离心泵的结构与工作原理

离心泵的结构与工作原理离心泵将原动机的能和外部的能传递给液体，使液体增加能量。泵是一种水力机械，它从原动机得到能量，一局部能量用于克服本身转动所产生的阻力，大局部能量传给了液体，使液体具有一定的压力能和速度能。二、泵的分类

泵的种类很多，按其工作原理和结构特点，主要可分为两大类：叶片式泵-离心泵，靠叶轮旋转把机械能传给液体，使液体比能增加；容积式泵-依靠泵体容积的变化，由往复运动或旋转运动的活塞或转子挤压液体，使液体比能增加。常用的有：往复泵、齿轮泵、螺杆泵等。泵是油气集输生产的心脏设备。4.1.2泵的分类叶片式泵(透平式泵)：离心泵轴流泵混流泵旋涡泵容积式泵往复泵：活塞泵柱塞泵隔膜泵回转泵：齿轮泵螺杆泵滑片泵其他类型泵：喷射泵水锤泵真空泵另外，按压力分为低压泵〔低于2MPa〕中压泵〔2-6MPa〕高压泵〔高于6MPa〕4.2离心泵的典型结构与工作原理4.2.1离心泵的典型结构4.2.2离心泵的分类4.2.3离心泵的命名方式4.2.1离心泵的典型结构4.2.3离心泵的命名方式一、离心泵型号的表示方法〔一〕用比转数表示例如：“8BA-6×4〞“8〞——吸入直径为8英寸；“BA〞——单级单吸悬臂式离心泵；“6〞——缩小10倍后的比转数；“4〞——叶轮级数为4级。〔二〕用扬程表示例如：“DG85-45×4〞“DG〞——多级锅炉给水泵；“85〞——泵的排量；“45〞——单级扬程；“4〞——叶轮级数。〔三〕用流量和扬程表示例如：“D300-150×10〞“D〞——单吸多段式离心泵；“300〞——泵排量300m3/h；“150〞——单级扬程；“10〞——叶轮级数。字母：在产品全名称中选出具有代表意义的字母，取这个字母的第一个拼音字母代表泵型号。数字：表示泵的性能参数。扬程后边加字母表示切割次数。如：B、BA单级悬臂式离心泵；D、DA多级分段式离心泵；S、Sh单级、双吸、卧式离心泵；Y单级离心油泵；Ys双吸离心油泵；YD多级分段式离心泵；G锅炉给水泵；Is国际标准：单级单吸清水离心泵。4.3.2离心泵的工作过程2.1.1离心泵的根本构造1—底阀2—压水室3—叶轮4—蜗壳5—闸阀6—接头7—压水管8—止回阀9—压力表

图2-1离心泵工作状态示意图2.1.1离心泵的根本构造图2-2是常用的单级单吸卧式离心泵的结构示意图。主要部件包括：叶轮泵轴泵壳泵座填料盒〔轴封装置〕减漏环轴承座等1—叶轮2—泵轴3—键4—泵壳5—泵座6—灌水孔7—放水孔8—真空表接孔9—压力表接孔10—泄水孔11—填料盒12—减漏环13—轴承座14—填料压盖调节螺栓15—传动轮图2-2单级单吸卧式离心泵结构示意图离心泵实体剖面图轴联轴节轴承箱键出口叶轮入口蜗壳轴承机械密封离心泵的工作原理

工作时泵叶轮中的液体跟着叶轮旋转产生离心力，在离心力作用下，液体自叶轮飞出。液体经过泵的压液室、扩压管，从泵的排液口流到泵外管路中。与此同时，由于轮内液体被抛出，在叶轮中间的吸液口处造成了低压，因而泵进口的液体在压力作用下，进入叶轮。这样叶轮在旋转过程中，一面不断的吸入液体，一面不断地赋予吸入的液体一定的能量，将它抛到压液室，并经扩压管而流出泵外。叶轮：它的作用是带动液体旋转，将原动机的机械能传递给液体，使液体的能量提高。按照其结构可分为闭式、半开式及开式叶轮三种。闭式叶轮一般有6-8片叶片开式和半开式叶轮一般2-4片叶片叶轮是使液体产生速度能的零件，由叶片、盖板和轮毂组成，叶轮有闭式、开式和半开式，有盖板为闭式，没有盖板即为开式。悬臂泵一般为单吸叶轮，只能单侧进液，如果把两只单吸叶轮背靠背叠在一起，就成为双吸叶轮，可以双侧进液。开式叶轮半开式叶轮闭式叶轮双吸叶轮单吸叶轮按吸液方式的不同，叶轮还可分为单吸和双吸两种。

