时间：2009-06-14 12:00:00 点击：133
滑片式自吸泵性能的研究
1 概述
随着我国石化行业和机械工业的快速发展用于油料输送、油船货油、码头卸油和火车卸槽等场合的油泵,逐步由螺杆泵、离心泵加真空装置、自吸离心泵、普通离心泵与真空装置发展到90 年代的自吸离心管道泵。从使用效果来看,螺杆泵排真空能力强,但制造、加工比较复杂,轴端密封的可靠性差,维修保养困难。离心泵与真空装置配套使用,必须先开启真空泵,待管路及泵体内气体排尽,液体引入泵体内,才可以开动离心泵,操作不太方便。并且在工作过程中,由于液体的蒸发、汽化产生气体,会影响离心泵正常工作。自吸离心泵和自吸离心管道泵具有排真空能力, 且操作、维护方便,密封可靠,但排气能力是有限的,在管路较复杂的情况下, 难以满足排真空能力的要求,同时受使用介质环境温度的影响也较大。如在夏季卸汽油和化工介质,则很难满足使用要求。从某种意义上说, 已制约着自吸离心泵及自吸离心管道泵的应用。为此,我厂引用德国技术,研制成功新型的滑片自吸泵。
2 结构特点及工作原理
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211 结构特点
滑片式自吸泵(图1) 具有结构紧凑、体积小等优点,它主要由泵体、内转子、泵端盖、泵上盖及安全阀等组成。内转子热套于泵轴上,一同偏心地装在泵体内。泵体内曲线由二段圆弧和等加速、等减速曲线组成。内转子径向铣有12 条槽槽内嵌有12 片滑片。泵轴采用1 组滚动轴承定位,轴端采用机械密封,通过联轴器将原动机与泵连接起来。
212 工作原理
原动机工作时,带动内转子旋转,旋转的内转子产生的离心力,促使滑片自内转子槽内向外甩,沿泵体内表面滑动。滑片、内转子、泵体内曲线及轴承座端面形成密封的容腔。随着内转子的旋转,密封的容积逐渐从零开始增大,转过前半周,容积达较大值; 后半周则容积由较大值变为零。每旋转一周, 容积变化一次, 容积增大时液体吸入,容积减小时液体经增压后排出, 随着泵的旋转,不断地输出均匀的流量。泵体内曲线的对称布置,可以实现正反转。泵体上部装有安全阀,可以根据使用场合的要求,事先调定出口压力,同时当管路或阀件产生故障, 造成系统压力**过安全阀调定压力时,安全阀工作,形成内部液流通道,起到安全保护作用。
3 性能计算方法
311 水力性能
水力性能包括流量、扬程、轴功率和效率等参
数。
31111 流量Q
滑片自吸泵为容积式泵, 其特点之一是每转一周液体的排量是一定的。其额定流量可按下式
计算:
Q =
1
60
πbnηv ( R2 - r2) (m3/ s) (1)
式中 b ———内转子工作宽度,m
ηv ———泵的容积效率
n ———泵的额定转速, r/ min
R ———泵体内曲线大圆弧半径,m
r ———泵体内曲线小圆弧半径,m
对于给定泵, b、ηv 、R 和r 为定值, 当选定n
时,流量为常数。
31112 扬程H
泵的扬程取决于外部使用条件, 可以在较大范围内(在安全阀调定压力以下) 变化。因此, 特别适用于变工况条件下使用。但随着扬程的升高,会增加高压区向低压区的泄漏, 只是变化较小。
31113 轴功率N
随转速和扬程提高,轴功率呈线性增加。
31114 效率η
根据Q、H 和N ,可计算出对应的效率值。
312 自吸性能
滑片式自吸泵的自吸性能远比自吸离心泵强,也比容积式的螺杆泵、真空泵好。自吸性能指标有自吸时间和自吸高度。
31211 自吸时间
自吸时Δt1 (s) 内排出的气体量g 为:
g = n
60
πbηv ( R2 - r2) Δt (m3) (2)
则在t ( s) 时间内排出的气体量(即总排气
