离心泵的基本构造及工作原理

LIUTILIXUEBENGYUFENGJI高等职业技术教育建筑设备类类专业规划教材1主编白桦鲍东杰副主编赵云鹏王京主审刘家春流体力学泵与风机LIUTILIXUEBENGYUFENGJI高等职业技术教育建筑设备类类专业规划教材2第二部分泵与风机流体力学泵与风机3泵与风机是利用原动机的机械能输送流体，并提高流体动能和势能的能量转换装置，因而又统称为流体机械。输送液体的流体机械称为泵；输送气体的流体机械称为风机。根据泵与风机的工作原理，通常可将其分为：叶片式、容积式和其它类型等。叶片式泵与风机主要是通过高速旋转的叶轮对流体做功，使流体获得能量。根据流体的流动情况，可分为离心式、轴流式、混流式及贯流式几种。叶片式泵与风机具有效率高、启动方便、工作稳定、性能可靠及容易调节等优点，用途最为广泛。第二部分泵与风机4容积式泵与风机主要是通过运转时机械内部工作容积的改变对流体做功，使流体获得能量。根据工作容积结构的不同，又可分为往复式和回转式两种。属于往复式的如活塞式往复泵、蒸汽活塞泵等；属于回转式的如齿轮泵、转子泵、罗茨鼓风机等。除上述两种类型水泵以外还有利用高速流体工作的射流泵和气升泵，利用螺旋推进原理工作的螺旋泵及利用有压管道水击原理工作的水锤泵等其它类型泵。第二部分泵与风机51离心式泵与风机的分类（1）离心式泵的种类离心式泵的构造形式甚多，按泵轴的位置不同可分为卧式泵和立式泵两大类；按照叶轮的数量不同，又可分为单级泵和多级分段式泵两大类；按照叶轮的进水情况不同，还可分为单吸泵(单面进水)和双吸泵(双面进水)两类。常用离心式泵的种类归纳见表1。第二部分泵与风机6表1离心式泵的种类第二部分泵与风机7（2）离心式风机的种类离心式风机按其产生的压力不同，可分为三类：①低压离心式风机低压离心式风机如图1所示，风压小于981Pa(100mmH20)。一般用于送风系统或空气调节系统。②中压离心式风机中压离心式风机如图2所示，风压在981～2943Pa(即100～300mmH20)范围内。一般用于除尘系统或管网较长，阻力较大的通风系统。第二部分泵与风机8③高压离心式风机高压离心式风机如图3所示，风压大于2943Pa(即300mmH20)。一般用于锻冶设备的强制通风及某些气力输送系统。图1低压离心式风机图2中压离心式风机图3高压离心式风机第二部分泵与风机9离心式风机输送气体时，其增压范围一般在9．807kPa(即1000mmH2O)以下。离心式风机按其输送气体的性质不同，还可以分为：一般通风机、排尘通风机、锅炉引风机、耐腐蚀通风机、防爆通风机及各种专用风机。按风机材质不同又可分为：普通钢、不锈钢、塑料以及玻璃钢离心式通风机。在实际应用中，为方便起见，往往使用汉语拼音字头缩写来表示通风机的用途，如表2所示。第二部分泵与风机10表2通风机用途汉语拼音代号第二部份泵与风机11当前泵与风机的发展趋势和特点有以下几个方面：(1)大型化、大容量化。(2)高速化、高扬程化。(3)系列化、标准化、通用化。(4)自动与节能。第二部分泵与风机LIUTILIXUEBENGYUFENGJI高等职业技术教育建筑设备类类专业规划教材12第二部分泵与风机9泵与风机的构造及工作原理流体力学泵与风机13【知识点】离心泵与风机的基本构造和原理；轴流泵与风机的基本构造和原理。【能力目标】重点掌握：离心泵与风机的工作原理。熟悉：离心泵与风机的基本构造，会分析不同叶型叶轮对泵或风机工作的影响。理解：轴流泵与风机的工作原理。了解：轴流泵与风机的基本构造。9泵与风机的构造及工作原理149.1离心泵的基本构造及工作原理19.2离心风机的基本构造及工作原理29.3轴流泵与风机的基本构造及工作原理39泵与风机的构造及工作原理15※9.1离心泵的基本构造及工作原理※图9.1所示为单级单吸卧式离心泵的构造剖面图，图9.2所示为单级双吸卧式离心泵的构造剖面图。可见离心泵的主要零件由转动、固定及交接三大部件组成，其中转动部件有：叶轮和泵轴；固定部件有：泵壳和泵座；交接部件有：轴承、轴封、联轴器、减漏环及轴向力平衡装置等。