水泵的基础知识

第一章水泵的基础知识 主讲 孔凡丹 主要内容 第一节离心泵的工作原理 基本构造及分类第二节离心泵的主要零部件第三节常用离心泵简介第四节轴流泵和混流泵简介第五节叶片泵的型号 第一节离心泵的工作原理与分类一 离心泵的工作原理二 离心泵的基本构造三 离心泵的分类 返回 一 离心泵的工作原理 两个例子 1 在雨天 旋转雨伞 水滴沿伞边切线方向飞出 旋转的雨伞结水滴以能量 旋转的离心力把雨滴甩走 如图所示 2 在垂直平面上旋转一个小桶 旋转的离心力给水以能量 旋转的离心力把水甩走 如图所示 图1 1离心泵装置示意图1 进水管2 叶轮3 泵壳4 泵轴5 出水管 二 离心泵的基本构造 1 2 5 4 3 返回 返回简介 压力表 真空表 H净 离心泵抽水装置 三 离心泵的分类 返回 单级单吸离心泵 单级双吸离心泵 单级泵 多级泵 卧式泵 斜式泵 轴流泵 立式泵 LISW型单级单吸卧式离心泵 IS型单级单吸离心泵 1 泵体2 叶轮螺母3 止动垫圈4 密封环5 叶轮6 泵盖7 轴套8 填料环9 填料10 填料压盖11 轴承体 悬架 12 泵轴13 支架 单级单吸离心泵结构图 返回简介 单级双吸离心泵 S型双吸离心泵 返回 双吸泵特点 1 流量较大 2 运行平稳 3 检查维修方便 水平中开式 4 进出水管的布置安装方便 5 对轴有较高的抗弯 抗拉强度要求 返回简介 双吸泵 Sh S SA 甲式 轴径 60mm 滚珠轴承 乙式 轴径 60mm 巴氏合金滑动轴承 用来抽送不含固体颗粒及温度不超过80 的清水或物理化学性质类似清水的其他液体 流量126 12500m3 h 扬程9 140m SLA 立式安装 并增加止推轴承以承受轴向力 适用范围广 运行平稳 安装 维修方便 广泛应用与大 中型泵站中 如大面积的农田灌溉 排水和城镇供水 黄河沿线泵站使用最为广泛 我国制造的中小型双吸式离心泵一律采用蜗壳式 泵盖顶部设有安装抽气管的螺孔 泵体下部设有放水用的螺孔 单级双吸泵结构图 泵体 轴承部件 密封部件 泵盖 叶轮 转动部分 叶轮 泵轴 轴承 联轴器 固定部分 泵体 轴承支架 泵的进口和出口 性能范围 流量3 6 400m3 h 扬程5 125m 进口直径50 200mm 配套电动机功率0 55 110kW 转速有1450r min和2900r min 其适用范围广 运行平稳 安装 维修方便 返回简介 第二节离心泵的主要零部件 离心泵的组成 转动部件 交接部件 固定部件 轴承 轴封装置 密封环 连轴器 轴向力平衡装置 一 叶轮 工作轮 转轮封闭式两侧有前盖板和后盖板 一般用于输送清水 多数离心泵采用之 半开式只有后盖板 没有前盖板 适用带有一定固体颗粒液体 敞开式无前盖板和后盖板 多用于抽取浆粒状液体或污水 叶轮一般用铸铁 铸钢 不锈钢或青铜制成 我国除抽取海水和有些小型深井泵的叶轮采用青铜外 多采用铸铁 目前在低扬程泵也有采用塑料叶轮的 由于其壁面较光滑 减少了水力摩阻 可提高水力效率 但其抗磨蚀性能较差 使用寿命较短 图1 4单吸式离心泵叶轮的型式 a 封闭式 b 敞开式 c 半开式1 叶片2 前盖板3 后盖板4 轮毂 用于平衡轴向力 图1 5叶轮前后两侧压力分布 单级单吸离心泵 