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水 泵 基 础 知 识,安徽淮南平圩电力检修工程有限责任公司 黄 剑,一、水泵的定义 水泵是由原动机驱动，将原动机机械能转换成被输送液体的压力能和动能，使液体能量增加的机械。广泛的应用在农业，采矿业，电力工业等行业。,二、水泵在热力发电厂中的作用,由图可以看出，为了向锅炉送水设置了锅炉给水泵；向汽轮机凝汽器输送冷却水的是循环水泵；向除氧器输送凝汽器中热井凝结水的有凝结水泵；排出热力系统中各处疏水的有疏水泵；为了补充管路系统中汽水损失的有设有补充水泵。除此之外，排除锅炉燃烧后灰渣的有渣泵和灰浆泵；供给汽轮机各个轴承润滑用油的润滑油泵；供给各水泵、风机轴承冷却用水的工业水泵等等。 可以说，泵是热力发电厂中最为重要的辅机之一它的安全经济运行是与电厂安全经济运行密切相关的 。,三、水泵的分类,按产生的全压高低分类：压力小于2MPa为低压泵，压力在2MPa和6MPa之间的为中压泵，压力大于6MPa为高压泵；按工作原理分类 叶片式泵（离心式泵，轴流式泵，混流式泵）、容积式泵（往复式，回转式）以及其他类型泵（真空泵，喷射泵）等；按在电力生产中的用途分类给水泵、凝结水泵、循环水泵、油泵、灰浆泵等。,四、水泵的构造及作用,1、泵壳：泵壳包括进水流道，导叶、压水室和出水流道。低压单级离心泵的泵壳多采用蜗壳形，而高压多级离心泵多采用分段式泵壳并装有导叶，导叶片数目较动叶轮叶片要少12片。 泵壳的作用一方面是把叶轮给予流体的动能转化为压力能，另一方面是导流。泵壳所用材质以铸铁最多，随着压力增高，亦常用铸钢。,2、转子：包括叶轮、轴、轴套及联轴器等，其作用是把原动机的机械能转变为流体的动能和压力能。叶轮与轴的固定一般采用键连接，并用螺母紧固，此固定螺母的旋向应与泵轴该侧的旋转方向相反。3、轴封装置：因为在转子和泵壳之间需留有一定的间隙，所以在泵轴伸出泵壳的部位应加以密封。在水泵吸入端的密封用来防止空气漏入、破坏真空而影响吸水，出水端的密封则可防止高压水漏出。,4、密封环：一般用青铜或铸铁制成，其作用是防止泵内高压水倒流回低压侧而使泵效率降低。 5、轴承：是用来支持水泵转子的重量，以保证转子的平稳运转的。 6、泵座：用来承受水泵及进出口管件的全部重量，并保证水泵转动时的中心正确。 7、轴向推力平衡装置：水泵工作时，由于进、出水端存在压差而在叶轮上作用着一个指向一个指向进水端的轴向力，这就是水泵的轴向推力。平衡方法：平衡孔法，对称进水法，平衡盘法，推力轴承法。,五、水泵主要性能参数,水泵参数是指泵工作性能的主要技术数据，包括流量、能头、转速、效率，允许吸上真空高度和比转数等。 1、流量（q） 泵的流量是指单位时间内所排出的液体的数量。通常泵的流量用体积流量计算，以qv表示，单位为米3/时（m3/h）、米3/秒（m3/s）、升/秒（1/s），也可用质量流量qm，单位为吨/时（t/h）、吨/秒（t/s）、千克/秒（kg/s）。 质量流量与体积流量的关系为： qm=qv kg/s,2、能头（H） 泵的能头称为扬程，是指单位重量的液体通过泵所增加的能量。以H表示，实质上就是水泵能够扬水的高度，又叫总扬程或全扬程。 泵的总扬程由吸水扬程与出水扬程两部分组成，因此总扬程=吸水扬程+出水扬程 但由于水流经过管路时受到各种阻力而减少了泵的吸水扬程和出水扬程，因此吸水扬程=实际吸水扬程+吸水损失扬程出水扬程=实际出水扬程+出水损失扬程损失扬程=吸水损失扬程+出水损失扬程总扬程=实际扬程+损失扬程,3 、允许吸上真空高度（Hs） 允许吸上真空高度以Hs表示，单位为米（m）。这项性能指标和泵的几何安装高度有关，几何安装高度就是根据这一数值确定的。 