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文檔簡介

1、第十六章 常見泵的分類和工作原理泵是輸送液體或使液體增壓的機械。它將原動機的機械能或其他外部能量傳送給液體,使液體能量增加,主要用來輸送液體包括水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態(tài)金屬等,也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。水泵性能的技術參數有流量、吸程、揚程、軸功率、水功率、效率等;根據不同的工作原理可分為容積水泵、葉片泵等類型。容積泵是利用其工作室容積的變化來傳遞能量;葉片泵是利用回轉葉片與水的相互作用來傳遞能量,有離心泵、軸流泵和混流泵等類型。第一節(jié) 泵的分類及在電廠中的應用一、泵的分類(一)按照泵的工作原理來分類,泵可分為以下幾類1、容積式泵容積式泵是指靠工作部件的運動造成

2、工作容積周期性地增大和縮小而吸排液體,并靠工作部件的擠壓而直接使液體的壓力能增加。容積泵根據運動部件運動方式的不同又分為:往復泵和回轉泵兩類。按運動部件結構不同有:活塞泵和柱塞泵,有齒輪泵、螺桿泵、葉片泵和水環(huán)泵。2、葉輪式泵葉輪式泵是靠葉輪帶動液體高速回轉而把機械能傳遞給所輸送的液體。根據泵的葉輪和流道結構特點的不同,葉輪式泵又可分為:離心泵(centrifugal pump)軸流泵(axial pump)混流泵(mixed-flow pump)旋渦泵(peripheral pump)噴射式泵(jet pump)(二)其它分類1、泵還可以按泵軸位置分為:(1)立式泵(vertical pum

3、p)(2)臥式泵(horizontal pump)2、按吸口數目分為:(1)單吸泵 (single suction pump)(2)雙吸泵 (double suction pump)3、按驅動泵的原動機來分:(1)電動泵(motor pump )(2)汽輪機泵(steam turbine pump)(3)柴油機泵(diesel pump)(4)氣動隔膜泵(diaphragm pump如圖161 為泵的分類圖161 泵的分類二、各種類型泵在電廠中的典型應用離心泵凝結水泵、給水泵、閉式水泵、凝補水泵、定子冷卻水泵、定排水泵、爐水循環(huán)泵軸流泵循環(huán)水泵往復泵EH油泵齒輪泵送風機液壓油泵、磨煤機液壓油泵

4、、引風機電機潤滑油泵螺桿泵空預器導向軸承油泵、空預器支撐軸承油泵、空側交流密封油泵噴射泵主機潤滑油系統(tǒng)射油器、射水抽氣器水環(huán)式真空泵水環(huán)式真空泵第二節(jié) 離心泵的理論基礎知識 離心泵主要包括兩個部分:1.旋轉的葉輪和泵軸(旋轉部件)。2.由泵殼、填料函和軸承組成的靜止部件。正常運行時,葉輪高速旋轉,在慣性力的作用下,位于葉輪中心的流體被甩向外周并獲得了能量,使流向葉輪外周的液體的靜壓強提高,流速增大。液體離開葉輪進入蝸殼內,在蝸殼內液體的部分動能會轉換成靜壓能。于是較高壓強的液體從泵的排出口進入排出管路,被輸送到所需的管路系統(tǒng)。同時,葉輪中心由于液體的離開而形成真空,如果管路系統(tǒng)合適,則外界的液

5、體會源源不斷地吸入葉輪中心,以滿足水泵連續(xù)運行的要求。如圖162所示。圖162 離心泵的工作原理一、離心泵的性能參數(一)流量 指泵在單位時間內能抽出多少體積或質量的水。體積流量一般用m3/min、m3/h等來表示。(二)揚程 又稱水頭,是指被抽送的單位質量液體從水泵進口到出口能量增加的數值,除以重力加速度,用H表示,單位是m。(三)功率 是指水泵在單位時間(S)內所作功的大小,單位是KW。水泵的功率可分為有效功率和軸功率。1、有效功率又稱輸出功率:指泵內水流實際所得到的功率,用符號P0表示。2、軸功率:軸功率又稱輸人功率,是指動力機傳給泵軸的功率,用符號P表示。 軸功率和有效功率之差為泵內的

6、損失功率,其大小可用泵的效率來計量。(四) 效率 反映了水泵對動力機傳來動力的利用情況。它是衡量水泵工作效能的一個重要經濟指標,用符號m表示。(五)轉速 指泵軸每分鐘旋轉的次數,用符號n表示,單位是r/min.(六)汽蝕余量汽蝕余量是指在泵吸入口處單位重量液體所具有的超過汽化壓力的富余能量。單位用m標注,用NPSH表示。二、離心泵的性能曲線泵的性能曲線,標志著泵的性能。泵各個性能參數之間的關系和變化規(guī)律,可以用一組性能曲線來表達。對每一臺泵來講,當一臺泵的轉速一定時,通過試驗的方法,可以繪制出相應的一組性能曲線,即水泵的基本性能曲線。性能曲線一般以流量為橫坐標,用揚程、功率、效率和汽蝕余量為縱

7、坐標來繪制曲線。(一)流量與揚程曲線圖163 離心泵的流量與揚程的曲線 如圖163所示,水泵作為一種通過管道來提升或移動流體的機械。水泵能提升流體到達垂直管道的A點,即流量為零,泵的作功只是與流體的重力與質量相等。(即流體的勢能)因此,A點也被稱為關斷水頭(SHUTOFF-HEAD);如果想象轉動出水管從A點到F點,則水管變?yōu)樗焦?,則泵出的流體的勢能變?yōu)榱愣髁孔優(yōu)樽畲笾?。可以看出,調整出水管道的傾斜角度(即調整出水管道的阻力),即可得到我們想要的流量和揚程。(二) 流量與效率曲線如圖164所示,離心泵效率曲線可以看作是一條彈道曲線,其效率表現為從其最高效率點(BEP)向兩側下降的變化趨勢。

