项目一　离心泵的操作与养护

一、操作准备知识

在医药生产中，常常需要将流体从低处输送到高处，或从低压送至高压，或沿管道送至较远的地方。为达到此目的，必须对流体加入外功，以克服流体阻力及补充输送流体时所不足的能量。为液体提供能量的机械称为泵。泵的种类很多，按照工作原理不同，可以分为离心式、往复式和旋转式三种，其中离心泵在生产中应用最为广泛。离心泵具有结构简单、流量大且均匀、操作方便的优点。它在医药生产中得到广泛的应用，约占生产用泵的80%～90%。

（一）离心泵工作原理

离心泵结构如图1-1所示。在离心泵蜗壳形泵壳内，有一固定在泵轴上的工作叶轮。叶轮上有6～12片稍微向后弯曲的叶片，叶片之间形成了使液体通过的通道。泵壳中央有一个液体吸入口与吸入管连接。液体经底阀和吸入管进入泵内。泵壳上的液体压出口与压出管连接，泵轴用电机或其他动力装置带动。启动前，先将泵壳内灌满被输送的液体。启动时，泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口处被甩到叶轮外围，以很高的速率流入泵壳。液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。于是液体以较高的压力，从压出口进入压出管，输送到所需的场所。

当叶轮中心的液体被甩出后，泵壳的吸入口就形成了一定的真空，外面的大气压力迫使液体经底阀吸入管进入泵内，填补了液体排出后的空间。这样，只要叶轮旋转不停，液体就源源不断地被吸入与排出。

离心泵若在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内，虽启动离心泵，但不能输送液体。此现象称为“气缚”。为便于使泵内充满液体，在吸入管底部安装带吸滤网的底阀，底阀为止逆阀，滤网是为了防止固体物质进入泵内，损坏叶轮的叶片或妨碍泵的正常操作。

（二）离心泵的主要部件

离心泵的主要部件有叶轮和泵壳。

1.叶轮

从离心泵的工作原理可知，叶轮是离心泵最重要的部件。按结构可分为以下三种：开式叶轮、半开式叶轮和闭式叶轮。结构如图1-2所示。

开式叶轮两侧都没有盖板，制造简单、清洗方便，但由于叶轮和壳体不能很好地密合，部分液体会流回吸液侧，因而效率较低，适用于输送含杂质的悬浮液。半开式叶轮吸入口一侧没有前盖板，而另一侧有后盖板，也适用于输送悬浮液。闭式叶轮叶片两侧都有盖板，这种叶轮效率较高，应用最广，但只适用于输送清洁液体。开式或半开式叶轮的后盖板与泵壳之间的缝隙内，液体的压力较入口侧为高，这使叶轮遭受到向入口端推移的轴向推力。轴向推力能引起泵的震动，轴承发热，甚至损坏机件。为了减弱轴向推力，可在后盖板上钻几个小孔，称为平衡孔，让一部分高压液体漏到低压区以降低叶轮两侧的压力差。这种方法虽然简便，但由于液体通过平衡孔短路回流，增加了内泄漏量，因而降低了泵的效率。

按吸液方式的不同，离心泵可分为单吸和双吸两种。单吸式构造简单，液体从叶轮一侧被吸入；双吸式比较复杂，液体从叶轮两侧吸入。显然，双吸式具有较大的吸液能力，而且基本上可以消除轴向推力。

2.泵壳

离心泵的外壳多做成蜗壳形，其内有一个截面逐渐扩大的蜗形通道。从离心泵的工作过程可以看到，泵壳的作用是集液和能量转换。叶轮在泵壳内顺着蜗形通道逐渐扩大的方向旋转。由于通道逐渐扩大，以高速率从叶轮四周抛出的液体可逐渐降低流速、减少能量损失，从而使部分动能有效地转化为静压能。有的离心泵为了减少液体进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之间安装一固定的导轮，导轮具有很多逐渐转向的孔道，使高速液体流过时能均匀而缓慢地将动能转化为静压能，使能量损失降到最低程度。泵壳与轴要密封好，以免液体漏出泵外，或外界空气漏进泵内。