允许吸上真空高度是安装水泵高度的重要参数，安装水泵时，应使水泵的吸水扬程小于允许吸上真空高度值，否则安装过高，就吸不上水或生产气蚀现象。如产生气蚀，不仅水泵性能变坏，而且也可能使叶轮损坏。,4、转速（n） 转速是指泵叶轮每分钟的转数，以n表示，单位为转/分（r/min）。每台泵都有一定的转速，不能随意提高或降低，这个固定的转素称为额定转速，水泵铭牌上标定的转速即为额定转速。如泵运转超过额定转速，不但会引起动力机超载或转不动，而且泵的零部件也容易损坏；转速降低，泵的效率就会降低，影响水泵的正常工作。,5、功率和效率 泵的功率可分为有效功率、轴功率和原动机功率。 有效功率：单位时间内通过泵的流体所获得的功率，即泵的输出功率。用Pe，单位kW。 轴功率：原动机传到泵上的功率，又称输入功率，用P表示。泵的效率为有效功率与轴功率之比 = Pe/ P %由于原动机轴与泵轴之间存在机械损失，用传动效率tm表示，原动机功率通常要比轴功率大。考虑到泵在运行中可能会出现超负荷情况，所以原动机的配套功率通常要大些。,6、比转数（ns） 泵的比转速是在相似定律的基础上导出的一个包括流量、扬程和转数在内的综合特征数,它是计算泵结构参数的基础。可以作为泵分类的依据。比转数小反映机器的流量小，全压(或扬程、水头)高；反之,比转数大则机器的流量大,全压（或扬程、水头）低。前者适合离心式,后者适合轴流式,混流式（斜流式）介于两者之间，所以可用比转数大小划分机器类型。比转数大小也反映叶轮的形状。比转数越大叶轮外径就越小，而宽度越大。反之，比转数越小，则叶轮外径越大，宽度越小。在一定流量和全压（或扬程、水头）下，比转数与机器转速成正比。提高转速可减小叶轮外径，增加宽度；而降低转速，则须增加叶轮外径，减小宽度。,六、发电厂常用水泵的工作原理及应用,1、离心式水泵：用电动机带动水泵叶轮转动，叶轮中的叶片对其中的流体做功，迫使它们旋转，旋转的流体在惯性离心力的作用下，从中心向边缘流去，其压力和速度不断提高，最后以很高的流速和压力流出叶轮进入泵壳内。离心泵效率高、性能可靠、流量均匀、容易调节，应用最为广泛。在发电厂中给水泵、凝结水泵以及开式水泵、闭式水泵均采用离心式水泵。,离心泵示意图,离心泵优缺点,离心泵优点: 1）结构简单而紧凑，对于同一输送量，离心泵所占面积小，重量轻，材料耗用较少，对基础要求无住复泵高，故制造安装费用少。2）可高速运行，可以采取2极或4极电动机直联，传动结构简单易安装。3）离心泵内无活门，故适于输送悬浮液，特殊的设计还能输送大块固体的悬浮液 4）可用耐化学腐蚀的材料制造泵，适用输送腐蚀溶液。 5）因结构简单、零件少、故障少、经久耐用、维修费用少、管理方便、工作可靠。,6）输出量可由排出阀门任意调节甚至全关，不会出现压头无限上升的危险。 7）对于被输送的液体量大而压头不要求大时，离心泵最适宜。 8）排液均匀无脉冲现象。离心泵缺点 ：1）运行前，必须使泵体内充满液体。 2）对于供应小流量、大压头的不适宜、效率低、受到限制。 3）遇到设计不完善或操作不当时，如牛奶，则易产生泡沫，影响下一工序生产。 4）安装不妥会出现”气缚”现象。 5）效率也比往复泵低。,离心泵叶轮形式,离心泵的分类：,1）按叶轮形式可分为单级泵和多级泵单级泵又分为单吸式和双吸式多级泵又分为节段式、蜗壳式和双壳体筒形式2）按输送介质类型可分为水泵（用于输送清水及物理、化学性质类似于水的清洁液体 ），油泵（用于输送油类产品），耐腐蚀泵（用于输送酸、碱等腐蚀性液体）3）按结构可分为立式和卧式,离心泵结构图,双吸式水平中开离心泵,2、轴流式水泵：当电动机驱动浸在流体中的叶轮旋转时，轮内的流体就相对叶片做绕流运动，叶片会对流体产生一个推力从而对流体做功，使流体的能量增加，并沿轴向流出叶轮，经过导叶等部件压出管路，同时叶轮入口处的流体被吸入，形成连续工作。