8、即泵的效率隨流量的增加而增加,到達高效點后,其效率隨著流量的增加而減少。圖164泵的流量與效率曲線(三) 流量與功率曲線一般來講,離心泵的軸功率隨流量的增加而逐漸增加,曲線有上升的特點。(但在一些特殊的泵中,其功率會保持直線甚至會隨流量的增加而下降)當流量為零時,軸功率最小。因此,為便于離心泵的啟動和防止超載,啟動時,應將出水管路上的閥門關閉,啟動后再逐漸打開。軸流泵的啟動與離心泵相反。如圖165所示。圖165離心泵的流量與功率的曲線(四) 流量與汽蝕余量曲線NPSHr(the Net Positive Suction Head required)-即泵的必需汽蝕余量,它代表了泵的最低運行要求

9、,如果泵的入口壓力未達到規(guī)定的NPSHr,則泵就會發(fā)生汽蝕不能運行。 離心泵的汽蝕余量曲線一般設計為:當流量從零和高效區(qū)之間變化時,其NPSHr幾乎是一條直線或有很小的變化,但是通過高效區(qū)的范圍后,則其NPSHr會以指數變化劇增。如圖166所示。圖166 離心泵的流量與NPSHr的關系 圖167離心泵的性能曲線總結:如圖167為離心泵的性能曲線。(1) 當泵運行在“A”點時,其對應的流量為“Q”,揚程為“H”;此時泵的效率最高,其能耗也在中間水平,同時其必需汽蝕余量也處于將要劇升的邊緣。(2) 當泵運行到“B”點時,其流量減少而壓頭升高。泵運行在高效率區(qū)的左邊,其效率下降損失增加。但其功率相應

10、減少,NPSHr也相應減少。但是,由于效率的下降和流量的減少,泵開始振動并加熱泵內的流體。當熱量不能被流體帶走時,溫度就會升高,達到對應的飽和溫度后,液體開始汽化,引起泵的振動和損壞。(3) 當泵運行在“C”點時,其流量增加而壓頭降低。同時泵的效率也下降。泵的功率會升高甚至會過負荷。而泵的NPSHr迅速增加,離開泵的流量大于進入泵的流量,泵內壓力變低,當達到對應壓力、溫度下的飽和狀態(tài)時,泵內的液體開始汽化沸騰,泵開始發(fā)生汽蝕,引起泵的損壞。如圖168所示。圖168泵的葉輪因汽蝕損壞圖圖169泵的運行區(qū)域圖總之,對于泵的運行來講,正常運行時泵應運行在“A”區(qū),如圖169所示。此時泵的效率最高,能

11、耗利用率最好。為了避免泵的損壞,泵的運行要避開“C”“D”區(qū)。而可以短時間運行在“B”區(qū)?!癇”區(qū)在“A”區(qū)的左邊,即在高效區(qū)的左邊,此時泵的效率較差,損失較多。同時其軸向推力也較大,易造成推力軸承的損壞。所以為了保證泵的運行安全,可以按照泵的相似定律來對泵進行改造或改變泵的轉速,以達到在保證泵的安全運行的前提下,滿足系統(tǒng)流量和壓力的要求。對于運行人員,我們要熟悉泵的運行曲線并熟練地應用它們,只要泵運行在高效區(qū)內并很好地作好維護工作,它就能保證安全長期運行。三、泵在系統(tǒng)中的運行 所有泵的設計都是為了滿足系統(tǒng)運行要求的。這個要求即是系統(tǒng)的總動力水頭(TDH)(Total Dynamic Head

12、).泵的運行狀態(tài)隨著系統(tǒng)的改變而改變。如系統(tǒng)所需的流量改變,則對應的泵的工作點也會改變,即泵的壓頭、效率、NPSHr都隨著變化。如果變化太大,則就會影響泵的安全經濟運行。(一)系統(tǒng)的總動力水頭(TDH)包括以下四個方面:1.Hs-靜壓頭(the static head)。是指泵送液體的來源和目的地之間的高度差,當泵入口的液體表面位置不同時,其靜壓頭是不同的。2.Hp-壓力水頭(the pressure head) 。它表示液體表面的壓力之差。3.Hv-速度水頭(the velociyt head)。它表示液體流過系統(tǒng)時的能量消耗。Hv=v22g.式中v-液體流經管道時的速度。g-重力加速度。4

13、.Hf-摩擦水頭(friction head).它表示液化流經系統(tǒng)時的摩擦損失。(1)對于管道:Hf=Kf×L100 (161)式中:Kf-每種材料直徑管道每一百米的摩擦常數。(可通過查表獲得) L-實際管道的長度(2)對于閥門和異型件: Hf=K×Hv100 (162)式中:K-各種閥門及異型件的摩擦常數。(可通過查表獲得)綜上所述:總動力水頭(TDH)= Hs+ Hp+ Hv+ Hf(二)泵的工作點 如圖1610所示:當泵在一個系統(tǒng)中正常運行時,泵對液體的耗功與系統(tǒng)對液體的總動力水頭(TDH)是相平衡的。但是強調的是,隨著系統(tǒng)的變化,如閥門的開閉,由TDH也發(fā)生的變化,

14、其平衡就會打破,泵的工作點也就發(fā)生了變化。所以在設計之初,我們必須計算好系統(tǒng)的TDH,并選擇合適的泵,使總動力水頭(TDH)與最高效率點(BEP)相匹配。圖1610泵的運行曲線四.泵的相似定律與變轉速運行 在電力生產中,變轉速的泵隨處可見,如由液力偶合器帶的給水泵或由小汽輪機接帶的水泵、風機等等。特別是近年來變頻裝置的成熟與普及,使得變速泵的運行越來越多。它可以減少管道的節(jié)流損失,更加節(jié)能。所以我們應掌握變頻泵的運行規(guī)律。(一)泵的相似定律的前提條件:1.幾何相似 兩臺水泵在結構上完全相仿,對應尺寸的比值相同,葉片數、對應角相等;2.運動相似 兩臺水泵內對應點的液體流動相仿,速度大小的比值相同

15、、方向一致(即速度三角形相似);3.動力相似 兩臺水泵內對應點的液體慣性力、黏性力等的比值相同(二) 符合相似條件的兩臺水泵,以下各式成立: Q2Q1=n2n1(D2D1)3 (163)H2H1=(n2n1)2 (D2D1)2 (164)P2P1=n2n13D2D15(21) (165)式中 : Q1,Q2 泵1、泵2的流量;n1,n2 泵1、泵2的泵軸轉速;D1、D2 泵1、泵2葉輪外徑;P1,P2 泵1、泵2、的軸功率;1、2 泵1、泵2、輸送介質的密度 (兩相似泵可以近似地認為容積率、水力效率、機械效率相等。) 對于同一臺泵來講,相似定律則可寫成:Q2Q1=n2n1 (166)H2H1=