（三）离心泵的主要性能参数

为了正确选择和使用离心泵，需要了解离心泵的性能。离心泵的主要性能参数为流量、扬程、效率和有效功率。

1.流量

泵的流量（又称送液能力）是指单位时间内泵所输送的液体体积。用符号Vs表示，单位为L/ s或m3/h。

2.扬程

泵的扬程（又称泵的压头）是指单位重量液体流经泵后所获得的能量，用符号H表示，单位为米液柱。离心泵压头的大小取决于泵的结构（如叶轮直径的大小、叶片的弯曲情况等）、转速及流量。

3.效率

液体在泵内流动的过程中，由于泵内有各种能量损失，泵轴从电机得到的轴功率，没有全部为液体所获得。泵的效率就是用以反映这种能量损失的。泵内部损失主要有三种，即容积损失、水力损失及机械损失。泵的效率用η来表示。

4.有效功率

泵的有效功率是指单位时间内液体从泵中叶轮获得的有效能量，用符号Ne表示，可写成：

Ne=VsHρg

式中　Ne——泵的有效功率，W；

　　　Vs——泵的流量，m3/s；

　 　 　H——泵的压头，m ；

　　  　ρ——液体的密度，kg/m3；

　　  　g——重力加速度，m/s2。

由于有容积损失、水力损失与机械损失，所以泵的轴功率N要大于液体实际得到的有效功率。由于泵在运转时可能发生超负荷，所配电动机的功率应比泵的轴功率大。在机电产品样本中所列出的泵的轴功率，除特殊说明以外，均系指输送清水时的数值。

（四）离心泵的特性曲线

离心泵的压头、流量、功率和效率是离心泵的主要性能参数。这些参数之间的关系曲线称为离心泵的特性曲线，如图1-3所示，可通过实验测定。特性曲线是在固定的转速下测出的，只适用于该转速。转速不同，泵的特性曲线也不同。

1. H-Vs曲线

H-Vs曲线表示泵的扬程与流量的关系。曲线表明离心泵的扬程在较大流量范围内是随流量增大而减小的。不同型号的离心泵，H-Vs曲线的形状有所不同。如有的曲线较平坦，适用于扬程变化不大而流量变化较大的场合；有的曲线比较陡峭，适用于扬程变化范围大而不允许流量变化太大的场合。

2. N-Vs曲线

N-Vs曲线表示泵的轴功率与流量的关系，曲线表明泵的轴功率随流量的增大而增大。显然，当流量为零时，泵轴消耗的功率最小。因此，启动离心泵时，为了减小启动功率，应将出口阀关闭。

3. η-Vs曲线

η-Vs曲线表示泵的效率与流量的关系。曲线表明开始效率随流量的增大而增大，达到最大值后，又随流量的增大而下降。该曲线最大值相当于效率最高点。泵在该点所对应的压头和流量下操作，其效率最高。所以该点为离心泵的设计点。选泵时，总是希望泵在最高效率下工作，因为在此条件下操作最为经济合理。但实际上泵往往不可能正好在该条件下运转，因此，一般只能规定一个工作范围，称为泵的高效率区。高效率区的效率应不低于最高效率的92%左右。泵在铭牌上所标明的都是最高效率下的流量、压头和功率。

（五）离心泵的工作点与流量调节

当离心泵安装在一定的管路系统中工作时，其压头和流量不仅与离心泵本身的特性有关，而且还取决于管路的工作特性。管路特性曲线表示流量通过某一特定管路所需要的扬程与流量的关系。可以写成He=A+B，其中A是不变的，B主要跟管路阻力有关。曲线如图1-4所示。管路特性与离心泵的性能无关。