离心泵各部件的作用1．泵轴的作用是什么？2．泵壳的作用是什么？3．泵座的作用是什么？4．填料盒的种类和组成有哪些？5．填料盒的作用是什么？装哪？6．减漏环的作用是什么？装哪？2.1.1离心泵的根本构造2．泵轴〔见图2-2中2〕泵轴的作用是用来传递扭矩，使叶轮旋转。泵轴的常用材料是碳素钢和不锈钢。叶轮和轴靠键相连接，由于这种连接方式只能传递扭矩而不能固定叶轮的轴向位置，故在水泵中还要用轴套和锁紧螺母来固定叶轮的轴向位置。叶轮采用锁紧螺母与轴套轴向定位后，为防止锁紧螺母退扣，要防止水泵反转，尤其是对初装水泵或解体检修后的水泵要按规定进行转向检查，确保与规定转向一致。2.1.1离心泵的根本构造3．泵壳〔见图2-2中４〕泵壳通常铸成蜗壳形，是主要固定部件。它收集来自叶轮的液体，并使液体的局部动能转换为压力能，最后将液体均匀地导向排出口。泵壳顶上设有充水和放气的螺孔，以便在水泵起动前用来充水及排走泵壳内的空气。在泵壳的底部设有放水螺孔，以便在水泵停车检修时放空积水。2.1.1离心泵的根本构造4．泵座〔见图2-2中５〕其作用是固定水泵。泵座上有与底板或根底固定用的法兰孔，在泵座的横向槽底开有泄水螺孔，以随时排走由填料盒内流出的渗漏水。泵壳和泵座上的这些螺孔，如果在水泵运行中暂时无用，可以用带螺纹的丝堵〔闷头〕拴紧。2.1.1离心泵的根本构造5．填料盒〔见图2-2中11〕泵轴穿出泵壳时，在轴与壳之间存在间隙。在单吸式离心泵中，该部位如不用轴封装置，泵壳内高压水就会向外大量泄漏。填料盒就是常用的一种轴封装置。图２-６是较常见的压盖填料盒，是由轴封套、填料、水封管、水封环和填料压盖５个部件组成。轴承密封——填料盒填料式轴封压盖填料盒示意图

图2-6压盖填料盒示意图填料盒1—轴封套2—填料3—水封管4—水封环5—压盖水封环其中1为环圈空间，2为水孔2.1.1离心泵的根本构造填料又称“盘根〞，在轴封装置中起阻水隔气的密封作用。常用的填料是浸油、浸石墨的石棉绳填料。填料压盖的作用是压紧填料，它对填料的压紧程度可通过拧松或拧紧压盖上的螺栓来进行调节。使用时，压盖的松紧要适宜，压得太松，那么达不到密封效果；压得太紧，那么泵轴与填料的机械磨损大，消耗功率大，如果压得过紧，那么有可能造成抱轴现象，产生严重的发热和磨损。一般地，压盖的松紧以水能通过填料缝隙呈滴状渗出为宜〔约每分钟泄漏６０滴〕。水封管与水封环的作用是将泵内的压力水引入填料与泵轴间的缝隙，起到引水冷却与润滑的作用(有的水泵利用在泵壳上制做的沟槽来取代水封管，结构更为紧凑)。2.1.1离心泵的根本构造6．减漏环位置：叶轮吸入口的外圆与泵壳内壁的接缝处。它是上下压交界面且具有相对运动的部位，很容易发生泄漏，如图2-2中12所示。为了减少泵壳内高压水向吸水口的回流量，一般在水泵的构造上采用两种减漏方式：1〕减小接缝间隙〔不超过0.1~0.5mm〕。2〕增加泄漏通道中的阻力。2.1.1离心泵的根本构造应用中，该间隙处容易发生叶轮与泵壳间的磨损现象，影响叶轮和泵壳的使用寿命。减漏环的外形与安装示意图如图2-7所示。图2-8为3种不同形式的减漏环，其中，〔c〕为双环迷宫形的减漏环，其水流回流时的阻力很大，减漏效果好，但构造复杂。减漏环的另一作用是承磨，水泵中有了减漏环，当摩擦是间隙变大后，只须更换减漏环而防止使叶轮和泵壳报废。因此，减漏环又称承磨环，是一个易损件。减漏环

图2-7减漏环2.1.1离心泵的根本构造7．轴承座轴承座是用来支承轴的。轴承装于轴承座内作为转动体的支持局部。轴承座的构造如图2-9所示。图中6为冷却水套，一般在轴承发热量较大、单用空气冷却缺乏以将热量散发时，可采用这种水冷套的形式来冷却，水套上要另接冷却水管。轴承与轴是紧配合，装配前应先将轴承在机油中加热到120℃左右，使轴承受热膨胀后再套在轴上，轴承的拆卸一般要用专用工具。无论是安装还是拆卸轴承，都要注意按规定操作，切忌野蛮作业，以防损坏轴和轴承。轴承座构造

