离心泵的结构与工作原理

第2章离心泵的结构与工作原理离心泵的结构与工作原理•离心式水泵是制冷空调工程中用得最多的一种，其特点是依靠叶轮的高速旋转来使流体获得较大的动能，并依靠流道出口的蜗壳断面变化使流体的动能转化为压力能，水流在叶轮中的流动主要是受到离心力的作用。DL型立式多级离心泵GDL型立式多级管道泵几种典型离心泵几种典型离心泵单级单吸全不锈钢耐腐蚀离心泵IS、ISR、ISY型离心泵IS单级离心泵ISG型系列管道泵IS单级离心泵几种典型离心泵S型单级双吸中开泵TSWA型卧式多级离心泵几种典型离心泵2.1离心泵的基本构造与工作原理•图２-１是离心泵工作状态示意图。•离心泵主要包括泵体（蜗壳，泵轴，叶轮等）、吸水管路、压水管路及其附件等。•使用时，泵的吸水口与吸水管相连接，出水口与压水管相连接，共同组成吸水——增压——排水通道。2.1.1离心泵的基本构造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离心泵的基本构造•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：①叶轮②泵轴③泵壳④泵座⑤填料盒（轴封装置）⑥减漏环⑦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结构剖切图2.1.1离心泵的基本构造•1．叶轮叶轮是离心泵的主要零部件，是对液体做功的主要元件。叶轮一般由两个圆形盖板以及盖板之间若干片弯曲的叶片和轮毂所组成，如图2-3所示。叶轮按吸入口数量可分为单吸式与双吸式两种，双吸式叶轮如图2-4所示。叶轮按其盖板情况可分为封闭式、开式和半开式叶轮三种形式，如图2-5所示。1—前盖板2—后盖板3—叶片4—叶槽1—吸入口2—轮盖3—叶片5—吸水口6—轮毂7—泵轴4—轮毂5—轴孔图2-3单吸式叶轮示意图图2-4双吸式叶轮示意图a）为封闭式叶轮b）为敞开式叶轮c）为半开式叶轮叶轮的作用是什么？图2-5开式、半开式、封闭式叶轮示意图做功开式、半开式、封闭式叶轮原型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离心泵的基本构造•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离心泵的基本构造•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，并使液体的部分动能转换为压力能，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离心泵的基本构造•4．泵座（见图2-2中５）其作用是固定水泵。泵座上有与底板或基础固定用的法兰孔，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离心泵的基本构造•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离心泵的基本构造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，则达不到密封效果；压得太紧，则泵轴与填料的机械磨损大，消耗功率大，如果压得过紧，则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离心泵的基本构造•6．减漏环位置：叶轮吸入口的外圆与泵壳内壁的接缝处。它是高低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离心泵的基本构造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，只须更换减漏环而避免使叶轮和泵壳报废。因此，减漏环又称承磨环，是一个易损件。减漏环图2-7减漏环减漏环类型示意图图2-8减漏环类型示意图ａ）单环型ｂ）双环型ｃ）双环迷宫型１—泵壳２—镶在泵壳上的减漏环３—叶轮４－镶在叶轮上的减漏环2.1.1离心泵的基本构造•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部分。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、单用空气冷却不足以将热量散发时，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离心泵的基本构造•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）水的部分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？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，则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•2.2.1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：dssdssSTSThhhHHHhHH图2-12离心泵装置离心泵的有效功率有效功率用Ne表示QpQHNe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。NNe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，还可以避免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）离心泵的基本构造与工作原理。离心泵的基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！