仿真 第一讲 离心泵

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1、2.1 离心泵单元仿真2.1.1 离心泵简介在工业生产和国民经济的许多领域，常需对液体进行输送或加压，能完成此类任务的机 械称为泵。而其中靠离心作用的叫离心泵。 由于离心泵具有流量扬程及性能范围均较大， 并具结构简单、体积小、重量轻、操作平稳、维修方便等优点，在化工生产中应用十分广泛， 据统计超过液体输送设备的 80%。 所以，离心泵的操作是化工生产中的最基本的操作。一、离心泵结构及工作原理离心泵由吸入管，排出管和离心泵主体组成。离心泵主体分为转动部分和固定部分。转 动部分由电机带动旋转，将能量传递给被输送的部分，主要包括叶轮和泵轴。固定部分包括 泵壳，导轮，密封装置等。叶轮是离心泵中使液体接

2、受外加能量的部件。泵轴的作用是把电 动机的能量传递给叶轮。泵壳是通道截面积逐渐扩大的蜗形壳体，它将液体限定在一定的空 间里，并将液体大部分动能转化为静压能。导轮是一组与叶轮旋转方向相适应，且固定于泵 壳上的叶片。密封装置的作用是防止液体的泄漏或空气的倒吸入泵内。1-叶轮；2-泵壳；3-叶片；4-吸入管；5-底阀；6-压出管；7-泵轴图 2-1 离心泵结构示意图启动灌满了被输送液体的离心泵后，在电机的作用下，泵轴带动叶轮一起旋转，叶轮的 叶片推动其间的液体转动，在离心力的作用下，液体被甩向叶轮边缘并获得动能；在导轮的 引领下沿流通截面积逐渐扩大的泵壳流向排出管，液体流速逐渐降低，而静压能增大。排

3、出 管的增压液体经管路即可送往目的地。与此同时，叶轮中心因为液体被甩出而形成一定的真 空，因贮槽液面上方压强大于叶轮中心处，在压力差的作用下，液体不断从吸入管进入泵内， 以填补被排出的液体位置。因此，只要叶轮不断旋转，液体便不断的被吸入和排出。由此， 离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮。二、离心泵分类及命名1、按叶轮个数分： 单级泵只有一个叶轮。 多级泵一一两个叶轮以上称为多级泵。一个叶轮便是一级，级数越多扬程越高。2、按叶轮吸入方式分： 单吸式泵液体从一侧进入叶轮。 双吸式泵一一液体从两侧进入叶轮。多见于大流量的离心泵，一般说其吸入性能较好。1-单吸式2-双吸式图 2-2 离心

4、泵的吸液方式3、按输送介质和用途分： 水泵、油泵、酸泵、碱泵、锅炉给水泵、冷凝水泵等。4、命名方式目前我国对于泵的命名方式尚未有统一的规定，但国内大多数泵产品逐渐采用汉语拼音 字母代替泵的名称。基本组成见下：泵的类型， ABC 分别表示叶轮外径经过一、二、三次切割多级泵的级数，若为单级泵，不用标出泵单级扬程数，单位：m用汉语拼音标出泵的基本类型（见图 1-4）泵吸入口的直径，单位：mm例如：80Y-100X280吸入口直径80mmY油泵100-单级扬程 100m2级数为 2 级三、离心泵的气缚和汽蚀离心泵的操作中有两种现象应当避免：气缚和气蚀。1气缚气缚是指在启动泵前泵内没有灌满被输送的液体，

5、或在运转过程中泵内渗入了空气，因 为气体的密度小于液体，产生的离心力小，无法把空气甩出去，导致叶轮中心所形成的真空 度不足以将液体吸入泵内，尽管此时叶轮在不停的旋转，却由于离心泵失去了自吸能力而无 法输送液体，这种现象称为气缚。2汽蚀当泵在运行中出现沉重而不协调的噪音和震动，并伴随流量、扬程、效率降低，甚至无 法继续正常运行，检修该泵时会发现在叶轮盖板和叶片上有麻点或蜂窝状破坏现象，甚至盖 板被穿透，这就是所谓的汽蚀破坏所致。在一定温度下，液体开始沸腾的最高压力称为该温 度下的饱和蒸汽压。当液体上的压力等于或低于该温度下饱和蒸汽压时，液体便开始剧烈汽 化，于是液体中产生大量汽泡，从而使液体转化

