泵的基础知识

1、 泵知识讲座第一节：泵的用途和分类第二节：离心泵的典型结构和工作原理第三节：泵的主要参数及气蚀性能及轴向力第四节：其他泵概述第五节：泵的安装泵的基础知识1.泵的定义 泵是把机械能转换成液体的能量，用来增压输送液体的机械。泵是国民经济中应用最广泛、最普通的通用机械，除了水利、电力、农业和矿山等大量采用外，尤以石油化工生产中用量最多，而且由于化工生产中原料、半成品和最终产品中很多是具有不同物性的液体，如腐蚀性、固液两相流、高温或低温等，要求有大量的具有一定特点的化工用泵来满足工艺上的要求。这方面的技术发展产品开发一直是十分活跃的。双蜗壳泵体4第一节：泵的用途和分类2.泵的用途补充能量：将流体从一处

2、输送到另一处提高压强：给流体加压造成设备真空：给流体减压为什么需要泵?1.从低压区到高压区.为什么需要泵?2.从低液位到高液位为什么需要泵?3.从位置A到位置B远距离输送液体 泵的分类：按泵的工作原理和结构形式，分为以下几类：泵叶片泵（透平泵）容积式泵往复泵：活塞泵，柱塞泵，隔膜泵回转泵：齿轮泵，螺杆泵，滑片泵离心泵轴流泵混流泵旋涡泵 其他类型泵3. 泵的分类喷射泵，水锤泵，真空泵第一节：泵的用途和分类第二节：离心泵的典型结构和工作原理典型结构：工作原理第二节：离心泵的典型结构和工作原理离心泵的典型结构吸入口叶轮吐出口泵盖泵轴密封装置压盖轴承9. 泵体12345678Overhung Proc

3、ess Pump9离心泵的主要部件1.吸入室(suction) 离心泵吸入管法兰至叶轮进口前的空间过流部分称为吸入室。其作用为在最小水力损失下，引导液体平稳的进入叶轮，并使叶轮进口处的流速尽可能均匀的分布。 按结构吸入室可分为直锥角吸入室、弯管形吸入室、环形吸入室、半螺旋形吸入室几种： (1)直锥形吸入室这种形式的吸入室水力性能好，结构简单，制造方便。液体在直锥形吸入室内流动，速度逐渐增加，因而速度分布更趋向均匀。直锥形吸入室的锥度约7o8o。这种形式的吸入室广泛应用于单级悬臂式离心水泵上。离心泵的主要部件(2)弯管形吸入室，是大型离心泵和大型轴流泵经常采用的形式，这种吸入室在叶轮前都有一段直

4、锥式收缩管，因此，它具有直锥形吸入室的优点。 (3)环形吸入室，吸入室各轴面内的断面形状和尺寸均相同。其优点是结构对称、简单、紧凑，轴向尺寸较小。缺点是存在冲击和旋涡，并且液流速度分布不均匀。环形吸入室主要用于节段式多级泵中。 (4)半螺旋形吸入室，主要用于单级双吸式水泵、水平中开式多级泵、大型的节段式多级泵及某些单级悬臂泵上。半螺旋形吸入室可使液体流动产生旋转运动，绕泵轴转动，致使液体进入叶轮吸入口时速度分布更均匀，但因进口预旋会致使泵的扬程略有降低，其降低值与流量是成正比的。 相比较而言，直锥形吸入室使用最为普遍。1.吸水室篇2.叶轮篇 2、叶轮(impeller) 叶轮是将原动机输入的机

5、械能传递给液体，提高液体能量的核心部件。叶轮有开式(openimpeller)、半开式(semi-openimpeller)及闭式叶轮(closedimpeller)三种。开式叶轮没有前盘和后盘而只有叶片，多用于输送含有杂质的液体，如污水泵的叶轮就是采用开式叶轮的。半开式叶轮只设后盘。闭式叶轮既有前盘也有后盘。清水泵的叶轮都是闭式叶轮。离心式泵的叶轮都采用后向叶型。 叶轮应有足够的强度和钢度；流道形状为符合液体流动规律的流线型，液流速度分布均匀，流道阻力尽可能小，流道表面粗糙度较小；材料应具有较好的耐磨性；叶轮应具有良好的静平衡和动平衡；结构简单，制造工艺性好。离心泵的叶轮一般都是铸造而成。3

