技术类《核电站通用机械设备》第2部分(泵)

第二章泵第二章泵2.1

泵的功能、类型和应用范围2.2

离心泵的工作原理和主要部件2.3

离心泵的基础理论2.4

离心泵的运转2.5

离心泵的结构2.6

离心泵的选择方法和步骤第二章泵2.7

轴流泵和混流泵2.8

屏蔽电机泵2.9

往复泵、回转泵、旋涡泵、喷射泵和真空泵2.10

水泵在运行中的问题2.11

压水堆核电厂主要泵常用的泵1.离心泵：⑴单吸单级悬臂式离心泵；⑵双吸单级离心泵；⑶立式多级离心泵；⑷多级节段式(分段式)离心泵；⑸多级水平中开式离心泵；⑹凝结水泵；⑺潜水泵；⑻深井水泵。2.轴流泵和混流泵；3.旋涡泵；4.容积式泵；5.喷射泵。2.1.1泵的功能

2.1.2泵的类型

2.1.3泵的应用范围

2.1.4泵的发展趋势及新技术2.1泵的功能、类型和应用范围泵是将机械能转换为输送液体能的机器,具体功能有:1.提升作用：提高液体的动能(流速)和势能(静压能)即扬程。2.抽吸作用：可将低液位贮槽或水池的液体吸入泵中,即吸程。2.1.1泵的功能1.叶片式泵：离心泵,轴流泵和混流泵,旋涡泵。2.容积式泵：往复泵,回转泵,螺杆泵,计量泵,真空泵。3.其它非机械能转换泵：喷射泵,扬液泵。2.1.2泵的类型1.流量范围：几十毫升/小时~几十万m3/小时。2.压头范围：常压~1000MPa。3.介质温度：-200~+800℃。4.介质性能：酸性,碱性,粘稠液,泥浆,油类,化学液体,悬浮液体。2.1.3泵的应用范围1.大容量；2.高速化；3.高效率；4.可靠性；5.低噪声；6.自动化。2.1.4泵的发展趋势及新技术2.2.1离心泵的工作原理

2.2.2离心泵的主要部件2.2离心泵的工作原理和主要部件离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮。液体在离心力的作用下获得了能量以提高压强。气缚现象。启动前必须向壳体内灌满液体。2.2.1离心泵的工作原理离心泵装置简图2.2.1离心泵的工作原理1.叶轮：⑴作用:将原动机的能量传递给液体,使液体的静压能和动能均有所提高。⑵型式:开式、半开式、闭式。⑶分类(按吸液方式)：单、双吸。2.2.2离心泵的主要部件2.泵壳：组成：吸入室、压出室和导轮。又称蜗壳，壳内有一截面逐渐扩大的蜗牛壳形通道，叶轮在壳内顺着蜗形通道逐渐扩大的方向旋转，愈接近液体出口，通道截面积愈大。液体从叶轮外缘以高速被抛出后，沿泵壳的蜗牛形通道而向排出口流动，流速便逐渐降低，减少了能量损失，且使部分动能有效地转变为静压能。2.2.2离心泵的主要部件汇集叶轮抛出液体，是转能装置。为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之间有时还装有一个固定不动而带有叶片的圆盘。这个圆盘称为导轮，由于导轮具有很多逐渐转向的流道，使高速液体流过时能均匀而缓和地将动能转变为静压能，以减小能量损失。2.2.2离心泵的主要部件3.轴及轴承：⑴轴的作用:传递机械能,承受扭矩。⑵轴承作用:支持轴使其旋转,并减少轴和支承之间的摩擦和磨损。⑶轴承分类:滑动轴承,滚动轴承,向心轴承,推力轴承。2.2.2离心泵的主要部件4.轴封装置：泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。⑴轴封装置的作用:防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而露出，或者外界空气从相反方向漏入泵壳内。2.2.2离心泵的主要部件4.轴封装置：⑵轴封装置的分类:填料密封,机械密封。机械密封装置由一个装在转轴上的动环和另一个固定在泵壳上的静环所组成，两环的端面借弹簧力互相贴紧而作相对运动，起到了密封的作用，故又称为端面密封。2.2.2离心泵的主要部件填料密封机械密封2.3.1离心泵的理论方程式