1—双列滚珠轴承2—泵轴3—阻漏油橡皮圈4—油杯孔5—封板6—冷却水套

图2-9轴承座的构造滚动轴承图滚动轴承动画滚动轴承滑动轴承滑动轴承2.1.1离心泵的根本构造

8．轴向力平衡措施单吸式离心泵的叶轮缺乏对称性，导致工作时叶轮两侧的作用压力不相等，如图2-10所示。因此，在水泵叶轮上作用有一个推向吸入口的轴向力ΔP，必须采用专门的轴向力平衡装置来解决。单级单吸式离心泵一般在叶轮的后盖板上钻平衡孔，并在后盖板上加装减漏环，如图2-11所示。此环的直径可与前盖板上的减漏环的直径相等。压力水经此减漏环时压力下降，并经平衡孔流回叶轮中去，使叶轮后盖板上的压力与前盖板相接近，因而就消除了轴向推力。此方法的优点是结构简单，容易实行；缺点是叶轮流道中的水流受到平衡孔回流水的冲击，使水力条件变差，从而使水泵的效率有所降低。

轴向力平衡措施

1—排出压力2—加装的减漏环3—平衡孔

4—泵壳上的减漏环

图2-10轴向推力离心泵润滑要求离心泵润滑的“三滤五定〞是什么意思？三滤：一级过滤：大油桶到小油桶；二级过滤：小油桶到油壶；三级过滤：油壶：油壶到设备润滑点。五定：定时、定点、定质、定量、定人。冷却装置为了改善泵的轴承、填料箱(轴封腔)及机座操作条件，需要对这些部位进行冷却。各种冷却如下表:输送液体温度℃冷却部位冷却水流程＜105轴承、填料压盖轴承—填料压盖105~200轴承、填料压盖、密封冷却水套轴承—填料压盖—污水管轴承—密封冷却水套—循环水管＞200轴承、填料压盖、密封冷却水套、泵支座轴承—填料压盖—污水管轴承—密封冷却水套—泵支座—循环水管汽蚀对泵的危害主要表现在下述几个方面：1.泵的性能突然下降。泵发生汽蚀时，叶轮与液体之间的能量传递受到干扰，流道不但受到气泡的堵塞，而且流动损失增大，严重时，泵中液流中断，泵不能工作。2.泵产生振动和噪音。如果液体汽化时放出的气体有腐蚀作用，还会产生一定的化学性质的破坏。严重时，叶轮的外表〔尤其在叶片入口附近〕呈蜂窝状或海绵状。2.1.2离心泵的工作原理

离心泵在起动之前，应先用水灌满泵壳和吸水管道。3个问题：1〕水是怎样在叶轮里获得速度能〔动能〕的？2〕水的局部速度能是如何转化为出水口的压力能的？3〕水为什么会源源不断地流进叶轮，进而使水泵能连续出水？形成汽蚀的条件泵发生汽蚀是由于液道入口附近某些局部低压区处的压力降低到液体饱和蒸汽压，导致局部液体汽化所致。所以，凡能使局部压力降低到液体汽化压力的因素都可能是诱发汽蚀的原因。产生汽蚀的条件应从吸入装置的特性，泵本身的结构以及所输送的液体性质三方面加以考虑。防止汽蚀的措施结构措施：采用双吸叶轮，以减小经过叶轮的流速，从而减小泵的汽蚀余量；在大型高扬程泵前装设增压前置泵，以提高进液压力；叶轮特殊设计，以改善叶片入口处的液流状况；在离心叶轮前面增设诱导轮，以提高进入叶轮的液流压力。离心式泵工作示意图离心泵的工作过程离心泵的工作过程，实际上是一个能量的传递和转换的过程。它把电动机高速旋转的机械能转化为被抽升水的动能和势能。在这个转化过程中，必然伴随着许多能量损失，从而影响离心泵的效率。这种能量损失越大，离心泵的性能就越差，工作效率就越低。在泵起动时，如果泵内存在空气，那么叶轮旋转后空气产生的离心力也小，使叶轮吸入口中心处只能造成很小的真空，液体不能进到叶轮中心，泵就不能出水。2.2离心泵的性能离心泵的性能参数

流量Q：单位时间内由泵所输送的流体体积，即指的是体积流量，单位为m3/s或m3/h。

扬程H：即压头，指单位重量的流体通过泵之后所获得的有效能量，也就是泵所输送的单位重量流体从泵进口到出口的能量增值。单位为mH2O。

功率N：通常指输入功率，即由原动机传到泵轴上的功率，也称为轴功率，单位为W或kW效率η：有效功率Ne与轴功率N之比。转速n

：泵的叶轮每分钟的转数，单位是r/min。离心泵的扬程

H=Hd+Hv

只要把正在运行中的水泵装置的真空表和压力表读数〔按mH2O计〕相加，就可得出该水泵的工作扬程。水泵扬程也可以用管道中水头损失及扬升液体高度来计算：图2-12离心泵装置离心泵的有效功率有效功率用Ne表示

