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泵的基础知识,第一节 泵的用途和分类第二节 离心泵的典型结构和工作原理第三节 泵的主要参数及气蚀性能及轴向力第四节 其他典型泵的结构和工作原理第五节 泵的安装,泵的基础知识,1.泵的定义,泵是把机械能转换成液体的能量，用来增压输送液体的机械。泵是国民经济中应用最广泛、最普通的通用机械，除了水利、电力、农业和矿山等大量采用外，尤以石油化工生产中用量最多，而且由于化工生产中原料、半成品和最终产品中很多是具有不同物性的液体，如腐蚀性、固液两相流、高温或低温等，要求有大量的具有一定特点的化工用泵来满足工艺上的要求。这方面的技术发展产品开发一直是十分活跃的。,第一节：泵的用途和分类,第一节：泵的用途和分类,2.泵的用途补充能量：将流体从一处输送到另一处提高压强：给流体加压造成设备真空：给流体减压,为什么需要泵?,1.从低压区到高压区.,为什么需要泵?,2.从低液位到高液位,为什么需要泵?,3.从位置A到位置B远距离输送液体,泵的分类：按泵的工作原理和结构形式，分为以下几类：,泵,叶片泵（透平泵）,容积式泵,往复泵：活塞泵，柱塞泵，隔膜泵回转泵：齿轮泵，螺杆泵，滑片泵,离心泵轴流泵混流泵旋涡泵,其他类型泵,3. 泵的分类,喷射泵，水锤泵，真空泵,第一节：泵的用途和分类,(1)按流体吸入叶轮的方式： 单吸式泵 双吸式泵(2)按级数分类： 单级泵 多级泵(3)按泵体形式分类： 蜗壳泵 筒形泵(4)按主轴安放情况分类： 卧式泵 立式泵 斜式泵,一、泵的分类：1)按工作叶轮数目来分类 单级泵：即在泵轴上只有一个叶轮。（NP、NPG系列，ASP系列，IL、BL系列等） 多级泵：即在泵轴上有两个或两个以上的叶轮，这时泵的总扬程为n个叶轮产生的扬程之和。（MHI、MVI系列）二)按工作压力来分类 低压泵：压力低于100米水柱； 中压泵：压力在100650米水柱之间； 高压泵：压力高于650米水柱。（多级离心泵可达2800m）,泵基础知识,10,第一节：泵的用途和分类,三)按叶轮进水方式来分类 单侧进水式泵：又叫单吸泵，即叶轮上只有一个进水口； 双侧进水式泵：又叫双吸泵，即叶轮两侧都有一个进水口。它 流量比单吸式泵大一倍，可以近似看作是二个单吸泵叶轮背靠背 地放在了一起。（ASP系列泵）,单级单吸泵 单级双吸泵,11,四)按泵壳结合缝形式来分类 水平中开式泵：即在通过轴 心线的水平面上开有结合缝。 （最常见的水平中开泵 是双吸泵。ASP系列泵） 垂直结合面泵：即结合面 与轴心线相垂直。（NP、NPG系列泵，IL、BL系列泵等。）,12,第二节 离心泵的典型结构和工作原理,五)按泵轴位置来分类 卧式泵：泵轴位于水平位置。 立式泵：泵轴位于垂直位置。,13,第二节 离心泵的典型结构和工作原理,六)按叶轮出来的水引向压出室的方式分类 蜗壳泵：水从叶轮出来后，直接进入具有螺旋线形状的泵壳。 （NP、NPG系列泵最具代表性） 导叶泵：水从叶轮出来后，进入它外面设置的导叶，之后进 下一级或流入出口管。 （常用于多级泵和轴流泵，比如MHI、MWI系列）七)按泵的比转速分类 离心泵 30ns300 混流泵 300ns500 轴流泵 500ns1000,14,第二节 离心泵的典型结构和工作原理,1）比转速泵的比转速 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。 比转速是相似流体机械（几何相似、运动相似、动力相似）在相似工况（介质的温度、密度、粘度、比重相似）下工作时，当扬程为1m，功率为1kw时，流体机械所具有的转速。 2）不同泵的工作原理 离心泵：靠叶轮运转时的离心力将液体提升到一定的高度。 轴流泵：就是在泵内充满液体的情况下，叶轮旋转时对液体产 生提升力，把能量传递给液体，使水沿着轴向前进，同时跟着叶轮旋转。 混流泵：综合离心泵和轴流泵的特点。,15,第二节 离心泵的典型结构和工作原理,泵的适用范围和特性比较表,离心泵性能参数,菜单,离心泵的命名,离心泵的命名方式,1、离心泵的工作原理 水泵开动前，先将泵和进水管灌满水，水泵运转后，在叶轮高速旋转而产生的离心力的作用下，叶轮流道里的水被甩向四周，压入蜗壳，叶轮入口形成真空，水池的水在外界大气压力下沿吸水管被吸入补充了这个空间。