泵的选型

第一节 概述

一、泵的类型

根据泵的工作原理和结构，泵的类型有如下几种： 泵 电动泵 往复泵 容积式泵 转子泵 — 蒸汽泵 齿轮泵、螺杆泵、罗茨泵、滑片泵 计量泵 轴流泵 柱塞（活塞）泵、隔膜泵 叶片式泵 旋涡泵 离心旋涡泵 混流泵 离心泵 单吸泵、双吸泵单级泵、多级泵 蜗壳式泵、分段式泵 屏蔽泵、磁力驱动泵 高速泵 单级泵、多级泵

其他类型泵 — 喷射泵、空气升液泵、电磁泵 泵的适用范围和特性见表1—1、图1—1。

表1—1 泵的特性

叶片泵 指 标 离心泵 均匀性 流 量 稳定性 范围 m3／h 扬 程 特点 范围 特点 范围 (最高点) 轴流泵 均 匀 不恒定，随管路情况变化而变化 1．6～30000 150～245000 0.4～10 0～600 旋涡泵 往复泵 不均匀 恒 定 l～600 转子泵 比较均匀 容积式泵 对应—定流量，只能达到一定的扬程 10～2600m 2～20m 对应一定流量可达到不同扬程，由管路系统确定 0．2～100MPa 扬程高时，效率 降低较小 0.7～0.85 0.2～60MPa 扬程高时，效率 降低较大 0.6～0．8 效 率 在设计点景高，偏离愈远，效率愈低 0.5～0.8 0.7～0.9 0.25～0.5 结构特点 结构简单，造价低，体积小，重量轻，安装检修方结构复杂，振动 同离心泵 便 大，体积大，造价 流量调节方法 出口节流或改变出口节流或改不能用出口阀调同旋涡泵，另还可同旋涡泵 转速 变叶片安装角节，只能用旁路调节转速和行程 度 调节 自吸作用 维修 适用范围 —般没有 简便 粘度较低的各种特别适用于大特别适用于小流介质 流量，低扬程、量、较高压力的粘度较低的介低粘度清洁介质 质 没有 部分型号有 有 麻烦 有 简便 适用于高压力、小适用于中低压力、中小流流量的清洁介质(含量尤其适用于粘性高的悬浮液或要求完全介质 无泄漏可用隔膜泵) 性能曲线形状（H－RNT）

图1-1 泵的适用范围

二、典型化工用泵的特点和选用要求

化工生产工艺流程中的典型用泵有：进料泵、回流泵、塔底泵、循环泵、产品泵、注入泵、补给泵、冲洗泵、排污泵、燃料油泵、润滑油泵和封液泵等，其特点和选用要求见表1—2。

表1—2 典型化工用泵的特点和选用要求

泵名称 特点 (1)流量稳定 (2)一般扬程较高 (3)有些原料粘度较大或含固体颗粒 (4)泵入口温度一般为常温，但某些中间给料泵的入口温度也可大于100℃ (5)工作时不能停车 (1)流量变动范围大，扬程较低 (2)泵入口温度不高，一般为30～60℃ (3)工作可靠性要求高 选用要求 (1)一般选用离心襄 (2)扬程很高时，可考虑用容积式泵或高速泵 (3)泵的备用率为100％ 进料泵(包括原料泵和中间给料泵) 回流泵(包括塔顶、中段及塔底回流泵) (1)一般选用单级离心泵 (2)泵的备用率为50％～100％ 泵名称 特点 (1)流量变动范围大(一般用液位控制流量) (2)流量较大 (3)泵入口温度较高，一般大于100℃ (4)液体一般处于气液两相态，NPSHa小 (5)工作可靠性要求高 (6)工作条件苛刻，—般看污垢沉淀 (1)流量稳定，扬程较低 (2)介质种类繁多 (1)流量较小 (2)杨程较低 (3)泵入口温度低（塔顶产品一般为常温，中间抽出和塔底产品温度稍高） (4)某些产品泵间断操作 (1)流量很小，计量要求严格 (2)常温下工作 (3)排压较高 (4)注入介质为化学药品，往往有腐蚀性 (1)流量较小，扬程较低 (2)污水中往往有腐蚀性介质和磨蚀性颗粒 (3)连续输送时要求控制流量 (1)流量较小，泵出口压力稳定(一般为1.0～1.2MPa) (2)粘度较高 (3)泵入口温度一般不高 (1)润滑油压力一般为0.1～0.2MPa (2)机械密封封液压力一般比密封腔压力 高0.05～0.15MPa 选用要求 (1)一般选单级离心泵，流量大时，可选用双吸泵 (2)选用低汽蚀余量泵、并采用必要的灌注头 (3)泵的备用率为100％ (1)选用单级离心泵 (2)按介质选用泵的型号和材料 (3)泵的备用率为50％～100％ (1)宜选用单级离心泵 (2)对纯度高或贵重产品，要求密封可靠，泵的备用率为100％；对一般产品，备用宰为50％～100％．对间断操作的产品泵，一般不设备用泵 (1)选用柱塞或隔膜汁量泵 (2)对有腐蚀性介质，泵的过流元件通常采用耐腐蚀材料 (1)选用污水泵、渣浆泵 (2)泵备用率100％ (3)常需采用耐腐蚀材料 (1)一般可选用转子泵或离心泵 (2)由于粘度较高，一般需加温输送 (3)泵的备用率为100％ (1)一般均随主机配套供应 (2)一般均为螺杆泵和齿轮泵，但离心压缩机组的集中供油往往使用离心泵 塔底泵 循环泵 产品泵 注入泵 排污泵 燃料油泵 润滑油泵和封液泵