1.离心泵的工作点

将泵的特性曲线与管路的特性曲线绘在同一坐标系中，两曲线的交点称为泵的工作点P，如图1-5所示。显然，该点所表示的流量与压头，既是管路系统所要求，又是离心泵所能提供的。若该点所对应的效率是在最高效率区，则该工作点是适宜的。

2.流量调节

泵在实际操作过程中，经常需要调节流量。从泵的工作点可知，调节流量实质上就是改变离心泵的特性曲线或管路特性曲线，从而改变泵的工作点的问题。所以，离心泵的流量调节，不外从两方面考虑：其一是在排出管线上装适当的调节阀，以改变管路特性曲线；其二是改变离心泵的转速或改变叶轮外径，以改变泵的特性曲线。两者均可以改变泵的工作点，以调节流量。

（六）离心泵的汽蚀现象与预防措施

当离心泵入口处的压力小于该液体在该温度下的饱和蒸汽压时，将有部分汽化，小气泡随液体流到叶轮内的高压区域，小气泡便会突然破裂，其中的蒸汽会迅速凝结，周围的液体将以高速冲向刚消失的气泡中心，造成很高的局部冲击压力，冲击叶轮，发生噪声，引起震动，金属表面受到压力大、频率高的冲击而剥蚀，使叶轮表面呈现海绵状，这种现象称为“汽蚀”。开始汽蚀时，汽蚀区域小，对泵的正常工作没有明显影响，当汽蚀发展到一定程度时，气泡产生量较大，液体流动的连续性遭到破坏，泵的流量、扬程、效率均明显下降，不能正常操作。

为避免汽蚀发生，可采取以下措施：降低泵的安装高度（提高吸液面位置或降低泵的安装位置），必要时采用倒灌方式；泵的位置尽量靠近液源，以缩短吸入管长度；减少吸入管路拐弯并省去不必要的管件和阀门；尽量减少吸入管路的压头损失；在工作泵前增加1台升压泵；降低泵所输送液体的温度，以降低汽化压力；设置前诱导轮；过流部件采用耐汽蚀的材料等。

（七）水泵的选型

水泵的选型主要是看设计工艺的要求、工作介质、工作介质特性、扬程、流量、环境和介质温度等数据。合适的水泵不但工作平稳、寿命长，且能最大限度地节省成本。下面是一般水泵选型的步骤。

1.选泵列出基本数据

（1）介质的特性　介质名称、密度、黏度、腐蚀性、毒性等。

（2）介质中所含固体的颗粒直径、含量多少。

（3）介质温度　单位为℃。

（4）所需要的流量　一般工业用泵在工艺流程中可以忽略管道系统中的泄漏量，但必须考虑工艺变化时对流量的影响。

（5）压力　包括吸水池压力、排水池压力、管道系统中的压力降（扬程损失）。

（6）管道系统数据　包括管径、长度、管道附件种类及数目，吸水池至压水池的几何标高等。

（7）如果需要的话，还应做出装置特性曲线。

（8）在设计布置管道时，应注意如下事项。

① 合理选择管道直径。管道直径大，在相同流量下，液流速率小，阻力损失小，但价格高；管道直径小，会导致阻力损失急剧增大，使所选泵的扬程增加，配带功率增加，成本和运行费用都增加。因此应从技术和经济的角度综合考虑。

② 排出管及其管接头应考虑所能承受的最大压力。

③ 管道布置。应尽可能布置成直管，尽量减小管道中的附件和尽量缩小管道长度，必须转弯的时候，弯头的弯曲半径应该是管道直径的3～5倍，角度尽可能大于90℃。

④ 泵的排出侧必须装设阀门（球阀或截止阀等）和止回阀。阀门用来调节泵的工况点，止回阀在液体倒流时可防止泵反转，并使泵避免水锤的打击（当液体倒流时，会产生巨大的反向压力，使泵损坏）。