2.3.2离心泵的主要性能参数与特性曲线

2.3.3离心泵的相似理论、相似定律和比转速

2.3.4离心泵的比例定律和切割定律2.3离心泵的基础理论液体从离心泵的叶轮获得能量而提高了压强。但是，单位重量的液体从旋转的叶轮获得多少能量以及影响获得能量的因素，都可通过离心泵的基本方程式来说明。假设：⑴叶轮内叶片的数目为无限多，因此叶片的厚度就为无限薄，从而可以认为液体质点完全沿着叶片的形状而运动，即液体质点的运动轨迹与叶片的外形曲线相重合；⑵输送的是理想液体，因此在叶轮内的流动阻力可以忽略。2.3.1离心泵的理论方程式2.3.1离心泵的理论方程式1.液体在叶轮中的运动和速度三角形：⑴运动合成理论⑵速度三角形圆周速度 ：相对速度 ：绝对速度 ：液体质点在叶轮内的运动情况2.3.1离心泵的理论方程式2.基本方程：无限多叶片的离心泵对单位重量的理想液体所提供的能量称为泵的理论压头或理论扬程，以HT∞表示，单位为m。从力矩定义推知：在稳定流动中，单位时间内叶轮对液体所作的功等于同一时间内液体从叶片进口处流到叶片出口处的力矩变化和叶轮旋转角速度的乘积，即：单位时间内叶轮对液体所作的功为：ΔM为流体在叶轮进出口处的力矩变化量；推导得到的理论扬程是以圆周速度和绝对速度表示的基本方程式：2.3.1离心泵的理论方程式3.理论方程的讨论：离心泵的理论压头与叶轮的转速和直径的关系，当叶片几何尺寸（、）与理论流量一定时，离心泵的理论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大。离心泵的理论压头与叶片几何形状的关系，当叶轮的转速与直径、叶片的宽度、理论流量一定时，离心泵的理论压头随叶片的形状而改变。2.3.1离心泵的理论方程式流出角对性能的影响：⑴后弯叶片⑵径向叶片⑶前弯叶片2.3.1离心泵的理论方程式叶片型式离心泵的理论压头与理论流量的关系：2.3.1离心泵的理论方程式1.离心泵的主要性能参数：⑴流量Q：又称泵的送液能力，是指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，以Q表示，单位常为l/s或m3/h。离心泵的流量取决于泵的结构、尺寸（主要为叶轮的直径与叶片的宽度）和转速。2.3.2离心泵的主要性能参数与特性曲线1.离心泵的主要性能参数：⑵压头H：又称泵的扬程，是指泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以H表示，单位为m。压头取决于泵的结构、转速和流量。2.3.2离心泵的主要性能参数与特性曲线1.离心泵的主要性能参数：⑶效率η：在输送液体过程中，外界能量通过叶轮传给液体时，不可避免地会有能量损失，故泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得，通常用效率η来反映能量损失。