三、化工装置对泵的要求

(1)必须满足流量、扬程、压力、温度、汽蚀余量等工艺参数的要求。 (2)必须满足介质特性的要求：

a) 对输送易燃、易爆、有毒或贵重介质的泵，要求轴封可靠或采用无泄漏泵，如屏蔽泵、磁力驱动泵、隔膜泵等。

b) 对输送腐蚀性介质的泵，要求过流部件采用耐腐蚀材料。

c) 对输送含固体颗粒介质的泵，要求过流部件采用耐磨材料，必要时轴封应采用清洁液体冲洗。

(3)必须满足现场的安装要求：

a) 对安装在有腐蚀性气体存在场合的泵，要求采取防大气腐蚀的措施。 b) 对安装在室外环境温度低于-20℃以下的泵，要求考虑泵的冷脆现象，采用耐低温材料。

c) 对安装在爆炸区域的泵，应根据爆炸区域等级，采用防爆电动机。 (4)对于要求每年一次大检修的工厂，泵的连续运转周期一般不应小于8000小时。为适应3年一次大检修的要求，API610(第8版)规定石油、重化学和气体工业用泵的连续运转周期至少为3年。

(5)泵的设计寿命一般至少为10年。API610(第8版)规定石油、重化学和气体工业用离心泵的设计寿命至少为20年。

(6)泵的设计、制造、检验应符合有关标准、规范的规定，常用的标准和规范见表1—3。

(7)泵厂应保证泵在电源电压、频率变化范围内的性能。我国供电电压、频率的变化范围为：

电压 380V±l0％，6000V+5％～-7％ 频率 50Hz土0.5％

(8)确定泵的型号和制造厂时，应综合考虑泵的性能、能耗、可靠性、价格和制造规范等因素。

表1—3 常用规标、规范

泵类型 标准、规范 API610石油、重化学和气体工业用离心泵 ANSIB73.1化工用卧式端吸式离心磁技术规范 ANSIB73.2M化工用管道泵技术规范 ISO2858端吸离心泵(16bar)标记、性能、尺寸 ISO5199离心泵技术条件(Ⅱ级) 往 复 泵 泵类型 计 量 泵 标准、规范 API675计量泵 GB9236计量泵技术条件 GB7783计量泵试验方法 API9234机动往复泵技术条件 GB7784机动往复泵试验方法 JB1053一般蒸汽往复泵技术条件 GB9235蒸汽往复泵试验方法 离 心 泵 泵类型 标准、规范 GB3215炼厂、化工及石油化工流程用离心泵通用技术条件 泵类型 标准、规范 API676转子泵 GB10885单螺杆泵技术条件 GB 10887三螺杆泵技术条件 CB90螺杆泵试验方法 GB3216离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵试验方法 GB5656离心泵技术条件(Ⅱ级) 转 子 泵 注：表中部分标准代号的含义：

