平衡型機(jī)械密封

1、第五節(jié) 2平衡型機(jī)械密封 如圖1411（ ）所示，密封介質(zhì)作用在動(dòng)環(huán)上的有效面積小于動(dòng)靜環(huán)端面接觸面積。若介質(zhì)的壓力增加，則兩端面之間的壓差緩慢地增加。介質(zhì)壓力的高低對(duì)于兩端面之間的壓差影響很小，故平衡型可作為高壓下的機(jī)械密封。完全平衡型機(jī)械密封如圖1411（ ）所示，密封介質(zhì)作用在動(dòng)環(huán)上的有效面積等于動(dòng)靜環(huán)端面接觸面積。若介質(zhì)的壓力增加，則兩端面之間的壓差基本保持不變。介質(zhì)壓力的高低對(duì)于兩端面之間的壓差沒有影響，故完全平衡型一般作為高壓下的機(jī)械密封。5. 減漏環(huán)() () ()圖1412 減漏環(huán)()單環(huán)形 ()雙環(huán)形 ()雙環(huán)迷宮形1泵殼； 2鑲在泵殼上的減漏環(huán)；3葉輪 ；4鑲在葉輪上的減漏

2、環(huán)；葉輪進(jìn)口的外圓與泵殼內(nèi)壁的接縫存在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)接縫，它正是高低壓的交界面，并具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部位，很容易發(fā)生泄露，為了減少泵殼內(nèi)的高壓水向葉輪進(jìn)口的回流量，在水泵的構(gòu)造上一般采用兩種方式減漏（圖1412）：減小接縫間隙 接縫間隙一般不超過0.10.5。圖1413 止推軸承圖（a）單排滾珠 （b）雙排滾珠增加泄露通道阻力 由于加工、安裝以及軸向力的存在等原因，在接縫間隙處很容易發(fā)生葉輪與泵殼之間的摩擦現(xiàn)象，為了延長(zhǎng)葉輪和泵殼的壽命，通常在泵殼上鑲嵌一個(gè)金屬口環(huán)減漏環(huán)。其接縫面可做成多齒形，以增加回流阻力，增強(qiáng)減漏效果，提高容積效率。圖1412所示三種不同形式的減漏環(huán)，其中（）為雙環(huán)迷宮形減漏環(huán)，其

3、水流回流阻力很大，減漏效果很好，但其構(gòu)造復(fù)雜。減漏環(huán)的另一個(gè)作用是用來減少摩擦損失的，故也稱為承磨環(huán)或口環(huán)。當(dāng)減漏環(huán)與葉輪或泵殼之間的間隙過大時(shí)，可更換減漏環(huán)，不至于報(bào)廢葉輪和泵殼。6軸承圖1414 軸承座構(gòu)造圖1雙列滾珠軸承；2泵軸；3阻漏油橡皮圈；4油杯孔；5封板；6冷卻水套軸承用以支承轉(zhuǎn)動(dòng)部件的重量以及承受泵運(yùn)行時(shí)的軸向力和徑向力，并減小軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦力。離心泵和混流泵的軸承有滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承兩類，滾動(dòng)軸承根據(jù)所能承受的荷載大小可分為滾柱軸承滾珠軸承。滾動(dòng)軸承的工作性能較好，但是當(dāng)滾珠的圓周速度增高時(shí)，工作性能變壞。當(dāng)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果滾珠破碎，水泵轉(zhuǎn)子也會(huì)損壞，故只能適用于荷載較小的場(chǎng)

4、合，見圖1413、圖1414。根據(jù)荷載特性可分為只能承受徑向荷載的徑向軸承、只能承受軸向荷載的止推軸承、以及同時(shí)承受徑向和軸向荷載的徑向止推軸承。我國(guó)制造的單級(jí)離心清水泵，泵軸直徑在60以下的采用滾動(dòng)軸承， 泵軸直徑在75以上的水泵，常采用青銅或帶巴氏合金里襯的鑄鐵制造的，用油進(jìn)行潤(rùn)滑。也有采用橡膠或合成樹脂或石墨等非金屬制成的滑動(dòng)軸承，用水進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻。圖1415 葉輪前后兩側(cè)壓力分布圖葉輪進(jìn)水側(cè)壓力葉輪出水側(cè)壓力在軸流泵中一般采用水潤(rùn)滑的橡膠導(dǎo)軸承。每臺(tái)立式軸流泵有上、下兩個(gè)橡膠導(dǎo)軸承。下橡膠軸承安裝在水面以下，上橡膠軸承一般高出水面，所以起動(dòng)之前要加水潤(rùn)滑。7.軸向力平衡裝置單吸式離心