6、.泵壳篇机壳收集来自叶轮的液体，并使部分流体的动能转换为压力能，最后将流体均匀地引向次级叶轮或导向排出口。机壳结构主要有螺旋形和环形两种。螺旋形压水室不仅起收集液体的作用，同时在螺旋形的扩散管中将部分液体动能转换成压能。螺旋形压水室具有制造方便，效率高的特点。它适用于单级单吸、单级双吸离心泵以及多级中开式离心泵。单级离心式泵的机壳大都为螺旋形蜗式机壳。环形压水室如图所示，在节段式多级泵的出水段上采用。环形压水室的流道断面面积是相等的，所以各处流速就不相等。因此，不论在设计工况还是非设计工况时总有冲击损失，故效率低于螺旋形压水室。有些机壳内还设置了固定的导叶，就是所谓的导叶式机壳。 螺旋形机壳环

7、形机壳 4.轴承篇 3、轴和轴承(shaftbearing) 轴是传递扭矩的主要部件。轴径按强度、刚度及临界转速定。中小型泵刚度和临界转速确定多采用水平轴，叶轮滑配在轴上，叶轮间距离用轴套定位。近代大型泵则采用阶梯轴，不等孔径的叶轮用热套法装在轴上，并利用渐开线花键代替过去的短键。此种方法，叶轮与轴之间没有间隙，不致使轴间窜水和冲刷，但拆装困难。轴承一般包括两种形式:滑动轴承(Sleevebearing)和滚动轴承(Ballbearing)。 滑动轴承用油润滑。一种润滑系统包括一个贮油池和一个油环，后者在轴转动时在轴表面形成一个油层使油和油层不直接接触。另一种系统就是利用浸满油的填料包来润滑。

8、大功率的泵通常要用专门的油泵来给轴承送油。滚动轴承通常用冷冻油润滑，有些电机轴承是密封而不能获得润滑的。滚动轴承通常用于小型泵。较大型泵可能即有滑动轴承又有滚动轴承。而滑动轴承由于运行噪音低而被推荐用于大型泵。深沟球轴承 圆锥滚子轴承 圆柱滚子轴承 调心滚子轴承 5.密封篇5、密封装置(sealingdevice) 密封装置主要用来防止压力增加时流体的泄漏。密封装置有很多种类型，用得最多的是填料式密封和机械式密封。 填料密封是将一些松软的填料用一定压力压紧在轴上达到密封目的。填料在使用一段时间后会损坏，所以需要定期检查和置换。这种密封形式使用中有小的泄漏是正常且有益的。 填料密封填料密封原理

9、而机械密封装置有两个硬质且光滑的表面，一个静态一个旋转。这种密封装置可以达到很好的密封要求，但他们不能用于含杂质流体输送系统，因为其光滑表面会被破环而失去密封作用。这种密封装置在液体循环系统中非常普遍，因为他不需要维护运行很多年。 传统的平垫密封装置 填料密封 机械密封 第二节：离心泵的典型结构和工作原理轴封装置 常用的填料密封和机械密封填料密封 由填料函壳、软填料和填料压盖构成，软填料为浸油或涂石墨的石棉绳，将其放入填料函与泵轴之间，将压盖压紧迫使它产生变形达到密封。 工作原理： 动环靠密封腔中液体的压力和压紧元件的压力，使其端面贴合在静环的端面上，形成微小的轴向间隙而达到密封的 目的联轴器

10、第二节：离心泵的典型结构和工作原理刚性联轴器链条联轴器凸缘联轴器挠性柱销联轴器万向联轴器弹性柱销联轴器梅花联轴器膜片联轴器离心泵的性能参数之间的关系泵的各个性能参数之间存在着一定的相互依赖变化关系，可以通过对泵进行试验，分别测得和算出参数值，并画成曲线来表示，这些曲线称为泵的特性曲线。每一台泵都有特定的特性曲线，由泵制造厂提供。通常在工厂给出的特性曲线上还标明推荐使用的性能区段，称为该泵的工作范围。 泵的实际工作点由泵的曲线与泵的装置特性曲线的交点来确定。选择和使用泵，应使泵的工作点落在工作范围内，以保证运转经济性和安全。此外，同一台泵输送粘度不同的液体时，其特性曲线也会改变。通常，泵制造厂所