API—美国石油协会标准；ANSI—美国国家标准协会标准；ISO—国际标准化组织。

第二节 泵的类型、系列和型号的选择

一、选型条件

(1)输送介质的物理化学性能

输送介质的物理化学性能直接影响泵的性能、材料和结构，是选型时需要考虑的重要因素。介质的物理化学性能包括：介质名称、介质特性(如腐蚀性、磨蚀性、毒性等)、固体颗粒含量及颗粒大小、密度、粘度、汽化压力等。必要时还应列出介质中的气体含量，说明介质是否易结晶等。

(2)工艺参数

工艺参数是泵选型的最重要依据，应根据工艺流程和操作变化范围慎重确定。 a)流量Q 流量是指工艺装置生产中，要求泵输送的介质量，工：艺人员——般应给出正常、最小和最大流量。

泵数据表上往往只给出正常和额定流量。选泵时，要求额定流量不小于装置的最大流量，或取正常流量的1.1～1.15倍。

b)扬程H 指工艺装置所需的扬程值，也称计算扬程。一般要求泵的额定扬程为装置所需扬程的1.05～1.1倍。

c)进口压力Ps和出口压力Pd 进、出口压力指泵进出接管法兰处的压力，进出口压力的大小影响到壳体的耐压和轴封的要求。

d)温度T 指泵的进口介质温度，一般应给出工艺过程中泵进口介质的正常、最低和最高温度。

e)装置汽蚀余量NPSHa 也称有效汽蚀余量。

f)操作状态 操作状态分连续操作和间歇操作两种。 (3)现场条件

现场条件包括泵的安装位置(室内、室外)，环境温度，相对湿度，大气压力，大气腐蚀状况及危险区域的划分等级等条件。 二、泵类型的选择

泵的类型应根据装置的工艺参数、输送介质的物理和化学性质、操作周期和泵的结构特性等因素合理选择。图l—2为泵类型选择框图，可供选型时参考。根据该框图可以初步确定符合装置参数和介质特性要求的泵类型。离心泵具有结构简单，输液无脉动，流量调节简单等优点，因此除以下情况外，应尽可能选用离心泵。

(1)有计量要求时，选用计量泵。

(2)扬程要求很高，流量很小且无合适小流量高扬程离心泵可选用时，可选用往复泵；如汽蚀要求不高时也可选用旋涡泵。

(3)扬程很低，流量很大时，可选用轴流泵和混流泵。

(4)介质粘度较大(大于650～1000mm2／s)时，可考虑选用转子泵或往复泵；粘度特别大时，可选用特殊设计的高粘度转子泵和高粘度往复泵。

(5)介质含气量>5％，流量较小且粘度小于37.4mm2／s时，可选用旋涡泵。如允许流量有脉动，可选用往复泵。

（6)对启动频繁或灌泵不便的场合，应选用具有自吸性能的泵，如自吸式离心泵、自吸式旋涡泵、容积式泵等。 三、泵系列和材料的选择

泵的系列是指泵厂生产的同一类结构和用途的泵，如Is型清水泵，Y型油泵，ZA型化工流程泵，SJA型化工流程泵等。当泵的类型确定后，就可以根据工艺参数和介质特性来选择泵的系列和材料。如确定选用离心泵后，可进一步考虑如下项目：

(1)根据介质特性决定选用哪种特性泵，如清水泵、耐腐蚀泵，或化工流程泵和杂质泵等等。介质为剧毒、贵重或有放射性等不允许泄漏物质时，应考虑选用无泄漏泵（如屏蔽泵、磁力泵)或带有泄漏液收集和泄漏报警装置的双端面机械密封。如介质为液化烃等易挥发液体应选择低汽蚀余量泵，如筒型泵。

图l—2 泵类型选择框图

(2)根据现场安装条件选择卧式泵、立式泵(含液下泵、管道泵)。 (3)根据流量大小选用单吸泵、双吸泵，或小流量离心泵。 (4)根据扬程高低选用单级泵、多级泵，或高速离心泵等。

以上各项确定后即可根据各类泵中不同系列泵的特点及生产厂的条件，选择合适的泵系列及生产厂。如确定选用单级卧式化工流程泵，可考虑选用沈阳水泵厂的SJA型，大连耐酸泵厂的CZ型、ZA型，以及国内通用设计的IH型化工流程泵等等。