继而吸入的水又被叶轮甩出经蜗壳而进入出水管。 离心泵是由于在叶轮的高速旋转所产生的离心力的作用下，将水提相高处的，故称离心泵。,一、概述,第二节：离心泵的典型结构和工作原理,一、概述,1、泵是输送液体并提高液体压力的机器。2、泵分为化工用泵、水泵。3、主要差异：特殊材料和设计，防止腐蚀和适应化工工艺， 包括结构、轴封、材料及检修难度。4、化工用泵的要求 （1）适应化工工艺要求运行可靠。（2）耐腐蚀，耐磨损。（3）满足无泄漏要求。（4）耐高温或耐低温并能有效连续工作。,（二）离心泵的分类,离心泵的种类很多，分类方法常见的有以下几种方式 1、按叶轮吸入方式分：（1）单吸式离心泵；如图1-2所示 我站稳前泵、稳后泵、循环水泵等都是此类泵。,图1-2,第二节：离心泵的典型结构和工作原理,典型结构：,工作原理,离心泵的典型结构,吸入口叶轮吐出口泵盖泵轴密封装置压盖轴承9. 泵体,1,2,3,4,5,6,7,8,Overhung Process Pump,9,离心式泵工作示意图,（2）双吸式离心泵；如图1-3所示，消防泵是此类泵。,扬程范围为10140m，流量范围是9028600m3/h。按轴的安装位置不同，分卧式和立式两种结构。图12-3为卧式S型单级双吸离心泵结构。这种泵实际上相当于两个B型泵叶轮组合而成，液体从叶轮左、右两侧进入叶轮，流量大。转子为两端支承，泵壳为水平副分的蜗壳形。两个呈半螺旋形的吸液室与泵壳一起为中开式结构，共用一根吸液管， 吸、排液管均布在下半个泵壳的两侧，检查泵时，不必拆动与泵相连接的管路。由于泵壳和吸液室均为蜗壳形，为了在灌泵时能将泵内气体排出，在泵壳和吸液室的最高点处分别开有螺孔，灌泵完毕用螺栓封住。泵的轴封装置多采用填料密封，填料函中设置水封圈，用细管将压液室内的液体引入其中以冷却并润滑填料。轴向力自身平衡，不必设置轴向力平衡装置。在相同流量下双吸泵比单吸泵的抗汽蚀性能要好。,（2）双吸式离心泵；如图1-3所示，消防泵是此类泵。,双吸泵,第二节 离心泵的典型结构和工作原理,2按叶轮数目分：,（1）单级离心泵 泵中只有一个叶轮，单级离心泵是一种应用广泛的泵。由于液体在泵内只有一次增能，所以扬程较低。如图1-2所示为单级单吸离心泵。（2）多级离心泵 具有两个或两个以上叶轮的离心泵称为多级离心泵。级数越多压力越高。图1-4所示为一台分段式离心水泵，这种泵的叶轮一般为单吸式。,多级离心泵 结构图,多级泵,第二节 离心泵的典型结构和工作原理,多级离心泵 结构图,3、 按离心泵扬程分：,（1）、低压泵：扬程20m；（2）、中压泵 ：扬程 20-100m；（3）、高压泵：扬程100m ；,4、按泵的用途和输送液体性质分类：,泵可分为：（1）清水泵；（2）泥浆泵；（3）酸泵； （4）碱泵；（5）油泵； （6）砂泵； （7）低温泵； （8）高温泵；（9）屏蔽泵等。,1叶轮,叶轮是离心泵的做功零件，依靠它高速旋转对液体做功而实现液体的输送，是离心泵重要零件一。 离心泵转子如图1-9所示。叶轮一般由轮毅、叶片和盖板三部分组成。叶轮的盖板有前盖板和后盖板之分，叶轮口侧的盖板称为前盖板，另一侧的盖板称为后盖板。按结构形式，叶轮可分为以下三种。(1)闭式叶轮：叶轮的两侧均有盖板，盖板间有46个叶片，如图1-10 (a)所示。闭式叶轮效率较高，应用最广，适用于输送不含固体颗粒及纤维的清洁液体。闭式叶轮有单吸和双吸两种类型。双吸叶轮如图1-11所示，适用于大流量泵，其抗汽蚀性能较好。如图1-10 (b)。这种叶轮结构简单，制造容易，但效率低，适用输送含较多固体悬浮物或带纤维体。(2)半开式叶轮这种叶轮只有后盖板，如图1-10 (b所示。它适用于输送易于沉淀或含固体悬浮物的液体，其效率介于开式和闭式叶轮之间。(3)开式叶轮这种叶轮没有盖板，如图1-10 (c)所示。 离心泵叶轮的叶片有圆柱形叶片和组曲叶片两种。圆柱形叶片是指整个叶片沿宽度方向均与叶轮轴线平行，图1-10所示的叶轮叶片均为圆柱形叶片。叶轮的材料，主要是根据所输送液体的化学性质、杂质及在离心力作用下的强度来确定。清水离心泵叶轮用铸铁或铸钢制造，输送具有较强腐蚀性的液体时，可用青铜、不锈钢、陶瓷、耐酸硅铁及塑料等制造。叶轮的制造方法有翻砂铸造、精密铸造、焊接、模压等，其尺寸、形状和制造精度对泵的性能影响很大。