16、(n2n1)2 (167)P2P1=n2n13 (166)式中:Q-泵的流量,m3/sH-泵的揚程,mP-泵的功率,kwn-泵的轉速,r/min從上式看出,對于變轉速泵,其流量的變化與轉速的一次方而正比;揚程與轉速的二次方成正比;功率與轉速的三次方成正比。當葉輪的直徑變化時,流量與直徑的三次方成正比;揚程與直徑的二次方成正比;功率與直徑的五次方成正比。此時也叫切削定律。 當泵轉速在20%左右變化時,其效率可認為變化不大。 相似定律同樣適用于離心式風機。(三)泵與風機的曲線群知道了某一轉速下的泵的性能曲線,根據相似定律,我們可以得到不同轉速下的泵的性能曲線,也能得到不同葉輪直徑下的泵的性能曲線。

17、如圖1611,1612所示。圖1611不同直徑下泵的特性曲線圖1612不同轉速下泵的性能曲線五、泵與風機的運行調整 當泵與風機運行在系統(tǒng)中的時候,其主要有兩個任務,一個是要滿足系統(tǒng)的要求,保證系統(tǒng)所需要的流量和壓力。同時為了保證自身的運行安全,需要對泵的運行區(qū)域進行設定,防止泵的損壞。主要包括:泵的入口有保證足夠的有效汽蝕余量(NPSHa)>必須汽蝕余量(NPSHr);泵應該運行在高效區(qū)域內;泵的流量不能小于最小流量;泵的流量不能高于泵的最大流量。而當系統(tǒng)的需求變化時,系統(tǒng)所需的流量、壓力發(fā)生了變化,為了保證泵的運行安全和滿足系統(tǒng)需要,要求我們要對泵的工作點進行調整。(一)定轉速泵的運行

18、調整 如圖1613所示,只需改變泵的性能曲線或者改變系統(tǒng)曲線,就能改變泵的工作點。對于定轉速泵來講,改變泵的性能曲線較難,一般改變系統(tǒng)的曲線來改變泵的工作點。系統(tǒng)的總動力水頭(TDH)=靜壓頭(Hs)+壓力水頭(Hp)+速度水頭(Hv)+摩擦水頭(Hf).從上式看出,只要改變四個水頭中任意一個,即可改變系統(tǒng)曲線,從而調整泵的工作點。1.調整管道的閥門來調整流量 當運行泵為定轉速時,通過調整閥門的開度,即使系統(tǒng)的阻力損失發(fā)生變化(即調整了摩擦水頭),改變了系統(tǒng)的曲線,從而使泵的工作點發(fā)生的轉移,流量、壓力發(fā)生變化。如圖1613所示。系統(tǒng)的流量由Q1調整為Q2,使泵的工作點由a變?yōu)閎,同時由于閥門

19、的節(jié)流損失及泵偏離高效區(qū),使得泵的效率下降,能耗增加。如果繼續(xù)調小流量的話,還有可能進入泵的最小流量區(qū)內,造成泵的汽化,使泵損壞,所以節(jié)流調整必須在一定的范圍內進行。 同時,對于離心泵來講,為了防止發(fā)生汽蝕,節(jié)流調整一般放在泵的出口管道進行研究。因為入口管道節(jié)流后,會使泵的有效汽蝕余量NPSHa<NPSHr,造成泵的汽蝕。 圖1613 調整閥門開度后泵性能的變化2、泵的汽蝕調整,也叫泵的自動調整。即通過改變系統(tǒng)的入口水面的水位,即通過改變靜壓頭(Hs)的方法,也可使泵的工作點轉移。 例如:凝結水泵的汽蝕調節(jié)就是把水泵出門水門開足,當汽輪機負荷變化(凝汽量相應變化)時,通過凝汽器水位(即凝

20、結水泵的倒灌高度發(fā)生變化)來調節(jié)泵的出水量,使其和汽輪機的排汽量相平衡3、改變泵的性能曲線來進行調整。如有的泵與風機可在運行中改變葉片的角度,從而改變了泵與風機的性能曲線,以此也可調整泵與風機的工作點。4、如果泵的正常工作點遠離系統(tǒng)的要求,長期使泵處于低效區(qū)甚至影響泵的安全??梢酝ㄟ^切削定律,在泵停運后對泵的葉輪直徑進行調整,以期調整泵的工作區(qū)到高效區(qū)。(二)變轉速泵的運行調整。 如圖1614所示,通過調整泵的轉速之后,通過相似定律即可得到泵的變轉速性能曲線,而系統(tǒng)曲線未發(fā)生變化。這樣泵的工作點由“a”轉移至“c”,實現了泵流量的變化。泵的變轉速調整有如下特點:1. 變轉速調整沒有閥門的節(jié)流損

21、失,較為節(jié)能。2. 變轉速調整由于泵的性能曲線變化,使得泵的工作點脫離高效區(qū)不遠,效率較高。3. 變轉速調整后,根據相似定律,泵的功率與轉速的三次方成正比,使泵的功率大大降低。4. 變轉速調整可以實現轉機的柔性啟動,提高的轉機的安全性。5. 變轉速后的NPSHr大大降低,提高了泵的抗汽蝕能力。6. 變轉速泵的調整需要特殊的原動機或電氣變頻裝置,投資較高。甚至會帶來振動、軸承潤滑不良等問題。圖1614 離心泵的變轉速調整六、泵的并聯與串聯運行(一)泵的并聯運行 為了提高系統(tǒng)運行的靈活性、可靠性及經濟性。一般電廠水泵設置兩臺同樣泵與風機為并聯運行方式。如凝結水泵、循環(huán)水泵、送風機、引風機等。圖16

