泵-离心泵的主要零部件

目录叶轮的类型1叶轮的要求2离心泵的主要零部件——叶轮离心泵的主要零部件——叶轮

叶轮是离心泵中将驱动机输入的机械能传递给液体，并转变为液体的动能和静压能的部件，是离心泵中唯一对液体直接做功的部件。一、叶轮的类型叶轮有各种各样的结构形式，分类方法不同，叶轮的名称也各不相同，常见的分类方法主要包括以下几种类型。1.按叶轮有无前后盖板分类按叶轮有无前后盖板分类，叶轮可分为闭式叶轮、半开式叶轮和开式叶轮三种，见图2-52所示。（1）闭式叶轮

见图2-52（a）（d）所示，这种叶轮一般是由前盖板、后盖板、叶片和轮毂组成，流道封闭，效率较高，扬程较高，抗汽蚀的性能较好，但制造复杂。适用于输送流量大，不含颗粒杂质的洁净流体。（a）闭式；（b）半开式；（c）开式；（d）双吸图2-52（2）半开式叶轮

见图2-52（b）所示，这种叶轮没有前盖板，只有后盖板，叶片和轮毂，流道是半开启式的。该叶轮适用于输送黏性液体、易于沉淀或含有固体颗粒的液体，泵的效率较低。（a）闭式；（b）半开式；（c）开式；（d）双吸图2-52（3）开式叶轮

见图2-52（c），所示这种叶轮既无前盖板又无后盖板，只有叶片和轮毂，叶轮流道完全敞开，适用于输送含有杂质的污水，含泥沙及纤维的液体。开式叶轮和半开式叶轮的叶片数一般都比较少（2~4片），而且较宽，可让杂质、浆液自由通过，以免造成堵塞，同时流道容易清洗，制造也比较方便。2.按流体吸入叶轮的方式分类

按流体吸入叶轮的方式，叶轮可分为单吸叶轮和双吸叶轮两种类型，见图2-52。（1）单吸叶轮

液体单面吸入叶轮，见图2-52（a），液体在叶轮内的流动状况较好，结构简单，但这种叶轮两边受到的力不等，每只叶轮要受到不平衡的轴向推力。（2）双吸叶轮

见图2-52（d）所示，这种叶轮两边对称，犹如两个单吸叶轮背靠背贴合在一起，无轴向推力，适用于流量较大的场合。由于液体双面进入叶轮，液体在叶轮进口处的流速较低，有利于改善泵的汽蚀性能，但叶轮结构较复杂，液流在叶轮中汇合时有冲击现象，对泵的效率有所影响。（3）按叶片的弯曲方向分类根据叶片的弯曲方向叶轮可分为前弯式、径向式、后弯式叶轮三种，见图2-14。（a）后弯式叶片（b）径向式叶片（c）前弯式叶片图2-14叶片形式及其速度三角形其中以后弯式叶轮居多，因为后弯式叶轮效率最高，更有利于动能向静压能的转换，由于两叶片间的流动通道是逐渐扩大的，因此，能使液体的部分动能转化为静压能，所以叶片也是一种换能装置。

后弯式叶轮的进口处的安装角一般为β1A=18°～25°，出口处的安装角=16°～40°,最常用的是=20°～30°。二、对叶轮的要求

离心泵的叶轮应有足够的强度和刚度；流道形状为符合液体流动流线型，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；结简单，制造工艺性好，叶轮一般都是铸造而成；每个单级叶轮能使液体获得最大的理论能头；由叶轮组成的级具有较高的级效率，而且性能曲线的稳定工况较宽。目录设置换能装置的必要性1换能装置的分类—蜗壳2换能装置的分类—导轮3离心泵的主要零部件——换能装置离心泵的主要零部件——换能装置一、设置换能装置的必要性