最后根据装置的特点及泵的工艺参数，决定选用哪一类制造、检验标准。如要求较高时，可选API610标准，要求一般时，可选GB5656(1SO5199)或ANSIB73.1M标准。

如确定选用计量泵后，可进一步考虑如下项目：

(1)当介质为易燃、易爆、剧毒及贵重液体时，常选用隔膜计量泵。为防止隔膜破裂时，介质与液压油混合引起事故，可选用双隔膜计量泵并带隔膜破裂报警装置。

(2)流量调节一般为手动，如需自动调节时可选用电动或气动调节方式。。 四、泵型号的确定

泵的类型、系列和材料选定后就可以根据泵厂提供的样本及有关资料确定泵的型号(即规格)。

(1) 容积式泵型号的确定

a)工艺要求的额定流量Q和额定出口压力尸的确定

额定流量Q一般直接采用最大流量，如缺少最大流量值时，取正常流量的1.1～1.15倍。额定出口压力P指泵出口处可能出现的最大压力值。

b)查容积式泵样本或技术资料给出的流量[Q]和压力[P]

流量[Q]指容积式泵输出的最大流量。可通过旁路调节和改变行程等方法达到工艺要求的流量。压力[P]指容积式泵允许的最大出口压力。

c)选型判据

符合以下条件者即为初步确定的泵型号。

流量Q≤[Q]，且Q愈接近［Q]愈合理；压力P≤［P]，且P愈接近［P]愈合理。 e)校核泵的汽蚀余量

要求泵的必需汽蚀余量NPSHr小于装置汽蚀余量NPSHa，如不合乎此要求，需降低泵的安装高度，以提高NPSHa值；或向泵厂提出要求，以降低NPSHr值；或同时采用上述两方法，最终使NPSHr<（NPSHa-安全裕量S）。

当符合以上条件的泵不止一种时，应综合考虑选择效率高、价格低廉和可靠性高的泵。

（2）离心泵型号的确定 a)额定流量和扬程的确定

额定流量一般直接采用最大流量，如缺少最大流量值时，常取正常流量的1．1～

1.15倍。

额定扬程一般取装置所需扬程的1.05～1.1倍。对粘度＞20mm2／s或含固体颗粒的介质，需换算成输送清水时的额定流量和扬程，再进行以下工作。

b)查系列型谱图

按额定流量和扬程查出初步选择的泵型号，可能为1种，也可能为2种以上， c)校核

按性能曲线校核泵的额定工作点是否落在泵的高效工作区内；校核泵的装置汽蚀余量NPSHa一必需汽蚀余量NPSHr是否符合要求。当不能满足时，应采取有效措施加以实现。

当符合上述条件者有2种以上规格时，要选择综合指标高者为最终选定的泵型号。具体可比较以下参数：效率(泵效率高者为优)、重量(泵重量轻者为优)和价格(泵价格低者为优)。 五、原动机功率的确定

(1)泵的轴功率Pa计算 a)叶片式泵

PaHQkW (1-1) 102式中:

H—泵的额定扬程，m； Q—泵的额定流量，m3／s；

—介质密度，kg／m3；

η—泵额定工况下的效率(η＝ηmηhηv，ηm一机械效率，ηh一水力效率，η一容积效率)；

Pa—泵额定工况下的轴功率，kW。 b)容积式泵

510（Pd-PS）QPakW (1-2)

102v

式中:

Q—泵的流量(样本上标注的流量)，m3／s；

Pd—泵出口压力，MPa； PS—泵入口压力，MPa；

η—泵的效率(样本上标注的效率)。 (2)原动机的配用功率P

原动机的配用功率户一般按下式计算：

PKPatkW (1-3)

式中:

ηt—泵传动装置效率，见表1—4；

K—原动机功率裕量系数，不应小于表l—5、1—6的值。

表1—4 泵传动装置效率ηt

传动方式 ηt 直联传动 1 干皮带传动 0.95 三角皮带传动 0.92 齿轮传动 0.9～0.97 蜗杆传动 0.7～0.9 表1—5 离心泵功率裕量系数K

泵的轴功率Pa，kW ≤15 1555 K 电动机 1.25 1.15 1.10 汽轮机 1.1 1.1 1.1 注：1.当泵的额定流量远小于最佳效率点流量时，K值要按经验放大。 2.旋涡泵、轴流泵、转子泵的功串裕量系数可参考本表。