包括容积损失、水力损失、机械损失等。机械损失Nm和机械效率ηm容积损失Nv和容积效率ηv水力损失Nh和水力效率ηh总效率η=ηm·ηv·ηh2.3.2离心泵的主要性能参数与特性曲线2.3.2离心泵的主要性能参数与特性曲线1.离心泵的主要性能参数：2.3.2离心泵的主要性能参数与特性曲线1.离心泵的主要性能参数：1.离心泵的主要性能参数：⑷转速n：离心泵的转速是指叶轮的旋转速度，用n表示。转速不同所对应的Q、H、η、N也不同⑸功率N：离心泵的轴功率是泵轴所需的功率。当泵直接由电动机带动时，也就是电动机传给泵轴的功率，以N表示，单位为J/s、W或kW。2.3.2离心泵的主要性能参数与特性曲线2.离心泵的特性曲线：⑴H-Q曲线⑵N-Q曲线⑶η-Q曲线2.3.2离心泵的主要性能参数与特性曲线2.3.3离心泵的相似理论、相似定律和比转速引入相似理论原因：⑴模化实验⑵相似设计⑶相似换算2.3.3离心泵的相似理论、相似定律和比转速1.离心泵的相似理论：⑴几何相似：实际水泵和模型水泵对应的线性尺寸有一个同一比值，基本包括叶轮、叶片数及流动角等等；⑵运动相似：对应点上的速度三角形相似；⑶动力相似：实际水泵与模型水泵中流动的雷诺数Re应相等，实际上Re数相等是很难实现的，总有一定的差异，但实验证明在Re>105的情况下，流动处于自动模化区的范围内，可自动保证其动力相似的条件。2.3.3离心泵的相似理论、相似定律和比转速2.标准模型水泵参数设定，比转速的定义：标准模型水泵（效率最高）的转速。标准模型水泵的条件：H=1m,Q=0.075m3/s，N=1马力(0.75KW)，n=ns，介质为水，ρ=1000kg/m32.3.3离心泵的相似理论、相似定律和比转速3.离心泵的相似定律(相似换算)：⑴扬程H相似⑵流量Q相似⑶功率N相似4.离心泵的比转速：⑴比转速的公式：①单级单吸离心泵：②双吸泵等于两台泵并联工作：③多级泵等于几个泵串联工作：2.3.3离心泵的相似理论、相似定律和比转速⑵比转速应用：①用比转速对离心泵进行分类：2.3.3离心泵的相似理论、相似定律和比转速⑵比转速应用：②用比转速进行泵的相似设计：在水泵设计上，ns是作为重要基础的一个参数。无论是相似设计法，还是速度系数设计法，都是以比转速ns为依据，来选择水力模型或速度系数的。③比转速对水泵进行系列化：在编制离心泵系列时，适当地选择流量、扬程和转速等的组合，就可以使比转速在型谱图上均匀地分布，如果以比转速为基础来安排离心泵的系列，就可以大大地减少水力模型的数目，这对设计制造部门来说，就可大量节约人力物力。2.3.3离心泵的相似理论、相似定律和比转速2.4.1离心泵的吸程、汽蚀和汽蚀余量

