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文檔簡介
第七章流體機(jī)械結(jié)構(gòu)
流體機(jī)械的分類已在第一章中詳細(xì)介紹,本章著重從各種不同的流體機(jī)械的典型結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行闡述,進(jìn)而了解流體機(jī)械的性能及其主要用途。
第一節(jié)泵
泵的種類很多,主要有葉片泵、容積泵和其它類型的泵(如水錘泵、射流泵等)。
12/23/20231西華大學(xué)宋文武教授泵是一種通用機(jī)械,應(yīng)用極為廣泛,用于國民經(jīng)濟(jì)的各個部門中,凡是有液體流動的地方,就會有泵在工作。其主要應(yīng)用范圍是:農(nóng)田排灌、石油化工、動力工業(yè)、城市給排水系統(tǒng)、采礦和造船工業(yè)、宇航火箭燃料供給以及生命科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)如人造心臟等。一葉片泵的結(jié)構(gòu)型式及用途
葉片泵的結(jié)構(gòu)型式按其比轉(zhuǎn)數(shù)ns的大小及葉輪的型式可分為五大類:旋渦泵(ns=5~40)、部分流泵(ns=15~50)、離心泵(ns=30~280)、混流泵(ns=250~600)以及軸流泵(ns=600~2000),按泵軸的位置型式又可分為立式和臥式兩大類。如根據(jù)壓出室型式,吸入方式,葉輪的級數(shù)以及不同的使用條件和要求還可分為如下的各種結(jié)構(gòu)型式。
12/23/20232西華大學(xué)宋文武教授12/23/20233西華大學(xué)宋文武教授12/23/20234西華大學(xué)宋文武教授
葉片泵的使用范圍如圖4-1所示。由于葉片泵的應(yīng)用范圍很廣,各種不同的使用場合,要求葉片泵的結(jié)構(gòu)、材料及傳動方式等都有所不同。常用的泵產(chǎn)品系列是指結(jié)構(gòu)形式、用途、材料相同,除過流部件外,其他零部件通用程度高,基本參數(shù)(流量、揚(yáng)程)按一定規(guī)律分布的產(chǎn)品。泵的一個系列內(nèi)的產(chǎn)品并不都是幾何相似的,而是由若干個水力模型(也就是比轉(zhuǎn)速按一定的規(guī)律變化)的不同尺寸構(gòu)成系列中的全部產(chǎn)品,不同的系列有可能有相同的水力模型。將一個系列的泵產(chǎn)品的使用范圍繪制在一個坐標(biāo)系中,就構(gòu)成為泵的系列型譜。
12/23/20235西華大學(xué)宋文武教授圖4-2為國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO2858)單級懸臂式離心泵的系列型譜圖。圖中每一產(chǎn)品的使用范圍是一個曲線構(gòu)成的四邊形,上面一條曲線就是泵的特性曲線,下面一條曲線是泵葉輪切割后形成的特性曲線,左右邊界線是切割拋物線,曲線框中的數(shù)字代表泵的型號,其中帶有下劃線的型號,泵的轉(zhuǎn)速為1475r/min,其余的泵的轉(zhuǎn)速為2950r/min。圖4-3為我國制定的雙吸泵系列型譜,圖中的性能參數(shù)是該系列降速運(yùn)行的性能,因此泵的揚(yáng)程要比型號中所表示的低,其比轉(zhuǎn)速值是近似值。可以根據(jù)泵的系列型譜進(jìn)行泵的選型計(jì)算。但首先還是要認(rèn)識各類葉片泵的結(jié)構(gòu)及其用途。
下面逐一介紹葉片泵的結(jié)構(gòu)型式及主要用途。12/23/20236西華大學(xué)宋文武教授12/23/20237西華大學(xué)宋文武教授12/23/20238西華大學(xué)宋文武教授一)、旋渦泵結(jié)構(gòu)型式及用途
旋渦泵的類型及結(jié)構(gòu)型式有W型、WX型及WZ型等幾種,其主要工作機(jī)構(gòu)包括葉輪、泵體和泵蓋以及由它們組成的環(huán)型流道,液體由吸入管進(jìn)入流道,并經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的葉輪獲得能量,被輸送到排出管,完成泵的工作過程。W型旋渦泵為單級懸臂式,如圖所示。結(jié)構(gòu)特點(diǎn):
結(jié)構(gòu)簡單,零件數(shù)少,易加工,成本低,可選用較高的轉(zhuǎn)速,故體積小,重量輕。葉輪與軸都采用滑動配合,可自動調(diào)整軸向間隙,軸封可采用軟填料密封,也可采用機(jī)械密封,裝拆方便;整泵結(jié)構(gòu)為軸對稱,通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度高,因此安裝、運(yùn)行、維護(hù)都十分方便;該型泵既可正轉(zhuǎn)也可反轉(zhuǎn)。
12/23/20239西華大學(xué)宋文武教授圖W型旋渦泵
12/23/202310西華大學(xué)宋文武教授WX型旋渦泵為兩級懸臂式離心旋渦泵,如下圖所示。結(jié)構(gòu)特點(diǎn):第一級為離心葉輪,第二級旋渦葉輪,該泵汽蝕性能較好,吸程高,結(jié)構(gòu)簡單,體積小,重量輕,通用化程度高,便于維修。
WZ型旋渦泵為兩端支撐的多級自吸旋渦泵,如圖6所示。結(jié)構(gòu)特點(diǎn):多級葉輪串聯(lián),有兩個支撐點(diǎn),結(jié)構(gòu)較WX型要復(fù)雜,但葉輪可自動調(diào)整其軸向位置,即葉輪在軸上可自由滑動,安裝拆卸,調(diào)整軸向間隙及維修都很方便。12/23/202311西華大學(xué)宋文武教授該型泵揚(yáng)程高,流量小,適用于化學(xué)工業(yè)中抽送易揮發(fā)、易汽化的液體,它可以自吸,又可以液汽混輸,便于使用電機(jī)、柴油機(jī)、汽油機(jī)等作動力,因此使用范圍較廣,特別是在船舶裝置中,機(jī)場、汽車配油站,還可用于小型自動化泵站,農(nóng)業(yè)供水,用于城市公用建設(shè),如增壓輔助泵,家庭用水等,以及用于汽車及船用洗涼、飲水、消防等輔助設(shè)備,還可代替液環(huán)泵作真空泵和低壓壓氣機(jī)等等。泵的性能范圍:流量Q=0.05~12l/s,單級揚(yáng)程H=300m。該型泵效率低,η=35%~38%,汽蝕性能較差。
12/23/202312西華大學(xué)宋文武教授二)、部分流泵的結(jié)構(gòu)型式及用途