,第三节：泵的主要参数及气蚀性能及轴向力,离心泵转子,转子是指离心泵的转动部分，它包括叶轮、泵轴、轴套、轴承等零；如图1-9所示。,图1-9,叶轮 结构图,2泵轴,离心泵的泵轴的主要作用是传递动力，支承叶轮保持在工作位置正常运转。它一端通过联轴器与电动机轴相连，另一端支承着叶轮作旋转运动，轴上装有轴承、轴向密封等零部件。泵轴属阶梯轴类零件，一般情况下为一整体。但在防腐泵中，由于不锈钢的价格较高，有时采用组合件。接触介质的部分用不锈钢，安装轴承及联轴器的部分用优质碳素结构钢，不锈钢与碳钢之间可以采用承插连接或过盈配合连接。由于泵轴用于传递动力，且高速旋转，在输送清水等无腐蚀性介质的泵中，一般用45#钢制造，并且进行调质处理。在输送盐溶液等弱腐蚀性介质的泵中，泵轴材料用40Cr，且调质处理。在防腐蚀泵中，即输送酸、碱等强腐蚀性介质的泵中，泵轴材质一般为1Crl8Ni9或1Crl8Ni9Ti等不锈钢。,图1-12,3轴套,轴套的作用是保护泵轴，使填料与泵轴的摩擦转变为填料与轴套的摩擦，,所以轴套是离心泵的易磨损件。轴套表面一般也可以进行渗碳、渗氮、镀铬、喷涂等处理方法，表面粗糙造度要求一般要达到Ra3.2mRa0.8m。可以降低摩擦系数，提高使用寿命。,图113,4轴承,轴承起支承转子重量和承受力的作用。离心泵上多使用滚动轴承，其外圈与轴承座孔采用基轴制，内圈与转轴采用基孔制，配合类别国家标准有推荐值，可按具体情况选用。轴承一般用润滑脂和润滑油润滑。,图114,轴承篇,轴和轴承轴是传递扭矩的主要部件。轴径按强度、刚度及临界转速定。中小型泵刚度和临界转速确定多采用水平轴，叶轮滑配在轴上，叶轮间距离用轴套定位。近代大型泵则采用阶梯轴，不等孔径的叶轮用热套法装在轴上，并利用渐开线花键代替过去的短键。此种方法，叶轮与轴之间没有间隙，不致使轴间窜水和冲刷，但拆装困难。轴承一般包括两种形式:滑动轴承和滚动轴承。 滑动轴承用油润滑。一种润滑系统包括一个贮油池和一个油环，后者在轴转动时在轴表面形成一个油层使轴和轴承不直接接触。另一种系统就是利用浸满油的填料包来润滑。大功率的泵通常要用专门的油泵来给轴承送油。滚动轴承通常用冷冻油润滑，有些电机轴承是密封而不能获得润滑的。滚动轴承通常用于小型泵。较大型泵可能即有滑动轴承又有滚动轴承。而滑动轴承由于运行噪音低而被推荐用于大型泵。,深沟球轴承,圆锥滚子轴承,圆柱滚子轴承,调心滚子轴承,轴承,深沟球轴承,圆锥滚子轴承,圆柱滚子轴承,调心滚子轴承,轴承是当代机械设备中一种重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。按运动元件摩擦性质的不同，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。其中滚动轴承已经标准化、系列化，但与滑动轴承相比它的径向尺寸、振动和噪声较大，价格也较高。滚动轴承一般由外圈、内圈、滚动体和保持架四部分组成。按滚动体的形状，滚动轴承分为球轴承和滚子轴承两大类。,5、蜗壳和导轮,蜗壳与导轮的作用一是汇集叶轮出口处的液体，引入到下一级叶轮入口或泵的出口；二是将叶轮出口的高速液体的部分动能转变为静压能。一般单级和中开式多级泵常设置蜗壳，分段式多级泵则采用导轮。,(1)蜗壳,蜗壳是指叶轮出口到下一级叶轮入口或到泵的出口管之间截面积逐渐增大的螺旋形流道，如图1-15所示。其流道逐渐扩大，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，使很大一部分动能转变为静压能。,蜗壳的优点是制造方便，高效区宽，车削叶轮后泵的效率变化较小。缺点是蜗壳形状不对称，在使用单蜗壳时作用在转子径向的压力不均匀，易使轴弯曲，所以在多级泵中只是首段和尾段采用蜗壳而在中段采用导轮装置。 蜗壳的材质一般为铸铁。防腐泵的蜗壳为不锈钢或其他防腐材料，例如塑料玻璃钢等。多级泵由于压力较大，对材质强度要求较高，其蜗壳一般用铸钢制造。,机壳收集来自叶轮的液体，并使部分流体的动能转换为压力能，最后将流体均匀地引向次级叶轮或导向排出口。机壳结构主要有螺旋形和环形两种。螺旋形压水室不仅起收集液体的作用，同时在螺旋形的扩散管中将部分液体动能转换成压能。螺旋形压水室具有制造方便，效率高的特点。它适用于单级单吸、单级双吸离心泵以及多级中开式离心泵。单级离心式泵的机壳大都为螺旋形蜗式机壳。环形压水室如图所示，在节段式多级泵的出水段上采用。