2.4.2离心泵的工作点

2.4.3离心泵的流量调节

2.4.4离心泵的并联和串联

2.4.5离心泵的小流量管线和阀门

2.4.6离心泵的启动要求、出口止回装置和吸水管底阀2.4离心泵的运转1.离心泵的吸程-泵的允许几何安装高度：⑴吸程的定义与计算公式：2.4.1离心泵的吸程、汽蚀和汽蚀余量1.离心泵的吸程-泵的允许几何安装高度：⑵允许吸上真空度Hˊs压强为Ps处可允许达到的最高真空度：离心泵的允许吸上高度又称允许安装高度，指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离：2.4.1离心泵的吸程、汽蚀和汽蚀余量1.离心泵的吸程-泵的允许几何安装高度：实际操作条件下允许吸上真空度2.4.1离心泵的吸程、汽蚀和汽蚀余量1.离心泵的吸程-泵的允许几何安装高度：⑵影响吸程的因素：①高度②液体温度③液体密度2.4.1离心泵的吸程、汽蚀和汽蚀余量2.离心泵的汽蚀和汽蚀余量：2.4.1离心泵的吸程、汽蚀和汽蚀余量2.离心泵的汽蚀和汽蚀余量：⑴离心泵汽蚀产生的原因：离心泵运转时，液体的压强随着从泵吸入口向叶轮入口而下降，叶片入口附近的压强为最低，此后，由于叶轮对液体作功，压强很快又上升。当叶片入口附近的最低压强等于或小于输送温度下液体的饱和蒸气压时，液体就在该处发生汽化并产生气泡，随同液体从低压区流向高压区，气泡在高压的作用下，迅速凝结或破裂，瞬间内周围的液体即以极高的速度冲向原气泡所占据的空间，在冲击点处形成高达几万kPa的压强，冲击频率可高达每秒几万次之多。ｐ＜ｐυ→汽泡(蒸气、析出气体)→(流向高压区)→溃灭(水击)→(若发生金属表面附近)金属表面因疲劳而侵蚀→侵蚀(蜂窝状、海绵状)2.4.1离心泵的吸程、汽蚀和汽蚀余量2.离心泵的汽蚀和汽蚀余量：⑵汽蚀的危害：①叶轮材料被破坏②噪声和震动③泵性能降低、效率下降2.4.1离心泵的吸程、汽蚀和汽蚀余量3.离心泵的汽蚀余量：①有效汽蚀余量Δha(NPSHa)②必需汽蚀余量Δhr(NPSHr)③有效汽蚀余量Δha与必需汽蚀余量Δhr的关系及临界汽蚀余量Δhc④允许汽蚀余量Δh2.4.1离心泵的吸程、汽蚀和汽蚀余量泵在吸入口处的总能量（静压能和动能之和），具有超过输送温度下液体汽化压力的富余能量。由吸入系统的装置条件决定,与泵本身无关。①有效汽蚀余量Δha(NPSHa)：2.4.1离心泵的吸程、汽蚀和汽蚀余量物理意义:吸入容器中液面上的压力水头P0/ρg在克服吸水管路装置中的流动损失Hw，并把水提高到Hg的高度后，所剩余的超过汽化压力的能量。①有效汽蚀余量Δha(NPSHa)：2.4.1离心泵的吸程、汽蚀和汽蚀余量泵吸入口处至泵内压力最低点处的压力降。由泵本身结构的汽蚀性能决定，与泵吸入装置无关。②必需汽蚀余量Δhr(NPSHr)2.4.1离心泵的吸程、汽蚀和汽蚀余量③临界汽蚀余量Δhc有效汽蚀余量随流量变化的曲线与必需汽蚀余量随流量变化曲线的交点C所对应的汽蚀余量。④允许汽蚀余量Δh允许汽蚀余量Δh是指为保证不发生汽蚀在临界汽蚀余量Δhc上加安全量K。2.4.1离心泵的吸程、汽蚀和汽蚀余量4.提高泵抗汽蚀性能措施：⑴改善泵的工作条件,提高泵的有效汽蚀余量2.4.1离心泵的吸程、汽蚀和汽蚀余量①减小几何安装高度Hg;②加大吸水管径或减小流量,以减小阻力Hw;③降低液体的温度,从而降低汽化压力Pv;④降低泵的转速n,减小阻力Hw。4.提高泵抗汽蚀性能措施：⑵提高泵本身的抗汽蚀性能,减小必需汽蚀余量2.4.1离心泵的吸程、汽蚀和汽蚀余量①采用双吸叶轮,降低入口速度;②增大叶轮进口直径及叶片进口宽度,降低入口速度;③叶轮采用耐汽蚀材料;④进口处装设螺旋式诱导轮。诱导轮5.有效汽蚀余量Δha与必需汽蚀余量Δhr的关系：有效汽蚀余量Δha是吸入系统提供的泵吸入口处大于饱和蒸汽压力的富余能量。Δha越大，表示泵抗汽蚀性能越好。必需汽蚀余量Δhr是液体从吸入口至k点的压力降。Δhr越小，则表示泵抗汽蚀性能越好。Δha随流量的增加而变小，而Δhr随流量的增加而变大。6.运行时应注意流量的调节，安全区流量范围。2.4.1离心泵的吸程、汽蚀和汽蚀余量1.管路工作特性曲线：2.4.2离心泵的工作点2.离心泵的工作点：离心泵总是安装在一定管路上工作的，泵所提供的压头与流量必然应与管路所需的压头与流量相一致。若将离心泵的特性曲线H-Q与其所在管路的特性曲线He-Qe绘于同一坐标图上，两线交点M称为泵在该管路上的工作点。该点所对应的流量和压头既能满足管路系统的要求，又为离心泵所提供，即：Q=Qe,