部分流泵也稱高速離心泵或切線增壓泵。泵可以與電機(jī)直聯(lián),也可用齒輪經(jīng)過一級或兩級增速而使泵成為高速泵。如圖7-7所示。1—葉輪2—泵體3—泵軸4—聯(lián)軸器圖7-5WX型離心旋渦泵12/23/202313西華大學(xué)宋文武教授1—泵軸2—軸承3—注油杯4—出水段5—進(jìn)水段6—鍵7—聯(lián)軸器圖7-6WZ多級自吸旋渦泵12/23/202314西華大學(xué)宋文武教授結(jié)構(gòu)特點(diǎn):該型泵葉輪是開式的,葉片呈輻射形狀,葉片出口安放角為90°,葉輪與泵體間的間隙較大(一般為2~3mm),但對泵的性能沒有什么影響。這類泵通常情況下是立式布置的,當(dāng)功率大于160KW時布置成臥式。泵軸與電動機(jī)軸或增速箱的輸出軸直聯(lián),葉輪懸臂地裝在軸上。泵的壓出口與吸入口布置在同一直線上。有時可在葉輪進(jìn)口處裝設(shè)誘導(dǎo)輪以降低泵的汽蝕余量。用途:部分流泵除用于抽送清水外,還可以抽送粘度較大(500厘泊)的石油制品,化學(xué)腐蝕液,懸浮液體以及含有少量微細(xì)顆粒的液體,抽送液體的溫度為-110°~250°。12/23/202315西華大學(xué)宋文武教授1—低速軸2—高速軸3—機(jī)械密封4—葉輪5—擴(kuò)散管6—泵體7—增速箱8—潤滑油泵圖7-7一級增速部分流泵
泵的性能范圍:流量Q=0.5~90m3/h,揚(yáng)程H=11~1800m,功率N=7.5~440KW,轉(zhuǎn)速n=2960~31800r/min。
12/23/202316西華大學(xué)宋文武教授三)、離心泵結(jié)構(gòu)型式及用途
離心泵的結(jié)構(gòu)型式如前列分類表所示。圖7-8為離心泵的結(jié)構(gòu)示意圖,其葉輪3是具有幾個葉片的圓盤,安裝在泵軸上和原動機(jī)相連接。離心泵結(jié)構(gòu)型式簡單,使用維護(hù)都很方便,且效率較高,因此使用范圍極為廣泛。常用的離心泵的型式有如下幾類。(一)單級單吸式:IS型、BA型、B型泵等。IS型泵如圖7-9所示。其組成主要包括泵體、葉輪、泵蓋、主軸、密封環(huán)、懸架軸承、軸套等等。泵體和泵蓋為后開門的結(jié)構(gòu)型式,檢修極為方便,也就是在檢修時不用拆卸泵體,管路及電機(jī),只需拆下加長聯(lián)軸器的中間聯(lián)接件,就可退出轉(zhuǎn)子部件,懸架軸承部件支撐著泵的轉(zhuǎn)子部件。為了平衡泵的軸向力,
12/23/202317西華大學(xué)宋文武教授1-葉輪,2-蝸殼形泵殼3-葉片4-吸水管5-出水管圖7-8離心泵的結(jié)構(gòu)示意圖
在葉輪前、后蓋板處設(shè)有密封環(huán),葉輪后蓋板上開設(shè)有平衡孔。滾動軸承承受泵的徑向力以及殘余軸向力。泵的軸封為填料密封,由填料后蓋,填料環(huán)和填料等組成,防止進(jìn)氣或漏水,在軸通過填料環(huán)的部位裝有12/23/202318西華大學(xué)宋文武教授軸套7以保護(hù)軸不被磨損。軸套與軸之間裝有O型密封圈,目的同樣是防止進(jìn)氣和漏水。泵的傳動形式為通過加長彈性聯(lián)軸器與電動機(jī)相聯(lián)。從原動機(jī)方向看,泵一般為順時針方向旋轉(zhuǎn)。
IS型泵廣泛適用于工礦企業(yè),城市給水、排水系統(tǒng)、農(nóng)田排灌。輸送清水或物理、化學(xué)性質(zhì)類似于清水的其它液體介質(zhì),其性能范圍為:流量Q=6.3~400m3/h,揚(yáng)程H=5~125m,工作介質(zhì)溫度≤80℃。
1—泵體2—葉輪螺母3—止動墊圈4—密封環(huán)5—葉輪6—泵蓋7—軸套8—填料環(huán)9—填料10—填料壓蓋11—懸架12—泵軸13—支架圖7-9IS型泵12/23/202319西華大學(xué)宋文武教授圖7-10為B型泵的部件圖,B型泵又稱托架式懸臂泵,是BA型的改進(jìn)型,兩者結(jié)構(gòu)大同小異,主要由泵體、泵蓋、葉輪、軸、托架、軸承等組成。結(jié)構(gòu)型式已經(jīng)系列化,且結(jié)構(gòu)簡單,重量輕,通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度高。1-水泵入口2-泵蓋3-葉輪背帽4-葉輪5-葉輪入口6-口環(huán)7-水泵出口8-鍵槽9-泵殼10-水封環(huán)11-填料12-填料壓蓋13-軸承端蓋14-注油孔15-底座16-軸承17-軸18-聯(lián)軸器19-螺母圖7-10B型泵的部件圖
12/23/202320西華大學(xué)宋文武教授
B型泵的出口方向與泵軸成垂直,并可根據(jù)安裝使用要求或管路布置情況使之與泵體共同旋轉(zhuǎn)90°、180°或270°角,也就是泵出口可朝上、朝下、朝前或朝后。傳動方式可通過彈性聯(lián)軸器與電機(jī)直聯(lián)也可通過皮帶輪間接傳動。泵軸由兩個滑動軸承支承,從而降低振動和噪音,在靠近輪轂周圍鉆有幾個小孔,用來平衡泵的軸向力。
B型泵適用于工廠、礦山、城市給排水及農(nóng)田排灌。特別適用于對噪音值有一定要求的場所。輸送清水或物理化學(xué)性質(zhì)類似于清水的其它中性液體介質(zhì)。其性能范圍:流量Q=4.5~360m3/h
揚(yáng)程H=8~98m12/23/202321西華大學(xué)宋文武教授(二)單級雙吸式:SH型泵
單級雙吸泵結(jié)構(gòu)如圖4-11所示。雙吸泵進(jìn)水是由葉輪的兩邊進(jìn)入,它的葉輪好像用兩個單吸泵的葉輪背靠背地組合在一起,兩個葉輪對稱布置,因此可以認(rèn)為它在工作時不會產(chǎn)生軸向力。但由于安裝、制造等方面的原因,不可能做到兩個葉輪的絕對對稱,加之水流流動也不可能是絕對對稱的,總會產(chǎn)生一定的軸向力,因此通常由徑向滾動軸承來承受這較小的殘余軸向力。泵進(jìn)水端在葉輪進(jìn)水前分為兩股,形成進(jìn)水端左右兩個蝸殼,在泵出水端,水流又匯合成一股,形成出水端的一個蝸殼,所以從泵殼外表看似有三個蝸殼。
12/23/202322西華大學(xué)宋文武教授7-11單級雙吸泵結(jié)構(gòu)
12/23/202323西華大學(xué)宋文武教授葉輪裝在泵軸中間,SH型泵的泵殼是水平中開式的,上半部稱為泵蓋,下半部稱為泵座。這種結(jié)構(gòu)型式,便于揭開泵蓋來檢修泵內(nèi)各零件,無需再拆卸進(jìn)、出口管路和移動電機(jī)或其它原動機(jī)。泵的軸承可以采用滾動軸承,用油脂潤滑,也可以采用滑動軸承,用稀油潤滑,泵的軸封通常采用軟填料密封,少量的高壓水通過水封管及填料環(huán)流入填料室中,起水封的作用。
