化工仿真实习软件之离心泵及液位

化工仿真实习软件之离心泵及液位

一、工艺讲明

1．工作原理

离心泵一样由电动机带动。启动前须在离心泵的壳体内充满被输送的液体。当电机通过联轴结带动叶轮高速旋转时，液体受到叶片的推力同时旋转，由于离心力的作用，液体从叶轮中心被甩向叶轮外沿，以高速流入泵壳，当液体到达蜗形通道后，由于截面积逐步扩大，大部分动能变成静压能，因此液体以较高的压力送至所需的地点。当叶轮中心的流体被甩出后，泵壳吸入口形成了一定的真空，在压差的作用下，液体经吸入管吸入泵壳内，填补了被排出液体的位置。

2．“气缚”现象

离心泵若在启动前未充满液体，则离心泵壳内极易存在空气，由于空气密度专门小，所产生的离心力就专门小。现在在吸入口处形成的真空不足以将液体吸入离心泵内，因而不能输送液体，这种现象为“气缚”。因此离心泵在开动前必须第一将被输送的液体充满泵体，并进行高点排气。

3．“汽蚀”现象

通常，离心泵叶轮入口处是压力最低的部位，假如那个部位液体的压力等于或低于在该温度下液体的饱和蒸汽压力，就会有蒸汽及溶解在液体中的气体从液体中大量逸出，形成许多蒸汽和气体混合物的汽泡。这些小汽泡随着液体流入高压区后，汽泡破裂重新凝聚。在凝聚过程中，质点加速运动相互撞击，产生专门高的局部压力。在压力专门大、频率专门高的连续打击下，离心泵体金属表面逐步因疲劳而损坏，寿命大为缩短。离心泵的安装位置不当、流量调剂不当或入口管路阻力太大时都会造成“汽蚀”。

4．离心泵的特性曲线

离心泵的流量（F）、扬程（H）、功率（N）和效率（η）是其重要的性能参数。这些性能参数之间存在一定的关系，能够通过实验测定。通过实验测定所绘制的曲线，称为离心泵的特性曲线。常用的离心泵特性曲线有如下三种。

① H-F曲线，表示离心泵流量F和扬程H的关系。离心泵的扬程在较大流量范畴内是随流量增大而减小。不同型号的离心泵，H—F曲线有所不同。相同型号的离心泵，特性曲线也不一定完全一样。

② N-F曲线，表示离心泵流量F和功率N的关系，N随F的增大而增大。明显，当流量为零时，离心泵消耗的功率最小。因此，启动离心泵时，为了减少电机启动电流，应将离心泵出口阀门关闭。

③η-F曲线，表示离心泵流量F和效率η的关系。此曲线的最高点是离心泵的设计点，离心泵在该点对应的流量及压头下工作，其效率最高。

5．离心泵的操作要点

离心泵的操作包括充液、启动、运转、调剂及停车等过程。离心泵在启动前必须使泵内充满液体，通过高点排气保证泵体和吸入管内没有气体积存。启动时应先关闭出口阀门，防止电机超负荷。停泵时亦应先关闭出口阀门，以防出口管内的流体倒流使叶轮受损。长

期停泵，应放出泵内的液体，以免锈蚀和冻裂。

6．工艺流程讲明

如流程图3-1所示，离心泵系统由一个贮水槽、一台主离心泵、一台备用离心泵、管线、调剂器及阀门等组成。上游水源经管线由调剂阀V1操纵进入贮水槽。上游水流量通过孔板流量计FI检测。水槽液由调剂器LIC操纵，LIC的输出信号连接至V1。离心泵的入口管线连接至水槽下部。管线上设有手操阀V2及旁路备用手操阀V2B、离心泵入口压力表PI1。离心泵设有高点排气阀V5、低点排液阀V7及高低点连通管线上的连通阀V6。主离心泵电机开关是PK1，备用离心泵电机开关是PK2。离心泵电机功率N、总扬程H及效率M分不有数字显示。离心泵出口管线设有出口压力表PI2、止逆阀、出口阀V3、出口流量检测外表、出口流量调剂器FIC及调剂阀V4。