22、15泵的并聯運行簡圖 如圖1615,1616所示,由于并聯運行泵的管路是為兩臺泵運行設計的,當一臺泵運行時,其工作點是在泵的性能曲線高效區(qū)的右邊,易發(fā)生汽蝕。即同樣壓力下,單獨運行時其流量會偏大一些。圖1616 相同性能泵并聯運行時的工作曲線1.相同性能泵并聯運行的特點(1) 兩臺泵并聯運行時,其在同樣轉速下的流量要較泵單獨運行時流量之和較小。(2) 對于并聯運行系統(tǒng),當只有一臺泵運行時,其易受到汽蝕的威脅,應引起注意。(3) 由于泵單獨運行時其工作點在BEP的右邊,意味著此時泵的功率較大,易引起過負荷,應引起注意。2.不同性能泵的并聯運行特點 不同性能泵并聯運行時,出力較低(如變頻泵)的泵,

23、則其在啟動或者運行中,有可能打不開出口逆止閥,造成泵的流量為零,長期運行會造成泵的汽化而損壞。所以此種情況下運行,系統(tǒng)的總的流量不能太低,并且在啟動時,應優(yōu)先啟動出力較低的水泵。如圖1617所示。圖1617兩臺不同性能泵運行曲線(二)泵的串聯運行圖1618 泵的串聯運行圖1619同性能泵的串聯運行性能曲線 有些場合,為了得到較高壓力的液體,會使用串聯泵運行。同理,對于多級離心泵來講,也相當于單級泵的串聯運行。如圖16191.同性能泵的串聯運行(1) 如圖1618,串聯泵運行后,將得到兩倍左右的揚程(但較單獨泵運行時揚程的兩倍較?。煌瑫r流量基本是單獨泵運行時的流量(較單獨泵運行時的流量較?。?。

24、(2) 串聯泵運行時,如果有一臺泵跳閘,由于較高的阻力,易使運行泵工作點左移,泵易造成汽化而損壞。2.不同性能泵的串聯 將不同性能泵的性能曲線迭加,即可得到其運行性能曲線。如圖1620所示,在這種情況下,當流量增加到一定范圍,則只有一臺泵出力,另一臺泵處于相對大流量工況,其NPSHr會劇增,引起泵的汽蝕。圖1620不同性能泵串聯運行性能曲線3.定速泵與變速泵的串聯圖1621 定速泵與變速泵的串聯 如圖1621所示,在一些高壓、大流量的場合,為了實現上述目的,常采用定速泵與變速泵相結合的方式上水,如鍋爐給水泵。定速泵置于變速泵之前,這樣定速泵可以為變速泵提供足夠的汽蝕余量,變速泵改變轉速為變化的

25、系統(tǒng)提供穩(wěn)定供水。4. 變速給水泵的工作區(qū) 為了保證給水泵的運行和系統(tǒng)的供水安全,在任何工況下,給水泵應運行在工作區(qū)范圍內,如圖1622所示,其主要包括六條曲線:(1) 泵的最高轉速曲線nmax。即泵的機械性能決定的最高轉速性能曲線。(2) 泵的最低轉速曲線nmin。即泵的機械性能決定的最低轉速性能曲線。(3) 泵的上限特性曲線。即由不同轉速下泵的最小流量點形成的曲線,正常運行時,泵只能運行在上限特性曲線的右側。如運行在其左側,則將使泵的流量不足冷卻泵產生的熱量,從而引起泵的汽化,造成泵的損壞。目前,為防止在低流量,高壓力時泵的工作點落入上限特性曲線之右,設計了泵的再循環(huán)管道,當泵的工作點接近

26、上限特性曲線時,再循環(huán)管道上的閥門打開,以增加給水流量。當工作點向左遠離上限特性曲線后,其閥門關閉。(4) 泵的下限特性曲線。即由不同轉速下泵的最大流量點形成的曲線,正常運行時,泵只能運行在下限特性曲線的左側。如超過下限,則泵的在某一轉速下的流量太大,超過了泵的最高效率區(qū)范圍,使泵效率下降;同時,泵的NPSHr大增,泵易發(fā)生汽蝕,造成出力下降和泵的振動等故障。故在泵運行在大流量、低壓頭工況時,適當關小泵的出口調節(jié)閥,抬高泵的出口壓力,使泵重新回到工作區(qū)內。(5) 系統(tǒng)的最低給水壓力Pmin。即變速給水泵還必須滿足系統(tǒng)對水壓的最低要求,防止系統(tǒng)里的設備出故障。如對于鍋爐如果上水壓力太低,則會造成

27、水循環(huán)的破壞,造成水冷壁的爆破。(6) 系統(tǒng)的最高給水壓力Pmax。即變速泵還必須滿足系統(tǒng)對水壓的最高要求。如對于鍋爐來講,如果壓力過高,會造成安全門啟動,甚至管道破裂。圖1622 變速給水泵的工作區(qū)第三節(jié) 各種泵的設備結構及工作原理一、離心泵(一) 離心泵的結構離心泵的結構型式多種多樣,分類方式也較多,表161中列出了離心泵的基本結構型式, 表16-1離心泵的結構型式結構特征形式編碼說明懸臂式撓性聯軸器傳動臥式底腳安裝方式QH1中心線安裝方式QH2泵安裝在底座上且由撓性聯軸器連接到驅動機上有軸承架的立式管道泵OH3與泵成一體的軸承箱剛性聯軸器傳動立式管道泵OH4剛性聯軸器傳動共軸式傳動立式管

28、道泵OH5葉輪直接安裝在驅動機軸上與高速齒輪箱成一整體OH6葉輪直接安裝在驅動機軸上兩端支承式單級和雙級軸向剖分式BB1徑向剖分式BB2多級軸向剖分式BB3徑向剖分式單殼式BB4雙殼式BB5筒型泵立式懸吊式單殼式通過揚水管排出導流殼式VS1蝸殼式VS2軸流式VS3獨立排液管長軸式VS4懸臂式VS5雙殼式導流殼式VS6內層為導流殼蝸殼式VS7內層為蝸殼1、 單級離心泵單級離心泵是指只有一級葉輪的離心泵,其主要由以下零部件組成(見圖1623):(1)泵殼 泵殼有軸向剖分式和徑向剖分式兩種。大多數單級離心泵的殼體都是蝸殼式的,多級泵徑向剖分殼體一般為環(huán)形殼體或圓形殼體。一般蝸殼式泵殼內腔呈螺旋型流道