平衡孔在靠近轮毂的后盖板上均匀滴开几个平衡孔 并加装密封环 平衡筋板的叶轮采用具有平衡筋板的叶轮来平衡轴向力 4 6条径向平衡筋板 分段式多级离心泵 平衡盘或平衡毂在末级叶轮后面的泵轴上装有用于平衡轴向力的平衡盘或平衡毂 平衡方法 1 吸入口 2 盖板 3 叶片 4 轮毂 5 轴孔图1 8双吸式离心泵叶轮 二 泵轴用来支撑并带动叶轮旋转 要有足够的抗扭强度和刚度 不允许产生变形 泵轴普遍采用优质碳素钢制造 为防锈在轴与水的接触部分装有钢制或铜制的套轴 泵轴一端用键 反向螺母和外舌止推垫圈固定叶轮 另一端装联轴器或皮带轮 泵轴 叶轮与其它转动部分应当经过静平衡或动平衡校核 以免转时挠度太大 导致震动和金属磨损 泵轴分横轴与竖轴 对应卧式泵 立式泵 水泵也有装斜轴的 叫斜式泵 铸铁水泵配件 泵轴 是用以支承泵转子的部件 承受径向和轴向荷载 轴承分为滚动轴承 滚珠轴承和滚柱轴承 和滑动轴承两大类 滚动轴承工作性能较好 但不能承受较大径向力 滑动轴承具有转动摩擦力较大 能承受较大径向力 依荷载特性 滚动轴承分为径向轴承 止推轴承和径向止推轴承 单级离心泵泵轴60mm以下 滚动 75mm以上 滑动 三 轴承及轴承座 径向轴承只能承受径向荷载 由外圈 内圈 滚动体和保持架组成 止推轴承只能承受轴向荷载 上环和下环分别与转轴和静止部分相连接 径向止推轴承能同时承受径向和轴向荷载 轴承座 返回 1 双列滚珠轴承 2 泵轴 3 组漏油橡皮圈 4 油杯孔 5 封板 6 冷却水套 泵体 泵盖 吸入室 进水室 压水室 形成包容和输送液体的总称 蜗壳的主要作用是汇集叶轮甩出的水流 泵盖用螺栓和泵体相联 其中部有膛孔 构成填料箱 涵 箱中加塞填料以防空气或水从轴和泵盖之间的缝隙进入或流出 泵体的进 出水接管上各有一钻孔 用以安装量测泵进口和出口压力的真空表和压力表 泵壳顶部设有灌水 或抽气 孔 以便在启动前向泵中充水 泵壳底部设有放水孔 用以停泵后放空泵中积水 防止冬季结冻 泵壳为铸铁铸造 其内部过水表面应光滑 以减小水流阻力 四 泵壳 泵壳 S型双吸离心泵 五 轴封装置 单吸式离心泵 间隙处压力大于大气压 水流出 双吸式离心泵 水体处于真空低于大气压 气进出 轴封装置 填料密封 机械密封 一 填料密封 压盖型轴封装置 底衬环 填料 水封环 水封管和填料压盖等零件组成 填料 盘根 作用 阻水或阻气种类 浸油 浸石墨的石棉绳 耐磨 耐热 柔软和良好的润滑特性 碳素纤维 不锈钢纤维 合成树脂纤维编织的填料 耐高温 耐磨损 耐强腐蚀 填料应压得松紧适宜 一般以每分钟30 60滴水从轴封装置漏出为宜 是结构简单 成本低 拆装方便 缺点是使用寿命短 密封性能差 填料密封的特点 二 机械密封 端面密封 主要由动环 随泵转动 静环 固定在泵体上 压紧元件 弹簧 和密封元件 密封胶圈 等组成 二 机械密封 端面密封 DY101型系列机械密封 112型系列机械密封 主要由动环 随泵转动 静环 固定在泵体上 压紧元件 弹簧 和密封元件 密封胶圈 等组成 结构紧凑 机械摩擦小 密封性能可靠 制造工艺要求较高 广泛用于抽送污水 带有腐蚀性的液体等密封要求较高的场合 在某些潜水电泵和喷灌自吸泵中也有所采用 机械密封的特点 六 减漏环 密封环 承磨环或口环 