第三章油气输送设备.ppt

油气储存与装卸系统,广州工程技术职业学院10油气储运技术班,第三章 油气输送设备,油气输送设备概述,油气输送设备在油品储存与装卸中所处的地位有如人体的心脏。泵：输送液体介质并提高其压力能的机械。泵按工作原理分为速度式，如离心泵；容积式，如齿轮泵、螺杆泵。压缩机：输送气体介质并提高其压力能的机械。压缩机按工作原理分也分为速度式和容积式。,第三章 油气输送设备,第三章 油气输送设备,第三章 油气输送设备,第一节 离心泵基本结构、工作原理与性能参数一、离心泵基本结构,1一泵壳；2一泵轴；3叶轮；4一吸水管（吸入室）；5一压水管（排出室）；6一底阎；7控制阀门；8灌水漏斗；9泵座,第三章 油气输送设备,第一节 离心泵基本结构、工作原理与性能参数一、离心泵基本结构,第三章 油气输送设备,第一节 离心泵基本结构、工作原理与性能参数一、离心泵基本结构,第三章 油气输送设备,第一节 离心泵基本结构、工作原理与性能参数一、离心泵基本结构,1叶轮 叶轮是泵的核心组成部分，它可使水获得动能而产生流动。叶轮由叶片和轮毂组成。对叶轮的要求是在损失最小情况下使单位重量的液体获得最高的能量。选择叶轮材料时，除了要考虑离心力作用下的机械强度以外，还要考虑材料的耐磨和耐腐蚀性能。目前多数叶轮采用铸铁、铸钢和青铜制成。叶轮按吸入方式可分为单吸式叶轮与双吸式叶轮两种。叶轮按盖板形式可分闭式、开式和半闭式三类。2泵轴 泵轴是用来旋转泵叶轮的。常用材料是碳素钢和不锈钢。泵轴应有足够的抗扭强度和足够的刚度，其挠度不超过允许值。叶轮和轴用键来联结。,第三章 油气输送设备,第一节 离心泵基本结构、工作原理与性能参数一、离心泵基本结构,3泵壳 泵壳由若干零部件组成，其内腔形成了叶轮工作室、吸水室和压水室。泵壳的形状和大小取决于叶轮结构形式和尺寸。离心泵的泵壳通常铸成蜗壳形。蜗壳形流道沿流出的方向不断增大。泵的出水口处有一段扩散形的锥形管，水流随着断面的增大，速度逐渐减小，而压力逐渐增大，水的动能转化为势能。一般在泵体顶部设有放气或加水的螺孔，以便在水泵启动前用来抽真空或灌水。4、轴承轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，有滚动轴承和滑动轴承两种。滚动轴承使用牛油作为润滑剂，滑动轴承使用的是透明油作润滑剂。,第三章 油气输送设备,第一节 离心泵基本结构、工作原理与性能参数一、离心泵基本结构,5、填料函 填料函主要由填料，水封环，填料筒，填料压盖，水封管组成。填料函的作用主要是为了封闭泵壳与泵轴之间的空隙，不让泵内的介质不流到外面来，也不让外面的空气进入到泵内。始终保持水泵内的真空。当泵轴与填料摩擦产生热量就要靠水封管注水到水封圈内使填料冷却，保持水泵的正常运行。所以在泵的运行巡回检查过程中对填料函的检查是特别要注意！在运行600个小时左右就要对填料进行更换。6泵座 泵座上有与底板或基础固定用的法兰孔。,第三章 油气输送设备,第一节 离心泵基本结构、工作原理与性能参数二、离心泵的工作原理,泵的基本部件是旋转的叶轮和固定的泵壳。叶轮安装在泵壳内并固定在泵轴上，泵轴通过电机带动旋转。泵壳中央的吸入口与吸入管道相连，在吸入管道底部装有底阀。离心泵在启动前需向泵壳内灌注介质，启动后泵轴带动叶轮一起旋转，液体在离心力的作用下从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，使叶轮外缘的液体静压强提高，流速增大。液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐加宽使液体的流速逐渐降低，部分动能转变成静压能。