表1—6 往复泵、计量泵的功率裕量系数K

原动机 泵的轴功率Pa kW 一般泵 计量泵 ≤2 2 2 ≤6 1.5 2 电动机 ≤10 1.25 1.5 ≤20 1.15 >20 1.1 ≤0.75 2 蒸汽机 ≤1.5 1.5 ≤4 1.2 >4 1.15 有些工程公司或设计单位，为确保安全，采用全流量方式确定电机功率。即在全流量范围（0～Qmax）内，计算出最大轴功率Pmax，并比较两者的大值确定为电机功率。

(3)根据爆炸区域、防爆等级、电源和供气情况等选择合适的原动机。

Pmaxt与P（PKPat，取）六、轴封型式的确定

轴封是防止泵轴与壳体处泄漏而设置的密封装置。常用的轴封型式有填料密封、机械密封和动力封。

往复泵的轴封通常是填料密封。当输送不允泄漏介质时，可采用隔膜式往复泵。旋转式泵(含叶片式泵、转子泵等)的轴封主要有填料密封、机械密封和动力密封。

（1）填料密封

填料密封结构简单、价格便宜、维修方便，但泄漏量大、功耗损失大。因此填料密封用于输送一般介质，如水；一般不适用于石油及化工介质，特别是不能用在贵重、易爆和有毒介质中。

（2）机械密封

机械密封（也称端面密封)的密封效果好，泄漏量很小，寿命长，但价格贵，加工安装维修保养比一般密封要求高。机械密封适用于输送石油及化工介质，可用于各种不同粘度、强腐蚀性和含颗粒的介质。美国石油学会标准API 610(第8版)规定：除用户有规定外，应当装备集装式机械密封。

（3）动力密封

动力密封可分为背叶片密封和副叶轮密封两类。泵工作时靠背叶片(或副叶轮)的离心力作用使轴封处的介质压力下降至常压或负压状态，使泵在使用过程中不泄漏。停车时离心力消失，背叶片<或副叶轮)的密封作用失效，这时靠停车密封装置起到密封作用。

与背叶片(或副叶轮)配套的停车密封装置中较多地采用填料密封。填料密封有普通式和机械松紧式两种。普通式填料密封与一般的填料密封泵相似，要求轴封处保持微正压，以避免填料的于摩擦。机械松紧式填料停车密封采用配重，使泵在运行时填料松开，停车时填料压紧。

为保证停车密封装置的寿命，减少泵的泄漏量，对采用动力密封的泵，泵进口压力应有，即：

PS＜10%Pd (1—4) 式中：

PS—泵进口压力，MPa； Pd—泵出口压力，MPa。

动力密封性能可靠，价格便宜，维修方便，适用于输送含有固体颗粒较多的介质，如磷酸工业中的矿浆泵、料浆泵等。缺点是功率损失较机械密封大，且其停车密封装置的寿命较短。 七、联轴器及其选用

泵用联轴器一般选用挠性联轴器，目的是传递功率，补偿泵轴与电机轴的相对位移，降低对联轴器安装的精确对中要求，缓和冲击，改变轴系的自振频率和避免发生危害性振动等。

泵常用联轴器型式有爪型弹性联轴器、弹性柱销联轴器和膜片联轴器等三种。 （1）爪型弹性联轴器

爪型弹性联轴器又称弹性块联轴器，其结构见图1—3。特点是体积小，重量轻，结构简单，安装方便，价格低廉，常用于小功率及不太重要的场合。爪型弹性联轴器在水泵行业的标准代号为B1104，其最大许用扭矩为850N·m，最大轴径为50mm。

（2）弹性柱销联轴器

弹性柱销联轴器以柱销与两半联轴器的凸缘相联，柱销的一端以圆锥面和螺母与半联轴器凸缘上的锥形销孔形成固定配合，另一端带有弹性套，装在另一半联轴器凸缘的柱销孔中，弹性套用橡胶制成，其结构见图1—4。

