离心泵的基本理论

2020/6/26制作人：孟祥峰离心泵的基本理论知识我厂主要离心泵的性能参数和结构形式2020/6/26一、离心泵的工作原理离心泵的叶轮旋转时带动流体一起旋转，流体产生离心力并获得能量。以图为例说明并引出离心泵的工作原理。叶轮旋转时，流体必然受到离心力的作用，从而使流体的压力能提高，这是流体从叶轮中心被甩向叶轮外缘，于是叶轮中心处形成真空，外界流体在大气压力作用下，源源不断地被吸入，而从叶轮获得能量的流体则流入蜗壳内，并将部分动能转变为压力能，然后沿压出管路排出。2020/6/26离心泵的主要性能参数效率功率转数扬程流量离心泵的性能参数2020/6/26二、离心泵的主要性能参数流量是指泵在单位时间内排出液体的数量。扬程是指单位质量液体通过泵后机械能的增加，即泵的吸入及压出的液体单位能量之差称为泵的扬程。转速是指泵轴每分钟的转数。泵的功率是指泵的轴功率，即原动机传给泵轴上的功率，（有效功率是泵输送流体实际所消耗的功率）。效率是指泵的有效功率与轴功率之比值的百分数。2020/6/26三、离心泵的分类1、单级单吸式离心泵泵的转轴上只有一个叶轮，并且叶轮的吸入口在一侧，这种类型的泵，外壳通常为螺旋形的壳体。由于该泵只有一级叶轮，故扬程低。2、单级双吸式离心泵这种类型的泵，叶轮双侧都有吸入口。采用双吸式叶轮的目的是：一方面可以防止泵的转子产生轴向推力；另一方面，由于液体从叶轮两侧同时进入叶轮，所以叶轮的单侧入口的流量可减少一半，叶轮入口的流速大为降低，避免泵发生汽蚀。3、多级单吸式离心泵（分段式多级离心泵）在叶轮的转轴上装有两个或两个以上的叶轮每个叶轮吸入口均在叶轮的一侧，液体依次通过每个叶轮，泵的出扬程为各级之和。多级泵多用于扬程高的场合。以上是按照离心泵主要整体结构特点进行分类。还可根据泵所产生的扬程高低将泵分成低扬程（H200m）、中扬程（H＝200-600m）和高扬程（H600m）的泵。也可根据主轴的位置将其分成卧式泵和立式泵。2020/6/262020/6/26离心泵的构造转子部分静体部分密封装置叶轮轴及轴套吸入室导叶压出室轴封密封环轴承部件平衡装置2020/6/26四、离心泵的主要部件（一）转子部分1.叶轮1)作用是将原动机的机械能传递给液体，使液体的压力能及速度能均有所提高。叶轮的材料应具有①高强度；②抗腐蚀、耐冲刷的性能。2)组成—前盖板、叶片、后盖板和轮毂。①封闭式叶轮—效率高，要求输送的介质清洁；②半开式叶轮—适宜输送含有杂质的液体；③敞开式叶轮—适宜输送液体中含有杂质的颗粒大些、多些，但效率较低。2020/6/26离心泵的主要部件2.轴及轴套（1）轴是传递扭矩的部件。它的直径是根据传递功率的大小按材料的许用应力计算确定的。轴的材料一般是采用优质炭素钢，对于大功率高压泵则采用40铬钢或特种合金钢。（2）在离心泵的主轴上常装有轴套。轴套的作用是对叶轮起轴向定位和保护主轴不直接受到腐蚀与磨损。轴套的材质一般为铸铁。但是根据液体的性质和温度的不同可以使用硅铸铁、青铜、不锈钢等材料。对于个别情况，如采用浮动环密封装置的，轴套表面还需镀铬。2020/6/26离心泵的主要部件(二）静体部分1.吸入室有三种结构：(1)锥形吸入室—流动阻力损失小，液体在锥形吸入室内加速，速度分布较均匀，结构简单，适宜单级悬臂式泵；(2)圆环形吸入室—轴向尺寸缩小，宽度增大，面积缩小，液流加速，流速分布不均，流动阻力损失较大，广泛用在多级泵上。(3)半螺旋形吸入室—保证液流有均匀的速度场，但进入叶轮前以有预旋，扬程下降。2020/6/26离心泵的主要部件2.压出室压出室将流来的高速液体汇集起来，引向次级叶轮的进口或引向压出口，同时将液体中的部分动能转变成压力能，由于流速大，所以阻力损失大。(1)螺旋形压出室—一般用在单级泵、单级双吸泵及多级水平中开式泵。主要特点：1)泵的高效率区域较宽，流道截面积逐渐增大，流量也逐渐增大，各截面平均流速均匀，减小扩散中的冲击损失。2)在非设计工况下，会产生径向力，甚至造成剧烈振动和密封环的严重损坏。(2)环形压出室—流道截面积处处相等，所以流速就不相等。不论在设计还是非设计工况下总有冲击损失，故效率低于螺旋形压出室，主要用于多级泵的排出段，或输送杂质的液体。2020/6/26离心泵的主要部件3.导叶径向式导叶与流道式导叶—多级中分段式泵，导叶的作用是将叶轮出口处的高速液体汇集起来引向下一级叶轮的入口。（1）径向式导叶螺旋线—收集液体；扩散管—速度能转变为压力能；正导叶，起着压出室作用。过渡区—转变液体流向的作用；反导叶—进入次级叶轮的入口。（2）流道式导叶—阻力损失小，目前节段式多级泵，趋向于采用流道式导叶。2020/6/26（1）锥形（2）圆环（３）半螺旋（４）压出（５）导叶2020/6/26离心泵的主要部件（三）轴承轴承是支承离心泵转子的部件，它承受径向和轴向载荷。（1）滚动轴承优点：轴承磨损小，易于保证对中性；互换性好，有利于维修；摩擦系数小，启动力矩小；轴承轴向尺寸小。缺点：承担冲击能力差，高速时易振动产生噪音；安装精度高；在小型离心泵得到广泛应用。（2）滑动轴承优点：工作可靠，运行平稳无噪音；能够承受较大的冲击载荷。缺点：滑动轴承结构复杂，零件较多，体积较大，多用于高转速、大功率离心泵上。2020/6/26离心泵的主要部件（四）密封装置离心泵密封装置有：密封环和轴端密封(1)密封环—①减小叶轮与泵体之间的泄漏损失；②保护叶轮，避免与泵体摩擦；③型式：平环式、角接式、锯齿式、迷宫式。(2)轴端密封—防止泵内液体流出，或防止空气漏入泵内。①填料密封—广泛应用在中低压水泵上，转速较低。由填料压盖压紧，过紧时虽可减少泄漏，但与轴套摩擦迅速增加，烧坏填料、轴套；过松使泄漏增加，效率下降。采用冷却水冷却。结构简单，工作可靠，但寿命短。密封物为高温、高压的液体，采用此方法较困难。机械密封—是动环靠密封腔内液体的压力和弹簧的压力，使其端面贴合在静环的端面上，形成微小的轴向间隙而达到密封。应用在高温、高压、高转速的给水泵上。比前者寿命长，密封性能好，轴或轴套不易受损，摩擦耗功小，对水质的要求高。浮动环密封：密封高温、高压的液体。可提高密封效果，减少泄漏；弹簧力不能太大，与支撑环的接触端面要光洁；运行可靠；但其轴向尺寸长，泄漏不小，在锅炉给水泵、凝结水泵上使用效果好。迷宫密封—应用在现代高速锅炉给水泵上。螺旋密封及副叶轮密封等。2020/6/26(a)平环式(b)角环式(c)锯齿式(d)迷宫式2020/6/26（３）迷宫密封（４）浮动环密封2020/6/26离心泵的主要部件（五）平衡装置1.轴向推力的产生及危害（1）原因1）由于单吸叶轮两侧的盖板不一样大，两盖板处的两个泵腔中液体压力分布情况不一样，液体作用在叶轮两侧的压力也不相等，就造成一个指向叶轮入口的轴向力；2）液体流入叶轮入口及从叶轮出口流出时的速度大小及方向均不相同，因此，在叶轮上作用一个指向叶轮后盖板的反动力；3）对于立式水泵来说，水泵转子的重力也是轴向力的一部分。上述三部力合成轴向力中，液体作在叶轮盖板上的压力所引起的轴向力占绝大部分比重，尤其锅炉给水泵。（2）危害由于轴向推力的作用，会使转子产生轴向位移，叶轮将与静止的泵壳接触而被磨损，轴承也会因轴向推力的作用而发热或损坏。因此，必须消除和平衡轴向推力来限制转子轴向窜动，从而保证离心泵的安全和正常运行。2020/6/26离心泵的主要部件2.轴向推力的平衡1.单级泵轴向推力的平衡（1）平衡孔-在叶轮的后盖板靠近轮毂的地方钻孔，并且在后盖板上也装上密封环。优点是简单、可靠；缺点是增加漏泄损失，降低泵的效率，用于小型泵。剩余轴向力由止推轴承承担。（2）平衡管-平衡管平衡法是利用布置在泵体外的平衡管将叶轮后盖板靠近轮毂处的泵腔与泵的吸入口连接起来。