于是，具有较高压强的液体从泵的排出口进入排出管道，输送到所需的场所。当泵内液体从叶轮中心被抛向外缘时，同时在中心处形成了低压区从而使液体被吸入叶轮中心。因此，只要叶轮不断地转动，液体便不断地被吸入和排出。,第三章 油气输送设备,第一节 离心泵基本结构、工作原理与性能参数二、离心泵的工作原理,离心泵在启动前，若泵内存有空气，由于空气密度很低，旋转后产生的离心力小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将储罐内的液体吸入泵内，因此，虽然启动离心泵却不能输送液体，这种现象称为气缚，表示离心泵无自吸能力，所以离心泵启动前必须向泵体内灌注液体。离心泵吸入管道安装的底阀就是防止启动前所灌入的液体从泵内回流到罐内，滤网可以阻拦液体中的固体颗粒被吸入而影响离心泵的正常工作。,第三章 油气输送设备,第一节 离心泵基本结构、工作原理与性能参数三、离心泵的主要性能参数,1、流量流量：单位时间内泵排出的液体量。体积流量用Q表示，常用单位m3/h、m3/s、L/s，也可用质量流量Qm表示，常用单位T/h、kg/h。体积流量与质量流量可以换算:QmQ2、扬程扬程：单位重量的液体通过泵以后获得得能量，用H表示，单位m。虽然泵的扬程单位与高度单位是一样的，但不应把泵的扬程简单地理解为液体所能输送的高度，因为泵的扬程不仅使液体位能提高，而且还要克服液体在输送过程中所产生的各种阻力。3、转速每分钟泵轴转过的圈数，用符号n表示。,第三章 油气输送设备,第一节 离心泵基本结构、工作原理与性能参数三、离心泵的主要性能参数,4、功率和效率有效功率：泵在单位时间内提供给液体的有效能量，用Ne表示，常用单位KW。因为泵的扬程是单位重量液体从泵获得的有效能量，所以扬程与重量流量的乘积就是单位时间内从泵中输出液体所获得的有效能量。Ne=gQH轴功率:电机(驱动机)通过泵轴传递给泵的功率，用N表示。由于泵在工作时，泵内存在各种损失，例如运动部件间要产生相对摩擦而消耗一定功率，所以不可能将轴功率完全转变成有效功率。泵效率：有效功率与轴功率之比，用表示。表达式：Ne/N。,第三章 油气输送设备,第二节 离心泵基本方程式一、液体在叶轮中的流动-速度三角形,液体沿着泵轴进入叶轮中心，然后沿径向流出叶轮再流入排出室或下一级叶轮入口。液体在叶轮流道内的流动情况复杂，为使研究方便，进行两点假设：一、假设叶轮内液体为理想液体，在流道内没有能量损失；二、每一液体质点在流道内相对运动轨迹与叶片曲线形状完全一致，在同一半径的圆周上液体质点的相对速度大小相同，其液流角度相同。,第三章 油气输送设备,第二节 离心泵基本方程式一、液体在叶轮中的流动-速度三角形,第三章 油气输送设备,第二节 离心泵基本方程式二、离心泵的基本方程式,动量矩定理：质点系某一轴线的动量矩对时间有导数等于作用于该点系全部外力对该轴的力矩之和。由动力矩定理结合叶轮的速度三角形推导出离心泵的基本方程式(离心泵的理论扬程方程式又称欧拉公式)：,第三章 油气输送设备,第二节 离心泵基本方程式二、离心泵的基本方程式,对采用轴向吸入室的离心泵而言，因为液流进入叶轮流道时无预旋，所以C1U=0,故欧拉公式可简化为:,由欧拉公式可知:理论扬程的大小只与液流在流道进出口的速度有关，即与叶轮的几何尺寸、转速和流量有关，而于泵所输送的介质性质无关。,第三章 油气输送设备,第三节 离心泵的性能曲线离心泵的H-Q、N-Q、-Q性能曲线与管路特性曲线,第三章 油气输送设备,第四节 泵性能参数与转速、叶轮直径之间的关系,比例定律：一台泵，当转速由改为时，如果输送的液体不变，则在不同转速下对应参数与转速之间的关系：,第三章 油气输送设备,第四节 泵性能参数与转速、叶轮直径之间的关系,比转数可以理解为：泵在最高效率下运转，产生扬程为lm，流量为0.075m3/s（270m3/h）所消耗的功率为0.735kW时，所必须具有的转数。