11、给的特性曲线大多是指输送清洁冷水时的特性曲线。对于动力式泵，随着液体粘度增大，扬程和效率降低，轴功率增大，所以工业上有时将粘度大的液体加热使粘性变小，以提高输送效率。 第三节:泵各主要参数的计算 公式 第三节:泵各主要参数的计算 公式 第三节：泵各主要参数的计算 公式第三节：泵的主要参数及气蚀性能1.泵的主要参数第三节：泵的主要参数及气蚀性能比转数（1）什么是比转数（2）比转数的计算式（3）气蚀比转数（4）比转数的应用比转数用来判别离心泵工况的相似准数。比转数1.离心泵的比转速，也是我国习惯采用的表达式.铭牌上标注的比转速是计算值取整后的整数. 在欧美国家，习惯用Ns=nQ0.5/H0.75来

12、表达，只是单位不同，计算值不同，本质上没有区别，其换算关系见表21所示.比转速的物理意义还可以这样理解：在一系列相似叶片泵中，当介质为水时，取出一台H=1m、N=lhp、Q=0.075m3/s的泵作为标准泵，这台泵所具有的转速就等于该系列泵的比转速. 比转速是由相似定律导出的一个综合性参数，是工况的函数，对同一台水泵来说，不同的工况就有不同的比转速.为了对不同类型的泵进行比较，采用最佳工况的比转速来代表这台泵.几何相似的泵，在各自最高效率点处的工况相似，故Ns应相等.对双吸泵，取流量的1/2；对多级泵，取单级扬程代入上式计算. 2.比转速与性能的关系 比转速与泵的性能曲线是密切相关的，从公式中

13、可以看出，在流量和转速不变，吸人口尺寸大体相等的情况下，比转速低则扬程高.随着转速的增加，日一Q性能曲线由平坦到陡降，最后出现“阶梯”状，见表所示.因为低比转速的泵具有较大的叶片出口安装角，H一Q曲线较平坦，但这时液流进入压出室时速度增大，变工况后产生的冲击损失较大，故易出现驼峰曲线.所以比转速较大，H一Q曲线越陡. 从表中还可以看出，ns由小变大，n一Q性能曲线先是急剧上升，然后是下降的，最后也出现阶梯状；n一Q性能曲线先是较平坦高效区较宽，然后上升和下降都越来越急剧，高效区也越来越窄. 气蚀比转数气蚀比转数是衡量泵汽蚀性能的一个性能参数，其概念和泵比转速类似，但它局限在泵吸人性能，它是与叶

14、轮吸人部位设计优劣相联系的综合性参数，所以，它既可作为与汽蚀相似的准数，以其数值的大小来表明抗汽蚀性能的好坏，又可作为比较泵的汽蚀性能和选择模型泵的依据.按照API610定义，汽蚀比转速或吸人比转速是对几何形状相似的泵而言的，是联系流量、必须汽蚀余量、NPSHr和转速之间关系的指标.按泵装最大直径叶轮、以最佳效率点的泵性能计算汽蚀比转速.也是衡量一台泵对内部回流的敏感程度的评估标尺.式中n泵转速，r/min；qv泵流量，对双吸泵取流量之半，m3/s；h必需汽蚀余量或必需净正吸人压头，m.对抗汽蚀性能高的泵C=10001600 对兼顾效率和抗汽蚀性能的泵C=8001000抗汽蚀性能不作要求，主要

15、考虑提高效率泵C=600800几种泵的性能曲线汇总离心泵的性能参数曲线泵的高效工作范围考虑到运行的经济性，要求泵应在较高效率范围内工作。通常规定以最高效率下降为界，中国规定 5%8%，一般取7%。泵的运行范围38偏离BEP点泵的运行39偏离BEP点泵的运行情况40水泵的系列型谱图离心泵的综合性能图：把一种或多种泵型不同规格的一系列泵的QH性能曲线工作范围段综合绘入一张对数坐标图内，即成为水泵的综合性能曲线图（水泵的系列型谱图）。这不仅扩大该泵的适用范围，而且在选用水泵使需要的工作点落在该区域内，则所选定的水泵型号是经济合理的。 图为 BA 型泵的综合性能图图中每个注有型号和转速的四边形，代表一