SH型泵與單吸泵比較,出水量較大,有較好的吸上性能;與混流泵相比,又具有較高的揚(yáng)程,因此它多用于農(nóng)田灌溉,也廣泛用于工廠、礦山、城市給排水系統(tǒng)。該泵體積大,且泵越大這一缺陷越突出,因此適宜于固定使用。為了減小該型泵機(jī)組的占地面積,節(jié)約基建投資,可將電機(jī)置于較高的位置,以適應(yīng)于江河邊泵站的要求,也可以采用立式單級雙吸泵型式,如圖7-12所示,這種泵在使用時,機(jī)泵之間靠傳動軸聯(lián)結(jié),泵轉(zhuǎn)子的軸向力由泵上部的推力軸承承受。12/23/202324西華大學(xué)宋文武教授單級雙吸泵在我國已有成熟的系列產(chǎn)品,為了進(jìn)一步提高單級雙吸泵的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化程度,簡化結(jié)構(gòu),改進(jìn)工藝性能,使技術(shù)指標(biāo)更為先進(jìn),使性能布局更符合我國工農(nóng)業(yè)發(fā)展的實(shí)際需要,正加緊對SH型泵系列加以改進(jìn),提出更新的系列S泵系列。(三)多級離心泵:DA型泵
多級離心泵是由兩個以上的葉輪分段組成的泵。多用于工業(yè)部門,是一種結(jié)構(gòu)緊湊,有利于提高標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度的結(jié)構(gòu)型式。由于這種泵的揚(yáng)程取決于泵的級數(shù),所以這種泵的揚(yáng)程范圍較廣,在離心泵當(dāng)中它能達(dá)到的揚(yáng)程最高,幾乎所有的各種用途的高揚(yáng)程離心泵均采用這種結(jié)構(gòu)型式。僅目前列為標(biāo)準(zhǔn)系列的分段式多級離心泵產(chǎn)品就有供輸送常溫清水的D型泵系列,供發(fā)電廠用的DG型鍋爐給水泵系列,供石油化工部門用的Y型油泵系列等。
12/23/202325西華大學(xué)宋文武教授分段式多級泵結(jié)構(gòu)型式如圖7-13,主要由吸入段、中段、壓出段、軸、葉輪、導(dǎo)葉、密封環(huán)、平衡盤、軸承、穿杠等零部件組成。泵入口為水平方向,出口為垂直方向,穿杠將吸入段、中段及壓出段連成一體。軸承常為滾動軸承,由油脂潤滑,泵軸封采用軟填料密封,在填料密封箱中通入有一定壓力的水起水封的作用,并有可更換的軸套保護(hù)泵軸。泵的傳動可通過彈性聯(lián)軸器與原動機(jī)直聯(lián),從原動機(jī)方向看,泵為順時針旋轉(zhuǎn)。D型泵的性能范圍為:流量Q=18~420m3/h
揚(yáng)程H=25.5~615mDG型鍋爐給水泵供輸送不含固體顆粒的清水或物理化學(xué)性質(zhì)類似于清水的液體。
12/23/202326西華大學(xué)宋文武教授1—泵轂2—泵蓋3—中段4—導(dǎo)葉5—泵軸6—葉輪7—平衡板8—平衡套9—聯(lián)軸器10—推力軸承圖7-14DG型鍋爐給水泵
12/23/202327西華大學(xué)宋文武教授其使用溫度,高壓泵可達(dá)160℃,中壓泵可達(dá)105℃,低壓泵低于80℃,適用于高、中壓鍋爐的給水用。性能范圍為:流量Q=25~575m3/h
揚(yáng)程H=50~2800mDG型泵是臥式單吸多級分段式鍋爐給水泵,泵結(jié)構(gòu)有單轂體和雙轂體。高壓泵的吸入口和吐出口均垂直向上,其他泵吸入口為水平方向,吐出口為垂直向上,單轂體泵用拉緊螺栓把吸入段、中段、壓出段聯(lián)結(jié)成一體,結(jié)構(gòu)圖可見圖7-14。泵轉(zhuǎn)子由裝在軸上的葉輪、平衡盤等組成。低壓泵的轉(zhuǎn)子兩端由滾動軸承支承,軸承由油脂潤滑,高、中壓泵的轉(zhuǎn)子兩端由滑動軸承支承,中壓泵軸承采用稀油潤滑,循環(huán)水冷卻,高壓泵采用強(qiáng)制潤滑,由輔助油泵和泵軸頭油泵供油。DG型泵的軸封形式有浮環(huán)密封、機(jī)械密封及填料密封三種,軸兩端有密封箱,各種密封元件都裝在密封箱內(nèi),對于機(jī)械密封和填料密封,其密封箱內(nèi)還要通入有一定壓力的水,起到水封、水冷及水潤滑的作用。在軸的軸封處裝有可更換的軸套,以保護(hù)泵軸。DG型高壓鍋爐給水泵常通過齒型聯(lián)軸器與原動機(jī)相聯(lián),有的還配帶液力偶合器進(jìn)行調(diào)速。對中、低壓泵一般直接通過彈性聯(lián)軸器由原動機(jī)驅(qū)動。12/23/202328西華大學(xué)宋文武教授石油化工用Y型油泵如圖7-15,是一種使用范圍較廣,輸送不含固體顆料的石油產(chǎn)品的系列油泵。其性能范圍:流量Q=6.25~500m3/h
揚(yáng)程H=60~603m
輸送介質(zhì)溫度范圍:-45℃~400℃這種型式的泵可分為單級或兩級懸臂式,單級或兩級兩端支承式和多級分段式三種。由于抽送介質(zhì)溫度范圍大,其結(jié)構(gòu)基本上按熱油泵的結(jié)構(gòu)考慮。(四)液下離心泵
圖7-16為立式單吸單級液下離心泵,它抽送溫度為-20~140℃的堿等有腐蝕性的液體。其性能范圍為:流量Q=3.6~360m3/h
揚(yáng)程H=6~41m該型泵的入口為軸向垂直向下,出口為垂直向上,主要由泵體、泵蓋、葉輪、軸、接管、軸承架等零部件組成,泵軸上端有兩個滾動軸承支承,軸承用油脂潤滑,軸封采用填料密封。12/23/202329西華大學(xué)宋文武教授1-泵蓋2-葉輪3-填料4-支架5-泵體6-泵軸7-加長聯(lián)軸器圖7-15石油化工用Y型油泵12/23/202330西華大學(xué)宋文武教授1—吸入段2—中段3—壓出段4—軸5—葉輪6—導(dǎo)葉7—密封環(huán)8—平衡盤9—平衡板10—軸承部件11—穿杠圖7-13分段式多級泵
12/23/202331西華大學(xué)宋文武教授1—泵體2—泵蓋3—葉輪4—出液管5—導(dǎo)軸承部件6—中間接管7—軸8—軸承架部件9—底板圖7-16立式單吸單級液下離心泵12/23/202332西華大學(xué)宋文武教授四)、混流泵結(jié)構(gòu)型式及用途