29、,用以收集從葉輪中流出的液體,并引向擴散管至泵出口。泵殼承受全部的工作壓力和液體的熱負荷。(2)葉輪 如圖1623所示,葉輪是唯一的做功部件,泵通過葉輪對液體做功。葉輪的結構型式有閉式、開式、半開式三種。閉式葉輪由葉片、前蓋板、后蓋板組成。半開式葉輪由葉片和后蓋板組成。開式葉輪只有葉片,無前后蓋板。閉式葉輪效率較高,開式葉輪效率較低。圖1623 葉輪的形式 (3)密封環(huán)密封環(huán)的作用是防止泵的內泄漏和外泄漏由耐磨材料制成的密封環(huán),鑲于葉輪前后蓋極和泵殼上,磨損后可以更換。(4)軸和軸承泵軸一端固定葉輪,一端裝聯軸器。根據泵的大小,軸承可選用滾動軸承和滑動軸承。按作用力方向可分為徑向軸承和推力軸承

30、。(5)軸封軸封一般有機械密封和填料密封兩種。一般泵均設計成既能裝填料密封,又能裝機械密封。單級離心泵結構示意圖,如圖1624所示。圖1624 單級離心泵結構圖2、雙吸離心泵雙吸泵的葉輪可以視為由兩個單吸葉輪背靠背地組成,就像兩個葉輪對稱布置,因此可以認為工作時不會產生軸向力。但由于制造和裝配上的原因,總有尺寸偏差,不可能做到絕對對稱,加之液流也不可能絕對對稱因而必然還有殘余軸向力,因此一般雙吸泵上均裝有徑向滾動軸承,以承受剩余軸向力。 應著重指出的是,臥式單級雙吸泵(圖3-4)多采用中開式結構,其泵體和泵蓋結合面一般是通過軸心線的水平面,通常稱之為中開面。由于采用這種結構,可以揭開泵蓋即可檢

31、修泵內各零件,且無需拆卸迸、出管路和移動電機或其他原動機,檢修極為方便。與單吸泵想比,雙吸離心泵有較大的流量,較好的吸上性能;與混流泵相比,有較高的揚程。如圖1625,雙吸離心泵結構示意圖圖1625 單級雙吸式離心泵結構示意圖多級離心泵是指有兩個或兩個以上葉輪的泵。通常的結構有蝸殼式多級泵和分段式多級泵。 蝸殼式多級泵的結構特點(圖1626)一般采用中開式結構以便于檢修,且有利于葉輪對稱布置,減,作用在轉子上的軸向力。但這種結構的工藝性較差,級數越多,泵體和系蓋的形狀越復,泵的外形尺寸越大,特別是級與級之間需要配置一些級間流道,使泵的外形比較復雜。 而且當級數較多、揚程較高時,中開面的密封難度

32、較大。基于這些因素,這種結構應用的廣泛性受到一定的限制。 分段式多級泵的結構特點(圖1627)結構緊湊,有利于提高標準化、通用化程度。由于這種結構的揚程取決于泵的級數,所以這種多級泵的揚程范圍較寬.圖1626 蝸殼式多級離心泵的結構示意圖圖1627 分段式多級離心泵結構示意圖3、離心泵的優(yōu)點和缺點離心泵的優(yōu)點:(1) 結構簡單而緊湊,對于同一輸送量,離心泵所占面積小,重量輕,材料耗用較少,對基礎要求無住復泵高,故制造安裝費用少。(2) 可高速運行,可以采取2極或4極電動機直聯,傳動結構簡單易安裝。(3) 離心泵內無活門,故適于輸送懸浮液,特殊的設計還能輸送大塊固體的懸浮液可用耐化學腐蝕的材料制

33、造泵,適用輸送腐蝕溶液。(4) 因結構簡單、零件少、故障少、經久耐用、維修費用少、管理方便、工作可靠。(5) 輸出量可由排出閥門任意調節(jié)甚至全關,不會出現壓頭無限上升的危險。(6) 對于被輸送的液體量大而壓頭不要求大時,離心泵最適宜。(7) 排液均勻無脈沖現象。離心泵的缺點(1) 運行前,必須使泵體內充滿液體(2) 對于供應小流量、大壓頭的不適宜、效率低、受到限制。(3) 遇到設計不完善或操作不當時,如牛奶,則易產生泡沫,影響下一工序生產。(4) 安裝不妥會出現”氣縛”現象。(5) 效率也比往復泵低。二、軸流泵(一)軸流泵的結構軸流泵有立式、臥式和斜式三種。目前多用立式,其外形如圖1628所示

34、。它的轉動部分也是一根泵軸,軸的下端安裝有葉輪,上端裝有聯軸器,不動部分的主要零部件有進水喇叭管、導葉體和出水彎管。圖1628 立式軸流泵結構示意圖1、葉輪葉輪由葉片、輪轂、導水錐等三個主要部件組成,如圖1628所示。葉片一般有2-6片,用鑄鋼或鑄鐵制成。葉片安裝在輪轂上,輪轂上開有與葉片數目相等的孔,每個孔里安裝一個葉片。葉片有固定式、半調節(jié)式和全調節(jié)式三種。固定式葉片與輪轂澆鑄為一整體;半調節(jié)式和全調節(jié)式可根據揚程變化情況調整葉片的安裝角度。如果需要提高揚水高度,可把葉片安裝角度改小。這樣,在維持水泵高效率的前提下,適當減少出水量,在動力機不致超載的情況下提高了揚水高度;反之,如果要降低揚

35、水高度,則把葉片安裝角度調大。由于全調節(jié)式水泵構造復雜,價格貴,因此,中水型排灌站多使用半調節(jié)式軸流泵。半調節(jié)式泵要在停機時才能調節(jié)葉片,調節(jié)時要注意以下幾個問題:(1)軸流泵出廠時,葉片的安裝角度一般放在“零度”,這個“零度”是指葉片設計安裝角度,如葉片的設計安裝角度為15度,就把15度作為“零度”。小于設計安裝角度為負;大于設計安裝角度為正,葉片根部刻有基準線,在輪轂上刻有相對應的安裝角度線,如+4°、+2°、0°、-2°、-4°等。當需要調節(jié)角度時,將緊葉片的螺母松開,轉動葉片,使基準線與需要的安裝角度線對準,再擰緊螺母即可。也有用定位銷