图3-1 离心泵单元流程图画面

图3-1离心泵电机上方的小流程图表示了主离心泵和备用离心泵的安装方式。为了节约画面，本仿真软件设定：当事故状态开启备用泵PK2时，相关的所有外表阀门默认为属于备用泵。

7．操纵组画面

操纵组画面（详见图3-2）集中了离心泵系统相关的调剂器、指示外表、手操器及开关。能够在本画面中完成所有操作。图3-1及图3-2中的操纵、指示外表及阀门讲明如下。

图3-2 操纵组画面

（1）指示外表

PI1 离心泵入口压力 MPa PI2 离心泵出口压力 MPa FI低位贮水槽入口流量 kg/s H 离心泵扬程 m

N 离心泵电机功率 kW M 离心泵效率 % （2）调剂器及调剂阀

LIC 低位贮水槽液位调剂器 %

FIC 离心泵出口流量调剂器 kg/h

V1 低位贮水槽入口调剂阀

V4 离心泵出口流量调剂阀

（3）手操器

V2 离心泵入口阀 V2B 离心泵入口旁路备用阀 V3 离心泵出口阀（3）开关及快开阀门

V5 离心泵高点排气阀 V6 排气排液连通阀 V7 离心泵排液阀 PK1 离心泵电机开关 PK2 离心泵备用电机开关

8．报警限讲明

FIC 离心泵出口流量低限报警 <1.0 kg/s (L)

LIC 低位贮水槽液位高限报警 >80 % (H)

LIC 低位贮水槽液位低限报警 <20 % (L)

PI1 离心泵入口压力低限报警 <0.1 MPa (L)

二、离心泵冷态开车

①检查各开关、手动阀门是否处于关闭状态。

②将液位调剂器LIC置手动，调剂器输出为零。

③将液位调剂器FIC置手动，调剂器输出为零。

④进行离心泵充水和排气操作。开离心泵入口阀V2，开离心泵排气阀V5，直至排气口显

现蓝色点，表示排气完成，关阀门V5。

⑤为了防止离心泵开动后贮水槽液位下降至零，手动操作LIC的输出使液位上升到50%时

投自动。或先将LIC投自动，待离心泵启动后再将LIC给定值提升至50%。

⑥在泵出口阀V3关闭的前提下，开离心泵电机开关PK1，低负荷起动电动机。

⑦开离心泵出口阀V3，由于FIC的输出为零，离心泵输出流量为零。

⑧手动调整FIC的输出，使流量逐步上升至6 kg/s且稳固不变时投自动。

⑨当贮水槽入口流量FI与离心泵出口流量FIC达到动态平稳时，离心泵开车达到正常工

况。现在各检测点指示值如下：

FIC 6.0 kg/s FI 6.0 kg/s

PI1 0.15 MPa PI2 0.44 MPa

LIC 50.0 % H 29.4 m

M 62.6 % N 2.76 kW

三、离心泵停车操作

①第一关闭离心泵出口阀V3。

②将LIC置手动，将输出逐步降为零。

③关PK1（停电机）。

④关离心泵进口阀V2。

⑤开离心泵低点排液阀V7及高点排气阀V5，直到蓝色点消逝，讲明泵体中的水排干。最

后关V7。

四、测取离心泵特性曲线

①离心泵开车达到正常工况后，FIC处于自动状态。第一将FIC的给定值逐步提高到9 kg/s。

当贮水槽入口流量FI与离心泵出口流量FIC达到动态平稳时，记录现在的流量（F）、扬程（H）、功率（N）和效率（M）。

②然后按照每次1 kg/s（或0.5 kg/s）的流量降低FIC的给定值。每降低一次，等待系

统动态平稳后记录一次数据，直到FIC的给定值降为零。

③将记录的数据描画出H-F、N-F和 -F三条曲线。完成后与“G2”画面（详见图3-3）

的标准曲线对比,应当完全一致。