6、为蒸汽。泵之所以能吸入液体，是靠叶轮甩出液体后在叶轮入口处形成的低压区和原料容器内液 面上压力之差。叶轮入口处的压力越低，原料容器内液面上的压力越高，则吸入能力越大。 但在叶轮入口处的压力若低于液体在该温度下的饱和蒸汽压时，液体便开始挥发，一部分转 化为汽体，同时，原来溶于液体中的某些活泼气体如氧等大量逸出，形成许多液体、蒸汽与 气体混合的小汽泡。这些小汽泡随液体流到高压区时，由于汽泡内是汽化压力，而汽泡周围 大于汽化压力产生了压差，在这个压差的作用下，汽泡受压破裂而重新凝结，体积急剧缩小， 形成一个低压空穴，这时周围的液体质点便以极大的速度向空穴冲来，瞬间，液体质点互相 撞击，产生水力冲击；

7、同时，产生很高的局部压力。这些汽泡如果产生在金属表面附近，则 液体质点就象无数小弹头连续打击在金属表面上，在压力很大、频率很高的连续打击下，金 属表面逐渐因疲劳而剥离。通常把这种现象称为剥蚀。如果汽泡中还有一些活泼气体，则这 些气体借助汽泡凝结时放出的热量，还会对金属起化学腐蚀作用。在化学腐蚀作用与机械剥 蚀的共同作用下，更加快了金属的损坏速度。这些汽化、凝结、冲击和腐蚀的综合现象称为 汽蚀破坏现象。严重的汽蚀部位，很快被破坏成蜂窝或海绵状。当汽蚀开始发生时，即发生 振动、噪音，流量、扬程、效率下降。汽蚀会使泵停止正常工作，缩短泵的寿命。离心泵产生汽蚀的原因是其吸入压力低于泵送温度下液体的汽化

8、压力。引起离心泵吸入 压力过低的因素有如下。吸上泵的安装高度过高 , 灌注泵的灌注头过低；泵吸入管局部阻力过大； 泵送液体的温度高于规定温度； 泵的运行工况点偏离额定点过多； 闭式系统中的系统压力下降。汽蚀的危害： 汽蚀使过流部件被剥蚀破坏 汽蚀使泵的性能下降 汽蚀使泵产生噪音和振动 汽蚀也是水力机械向高速发展的巨大障碍汽蚀的防止措施：提高离心泵抗汽蚀性能有三种措施，一种是改进泵本身的结构参数或结构型式，使泵具 有尽可能小的必需汽蚀余量NPSHr ；另一种是合理的设计泵钱装置及其安装位置，使泵入口 处具有足够大的有效汽蚀余量NPSHa以防止发生汽蚀；最后一种是改进材料。2.1.2 工艺流程简介

9、一、工艺流程简述本工艺为单独培训离心泵而设计，其工艺流程（参考流程仿真界面）如下图3 所示。N2WATERWATERN2VT0TLG1O2MS102104PIventH P101A7TPI0IB图 2-3 离心泵参考流程来自某一设备约40C的带压液体经调节阀LV101进入带压罐V101，罐液位由液位控制 器 LIC101 通过调节 V101 的进料量来控制；罐内压力由 PIC101 分程控制， PV101A、PV101B分别调节进入V101和出V101的氮气量，从而保持罐压恒定在5.0atm（表）。罐内液体由泵 P101A/B抽出，泵出口流量在流量调节器FIC101的控制下输送到其它设备。二、