36、來調節(jié)的,當松開螺母后,對好調整角度,變更定位銷位置,再擰緊螺母。(2)調節(jié)葉片安裝角度,要使各片的安裝角度相等,否則水泵抽水時會有振動或雜聲。(3)調換葉片時,要防止把葉片裝反。若個別葉片損壞需要更換時,最好更換全部葉片,以求各葉片平衡一致。若只更換一個葉片,也要保持各葉片平衡一致。2、進水喇叭管為了使水以最小的損失均勻地流向葉輪,在中小型軸流泵的葉輪進口前裝有進水喇叭管,其管口直徑約為葉輪直徑的1.5倍。進水喇叭管用鑄鐵制造。3、導葉體它是由導葉、導葉轂和外殼組成的整體,鑄造而成,其主要作用是將從葉輪中流出的水流的旋轉運動變?yōu)檩S向運動。導葉的片數一般為6-12片。4、出水彎管其斷面一般為等

37、圓截面,內曲率半徑約為彎管出口半徑的1.5倍,彎管轉彎角度通常為60度。5、泵軸中小型水泵的泵軸是實心的,大型泵的泵軸是空心的。泵軸一般采用優(yōu)質碳索鋼制成。兩端各有螺母,分別固緊葉輪輪轂和聯軸器。從軸的上端俯視,泵軸為順時針方向旋轉,因此,固緊聯軸器的螺母為左旋螺紋(倒牙)。 6、軸承立式軸流泵的軸承有導軸承和推力軸承兩種類型。導軸承主要是用來承受經向力,起徑向定位作用。中小型軸流泵大多數都采用水潤滑橡膠導軸承,它有上下兩只,內表面開有軸向槽,使水能進入軸瓦與軸之間進行潤滑和冷卻。推力軸承主要是用來承受軸向力,包括軸向水壓力及軸上所有零部件的重量。對于中小型立式軸流泵,當采用電動機直接傳動時,

38、一般是在電動機座內裝有軸承體,軸承體內裝有推力滾動軸承和一個徑向滾動軸承;當采用皮帶傳動時,一般則是在皮帶輪座內裝有推力滾動軸承和兩個滾珠軸承。(二)軸流泵的優(yōu)點和缺點軸流泵是一種高比轉速的泵,一般比轉速在5001000之間。由于比較速越大,則揚程越低,流量越大。由于軸流泵的qv-H性能曲線很陡降,在起動時不應將排出管路上閥門關閉,否則起動功率過大,會造成電動機過載而損壞。軸流泵采用可調節(jié)式葉片泵來調節(jié)流量。其主要優(yōu)點有:1、軸流泵的最大優(yōu)點是流量大、結構簡單、重量輕、外形尺寸小、占地面積?。?、對調節(jié)式軸流泵,當工作條件變化時,只要改變葉片角度,仍然可保持在較高效率下工作,但由于揚程太低,其

39、應用范圍受到限制;3、為提高揚程,軸流泵也可做成多級的。軸流泵的缺點:1、氣蝕性能較差,一般允許吸上真空高度僅為45mH2O(4050kPa);2、軸流泵的壓頭低。由于軸流泵本身具有的特點,因此大流量是軸流泵的發(fā)展方向之一。目前國內已成系列地大量發(fā)展大口徑的巨型軸流泵,在結構上也趨向于采用調節(jié)式葉片泵的方向發(fā)展。(三)軸流泵的工作原理軸流泵是根據機翼原理制成的。圖1629為機翼的截面,設將此機翼懸掛在流體中,流體以一定的速度M流過時,翼面發(fā)生負壓,翼背發(fā)生正壓,其正、負壓力的大小與翼形及迎角(翼背與液流方向之傾角)以及流體速度的大小有關。如果流體不動,而機翼以相等速度在流體中運動時,則翼背和翼

40、面受到與前相同的正壓和負壓,即翼面(機翼上面)為負翼背為正壓。在此壓力作用下機翼將獲得升力。如果將機翼形的槳葉固定在轉軸上,形成螺旋槳,如圖2-2-21b所示,并使之不能沿軸向移動,則當轉軸高速旋轉時,翼面(螺旋槳下側)因負壓而有吸流作用,翼背因正壓而有排流作用,如此一吸一排造成了液體(或氣體)的流動。這就是軸流泵和軸流式風機的工作原理。圖1629軸流泵原理圖(a)機翼截面;(b)軸流泵示意圖三、往復泵(一)往復泵的結構往復泵的結構 圖1630 往復泵的原理圖往復泵的結構如圖1630所示,主要部件包括:泵缸;活塞;活塞桿;吸入閥、排出閥。其中吸入閥和排出閥均為單向閥。往復泵按往復元件不同分為活

41、塞泵、柱塞泵和隔膜泵3種類型。1、活塞泵活塞泵適用于壓頭較低時的輸送?;钊系幕钊麠U經十字頭與曲柄連桿機構連接。當原動機帶動曲柄旋轉一周時,活塞在泵缸內作一次來回移動。活塞移動的最大距離稱為行程。如果活塞往復一次時,只有泵缸的一側各吸入和排出一次液體,這種泵稱為單作用泵。單作用泵的排液是間斷的,吸液時不排液,排液時不吸液。同時,由于勻速圓周運動轉變而來的活塞直線運動的非勻速性,即使排液時,流量也是不均勻的。為了消除單作用泵排液的間斷性,就出現了雙作用泵。雙作用泵至少有4個閥門,分別安設在泵缸兩側,并且吸入管和排出管分別為兩側共有。如此,當原動機運轉時,一側的吸液、排液與另一側的捧液、吸液交叉,

42、吸人管和排出管內的液體就保持不斷地流動。2、柱塞泵泵的活塞以柱式代替盤式主要出于機械強度的原因。因為泵在高壓頭下送液時,不僅要考慮泵缸的強度,而且要考慮活塞的強度,所以柱塞泵一般用于高壓泵和中壓泵,活塞泵則用于低壓泵。三柱塞式高壓泵是一種三聯泵。三聯泵是由共用一根曲軸的3個單作用泵所組成。3個單作用泵的曲柄互相錯開120°,其吸液管和排液管也是3個泵共用。這樣,在曲軸旋轉一周的周期里,各泵的吸液、排液依次相差1/3周期,大大地提高排液管內流量的均勻性。3、隔膜泵當輸送腐蝕性料液或懸浮液時,為了不使活塞受到損傷,多采用隔膜泵,即用一彈性薄膜將柱塞和被輸送液體隔開的往復泵。隔膜左邊所有部