混流泵結(jié)構(gòu)和BA型泵基本上一樣,只是葉輪形狀不同,和離心泵葉輪相比,混流泵葉輪的進(jìn)、出口開口值都比較大,葉片長度較短,其形狀介于離心泵與軸流泵之間,因此,混流泵的流量較大,揚(yáng)程較低。比轉(zhuǎn)數(shù)較低的混流泵其基本結(jié)構(gòu)型式接近于軸流泵?;炝鞅贸7譃槲仛な郊皩?dǎo)葉式兩種結(jié)構(gòu),前者結(jié)構(gòu)特點(diǎn)接近于離心泵,后者的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)接近于軸流泵。圖7-17為蝸殼式混流泵結(jié)構(gòu),圖7-18為導(dǎo)葉式混流泵結(jié)構(gòu)。前者通常采用懸架式懸臂結(jié)構(gòu),而不采用托架式,與單級單吸懸臂泵很相近,與后者相比,結(jié)構(gòu)簡單,制造、安裝、使用、維護(hù)均較方便。后者無論從外觀或內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看,均與軸流泵相近,但與軸流泵相比,又具有效率高、效率曲線平坦等優(yōu)點(diǎn),特別是在用于農(nóng)田排灌時,可保證在水位變化時也能保持較高的效率,從而節(jié)省電力,與前者相比,徑向尺寸較小,占地面積小,流量也較大。如采用立式結(jié)構(gòu),葉輪被淹沒在水中,無需真空引水設(shè)備。大型導(dǎo)葉式混流泵還可采用可調(diào)葉片結(jié)構(gòu),以擴(kuò)大泵的使用范圍,提高泵工作時的效率。12/23/202333西華大學(xué)宋文武教授1—泵體2—葉輪3—泵蓋4—泵軸5—螺栓6—軸承箱7—皮帶輪圖7-17蝸殼式混流泵12/23/202334西華大學(xué)宋文武教授1—固定導(dǎo)葉2—導(dǎo)軸承3—葉輪4—吸入管5—填料密封6—止推球軸承圖7-18導(dǎo)葉式混流泵
12/23/202335西華大學(xué)宋文武教授五)、軸流泵結(jié)構(gòu)型式及用途
軸流泵的特點(diǎn)是流量大、揚(yáng)程低,廣泛應(yīng)用于平原地區(qū)低揚(yáng)程大流量的農(nóng)田排灌,以及給水排水,船塢升降水位,火電廠輸送循環(huán)水等系統(tǒng)中。軸流泵是由喇叭形吸水管,圓筒形泵殼,出水彎管及轉(zhuǎn)動部件等組成。泵的轉(zhuǎn)動部分有葉輪、導(dǎo)水葉和主軸。按照主軸的安放情況可將軸流泵分為立式、臥式和斜式三種。立式軸流泵占地面積小,葉輪淹沒在水中,無需灌引水,起動方便。臥式軸流泵雖占地面積較大,但可降低泵站廠房高度,可采用水平中開式,便于維護(hù)及檢修。斜式軸流泵兼有立式和臥式結(jié)構(gòu)兩者的特點(diǎn),它無需高大的泵房,有利于采用水平中開式結(jié)構(gòu),便于安裝在江河湖泊沿岸的斜坡上,可使電機(jī)處于較高的位置,并可安放在斜坡滑道上,保證電動機(jī)在水位升高時不被淹沒,水位下降時,泵也能正常工作。對于軸流泵,當(dāng)葉輪直徑小于250mm時常設(shè)計(jì)成定漿式,即葉輪葉片與輪轂鑄成一整體,葉片角度不可調(diào),對大中型軸流泵,12/23/202336西華大學(xué)宋文武教授常采用可調(diào)葉片角度的葉輪結(jié)構(gòu)型式,類似于軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)(可見圖7-19),這樣可擴(kuò)大泵的使用范圍,提高泵的運(yùn)行效率,減少泵的品種,有利于泵的批量生產(chǎn)、降低成本。
圖7-19為常見的立式軸流泵結(jié)構(gòu)。
12/23/202337西華大學(xué)宋文武教授二容積泵的結(jié)構(gòu)型式及用途
容積式流體機(jī)械是靠密閉空間的容積變化來壓送流體的,大致可分為往復(fù)式及回轉(zhuǎn)式兩種。前者是活塞或者柱塞在缸體內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動的,后者是具有各種形狀的轉(zhuǎn)子在殼體內(nèi)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動的。這里介紹作為液體機(jī)械的容積式泵,包含有往復(fù)泵及回轉(zhuǎn)泵兩種。
12/23/202338西華大學(xué)宋文武教授一)、往復(fù)泵結(jié)構(gòu)型式及用途
往復(fù)泵是靠活塞或者柱塞的往復(fù)運(yùn)動吸入液體并把液體送到高壓側(cè)的。作為水泵來說,它從前被廣泛地當(dāng)作通用泵來使用,主要是由于它具有能夠產(chǎn)生很高的排出壓力的特點(diǎn),也用在鍋爐給水泵上。但是近年來,由于離心泵性能的大大提高,適用范圍擴(kuò)大,而且已擴(kuò)大到了往復(fù)泵的使用范圍,所以現(xiàn)在很少將往復(fù)泵當(dāng)作通用水泵來使用,而更多的是把它當(dāng)作油泵來使用。適用于流量小而壓力高的場合。在這種小流量范圍內(nèi),往復(fù)泵具有比離心泵優(yōu)越的特性:往復(fù)泵的效率高,能自吸,運(yùn)轉(zhuǎn)過程中幾乎沒有噪音;能在高壓下輸送小流量;適用于輸送粘稠物料,而且能夠提供精確計(jì)量的體積流量等。根據(jù)這些特性,往復(fù)泵特別適合于小流量供水,化學(xué)工業(yè),產(chǎn)生驅(qū)動水壓機(jī)加壓水,輸送油類,以及做成計(jì)量泵等。往復(fù)泵活塞移動的距離L稱為行程,活塞的面積為A,泵缸直徑為D,則活塞每往復(fù)一次的理論排液體積V為:
12/23/202339西華大學(xué)宋文武教授再假設(shè)活塞每分鐘往復(fù)的次數(shù)為n,則往復(fù)泵的理論流量為:
Qt=Vn/60=ALn/60(4.2)由于存在活塞和泵缸之間的泄漏以及吸水閥與壓水閥滯后泵的動作所導(dǎo)致的倒流,每秒鐘所損失掉的液體體積為QL,故往復(fù)泵的實(shí)際流量Q=Qt-QL,引入容積效率,12/23/202340西華大學(xué)宋文武教授則往復(fù)泵的實(shí)際流量Q為,
Q=ηVQt=ηVALn/60(7.4)
再由于往復(fù)泵排液的不連續(xù),流量是經(jīng)常變化著的,上式只是往復(fù)泵每分鐘的平均流量大小,而理論瞬時流量q與活塞運(yùn)動速度關(guān)系為:
式中,r為曲柄半徑,ω為角速度,L為連桿的長度。
x為活塞到曲柄旋轉(zhuǎn)中心的距離,θ為曲柄所處位置角,如圖7-20所示。往復(fù)泵的總體結(jié)構(gòu)可分為兩大部分,一部分是液力端,它包括液缸、柱塞或活塞、閥填料函、集流腔和缸蓋等,另一部分為動力端,它是由曲軸、連桿、十字頭、中間桿、軸承和機(jī)架等組成的。其基本結(jié)構(gòu)形式為具有滑動軸承或滾動軸承的臥式和立式兩種。往復(fù)泵與其它型式泵相比,具有壓力高,吸上性能良好,起動時不需要注水等優(yōu)點(diǎn),但往復(fù)泵卻不能像其它泵那樣用壓水閥調(diào)節(jié)流量,更不能像離心泵那樣在關(guān)死狀態(tài)下運(yùn)行。因此在往復(fù)泵裝置中必須有安全閥及其它的安全設(shè)備,另外還須特別注意活塞與泵缸接觸部分以及柱塞桿經(jīng)過泵缸滑動部分的填料磨損與損壞的問題。