16、种泵在其叶轮外径允许车削范围内的Q 一H ，用单线者表示叶轮外径未经车削，图中有三条线者，则表示该泵还有两种叶轮外径的规格 泵的综合性能图某种泵的综合性能图影响离心泵特性曲线的因素切割定律转速固定的泵，仅有一条扬程流量曲线。为了扩大其工作范围，可采用切割叶轮外径的办法，使工作范围由一条线变成一个面，切割叶轮前后的性能参数变化关系，可近似的由切割定律来表达。 使用切割定律的切割量不能太大，经验证明，允许的最大相对切割量与比转数有关。Q1、H1、Pa1-叶轮直径为D1时的流量、扬程、轴功率；Q2、H2、Pa2-叶轮直径为D2时的流量、扬程、轴功率同一台泵，当转速不变时，将叶轮外径稍加切割，可以认为

17、泵的效率几乎不变。当用叶轮切割办法改变泵性能时，需要对前面的相似定律进行休整。实验表明，如果按相似定律计算的直径切割叶轮，那么切割叶轮达不到期望的性能。叶轮的切割量越大，实际性能与期望的性能之间差距越大。叶轮外圆允许的最大切割量见下表。其性能参数可按下述各式进行换算。叶轮切割量不应大于原叶轮直径的70%，否则引起效率的显著下降，同时可能出现不稳定的泵扬程曲线。另外对于比转速ns=130-210的高比转速泵，若其叶轮直径与进口直径比大，则切割的余地较小，切割叶轮量不应大于原始叶轮直径的90%。1.旋涡泵和轴流泵叶轮不允许切割。 2.叶轮外圆的切割一般不允许超过本表规定的数值，以免泵的效率下降过多

18、。 叶轮外圆允许的最大切割量切割范围472.离心泵的吸入特性汽蚀2.1汽蚀发生的机理及危害2.2汽蚀余量及汽蚀判别式2.3提高离心泵抗汽蚀性能的措施2.1汽蚀发生的机理泵产生汽蚀的现象a.产生振动和噪声泵汽蚀时，汽泡在高压区内连续不断发生突然溃灭，并伴随着强烈的水击，这时会产生频率为60025000Hz的噪音，泵内可听到劈劈、啪啪的爆炸声，同时机组产生振动，机组的振动又将促使更多的空泡发生溃灭，两者相互激励，当频率接近于装置的固有频率时，机组将发生强烈的共振，称为汽蚀共振，这时，机组不应工作。b.过流部件的汽蚀破坏泵长时间在汽蚀条件下工作时，在连续强烈的高频（60025000Hz）冲击下（压力

19、达50MPa），金属表面出现麻点，严重时金属晶粒松动并脱落，呈现出蜂窝状、海绵状、沟槽状、鱼鳞状甚至穿孔、断裂。实践证明，汽蚀破坏的部位，正是汽泡消失之处，所以常常在叶轮出口和压水室进口部位发现破坏痕迹。轴流泵和斜流泵，通常在叶片背面和外周出现破坏（叶片与叶轮室接触的地方，即间隙汽蚀）。c.性能下降泵刚发生汽蚀时，对泵性能影响不大，待汽蚀发展到一定程度，由于叶轮和液体的能量交换受到干扰和破坏，大量的汽泡堵塞流道，泵的流量、扬程、效率、轴功率曲线就会显著下降。低比转数泵的特性急速下降；高比转数泵的特性下降较为缓慢，只是到了某一个流量后，性能才急剧下降；轴流泵无显著下降阶段,多级泵汽蚀只限于第一级

20、，因而性能下降较单级泵为小2.2汽蚀发生的危害泵汽蚀基本关系式泵汽蚀基本关系式 泵发生汽蚀的条件是由泵本身和吸入装置两方面决定的。因此，研究汽蚀发生的条件，应从泵本身和吸入装置双方来考虑，泵汽蚀的基本关系式为 NPSHcNPSHrNPSHNPSHa NPSHa=NPSHr(NPSHc)泵开始汽蚀 NPSHa NPSHaNPSHr(NPSHc)泵无汽蚀 式中 NPSHa装置汽蚀余量又叫有效汽蚀余量，越大越不易汽蚀； NPSHr泵汽蚀余量，又叫必需的汽蚀余量或泵进口动压降，越小抗汽蚀性能越好； NPSHc临界汽蚀余量，是指对应泵性能下降一定值的汽蚀余量； NPSH许用汽蚀余量，是确定泵使用条件用的

21、汽蚀余量，通常取NPSH=（1.11.5）NPSHc。气蚀过程52泵典型的气蚀部位53第一种气蚀54第一种气蚀55第二种气蚀56第二种气蚀57第二种气蚀58第三种气蚀59第三种气蚀60汽蚀余量及汽蚀判别式2.3提高离心泵抗汽蚀性能的措施（1）提高泵本身的抗汽蚀性能a.增大叶轮进口直径D0b.增大叶轮叶片进口宽度b1c.增大叶轮盖板进口部分曲率半径d.叶片进口边适当向吸入方向延伸e.增大叶片进口角f.尽量使叶片进口厚度薄g.增加叶片的光洁度(2)防止发生汽蚀的措施a.减少几何吸上高度Hg(或增加几何倒灌高度)。b.减少吸入损失hc(可增大管径、减少管路长度、弯头等)。c.选泵时，注意泵最大流量的

22、NPSHR，应使装置的NPSHA大于泵的NPSHR。d.在同样的转速和流量下，采用双吸泵（减小进口流速）。e.泵汽蚀时，把流量调小或降速运行。f.泵吸水池对泵汽蚀有重要影响。g.为避免汽蚀破坏，可使用抗汽蚀材料如叶轮用0Cr13Ni4Mo，叶轮室用NiCr不锈钢叶轮结构改进图前置诱导轮吸入装置倒罐装置1、轴向力产生的原因：因吸排液口压力不等也使并非完全对称的叶轮两侧所受液体压力不等，从而产生了轴向力。叶轮两侧液体压力假如不计轴的截面积，也不考虑叶轮旋转对压力分布的影响，则作用在叶轮上的力为轮盘受的力和轮盖受的力的差值，转化为计算式就是出口压力和进口压力差值与叶轮轮盖的面积的乘积，因为出口压力始

23、终大于进口压力，所以，当离心泵旋转起来就一定有了一个沿轴并指向入口的力作用在转子上。2、轴向力产生的问题：不平衡的轴向力会加重止推轴承的工作负荷，对轴承不利，同时轴向力使泵转子向吸入口窜动，造成振动并可能使叶轮口环摩擦使泵体损坏。3.3泵的轴向力 轴向力的平衡措施（1）单级泵轴向力的平衡1、采用双吸式叶轮2、开平衡孔3、采用平衡叶片4、采用平衡管 采用双吸式叶轮不但可以平衡轴向力而且有利于提高泵的吸入能力，多用于大流量的泵。 开平衡孔的办法可使叶轮两侧的压力基本上得到平衡，但由于液流通过平衡孔有一定的阻力，所以仍有少部分的轴向力不能完全平衡，并且会使泵的效率降低，其优点是结构简单，多用于小泵上

24、。 采用平衡叶片的方法是在叶轮后盖板的背面设有若干径向叶片。当叶轮旋转时，它可以推动液体旋转，使叶轮背面靠叶轮中心部分的液体压力下降，其下降程度与叶片的尺寸及叶片与泵壳的间隙大小有关。其优点是：减小轴向力，减少轴封的负荷；防止悬浮的固体颗粒进入轴封。但对于易于与空气混合而燃烧爆炸的液体，不宜采用此法。 采用平衡叶片的方法是在叶轮后盖板的背面设有若干径向叶片。当叶轮旋转时，它可以推动叶轮旋转，使叶轮背面靠叶轮中心部分的液体压力下降，其下降程度与叶轮的尺寸及叶轮与泵壳间的间隙大小有关。其优点是：减小轴向力，减少轴封的负荷；防止悬浮的固体颗粒进入轴封。但对于易于与空气混合而燃烧爆炸的液体，不宜采用此