10、控制方案V101的压力由调节器PIC101分程控制,调节阀PV101的分程动作示意图如图2-4所示。图2-4调节阀PV1Q1I的分程动作示意图补充说明： 本单元现场图中现场阀旁边的实心红色圆点代表高点排气和低点排液的指示标志，当完 成高点排气和低点排液时实心红色圆点变为绿色。此标志在换热器单元的现场图中也有。三、设备一览表 2-1 设备一览表：位号说明V101离心泵前罐P101A离心泵 AP101B离心泵B （备用泵）表 2-2 仪表一览表：位号说明类型正常值量程上限量程下限工程单位高报低 报 高高报 低低报FIC101离心泵出口流量PID20000.040000.00.0kg/hLIC101

11、V101 液位控制系统PID50.0100.00.0%80.020.0PIC101V101 压力控制系统PID5.010.00.0atm(G)2.0PI101泵 P101A 入口压力AI4.020.00.0atm(G)PI102泵 P101A 出口压力AI12.030.00.0atm(G)13.0PI103泵 P101B 入口压力AI20.00.0atm(G)PI104泵 P101B 出口压力AI30.00.0atm(G)13.0TI101进料温度AI50.0100.00.0DEG C四、仿真界面图 2-5 离心泵 DCS 界面图 2-6 离心泵现场界面2.1.3 离心泵单元操作规程一、正常操

12、作规程1. 正常工况操作参数(1) P101A 泵出口压力 PI102：12.0ATM。(2) V101 罐液位 LIC101：50.0%。(3) V101 罐内压力 PIC101：5.0ATM。(4)泵出口流量 FIC101：20000KG/H。2. 负荷调整 可任意改变泵、按键的开关状态，手操阀的开度及液位调节阀、流量调节阀、分程压力 调节阀的开度，观察其现象。P101A泵功率正常值：15KWFIC101量程正常值：20吨/h3.评分标准(1)质量评分ID歩骤条件垢骤描述SOU101. FV=50. 000000VI01罐液位口匚101稳定在5皿SIFT101.FV=5. 000000V1

13、01罐压FIC101稳定在5atmS2FI101.PV=4. 000000F101A泵入口压力PHOl定在4atmS3FI102. FV=12. 000000F101煉出口压力F11CI2稳定在tmS4FI101.PV=20000. 000000F101 出 口流里 FI 101 稳走在20000kg/hS5uni t_tirTim：qil起始总分归零S6utlI t_ti操作时间达到3分钟STuni t_tim 旺E；ECj换作时间达到6分钟S8imi t_ti m er .)540操作时间达到9分钟S9uni t_tim 旺TED换作时间达到12分钟S10utlI t_ti m er 88

14、5操作时间达到14分钟眄秒得分50.050.020.050.050.0-220.00.00.00.00.00.0扣分项目ID歩骤条件歩骤描述得分SOFI101.PV=50000出口流重衣犬0.0SILJ101.FV=70水罐液位衣高0.0S2LI101.FV=80水罐憑位衣高0.0S3LJ101.FV=90水罐液位衣高0.0S4LI101.FV=100水罐隘出0.0S5FT101.FV=6V101罐压力衣高0.0S6FT101.FV=T101罐压力衣高0.0STFT101.FV=8101罐压力衣高0.0S8FI101.FV=30000出口流重衣犬0.0S9FI101.PV=32000出口流重衣

15、犬0.0S10FI101.PV=34000出口流里衣大0.0去现场离心泵DCS图Til 0140.00 CLV101UC1CI1 AUT50.00 %二泵单亓倩rvioiBVI01FIC101 w5. DO atmFV101API102FI1014.00 atmF101A12.00 atm011FI 1030.DO atmF101BFIClOl AIfT勿口口口 Kg/HFI 104FV101I.Uiatm现场图:计时：13秒4.离心泵正常操作DCS界面工艺 画面 工具 帮助图 2-7 离心泵正常操作 DCS 界面二、开车操作规程1. 准备工作(1) 盘车。(2) 核对吸入条件。(3) 调整填