其特点结构紧凑、外形尺寸小、质量轻的特点，适合于大流量、低压头的场合，如部分电厂中的炉水循环泵。,轴流泵主要部件,1.叶轮：由叶片、轮毂和动叶调节机构组成。叶片多为机翼型，一般4-6片。轮毂用来安装叶片和叶片调节机构。轮毂有圆锥形、圆柱形、球形三种。2.轴：大容量和叶片可调节的轴流泵，其轴均采用优质碳素钢做成空心，表面镀铬，既减轻质量，又便于调节。3.导叶：一般装在叶轮出口侧，将流出叶轮的水流的旋转速度转变为轴向运动，同时将部分动能转变为压能4.吸入管：吸入管与离心泵吸入室作用相同。中小型泵多用喇叭形吸入管；大型轴流泵多采用肘形吸入通道。,轴流泵优缺点,轴流式泵的优点： 轴流式循环水泵属于叶片式泵，具有流量大、扬程低和效率高的优点，特别是立式轴流式循环水泵，应用较为广泛，轴流式水泵缺点：1）对于不可调叶片式的轴流式循环水泵，它工作的最佳工况范围很窄，一旦偏离最佳工况，其效率迅速下降。2）轴流式循环水泵随着出水量的减少其功率急速上升，常常使电动机过载损坏。3）轴流式循环水泵运行可靠性差。,轴流泵示意图,轴流泵常见故障及处理,3、混流式水泵：也被称为斜流泵，这种水泵结合了离心式水泵和轴流式水泵的特点，流体是沿介于轴向和径向之间的圆锥面方向流出叶轮，工作原理是部分利用了叶片推力和惯性离心力的作用。随着目前机组容量的增大，大型火力发电厂的循环水泵大多采用这种大流量、中扬程的混流泵取代了轴流泵。,混流泵示意图,混流泵特点,混流泵的使用性能也是介乎于离心泵和轴流泵之间，它和离心泵比较，扬程低一些，而流量大一些；它与轴流泵比较，扬程高一些，但流量又小一些。混流泵的性能曲线形状也是介于离心泵和轴流泵之间，对于高扬程混流泵，其流量与扬程、流量与功率的相互关系变化规律接近于离心泵，在使用上，可采用关闭阀门启动，这时功率最小，电动机安全。对于低扬程混流泵，性能参数之间的变化规律接近于轴流泵，在使用上，不宜采用关阀启动，而应该开阀启动，这时功率比较小，电动机不容易被烧毁。 。,混流泵叶轮,4、容积式水泵：是利用电动机驱动部件（活塞、齿轮等）使工作室的容积发生周期性的改变，依靠压差使流体流动，从而达到输送流体的目的。其特点是结构简单、轻便紧凑、工作可靠，在电厂中常用于流量较小的润滑油系统中（如电动给水泵液力偶合器的润滑油泵和主油泵）。,齿轮泵工作原理 齿轮泵是由一对互相啮合的齿轮，齿轮1固定在主动轴上，轴的一端伸出壳外由原动机驱动，另一个齿轮2（从动轮）装在另一个轴上，齿轮旋转时液体沿吸油管进入到吸入空间，沿上下壳壁被两个齿轮分别挤压到排除空间回合，然后进入压油管排除。,齿轮泵优缺点,齿轮泵的优点：1）结构简单，工艺性较好，成本较低。2）与同样流量的其他各类泵相比，结构紧凑，体积小3）自吸性能好。无论在高、低转速甚至在手动情况下都能 可靠地实现自吸。 4）转速范围大。因泵的传动部分以及齿轮基本上都是平衡 的，在高转速下不会产生较大的惯性力。5）油液中污物对其工作影响不严重，不易咬死。 齿轮泵的缺点： 1）工作压力较低。齿轮泵的齿轮，轴及轴承上受的压力不平衡，径向负载大，限制了它压力的提高。齿轮泵主要用于中低压系统。 2）容积效率较低。这是由于齿轮泵的端面泄漏大。3）流量脉动大，引起压力脉动大，使管道、阀门等产生振动，噪声大。,齿轮泵示意图,活塞泵工作原理,活塞泵主要由活塞在泵缸内作往复运动 来吸入和排除液体。当活塞自上而下移动时，工作室容积逐渐扩大，室内压力降低，流体顶开进液阀，此时排液阀关闭。活塞移动至最下端，此过程为吸水过程。当活塞从下往上移动时，工作室内的液体收到挤压，将进液阀关闭，排液阀打开，此时液体被排除，此过程为泵的压水过程。活塞不断往复运动，泵吸水与压水过程就连续不断的进行。这类泵适用于小流量高压力。电厂中常用作加药泵，灰浆泵。