1.换能装置的概念

离心泵的换能装置是指叶轮出口、泵出口法兰、或多级泵次级叶轮进口前的过流通道部分。2.设置换能装置的必要性液体从叶轮中出来的速度很大，一般高达15～25m/s以上。泵的排出管、或次级叶轮入口速度要求较低，限制在2～4m/s左右。因此很有必要设置换能装置。3.换能装置的功能采用换能装置，将叶轮出口流出的高速液体收集起来，并导向排出管或送往多级泵次级叶轮的入口。将液体流动的速度降下来，将叶轮给予液体多余部分动能转化为压力能。二、换能装置的分类

离心泵中的换能装置，按结构型式一般分为蜗壳和导轮两种。从原理上看，蜗壳和导轮并无原则区别，但其结构特点有所不同。见图2-55所示图2-55离心泵蜗壳的结构形式三、换能装置——蜗壳1.蜗壳的概念蜗壳是指叶轮出口到下一级叶轮进口之间、或泵的出口管线之间，截面面积逐渐增大的螺旋形流道A-B和扩散管部分B-C所组成，如图2-55所示。蜗壳由于流道逐渐扩大，出口为扩散管状，液体从叶轮流出后，流速平缓降低，如果流动时没有能量损失，则动能的减少应全部转变为静压头的增加。图2-55离心泵蜗壳的结构形式图2-55离心泵蜗壳的结构形式2.蜗壳的优点制造方便，高效区宽，车削叶轮后泵的效率变化小。3.蜗壳的缺点蜗壳形状不对称。在使用单蜗壳时，作用在转子上的径向压力不均匀，容易使泵轴弯曲，所以在多级离心泵中，只是在首段和尾段采用蜗壳，而在中间段采用导轮装置。四、换能装置——导轮1.导轮的组成导轮是一个固定不动的圆盘，由正向导叶、环形流道、反向导叶组成。1—流道；2—导叶；3—反向导叶图2-56导轮2.导轮的结构导轮位于叶轮的外缘、泵壳的内侧，是一个静止圆盘。导轮正面有包在叶轮外圆的正向导叶，正向导叶的开始段与蜗壳一样，正向导叶的后半段与相邻导叶的背面一起形成一段扩压管。导轮背面有将液体引向下一级叶轮入口的反向导叶，见图2-56所示。1—流道；2—导叶；3—反向导叶图2-56导轮3.导轮的工作原理

液体从叶轮甩出后，平缓的进入导轮，沿正向导叶向外流动，速度逐渐减低，大部分动能转变为静压能。液体经导轮背面的反向导叶被引入下一级叶轮，速度进一步降低。导轮的每两个导叶之间，实际上相当于一个等宽度的螺旋形管和扩散管，代替蜗壳。目录轴向力的分析和计算1轴向力产生的危害2单级泵轴向力的平衡3多级泵轴向力的平衡4轴向力平衡装置轴向力平衡装置

离心泵工作时，在形状不对称的单吸叶轮上，由于液体作用在叶轮上的力不平衡，将产生与泵轴线平行的力，称为轴向力。轴向力方向：指向叶轮的吸入口，轴向力是由叶轮盖板两侧液体压力不同而引起的轴向力和动反力的合力。图2-57单吸叶轮的轴向推力一、轴向力的计算叶轮受力分析在叶轮入口半径r1

以上的部分，叶轮两侧液体压力按抛物线对称分布，作用力互相平衡，见图2-57所示。叶轮在两侧压差作用下，产生了指向叶轮吸入口方向的轴向推力F1。在叶轮入口半径r1

以下的部分，叶轮右侧受到按抛物线规律分布的液体压力p2，左侧受到的是均匀分布的入口压力p1

。2.轴向力的计算（1）叶轮前后盖板两侧液体压力不同而引起的轴向力

离心泵正常工作时，叶轮前、后盖板与泵壳之间的液体由于受到盖板摩擦而旋转，其旋转角速度ω近似地认为是叶轮旋转角速度ω′的一半，这时液体压力p将图2-57单吸叶轮的轴向推力将沿半径方向呈抛物线规律分布，见图2-57所示，液体压力的大小按公式2-54计算。（2）动反力在离心泵中，液体轴向吸入叶轮，径向流出叶轮，叶轮受到由于液流进入叶轮的方向及速度不同而引起的动反力FⅡ，在正常工作时，这个力比较小，可忽略不计。（3）轴向力