它有如下含义：1、几何相似的离心泵，在各处效率最高点处的工况相似；2、比转数不同的离心泵，其几何形状一定不同；比转数相同的泵，其几何形状一定是相似的，但也不排除几何形状不相似的情况。离心泵的比转数与输送的介质的性质无关，而与叶轮的形状和性能曲线有密切关系。比转数高的离心泵，在最高效率运行时流量大，扬程小；比转数低的离心泵，在最高效率运行时流量小，扬程高。,比转数的表达式：,第三章 油气输送设备,第五节 离心泵的汽蚀,一、汽蚀产生的过程pk：叶轮入口处的最低压力；pt：输送液体在输送温度下的饱和蒸汽压。,第三章 油气输送设备,第五节 离心泵的汽蚀,二、汽蚀的后果,第三章 油气输送设备,第五节 离心泵的汽蚀,二、汽蚀的后果,第三章 油气输送设备,第五节 离心泵的汽蚀,三、消除汽蚀的方法,1、增大泵吸入油罐液面的压力。2、减小泵体的安装高度。3、减少吸入管道的阻力损失（减少弯头和阀门数量）。4、降低输送液体的温度。5、采用双吸式叶轮。6、采用合理的叶轮形式。,补充：离心泵操作,开始运转前的准备工作 1、检查各连接螺丝有无松动。2、检查轴承润滑油是否良好。3、检查填料压盖松紧是否合适，机械密封是否处于良 好状态。4、泵轴转动是否灵活，有无卡阻现象。5、根据输油作业方案，按输油方向打开吸入管路阀门，关 严与方案无关的阀门。6、向油泵内灌油。,启动油泵1、按下启动按钮启动油泵。2、运转正常、压力表指示正常压力后，再慢慢打开排出阀门 开阀后，如果压力表读数降到0，必须关闭出口阀门重新灌满油后再启动。运转中的维护听随时注意倾听泵和电动机运转声音是否正常。看经常注意看压力表和真空表是否正常，电流表指示是否正 常，轴封装置泄漏量是否符合要求。摸用手摸轴承、填料筒和电动机的温度是否过高 停泵离心泵停泵前，必须先关闭排出阀门，然后再停泵。,作业：1、什么叫气缚？2、气蚀的是怎样产生的？防止气蚀的方法有哪些？3、水击现象的危害是什么？怎样减少这种危害？,第三章 油气输送设备,第六节 自吸式离心泵和管道泵,一、自吸式离心泵的结构特点,第三章 油气输送设备,第六节 自吸式离心泵和管道泵,一、自吸式离心泵的结构特点,自吸式离心泵为离心泵的一种，除第一次启动前需灌泵外，再次启动时都不需灌泵，能自动抽出吸入管内的气体而正常输送液体。该泵在入口增设贮液室，吸入管在叶轮中心线的上方，停泵后有一部分液体留在贮液室内，再次启动泵时，留在贮液室内液体在泵内循环，将吸入管路中的气体吸入叶轮，在叶轮内混合后，进入在出口处增设的气液分离室将气液分开，气体排出泵外，液体回流到贮液室直至吸入管内充满液体，正常输送液体。自吸过程可在几十秒内完成，自吸能力达9m水柱以上。,第三章 油气输送设备,第六节 自吸式离心泵和管道泵,二、自吸式离心泵的工作过程,泵启动前，关闭排出管阀门，打开排气阀与吸入阀。泵启动后，浸没在输转液中的叶轮带动液体一同旋转，在离心力的作用下，液体以较高速度沿叶轮槽道流向我外缘，而后进入油气分离室，在油气分离室内，由泵吸入的气体积聚在上部并由排气管排出，而液体又重新回到储液室，以射流孔又进入叶轮室，形成油的循环，叶轮继续旋转，油在循环进程中不断把吸入管中的气体吸进泵中，并由排气管排放到外部，直到在泵吸入管造成足够的真空度，而将吸液罐中液体吸进泵内，完成了自吸过程，打开泵排出管阀门，关闭排气管阀门，泵进入正常输液状态。由于泵体内始终保留一部分输转液，而使自吸泵具有较高的吸入性能，并能在油和气体混杂的情况下工作，从而完成自吸和扫舱任务。