離心泵效率的損失及檢修對策

張淑芝

【摘 要】圍繞化工生產裝置中常用的離心泵的效率問題，結合離心泵的檢維修經驗和實際，對如何進行離心泵的動、靜密封檢修、平衡裝置檢修進行了討論，提出了離心泵檢修時要注重的幾個方面，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，有一定的實際指導意義。

【關鍵詞】離心泵；效率；能量損失；檢修

化工生產裝置中，機泵在工作過程中伴隨著各種損失：機械損失、容積損失、流動損失等。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。本文中主要針對機泵的容積損失以及機械損失中密封耗用功率方面進行探討。以及在機泵的檢修過程中如何更好的控制機泵的相關參數，降低機泵的容積損失以及機械損失，以提高機泵的效率。

1.靜密封

在化工生產裝置中，靜密封沒有相對運動，不存在機械摩擦損失，但是如果靜密封面配合的不良，會使局部損失大大增加。對于異徑管的連接，為了避免介質流動過程中產生流動死區，應該配接大小頭，保證流道截面主變化平緩。

2.動密封

而在轉動設備的運轉過程中，動密封的密封面間有相對運動，既存在機械損失，又存在容積損失和流動阻力損失。機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與泵體密封環間隙泄漏損失。因此要提高機泵的效率就要要最大限度地降低容積損失和機泵的機械損失。

2.1離心泵的葉輪密封環與泵體密封環之間的配合

如前所述，離心泵的容積損失主要是葉輪密封環與泵體密封環間隙泄漏損失。

根據水力學理論，流經密封環間隙的泄漏q可表達為：

q=

其中B、D0由于泵零件加工工藝、裝配、泵轉子軸剛度等條件的限制，一般可視為定量。此外，λ、ψ是與密封環間隙形狀、幾何尺寸有關的損失系數，在此也可視作常數。而對于給定的泵參數，ΔH亦可認為是常數，一般ΔH≈0.8H（H為設計揚程）。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就是葉輪密封環與泵體密封環間隙的重要參數。

如某鍋爐給水泵型號是8SH-9型，揚程：50-69m，效率：0.77。葉輪與泵殼的密封采用的是密封環結構形式。該泵運行工況降低，出口壓力0.45MPa，電機電流由83A降為80A，泵的運行效率只有0.62，已經直接影響生產工藝的穩定。

2.2葉輪密封頸的晃度

在機泵的檢修過程中，不但要控制好葉輪密封環與泵體密封環的配合間隙，同時還要在調整葉輪泵體密封環間隙時，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，在運行時，最高點與最低點各自圍繞轉子運轉中心形成1個圓面，最高點形成圓A，最低點形成圓B，在圓A 和圓B之間形成由最高點和最低點所形成的1個圓環，該圓環與葉輪密封頸形成1個楔形空間。

為了保證葉輪密封環不與泵體密封環摩擦，必須保證泵體密封環不能進入圓A 內，這就是說，密封間隙相應增加了圓A—B形成的環面積，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，擾亂入口流體流動的穩定性，增加了沖擊水力損失。

2.3泵的軸封

填料密封和機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生徑向膨脹變形，從而使填料對接觸的軸或者軸套產生徑向壓力，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整填料壓蓋的緊力來產生的。在裝配填料時要注意，接口處應切成45°的斜角，接頭要相互錯開90°～180°。

假設填料對軸或者軸套產生的包裹力為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生的總表面壓力就是PA。據摩擦力與表面正壓力的關系，填料與軸或者軸套相對運動時產生的摩擦力為F=μPA。

泵要運行，必須克服該摩擦力，消耗部分軸功率。據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的內壓力。如果系統內介質的壓力為P，那么，摩擦力F≥μP。

2.3.2機械密封

機械密封是靠動環和靜環兩接觸面的緊密配合來達到密封效果的。

機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準確對中。

為使密封壓蓋正確對中，壓蓋與密封室內外止口的同心度應≤125μm。密封室內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，都會使壓蓋的對中不佳，導致密封面的磨損加劇，間隙加大，產生泄漏。

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，以便于轉拆，同時達到要求的徑向跳動控制量。如果使用緊定螺釘， 通常的安裝方式會使密封軸套略微不對中， 使密封面磨損， 產生泄漏。

G7/h6配合，依據直徑的不同，其名義間隙為25～75μm。

c.密封室的端面跳動量每20mm密封腔孔徑不應超過10μm。

3.泵的軸向推力平衡裝置

多級離心泵有1個特殊裝置：平衡盤裝置。

離心泵在運行時，會產生一個指向葉輪入口的軸向推力，使轉子發生軸向位移，葉輪將與靜止的泵殼接觸而被磨損，軸承發熱或損壞。

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，在平衡盤上形成壓力差，從而產生平衡力，平衡盤裝置。

當離心泵正常工作時，末級葉輪出口處的壓力是P2，后泵腔的壓力為P3，介質通過徑向間隙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。在平衡盤兩側存在壓力差P4-P6，該壓差作用在平衡盤的有效面積上，便產生了一個平衡力，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，壓力大，面積就小。平衡盤越大，其邊緣線速度越大，運行時其圓盤摩擦損失就越大，同時.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。在高速旋轉機械中，小間隙內流體的速度變化梯度很大。這就是說，流體內摩擦力較大，機械運轉時克服內摩擦力的阻礙要消耗的功率也較大，擴大間隙，降低速度的變化梯度，有利節省部分內摩擦力功耗。

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

4.結束語

通過以上對機泵效率損失的理論分析及檢修實例，對我們在機泵實際的維檢修中存在的一些直接影響到機泵運轉中效率降低的因素有了直觀的認識。如果對機泵運行中存在的問題在檢修時不追本溯，勢必造成機泵檢修的不徹，從而使機泵的檢修周期縮，增加成本。因此在設備檢修中，要對機泵運轉中存在的問題從理論層面上加以分析，有了理論依據，才能更深入剖析問題的實質。同時按照理論依據所提供的技術要求，嚴格控制檢修中機泵各配件中尺寸配合的間隙，使其達到標準值。盡可能降低機泵檢修因素所帶來的機泵運轉效率的下降。 [科]

【參考文獻】

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