9.1.1离心泵的主要零件9.1离心泵的基本构造及工作原理16图9.1单级单吸卧式离心泵剖面图1—泵体；2—泵盖；3—叶轮；4—轴；5—减漏环；6—轴套；7—填料压盖；8—填料环；9—填料；10—悬架轴承部件9.1离心泵的基本构造及工作原理17图9.2单级双吸卧式离心泵剖面图1—泵体；2—泵盖；3—泵轴；4—叶轮；5—叶轮上减漏环；6—泵壳上减漏环；7—水封管；8—充水孔；9—油孔；10—双列滚珠轴承；11—键；12—填料套；13—填料环；14—填料；15—压盖；16—联轴器；17—油杯指示管；18—压水管法兰；19—泵座；20—吸水管；21—泄水孔；22—放油孔9.1离心泵的基本构造及工作原理189.1.1.1叶轮叶轮是离心泵的最主要零件之一，它由盖板、叶片和轮毂等部件组成。选择叶轮材料时不仅要考虑它的机械强度，还要考虑它的耐磨性和耐腐蚀性能，多数叶轮采用铸铁、铸钢或青铜制成，也有采用不锈钢、塑料和陶瓷的。叶轮一般可分为单吸式叶轮和双吸式叶轮两种。单吸式叶轮是单侧吸水，叶轮的前盖板与后盖板呈不对称状，如图9.3所示，泵内产生的轴向力方向指向进水侧，单级单吸离心泵才采用这种叶轮型式。双吸式叶轮是两侧进水，叶轮盖板呈对称状，如图9.4所示，相当于两个背靠背的单吸式叶轮装在同一根转轴上并联工作。由于双侧进水，轴向推力基本上可以相互抵消，双吸离心泵采用双吸式叶轮。9.1离心泵的基本构造及工作原理19图9.3单吸式叶轮结构简图1—前盖板；2—后盖板；3—叶片；4—流道5—吸水口；6—轮毂；7—泵轴图9.4双吸式叶轮简图1—吸入口；2—轮盖；3—叶片；4—轮毂；5—轴孔9.1离心泵的基本构造及工作原理20叶轮按盖板情况可分为封闭式叶轮、敞开式叶轮和半开式叶轮三种形式。两侧都有盖板的叶轮，称为封闭式叶轮，如图9.5（a）所示，这种叶轮应用最广，抽送清水的离心泵，多采用装有6～12个叶片的封闭式叶轮，它具有较高的扬程和效率。只有叶片没有盖板的叶轮称为敞开式叶轮，如图9.5（b）所示。只有后盖板没有前盖板的叶轮，称为半开式叶轮，如图9.5（c）所示。在抽送含有悬浮物的污水时，为了避免堵塞，离心泵常采用敞开式或半开式叶轮，这种叶轮叶片少，一般仅为2～5片，但水泵效率较低。图9.5叶轮形式(a)半开式叶轮；(b)开式叶轮；(c)闭式叶轮9.1离心泵的基本构造及工作原理219.1.1.2泵壳泵壳的主要作用是以最小的损失汇集由叶轮流出的液体，使其部分动能转变为压能，并均匀地将液体导向水泵出口。如图9.6所示，有些泵壳内还设有固定导叶，泵壳过水部分要求有良好的水力条件。其材质多采用铸铁材料，除了考虑腐蚀和磨损以外，还应考虑泵壳作为耐压容器应有足够的机械强度。泵壳顶部通常设有灌水漏斗和排气栓，以便启动前灌水和排气。底部有放水方头螺栓，以便停用或检修时泄水。图9.6蜗壳形泵壳9.1离心泵的基本构造及工作原理229.1.1.3泵轴、轴承及轴套泵轴是用来带动叶轮旋转的，它将电动机的能量传递给叶轮。泵轴应有足够的抗扭强度和刚度，常用碳素钢或不锈钢材料制成。为了防止轴的磨损和腐蚀，在轴上装有轴套，轴套磨损锈蚀后可以更换。泵轴与叶轮用键连接。轴承用来支承泵轴，以便于泵轴旋转，常用的轴承有滚动轴承和滑动轴承两类，轴承装在轴承座内作为转动体的支撑件。依荷载大小滚动轴承可分为滚珠轴承和滚柱轴承，其结构基本相同，一般荷载大的采用后者。依荷载特性滚动轴承又分为只承受径向荷载的径向式轴承，只承受轴向荷载的止推轴承，以及同时支承径向和轴向荷载的径向止推轴承，如图9.7所示。9.1离心泵的基本构造及工作原理23大、中型水泵(一般泵轴直径大于75mm)常采用青铜或铸铁制造分成两半的金属滑动轴瓦，巴氏合金衬里，用油进行润滑和冷却的滑动轴承。也有石墨等材料制成的滑动轴承，可用水润滑和冷却。轴承座构造如图9.8所示。轴承座的润滑和冷却需设置润滑油系统和润滑油冷却系统。