2.流量的确定

（1）如果生产工艺中已给出最小、正常、最大流量，应按最大流量考虑。

（2）如果生产工艺中只给出正常流量，应考虑留有一定的余量。对于Vs>100m3/h的大流量低扬程泵，流量余量取5%；对Vs<50m3/h的小流量高扬程泵，流量余量取10%；50m3/h≤Vs≤100m3/h的泵，流量余量也取5%；对质量低劣和运行条件恶劣的泵，流量余量应取10%。

（3）如果基本数据只给重量流量，应换算成体积流量。

二、标准操作规程

（一）离心泵的安装

（1）泵的安装是否合理，对泵的正常运行和使用寿命有很重要的影响，所以安装前必须仔细校正，不得草率，按厂家提供的安装尺寸预埋好地脚螺栓，做好混凝土基础。

（2）必须保证泵工作时不超过其允许汽蚀余量。泵的吸上高度必须根据泵的汽蚀余量特性、管路阻力损失特性及高温水吸入液面压力来确定。

（3）泵在吸上使用情况下，应在泵的吸入管路安装底阀，并在出口管路上设置灌液螺孔或阀门，以供启动时灌泵用；泵在倒灌使用情况下，应在吸入管路上安装阀门和过滤器，以免杂物进入。扬程高的泵应在出口流量控制阀门的外端管路上安装止逆阀，以防止突然停机时的水锤破坏。

（4）吸入或排出管路应该另有支架，不能用泵作支撑。

（5）检查泵的运转部件是否有卡住现象，应严格检查泵轴与电机的同轴度，最后用手转动联轴器，转动轻松、均匀、无碰擦现象则为正常。

（6）安装泵的地点，应便于巡回检查和检修。

（二）离心泵的操作

1.启动前的准备工作

① 详细了解被输送物料的物理、化学性质及工作条件。②将泵和现场清理干净；检查各部分螺栓、连接件是否有松动，有松动的要加以紧固，在紧固地脚螺栓时要重新对中找正。③检查托架内润滑油量、油位计是否完好。检查封油、冷却水系统，应无堵塞，无泄漏。④打开各管路阀门，用压缩空气吹洗整个管路系统。⑤检查确认电动机与泵的工作叶轮转向箭头一致，接好联轴器。⑥手动盘车，检查机组转动是否灵活。

2.启动

① 关闭压力表阀、真空表阀、出口阀。②向泵与吸入管路灌满水，吸入管路不准有存气或漏气现象，关闭放气阀。③开冷却水、密封部件冲洗液等。④启动电动机，打开压力表、真空表阀，启动时应关闭出口阀，待电机运转正常后，再逐渐打开出口阀调节所需流量。关闭出口阀时泵连续工作不能超过3min。⑤泵运转时，要定期检查轴承的发热情况，轴封的泄漏情况，要保持润滑良好，注意有无噪声产生。如果泵运转中发现有异常声响时，应立即停车检查。

3.停车

① 先关闭压力表阀和真空表阀，再慢慢关闭离心泵的出口阀。使泵轻载，又能防止液体倒灌，以免管路内液体倒流，使叶轮受到冲击而损坏。②按电动机按钮，停止电动机运转。③关闭离心泵的进口阀和冷却水、密封液阀等。④如环境温度低于0℃，停车后应将泵内水放出，以防冻裂。⑤长期停止使用，应将泵拆洗上油，妥善保管。

三、维护与保养

① 定期检查泵和电机，更换易损零件。②经常注意对轴承箱加注润滑脂，以保证良好的润滑状态。③长期停机不使用时，除将泵内腐蚀性液体放净外，更要注意把各部件及泵内流动的残液清洗干净，并切断电源。④介质中如有固体颗粒，必须在泵入口处加装过滤器。