12/23/202341西華大學(xué)宋文武教授圖7-20曲柄轉(zhuǎn)角和活塞運(yùn)動
12/23/202342西華大學(xué)宋文武教授圖7-21為2Q-G系列型蒸汽往復(fù)泵結(jié)構(gòu),是參照美國華盛泵廠樣機(jī)及有關(guān)資料,全國有關(guān)單位聯(lián)合設(shè)計(jì)成的,該型泵是由三部分組成,即汽缸、液缸和中間聯(lián)接體部分。(1)汽缸部分
汽缸體由灰鑄鐵制成,通過聯(lián)接支架與地基固定,缸體內(nèi)部活塞上裝有鑄鐵活塞環(huán),兩缸體上方配汽箱內(nèi)各有一個平板配汽閥。汽缸進(jìn)汽壓力小于16kgf/cm2的泵,配汽箱上蓋設(shè)有冷凝式給油杯,用以潤滑配汽閥的摩擦表面以及汽缸內(nèi)壁及活塞環(huán)。
(2)液缸部分
液缸體也由灰鑄鐵制成,缸體內(nèi)壁壓入銅套,下面通過聯(lián)接支架與地基固定。每個缸體上方成對設(shè)置兩個吸入閥,兩個排出閥,八個閥組件尺寸相同,閥、閥座均由鑄銅制成,閥簧材料為4Cr13或青銅。12/23/202343西華大學(xué)宋文武教授圖7-212Q-G系列蒸汽往復(fù)泵結(jié)構(gòu)圖
12/23/202344西華大學(xué)宋文武教授液缸活塞環(huán)的材料一般選用夾布橡膠,高溫時也可選用“一般蒸汽往復(fù)泵技術(shù)條件”中列入的其它材料。(3)中間聯(lián)接體部分
中間聯(lián)接體兩端與汽、液缸相聯(lián),上方固定著中心支架。中間聯(lián)接體由灰鑄鐵制成。(4)潤滑
配汽閥磨擦面、汽缸內(nèi)壁及活塞環(huán)的潤滑,當(dāng)進(jìn)汽壓力不超過16kgf/cm2時,由設(shè)置在配汽箱上蓋上的冷凝式油杯供應(yīng)稀油潤滑,當(dāng)進(jìn)汽壓力高于16kgf/cm2時,則由強(qiáng)制機(jī)構(gòu)給油。其它存在相對運(yùn)動的部位(如中心支架的搖桿等)的潤滑,均采用人工定期加油。圖7-22為1DBM-1.2/10型隔膜計(jì)量泵結(jié)構(gòu)。12/23/202345西華大學(xué)宋文武教授1-進(jìn)水管;2-吸入閥;3-排出閥;4-出水管;5-隔膜頭;6-前隔膜;7-隔膜限制版;8-后隔膜;9-缸體;10-閥組;11-電機(jī)座;12-聯(lián)軸器;13-電動機(jī);14-傳動箱;15-底座;16-活塞;17-連桿;18-蝸桿;19-蝸輪;20-止推軸承;21-N形軸;22-調(diào)節(jié)螺桿;23-調(diào)節(jié)流量小輪;24-調(diào)量表圖7-221DBM-1.2/10型隔膜式計(jì)量泵結(jié)構(gòu)圖
12/23/202346西華大學(xué)宋文武教授
該型泵主要由傳動部分、液缸部分、閥組、調(diào)節(jié)部分等組成。主要用于石油、化工、輕工、醫(yī)藥、科研等部門輸送帶酸、堿性溶液及其性質(zhì)和上述溶液相近似的介質(zhì)。介質(zhì)溫度不超過40℃。并可輸送懸浮液及粘度較大的介質(zhì)。該型泵系隔膜式單缸作用可調(diào)計(jì)量泵,是一種無級調(diào)節(jié)、液體流量較精確的計(jì)量泵,它采用了N型軸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、行程調(diào)節(jié)方便。泵系由電動機(jī)通過聯(lián)軸器、蝸輪副減速傳遞至主軸(N形軸),借偏心塊帶動連桿,將回轉(zhuǎn)運(yùn)動經(jīng)十字頭轉(zhuǎn)化為柱塞的往復(fù)運(yùn)動。因而柱塞使隔膜腔內(nèi)的油產(chǎn)生壓力,推動隔膜從而實(shí)現(xiàn)泵的吸液、排液作用。液缸——隔膜頭內(nèi)裝有耐腐蝕多向軋制的聚四氟乙烯隔膜,還裝有球閥或球面閥的吸、排閥室、安全閥、補(bǔ)償閥,以保證泵的安全運(yùn)轉(zhuǎn)和較精確的計(jì)量精度。為實(shí)現(xiàn)流量無級調(diào)節(jié),在水平主軸(N形軸)之一端裝有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),傳動調(diào)節(jié)手輪(裝有調(diào)節(jié)表)帶動與主軸相連調(diào)節(jié)螺桿,使主軸在水平方向左右移動,借偏心塊改變偏心的大小,使連桿及柱塞的行程長度隨之改變,從而實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié),因而獲得所要求的流量值。圖4-23為3DSL型三柱塞泵結(jié)構(gòu)。它系無曲拐電動往復(fù)泵,主要為高壓容器里輸送高純度的液體。液體溫度不得超過60℃。
12/23/202347西華大學(xué)宋文武教授1-電動機(jī);2-排出閥;3-吸入閥;4-安全閥;5-斜盤;6-斜塊;7-十字頭;8-填料箱;9-柱塞桿;10-液缸體圖7-233DSL型三柱塞泵結(jié)構(gòu)圖
12/23/202348西華大學(xué)宋文武教授
該泵由立式交流電動機(jī)經(jīng)斜塊、斜盤、十字頭,將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為柱塞桿的直線往復(fù)運(yùn)動,從而完成了液體的吸、排作用。液缸部分由液缸體、三組裝有柱塞桿的填料箱和三組閥室所組成。為了便于檢修,填料箱單獨(dú)裝入液缸體內(nèi),采用了具有高耐磨性的有充填物的聚四氟乙稀作成的人字形密封圈。每組閥有一個吸入閥和一個排出閥。排出閥為彈簧式重力錐形閥。吸入閥是一個具有較大過流面積和很輕重量的特殊形式的彈簧重力錐形閥。在閥室上裝有放氣閥,在起動時可放盡液缸內(nèi)的氣體。傳動部分由傳動、斜塊、斜盤、十字頭等組成。電動機(jī)通過彈性聯(lián)軸節(jié)帶動傳動軸旋轉(zhuǎn)時,軸上的斜盤作搖擺運(yùn)動。十字頭及十字頭套將這個搖擺運(yùn)動轉(zhuǎn)換為柱塞桿的直線往復(fù)運(yùn)動。傳動部分的零件裝在傳動箱內(nèi)。傳動箱位于整個泵的最下部,固定于基礎(chǔ)上,并起支撐液缸和電動機(jī)的作用。傳動箱內(nèi)的零件,除依靠油的飛濺潤滑外,傳動箱內(nèi)還裝有足夠量的工業(yè)油。箱內(nèi)設(shè)有油位指示器,可指示出油位。泵經(jīng)過半個月使用運(yùn)轉(zhuǎn)之后,應(yīng)更換傳動箱內(nèi)的潤滑油,一般一個月更換一次??拷?lián)軸器的滾動軸承,采用干油潤滑,應(yīng)定時加入潤滑油。聯(lián)接在液缸體上的安全閥,是一種彈簧式安全閥。當(dāng)泵內(nèi)工作壓力達(dá)到額定壓力的1.1~1.5倍時,安全閥就自動開啟,將高壓水返回吸入腔,從而對泵起到安全保護(hù)作用。