43、分可由耐酸材料制成,或襯以耐酸物質。隔膜右邊則盛有水或油。當柱毫作往復運動時,迫使隔膜交替地向兩側彎曲,使隔膜起著和活塞同樣的吸液和排液的作用,而被輸送液體則始終不與柱塞相接觸。(二)往復泵的優(yōu)點和缺點往復泵的優(yōu)點:1.可獲得很高的排壓,且流量與壓力無關,吸入性能好,效率較高,其中蒸汽往復泵可達80%95%;2.原則上可輸送任何介質,幾乎不受介質的物理或化學性質的限制;3泵的性能不隨壓力和輸送介質粘度的變動而變動。往復泵的缺點:1.流量不是很穩(wěn)定。同流量下比離心泵龐大;2.機構復雜;3.資金用量大;4.不易維修等。(三)往復泵的工作原理活塞由電動的曲柄連桿機構帶動,把曲柄的旋轉運動變?yōu)榛钊耐?/p>

44、復運動;或直接由蒸汽機驅動,使活塞做往復運動; 當活塞從右向左運動時,泵缸內形成低壓,排出閥受排出管內液體的壓力而關閉;吸入閥受缸內低壓的作用而打開,儲罐內液體被吸入缸內; 當活塞從左向右運動時,由于缸內液體壓力增加,吸入閥關閉,排出閥打開向外排液。 由此可見,往復泵是依靠活塞的往復運動直接以壓力能的形式向液體提供能量的。往復泵是容積泵的一種,它依靠活塞在泵缸中往復運動,使泵缸工作容積呈周期性的擴大與縮小來吸排液體。往復系具有自吸能力,且在壓力劇烈變化下仍能維持幾乎不變的流量,它特別適用于小流量、高揚程情況下輸送粘性較大的液體。在油庫中,往復泵的主要用途是輸送專用燃料油和潤滑油用泵,還可以作為

45、鍋爐給水泵或為離心泵抽真空引油、抽罐車底油等。由于往復泵結構復雜、易損件多、流量有脈動,大流量時機器笨重,所以在許多場合為離心泵所代菩。但對于高壓力、小流量、輸送粘度大的液體,要求精確計量和流量隨壓力變化小的工廠仍采用各種往復泵。圖1631 活塞泵外形圖圖1632 柱塞泵外形圖圖1633 隔膜泵外形圖圖1634柱塞泵結構示意圖圖1635隔膜泵結構示意圖四、齒輪泵(一)齒輪泵的結構圖1636 外嚙合齒輪泵結構示意圖圖1637 外嚙合齒輪泵結構示意圖 外嚙合齒輪泵是應用最廣泛的一種齒輪泵,一般齒輪泵通常指的就是外嚙合齒輪泵。它的結構如圖1636所示,主要由主動齒輪、從動齒輪、泵體、泵蓋和安全閥等組

46、成。泵體、泵蓋和齒輪構成的密封空間就是齒輪泵的工作室。兩個齒輪的輪軸分別裝在兩泵蓋上的軸承孔內,主動齒輪軸伸出泵體,由電動機帶動旋轉。外嚙合齒輪泵結構簡單、重量輕、造價低、工作可靠、應用范圍廣。圖1637所示為內嚙合齒輪泵,它由一對相互嚙合的內齒輪、及它們中間的月牙形件、泵殼等構成。月牙形件的作用是將吸入室和排出室隔開。當主動齒輪旋轉時,在齒輪脫開嚙合的地方形成局部真空,液體被吸入泵內充滿吸入室各齒間,然后沿月牙形件的內外兩側分兩路進入排出室。在輪齒進入嚙合的地方,存在于齒間的液體被擠壓而送進排出管。(二)齒輪泵的優(yōu)點和缺點齒輪泵的優(yōu)點:1、結構簡單,工藝性較好,成本較低。2、與同樣流量的其他

47、各類泵相比,結構緊湊,體積小。3、自吸性能好.無論在高、低轉速甚至在手動情況下都能可靠地實現自吸。4、轉速范圍大.因泵的傳動部分以及齒輪基本上都是平衡的,在高轉速下不會產生較大的慣性力。5、油液中污物對其工作影響不嚴重,不易咬死。齒輪泵的缺點:1、工作壓力較低.軸及軸承上受的壓力不平衡,徑向負載大,限制了它壓力的提高。2、容積效率較低。3、流量脈動大,引起壓力脈動大,使管道、閥門等產生振動,噪聲大。(三)齒輪泵的工作原理圖1638 齒輪泵工作原理圖如圖1638所示,當齒輪泵主動齒輪轉動,吸油腔齒輪脫開嚙合,齒輪的輪齒退出齒間,使密封容積增大,形成局部真空,油箱中的油液在外界大氣壓的作用下,經吸

48、油管路、吸油腔進入齒間。隨著齒輪轉動,吸入齒間的油液被帶到另一側,進入壓油腔。這是齒輪進入嚙合,使密封性逐漸減小,齒輪間部分的油液被擠出,形成了齒輪的壓油過程。齒輪嚙合時齒向接觸線把吸油腔和壓油腔分開,起配油作用。當齒輪泵的主動齒輪有電機帶動不斷轉動時,齒輪脫開嚙合一側,由于密封容積變大,則不斷從油箱中吸油,輪齒進入嚙合的一側,由于密封容積減小則不斷地排油,形成一個不斷循環(huán)的過程。圖1639外嚙合式齒輪泵圖1640內嚙合式齒輪泵五、螺桿泵(一)螺桿泵的結構螺桿泵按螺桿數量分為單螺桿泵單根螺桿在泵體的內螺紋槽中嚙合轉動的泵。雙螺桿泵由兩個螺桿相互嚙合輸送液體的泵。多螺桿泵由多個螺桿相互嚙合輸送液