弹性柱销联轴器的特点是结构简单，安装方便，更换容易，尺寸小，重量轻，传动扭矩大，广泛应用于各种旋转泵中。

弹性柱销联轴器在水泵行业的标准为Bll01，其最大许用扭矩为8316N·m，最大轴径)200mm。符合ISO2858(相当于GB 5662—85)的泵(如国内IS、IH型泵等)可采用加长型弹性柱销联轴器。加长联轴器在水泵行业的标准为YB 101，其许用扭矩、最大轴径与Bll01的联轴器相仿，结构图见1—5。

图l—3 爪型弹性联轴器

l—泵联轴器；2—电机联轴器；2—弹性块

（3）膜片联轴器

膜片联轴器采用一组厚度很薄的金属弹簧片，制成各种形状，田螺栓分别与主从动轴上的两半联轴器联接，见图1—6。

膜片联轴器结构简单，不需要润滑和维护，抗高温，抗不对中性能好，可靠性高，传动扭矩大，但价格较高。水泵行业推荐的膜片联轴器为JM1J型接中间轴整体式膜片联轴器，标准号为ZB／TJ19022—90，最大许用扭矩200000N·m，最大轴径为360mm。

图l—6 膜片联轴器

l、6—半联轴器；2—衬套；3—膜片；4—垫圈；5—中间轴

弹性柱销联轴器和膜片联轴器的比较见表1—7。随着膜片联轴器生产量的上升及成本的下降，膜片联轴器的使用量已呈逐年上升之势。

表1—7 弹性柱销联轴器和膜片联轴器性能比较

转矩范轴径范联轴器名称 围N·m 围mm 最高转速范围r/min 许用相对位移 轴向 径向 角向 度 结构紧凑，装配方便，具有一定的弹性和缓冲性能，补偿两0.2～0.6 0.5～1.5 轴相对位移量不大，当位移量过大时，联轴器的工作性能恶化，弹性件易损坏 易平衡、且易保持平衡精度，不需润滑，对环境适应性强，且具有较好的补偿两轴相对位移的性能，径向载荷能力大，可在高转速下运行，但扭转刚度大，缓冲减振能力相对较差 特点 弹性柱销联轴器 18～1670～19～150 36000 11500 较大 膜片联轴器 16～19~360 200000 1000~ 1.5～3(两10000 个组件) 3～6(两个组件) 0.5 （4）液力偶合器

液力偶合器通过工作液在泵轮与涡轮间的能量转化起到传递功率(扭矩)的作用。液力偶合器的起动平稳，有过载保护和无级调速等功能，缺点是存在一定的功率损耗，传动效率一般为96％～97％，且价格较贵。

液力偶合器有普通型、限矩型和调速型三种基本类型。普通型液力偶合器结构简单，无任何限矩、调速结构措施，主要用于不需过载保护和调速的传动系统，起隔离振动和减缓冲击作用。限矩型液力偶合器能在低转速比下有效地传递扭矩的升高，防止驱动机和工作机的过载。调速型液力偶合器通常是通过改变工作腔中的充液量来调节输出转速的，即所谓的容积式调节，调速型液力偶合器与普通型及限矩型不同，它必须有工作液的外部循环系统和冷却系统，使工作液体不断地进、出工作腔，以调节工作腔的充液量和散逸热量，其结构见图1—7。

使用调速型液力偶合器的泵一般均为大功率或工况需经常改变的大泵。如城市、电厂供水泵、锅炉给水泵，石线的输油泵，炼厂的减压泵和增压泵等。其优点是：电动机可全载起动；偶合器可起离合的作用，有过载保护作用；可无级调速，调速范围一般为4：1，最大可达5：1；节约能耗，因降速调节比以闸阀调低流

量要节省许多能耗。

图l—7 调速型液力偶合器结构

l一联轴节；2一轴承座；3一输入轴；4一泵轮；5一轴承；6一蜗轮；7一隔离环； 8一外壳；9一输出轴；10一进油温度计；11一进；12一导管；13一电动执行器； 14一导管壳体；15一轴承；16一密封端盖；17一壳体轴承套；18一弹性联轴器； 19—出；20一压力表；21一出油温度计；22一供油泵；23一油泵电机；

24一吸；25一排；26一油箱；27一油标

参 考 文 献

[1]全国化工设备设计技术中心站 机泵中心技术委员会，工业泵选用手册，第一版，化学工业出版社，1980。