵有1个特殊装置：平衡盘装置。
离心泵在运行时，会产生一个指向叶轮入口的轴向推力，使转子发生轴向位移，叶轮将与静止的泵壳接触而被磨损，轴承发热或损坏。
分段式多级泵多采用平衡盘的方式来平衡轴向推力。平衡盘是通过泄漏部分高压介质，在平衡盘上形成压力差，从而产生平衡力，平衡盘装置。 当离心泵正常工作时，末级叶轮出口处的压力是P2，后泵腔的压力为P3，介质通过径向间隙b后，漏泄到平衡盘中间的液体压力降低到P4，P4是平衡盘前的压力，液体再经过轴向间隙b0，压力降为P5，连接吸入管压力为P6。在平衡盘两侧存在压力差P4-P6，该压差作用在平衡盘的有效面积上，便产生了一个平衡力，它正好与轴向推力的方向相反。平衡盘前后压差Δp=P4-P6，平衡盘工作面积为S=πD2/4.产生的平衡力为P=ΔpS=ΔpπD2/4。
從上式可看出，平衡盘的轴向平衡力与平衡盘前后压差和平衡盘的面积有关，压力大，面积就小。平衡盘越大，其边缘线速度越大，运行时其圆盘摩擦损失就越大，同时.在相同的bo间隙下，大直径的平衡盘有较大的漏泄截面积，漏泄量增大。在高速旋转机械中，小间隙内流体的速度变化梯度很大。这就是说，流体内摩擦力较大，机械运转时克服内摩擦力的阻碍要消耗的功率也较大，扩大间隙，降低速度的变化梯度，有利节省部分内摩擦力功耗。
如图所示 P3 作用在该台肩上，就产生了平衡力，平衡一部分轴向推力，平衡盘承担的轴向推力减少，于是，平衡盘的尺寸也随之减小，消耗的功率减少。在实际工作中，常采用平衡鼓和平衡盘的组合方式。
4.结束语
通过以上对机泵效率损失的理论分析及检修实例，对我们在机泵实际的维检修中存在的一些直接影响到机泵运转中效率降低的因素有了直观的认识。如果对机泵运行中存在的问题在检修时不追本溯，势必造成机泵检修的不彻，从而使机泵的检修周期缩，增加成本。因此在设备检修中，要对机泵运转中存在的问题从理论层面上加以分析，有了理论依据，才能更深入剖析问题的实质。同时按照理论依据所提供的技术要求，严格控制检修中机泵各配件中尺寸配合的间隙，使其达到标准值。尽可能降低机泵检修因素所带来的机泵运转效率的下降。 [科]
【参考文献】
[1]《离心泵设计基础》编写组.离心泵设计基础.北京：机械工业出版社，1974.
[2]金树德.现代水泵设计方法.北京：兵器工业出版社，1993.
[3]关醒凡.现代泵技术手册.北京：宇航出版社，1995.
[4]（德）KSB公司编著.离心泵技术辞典.
[5]化工厂机械手册（第一卷）.化学工业出版社.
【关键词】离心泵；效率；能量损失；检修
化工生产装置中，机泵在工作过程中伴随着各种损失：机械损失、容积损失、流动损失等。要提高泵的效率，就要从减少泵的各种能量损失入手。
泵的功率损失包括泵的机械损失（轴承耗用功率和密封中耗用的功率），容积损失和水力损失等。本文中主要针对机泵的容积损失以及机械损失中密封耗用功率方面进行探讨。以及在机泵的检修过程中如何更好的控制机泵的相关参数，降低机泵的容积损失以及机械损失，以提高机泵的效率。
1.静密封
在化工生产装置中，静密封没有相对运动，不存在机械摩擦损失，但是如果静密封面配合的不良，会使局部损失大大增加。对于异径管的连接，为了避免介质流动过程中产生流动死区，应该配接大小头，保证流道截面主变化平缓。
2.动密封
而在转动设备的运转过程中，动密封的密封面间有相对运动，既存在机械损失，又存在容积损失和流动阻力损失。机械损失主要是轴承摩擦损失和密封摩擦损失，容积损失主要是叶轮密封环与泵体密封环间隙泄漏损失。因此要提高机泵的效率就要要最大限度地降低容积损失和机泵的机械损失。
2.1离心泵的叶轮密封环与泵体密封环之间的配合
如前所述，离心泵的容积损失主要是叶轮密封环与泵体密封环间隙泄漏损失。
根据水力学理论，流经密封环间隙的泄漏q可表达为：
q=
其中B、D0由于泵零件加工工艺、装配、泵转子轴刚度等条件的限制，一般可视为定量。此外，λ、ψ是与密封环间隙形状、几何尺寸有关的损失系数，在此也可视作常数。而对于给定的泵参数，ΔH亦可认为是常数，一般ΔH≈0.8H（H为设计扬程）。因此，从式中可以看出，要使容积损失最小，就要有尽可能小的δ。δ就是叶轮密封环与泵体密封环间隙的重要参数。
如某锅炉给水泵型号是8SH-9型，扬程：50-69m，效率：0.77。叶轮与泵壳的密封采用的是密封环结构形式。该泵运行工况降低，出口压力0.45MPa，电机电流由83A降为80A，泵的运行效率只有0.62，已经直接影响生产工艺的稳定。
2.2叶轮密封颈的晃度
在机泵的检修过程中，不但要控制好叶轮密封环与泵体密封环的配合间隙，同时还要在调整叶轮泵体密封环间隙时，注意到叶轮密封颈的晃度的问题。如果叶轮密封颈存在晃度，在运行时，最高点与最低点各自围绕转子运转中心形成1个圆面，最高点形成圆A，最低点形成圆B，在圆A 和圆B之间形成由最高点和最低点所形成的1个圆环，该圆环与叶轮密封颈形成1个楔形空间。