49、體的泵。圖1641 2W.W型雙螺桿泵結構簡圖如圖1641所示,螺桿泵主要由齒輪箱蓋、齒輪、滾動軸承、前支架、后支架、泵體等組成。(二)螺桿泵的優(yōu)點和缺點螺桿泵有以下優(yōu)點:1、壓力和流量范圍寬闊;2、運送液體的種類和粘度范圍寬廣;3、因為泵內的回轉部件慣性力較低,故可使用很高的轉速;4、吸入性能好,具有自吸能力;5、流量均勻連續(xù),振動小,噪音低;6、與其它回轉泵相比,對進入的氣體和污物不太敏感;7、結構堅實,安裝保養(yǎng)容易。螺桿泵的缺點是:螺桿的加工和裝配要求較高;泵的性能 對液體的粘度變化比較敏感。(三)螺桿泵的工作原理圖1642三螺桿泵結構簡圖如圖1642螺桿泵是利用螺桿的回轉來吸排液體的。

50、上圖表示三螺桿泵的剖視圖。圖中,中間螺桿為主動螺桿,由原動機帶動回轉,兩邊的螺桿為從動螺桿,隨主動螺桿作反向旋轉。主動螺桿從動螺桿的螺紋均為雙頭螺紋。由于各螺桿的相互嚙合以及螺桿與襯筒內壁的緊密配合,在泵的吸入口和排出口之間,就會被分隔成一個或多個密封空間。隨著螺桿的轉動和嚙合,這些密封空間在泵的吸入端不斷形成,將吸入室中的液體封入其中,并自吸入室沿螺桿軸向連續(xù)地推移至排出端,將封閉在 各空間中的液體不斷排出,猶如一螺母在螺紋回轉時被不斷 向前推進的情形那樣,這就是螺桿泵的基本工作原理。圖1643雙螺桿泵結構圖六、噴射泵(一)噴射泵的結構圖1644 噴射泵結構原理圖如圖1644所示:噴射泵主要

51、由噴嘴、吸入室、混合室、擴壓室以及進出口管道組成。噴嘴由收縮的圓錐形或流線形的管加上出口處一小段圓柱形管道所構成,一般采用螺紋與泵體相連接,以便拆換。混合室又稱作喉管,常做成圓柱形,中、低揚程泵也可將混合室做成圓錐形與圓柱形相結合,以減少混合時的能量損失。擴壓室是一段擴張的錐管,它可以使液流在其中降低流速,增加壓力,從而將動能轉化為壓力能。實驗證明,擴壓室的擴張角做成8°-10°時,擴壓過程的能量損失最小。(二)噴射泵的優(yōu)點和缺點噴射泵的優(yōu)點:1沒有運動部件,結構緊湊,工作方便可靠;2.自吸能力較強。3.結構簡單,體積較小,造價低廉;4.可運送污濁液體;5.使用壽命長。噴射

52、泵的缺點:能量損失較大,效率較低,約在15%-30%之間。(三)噴射泵的工作原理工作流體從動力源沿壓力管路引入噴嘴,在噴嘴出口處由于工作流體與空氣之間的粘滯作用,把噴嘴附近的空氣帶走,使噴嘴附近形成一定真空度,在外界大氣壓作用下,水源的水從吸入管路被吸上來,并隨同高速工作流體一起進入喉管,在喉管內兩股介質發(fā)生動量變換,工作流體將一部分能量傳遞給空氣,這樣工作流體速度減慢,被抽送的空氣速度加快,到達喉管末端兩股流體的速度漸趨一致,混合過程完成,混合液進入擴散管,降低壓力后排出,完成引水過程,如圖1645所示。圖1645 噴射泵工作原理圖 噴射泵引水排氣量與工作流體流量、壓力、噴嘴面積、喉管面積等

53、有關系,計算比較復雜。七、水環(huán)式真空泵(一)水環(huán)式真空泵的結構水環(huán)泵是由泵軸、葉輪、分配器、泵體、軸承、支持架、進水殼體、泵蓋、吸排氣盤、水在泵體內壁形成的水環(huán)、吸氣口、排氣口等組成的。葉輪是由葉片和輪轂構成的。殼體內部形成一個圓柱體的空間,葉輪偏心的安裝在這個空間內,同時在殼體沿軸向兩側上開設有吸氣口和排汽口,吸氣口和排氣口開設在葉輪側面殼體的氣體分配器上,形成吸氣和排氣的軸向通道。泵軸端密封用盤根密封。(二)水環(huán)式真空泵的優(yōu)點和缺點水環(huán)式真空泵有以下優(yōu)點:1、結構簡單,制造精度要求不高,容易加工。2、結構緊湊,泵的轉數較高,一般可與電動機直聯,無須減速裝置。故用小的結構尺寸,可以獲得大的排

54、氣量,占地面積也小。3、壓縮氣體基本上是等溫的,即壓縮氣體過程溫度變化很小。4、由于泵腔內沒有金屬磨擦表面,無須對泵內進行潤滑,而且磨損很小5、。轉動件和固定件之間的密封可直接由水封來完成。6、吸氣均勻,工作平穩(wěn)可靠,操作簡單,維修方便。水環(huán)式真空泵有以下缺點:1、效率低,一般在30%左右,較好的可達50%。2、真空度低,這不僅是因為受到結構上的限制,更重要的是受工作液飽和蒸氣壓的限制。用水作工作液,極限壓強只能達到20004000Pa。用油作工作液,可達130Pa??傊?,由于水環(huán)泵中氣體壓縮是等溫的,故可以抽除易燃、易爆的氣體。由于沒有排氣閥及摩擦表面,故可以抽除帶塵埃的氣體、可凝性氣體和氣水混合物。有了這些突出的特點,盡管它效率低,仍然得到了廣泛的應用。(三)水環(huán)式真空泵的工作原理如圖1646所示,真空泵的殼體內有一個圓柱體空間,葉輪偏心地裝在這個空間內,同時在殼體側面的適當位置上開有吸氣口和排氣口,實現軸向吸氣和排氣。水環(huán)泵工作之前需要向泵內灌注一定數量的水,這些水起著傳遞能量的媒介作用,故也把這些水成為工質。當葉輪在原動機帶動下旋轉時,工質在葉片的推動下獲得圓周速度,由于離心力的作用,將水甩向外徑形成一個貼在圓柱體內表面的水環(huán)。由于葉輪與殼體是偏心的,水環(huán)的內表面也就與葉輪偏心。殼體內的水形成了一個與圓柱體同心的圓筒形水環(huán),其結果是水環(huán)內表面、葉輪的內表面、輪

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