,第三章 油气输送设备,第六节 自吸式离心泵和管道泵,三、管道泵的结构特点,第三章 油气输送设备,第六节 自吸式离心泵和管道泵,三、管道泵的结构特点,为何称作管道泵：因其进出口在同一直线上，且进出口口径相同，仿似一段管道，可安装在管道的任何位置故取名为管道泵。一般为立式结构。,第三章 油气输送设备,第六节 自吸式离心泵和管道泵,三、管道泵的结构特点,电机：将电能转化为机械能的主要部件,第三章 油气输送设备,第六节 自吸式离心泵和管道泵,三、管道泵的结构特点,泵座：是水泵的主体，起到支撑固定作用,第三章 油气输送设备,第六节 自吸式离心泵和管道泵,三、管道泵的结构特点,叶轮：离心泵的核心部分，它转速高、出力大，叶轮上的叶片又起到主要作用，叶轮在装配前要通过静平衡实验。叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失,第三章 油气输送设备,第六节 自吸式离心泵和管道泵,三、管道泵的结构特点,泵轴：电动机相连接，它是传递机械能的主要部件,第三章 油气输送设备,第六节 自吸式离心泵和管道泵,三、管道泵的结构特点,机械密封：保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置,第三章 油气输送设备,第六节 自吸式离心泵和管道泵,四、管道泵的工作过程管道泵所以能把水送出去是由于离心力的作用。水泵在工作前，泵体和进水管必须罐满水形成真空状态，当叶轮快速转动时，叶片促使水很快旋转，旋转着的水在离心力的作用下从叶轮中飞去，泵内的水被抛出后，叶轮的中心部分形成真空区域。水原的水在大气压力（或水压）的作用下通过管网压到了进水管内。这样循环不已，就可以实现连续抽水。,第三章 油气输送设备,第六节 自吸式离心泵和管道泵,五、管道泵的运行与维护1、启动时先关闭出口阀，开启进口阀，泵内必须充满物料，不允许漏气。2、点动试车，检查旋转方向，正确后开闸，使泵运转。调节出口阀开度，使泵在额定流量、扬程的工况内运转（禁止在大流量区长期运转）。3、停泵时先关出口阀，再切断电源。如环境温度低于输送介质的凝固点时，应将泵内液体放出，以免冻裂设备。4、如长期停用应拆卸清洗上油再安装，封闭进出口，妥善保管。1、应经常检查运转过程中是否平稳，机械密封的磨损及泄漏情况，及时更换密封件，防止压力水进入电机。2、经常检查电机外壳的温度变化，泵正常运转，电机温升允许达80，必要时（手摸烫手）须进一步检查电机电流是否有超载和三相电流不平衡的现象。3、泵长期停用时，应排净积水，去除锈垢，涂上防锈油脂,第三章 油气输送设备,第七节 水环式真空泵,水环式真空泵（简称水环泵）是一种粗真空泵，泵由泵盖、泵体、圆盘，叶轮、机械密封、电动机等零部件组成。泵的密封采用机械密封，机械密封安装在叶轮和泵体间。由机械密封定出叶轮与泵体之间的间隙。水环式真空泵最初用作自吸水泵，而后逐渐用于石油、化工、机械、矿山、轻工、医药及食品等许多工业部门。在工业生产的许多工艺过程中，如真空过滤、真空引水、真空送料、真空蒸发、真空浓缩、真空回潮和真空脱气等，水环式真空泵得到广泛的应用。,第三章 油气输送设备,第七节 水环式真空泵,在泵盖上安装有园盘，园盘上设有吸、排气孔和柔性排气阀片，柔性阀片的作用是当叶轮叶片间的气体压力达到排气压力时，在排气口以前就将气体排出，减少了因气体压力过大而消耗的功率、从而降低率消耗。进气管排气管通过安装在泵盖上的园盘上的吸气孔和排气孔与泵腔相连，轴偏心地安装在泵体中，叶轮用平键固定在轴上，泵两端面的部间隙由泵体和园盘之间的垫来调整，叶轮与泵盖上的园盘之间的间隙由园盘和泵体之间的垫来调整，叶轮两端面与泵盖上园盘之间间隙决定气体在泵腔内由进气口至排气口流动中损失的大小及其极限压力。