四、常见故障及处理方法

离心泵的常见故障及处理方法见表1-1。

五、拓展知识链接

（一）往复泵

1.结构

如图1-6所示，往复泵由泵缸、吸入单向阀、排出单向阀、活塞、活塞杆及传动机构等组成。泵缸内活塞与单向阀间的空间为工作室。

2.工作原理

传动机构将电动机的旋转运动转化为活塞的往复运动。随着活塞向右移动，工作室的容积增大，泵内压力降低，上端排出阀关闭，下端的吸入阀打开，液体开始吸入泵内；当活塞向左移动，工作室的容积减小，泵内压力增大，下端的吸入阀关闭，上端的排除阀打开，液体从泵内排出，直到活塞移动到最左端时排液结束，完成一个工作循环。

活塞不断往复运动，液体就交替地被吸入和排出。往复泵是利用活塞移动对液体做功，将能量以静压力的形式直接传给液体。

3.分类

（1）按往复运动件的形式分类　往复泵分为以下三类，如图1-7所示。

① 活塞泵。工作室内做直线往复运动的元件有密封件（活塞环、填料等）的泵。往复运动件为圆盘形的活塞。活塞泵适用于中、低压工况。

② 柱塞泵。工作室内做直线往复运动的元件上无密封件，但在不动件上有密封件（填料、密封圈等）的泵。往复运动件为光滑的圆柱体，即柱塞。柱塞泵的排出压力很高。

③ 隔膜泵。借助于膜状弹性元件在工作室内做周期性挠曲变形的泵。隔膜泵适用于输送强腐蚀性、易燃易爆及含有固体颗粒的液体和浆状物料。

（2）按主要用途分类　可分为计量泵、试压泵、船用泵、清洗机用泵、注水泵等。计量泵包括柱塞计量泵、隔膜计量泵等，是定量输送不可或缺的设备。在连续和半连续的生产过程中，如果需要按照工艺的要求来精确、定量地输送液体，甚至将两种或两种以上的液体按比例进行输送，就必须使用计量泵。

4.往复泵的流量调节

（1）旁路调节　旁路调节是所有容积式泵（包括往复泵和旋转泵）及旋涡泵的通用流量调节手段。通过旁路上调节阀和安全阀的共同调节，使压出流体超出需要的部分返回吸入管路，达到调节主管流量的目的。

（2）改变曲柄转速　改变减速装置的传动比可以改变曲柄转速，达到调节流量的目的。

（3）改变活塞行程　改变曲柄半径或偏心轮的偏心距可以改变活塞行程，达到调节流量的目的。

（二）旋转泵

旋转泵的工作原理是靠泵内一个或几个转子的旋转作用来吸入和排出液体。旋转泵的形式很多，下面主要介绍三种常用的旋转泵，即齿轮泵、螺杆泵和蠕动泵。

1.齿轮泵

齿轮泵的结构如图1-8所示，主要由泵壳和一对相互啮合的齿轮组成。其中由电机带动的齿轮叫主动轮，另一个齿轮叫从动轮。当按图示方向旋转时，两齿轮的齿相互分开，在左侧腔体形成低压而将液体吸入，然后分两路沿壳壁推送至排出腔，在右侧形成高压将液体排出。齿轮泵的流量小、压头高，大多用来输送黏稠液体及膏状物料，不适合输送含有固体颗粒的悬浮液和有腐蚀性质的液体。

2.螺杆泵

螺杆泵的结构如图1-9所示，主要由泵壳和一个或几个螺杆组成。双螺杆泵的工作原理与齿轮泵类似。螺杆泵的特点是扬程高、效率高、无噪声、震动小、流量均匀，适合扬程需要很高的场合或高压下输送黏稠液体。

3.蠕动泵

蠕动泵又称软管泵，它的结构如图1-10所示，是通过旋转的滚柱使胶管蠕动来输送液体。蠕动泵能输送一些带有敏感性、强腐蚀性、黏稠、纯度要求高、具有磨削作用及含有一定颗粒状物料的介质。广泛应用于制药、化工等行业。