0302A叶轮平衡装置分析

1船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]一、叶轮和压出室二、密封装置其次节离心泵的一般结构三、轴向力2船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]一、工作原理悬臂式单级离心泵基本结构：叶轮1图、泵壳3、吸、排接管叶轮用左旋螺纹螺帽固定在泵轴上工作原理：叶轮带动水高速旋转，离心力将叶轮流道内的水甩出，叶轮中部产生真空，从吸入管吸入水，重复工作；从叶轮甩出的水经蜗壳收集，在扩压管内降速升压后排出。3船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]4船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]一、工作原理水能量的获得与转换：

获得：叶轮带动旋转，离心力做功。叶轮出口：动能+压力能主要为动能转换:蜗壳内25%动能转变成压力能；扩压管内大部分动能转变成压力能，克服排出管背压排出。能量的增加是在叶轮中完成的5船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]一、叶轮和压出室1.叶轮[Impeller]闭式半开式开式6船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]双侧吸入式单侧吸入式大流量泵常接受双吸式叶轮，主要是为了限制进口流速，提高抗汽蚀实力。还可以平衡叶轮上的轴向液压力但双吸叶轮安装时应防止装反，否则，后弯叶轮变成前弯叶轮，会造成运行时过载叶轮遇有下列状况之一时应予换新：①出现裂纹而无法补焊②因腐蚀或气蚀而损坏严峻，形成较多的孔眼③盖板及叶片因冲刷而显著变薄，不能保证足够的机械强度④进口靠密封环处严峻偏磨而无法修复7船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]如叶轮的裂纹或腐蚀孔眼不太严峻，可用黄铜补焊来修复，即先把被焊件加热到600℃，在补焊处挂锡再用黄铜气焊。焊完后使其渐渐冷却回火，以免产生裂纹。冷却后再进行机械加工。如叶轮进口处偏磨不太严峻可用砂布打磨，在厚度允许时应可光车。修复的叶轮应进行静平衡试验，不允许超过允许限度时可铣去部分盖板以兹校正，但铣去的厚度不得超过盖板的1／3，切削部分应与盖板平滑过渡8船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]2.压出室（能量转换装置）作用：以最小的水力损失汇合从叶轮中流出的高速液体，将液体引向泵的出口或下一级，并使液体流速降低，将大部分动能转换为压力能。涡壳由螺线形蜗室和扩压管构成。A处为泵舌，O处为基圆，基圆直径(涡壳内径)为1.05~1.08倍叶轮外径，二者差为径向间隙，影响效率和性能。蜗壳、扩压室；导轮（1）蜗壳及扩压室9船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]