叶轮进水口外缘与泵壳间的空隙很小 运转时难免发生摩擦 引起金属的摩损 空隙中的高速水流会冲刷掉由氧化物构成的表面保护层 导致水对金属腐蚀加快 为了既能保证很小的空隙 以减小漏水量 又能代替泵壳与叶轮承受磨损和腐蚀 通常在离心泵和混流泵的转子与定子的间隙处的泵壳上安装一个环 或在间隙处的泵壳和叶轮上各安装一个环 由于该圆环既可减少漏水量 又能承受磨损 且位于水泵进口 故称其为密封环 又称减漏环 承磨环或口环 类型 1 安装位置 泵壳环 固定在泵壳上 和叶轮环 固定在叶轮上 2 数目 单环型 在泵壳上或叶轮上安装一个环 和双环型 安装有两个环 3 止漏面形式 端面式 主要依靠轴向间隙密封 平直式 主要依靠径向间隙密封 直角式 主要依靠轴向间隙和径向间隙密封 迷宫式 主要依靠曲折形接缝面延长渗径 增大泄露阻力 减少泄漏量 但结构复杂 制造和安装要求精度高 径向间隙密封 轴向间隙密封 第三节常用离心泵简介 单级单吸离心泵双吸泵节段式多级离心泵中开式多级离心泵深井泵 管道泵自吸泵水轮泵污水泵与杂质泵潜水泵 节段式多级离心泵 各节泵壳沿端面分开 D型多级离心清水泵D46 50 12 a 导叶 b 出水段图1 18节段式多级离心泵的导叶及出水段 返回简介 导叶流道 导叶体 叶轮流道 泵体 特点 1 流量小 扬程高 2 叶轮级数较多时 会产生较大的轴向力 3 构造较复杂 拆装较困难 节段式多级泵 1 D型1 卧式安装 进口水平 出口垂直向上 2 用来输送不含固体颗粒 温度低于80 的清水或物理化学性质类似清水的液体 3 适用于山区和高原地区的灌溉工程及矿山 工厂和城市给水排水 4 流量6 25 450m3 h 扬程25 650m 2 DG型1 卧式安装 进口出口均垂直向上 2 适用介质温度可达105 水平 中开式多级离心泵 泵壳沿轴面分开 泵壳分上下两部分可沿通过轴的水平面拆开泵壳以检修还称为蜗壳式多级泵为消除轴向力 泵叶轮一般对称布置 返回简介 DK型 1 优点 有水压引起的轴向推力可自动平衡以减小轴承承受的推力 2 性能范围 流量18 1360m3 h 扬程100 360m 污水泵与杂质泵 输送带有颗粒 污物的液体叶片数目少 流道宽叶轮 泵体及泵盖等过流部分要求采用耐磨材料 返回简介 管道 离心 泵 直接安装在水平管道中或竖直管道中运行泵的进口和出口在一条直线上多数情况下进口与出口的口径相同适合于工业系统中途加压 空调循环水输送及城市高层建筑给水使用 1 放气阀2 泵体3 叶轮螺母4 机械密封5 挡水圈6 电动机7 电动机轴8 盖架9 叶轮10 密封环11 支撑脚 返回简介 管道泵结构图 自吸泵 自吸泵 就是在启动前不需要灌水 经短时间运转 靠泵本身的作用 即可把水吸上来 投入正常运转 自吸泵在我国喷灌中应用较多 最常见的自吸泵是气液混合式 主要特点 泵的进口高于泵轴 在泵的出口设有较大的气液分离室 一般都具有双层泵壳 气液混合式自吸泵 根据水和空气混合部位不同分为内混式和外混式 内混式自吸泵 分离室中的液体回流到叶轮进口处 空气和水在叶轮进口处混合 外混式自吸泵 分离室中的液体回流到叶轮出口处 空气和水在叶轮外缘处混合 自吸泵结构图 1 叶轮2 内蜗壳流道3 液气分离室4 分离式出口5 外蜗壳流道 