,第三章 油气输送设备,第七节 水环式真空泵,1、水环2、泵盖3、叶轮4、吸气口5、排气口,第三章 油气输送设备,第七节 水环式真空泵,水环式真空泵工作原理在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮顺时针旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的上部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的下部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上叶片在水环内有一定的插入深度）。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的上部0为起点，那么叶轮在旋转前180时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。,第三章 油气输送设备,第七节 水环式真空泵,如图所示叶轮3偏心地安装在泵体之内，起动时向泵内注入一定高度的水，因此当叶轮3旋转时，水受离心力的作用而在泵体内壁形成一旋转水环1，水环下部内表面与轮毂相切，沿箭头方向旋转，在前半转过程中，水环内表面逐渐与轮毂脱离，因此在叶轮叶片间与水环形成封闭空间，随着叶轮的旋转，该空间逐渐扩大，空间气体压力降低，气体自圆盘吸气口被吸入；在后半转过程中，水环内表面逐渐与轮毂靠近，叶片间的空间逐渐缩小，空间气体压力升高，高于排气口压力时，叶片间的气体自圆盘排气口被排出。如此叶轮每转动一周，叶片间的空间吸排气一次，许多空间不停地工作，泵就连续不断地抽吸或压送气体。由于在工作过程中，做功产生热量，会使工作水环发热，同时一部分水和气体一起被排周，因此，在工作过程中，必须不断地给泵供水，以冷却和补充泵内消耗的水，满足泵的工作要求。当泵排出的气体不再利用时，在泵排气口上接有气水分离器，废气和所带的部分水排入气水分离器后，气水分离，气体由排气管排出，留下的水经回水管供至泵内继续使用。随着工作时间的延长，工作水温度会不断地升高，这时需从供水管供给冷水，以降低工作水的温度，保证泵能达到所要求的技术要求和性能指标。由于真空应用技术的飞跃发展，水环式真空泵在粗真空获得方面一直被人们所重视。由于水环式真空泵中气体压缩是等温的，故可抽除易燃、易爆的气体，此外还可抽除含尘、含水的气体，因此，水环泵应用日益增多。,第三章 油气输送设备,第七节 水环式真空泵,水环式真空泵的优点：1.结构简单，制造精度要求不高，容易加工。2.结构紧凑，泵的转数较高，一般可与电动机直联，无须减速装置。故用小的结构尺寸，可以获得大的排气量，占地面积也小。3.压缩气体基本上是等温的，即压缩气体过程温度变化很小。4.由于泵腔内没有金属磨擦表面，无须对泵内进行润滑，而且磨损很小。转动件和固定件之间的密封可直接由水封来完成。5.吸气均匀，工作平稳可靠，操作简单，维修方便。水环式真空泵的缺点：1.效率低，一般在30%左右，较好的可达50%。2.真空度低，这不仅是因为受到结构上的限制，更重要的是受工作液饱和蒸气压的限制。用水作工作液，极限压强只能达到20004000Pa。用油作工作液，可达130Pa。,第三章 油气输送设备,第八节 齿轮泵与螺杆泵,齿轮泵：齿轮泵的概念是很简单的，即它的最基本形式就是两个尺寸相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相互啮合旋转，这个壳体的内部类似“8”字形，两个齿轮装在里面，齿轮的外径及两侧与壳体紧密配合。