,活塞泵的优缺点,活塞泵优点：1）参数高：额定压力高，转速高，泵的驱动功率大2）效率高：容积效率在95%，总效率在90%3）变量方便，形式多4）单位功率重量轻5）主要零件均承受压应力，材料强度性能科得以充分利用活塞泵的缺点：1）结构复杂，零件数量较多2）自吸性差3）制造工艺较高，成本较贵4）对工作介质清洁度要求苛刻，维护困难,活塞泵结构图,5、喷射泵：其工作原理是高压的工作流体由压力管送入工作喷嘴，经喷嘴后压能变成高速动能，将喷嘴外围的液体（或气体）带走。此时因喷嘴出口形成高速使扩散室的喉部吸入室造成真空，从而使被抽吸的液体不断进入与工作流体混合。由于工作流体流体连续喷射，吸入室继续保持真空，于是得以不断的抽吸和排出液体。,工作流体可以是高压蒸汽，也可为高压水，前者称为蒸汽喷射泵，后者称为射水抽气器。在电厂中都可用作抽出凝汽器中的空气。,喷射泵优缺点喷射泵优点：1）简单可靠、工作连续，2）没有转动部件、寿命长；喷射泵缺点：1）喷嘴易被杂物堵住，2）效率较低，最高值为30%。,喷射泵结构图,6、真空泵：在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮按图中顺时针方向旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的上部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上叶片在水环内有一定的插入深度）。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部0为起点，那么叶轮在旋转前180时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。,真空泵优缺点：,真空泵优点：1）结构简单，制造精度要求不高，容易加工。操作简单，维修方便。2）结构紧凑，泵一般与电动机直联，转数较高。用较小的结构尺寸，可以获得较大的排气量。3）泵腔内没有金属摩擦表面，无须对泵内进行润滑。转动件和固定件之间密封可直接由水封来完成。4）泵腔内压缩气体过程温度变化很小，可认为是等温压缩，故可以抽除易燃、易爆的气体。5）由于没有排气阀及摩擦表面，故可以抽除带尘埃的气体、可凝性气体及气水混合物。真空泵缺点：1）效率低，一般在30左右，较好的可达50。2）真空度低。这不仅是因为受到结构上的限制，更重要的是受工作液饱和蒸气压的限制。,水环真空泵种类,单级单作用水环泵单级是指只有一个叶轮，单作用是指叶轮每旋转一周，吸气、排气各进行一次。这种泵的极限真空较高，但抽速和效率较低。 单级双作用水环泵单级是指只有一个叶轮，双作用是指叶轮每旋转一周，吸气、排气各进行二次。在相同的抽速条件下，双作用水环泵比单作用水环泵大大减少尺寸和重量。由于工作腔对称分布于泵轮毂两侧，改善了作用在转子上的载荷。此种泵的抽速较大，效率也较高，但极限真空较低。 双级水环泵双级水环真空泵大多是单作用泵串联而成。实质上是两个单级单作用的水环泵的叶轮共用一根心轴联接而成。它的主要特点是在较高真空度下，仍然具有较大的抽速，而且工作状况稳定。,真空泵示意图,螺杆泵和隔膜泵,七、常见叶片式水泵的型号,举 例,88LKXA-25.6型号意义为：88代表泵的吐出口直径；L代表立式斜流泵，K代表泵转子可抽出，X代表泵吐出口在基础层之下，A代表泵的设计顺序，25.6代表泵设计点扬程。LHB8.5-40型号的意义为：半调节立式混流泵，设计工作点流量为8.5立方米每秒，比转数约等于400。80CHTA-4型号意义为：80代表泵流量为800吨/每小时，CHTA代表筒式多级离心泵，4代表叶轮为4级。,八、水泵的汽蚀,1.汽蚀：流动着的流体由于局部压力的降低产生汽泡的现象。,2.