12/23/202349西華大學(xué)宋文武教授二)、回轉(zhuǎn)泵結(jié)構(gòu)及用途
回轉(zhuǎn)泵在原理上與往復(fù)泵同屬于容積式泵,它與往復(fù)泵不同的是往復(fù)泵使用做往復(fù)運(yùn)動的活塞或柱塞,而回轉(zhuǎn)泵則使用做回轉(zhuǎn)運(yùn)動的轉(zhuǎn)子,并且在往復(fù)泵上,閥門是泵工作不可缺少的部件,但在回轉(zhuǎn)泵上卻沒有使用閥門的必要,同時回轉(zhuǎn)泵的液體流量是連續(xù)的,沒有液體流量的加速和減速情況的存在。在結(jié)構(gòu)上取消了曲柄傳動機(jī)構(gòu),使得回轉(zhuǎn)泵的結(jié)構(gòu)較為簡單,其結(jié)構(gòu)型式大致可分為齒輪式及滑片式兩種。12/23/202350西華大學(xué)宋文武教授齒輪泵結(jié)構(gòu)示意圖如圖7-24所示。螺桿泵也屬于這一類,它是靠主動件和從動件在泵殼內(nèi)旋轉(zhuǎn),將充滿齒輪齒槽或螺桿嚙合空間的液體輸送出去。具體過程分析如下:在吸入側(cè),兩個相互嚙合的齒輪齒槽充滿了液體。液體從進(jìn)口流入,其方向與齒輪旋轉(zhuǎn)方向相反。由于齒輪四周有泵體封閉,液體就被帶往排出側(cè)。在那里,從兩個齒輪流出的液體互相匯合,其中絕大部分被擠入泵的出口,只有一小部分返回到吸入室。假設(shè)在垂直旋轉(zhuǎn)軸的平面內(nèi),被相鄰兩個輪齒和泵殼所包圍的面積為A,輪齒寬度為b,齒數(shù)為z,則每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)排出的液體總體積(兩個齒輪)為Vth=2zAb。A可以通過幾何關(guān)系根據(jù)齒輪的種類精確計(jì)算出。當(dāng)主動齒輪與從動齒輪的外徑相等,都為D時,A也可根據(jù)齒形的制造方法得出,并得到如下的排液體積公式:
12/23/202351西華大學(xué)宋文武教授圖7-24齒輪泵
12/23/202352西華大學(xué)宋文武教授式中,a為齒輪的中心距。
to為垂直軸的截面上的結(jié)線節(jié)距;
βg為基圓柱面上的螺旋角;j在有齒隙時為1,無齒隙時為4。在假定沒有泄漏的情況下,上式即為齒輪泵的理論排液量。但由于齒頂和泵殼之間以及齒輪和端面之間有間隙,排出側(cè)與吸入側(cè)內(nèi)存在壓力差P(=Pd-Ps),則從齒頂間隙處的泄漏量為qδ。
12/23/202353西華大學(xué)宋文武教授式中右邊第一項(xiàng)為流回吸入側(cè)的泄漏量,第二項(xiàng)為由于輪齒移動帶到排出側(cè)去的泄漏量。其中,δ為齒頂間隙,b為齒頂厚度,μ為液體的動力粘性系數(shù),zo為靠近泵殼側(cè)的輪齒數(shù)目,u為齒頂?shù)膱A周速度。同樣,從端面泄漏的液體量為12/23/202354西華大學(xué)宋文武教授式中,ks為常數(shù),在0.5~1.5范圍內(nèi),s為端面間隙。因此齒輪泵單位時間內(nèi)的實(shí)際流量Q為
Q=nVth-qδ-qs(7.9)
齒輪泵的容積效率ηv
通常,齒輪泵只涉及幾個大氣壓的壓力,但單級齒輪泵的壓力也可達(dá)到100個大氣壓以上,壓力增高就得采取一定的結(jié)構(gòu)措施,以便適當(dāng)?shù)乇3铸X輪端的間隙,通常采用溢流閥等來確保安全可靠運(yùn)行,即出現(xiàn)過高壓力時,溢流閥可使部分輸送液體返回吸入室,從而限制出口處的壓力。
12/23/202355西華大學(xué)宋文武教授齒輪泵結(jié)構(gòu)簡單,而且價格比其它高壓泵便宜,所以廣泛使用在液壓技術(shù)方面。由于齒輪和泵體之間的間隙較小,因此所抽送的液體一般不宜含有腐蝕性顆粒或其他類型的顆粒雜質(zhì)。典型結(jié)構(gòu)見圖7-25所示。圖7-25齒輪泵(Kracht)12/23/202356西華大學(xué)宋文武教授
齒輪泵結(jié)構(gòu)簡單,而且價格比其它高壓泵便宜,所以廣泛使用在液壓技術(shù)方面。由于齒輪和泵體之間的間隙較小,因此所抽送的液體一般不宜含有腐蝕性顆?;蚱渌愋偷念w粒雜質(zhì)。典型結(jié)構(gòu)見圖7-25所示。圖7-25是中壓大流量高速油泵的示圖。主動軸和從動軸采用由輸送介質(zhì)潤滑的滑動軸承。由于填料函處于吸入管的壓力之下,因此,只要吸入壓力同外界的大氣壓力沒有顯著的差別,則填料函幾乎處于無載荷狀態(tài)。主動軸的端面受載情況也是如此。這里就達(dá)到了壓力平衡。從動軸通過其平衡孔,也可達(dá)到壓力平衡。圖7-26是這種泵的特性曲線。隨著泵的壓力的提高,體積流量僅僅略微下降點(diǎn)。在給定的最高壓力為15Pa(14.72bar表壓)下,由于轉(zhuǎn)數(shù)高達(dá)1450r/min(24.17r/s),該泵就未能達(dá)到最佳效率。
12/23/202357西華大學(xué)宋文武教授圖7-26圖7-25所示的齒輪泵特性曲線(Kracht)
12/23/202358西華大學(xué)宋文武教授圖7-27是土木工程機(jī)械用的高壓油泵。
為了產(chǎn)生極高的壓力,并限制泄漏損失,就必須保持極小的間隙。為此,齒面要精密磨削,并且盡可能縮小所有的泄漏間隙。齒輪和泵體壁面之間的軸向間隙顯得特別重要。
這種軸向間隙在任何壓力下,都要借助液壓平衡而自行調(diào)整到最小極限。為此,主動軸2及從動軸6上的齒輪1和1’以及兩個壓緊環(huán)3在泵體中都可軸向移動。圖7-27高壓齒輪泵(Kracht)
12/23/202359西華大學(xué)宋文武教授壓緊環(huán)各有兩個排出腔4。排出腔由配備密封圈的調(diào)節(jié)套5所封閉,而調(diào)壓套用彈簧壓緊。排出腔通過專設(shè)的流道同泵的排出室相連。通過這一結(jié)構(gòu)壓緊環(huán)3可憑借與相應(yīng)的泵壓成等比的作用力壓在齒輪上。因此在任何一種液體壓力下,均可保持最小的軸向間隙。這就提出了一個先決條件,即由任何一個壓緊環(huán)對其齒輪所施加的軸向合力要稍大于方向相反的液體軸向合力。為了避免力偶作用在軸承上,必須使作用力和反作用力具有共同的作用線。而且,重要的是使沿齒輪輪周的液體壓力從吸入側(cè)逐漸向排出側(cè)增加。為了減少摩擦和提高壽命,同齒輪兩側(cè)接觸的零件都用高級錫青銅制造。從動軸6縱向鉆有通孔,可平衡作用在軸端的壓力并將泄漏的油排往吸入室。如果吸入室的壓力基本上接近于大氣壓,則主動軸2實(shí)際上也可達(dá)到壓力平衡。否則,剩下的殘余推力以及驅(qū)動引起的軸向力和徑向力由雙列徑向止推滾珠軸承7承受。于是,在軸上可以移動的齒輪就擺脫了外來軸向力的載荷。