也有采用冷却水套，但一般在轴承发热量较大，单用空气冷却不足以将热量散发时才用。这时冷却水套上另外接冷却水管。油杯孔是用于加润滑油的，油杯内设油位标尺，可测定油量并判断油量的适宜程度。轴承的安装要注意到轴承与轴是否紧密配合。装配前应先将轴承放在机油中加热到120℃左右，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。9.1离心泵的基本构造及工作原理24图9.7止推轴承(a)单排滚珠止推轴承；(b)双排滚珠止推轴承图9.8轴承座构造图1—双列滚珠轴承；2—泵轴；3—阻漏油橡皮；4—油杯孔；5—封板；6—冷却水套9.1离心泵的基本构造及工作原理259.1.1.4轴封装置泵轴伸出泵体外，在旋转的泵轴和固定的泵体之间存在间隙。为保证水泵的正常工作或提高水泵的效率，必须在此处设置轴封装置。轴封的作用是密闭泵轴与泵壳之间的空隙，以防止泵内高压水流出泵外和防止空气进入泵内。轴封装置的型式有多种，如机械式迷宫型、填料压盖型，水泵行业常采用填料压盖型的填料盒。填料盒由五个零件组成，即由轴封套，填料、水封环、水封管、压盖(包括调整螺母)组成，装配示意如图9.9所示。填料俗称盘根，它是阻水或阻气的主要零件。常用材料为浸油或浸石墨的矩形断面石棉绳。9.1离心泵的基本构造及工作原理26为了提高密封效果，填料一般做成矩形断面。水封环为一金属圆环，外形如图9.9所示。水封水通过水封管进入水封环，经小孔沿轴表面均匀布水。这是一股压力水，其作用为：（1）填料的辅助密封介质；（2）对填料盒和轴进行冷却；（3）对填料盒与泵轴组成的运动部件进行润滑。填料的压紧程度是通过作用于压盖上的调节螺母实现的。压盖压得太松，达不到密封效果；压得太紧，泵轴与填料的机械磨损、机械损失也增大。压得过紧，可能造成“抱轴”现象，产生严重的发热与磨损。松紧程度以每分钟30～60滴水流出为宜。泵运行时，要注意检查轴封装置的滴水情况并进行调整，当填料失效后应进行更换。9.1离心泵的基本构造及工作原理27图9.9填料盒组装示意图1—压盖；2—填料；3—水封环；4—水封管；5—轴封套；6—衬套；7—泵壳9.1离心泵的基本构造及工作原理289.1.1.5泵座泵座上有收集轴封滴水的水槽，轴向的水槽槽底设有泄水螺孔，以便随时排出由填料盒内渗出的水。图9.10挠性联轴器1—泵侧联轴器；2—电机侧联轴器；3—柱销；4—弹性圈；5—挡圈9.1离心泵的基本构造及工作原理299.1.1.6联轴器联轴器是用来联接水泵轴和电机轴的部件，又称靠背轮，有刚性和挠性两种。刚性联轴器实际上就是两个圆法兰盘用螺栓连接，它对泵轴与电机轴的不同心无调节余地，当泵轴与电机轴偏心时，可能会加剧机组的振动；挠性联轴器是用带有橡胶圈的钢柱销联接，如图9.10所示。它能在一定范围内调节水泵轴与电机轴的不同心度，从而减小转动时因机轴少量偏心而引起的轴周期性弯曲应力和振动。运行中要检查挠性联轴器橡胶圈的完好情况，以免发生由于弹性橡胶圈磨损后未能及时换上，致使钢柱销与圆盘孔直接发生摩擦，把孔磨成椭圆或失圆现象。挠性联轴器常用于中、小型水泵中。9.1离心泵的基本构造及工作原理309.1.1.7减漏装置叶轮进口外缘与泵壳内壁的接缝处存在一个转动接缝，如图9.11，这个缝隙是高低压流体的交界面，而且是具有相对运动的部位，很容易发生泄漏，降低水泵的工作效率，为了减小回流量，一般要求环形进口与泵壳之间的缝隙控制在1.5～2.0mm为宜。由于加工安装以及轴向力等因素的影响，在接缝间隙处很容易发生叶轮和泵壳之间的磨擦现象，从而引起叶轮和泵盖的损坏，因此，通常在间隙处的泵壳内安装一道金属环，或在叶轮和泵壳内各安装一道金属环，这种环具有减少漏损和防止磨损的作用，称为减漏环或承磨环。这种环磨损到漏损量太大时，必须更换，减漏环一般用铸铁或青铜制成。9.1离心泵的基本构造及工作原理31图9.11减漏装置图9.12叶轮轴向受力图9.1离心泵的基本构造及工作原理329.1.1.8轴向力平衡措施单吸离心泵或某些多级泵的叶