量) G 为:
G = ∫t
0
g =∫t
0
n
60
πbηv1 ( R2 - r2) Δt
= n
60
πbηv1 ( R2 - r2) t (m3) (3)
式中 ηv1 ———自吸时的容积效率,取ηv1 = 0150
31212 自吸高度
滑片泵泵体、内转子和泵端盖组成了密闭的容腔(见图1) 。自吸工作时, 泵盖与内转子端面形成了气体通道,排出气体向吸入口泄漏,形成循环。气体泄漏量大小取决于泵盖与内转子端面的间隙。间隙越大, 则排真空能力越弱;间隙越小,达到的真空度越大,但受到制造精度的限制。通
常泵盖与内转子端面的间隙为011～012mm,较大自吸高度可按下式计算:
H = ∫t
i
0
4 n
60 d2
bηv ( R2 - r2) d t (m) (4)
式中 d2 ———吸入管直径,m
ti ———自吸时间, 即经转子排出的气体量等于经泵盖与内转子端面缝隙后泄漏至进口的气体量时所需时间
4 水力性能和自吸性能试验
用80QYB —60/ 60 型滑片自吸泵在C 级封闭试验台上采用调速电机驱动, 进行了水力性能和自吸性能的试验。
411 水力性能
41111 不同转速试验
采用调速电机,试验介质为常温清水,试验时出口状态保持不变,测出不同转速时对应的流量、扬程、轴功率和效率值,结果如图2 所示。
图2 性能曲线
图3 扬程—流量曲线
41112 相同转速试验
选定转速,调节出口状态,以测出相同转速时的性能,试验结果如图3 所示。随着出口压力的增大,泵的流量减小,这是因为通过泵端盖与内转
子端面的泄漏增加所致。
412 自吸性能
自吸性能试验是在10m 深井中进行的, 介质为常温清水,用调速电机驱动,测出了不同转速时自吸高度与自吸时间的关系, 以及较大自吸高度
时对应的自吸时间,结果如图4 所示。
图4 扬程—自吸时间曲线
5 应用举例
滑片自吸泵因具有优良的自吸性能, 且受介质及使用条件的影响较小, 是目前较为理想的新型输加油及化工输送的设备。它的研制成功,将替代自吸离心泵、自吸离心管道泵及螺杆泵,广泛应用于火车卸槽、卸油码头、油库、化工厂、油罐车和加油车设备上, 可以解决高温季节装卸困难或不能正常装卸的局面。下面对火车卸槽、码头卸油、油库油料输送及地下油罐抽油等不同工况时自吸性能进行计算,以便直接选用。
对于火车卸槽,通常泵房离轨道距离为20m,鹤管高度为317m, 多个油罐同时卸油, 以每个鹤位为20m,则较长距离为130～150m。对于油船码头卸油,进口管路为20～50m,从地下油罐抽油, 水平距离较短, 垂直高度为7～8m,也有一些场合, 进口水平距离较远, 大约有100～200m。
表1 结构参数
b (mm) n (r/ min) R (mm) r (mm) ηv ( %)
158 1000 83 69 0195
表2 水平距离与自吸时间
管径(mm) 80
管长(m) 10 20 30 40 50 100 200
自吸时间( s) 6 12 17 23 29 59 116
注:转速n = 1000r/ min。
根据以上使用工况, 用80YPB - 60/ 60 滑片泵进行计算。表1 给出了该泵的结构参数, 表2给出了不同水平距离管路与自吸时间关系。
6 结语
滑片式自吸泵是在引进国外技术的基础上开发成功的新一代输油设备。它不仅具有优良的水力性能及自吸性能,同时还具有结构紧凑,运转平稳,噪声小及维护保养方便等优点。它的研制成功,将替代螺杆泵、自吸离心泵和自吸离心管道泵,作为火车卸槽、油船码头卸油、油库和加油站油料输送,以及加油车、油罐车的可以选择设备。滑片式自吸泵的推广应用也将为石化行业带来巨大的经济效益。