环形压水室的流道断面面积是相等的，所以各处流速就不相等。因此，不论在设计工况还是非设计工况时总有冲击损失，故效率低于螺旋形压水室。有些机壳内还设置了固定的导叶，就是所谓的导叶式机壳。 螺旋形机壳环形机壳,(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，这些导叶构成了一条条扩散形流道，背面有将液体引向下一级叶轮人口的反向导叶，其结构如图1-16所示。液体从叶轮甩出后，平缓地进入导轮，沿着正向导叶继续向外流动，速度逐渐降低，动能大部分转变为静压能。液体经导轮背面的反向导叶被引入下一级叶轮导轮上的导叶数一般为48片，导叶的入口角一般为816，叶轮与导叶间的径向单侧间隙约为1mm。若间隙过大，效率会降低；间隙过小，则会引起振动和噪声。与蜗壳相比，采用导轮的分段式多级离心泵的泵壳容易制造，转能的效率也较高。但安装检修较蜗壳困难。另外，当工况偏离设计工况时，液体流出叶轮时的运动轨迹与导叶形状不一致，使其产生较大的冲击损失。由于导轮的几何形状较为复杂，所以一般用铸铁铸造而成。,6、密封环,从叶轮流出的高压液体通过旋转的叶轮与固定的泵壳之间的间隙又回到叶轮的吸入口，称为内泄漏，如图1-17所示。为了减少内泄漏，保护泵壳，在与叶轮入口处相对应的壳体上装有可拆换的密封环。密封环的结构形式有三种，如图1-18所示。图1-18 (a)为平环式，结构简单，制造方便。但密封效果差；图1-18 (b)为直角式的密封环，液体泄漏时通过一个90的通道，密封效果比平环式好，应用广泛；,图1-18 (c)为迷宫式密封环，密封效果好，但结构复杂，制造困难，一般离心泵中很少采用。密封环内孔与叶轮外圆处的径向间隙一般在0.10.2mm之间。 密封环磨损后，使径向间隙增大，泵的排液量减少，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。,轴向密封装置,从叶轮流出的高压液体，经过叶轮背面，沿着泵轴和泵壳的间隙流向泵外，称为外泄漏。在旋转的泵轴和静止的泵壳之间的密封装置称为轴封装置。它可以防止和减少外泄漏，提高泵的效率，同时还可以防止空气吸入泵内，保证泵的正常运行。特别在输送易燃、易爆和有毒液体时，轴封装置的密封可靠性是保证离心泵安全运行的重要条件。常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种。,填料密封,填料密封指依靠填料和轴(轴套)的外圆表面接触来实现密封的装置。它由填料箱(又称填料函)、填料、液封环、填料压盖和双头螺栓等组成，如图1-19所示。液封环安装时必须对准填料函上的入液口，通过液封管与泵的出液管相通，引入压力液体形成液封，并冷却润滑填料。填料密封是通过填料压盖压紧填料，使填料发生变形，并和轴(或轴套)的外圆表面接触，防止液体外流和空气吸入泵内。填料密封的密封性可用调节填料压盖的松紧程度加以控制。填料压盖过紧，密封性好，但使轴和填料间的摩擦增大，加快了轴的磨损，增加了功率消耗，严重时造成发热、冒烟，甚至将填料烧毁。填料压盖过松，密封性差，泄漏量增加，这是不允许的。合理的松紧度应该使液体从填料函中滴状漏出，每分钟控制在15-20滴左右。对有毒、易燃、腐蚀及贵重液体，由于要求泄漏量较小或不准泄漏，可以通过另一台泵将清水或其他无害液体打到液封环中进行密封，以保证有害液体不漏出泵外。也可采用机械密封装置。 低压离心泵输送温度小于40时，常用石墨填料或黄油渗透的棉织填料；输送温度小于250、压力小于18MPa的液体时，用石墨浸透的石棉填料；输送温度小于400、允许工作压力为25MPa的石油产品时，用金属箔包石棉芯子填料。,密封装置填料密封是将一些松软的填料用一定压力压紧在轴上达到密封目的。填料在使用一段时间后会损坏，所以需要定期检查和置换。这种密封形式使用中有小的泄漏是正常且有益的。 而机械密封装置有两个硬质且光滑的表面，一个静态一个旋转。这种密封装置可以达到很好的密封要求，但他们不能用于含杂质流体输送系统，因为其光滑表面会被破环而失去密封作用。这种密封装置在液体循环系统中非常普遍，因为他不需要维护运行很多年。 传统的平垫密封装置,填料密封,机械密封,泵的充填料,轴封装置 常用的填料密封和机械密封,填料密封,由填料函壳、软填料和填料压盖构成，软填料为浸油或涂石墨的石棉绳，将其放入填料函与泵轴之间，将压盖压紧迫使它产生变形达到密封。,机械密封,填料密封的密封性能差，不适用于高温、高压、高转速、强腐蚀等恶劣的工作条件。机械密封装置具有密封性能好，尺寸紧凑，使用寿命长，功率消耗小等优点，近年来在化工生产中得到了广泛的使用。(1)结构及工作原理依靠静环与动环的端面相互贴合，并作相对转动而构成的密封装置，称为机械密封，又称端面密封。其结构如图1-20所示。紧定螺钉1，将弹簧座2固定在轴上，弹簧座2、弹簧3、推环4、动环6和动环密封圈5均随轴转动，静环7、静环密封圈8装在压盖上，并由防转销9固定，静止不动。动环、静环、动环密封圈和弹簧是机械密封的主要元件。而动环随轴转动并与静环紧密贴合是保证机械密封达到良好效果的关键。,结构形式,机械密封的结构形式很多，主要是根据摩擦副的对数、弹簧、介质和端面上作用的比压情况以及介质的泄漏方向等因素来划分。内装式与外装式 内装式是弹簧置于被密封介质之内(见图1-20、图1-21)，外装式则是弹簧置于被密封介质的外部，如图1-22所示。,图1-20非平衡型单端面机械密封 图1-21非平衡型双端面机械密封 1一紧定螺钉；2一弹簧座；3弹簧；4推环； 1一静密封圈；2静环；3动环；4一动环密封圈； 5一动环密封圈；6一动环；7静环； 5一推环；6一弹簧；7紧定螺钉；8弹簧座； 8静环密封圈；9防转销 9一防转销,密封点D在静环座与壳体之间，也是静密封，可用密封圈或垫片作为密封元件。,第三节：泵的主要参数及气蚀性能及轴向力,机械密封中一般有四个可能泄漏点A、B、C、D和E。,密封点B在静环与静环座之间，属于静密封点；用有弹性的O形(或V形)密封圈压于静环和静环座之间，靠弹簧力使弹性密封圈变形而密封。,密封点C在动环与轴之间，此处也属静密封，考虑到动环可以沿轴向窜动，可采用具有弹性和自紧性的V形密封圈来密封。,密封E点有轴套，在轴套与轴之间，也是静密封，可用密封圈或垫片作为密封元件。,密封点A在动环与静环的接触面上，它主要靠泵内液体压力及弹簧力将动环压贴在静环上，防止A点泄漏；但两环的接触面A上总会有少量液体泄漏，它可以形成液膜，一方面可以阻止泄漏，另一方面又可起润滑作用；为保证两环的端面贴合良好，两端面必须平直光洁。,内装式可使泵轴长度减小，但弹簧直接与介质接触，外装式正好相反。在常用的外装式结构中，动环与静环接触端面上所受介质作用力和弹簧力的方向相反，当介质压力有波动或升高时，若弹簧力余量不大，就会出现密封不稳定；而当介质压力降低时，又因弹簧力不变,使端面上受力过大，特别是在低压启动时，由于摩擦副尚未形成液膜，端面上受力过大容易磨伤密封面。所以外装式适用于介质易结晶、有腐蚀性、较黏稠和压力较低的场合。内装式的端面比压随介质压力的升高而升高，密封可靠，应用较广。,非平衡型与平衡型,非平衡型与平衡型在端面密封中，介质施加于密封端面上的载荷情况，可用载荷系数表示，如图1-23所示。载荷系数K为介质压力的作用面积与密封端面面积之比，,单端面与双端面机械密封,单端面与双端面机械密封动环与静环组成摩擦副，有一对摩擦副的称为单端面机械密封，如图1-20所示，有两个摩擦副的称为双端面机械密封，如图1-21所示。与单端面密封相比，双端面密封有更好的可靠性，适用范围更广，可以完全防止被密封介质的外泄漏，但结构较复杂，造价高。,工作原理： 动环靠密封腔中液体的压力和压紧元件的压力，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的 目的,第三节：泵的主要参数及气蚀性能及轴向力,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,7 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P，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,1、轴向力产生的原因：因吸排液口压力不等也使并非完全对称的叶轮两侧所受液体压力不等，从而产生了轴向力。叶轮两侧液体压力假如不计轴的截面积，也不考虑叶轮旋转对压力分布的影响，则作用在叶轮上的力为轮盘受的力和轮盖受的力的差值，转化为计算式就是出口压力和进口压力差值与叶轮轮盖的面积的乘积，因为出口压力始终大于进口压力，所以，当离心泵旋转起来就一定有了一个沿轴并指向入口的力作用在转子上。2、轴向力产生的问题：不平衡的轴向力会加重止推轴承的工作负荷，对轴承不利，同时轴向力使泵转子向吸入口窜动，造成振动并可能使叶轮口环摩擦使泵体损坏。,泵的轴向力,轴向力的平衡措施,（1）单级泵轴向力的平衡1、采用双吸式叶轮2、开平衡孔3、采用平衡叶片4、采用平衡管 采用双吸式叶轮不但可以平衡轴向力而且有利于提高泵的吸入能力，多用于大流量的泵。 开平衡孔的办法可使叶轮两侧的压力基本上得到平衡，但由于液流通过平衡孔有一定的阻力，所以仍有少部分的轴向力不能完全平衡，并且会使泵的效率降低，其优点是结构简单，多用于小泵上。 采用平衡叶片的方法是在叶轮后盖板的背面设有若干径向叶片。当叶轮旋转时，它可以推动液体旋转，使叶轮背面靠叶轮中心部分的液体压力下降，其下降程度与叶片的尺寸及叶片与泵壳的间隙大小有关。其优点是：减小轴向力，减少轴封的负荷；防止悬浮的固体颗粒进入轴封。但对于易于与空气混合而燃烧爆炸的液体，不宜采用此法。,采用平衡叶片的方法是在叶轮后盖板的背面设有若干径向叶片。当叶轮旋转时，它可以推动叶轮旋转，使叶轮背面靠叶轮中心部分的液体压力下降，其下降程度与叶轮的尺寸及叶轮与泵壳间的间隙大小有关。其优点是：减小轴向力，减少轴封的负荷；防止悬浮的固体颗粒进入轴封。但对于易于与空气混合而燃烧爆炸的液体，不宜采用此法。（2）多级泵轴向力的平衡 接平衡管的方法是将叶轮背面和入口用压力平衡管连通来平衡轴向力。这种方法比开平衡孔方法优越，因它不干扰泵入口液流的流线，效率相对较高。 多级泵平衡轴向力主要有用叶轮对称布置或采用专门的平衡轴向力装置。如平衡鼓(或称为卸荷盘)和自动平衡盘。,闭式或半闭式叶轮在工作时，部分高压液体可由叶轮与泵壳间的缝隙漏入两侧，除影响效率外也使叶轮受到指向液体吸入口的轴向推力，导致叶轮向吸入口移动，严重时造成与泵壳的接触摩擦直至损坏。常用平衡方式： 一、在叶轮后侧板上钻一些平衡孔，使漏入后侧的部分高压液体由平衡孔向低压区泄漏，减小两侧的压强差，但同时也使泵的效率有所下降。 二、采用双吸式叶轮。双吸式叶轮可从两侧同时吸液，吸液能力大，而且可基本上消除轴向推力。,7 离心泵的性能,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 ：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 ：,图2-12 离心泵装置,离心泵的有效功率,有效功率用Ne表示,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。效率用符号表示。,第三节：泵的主要参数及气蚀性能及轴向力,离心泵的性能参数曲线,8 离心泵的气蚀,所谓的气蚀是指：离心泵启动时，若泵内存在空气，由于空气的密度很低，旋转后产生的离心力很小，因而叶轮中心区所形成的低压不足以将液位低于泵进口的液体吸入泵内，不能输送流体的现象。离心泵启动前一定要向泵壳内充满液体以后，方可启动，否则将造成泵体发热，震动，出液量减少，对水泵造成损坏（简称“气蚀”）造成设备事故！,气蚀,泵产生汽蚀的现象a.产生振动和噪声泵汽蚀时，汽泡在高压区内连续不断发生突然溃灭，并伴随着强烈的水击，这时会产生频率为60025000Hz的噪音，泵内可听到劈劈、啪啪的爆炸声，同时机组产生振动，机组的振动又将促使更多的空泡发生溃灭，两者相互激励，当频率接近于装置的固有频率时，机组将发生强烈的共振，称为汽蚀共振，这时，机组不应工作。b.过流部件的汽蚀破坏泵长时间在汽蚀条件下工作时，在连续强烈的高频（60025000Hz）冲击下（压力达50MPa），金属表面出现麻点，严重时金属晶粒松动并脱落，呈现出蜂窝状、海绵状、沟槽状、鱼鳞状甚至穿孔、断裂。实践证明，汽蚀破坏的部位，正是汽泡消失之处，所以常常在叶轮出口和压水室进口部位发现破坏痕迹。轴流泵和斜流泵，通常在叶片背面和外周出现破坏（叶片与叶轮室接触的地方，即间隙汽蚀）。c.性能下降泵刚发生汽蚀时，对泵性能影响不大，待汽蚀发展到一定程度，由于叶轮和液体的能量交换受到干扰和破坏，大量的汽泡堵塞流道，泵的流量、扬程、效率、轴功率曲线就会显著下降。低比转数泵的特性急速下降；高比转数泵的特性下降较为缓慢，只是到了某一个流量后，性能才急剧下降；轴流泵无显著下降阶段,多级泵汽蚀只限于第一级，因而性能下降较单级泵为小,汽蚀发生的危害,提高离心泵抗汽蚀性能的措施,（1）提高泵本身的抗汽蚀性能a.增大叶轮进口直径D0b.增大叶轮叶片进口宽度b1c.增大叶轮盖板进口部分曲率半径d.叶片进口边适当向吸入方向延伸e.增大叶片进口角f.尽量使叶片进口厚度薄g.增加叶片的光洁度(2)防止发生汽蚀的措施a.减少几何吸上高度Hg(或增加几何倒灌高度)。b.减少吸入损失hc(可增大管径、减少管路长度、弯头等)。c.选泵时，注意泵最大流量的NPSHR，应使装置的NPSHA大于泵的NPSHR。d.在同样的转速和流量下，采用双吸泵（减小进口流速）。e.泵汽蚀时，把流量调小或降速运行。f.泵吸水池对泵汽蚀有重要影响。g.为避免汽蚀破坏，可使用抗汽蚀材料如叶轮用0Cr13Ni4Mo，叶轮室用NiCr不锈钢,（1）输送介质的物理化学性能输送介质的物理化学性能直接影响泵的性能、材料和结构，是选型时需要考虑的重要因素。介质名称、介质特性（腐蚀性、磨蚀性、毒性等）、固体颗粒含量及颗粒大小、密度、黏度、汽化压力、气体含量、是否结晶等（2）工艺参数（选型重要依据）流量Q:工艺装置生产中，要求泵输送的介质量，工艺人员一般应给出正常、最小和最大流量。泵数据表是上往往只给出泵的正常和额定流量。选泵时，要求额定流量不小于装置的最大流量或取正常流量的1.11.15倍。扬程H:工艺装置所需的扬程值，也称计算扬程。一般要求泵的额定扬程为装置所需扬程的1.05 1.1倍。进口压力Ps和出口压力Pd:进、指泵进出接管法兰处的压力，进出口压力的大小影响到壳体的耐压和轴封的要求。温度T:泵进口介质温度，一般应给出工艺过程中泵进口介质的正常、最低和最高温度。装置汽蚀余量NPSHa:有效汽蚀余量操作状态:操作状态分连续操作和间歇操作两种。,9 泵选型条件,般水泵大中型泵站台数以48台为宜。中小型泵站以台为宜，小型泵站以台为宜， 对正常运转的泵，一般只用一台，因为一台大泵与并联工作的两台小泵相当，（指扬程、流量相同），大泵效率高于小泵，故从节能角度讲宁可选一台大泵，而不用两台小泵，但遇有下列情况时，可考虑两台泵并联工作：*流量很大，一台泵达不到此流量。*对于需要有50%的备用率大型泵，可改两台较小的泵工作，两台备用（共三台） *对某些大型泵，可选用70%流量要求的泵并联操作，不用备用泵，在一台泵检修时，另一抬泵仍然承担生产上70%的输送。*对需24小时连续不停运转的泵，应备用三台泵，运转，一台备用，一台维修。,（3） 泵的台数和备用率,离心泵具有结构简单，输液无脉动，流量调节简单等优点，因此除以下情况外，应尽可能选用离心泵。a 有计量要求时，选用计量泵。b 扬程要求很高，流量很小无合适小流量高扬程离心泵可选时，可选用往复泵；如汽蚀要求不高时也可选用旋涡泵。c 扬程很低，流量很大时，可选用轴流泵和混流泵。d 介质黏度较大（6501000mm2/s)时，可考虑选用转子泵，如：螺杆泵或往复泵；黏度特别大时，可选用特殊设计的高黏度螺杆泵和高黏度往复泵。e 介质含气量5%，流量较小且黏度37.4mm2/s时，可选用旋涡泵。如允许流量有脉动，可选用往复泵。f 对启动频繁或灌泵不便的场合，应选用具有自吸性能的泵，如：自吸式离心泵、自吸式旋涡泵、自吸式容积泵。,（4） 泵类型的选择,图1：泵类型选择框图 （根据框图可以初步确定符合装置参数和介质要求的泵类型）,Q600m3/h,H20m,含气量 5%,黏度 37.4mPa.s,H150m,Q10m3/h,容积式泵,超出 范围,计量泵,n2300,混流泵轴流泵,离心泵,否,有,旋涡泵,无,n=1450r/minn2=3.65nQ1/2/H3/4,是,否,是,是,否,否,否,否,否,否,是,是,是,是,是,泵的系列是指泵厂生产的同一类结构和用途的泵，如：IS型清水泵，Y型油泵，ZA型化工流程泵，SJA型化工流程泵等。当泵的类型确定后，就可以根据工艺参数和介质特性来选择泵系列和材料。如确定选用离心泵后，可以进一步考虑如下项目：a 根据介质特性决定选用哪种特性泵，如：清水泵、耐腐蚀泵，或化工流程泵和杂质泵等。介质为剧毒、贵重或有放射性等不允许泄露物质时，应考虑选用无泄漏泵（如：屏蔽泵、磁力泵）或带有泄漏收集和泄漏报警装置的双端面机械密封。如介质为液化烃等易挥发液体应选用低汽蚀余量蹦，如：筒型泵。