输入功率是由原动机〔如电机等〕传到泵轴上的功率，也称为轴功率，用符号N表示。泵的输出功率又称为有效功率，表示单位时间内流体从泵中所得到的实际能量，它等于重量流量与扬程的乘积。效率

离心泵的效率用来表示输入的轴功率N被流体利用的程度，即用有效功率Ne与轴功率N之比来表示效率。效率用符号η表示。2.2.2离心泵的特性曲线离心泵的理论特性曲线

图2-16离心泵的理论特性曲线离心泵的实测特性曲线图2-1714SA型离心泵的特性曲线2.3叶轮叶型对离心泵性能的影响

前向叶型的泵所需要的轴功率随流量的增加而增加得很快。因此这类泵在运行中增加流量时，原动机超载的可能性比径向叶型的泵大得多，而后向叶型的叶轮一般不会发生原动机的超载现象。这也是后向式叶型被离心泵广泛采用的原因之一。

2.3叶轮叶型对离心泵性能的影响

具有前向叶型的叶轮所获得的理论扬程最大，其次为径向叶型，而后向叶型的叶轮的理论扬程最小。前向叶型的泵虽然能提供较大的理论扬程，但由于流体在前向叶型的叶轮中流动时流速较大，在扩压器中进行动、静压转换时的损失也较大，因而总效率比较低。所以，离心式泵全部采用后向叶型的叶轮，还可以防止发生电动机的超载现象。图2-20叶轮叶型与出口安装角ａ〕后向叶型ｂ〕径向叶型ｃ〕前向叶型本章要点1〕离心泵的根本构造与工作原理。离心泵的根本构造中主要掌握各主要组成部件及其相互位置、作用，离心泵的工作原理主要是要掌握液体获得能量的过程及能量转换的过程。2〕离心泵的主要性能参数及其含义。3〕离心泵扬程的计算。4〕离心泵理论特性曲线与实际特性曲线的特点。5〕不同形式的叶轮叶型对泵的性能的影响。实训！离心泵的工作原理

工作时泵叶轮中的液体跟着叶轮旋转产生离心力，在离心力作用下，液体自叶轮飞出。液体经过泵的压液室、扩压管，从泵的排液口流到泵外管路中。与此同时，由于轮内液体被抛出，在叶轮中间的吸液口处造成了低压，因而泵进口的液体在压力作用下，进入叶轮。这样叶轮在旋转过程中，一面不断的吸入液体，一面不断地赋予吸入的液体一定的能量，将它抛到压液室，并经扩压管而流出泵外。离心泵工作时，最为担忧的是泵入口有气体。因为气体的密度小，旋转时产生的离心力就很小，叶轮中不能产生必要的真空，也就无法将密度较大的液体吸入泵中。这通常也是我们所说的气缚现象。因此在开泵前必须使泵和吸入系统充满液体，而且在工作中，吸入系统不能漏气，这是离心泵正常工作必须具备的条件。离心泵的运行操作1、离心泵启动运行条件：⑴轴承箱润滑油油品合格油位正常，或润滑脂适宜足够;⑵盘车正常〔机械密封较轻，填料密封较重〕，联轴器有防护罩，固定可靠;⑶电机如检修后应确认转向正确;⑷泵体、电机、管道等外部固定螺栓无松动现象;⑸确认进出口阀门正常完好，关闭或关小出口阀，翻开进口阀，⑹确认泵内必须已充满介质，检查泵体各部没有泄漏;⑺附助设备如冲洗、冷却、加热、润滑、过滤设备投用正常;⑻电气、仪表设备投用正常2、离心泵的调节离心泵的调节是指对出口压力〔流量〕的调节，一般有以下几种方法:⑴运行中利用出口调节阀开度调节⑵变频电机的转速调节⑶检修时利用切割叶轮外径调节(4)旁路调节3、离心泵的停止

离心泵的停泵步骤应和开泵时相反，即先关出口阀，再停泵电源，停辅助设备，关入口阀。离心泵常见故障应紧急停车处理：泵内发出异常声响和振动突然加剧；轴承温度突然上升超过规定标准；

泵流量突然下降：电流超过额定值持续不降。过滤缸一、过滤缸的作用过滤缸〔器〕一般安装在泵的入口或或计量仪表的前段，主要作用是过滤液体中颗粒较大的杂物，以防止堵塞泵的叶轮，使泵不能