12/23/202360西華大學(xué)宋文武教授
為了主動軸本身的支承,即為了承受油壓引起的作用力,采用了四個大型滾柱軸承8和剛性很好的軸承座9。由于只需承受微小的壓差,采用兩個背靠背配置的密封圈10就足以密封穿過泵體的主動軸。按圖7-26的特性曲線,齒輪泵的單級壓力可超過100atu(9.81bar表壓)。這種泵的特點(diǎn)是在很寬的性能范圍內(nèi)具有良好而又恒定的效率。
12/23/202361西華大學(xué)宋文武教授三
其他類型泵
其它泵的類型還很多,這里只介紹射流泵及水錘泵兩種。一)、射流泵
射流泵是一種利用工作流體的射流來輸送流體的流體機(jī)械設(shè)備。根據(jù)工作流體介質(zhì)和被輸送流體介質(zhì)的性質(zhì)是液體還是氣體,而分別稱為噴射器、引射器、射流泵等。其工作原理和結(jié)構(gòu)型式都基本相同。通常把工作液體和被抽送液體是同一種液體的設(shè)備稱為射流泵。射流泵如圖7-28所示,由壓力管路1、引入噴嘴2、吸入管路3、喉管4、擴(kuò)散管5和排出管6等組成。由于射流泵內(nèi)沒有運(yùn)動部件,所以它具有結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,無泄漏,有自吸能力,加工容易和便于綜合利用等優(yōu)點(diǎn)。在很多技術(shù)領(lǐng)域內(nèi),采用射流泵技術(shù)可以使整個工藝流程和設(shè)備大為簡化,并提高其工作可靠性。特別是在高溫、高壓、真空、強(qiáng)輻射及水下等特殊工作條件下,更顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性。目前射流泵技術(shù)在國內(nèi)外已被應(yīng)用于水利、電力、交通、冶金、石油化工、環(huán)境保護(hù)、海洋開發(fā)、地質(zhì)勘測、核能利用、航空及航天等部門。
12/23/202362西華大學(xué)宋文武教授1—壓力管路2—噴嘴3—吸入管路4—喉管5—擴(kuò)散管6—排出管圖7-28射流泵的工作原理及結(jié)構(gòu)說明
12/23/202363西華大學(xué)宋文武教授
把射流泵和離心泵組合一起可作為深井提水裝置,在水電站中常用于水輪機(jī)尾水管和蝸殼檢修時的排水。在火電站中射流泵用于汽輪發(fā)電機(jī)組為冷凝器抽真空以及輸送含有固體顆粒的液體。在原子能電站中,大型射流泵可用作水循環(huán)泵。在化工設(shè)備中,射流泵用于真空干燥、蒸餾、結(jié)晶提純、過濾等工藝過程,由于它有較好的密封性能,因此,它適于輸送有毒、易燃、易爆等的介質(zhì)。在通風(fēng)、制冷方面,目前廣泛應(yīng)用蒸汽噴射制冷的空氣調(diào)節(jié)裝置等。由于射流泵是依靠液體質(zhì)點(diǎn)間的相互撞擊來傳遞能量的,因此在混合過程中產(chǎn)生大量旋渦、在喉管內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦損失及在擴(kuò)散管中產(chǎn)生擴(kuò)散損失都會引起大量的水力損失,因此射流泵的效率較低,特別是在小型或輸送高粘度液體時效率更低,一般情況下射流泵的效率為25%~30%,這是它的缺點(diǎn)。但由于射流泵的使用條件不同,它的效率也不一樣。在有些情況下,它的效率不低于其它類型泵,因此如何合理使用射流泵,以便得到盡可能高的效率是一個很重要的問題。目前國內(nèi)外采用的多股射流、多級噴射、脈沖射流和旋流噴射等新型結(jié)構(gòu)射流泵,在提高傳遞能量效率方面取得了一定進(jìn)展。12/23/202364西華大學(xué)宋文武教授二)、水錘泵
圖7-29是水錘泵配置情況。泵殼A—方面與工作水管LT連接,另一方面又與揚(yáng)水管LS的空氣室B連接。另外,還配有逆止閥,排出閥C(自動盤閥)和沖擊閥或截止閥D。沖擊閥有各種不同型式。圖7-29所示是重力載荷的盤閥,它帶有垂直向上移動的閥桿。盤閥處于下限位置時,工作水可暢通流過;而處于上限位置時,可將泵殼密封,防止向外泄水。
圖7-30示出了一種改進(jìn)型水錘泵的結(jié)構(gòu)。截止閥1的錐形閥桿具有適合流動要求的形狀,并被安放在水位最低部位。由于截止閥處于水位最低處,因此得以充分利用總的落差。落差很小時,這一點(diǎn)具有特別重要的意義。截止閥的溢流孔浸沒在水箱中,從而避免了溢出的工作水向四周飛濺。位于外側(cè)的板彈簧2使截止閥錐形閥桿的重量保持平衡,通過板彈簧或緊或松的拉力,使水錘泵的輸送流量同當(dāng)時變化了的工作水流量相匹配,排出閥3是用彈簧壓緊的。
壓頭較高時,空氣室4中的空氣漸漸被高壓水吸收,使空氣室最終不起作用。為了避免出現(xiàn)這一情況,在排出閥前面的空腔旁安裝了一個自動吸氣閥5。當(dāng)工作水水柱回?cái)[,壓力下降時,進(jìn)入少量的空氣。這部分空氣隨同輸送水進(jìn)入空氣室,使空氣室中的空氣量不斷得到補(bǔ)充。通過滴水閥6可防止空氣室內(nèi)集聚過多的空氣。
12/23/202365西華大學(xué)宋文武教授圖7-29自動水錘泵12/23/202366西華大學(xué)宋文武教授1—截止閥2—板彈簧3—排出閥4—空氣室5—自動吸氣閥6—滴水閥圖7-30塞納水錘泵(Pfister&Langhanss,Nurnberg)
12/23/202367西華大學(xué)宋文武教授
為了避免附加的阻力和可能出現(xiàn)的汽蝕,應(yīng)直線敷設(shè)工作水管路,并從工作水集水井內(nèi)盡可能深的地方引出工作水。工作水管路處于集水井的靜壓頭之下,易于使工作水中出現(xiàn)壓降,導(dǎo)致汽化,這種壓降是不允許產(chǎn)生的。為此,工作水管路最好傾斜地下垂。如果工作水管路超過了由工作水位和水錘泵排出口給定的落差線的高度,亦即工作水管路向上彎曲,則絲毫達(dá)不到揚(yáng)水的作用。此外,管路的斜度,精確地說,落差線的斜度也具有重要的意義。工作水管路過分傾斜,會導(dǎo)致水錘泵動作遲緩,而過分陡峭,則由于連續(xù)不斷的快速沖擊而使水錘泵無法可靠地繼續(xù)工作。實(shí)踐證明,傾斜度1:9~1:4是合適的。如同在揚(yáng)水管路上一樣,在工作水管路上緊靠水錘泵的前面也裝有閘閥。