H=He

。2.4.2离心泵的工作点1.改变管路特性曲线-调节阀门开度：2.4.3离心泵的流量调节用阀门调节流量迅速方便．流量连续变化，适合一般工业连续生产，应用广泛。阀门关小时，流动阻力加大，要额外消耗一部分动力，不经济。2.改变泵的特性曲线-调节转速：2.4.3离心泵的流量调节能保持管路特性曲线不变。流量随转速下降而减小，动力消耗降低，从动力消耗看比较合理。需要变速装置或价格昂贵的变速原动机，难以做到流量连续调节。3.旁路分流调节法：2.4.3离心泵的流量调节通过改变旁路管阀门的开度，把泵排出的部分液体通过旁路引回到抽水槽中，从而改变泵的排出流量，达到调节流量的目的。改变离心泵叶轮外径理论上可行，实际上不行。1.串联运转特性曲线理论上当有P1、P2、P3…多台泵串联运转时，通过每台泵的流量都是相同的，多台泵串联运转的扬程，则等于各台扬程相加之和，即2.4.4离心泵的并联和串联H=H1+H2+H3+…2.并联运转特性曲线理论上当P1、P2、P3…多台泵并联工作时，它们的扬程对每个泵都一样，即：

并联运转时的总流量则等于各台泵在同一扬程下的流量Q1、Q2、Q3…的和，即：2.4.4离心泵的并联和串联2.并联运转特性曲线实际上离心泵的串联和并联，对管路的扬程（压力）和流量只提供了一个增加扬程（压力）或流量的百分数。串联或并联台数越多，则增加的百分数就越少。当管路特性曲线较陡时，串联或并联后增加的百分数就更少。2.4.4离心泵的并联和串联2.4.4离心泵的并联和串联3.水泵在管路系统中的串联运行和并联运行⑴泵的并联运行2.4.4离心泵的并联和串联3.水泵在管路系统中的串联运行和并联运行⑵泵的串联运行2.4.4离心泵的并联和串联3.水泵在管路系统中的串联运行和并联运行⑶相同性能泵联合工作方式的选择2.4.5离心泵的小流量管线与阀门无流量阀门的功能和原理：如果把水泵出口处的调节阀全部关闭（离心泵启动要求），泵便没有了流量，水压升高，最后达到其最大值Hm。泵输入的功率不是零。泵中的水不再进出了，而是受叶轮的搅拌，水在叶轮内表面的摩擦功变成热能耗散，产生的热量传送到水中及泵的内部部件上。2.4.5离心泵的小流量管线与阀门结果：⑴水温升高，达沸点。水蒸发，形成蒸汽，泵内空泡，泵损坏。⑵泵部件温度上升，运动部件异常膨胀，泵损坏。泵的出口处安装“无流量”阀门。当泵的出口处压力接近最大值Hm时，该阀门就自动打开。水由“无流量”管系反送到吸水容器内。1.离心泵的启动要求：⑴灌水排气；⑵关闭出口阀。2.离心泵的出口止回阀:防止水击3.吸入口底阀和滤网底阀防灌水漏水，滤网防杂物。2.4.6离心泵的启动要求、出口止回装置及吸水管底阀2.5.1单级泵的结构

2.5.2多级泵的结构

2.5.3轴封装置

2.5.4轴向推力平衡

2.5.5常用离心泵的类型2.5离心泵的结构单级泵结构：1.吸入室(进口部件)2.叶轮3.泵体4.密封环5.轴封装置6.轴及轴承7.轴向推力平衡装置8.附件等2.5.1单级泵的结构1.吸入室：2.5.1单级泵的结构2.叶轮：3.泵体：⑴螺旋状压水室⑵导叶式压水室2.5.1单级泵的结构4.密封环：2.5.1单级泵的结构5.轴封装置6.轴及轴承7.轴向推力平衡装置8.附件：⑴进水滤网⑵底阀⑶放气旋塞⑷止回阀⑸放水阀⑹充水设备等2.5.1单级泵的结构1.节段式多级泵：2.5.2多级泵的结构2.中开式多级泵：2.5.2多级泵的结构1.填料密封⑴压力填料密封2.5.3轴封装置1.填料密封⑵真空填料密封2.5.3轴封装置2.机械密封2.5.3轴封装置1.轴向力产生原因水泵叶轮几何形状导致叶轮前后板受力不对称。