综合受力分析，叶轮在两侧压差的作用下，产生了指向叶轮吸入口方向的轴向推力

。这个力的大小是p-p1，方向指向离心泵的吸入口。二、轴向力的危害由于轴向力的存在，泵的整个转子在轴向力的作用下，向吸入口方向蹿动，并使叶轮入口外缘与密封环产生摩擦。由于轴向力的存在，轴承受力恶化，造成振动和严重磨损，严重时泵不能够正常工作。因此，必须设法平衡轴向力，并限制转子的轴向蹿动。但假如完全消除了轴向力，也会造成转子在旋转中的不稳定，所以在设计的时候，会设计出30%的余量让轴承来抵消。三、轴向力的平衡措施1.单级离心泵轴向力的平衡（1）采用双吸式叶轮

原理：双吸叶轮两侧形状对称，理论上不产生轴向力。但在实际运行过程中，由于泵两侧密封环的磨损不一样，泄漏不相同，作用在叶轮两盖板上的液体压力分布不完全相同，还会有小部分的轴向力存在，需要用轴承来承受残余的轴向力。

特点：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。（2）在叶轮上开平衡孔

原理：在叶轮后盖板上开平衡孔，其数量一般与叶片数相等，使叶轮后盖板前后空间相通，可使叶轮两侧的压力基本上得到平衡，见图2-58（a）所示。

特点：叶轮上开平衡孔，液体流入叶轮时，其流动方向正好与叶轮吸入口处主流液体的方向相反，使流入叶轮的主流液体的速度均匀分布受到破坏，泵的水力效率降低，汽蚀性能变坏，同时由于液体的回流，使泵的容积效率下降。图2-58（a）（3）采用平衡管原理：在泵体上增设平衡管，将叶轮背面的液体通过平衡管与泵入口处的液体连通，平衡轴向力，见图2-58（b）。特点：这种方法比开平衡孔方法优越，因为采用平衡管装置，对进入叶轮的主流液体扰动影响较小，效率相对较高，常用在大型泵的轴向力平衡中。图2-58（b）（4）采用带背叶片的叶轮

原理：在叶轮后盖板的背面，装有若干径向叶片，见图2-58（c）所示，当叶轮旋转时，背叶片可以带动叶轮后盖板与泵壳之间的液体以接近叶轮的角速度旋转，使叶轮背面靠叶轮中心部分的液体压力下降，从而减小轴向力的大小。特点：带背叶片的叶轮，除了具有平衡轴向力的作用外，还具有密封的功能。图2-58（c）2.多级离心泵轴向力的平衡

多级离心泵的出口压力远远大于入口压力，多级离心泵的轴向力，是各级叶轮产生轴向力的叠加，数值很大，因此，必须采取有效的平衡措施予以消除，多级离心泵一般采用平衡鼓、平衡盘和叶轮的对称安装来消除轴向力。（1）叶轮对称布置原理：常用于泵的级数为偶数、用蜗壳换能的中开多级泵，叶轮可分为两组，各组对称反向布置，使两组叶轮的轴向力互相抵消。当泵的级数为奇数时，可将第一级做成双吸叶轮，其它各级叶轮对称反相布置，如图2-59所示。特点：流道复杂，造价较高。图2-59叶轮对称布置（2）采用平衡鼓原理：如图2-60所示，平衡鼓安装在多级离心泵末级叶轮的后面，圆柱形，随轴旋转，由于b很小，使平衡鼓的两侧可以保持较大的压力差△p=p2-p0，作用在平衡鼓端面上，产生一向右的平衡力T，使得平衡鼓与轴一起向右移动，从而降低p2，以此来平衡轴向力。特点：当轴向力变化时，平衡鼓不能自动调整轴向力的平衡，需安装止推轴承承受残余轴向力。

，图2-60平衡鼓高压室

平衡室

径向间隙b

（3）采用自动平衡盘结构：平衡盘由平衡盘（铸铁制）和平衡环（铸铜制）组成，平衡盘安装在末级叶轮的后面，固定在泵轴上，随轴一起旋转。平衡环固定在出水段泵体上，如图2-61所示。图2-61自动平衡盘装置密封间隙：有两个密封间隙，一个是轴套与泵体之间的径向间隙b，其值固定不变；另一个是平衡盘端面与平衡环之间的轴向间隙b0，其值可以自动节。平衡原理轴向力：F=p2-p0，方向指向离心泵的吸入口平衡力：T=p'–p0

，方向指向平衡盘图2-61自动平衡盘装置当F<T时，转子向平衡盘方向移动，b0增大，p'减小，

T减小，到某一位置时，T=F，轴向力得到平衡。当F>T时，转子向吸入口方向移动，b0减小，p'增加，

T增大，到某一位置时，T=F，轴向力得到平衡。图2-61自动平衡盘装置特点：在实际工作中，泵的转子不会停留在某一位置，而是在某一平衡位置作左右脉动，当泵的工作点改变时，转子会自动从平衡位置移到另一平衡位置作轴向脉动。要求：为了减少泵启动时的磨损，平衡盘与平衡环之间的轴向间隙b0=0.1～0.2mm，径向间隙b=0.2～0.5mm。目录设置密封装置的必要性1密封环结构和功能分析2离心泵密封装置——密封环离心泵密封装置

为了保证泵的正常工作，防止液体外漏、内漏、外界空气吸入泵内，必须在叶轮与泵壳之间、轴与壳体之间装有密封装置。常用的密封装置有：密封环（防止内漏）、填料密封和机械密封（防止外漏）。如果轴封装置在吸入口一侧，密封装置可阻止外界空气吸入泵内；如果轴封装置在排出口一侧，密封装置即可阻止液体向外泄漏。密封环的结构和功能一.设置密封环的必要性

由于叶轮吸入口与固定的泵壳之间存在间隙，使叶轮出口处的液体通过叶轮进口与泵盖之间的间隙回流到泵的吸入口，这种泄漏称为内漏，因此，必须在泵壳和叶轮前盖板吸入口处安装密封环，以减少泄漏，提高离心泵的容积效率。二.密封环的类型密封环有些安装在叶轮上，有些安装泵壳上，密封环按其轴截面的形状，可分为平环式，直角式和迷宫式密三种，见图2-62所示。

图2-621.平环式密封环密封环的单侧径向间隙S一般在0.1～0.2mm之间。结构简单，制造方便，但密封效果差。由于泄漏的液体具有相当大的速度，泄漏液体的运动方向与进入叶轮的液体主流方向相反，在叶轮入口处产生较大的涡流和冲击，使叶轮进口条件恶化，所以平环式密封环只适用于低扬程的泵。图2-62平环式2.直角式密封环直角式密封环的轴向间隙S1比经向间隙大得多，一般在3～7mm之间。由于泄漏液体在旋转90°之后其速度降低了，流动方向与主流液体的方向垂直，造成的涡流和冲击损失比平环式密封环小，因此密封效果比平环式好，目前应用比较广泛，主要在中开双吸泵上应用多。图2-62直角式3.迷宫式密封环

由于增加了密封间隙的沿程阻力，因而密封效果更好。结构复杂，对制造及安装工艺要求高，在一般离心泵中很少采用，主要使用在高压离心泵中。密封环的磨损会使泵的泄漏量增加，泵的效率降低，所以，当密封环间隙超过规定值时应及时更换。密封环应采用耐磨材料制造，常用材料有铸铁、青铜等。

图2-62迷宫式目录设置密封装置的必要性1填料密封的结构和功能2离心泵密封装置——填料密封离心泵密封装置

为了保证泵的正常工作，防止液体外漏、内漏、外界空气吸入泵内，必须在叶轮与泵壳之间、轴与壳体之间装有密封装置。常用的密封装置有：密封环（防止内漏）、填料密封和机械密封（防止外漏）。如果轴封装置在吸入口一侧，密封装置可阻止外界空气吸入泵内；如果轴封装置在排出口一侧，密封装置即可阻止液体向外泄漏。填料密封的结构和功能一.填料密封的结构

填料密封是依靠轴与壳体之间的填料变形，使轴（或轴套）的外圆表面和填料紧密接触，堵塞泄漏通道来实现密封的，如图2-63所示。常用的填料有石墨浸棉织物填料，石墨浸石棉填料，金属滔包石棉芯子填料等。

图2-63二.软填料密封的泄漏途径填料密封的泄漏途径主要包括A、B、C三个部分。A：流体通过填料本身的缝隙产生的渗漏。B：流体通过填料与箱壁之间的缝隙而产生的泄漏。C：流体通过填料与轴之间的缝隙而产生的泄漏，是填料密封的主要泄漏通道。这三种泄漏通道，只要压紧填料，都可堵塞泄漏通道，实现密封。三.填料密封的性能调节

填料密封的密封性能，可以通过压紧和放松填料压盖的方法来进行调节。压紧程度要适当，压得太紧，填料与轴的摩擦增大，寿命降低，严重时将填料与轴烧毁；压得过松，密封性能差，泄漏量增加，外界空气进入泵内，离心泵产生“气缚”现象，无法正常工作。填料的松紧程度以10～60滴/min的泄漏量为宜。四.软填料密封的特点

结构简单，成本低。磨损及摩擦功耗较大，泄漏量较大，使用寿命短。需要经常拧紧填料压盖，并且更换填料频繁。五.软填料密封存在的问题（1）受力状态不良填料对轴的径向压紧力分布不均匀，自靠近压盖端到远离压盖端，先急剧递减又趋于平缓，与压盖直接相邻的2～3圈，其压紧力约为平均压紧力的2～3倍，此处磨损特别严重，以至出现凹槽，此时压紧比压急剧上升，磨损进一步加剧，以至密封失效，如图2-64所示图2-64软填料密封压力分布（2）散热、冷却能力不够软填料密封结构中，滑动接触面较大，摩擦产生的热量较大。散热时，热量需通过较厚的填料，而且多数软填料的导热性能都较差，摩擦热不易传出，致使摩擦面温度升高，摩擦面间的油膜蒸发，形成干摩擦，造成磨损加剧，密封寿命明显降低。

（3）自动补偿能力较差软填料磨损后，填料与轴、填料箱内壁之间的间隙加大，泄漏量增大，需频繁拧紧压盖螺栓来补偿软填料的磨损。填料密封的泄漏量大，使用寿命短，需要经常更换，影响泵的正常工作，所以近年来，在石油化工、炼油厂中广泛使用密封效果好、使用寿命长的机械密封。目录设置密封装置的必要性1机械密封的结构和功能2离心泵密封装置——机械密封离心泵密封装置

为了保证泵的正常工作，防止液体外漏、内漏、外界空气吸入泵内，必须在叶轮与泵壳之间、轴与壳体之间装有密封装置。常用的密封装置有：密封环（防止内漏）、填料密封和机械密封（防止外漏）。如果轴封装置在吸入口一侧，密封装置可阻止外界空气吸入泵内；如果轴封装置在排出口一侧，密封装置即可阻止液体向外泄漏。机械密封的结构及功能一.机械密封组成旋转部件：紧定螺钉、弹簧座、弹簧、动环辅助密封圈、动环等组成。静止部件：静环、静环辅助密封圈和防转销等组成。图2-64机械密封的结构及工作原理二.机械密封的泄漏点泄漏点1：动环在弹簧力和介质压力的作用下与静环端面紧密贴合，并发生相对滑动，阻止了介质沿端面间的径向向心方向的泄漏。该密封是机械密封的主密封，但两环的接触面上总会有少量的液体泄漏，可以形成液膜，一方面阻止泄漏，另一方面又可以起到润滑的作用。泄漏点2：是动环辅助密封圈与旋转轴之间的泄漏，动环辅助密封圈阻止了介质可能沿动环与