涡壳涡壳：以最小的损失（无撞击）汇合叶轮甩出的液体，在此过程中约25%的动能转变成压力能。扩压管：将大部分动能转变成压力能，使液流减速升压，以便克服管路背压排出。10船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]扩压管（扩压器）扩压管是渐扩截面，将液流的大部分动能转换成压力能。扩散角6~8。排出管径为0.7~1.0倍吸入管径，低压泵取1，高压泵取<1。11船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump](2)导轮多级离心泵接受导轮做能量转换装置，因为导轮制造相对便利些，结构紧凑。导轮由圆环形盖板及4~8片导叶和后盖板的反倒叶构成。设计原则与涡壳相同。12船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump](2)导轮BH段是螺旋角为常数的对数螺线，平顺地收集液体；HC段是扩压段，液体再经环形空间进入反导叶间流道。13船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]涡壳泵在非设计工况及车削叶轮后效率变更小，高效率工作区宽，水力性能完善，但内表面不能加工，铸造精度和光滑度不宜保证。涡壳泵在非设计工况会产生不平衡径向力。涡壳和导轮实际效率差不多单级泵多为涡壳泵，多级泵涡壳式和导轮式都有(3级以上的泵各级能量转换装置多为导轮式，比用涡壳轻，有时也在导轮外加涡壳)。14船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]二、密封装置1.密封环(阻漏环)作用：叶轮进口处的径向间隙对容积效率影响最大。运用密封环可使泵壳和叶轮进口处的径向间隙很小，磨损后简洁修复。15船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]二、密封装置1.密封环(阻漏环)1-泵壳2-叶轮密封环多为铜合金，也有不锈钢或酚醛树脂等。叶轮—动环、泵壳—静环，可成对运用，或只设静环。16船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]二、密封装置1.密封环(阻漏环)1-泵壳2-叶轮密封环形式：平环、曲径环两种。平环构造简洁，运用较多，可用铜套自己加工。曲径环多用于扬程较高的离心泵，密封效果好。密封环间隙应符合要求，磨损后换新，安装时用涂红铅油方法检查是否摩擦。密封环可只设静环17船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]2.轴封[ShaftSealing]作用：防止泵内液体通过泵轴和泵壳间隙外漏；防止空气漏入引起噪声和振动。(1)机械密封18船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]2.轴封[ShaftSealing]单端面机械轴封[MechanicalShaftSeal]。19船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump](2)填料密封填料是由植物纤维、人造纤维、石棉纤维等的编制物或以有色金属为基体，辅以浸渍材料或充填材料制成的绳状物，常见的是方形截面的石墨加织石棉盘根。一般<0.5MPa时3~4圈，0.5~1MPa时4~5圈。填料密封应当适当泄漏，不超过60滴/分钟，可通过轴封压盖调整。20船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump](3)带水封环的填料密封填料密封内腔的压力低于大气压或略高于大气压时，接受带水封环的填料密封。水封环由断面呈H形的两个半圆构成，安装在轴封壳上水封管对应位置，压力水引入后沿泵轴向两端渗出。作用：可以防止空气漏入，对泵轴和填料润滑、冷却。21船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]密封水压力比密封腔压力略高(高0.05~0.1MPa)，又不致将填料的润滑剂冲走。安装：水封环与水封管对准。输送清洁液体排出口液体作为水封水液体含杂质过滤后引入水封管出口压力<0.05MPa从其它地点引水输送油液用中性密封油22船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]三、轴向力及平衡方法在密封环半径以外叶轮两侧压力对称。在密封环半径以内，产生指向吸入口的轴向力。轴向力与密封环半径、工作扬程、液体密度有关，与泵的流量无关。立式泵还有重力引起的轴向力。23船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]轴向力平衡方法1.止推轴承法2.平衡孔或平衡管法3.双吸叶轮或叶轮对称布置法4.平衡盘法1.止推轴承法小型泵单独运用，大型泵用作补充手段，承受部分推力，并轴向定位。24船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]2.平衡孔或平衡管法平衡孔法：叶轮后盖板开平衡孔。后盖板处加密封环。在后密封环以内，前后压力基本相等。缺点：容积效率和水力效率降低。平衡管法：叶轮后盖板不开平衡孔，将后密封环之内的液体用泵体外的平衡管引回叶轮吸入口。特点：容积效率降低，但水力效率不降低。25船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]3.双吸叶轮或叶轮对称布置法双吸叶轮两侧压力平衡，多用于大流量泵。多级离心泵各级扬程一般相等，叶轮为偶数时，叶轮对称布置，轴向力平衡。2、3两种方法事实上不能完全平衡轴向力，仍须要止推轴承法承受剩余的不平衡轴向力。26船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]4.平衡盘法平衡板固定于泵壳，平衡盘用键固定于泵轴并与泵轴一起转动。pA>pB，pC吸入压力，平衡盘受力(平衡力)为：(pB-pC)S，方向向右，与叶轮轴向力方向相反。1231-平衡盘2-平衡板3-平衡套扬程变更导致叶轮轴向力变更时，平衡力与之适应：扬程增加，轴向力>平衡力，转动组件左移，b2减小，pB增加，渐渐使(pB-pC)S等于轴向力而达到新平衡位置。转动组件会轴向移动，不能运用止推轴承，而运用滑动轴承。27船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]4.平衡盘法1231-平衡盘2-平衡板3-平衡套28船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]问题：1.设平衡盘的离心泵工作压力减小后平衡盘的(轴向、径向)间隙(增大、减小)。2.离心泵关小排出阀时，其轴向力(增大、减小)。3.离心泵开大旁通阀时，其轴向力(增大、减小)。29船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]涡壳泵设计工况液流不会撞击涡室，叶轮四周压力匀整，叶轮不产生液压径向力。在非设计工况将产生液压径向力。四、径向力小于额定流量时，涡室内流速(c2r)降低，但确定速度(c2)增大，方向也变更，所以液体撞击涡室，使流速下降，部分动能转换为压力能，在叶轮上产生径向力R，与泵舌方向90。30船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]二、扬程和流量1.液体在叶轮中的流淌状况u:圆周速度:相对速度绝对速度:

ccucr31船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]既定的泵，转速确定时，理论扬程与理论流量的函数曲线： ▲▲▲▲▲后弯，β2<90°，Q↑，Ht∞↓β2=90°,Ht∞不随Q变更前弯，β2>90°,Q↑，Ht∞↑Q=0，封闭压头32船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]结论：(1)离心泵扬程主要取决于叶轮的直径及转速。(2)扬程与流量的关系随叶片出口角2而异。前弯叶片能量损失大而不接受。为了提高效率，一般接受后弯叶片。虽然扬程低，但能量损失低。(3)封闭扬程有限。（4）理论扬程与液体的物性无关。实际扬程？离心泵无自吸实力：空气的密度很小，离心力很小，不能在泵吸入口建立足够的真空。33船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]3、定速特性曲线1）.理论定速特性曲线在既定转速下，H、P、等与Q的关系曲线。HQHQβ2

>90°β2

=90°β2

<90°H-Q关系曲线：理论H-Q曲线考虑各种损失后的实际H-Q曲线运用中，常把H、P、等与Q的实测关系曲线画在一张图上，称为离心泵的定速特性曲线34船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]三、定速特性曲线离心泵的水力损失：①漏泄损失：泵内部漏泄和外部漏泄②摩擦损失：液体粘性产生③撞击损失：液流方向与流道不一样造成④涡流损失：叶片数有限，液体在叶轮番道内涡旋流淌造成。这些损失以及机械损失使离心泵的实际定速特性曲线与理论曲线有很大差别，不能经过计算画出，只能实测画出。35船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]2）实测的定速特性曲线测量方法：使泵在恒定转速下工作，变更排出阀开度，测出Q-H、Q-P、Q-、Q-hr(必需汽蚀余量)曲线。(1)Q-H曲线的三种类型：①陡降形；②平坦形；③驼峰形(祥见比转数)36船舶辅机第3章离心泵

[CentrifugalPump]2）.实测的定速特性曲线(2)