汽蚀产生的原因：泵在运转中，若其过流部分的局部区域（通常是叶轮叶片进口稍后的某处）因为某种原因，抽送液体的绝对压力降低到当时温度下的液体汽化压力时，液体便在该处开始汽化，产生大量蒸汽，形成气泡，当含有大量气泡的液体向前经叶轮内的高压区时，气泡周围的高压液体致使气泡急剧地缩小以至破裂。在气泡凝结破裂的同时，液体质点以很高的速度填充空穴，在此瞬间产生很强烈的水击作用，并以很高的冲击频率打击金属表面，冲击应力可达几百至几千个大气压，冲击频率可达每秒几万次，严重时会将壁厚击穿。在水泵中产生气泡和气泡破裂使过流部件遭受到破坏的过程就是水泵中的汽蚀过程。,3.汽蚀的危害,1）水泵性能恶化2）过流部件收到剥蚀破坏 3）产生噪声和振动，振动会使机组零件和机座受到破坏。尤其是汽蚀振动的频率与机组自振频率相接近时，会引发共振现象，甚至出现严重后果。,4.防止发生汽蚀的措施如下：,1） 减小几何吸上高度hg（或增加几何倒灌高 度）； 2） 减小吸入损失hc，为此可以设法增加管径，尽量减小管路长度，弯头和附件等； 3） 防止长时间在大流量下运行； 4） 在同样转速和流量下，采用双吸泵，因减小进口流速、泵不易发生汽蚀； 5） 泵发生汽蚀时，应把流量调小或降速运行； 6） 泵吸水池的情况对泵汽蚀有重要影响； 7）对于在苛刻条件下运行的泵，为避免汽蚀破坏，可使用耐汽蚀材料,九、水泵的选型,水泵选型的主要内容是确定水泵的类型、型号和台数等。因为动力机、传动及辅助设备等的配套，泵站工程建筑物的设计以及泵站经济运行都是以水泵选型为依据的，水泵选型不合理不仅会增加工程投资，而且会降低水泵的运行效率，增加泵站能耗和运行费用。因此，水泵选型必须十分重视,水泵选型的基本原则,1.水泵选型应满足设计流量、设计扬程及不同时期供排水的要求。2. 水泵应能安全稳定运行，不离开水泵的高效区工作范围。在设计标准的各种工况下，水泵机组不出现气蚀、振动和超载等现象。3.水泵选型应选用性能良好、髙效区宽广、与泵站扬程、流量变化相适应的泵型。4.水泵选型时应注意所选水泵型号和台数应使泵站建设成本（设备费和土建投资总和）最少，且易于施工、运行、维修和管理。,水泵选型方法,一.列出基本数据：1、介质的特性：介质名称、比重、粘度、腐蚀性、毒性等。2、介质中所含因体的颗粒直径、含量多少。3、介质温度4、所需要的流量5、 压力：吸水池压力，排水池压力，管道系统中的压力降（扬程损失）。二. 确定流量和扬程:1、流量是选泵的重要性能数据之一，它直接关系到整个装置的的生产能力和输送能力。 如设计院工艺设计中能算出泵正常、最小、最大三种流量。选择泵时，以最大流量为依据，兼顾正常流量，在没有最大流量时，通常可取正常流量的1.1倍作为最大流量。2、装置系统所需的扬程是选泵的又一重要性能数据，一般要用放大5%10%余量后扬程来选型。,三. 确定泵的材质:1、 泵的材质必须满足介质特性的要求：介质性质包括液体物理性质、化学性质和其它性质。物理性质有介质的温度、密度、粘度等，这涉及到系统的扬程、有效气蚀余量计算和合适泵的类型；化学性质主要指液体介质的化学腐蚀性和毒性，是选用泵材料和选用那一种轴封型式的重要依据。四. 确定泵的种类：1、根据装置的布置、地形条件、水位条件、运转条件，确定选择卧式、立式和其它型式的泵。2、根据液体介质性质，确定清水泵，热水泵还是油泵。3、根据流量大小，确定选单吸泵还是双吸泵；根据扬程高低，选单级泵还是多级泵，高转速泵还是低转速泵、多级泵效率比单级泵低，如选单级泵和多级泵同样都能用时，首先选用单级泵。,十、泵的发展趋势,随着现代科学技术的不断发展、进步，水泵在世界各国也得到了很大的发展，首先设计上有了很大的变化，从根本上改善了泵的动力特性、汽蚀性能和振动特性，制定了一系列新的国际标准。以后水泵还会会向着更大容量、高转速、高效率、高自动化和高可靠性方面迈进。,谢 谢！,