为了保证叶轮密封环不与泵体密封环摩擦，必须保证泵体密封环不能进入圆A 内，这就是说，密封间隙相应增加了圆A—B形成的环面积，增加了漏泄截面积，漏泄损失增大。泄漏的高压液体冲击泵入口流体，扰乱入口流体流动的稳定性，增加了冲击水力损失。
2.3泵的轴封
填料密封和机械密封是轴封较常用的2种方法。
2.3.1填料密封
填料密封是通过填料的轴向压缩使填料产生径向膨胀变形，从而使填料对接触的轴或者轴套产生径向压力，阻止液体的漏泄，起到密封作用。
填料密封的轴向压力是由调整填料压盖的紧力来产生的。在装配填料时要注意，接口处应切成45°的斜角，接头要相互错开90°～180°。
假设填料对轴或者轴套产生的包裹力为P，填料与轴或者轴套的接触面积为A，那么，填料对轴或者轴套产生的总表面压力就是PA。据摩擦力与表面正压力的关系，填料与轴或者轴套相对运动时产生的摩擦力为F=μPA。
泵要运行，必须克服该摩擦力，消耗部分轴功率。据N=Mω可知，消耗在填料密封上的功率为：那N=F（D/2）×2πn/60。
为了达到密封的效果，填料承受的轴套（轴）的径向压力至少要等于系统的内压力。如果系统内介质的压力为P，那么，摩擦力F≥μP。
2.3.2机械密封
机械密封是靠动环和静环两接触面的紧密配合来达到密封效果的。
机械密封的配置有三种：
配置1：单端面密封。
配置2：无压双重密封。
配置3：有压双重密封。
影响密封性能和寿命的几何公差和配合要求如下：
a.密封压盖和密封室应准确对中。
为使密封压盖正确对中，压盖与密封室内外止口的同心度应≤125μm。密封室内表面由于腐蚀或磨蚀，或密封室外凸缘由于长期使用而损坏，都会使压盖的对中不佳，导致密封面的磨损加剧，间隙加大，产生泄漏。
b.轴和轴套的间隙配合采用G7/h6。
轴套和轴的间隙配合采用G7/h6，以便于转拆，同时达到要求的径向跳动控制量。如果使用紧定螺钉， 通常的安装方式会使密封轴套略微不对中， 使密封面磨损， 产生泄漏。
G7/h6配合，依据直径的不同，其名义间隙为25～75μm。
c.密封室的端面跳动量每20mm密封腔孔径不应超过10μm。
3.泵的轴向推力平衡装置
多级离心泵有1个特殊装置：平衡盘装置。
离心泵在运行时，会产生一个指向叶轮入口的轴向推力，使转子发生轴向位移，叶轮将与静止的泵壳接触而被磨损，轴承发热或损坏。
分段式多级泵多采用平衡盘的方式来平衡轴向推力。平衡盘是通过泄漏部分高压介质，在平衡盘上形成压力差，从而产生平衡力，平衡盘装置。 当离心泵正常工作时，末级叶轮出口处的压力是P2，后泵腔的压力为P3，介质通过径向间隙b后，漏泄到平衡盘中间的液体压力降低到P4，P4是平衡盘前的压力，液体再经过轴向间隙b0，压力降为P5，连接吸入管压力为P6。在平衡盘两侧存在压力差P4-P6，该压差作用在平衡盘的有效面积上，便产生了一个平衡力，它正好与轴向推力的方向相反。平衡盘前后压差Δp=P4-P6，平衡盘工作面积为S=πD2/4.产生的平衡力为P=ΔpS=ΔpπD2/4。
從上式可看出，平衡盘的轴向平衡力与平衡盘前后压差和平衡盘的面积有关，压力大，面积就小。平衡盘越大，其边缘线速度越大，运行时其圆盘摩擦损失就越大，同时.在相同的bo间隙下，大直径的平衡盘有较大的漏泄截面积，漏泄量增大。在高速旋转机械中，小间隙内流体的速度变化梯度很大。这就是说，流体内摩擦力较大，机械运转时克服内摩擦力的阻碍要消耗的功率也较大，扩大间隙，降低速度的变化梯度，有利节省部分内摩擦力功耗。
如图所示 P3 作用在该台肩上，就产生了平衡力，平衡一部分轴向推力，平衡盘承担的轴向推力减少，于是，平衡盘的尺寸也随之减小，消耗的功率减少。在实际工作中，常采用平衡鼓和平衡盘的组合方式。
4.结束语
通过以上对机泵效率损失的理论分析及检修实例，对我们在机泵实际的维检修中存在的一些直接影响到机泵运转中效率降低的因素有了直观的认识。如果对机泵运行中存在的问题在检修时不追本溯，势必造成机泵检修的不彻，从而使机泵的检修周期缩，增加成本。因此在设备检修中，要对机泵运转中存在的问题从理论层面上加以分析，有了理论依据，才能更深入剖析问题的实质。同时按照理论依据所提供的技术要求，严格控制检修中机泵各配件中尺寸配合的间隙，使其达到标准值。尽可能降低机泵检修因素所带来的机泵运转效率的下降。 [科]
【参考文献】
[1]《离心泵设计基础》编写组.离心泵设计基础.北京：机械工业出版社，1974.
[2]金树德.现代水泵设计方法.北京：兵器工业出版社，1993.
[3]关醒凡.现代泵技术手册.北京：宇航出版社，1995.
[4]（德）KSB公司编著.离心泵技术辞典.
[5]化工厂机械手册（第一卷）.化学工业出版社.