b 根据现场安装条件选择卧式泵、立式泵（含液下泵管道泵）。c 根据流量大小选用单吸泵、双吸泵、或小流量离心泵。d 根据扬程高低选用单级泵、多级泵，或高速离心泵等。以上各项确定后可根据各类泵中不同系列泵的特点及生产厂的条件，选择合适的泵系列及生产厂。,(5) 泵系列和材料的选择,泵的类型、系列和材料选定后就可以根据泵厂提供的样本及有关资料确定泵的型号。1.容积式泵型号的确定（1）工艺要求的额定流量Q和额定出口压力P的确定额定流量Q一般直接采用最大流量，如缺少最大流量值时，取正常流量的1. 1 1.5倍。额定出口压力P指泵出口可能出现的最大压力值。（2）查容积泵样本或技术资料给出的流量Q和压力P流量Q指容积式泵输出的最大流量。可通过旁路调节和改变行程等方法达到工艺要求的流量。压力P指容积式泵允许的注意大出口压力。（3）选型依据符合以下条件者即为初步确定的泵型号。流量Q Q，且Q愈接近Q愈合理；压力P P，且P愈接近P愈合理；（4）校核泵的汽蚀余量NPSHr装置汽蚀余量NPSHa，如不合乎此要求，需降低泵的安装高度，以提高NPSHa值；或向泵厂家提出要求，以降低NPSHr值；或同时采用上述两方法，最终使NPSHrNPSHa 安全余量S。当符合以上条件泵不止一种时，应综合考虑选择效率高、价格低廉和可靠性高的泵。,(6) 泵型号的确定,2.离心泵型号的确定（1）额定流量和扬程的确定额定流量一般直接采用最大流量，如缺少最大流量值时，取正常流量的1. 1 1.5倍。额定扬程一般取装置所需扬程的1.05 1.1倍。对黏度20mm2/s或含固体颗粒的介质，需换算成输送清水时的额定流量和扬程，再进行以下工作。（2）查系列型图谱按额定流量和扬程查出初步选择的泵型号，可能为1种，也可能为2种以上。（3）校核按性能曲线校核泵的额定工作点是否落在泵的高效工作区内；校核泵的装置汽蚀余量NPSHa-必需汽蚀余量NPSHr是否符合要求。当不满足时，应采取有效措施加以实现。当符合以上条件者有2种以上规格时，要选择综合指标高者为最终选定的泵型号。具体可比较以下参数：效率（泵效率高者为优）、重量（泵重量轻者为优）和价格（泵价格低者为优）。,(7) 原动机功率的确定,1.泵的轴功率Pa计算(1)叶片式泵 KW(2)容积式泵 KW2.原动机的配用功率 KW3.根据爆炸区域、防爆等级、电源和供气情况 等选择合适的原动机。,H泵的额定扬程,mQ泵的额定流量,m3/s介质密度,kg/m3泵额定工况下的效率Pa泵额定工况下的轴功 率,KWPd泵出口压力,MPaPs泵入口压力,MPat泵传动装置效率K原动机效率裕量系数,轴封是防止泵轴与壳体处泄露而设置的密封装置。常用的轴封型式有：填料密封、机械密封和动力密封。往复泵的轴封通常是填料密封。当输送不允许泄漏介质时，可采用隔膜式往复泵。旋转式泵（含叶片式泵、转子泵等）的轴封主要有填料密封、机械密封和动力密封。1.填料密封:结构简单、价格便宜、维护方便，但泄漏量大、功耗损失大。因此填料密封用于输送一般介质，如水；一般不适用于石油及化工介质，特别是不能用在贵重、易爆和有毒介质中。2.机械密封:（也称端面密封）密封效果好，泄漏量很小，寿命长，但价格贵，加工安装维护保养比一般密封要求高。机械密封适用于输送石油及化工介质，可用于各种不同粘度、强腐蚀性和含颗粒的介质。3.动力密封:分为背叶片密封和副叶轮密封两类。泵工作时靠背叶片（或副叶轮）的离心力作用使洲风处的介质压力下降至常压或负压状态，使泵在使用过程中不泄漏。停车时离心力消失，靠背叶片（或副叶轮）的密封作用失效，这时靠停车密封装置起到密封作用。与背叶片（或副叶轮）配套的停车密封装置中较多采用填料密封。动力密封性能可靠，价格便宜，维护方便，适用于输送含有固体颗粒较多的介质。缺点：功率损失较机械密封大，切其停车密封装置的寿命较短。,(8) 轴封形式的确定,泵用联轴器一般选用挠性联轴器，目的是传递功率，补偿泵轴与电机轴的相对位移，减低对联轴器安装的精确对中要求，缓和冲击，改变轴系的自振频率和避免发生危害性振动等。泵常用联轴器有：a 爪型弹性联轴器b 弹性柱销联轴器c 膜片联轴器d 液力偶合器,(9) 联轴器及其选用,联轴器,刚性联轴器,链条联轴器,凸缘联轴器,挠性柱销联轴器,万向联轴器,弹性柱销联轴器,梅花联轴器,膜片联轴器,又称弹性块联轴器，其特点：体积小，重量轻，结构简单，安