自吸泵自吸原理示意图 1 叶轮2 内蜗壳流道3 气液分离室4 分离室出口5 外蜗壳流道 返回简介 自吸泵结构图 内混式 1 回流阀2 回流孔3 吸入阀4 泵体5 气液分离室6 涡室7 叶轮8 机械密封9 轴承体部件 是由水轮机和水泵按一定方式组成的提水机械 它不需要电机或柴油机等动力机 而是以水能为动力 靠水头带动水轮机转动 同时以此为动力 驱动水泵叶轮旋转 从而达到提水的目的 水轮泵 水轮泵的特点 优点 1 不耗电 无污染 提水成本低 2 结构简单 节省材料 使用方便 3 运行性能好 能一机多用 除抽水外 还可为农副产品加工及发电提供动力 缺点 只能用在具有水头的山塘水库 溪流急滩 渠系跌水等处 1 主轴2 泵体3 水泵叶轮4 蜗壳5 水轮机导叶6 水轮机转轮7 导轴承8 推力轴承9 出水管 水轮泵结构图 返回 深井泵 深井泵 长轴井泵 属于立式多级离心泵 主要由三部分组成 1 泵体部分2 输水管及传动轴部分3 机座和动力机部分特点 1 径向尺寸小 受井径的限制 轴向尺寸大 2 轴上安装多级叶轮 且采用空间导叶的形式 I 电动机与泵座部分II 输水管部分III 泵体部分1 电动机2 泵座3 出口4 输水管5 出水节6 中节7 进水节8 进水管9 滤网 深井泵总体结构 1 联轴器2 上导轴承3 出水节4 导水叶片5 锥形套6 中节7 叶轮8 进水节9 下导轴承10 泵轴 返回 深井泵泵节 深井泵电机与泵座 潜水电泵是将电动机和水泵合为一体的潜入水中运行的一种水泵 主要由泵体 电机 进水节等组成 泵体一般为单级或多级立式离心泵 其上部的管接头与输水管相连 电机与泵轴直接相连 防水电缆将电力接入水下的电机 特点 机泵合一 不象深井泵那样需要有长的传动轴 节省了材料 结构紧凑 体积小 重量轻 电机与水泵均潜入水中 不需要修建泵房节约了土建投资 电机一般用水来润滑和冷却 维护费用低 安装 检修方便 潜水 电 泵 分类 根据电机的防水特性 可将潜水泵分为干式 湿式和充油式三种 干式潜水泵 是指电机内不允许进水 保持干燥状态 其定子用一般漆包线绕制 电机轴伸端要有严格的防潮和防水措施 湿式潜水泵的电机定子由外包尼龙护套的绝缘防水导线绕制 电动机内充满清水 转子浸在水中旋转 因此不需要严格的防水密封机构 其轴伸密封主要是防沙 充油式潜水泵是在电机内充满绝缘机油 以阻止水和潮气进入电机绕组 并起绝缘 防锈 冷却和润滑作用 为防止机油外泄和水的侵入 轴伸端仍需要严格密封 a QY型充油式 b NQ型湿式1 管接头2 泵体3 进水节4 潜水电机5 出水短管6 电缆 潜水泵外形图 a b 潜水排灌泵安装示意图 一 湿式安装 潜水排灌泵安装示意图 二 干式安装 基本安装方式示例 QH Z G型泵结构图 一 轴流泵工作原理二 轴流泵的分类三 轴流泵的构造四 混流泵的构造 第四节轴流泵与混流泵简介 返回 一 轴流泵工作原理 水流进叶轮和流出导叶都是沿轴向的 故称轴流泵 轴流泵工作原理和离心泵不同 它是靠倾斜的翼形叶片所产生的推力而扬水的 根据机翼理论 当翼形叶片为对称 同时其对称轴和气流v的方向一致时 它所受的力和气流方向相同 称之为阻力 但当其对称轴不在气流方向而成一角度 称冲角 或叶片形状不对称时它所受的力一般不在气流方向上而成某一夹角 