离心泵的设计及应用

广阔的离心泵应用市场

市场分析指出，随着我国经济不断发展，农业、石化及电力行业对离心泵的需求在不断上升，石油工业在采油、输油、炼油方面对高效率的注水泵、稠油泵、输油管线泵和螺杆泵等产品的需求也将显著增长。

数据显示，2016年，离心泵制造行 业的销售收入增长幅度达到近年来最高水平，为55.99%，销售总额为410.29亿元，2016年销售总额为765.34亿元，较上年同期增长29.93%。未来一段时间不同类型的 工业泵需求量有望达到1415万台，各类化 工泵需求量在1012万台左右。

Araner是全球出色的工业制冷工程标 杆企业，致力于为客户提供全系列标准或 定制的高效能源解决方案，并以最快的速 度，提供专业的个性化解决方案和服务。 公司不仅为机械、电子、土木建筑和控制 领域设计制冷系统，同时还生产、安装、 调试并管理从初始阶段到最终产品交付的 整个项目。

ARANER公司指出，大多数工业过程都需要输送流体或传递能量，之所以能做到这点，应归功于离心泵这种最受欢迎的叶轮机械。工业过程的增长和提升一直与泵送设备的改进密切相连。由于卓越的高流量处理能力，离心泵占世界泵产量的85%以上。

这些泵被用于包括增压、污水处理、供水、供暖、制冷剂其它应用在内的不同场合。相关的操作工程师不仅要对工艺，而且对泵也必须有很好的了解。

这一知识对于诸如所用的技术测量系统的故障诊断或系统性能损失的诊断非常有效，在推荐新泵装置时也很有用。

何谓离心泵？简单来说，离心泵是一种能够将流体提升到更高的高度或更快流速的设备。这种泵属于旋转机械类，第一只离心泵于17世纪末问世，到现在，已经经历了几百年的长期历史检验。

但直到上世纪，离心泵才得到应用，在此之前，容积泵更受人们的欢迎。推动离心泵发展的主要原因，可以归结为内燃机、电动机和汽轮机发展的需要。

为什么在今天，离心泵能如此受到人们的欢迎？主要是因为，与其它类型的泵或用于流体传输的设备相比，离心泵具有最佳的成本/效益比。

离心泵的工作原理

通常而言，离心泵带有充满液体的外壳。可以是任何液体，但是大多数情况下是水。泵壳内的部件（叶轮）快速旋转，使流体受到离心力的作用。在这种里的作用下，流体通过排放口。

随着水被排出，泵内形成真空，从而产生大气压力。大气压迫使流体离开泵壳，由于叶轮的叶片是曲线型的，所以这种流动是流畅的。

离心泵的核心思想是将离心力转化为动能。叶轮的旋转使液体在叶片顶端处形成一个与叶片顶端速度成正比的离心力。当液体流出来时，具备了动能。由于排出喷嘴和泵壳的阻力，这种动能进一步转化为压力能。

离心泵设计应考虑的因素

离心泵的机械和水力适应性对系统的有效性和可靠性非常重要。泵的尺寸过大或过小可能会导致整个系统在生命周期内出现问题。

影响因素会对泵的机械特性和水力特性都有影响。机械方面的考虑包括泵的工况、泵的密封和叶轮的几何形状等等。一般来说，在考虑几何形状时，必须权衡实用性、效率和成本。水力特性方面的考虑因素包括工作点、流量、流体特性和系统阻力等。

图1：离心泵内流体的运动

在设计或安装离心泵时，如果忽视吸入状态会付出高昂的代价。这里，有一个很重要的概念是净正吸入压头（NPSH）。这是在特定工况下，为避免汽蚀问题而需要的泵的汽蚀余量。

所需的NPSH 仅取决于生产商对于泵的设计，比如泵壳、叶轮、喷嘴。生产商将这些数据以曲线的形式提供，能得到的NPSH依泵的吸入状况而定：如流体压力、温度、流体蒸汽压力、吸入水头或吸入高度。这些数据由装置的设计师决定。

设计和功能

离心泵有旋转和固定部件两个主要部分。固定部件包括泵壳、喷嘴和轴承盖。

旋转部件包括叶轮和轴。除了这些主要部件外，离心泵还有一些辅件，包括制冷、控制和润滑系统等。

在选择泵的部件时，有很多设计选项。整体式或分体式、双吸、端吸、内联、封闭或开放式叶轮、水平或垂直结构、单级或多级等。生产商会针对特定的工艺需求，生产出具有不同部件组合的不同产品，如需处理带有悬浮固体的液体，则采用开放式叶轮。

图2：离心泵部件

液压件的选择

在涉及到离心泵部件选择时，容量、水头、净正吸入压头（NPSH）这些参数十分重要。它们在选择离心泵的一般步骤中起着突出的作用：

步骤1：确定流速

流速是指单位时间流经泵的流量。该参数由流程和所安装的泵的水头决定。

步骤2：确定静水头

静水头指的是指想把水抬到的最高位置与水源高度之间的差距。顾名思义，静水头是固定的，即不随系统流量的变化而变化。

步骤3：确定摩擦水头

为了计算因摩擦而损失的水头，需要考虑与泵连接的管道系统可能存在的影响因素，如，管道、管接件、热交换器、阀门等部件的阻力特性、以及流体特性。

步骤4：确定总水头

将静水头和摩擦水头相加即可得到总水头。

步骤5：选择离心泵

离心泵生产商会针对特定的用途生产不同的离心泵。在选择叶轮时，可以根据泵的水头和流速之间的关系，确定泵的曲线。根据步骤1至步骤4所得的计算数据，从提供的泵的曲线中找到合适的泵。在可能的泵之间选择效率最高的泵，同时检查泵所需的NPSH低于装置可提供的NPSH，以确保流体不会造成泵的失效或汽蚀。其它诸如叶轮的尺寸、曲线上工作点的位置等均需考虑。

结论

正如上述所言，离心泵是一种简单而又必要的设备。由于泵的种类繁多，合理的设计对任何设施都是最重要的要求。一般来说，确保没有汽蚀，保持连续流动就足够了。但只有按照以上列出的步骤进行恰当的设计，才能保证泵满足特定的工况。