2.离心泵轴向平衡装置平衡小室、平衡盘、平衡鼓和叶轮成对布置四种最常用的平衡方法。2.5.4轴向推力平衡2.5.4轴向推力平衡2.5.4轴向推力平衡反应堆冷却剂泵给水泵循环水泵1.单级离心泵压水堆主给水泵系的构成；前置泵和增压泵的基本结构。2.5.5常用离心泵的类型2.5.5常用离心泵的类型2.多级离心泵冷凝水泵、上充泵、辅助给水泵、喷淋泵等多级泵的结构相当于将若干相同的单级泵的叶轮组装在一个系统内，基本部件都相同。多级泵有节段式（分段式）和水平中开式两种基本构造形式。2.5.5常用离心泵的类型3.冷凝水泵2.5.5常用离心泵的类型2.7.1轴流泵的结构与主要部件

2.7.2轴流泵的工作原理和基础理论

2.7.3轴流泵的性能参数和特性曲线

2.7.4轴流泵的调节和运行

2.7.5混流泵2.7轴流泵和混流泵2.7.1轴流泵的结构与主要部件组成：1.叶轮2.导叶3.扩散管和弯管4.轴与轴承5.吸水管等1.叶轮三种型式：⑴叶片在轮毂中固定不动:叶片装置角不可调;⑵叶轮为半调节的:叶轮拆下后,才能调节装置角;⑶叶轮为全调节的:叶片装置角随时可调。2.导叶（导向叶轮）2.7.1轴流泵的结构与主要部件3.扩散管和弯管弯管曲率半径越大,水力损失越小,但泵轴向尺寸会很长。4.轴与轴承泵轴特点是细而长,因此泵轴是非刚性轴。泵轴的主要问题是刚性与振动.一般立式布置,轴向力靠推力轴承承担,而径向力靠径向轴承承担。5.吸水管一般为锥形短管。2.7.1轴流泵的结构与主要部件2.7.4.1轴流泵的调节和运行1.轴流泵的调节原理：改变翼型叶片的翼弦与来流速度方向之间的夹角冲角，升力系数改变，升力变化。轴流泵所输送的流量及扬程改变。2.轴流泵的调节机构：⑴杠杆式动叶片调节机构；⑵蜗轮蜗杆式动叶片调节机构；⑶机械液压式动叶片调节机构。2.7.4轴流泵的调节和运行基本结构与主要部件：⑴泵壳⑵隔热屏⑶叶轮和导叶⑷轴密封组件（轴封）⑸轴承及联轴节⑹电动机⑺飞轮等2.7.5混流泵特点：⑴性能与轴流泵相似；⑵扬程较轴流泵高；⑶汽蚀性比轴流泵好；⑷在核电站常作为反应堆冷却剂泵和循环冷却水泵；⑸在常规电厂中主要作为大型循环冷却水泵使用。2.7.5混流泵2.8.1屏蔽泵的工作原理、类型、结构和部件

2.8.2屏蔽泵的特点

2.8.3核电屏蔽电机泵的发展动向2.8屏蔽泵2.8.1.1立式核电屏蔽电机泵1.基本结构2.工作原理2.8.1屏蔽泵的工作原理、类型、结构和部件2.8.1.2工业屏蔽电机泵2.8.1屏蔽泵的工作原理、类型、结构和部件1.没有旋转轴的动密封，可保证绝对密封，称为无泄露泵;2.体积小、重量轻、结构紧凑、占用空间小;3.维护、检修比较简单，工作量小;4.AP1000屏蔽泵更具有转动惯量大、水力模型优秀、辅助系统简化、支承方式独特;5.效率比轴封泵低10~20%；6.造价较高。2.8.2屏蔽泵的特点2.9.1往复泵

2.9.2计量泵

2.9.3回转泵

2.9.4旋涡泵

2.9.5喷射泵

2.9.6真空泵2.9往复泵、回转泵、旋涡泵、喷射泵和真空泵是一种容积式泵，应用很广。靠作往复运动的活塞依次开启吸入阀和排出阀，从而吸入并排出液体。主要部件有泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀和