第三章 离心泵,第三章 离心泵,【知识目标】了解离心泵的结构种类、工作原理。 【能力目标】能正确选用离心泵，能合理选择离心泵零部件的结构、规格及材质。,第一章 离心泵,第一节 概述 第二节 离心泵的工作原理及分类 第三节 离心泵的主要零部件,第一节 概述,一、泵在化工生产中的作用与地位,泵是用来输送液体并且直接给液体增加能量的一种机器。 由于化工生产中的原料、半成品、成品大多数为液体，所以泵的使用相当广泛，如化工厂用的各种酸泵、碱泵，炼油厂用的各类油泵，氮肥厂用的各种给排水泵，泵 一旦出现故障往往会影响整个系统的工作，可见，泵是保证化工生产正常进行的重要机器之一。,二、泵的分类,泵的品种系列繁多，分类方法也各不相 同，通常按其作用原理分为三大类： 1、叶片式泵利用高速转动的叶轮提高液体能量 2、容积式泵利用容积变化增加液体压力 3、其它类型泵（包括流体动力作用泵和电磁泵 ）,三、离心泵的应用特点,1、流量均匀、运转平稳、振动小、不需要特别减振的基础。 2、转速高，可以与电动机或蒸汽透平直接连接，与同一流量和压力的往复泵相比，结构紧凑，质量小，占地面积小。,三、离心泵的应用特点,3、设备、安装、维护检修费用较低。 4、可利用调节阀方便地调节流量，操作简单，管理方便。 5、流量均匀，运转噪音小。 6、泵的效率高，使用寿命长。,第二节 离心泵工作原理及分类,一、离心泵的工作原理 二、离心泵的分类 三、离心泵的主要性能参数,一、离心泵的工作原理,利用叶片高速旋转产生的离心力使液体周边压力上升，从叶轮四周抛出；叶轮中心部位产生低压，使其与进口端产生压差，液体则不断被吸入。,一、离心泵的工作原理图,二、离心泵的分类,1、按吸入方式分： （1）单吸泵液体从叶轮一侧吸入 （2）双吸泵液体从叶轮两侧吸入 2、按叶轮数目分： （1）单级泵一个叶轮 （2）多级泵多个叶轮,单吸泵特点：叶轮结构简单，制造容易，应用广泛，但需设置平衡装置平衡轴向力。 双吸泵特点：吸液量比单吸泵大，轴向力可以自行平衡，但制造复杂，成本高。,单吸泵 双吸泵,双吸离心泵,单级泵特点：液体在泵内只经受一次加压，故产生的压力不高。 多级泵特点：液体由于受多级叶轮加压，所以排出压力比单级泵高，级数越多压力越高。,单级单吸离心泵,多级离心泵,多级离心泵,三、离心泵的主要性能参数,1、流量 2、扬程 3、转速,4、功率、效率 5、允许吸上真空高度 6、允许汽蚀余量,1、流量,流量单位时间内泵能排出的液体量，有体积流量和质量流量之分。 体积流量用Q表示，单位有米3/秒（m3/s）、 米3/时（m3/h）、升/秒（l/s）。 质量流量用G表示，单位是千克/秒（kg/s）、 千克/小时（kg/h）、吨/小时（t/h）。 质量流量与体积流量的关系为 G=Q 式中 是液体的密度，单位为千克/米3（kg/m3）。,2、扬程,单位质量的液体从泵进口处到泵出口处能量的增值，即单位质量液体通过泵以后获得的有效能量称扬程，用H表示，单位为米。扬程又称压头或有效能头。 3、转速 泵轴单位时间的转数，用n表示，单位是r/min。,4、功率、效率,泵的功率通常指输入功率，即原动机传递到泵轴上的功率，也称轴功率，用N表示，单位是W（N.m/s)或KW。 泵在单位时间内对液体作的功称为有效功率，即输出功率，用Ne表示。 Ne=QHg/1000 ,KW,有效功率与轴功率之比为效率，用表示， =Ne/N 泵的效率反应了泵内的能量损失大小。 由上式可得泵的流量、扬程、效率与轴功率之间的关系： N=QHg/1000，KW,5、允许吸上真空高度,表示泵吸上扬程（水池液面到叶轮吸入口中心的距离）的最大值，用Hs表示，单位为米。允许吸上真空高度越大，表明泵的抗汽蚀性能越好。,7、允许汽蚀余量,指泵入口处液体压力高于被输送液体在当时温度下饱和蒸汽压的富余能量，用符号h表示，单位为米。 允许汽蚀余量是表示泵汽蚀性能的参数。允许汽蚀余量越小，说明泵的汽蚀性能越好。,第三节 离心泵的主要零部件,一、叶轮及叶片 二、蜗壳与导轮 三、密封装置 四、轴向力及其平衡装置,1、叶轮,按结构形式分：闭式、半开式、开式,闭式叶轮两侧分别有轮盖、轮盘，两者之间有数片向后弯曲的叶片，使叶轮内形成密闭的流道。 这种叶轮效率较高，应用最多，它适用于输送澄清液体。,半开式叶轮只有叶片和轮盘，没有轮盖。这种叶轮的效率比开式叶轮高，比闭式叶轮低，适用于输送粘稠及含有固体颗粒的液体。 开式叶轮只有叶片，没有轮盖轮盘。 这种叶轮效率低，适用于输送污水、含泥砂及含纤维的液体。,2、叶片,叶片分前弯式、后弯式、径向式三种:,前弯叶片叶片的弯曲方向与叶轮旋转方向相同，产生的能量头较大，但流动损失大，效率较低。 后弯叶片 叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相反，产生的能量头较低，但流动损失较小，因而效率较高。 径向叶片 叶片的弯曲方向与叶轮的直径方向相同，产生的能量头和效率介于前两者之间。,二、蜗壳与导轮,蜗壳与导轮的作用就是降低泵内液体流速，使一部分动能转变为静压能，所以又称为转能装置。此外，蜗壳还起着把从叶轮出来的液体收集起来送往出水管的作用。,1、蜗壳,蜗壳又称螺旋形泵壳。蜗壳呈螺旋线形，其内流道逐渐扩大，出口为扩散管状。液体从叶轮流出后其流速可以平缓地降低，很大一部分动能转变为静压能。,2、导轮,导轮是一个固定不动的圆盘，正面有包在叶轮外缘的正向导叶，背面有将液体引向下一级叶轮入口的反向导叶。液体从叶轮甩出后，平缓地进入导轮，沿正向导叶继续向外流动，速度逐渐降低，静压能不断提高。液体经导轮背面的反向导叶被引向下一级叶轮。,三、密封装置,1、内泄漏发生在叶轮吸入口的外圆与泵壳内壁的接缝处。内泄漏使泵的容积效率降低，并影响泵的吸入性能。 减小内泄漏通常采用密封环密封。,平环式 直角式 迷宫式,平环式密封结构简单，制造方便，但是密封效果差。 直角式密封其轴向间隙比径向间隙大得多，一般在37毫米之间，由于漏损的液体在转过90之后其速度降低了，因此造成的涡流和冲击损失小，密封效果也较平环式为好。 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。但是结构复杂，制造困难，一般离心泵很少采用。 密封环的磨损会使泵的效率降低，当密封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，常用的材料有铸铁、青铜等。,2、外泄漏发生在泵轴穿出泵壳部位。当泵内为正压时，介质漏出泵外，既降低了泵的容积效率，造成物料的浪费，又易造成事故；当泵内为负压时，空气易漏入泵内造成所谓“气缚”，泵难以形成足够的真空度而影响正常工作。 减小外泄漏常采用填料密封或机械密封。,外泄漏,填料密封,填料密封 1-填料函；2-底衬套；3-填料； 4-水封环；5-填料压盖；6-双头螺栓,填料密封原理,填料密封使用特点,填料密封材料来源广泛，加工容易，价格便宜，结构简单，维护方便，常用在密封要求不高的地方。 但耐蚀性，耐热性、润滑件及防渗透性等方面不能完全满足化工生产需要，因而逐渐被机械密封所取代。,机械密封结构,1-静环；2-动环；3-压盖；4-弹簧；5-弹簧座 ； 6-固定螺钉 ；7、8-O型密封圈；9-防转销,机械密封原理,动环利用密封圈固定在泵轴上随轴一起转动，静环通过静环密封圈和防转销固定在泵壳上，静止不动。工作时，动环在介质压力和弹簧力作用紧紧挤压在静环上，从而在密封端面上产生一定的密封比压，由于动静环之间的间隙很小，介质通过密封端面时阻力很大，从而阻止了介质泄漏。,动环,要求具有较强的耐磨和抗变形能力，同时还要求具备耐高温变形，耐腐蚀的能力等。常用较硬的氧化铝，氮化硅，碳化钨，碳化硼，陶瓷等，也有用堆焊与喷焊的钴基，镍基，铁基合金等涂层。,静环,应有良好的耐磨性，常用材料是以浸渍树脂为主的石墨，其中又以环氧树脂居多。 在动静环配合中，硬度大的动环的密封面宽度应比硬度小的静环密封面宽度大，以防运转时动环嵌入静环中。,弹簧,弹簧起缓冲补偿作用，螺旋弹簧有左、右旋之分。在选用左、右旋弹簧时，一般由转轴的转向来确定（与转向相反）。弹簧除须满足强度、刚度要求外还要具备耐高温、耐腐蚀等性能。常用材料有ICrl8N19Ti、Crl8Ni、12Mo2Ti、4Crl3等不锈钢。,弹簧座与固定螺钉,弹簧座与固定螺钉的作用是把轴的转矩传递给弹簧及动环，使得动环与轴一起转动。同时还可以对弹簧定位。,O型密封圈,O型密封圈主要用于动环与轴、静环与泵盖、泵盖与泵体之间的密封，为静密封点。密封圈要有良好的弹性、耐老化、耐介质的溶胀性、长期工作后永久变形小、耐温范围广等。常用材料有聚四氟乙烯、丁睛橡胶、硅橡胶、氟橡胶、膨胀石墨以及金属材料等。,机械密封使用特点,机械密封由于具有泄漏量小、使用寿命长、功率损耗小、不需要经常维修等优点，而获得迅速发展和广泛应用。 但结构复杂、制造精度要求高、摩擦副和其它元件材料不易选配、造价较高。,四、轴向力及其平衡装置,液体以低压P1下进入叶轮，高压P2流出叶轮，同时流入叶轮与泵壳之间的间隙，分别作用于轮盘和轮盖上。由于轮盘、轮差尺寸不同，使得叶轮两侧所受的液体压力不相等，因而产生了指向进口端的轴向推力。,四、轴向力及其平衡装置,在轴向力作用下转子易窜向吸入口，造成振动与摩擦摩损，直至泵不能正常工作。因此，必须设法减小和消除轴向力。 常用的平衡轴向力的措施有： （1）叶轮上开平衡孔 （2）泵体上装平衡管 （3）叶轮对称排列 （4）设置平衡盘装置,（1）叶轮上开平衡孔,在轮盘上与吸入口相对应的位置上对称地开几个平衡孔，使得叶轮背面的高压液体经小孔流进叶轮，从而减小叶轮两侧的压差，平衡掉部分轴向力。方法简单，但容积效率会降低，只能平衡1025的轴向力，只适用于单级泵。,（2）泵体上装平衡管,在泵体上装一根平衡管，连接叶轮背面与泵的吸人口，使叶轮背面的高压液体流入吸入口，从 而使叶轮两侧压力基 本平衡。此措施的优 缺点与叶轮上开平衡 孔基本相同。,（3）叶轮对称排列,采取背靠背排列叶轮的方法或采用双吸叶轮，使两侧受力相等，基本上不存在轴向力的平衡问题。,（4）设平衡盘装置,对轴向较大力的多级泵可采用平衡盘装置平衡轴向力。平衡盘装置由装在泵轴上的平衡盘和固定在泵壳上的平衡环组成，安装在离心泵未级叶轮后面，平衡盘后面的平衡室用管子与泵的吸入口接通或接大气。 泵工作时，叶轮背面的高压液体作用在平衡盘左侧，压力大于平衡盘右侧，这个压差就是平衡力，方向与作用在叶轮上的轴向力方向相反。,（4）设平衡盘装置,当轴向力大于平衡力时，转子会向吸入口方向窜动，使平衡盘的轴向间隙减小，增加液体的流动阻力，提高了平衡盘左侧的压力，即增加了平衡盘上的平衡力。 当轴向力小于平衡力时，转子将向右移动，平衡盘轴向间隙增大，流向右侧的液体增多，增大了右侧的压力，轴向力与平衡力将达到新的平衡。 实际工作中，转子永远是在某一平衡位置不停地左右轴向脉动，而自动平衡轴向力。,平衡盘装置示意图,1 末级叶轮 2 尾段 3 平衡套 4 平衡环 5 平衡盘 6 接吸入口的管孔,离心泵总体结构介绍,【本章小结】 1、泵用于输送液体或增加液体压力，按作用原理分为叶片泵、容积泵及其它类型泵三类。 2、离心泵通过叶轮高速旋转，在叶轮中心处形成真空吸入液体。 3、离心泵的分类 （1）按叶轮数分单级泵、多级泵 （2）按工作压力分低压泵、中压泵、高压泵 （3）按进水方式分单侧进水式泵、双侧进水式泵 （4）按泵壳结合缝形式分水平中开式泵、垂直结合面泵 （5）按泵轴位置分卧式泵、立式泵 （6）按叶轮出来的水引向压出室的方式分蜗壳泵、导叶泵,4、离心泵工作性能的参数有流量、扬程（压头）、转速、功率、效率、允许吸上真空高度和允许汽蚀余量等。 5、离心泵的主要零件有：叶轮、泵轴、泵体（泵壳）、泵盖、密封环、填料及填料压盖、托架等。在泵体内，叶轮入口处有吸液室，叶轮出口处有压液室。 6、叶轮按其结构形式分闭式叶轮、开式叶轮和半开式