5、泵在運(yùn)行時(shí)，由于葉輪形狀不對(duì)稱、作用在葉輪兩側(cè)的壓力不相等，如圖1415所示。 圖1416 平衡孔圖1-排出壓力 2-加裝的減漏環(huán)3-平衡孔 4-泵殼上的減漏環(huán)在葉輪上產(chǎn)生了一個(gè)指向吸入側(cè)的軸向力。此力會(huì)使葉輪和軸發(fā)生竄動(dòng)、葉輪與密封環(huán)發(fā)生摩擦，造成零件損壞。因此，必須設(shè)法平衡或消除軸向力。單級(jí)單吸離心泵可采用平衡孔平衡軸向力。在葉輪后蓋板靠近軸孔處的四周鉆幾個(gè)平衡孔，并在相應(yīng)位置的泵蓋上加裝密封環(huán)，此環(huán)的直徑可與葉輪入口處密封環(huán)的直徑相等。壓力水經(jīng)過泵蓋上密封環(huán)的間隙，再經(jīng)平衡孔，流向葉輪吸入口，使葉輪兩側(cè)的壓力大致平衡，如圖1416所示，這種方法構(gòu)造簡(jiǎn)單，但是，開了平衡孔后，有回流損失，使

6、水泵的效率有所降低。單級(jí)單吸離心泵亦可采用具有平衡筋板的葉輪來平衡軸向力。在葉輪后蓋板上加46條徑向的平衡筋板，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，筋板強(qiáng)迫葉輪后面的液流加快轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使葉輪背面靠近泵軸附近的區(qū)域壓力顯著下降，達(dá)到減小或平衡軸向力的目的。另外，平衡筋板還能減小軸端密封處的水壓力，并可防止雜質(zhì)進(jìn)入軸端密封，所以，平衡筋板常被用在輸送雜質(zhì)的泵上。單吸式葉輪由于背水面承受的水壓力較進(jìn)水側(cè)大，這個(gè)軸向力隨著泵的增大和揚(yáng)程的增高而增大。為了平衡此軸向力，一般采用在靠近葉輪進(jìn)口處的后輪蓋上開46個(gè)小孔，這樣便可減少葉輪進(jìn)水面和背水面的壓力差，從而降低水壓對(duì)葉輪的軸向推力。但是由于葉輪背面的壓力水經(jīng)過平衡孔流向壓

7、力低的進(jìn)水側(cè)后，會(huì)降低葉輪的工作效率，所以，現(xiàn)在對(duì)小型低揚(yáng)程泵所產(chǎn)生的軸向推力不大，均不開平衡孔，其軸向推力完全由軸承承擔(dān)。圖1417 雙吸臥式離心泵1-泵蓋 2-泵體 3-吸入口單級(jí)單吸離心泵的特點(diǎn)是流量小、揚(yáng)程較低、構(gòu)造簡(jiǎn)單、維修方便、體積小、重量輕、成本低。主要用于較低揚(yáng)程小流量的平原和圩垸地區(qū)小型灌區(qū)。（二）雙吸式離心泵的構(gòu)造對(duì)于流量較大的離心泵，常采用雙吸式葉輪圖1417 。它好像是由兩個(gè)單吸式葉輪背靠背的組合而成。水從葉輪的左右兩側(cè)流入葉輪，然后再匯集到同一泵殼中，不僅軸向力可以自行平衡，而且改善了水泵的吸水性能。圖1418 單級(jí)雙吸臥式離心泵結(jié)構(gòu)圖1-泵體 2-泵蓋 3-葉輪 4

8、-泵軸 5-密封環(huán) 6-軸套 7-填料套 8-填料 9-水封環(huán) 10填料壓蓋 11-軸承螺母 12軸承體 13-滾珠軸承 14-聯(lián)軸器 15-軸承擋套 16-軸承斷蓋圖1418所示為型（臥式）單級(jí)雙吸離心泵的構(gòu)造圖。其主要零件與單級(jí)單吸離心泵基本相似，有葉輪、泵殼、泵軸、軸承、密封環(huán)及填料函等組成。葉輪的形狀是對(duì)稱的，如圖l24（）， 水從泵的吸水口流入后，經(jīng)半螺旋形流道由兩側(cè)流入葉輪，從葉輪甩出后，經(jīng)蝸殼形流道由出水口流出。故稱雙吸泵。泵殼是由泵體和泵蓋構(gòu)成，用鑄鐵或球墨鑄鐵制成。雙吸式離心泵的葉輪圖見圖144（）、圖145，泵的吸水口和出水口均在泵體上與泵軸垂直，呈水平方向。我國(guó)制造的中小

9、型的雙吸式離心泵一律采用蝸殼式。另外，泵蓋頂部設(shè)有安裝抽氣管的螺孔，泵體下部設(shè)有放水用的螺孔。因?yàn)楸蒙w和泵體的連接是水平中開的，所以，又稱為水平中開式雙吸離心泵。泵軸兩端是由裝在軸承體內(nèi)的軸承支承，泵殼內(nèi)緣與葉輪吸入口外緣的配合處，裝有密封環(huán)，泵軸穿出泵殼處設(shè)填料函。單級(jí)雙吸離心泵的特點(diǎn)是流量較大、揚(yáng)程較高、范圍寬廣，安裝檢修方便，由于葉輪對(duì)稱布置，基本上不產(chǎn)生軸向推力，運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)，效率高。在灌溉工程和給水工程中應(yīng)用極為廣泛。（三）多級(jí)式離心泵的構(gòu)造圖1419分段式多級(jí)離心泵構(gòu)造圖1進(jìn)水段 2中段 3葉輪 4泵軸 5導(dǎo)葉 6密封環(huán)7平衡盤 8平衡環(huán) 9出水段導(dǎo)葉10出水段 11尾蓋12軸承乙

10、部件 13彈性聯(lián)軸器 14軸承甲部件 15填料壓蓋16水封環(huán) 17填料分段式（節(jié)段式）多級(jí)離心泵的構(gòu)造如圖1419所示，泵軸上的葉輪數(shù)目代表水泵的級(jí)數(shù)。這種泵的泵體是分段式的，由一個(gè)進(jìn)水段（進(jìn)水部分）、一個(gè)出水段（出水部分）和數(shù)個(gè)中段（葉輪部分）所組成，各段用長(zhǎng)螺桿連接成為一整體。泵的吸水口位于進(jìn)水段上成水平方向，出水口在出水段上成垂直方向，水從一個(gè)葉輪流入另一個(gè)葉輪，中間經(jīng)過導(dǎo)流器。導(dǎo)流器的構(gòu)造是一個(gè)鑄有導(dǎo)葉的圓環(huán)，安裝時(shí)用螺母固在泵殼上。通常把這種帶導(dǎo)流器的多級(jí)泵稱為導(dǎo)葉式多級(jí)泵。分段式多級(jí)離心泵的特點(diǎn)是流量小，揚(yáng)程高。但構(gòu)造較復(fù)雜，拆裝較困難。我國(guó)的中壓分段式多級(jí)泵，一般流量在6.254

11、50、揚(yáng)程在25650范圍內(nèi)。主要用于山區(qū)和高原地區(qū)的灌溉工程。二、軸流泵的構(gòu)造軸流泵按主軸的安裝方式分有立式、臥式和斜式三種。立式軸流其主要零件有喇叭管、葉輪、導(dǎo)葉、出水彎管。如圖1420、圖1421所示。1. 葉輪葉輪是最主要的工作部件，由葉片、輪轂、導(dǎo)水錐等組成，一般用優(yōu)質(zhì)鑄鐵制成，大型泵多用鑄鋼制成，如圖1422所示。圖1422 半調(diào)節(jié)葉片軸流泵的葉輪1-輪轂 2-導(dǎo)水錐 3-葉片 4-定位銷 5-墊圈 6-緊葉片螺帽 7-橫閂 8-螺柱 9-六角螺帽圖1421 立式軸流泵結(jié)構(gòu)圖 1-出水彎管 2-導(dǎo)葉體 3-泵軸 4-葉輪 5-喇叭管 6-橡膠軸承7-填料盒8-填料 9-填料壓蓋 1

12、0-剛性連軸器圖1420 立式軸流泵外形1-聯(lián)軸器 2-泵軸 3-出水彎管4-導(dǎo)葉體 5-喇叭口 6-水泵支座軸流泵的葉片呈扭曲形裝在輪轂上。根據(jù)葉片調(diào)節(jié)的可能性分為固定式、半調(diào)節(jié)式和全調(diào)節(jié)式三種。固定式的葉片和輪轂成一體，葉片的安裝角度是不能調(diào)節(jié)的。半調(diào)節(jié)式的葉片用螺母栓緊在輪轂上，如圖1422所示，在葉片的根部上刻有基準(zhǔn)線，而在輪轂上刻有幾個(gè)相應(yīng)安裝角度的位置線如+4°、+2°、0°等。葉片不同的安裝角度，其性能曲線將不同，使用時(shí)可根據(jù)需要調(diào)節(jié)葉片安裝角度。調(diào)節(jié)時(shí)先卸下喇叭管，再把葉輪卸下來，將螺母松開轉(zhuǎn)動(dòng)葉片，使葉片的基準(zhǔn)線對(duì)準(zhǔn)輪軸上的某要求的角度線，然后再

13、把螺母擰緊，裝好葉輪即可。半調(diào)節(jié)式葉輪葉片一般需要停機(jī)并拆卸葉輪之后，才能進(jìn)行調(diào)節(jié)，適用于中小型軸流泵。全調(diào)節(jié)式的葉片是通過機(jī)械或液壓的一套調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來改變?nèi)~片的安裝角。它可以在不停機(jī)或只停機(jī)而不拆卸葉輪的情況下，改變?nèi)~片的安裝角這種調(diào)節(jié)方式構(gòu)造復(fù)雜，一般應(yīng)用于大型軸流泵。軸流泵的葉輪均為開敞式，一般具有26個(gè)葉片，安裝在粗大的輪轂上。輪轂前端有導(dǎo)水錐葉片，截面呈流線型，葉輪前后兩側(cè)壓力分布與機(jī)翼截面十分相似，前端(迎水端)呈圓形，葉輪進(jìn)水壓力小于葉輪背水側(cè)壓力，后端(出水端)呈尖圓形。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于沿半徑方向的線速度不同，為了得到同樣的揚(yáng)程，沿半徑方向葉片各截面的安裝角不相等，愈接近外緣其

14、安裝角就愈小，因此，葉片呈扭曲狀。根據(jù)軸流泵內(nèi)的葉輪數(shù)目，又可分為單級(jí)和多級(jí)兩種。圖1423 導(dǎo)葉軸面投影圖（）導(dǎo)葉軸面投影 （）水在導(dǎo)葉中的流向1導(dǎo)葉；2外殼；3導(dǎo)葉轂；4葉輪；5出水彎管由于葉片下表面曲率大于上表面，當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉輪尺寸是根據(jù)水動(dòng)力學(xué)計(jì)算決定的，但同時(shí)必須使葉輪具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。我國(guó)一般采用鑄鐵或優(yōu)良灰鑄鐵作為中小型清水泵的葉輪材料。大型葉片泵可用性能比鑄鐵好的鑄鋼作為葉輪材料泵軸必須有足夠的抗扭強(qiáng)度。2. 喇叭管喇叭管為中小型立式軸流泵的吸水室，用鑄鐵制造，它的作用是把水以最小的損失均勻地引向葉輪。喇叭管的進(jìn)口部分呈圓弧形，進(jìn)口直徑約為葉輪直徑的1.5倍左右。在大型軸

15、流泵中，吸水室一般做成流道的形式。圖1424 立式電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)圖1電機(jī)座；2傳動(dòng)軸；3軸承體；4推力軸承；5推力頭；6滾珠軸承；7軸承蓋；8油杯；9圓螺母；10傳動(dòng)聯(lián)軸器；11電機(jī)聯(lián)軸器流經(jīng)葉片下表面的流體速度必然大于上表面。因此，下表面的壓力要低于上表面，由于這個(gè)壓力差的存在，水對(duì)葉片產(chǎn)生一向下的壓力，而高速旋轉(zhuǎn)的葉片將對(duì)水產(chǎn)生一向上的推力使之上升。由于流體基本上沿著軸向流過葉輪，所以通常把這種水泵稱為軸流泵。3.導(dǎo)葉導(dǎo)葉位于葉輪上方的導(dǎo)葉管中，并固定在導(dǎo)葉管上。它的主要作用是消除流體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，減少水頭損失。同時(shí)可將流體的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴耗?。一般軸流泵中裝有612片導(dǎo)葉。（見圖142

16、3）。4.軸和軸承泵軸采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼制成，中小型軸流泵泵軸是實(shí)心的。對(duì)于大型軸流泵，為了布置葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，泵軸做成空心的。軸腔內(nèi)安置有操作油管或操作桿。軸流泵的軸承按其功能有兩種類型，一種是導(dǎo)軸承，另一種是推力軸承。導(dǎo)軸承主要用來承受轉(zhuǎn)動(dòng)部件的徑向力，防止擺動(dòng)，起徑向定位作用。常用的構(gòu)造有水潤(rùn)滑橡膠導(dǎo)軸承及油潤(rùn)滑軸承，圖1424中9和5分別為上下橡膠導(dǎo)軸承。推力軸承主要用在立式軸流泵中，用來承受流體作用在葉片上的向下的軸向推力，水泵轉(zhuǎn)動(dòng)部件重量以及維持轉(zhuǎn)動(dòng)部件的軸向位置，并將這些推力傳到機(jī)組的基礎(chǔ)上去。5 填料函在泵軸穿出出水彎管的地方，裝有填料密封裝置。其構(gòu)造與離心泵的填料函相似。6 泵殼軸

17、流泵的泵殼呈圓筒形，由于其中有固定導(dǎo)葉， 故稱導(dǎo)葉式泵殼（見圖1420）。導(dǎo)葉裝在葉輪后面，呈圓錐形，其擴(kuò)散角一般不大于8°9°，內(nèi)有512片導(dǎo)葉，其作用是把從葉輪中流出的帶有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的流體變?yōu)檩S向流動(dòng)；把一部分流體的動(dòng)能變?yōu)閴耗?。此外，在?dǎo)葉體內(nèi)還有橡膠軸承，起徑向支撐作用。軸流泵的出水道是一彎管。中小型軸流泵的進(jìn)水道多采用喇叭形短管，而大型軸流泵則多采用肘彎形或鐘形進(jìn)水道。軸流泵的特點(diǎn)是流量大、揚(yáng)程低、構(gòu)造簡(jiǎn)單、重量輕立式軸流泵葉輪安裝于水下，啟動(dòng)時(shí)無(wú)需引水，操作方便，葉片可以調(diào)節(jié)。當(dāng)工作條件變化時(shí)，只需改變?nèi)~片安裝角度，仍可保持在高效率區(qū)運(yùn)行。三、混流泵的構(gòu)造對(duì)于混流泵，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，流體同時(shí)承受著離心力和推力的作用，經(jīng)過葉輪的流體流向介于徑流和軸流之間，所以通常把這種水泵稱為混流式水泵(簡(jiǎn)稱混流泵)?；炝鞅檬墙橛陔x心泵與軸流泵之間的一種泵?；炝鞅冒礃?gòu)造型式分為蝸殼式和導(dǎo)葉式兩種。一般中小型泵多為蝸殼式，大型泵為導(dǎo)葉式或蝸殼式?；炝鞅玫奶攸c(diǎn)介于離心泵與軸流泵之間，泵的高效區(qū)范圍比軸流泵寬廣，汽蝕性能也較好，使用維修較為方便。圖1425 臥式蝸殼式混流泵結(jié)構(gòu)圖1-泵蓋 2-葉輪 3-填料 4