它可分为两个分力 与气流方向一致的分力称阻力D 与气流方向垂直的分力称升力L 翼形叶片受力示意图 a b 对称形 c 不对称形 飞机飞行时 升力支持飞机的重量 阻力对飞行起阻碍作用 需要由螺旋桨产生的推力或喷出气体的反冲力加以克服 因此设计翼形时应尽力增大升力而减小阻力 返回 二 轴流泵的分类 泵轴安放方式 叶片固定方式 立式 卧式 斜式 固定式 半调节 全调节 ZLB型立式轴流泵 1 固定式2 半调节 叶轮 返回 1 吸入喇叭管2 叶轮室3 叶轮4 导叶体5 泵轴6 出水弯管7 橡胶轴承8 填料函9 联轴器 立式轴流泵结构图 三 轴流泵的构造 1 吸水室 中小型轴流泵常用的吸水室是吸入喇叭管和直锥形吸水室 大型轴流泵常用的是肘形进水流道和钟形进水流道 吸入室的作用是把水流平顺地引入叶轮 2 叶轮 由叶片 轮毂体 导水锥 叶轮室组成 叶片的数目一般为3 7片 叶片安装在轮毂体上 包围叶片的外部圆筒称为叶轮室 轮毂体下面的部件是导水锥 叶轮分为固定式 半调式和全调式三种 固定式叶轮轴流泵是一种小型轴流泵 叶轮直径一般在250mm以下 叶片和轮毂浇铸为一整体 其结构简单 扬程低 2 5m 流量较小 100 600m3 h 适用于河 渠两岸平坦地形的小型提水灌溉和排水 半调节叶轮上的叶片可根据所需流量和扬程大小调节其安放角度 当需要调节时 将固定于轮毂上的叶片调节螺旋母松脱 转动叶片到所需倾角即可 全调节式叶轮是通过一套油压调节机构来改变叶片的安装角 不需停机即可进行 机构较复杂 多用于大型轴流泵站中 目前我国生产的大型轴流泵叶轮直径有1 6m 2m 2 8m 3m和4m 3 导叶体 导叶体为轴流泵的压水室 由导叶 导叶毂和外壳组成 导叶体的主要作用除了将叶轮流出的水流引入出水管外 并将水流沿圆周方向的旋转运动变为轴向运动 使旋转的动能变为压力能 导叶叶片数目要与叶轮叶片数互为质数 4 出水流道 中小型轴流泵的出水流道一般采用出水弯管 弯管通常为60 弯头形式 弯管后接压力管道 大型轴流泵的出水流道不采用出水弯管 一般采用虹吸式出水流道或直管式出水流道 5 轴和轴承 泵轴的下端用螺母扣紧轮毂体 上端用螺母扣紧联轴器 中间两个部位处采用水润滑的橡胶轴承支撑 大型全调式轴流泵 泵轴作成空心的 以便于在里面安装通过油压调节叶片角度的油管 轴承有两类 一类是导轴承 另一类是推力轴承 6 轴封装置 轴流泵的出水弯管的轴孔处需要设置密封装置 防止压力水泄漏 常用的轴封装置是填料密封 构造与离心泵的填料相似 但无水封管和水封环 由所抽送的压力水直接润滑 1 叶轮2 轴承3 导叶4 联轴器5 灯泡体6 进人孔 在大流量 超低扬程轴流泵中 还发展了贯流式机组 即水流沿水平直线方向流动 如图所示 这种机组为卧式布置 电机安装在密闭的灯泡体内 叶轮从灯泡体伸出 如果灯泡体在叶轮之前 称为前灯泡式 反之 称为后灯泡式 主要特点是流道平顺 水力损失小 机房高度低 工程投资小 但电动机散热和检修不方便 返回 贯流泵机组 四 混流泵构造 混流泵有卧式 立式之分 卧式混流泵从外形上看和卧式单吸单级离心泵很相似 立式混流泵除叶轮和轴流泵叶轮形式不同外 其结构和立式轴流泵基本相同 混流泵的特点 1 兼有离心泵和