16、料或机械密封装置。2. 罐 V101 充液、充压(1) 向罐V101充液 打开LIC101调节阀，开度约为30%，向V101罐充液。 当LIC101达到50%时，LIC101设定50%，投自动。(2) 罐 V101 充压 待V101罐液位5%后，缓慢打开分程压力调节阀PV101A向V101罐充压。 当压力升高到5.0atm时，PIC101设定5.0 atm，投自动。3. 启动泵前准备工作(1) 灌泵待V101罐充压充到正常值5.0atm后，打开P101A泵入口阀VD01，向离心泵充液。观 察 VD01 出口标志变为绿色后，说明灌泵完毕。(2) 排气 打开P101A泵后排气阀VD03排放泵内不凝

17、性气体。 观察P101A泵后排空阀VD03的出口，当有液体溢出时，显示标志变为绿色，标志 着P101A泵已无不凝气体，关闭P101A泵后排空阀VD03，启动离心泵的准备工作已就绪。4. 启动离心泵(1)启动离心泵然后启动P101A(或B)泵。(2)流体输送 待PI102指示比入口压力大1.5-2.0倍后，打开P101A泵出口阀(VD04)。 将FIC101调节阀的前阀、后阀打开。 逐渐开大调节阀FIC101的开度，使PI101、PI102趋于正常值。(3)调整操作参数微调FV101调节阀，在测量值与给定值相对误差5%范围内且较稳定时，FIC101设定到 正常值，投自动。5. 评分标准罐V101

18、的操作ID歩骤条件歩骤描述猖分SOLVIOl.OFXi打开LJC101调节阀向瑙101充液0.00SIFV101 A. FVXi. 5待淮101液位大于5営后，打开PVlOlAtVlOl充压0.00S2UCIOI. MODE=1罐Y101液位控制在50进右时UC101投自动0.00S3UC101.SF=50罐Y101液位控制LEC101设定值50珀0.00S4FIC1O1.MODE=1耀101压力控制在5ATM左右时，FIC101投自动0.00S5PIC101.SP=5罐101压力控制PIC101设定值5 atm0.0(2)启动 A或 B 101.FV=50.00. . . 1011 液位0.

19、0歩骤条件步骤焉述VTIU1. LU-1VTLIJ. LIF二 1II. IIVTLIJ. IJI-LIII. IIFUJI l.Uf-10.0VTU4. LIF二 1II. IJFI101.FV=4. 000000U. IJYW1躍液位m01.FV=50.00.0.0FT101.FV=5. 000000U. IJVTU5.UF=1II. IJ打开排气阀VDDT排放不凝气VIII IT. LIF二 1启动B泵:0. 0启功F1U1A泵F101A泵入口压力启动腹:待Vioi压力达到正常后，打开F101A泵前阀VM1打幵排气阀切旳排放不凝气待泵内不凝气怀排尽后，关闭VM3待FI皿指乎压力比FI10

20、1大2. 0倍后,打幵泵出口阀VM4待躍V101压力达到正常后，打幵F101B泵前阀VM50S10VB07.0P=0待泵內不凝气佈排尽后，关闭VWT0.00SUF101_2.0P=l启动F101B泵0.0(3)出料S12VD08.0F=l待FI104指示压力比FI103大2. 0倍后,打开泵岀口阀VM80.0ID歩骤条件歩骤描述得分SOVB03.0P=l打幵FM1D1阀的前阀VBD30.0SIVB04.0P=l打开FIC101阀的后阀VB040.0S2FV101. OPXi打开调节阀FIC1010.0S3FIC101.MODE=1调节FIC101阀,使疣量控制20000KG/HH1-投自动0.

21、0S4U101.FV=50. 000000V101罐液位0.0S5FI101.FV=4. 000000F101A泵入口压力0.0EEFI103.FV=4. 000000F101B泵入口压力0.0STFI102.FV=12. 000000F101A泵出口压力0.0S8FI104.FV=12. 000000F101B泵出口压力0.0S9FT101.FV=5. 0000007101 压0.0S10FI101.FV=20000.出口疣量0.0II. IJ(4)扣分项目ID歩骤条件歩骤描述一得分SOFI101. FV=50000出口疣星太大0.0SIP101_l. 0F=lA泵人口压力没有达到幵泵要求0