来自于挤出机的物料在吸入口进入两个齿轮中间，并充满这一空间随着齿的旋转沿壳体运动，最后在两齿啮合时排出。在术语上讲，齿轮泵也叫正排量装置，即像一个缸筒内的活塞，当一个齿进入另一个齿的流体空间时，液体就被机械性地挤排出来。因为液体是不可压缩的，所以液体和齿就不能在同一时间占据同一空间，这样，液体就被排除了。由于齿的不断啮合，这一现象就连续在发生，因而也就在泵的出口提供了一个连续排除量，泵每转一转，排出的量是一样的。随着驱动轴的不间断地旋转，泵也就不间断地排出流体。泵的流量直接与泵的转速有关。,第三章 油气输送设备,第八节 齿轮泵与螺杆泵,当一个齿进入另一个齿的流体空间时，液体就被机械性地挤排出来。因为液体是不可压缩的，所以液体和齿就不能在同一时间占据同一空间，这样，液体就被排除了。由于齿的不断啮合，这一现象就连续在发生，因而也就在泵的出口提供了一个连续排除量，泵每转一转，排出的量是一样的。随着驱动轴的不间断地旋转，泵也就不间断地排出流体。泵的流量直接与泵的转速有关。动画演示,第三章 油气输送设备,第八节 齿轮泵与螺杆泵,螺杆泵：工作过程动画演示螺杆泵是利用螺杆的回转来吸排液体的。图1表示三螺杆泵的剖视图。图中，中间螺杆为主动螺杆，由原动机带动回转，两边的螺杆为从动螺杆，随主动螺杆作反向旋转。主、从动螺 杆的螺纹均为双头螺纹。由于各螺杆的相互啮合以及螺杆与衬筒内壁的紧密配合，在泵的吸 入口和排出口之间，就会被分隔成一个或多个密封空间。随着螺杆的转动和啮合，这些密封空间在泵的吸入端不断形成，将吸入室中的液体封入其 中，并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排出端，将封闭在 各空间中的液体不断排出，犹如一螺母在螺纹回转时被不断 向前推进的情形那样，这就是螺杆泵的基本工作原理。螺杆泵有单螺杆泵、双螺杆泵和三螺杆泵。螺杆泵特点为：螺杆泵损失小，经济性能好。压力高而均匀，流量均匀，转速高，能与原动机直联。螺杆泵可以输送润滑油，输送燃油，输送各种油类及高分子聚合物，用于输送黏稠液体。,第三章 油气输送设备,第九节 活塞式压缩机,活塞式压缩机的工作原理？工作过程动画演示当曲轴旋转时，通过连杆的传动，活塞便做往复运动，由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化。活塞从气缸盖处开始运动时，气缸内的工作容积逐渐增大，这时，气体即沿着进气管，推开进气阀而进入气缸，直到工作容积变到最大时为止，进气阀关闭；活塞反向运动时，气缸内工作容积缩小，气体压力升高，当气缸内压力达到并略高于排气压力时，排气阀打开，气体排出气缸，直到活塞运动到极限位置为止，排气阀关闭。当活塞再次反向运动时，上述过程重复出现。总之，曲轴旋转一周，活塞往复一次，气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程，即完成一个工作循环。,第三章 油气输送设备,第九节 活塞式压缩机,活塞压缩机有什么特点？优点：1、适用压力范围广，不论流量大小，均能达到所需压力；2、热效率高，单位耗电量少；3、适应性强，即排气范围较广，且不受压力高低影响，能适应较广阔的压力范围和制冷量要求；4、可维修性强；5、对材料要求低，多用普通钢铁材料，加工较容易，造价也较低廉；6、技术上较为成熟，生产使用上积累了丰富的经验；7、装置系统比较简单；缺点：1、转速不高，机器大而重；2、结构复杂，易损件多，维修量大；3、排气不连续，造成气流脉动；4、运转时有较大的震动。活塞式压缩机在各种用途，特别是在中小制冷范围内，成为制冷机中应用最广、生产批量最大的一种机型。,