漏泄损失大，多用于小型泵。剩余轴向力由止推轴承承担。（3）双吸式叶轮-双吸式叶轮的结构轴向是对称的，叶轮两侧的盖板的压力互相抵消。剩余轴向力由单列向心球轴承承担。用于大流量的单级泵。（4）背叶片-背叶片是在离心泵叶轮的后盖板上铸的径向肋筋。增加机械功率的消耗，但可减少泵的漏泄损失，还能防止杂质进入填料，延长轴封使用寿命。常用于大流量，低扬程或杂质泵。2020/6/262020/6/26离心泵的主要部件2.多级泵轴向推力的平衡（1）叶轮对称排列-这种方法是将多级泵的叶轮分成两组，这两组叶轮背靠背或面对面地对称装在同一转轴上。缺点是级一级之间的连接流道太长，阻力损失大，制造和检修困难。（2）平衡盘-平衡盘装在最后一级叶轮的后面，与叶轮同轴一起转动。在平衡盘前面的壳体上装有平衡座，它们之间有一轴向间隙。平衡盘后的平衡室与离心泵第一级叶轮吸入室用平衡管相连。平衡盘在运行中具有自动平衡轴向推力的优点。对于大型高压给水泵在启停时，由于平衡力滞后于轴向推力的变化，使平衡盘与平衡座发生磨擦或咬死现象。因此，对这类泵除采用耐磨材料外，还装有油膜式双向推力辆承，以防平衡力不足时擦伤平衡盘。（3）平衡鼓-平衡鼓是一个鼓形轮盘，装在多级泵最后一级叶轮的后面，并与叶轮一转动。平衡室与第一级叶轮入相连。平衡鼓的最大优点是避免了与动静部分相互摩擦。不能完全平衡轴向推力，必须装有足够容量的止推轴承，因此一般采用平衡盘与平衡鼓的联合装置。2020/6/262020/6/26五、我厂给水泵及辅助设备特性给水泵的任务是保证锅炉安全用水。其运行状态的好坏直接影响到发电厂的安全、经济运行。所以保证给水泵安全、经济运行，是发电厂运行工作的主要任务之一。2020/6/26技术规范1）给水泵型号DG270-140数量3台额定流量270m3/h（289m3/h）扬程1490m（1526m）进口温度158℃密度909.2kg/m3效率≥80%轴功率1365KW转速2985r/min生产厂家上海电力修造总厂有限公司2020/6/262020/6/262）电动机型号YKOS1600-2/990数量3台功率1600KW电压6000V电流182A功率因数0.88转速2985r/min生产厂家湘潭电机厂3）润滑油冷油器型号GLL3-7/0.63L冷却面积7m2冷却水量15m3/h冷却水温≤38℃冷却水压0.4～0.6MPa油阻0.04MPa水阻0.013MPa4）稀油站型号XYZ-40G供油量40L/min工作压力0.4MPa油箱容积1m3电动机型号Y100L-4电动机功率2.2KW电动机电压380V接法Y电加热器功率12KW电加热器电压Y/380V2020/6/26给水泵设备特性1.给水泵为卧式离心式多级泵，泵壳体包括进水段、出水段采用铸钢，中段采用不锈钢。给水泵转子共有10级叶轮，叶轮为不锈钢精铸。叶轮与轴为过盈配合，第二级至第十级叶轮内孔依次递减0.15mm。主轴材料为2Cr13电渣重熔钢，轴承挡表面镀铬。2.平衡装置为整体式平衡鼓和平衡盘结构，材料为2Cr13表面堆焊507钼。3.轴段密封采用螺旋密封结构。在轴套外围加工有双头螺旋槽，传动端轴套为左旋螺旋槽，自动端轴套为右旋螺旋槽。4.给水泵密封水系统水源采用除盐水，经管道泵升压后通过差压控制器来调节，使密封水注水压力高于给水泵入口压力0.10MPa左右。5.给水泵稀油站由油箱、油泵装置、过滤器、列管式冷油器以及管道、阀门等组成。2020/6/262020/6/26六、我厂中继水泵的设备特性中继水泵技术规范型号200AYⅡ150B（4#：200ZAYⅡ150B）流量243m3/h扬程1.245MPa（127m）允许汽蚀余量3.8m轴功率115.1kw转速2950r/min效率73%重量620kg（4#：1190kg）出厂编号200240200241200239（4#：060107）出厂日期2