22、.0S2P101_2. 0F=lB泵人口压力没有达到开泵要求0.0S3VD04.0F=l过早开启濟出口阀0.0S4VD08.0F=l过早开启B泵出口阀0.0S5U101. FV=70水罐液位龙高0.0SELI101. FV=80水罐液位丈高0.0STUlOl. FV=90水罐液位丈高0.0S8moi. fv=ioo水罐溢出0.0S9PT101. FV=6V101压力丈高0.0S10PT101. FV=7V101罐压力丈高0.0SilPT101.FV=8V101压力太高0.0S12FI101. FV=28000出口疣星太大0.0S13FI101. FV=30000出口疣星太大0.0S14FI10

23、1. FV=32000出口疣量丈犬0.0S15FI101. FV=34000出口疣量龙大0.0三、停车操作规程1. V101 罐停进料LIC101置手动，并手动关闭调节阀LV101,停V101罐进料。2. 停泵待罐V101液位小于10%时，关闭P101A(或B)泵的出口阀(VD04)。停P101A泵。关闭P101A泵前阀VD01。(4)FIC101置手动并关闭调节阀FV101及其前、后阀(VB03、VB04)。3. 泵P101A泄液打开泵P101A泄液阀VD02,观察P101A泵泄液阀VD02的出口，当不再有液体泄出时, 显示标志变为红色，关闭P101A泵泄液阀VD02。4. V101 罐泄压

24、、泄液(1) 待罐 V101 液位小于 10%时，打开 V101 罐泄液阀 VD10。(2) 待 V101 罐液位小于 5%时，打开 PIC101 泄压阀。观察V101罐泄液阀VD10的出口，当不再有液体泄出时，显示标志变为红色，待罐V101液体排净后，关闭泄液阀 VD10。5. 评分标准(1)V101 罐停进料ID步骤条件步骤描述得分O soUC101.M0DE=0LJC101置手动0. 0他 SIL101.0P=0关闭UC101调节阀，停V101进料0.0(2)停泵 P101AID步骤条件步骤描述猖分SOFIC1O1.MODE=OFIC101置手动0.00SIF101.0F53逐渐缓慢开大

25、阀门F101 ,増大出口疣星0.0ES2FI101.FV=20000. 000000注意防止FI 101值超出高限:30000 0.0S3VD04.0P=0待液位小于10湖，关闭F101A泵的后阀0.030000出口疣量丈大0.0S3PT101.FV)6液瑙压力龙高0.0毒S4FT101.FV7液瑙压力丈高0.0事故设置FT101.FV)6液淮压力丈高0.01P101A 泵坏操作规程事故现象：(1)P101A泵出口压力急剧下降。(2)FIC101 流量急剧减小。处理方法：切换到备用泵 P101B。(1) 全开P101B泵入口阀VD05、向泵P101B灌液，全开排空阀VD07排P101B的不凝气

26、，当 显示标志为绿色后，关闭 VD07。(2) 灌泵和排气结束后，启动 P101B。待泵P101B出口压力升至入口压力的1.52倍后，打开P101B出口阀VD08,同时缓 慢关闭P101A出口阀VD04，以尽量减少流量波动。待P101B进出口压力指示正常，按停泵顺序停止P101A运转，关闭泵P101A入口阀VD01，并通知维修工。2调节阀 FV101 阀卡操作规程事故现象：FIC101的液体流量不可调节。处理方法：打开FV101的旁通阀VD09,调节流量使其达到正常值。 手动关闭调节阀FV101及其后阀VB04、前阀VB03。 (3)通知维修部门。3P101A 入口管线堵操作规程事故现象： (

27、1)P101A 泵入口、出口压力急剧下降。(2)FIC101 流量急剧减小到零。处理方法：按泵的切换步骤切换到备用泵P101B,并通知维修部门进行维修。 4P101A 泵气蚀操作规程事故现象： (1)P101A 泵入口、出口压力上下波动。(2)P101A 泵出口流量波动(大部分时间达不到正常值)。处理方法：按泵的切换步骤切换到备用泵P101B。 5P101A 泵气缚操作规程事故现象： (1)P101A 泵入口、出口压力急剧下降。(2)FIC101 流量急剧减少。处理方法：按泵的切换步骤切换到备用泵P101B。2.1.5 应用能力测试 1泵壳的作用是：()A. 汇集能量B. 汇集液体C. 汇集热