25、法。（2）多级泵轴向力的平衡 接平衡管的方法是将叶轮背面和入口用压力平衡管连通来平衡轴向力。这种方法比开平衡孔方法优越，因它不干扰泵入口液流的流线，效率相对较高。 多级泵平衡轴向力主要有用叶轮对称布置或采用专门的平衡轴向力装置。如平衡鼓(或称为卸荷盘)和自动平衡盘。 闭式或半闭式叶轮在工作时，部分高压液体可由叶轮与泵壳间的缝隙漏入两侧，除影响效率外也使叶轮受到指向液体吸入口的轴向推力，导致叶轮向吸入口移动，严重时造成与泵壳的接触摩擦直至损 坏。常用平衡方式： 一、在叶轮后侧板上钻一些平衡孔，使漏入后侧的部分高压液体由平衡孔向低压区泄漏，减小两侧的压强差，但同时也使泵的效率有所下降。二、采用双吸

26、式叶轮。双吸式叶轮可从两侧同时吸液，吸液能力大，而且可基本上消除轴向推力。各种蜗壳泵的径向力情况71第四节：离心泵的典型结构和工作原理双吸泵第四节：离心泵的典型结构和工作原理多级泵第二节：离心泵的典型结构和工作原理多级泵工作原理第四节：离心泵的典型结构和工作原理屏蔽泵原理和结构特点： 屏蔽电泵的电动机和泵构成一个整体。定子的内表面和转子的外表面有非导磁性的耐腐蚀金属薄板密封焊接，使定子绕组和转子铁芯与输送液体完全隔开，不会受到输送液的浸蚀。 另外，叶轮与转子装在一根轴上，由电机前后2个轴承支撑。整个转子体浸没在输送液中，没有接液部与外界贯通的转动零部件，因而是一种绝对无泄漏的结构。第四节：离心

27、泵的典型结构和工作原理屏蔽泵的优点 (1)全封闭。 (2)安全性高。 (3)结构紧凑占地少。 (4)运转平稳，噪声低，不需加润滑油。 (5)使用范围广。第四节：离心泵的典型结构和工作原理磁力泵 由泵体、隔离套及连接部件组成能够承受压力的屏蔽密封腔体。在密封腔体的外部有一个旋转的永磁场，并通过磁场的作用，带动密封腔体内部的磁性转子部件同步旋转，而密封腔体内部的转子部件带动叶轮实现对流体的作功。第四节：离心泵的典型结构和工作原理磁力泵磁力联轴器：第四节：离心泵的典型结构和工作原理第四节：其他泵概述往复泵第四节：其他泵概述回转泵第四节：其他泵概述回转泵第四节：其他泵概述计量泵第四节：其他泵概述真空泵

28、真空原理与射流式抽气器不同，它仍属于机械式离心泵，在圆筒形泵壳内偏心安装着叶轮转子。当叶轮在电动机的带动下旋转时，工质在叶片的推动下获得圆周速度，由于离心力的作用被甩向外径，形成沿泵壳旋流的水环，由于叶轮的偏心布置，水环相对于叶片作相对运动，使相邻两叶片间的空间容积呈周期性变化，犹如液体活塞在叶栅间做径向往复运动，当两叶片间的“水活塞”离心向外推去时，是这空间容积由小逐渐变大，于是就从轴向吸入口把气体抽吸出来。而当叶片间的“水活塞”向轴心方向作相对运动时，空间又逐渐由大变小于是将吸入的气体逐渐压缩，通过排气口排出。随着叶轮稳定转动，每个容积轮番变化，使吸、排气过程持续下去。第四节：其他泵概述蒸汽喷射泵第五节：泵的安装 泵安装的好坏，对泵的平稳运行和使用寿命有很重要的影响，所以安装校正工作必须仔细进行，不得草率从事。第五节：泵的安装第四节：泵的安装准备工作 一、基础的尺寸、位置、标高应符合设计要求； 二、设备不应有缺件、损坏和锈蚀等情况，管口保护物和堵盖应完好； 转载请注明出处： 三、盘车应灵活，无阻滞、卡住现象，无异常声音。 注意：因泵的轴承后盖为螺旋谜宫密封，在搬运时泵不要向电机方向倾斜，以免漏油。第五节：泵的安装就位：一、灌浆前，清除地脚螺栓孔内杂质；二、水泥干后，检查底座和地脚螺栓孔眼是否松动，合适后拧紧地脚螺栓。第五节：泵的安