28、量D. 将动能转化为位能E. 将动能转化为压头损失能F. 将动能转化为静压能G. 将位能转化为动能H. 将静压能转化为动能I. 将静压能转化为位能J. 将静压能转化为压头损失能2轴封的作用是：()A. 减少高压液体漏回泵的吸入口B. 减少高压液体漏回吸入管C. 减少高压液体漏出泵外D. 减少高压液体漏出管外E. 减少高压液体漏入排出管3密封环的作用是： ()A. 减少液体吸入量B. 减免高压液体吸入量C. 减免高压液体漏出泵外D. 减免高压液体漏回吸入口E. 减免高压液体漏回泵的吸入管 4叶轮的作用是：( )A. 传递动能B. 传递位能C. 传递静压能D. 传递机械能 5离心泵是由：、和五个主

29、要部件所组成的。A. 吸入阀B. 叶轮C. 吸入管D. 真空表E. 转速表F. 泵壳G. 出口阀H. 泵轴I. 压力表J. 密封环K. 功率表L. 出口管M. 轴封装置N. 流量计O. 平衡盘装置 6离心泵的流量又称为：( )A. 吸液能力B. 送液能力C. 漏液能力D. 处理液体的能力 7泵能给予液体的能量称为泵的扬程。A. 1 千克B. 1 摩尔C. 1 牛顿D. 1 立方米E. 1 千帕 8每秒钟泵对所作的功，称为有效功率。A. 泵轴B. 输送液体C. 泵壳D. 叶轮9.泵若需自配电机，为防止电机超负荷，常按实际工作的计算轴功率N,取(1.1-1.2)N 作为选电机的依据。A.最大扬程B

30、.最小扬程C.最大流量D.最小流量10.离心泵性能的标定条件是A.0C,101.3kPa 的空气B.20C,101.3kPa 的空气C.0C,101.3kPa 的清水D.20C,101.3kPa 的清水A. 电机烧坏B. 叶轮受损C. 气缚D. 气蚀 12由离心泵的特性曲线可知：流量增大则扬程。A. 增大B. 不变C. 减少D. 在特定范围内增或减 13对应于离心泵特性曲线的各种工况下数据值，一般都标注在铭牌上。A. 流量最大B. 扬程最大C. 轴功率最大D. 有效功率最大E. 效率最大14根据生产任务选用离心泵时，一般以泵效率不低于最高的 90%为合理，以降低能量消耗。A.流量B.扬程C.轴

31、功率D.有效功率E.效率15根据生产任务选用离心泵时，应尽可能使泵在点附近工作。A. 效率最大B. 扬程最大C. 轴功率最大D. 有效功率最大E. 流量最大 16本仿真的离心泵正常操作输出流量为：kg/hA. 10000B. 20000C. 30000D. 4000017离心泵出现气蚀故障，主要现象： 出口压力上下波动A. 入口压力上下波动B. 出口流量上下波动（达不到正常值）C. 流量增大 18请简述离心泵的工作原理和结构。19请举例说出除离心泵以外你所知道的其它类型的泵。20什么叫气蚀现象?气蚀现象有什么破坏作用?21发生气蚀现象的原因有那些?如何防止气蚀现象的发生?22为什么启动前一定要将离心泵灌满被输送液体？23离心泵在启动和停止运行时泵的出口阀应处于什么状态？为什么？24.泵P101A和泵P1O1B在进行切换时，应如何调节其出口阀V D04和V D08，为什么要这样做？ 25.一台离心泵在正常运行一段时间后，流量开始下降，可能会有哪些原因导致？26离心泵出口压力过高或过低应如何调节？27离心泵入口压力过高或过低应如何调节？28若两台性能相同的离心泵串联操作，其输送流量和扬程较单台离心泵相比有什么变化?若两台性能相同的离心泵并联操作，其输送流量和扬程较单台离心泵相比有什么变化?