12/23/202368西華大學(xué)宋文武教授第二節(jié)風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)
風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)是以空氣作為工作介質(zhì)的,屬于氣體機(jī)械。其中包括供給氣體能量,使其總壓力升高的風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī),以及利用氣體能量做功的可壓縮氣體機(jī)械。風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)按照其工作壓力及原理可分為葉片式(透平式)以及容積式兩大類。葉片式風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)又可分為離心式及軸流式,容積式風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)也可分為往復(fù)式及回轉(zhuǎn)式。在風(fēng)機(jī)上,把壓力特別低的,如進(jìn)口溫度為20℃,壓力在1mH2O以下的叫做風(fēng)扇,壓力在1mH2O~10mH2O之間,空氣壓縮溫升不太高的風(fēng)機(jī)叫做鼓風(fēng)機(jī),高于10mH2O壓力的通常稱之為壓縮機(jī)。另外把風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)在吸氣狀態(tài)作時稱為抽氣機(jī)或真空泵。圖4-31是各種風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)的適用范圍(以壓力與進(jìn)口容積流量表示),在應(yīng)用該圖選擇機(jī)型時,還必須同時考慮其使用條件,如運(yùn)行費(fèi)用,振動噪音等。
12/23/202369西華大學(xué)宋文武教授☆圖7-31風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)的適用范圍
12/23/202370西華大學(xué)宋文武教授一葉片式風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)及用途
葉片式風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)包括離心式及軸流式,還有混流式以及橫流式等。一)、離心式風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)離心式風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)的特征是:介質(zhì)沿著軸向進(jìn)入葉輪,在葉輪內(nèi)沿著徑向流動。如圖7-32所示。離心式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡單,通常由葉輪、集流器、整流器、機(jī)殼、調(diào)節(jié)器、進(jìn)風(fēng)箱、主軸、喉部及擴(kuò)散器等組成,見圖7-33所示。它通常都是單級葉輪,單側(cè)進(jìn)氣,當(dāng)流量要求大時有時也有雙吸風(fēng)機(jī),即兩側(cè)進(jìn)氣,還可以多級葉輪串聯(lián)使用,以達(dá)到較高的風(fēng)壓。
12/23/202371西華大學(xué)宋文武教授1-集流器2-葉輪3-機(jī)殼圖7-32離心式風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)
12/23/202372西華大學(xué)宋文武教授其出風(fēng)口位置可根據(jù)不同的使用要求設(shè)計(jì)成可自由轉(zhuǎn)動的結(jié)構(gòu),一般情況下有八個基本的出風(fēng)口位置。傳動方式對于機(jī)體較大的風(fēng)機(jī)可采用聯(lián)軸器與電動機(jī)直聯(lián),對于機(jī)體較小,轉(zhuǎn)子較輕的風(fēng)機(jī)可取消軸承及聯(lián)軸器,直接將葉輪裝于電動機(jī)軸上,對于配套電動機(jī)轉(zhuǎn)速不一樣的風(fēng)機(jī)也可通過皮帶傳動。根據(jù)葉輪形狀的不同,離心式風(fēng)機(jī)可分為多葉式風(fēng)機(jī)、徑流式風(fēng)機(jī)以及透平式風(fēng)機(jī)等。多葉式風(fēng)機(jī)應(yīng)用在壓差不需要太大,而風(fēng)量要求較大的通風(fēng)裝置中,由于結(jié)構(gòu)上的關(guān)系,其葉輪圓周速度不能太大;徑流式風(fēng)機(jī)的葉片為徑向安放,β2=90°,結(jié)構(gòu)較為簡單,葉輪可有較大的圓周速度;透平式風(fēng)機(jī)葉片后傾,安放角β2<90°,且大多為β2=45°左右,因而其理論壓力較低,葉片表面正壓側(cè)和負(fù)壓側(cè)的速度差也小,出口絕對速度也較其它風(fēng)機(jī)小,能量損失最低,效率高。總而言之,離心式風(fēng)機(jī)葉片較寬,能夠產(chǎn)生很大的風(fēng)流量。壓力比較高的風(fēng)機(jī)與離心式壓縮機(jī)相類似。圖7-34為一典型的離心式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖。C-HQ18-1.18型和C-HQ87-1.30型離心鼓風(fēng)機(jī)適用于輸送空氣和化工氣體,最高介質(zhì)溫度180℃。C-HQ18-1.18離心鼓風(fēng)機(jī)主要用于短絲滌綸切片烘干輸送;C-HQ87-1.30型離心鼓風(fēng)機(jī)主要用于長絲滌綸切片烘干輸送。
12/23/202373西華大學(xué)宋文武教授
該型鼓風(fēng)機(jī)由機(jī)殼、葉輪、回流器、調(diào)節(jié)門、氣封箱、傳動組和底座組成。機(jī)殼、葉輪、回流器、調(diào)節(jié)門均采用1Cr18Ni9Ti材料制造,也可根據(jù)用戶要求選A3普通鋼材制造。風(fēng)機(jī)軸采用45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼并經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理,風(fēng)機(jī)軸與介質(zhì)接觸部位鍍鉻,防止腐蝕。葉輪由12個徑向平板直葉片焊接于錐形前盤與平板型后盤之間而成、C-HQ18-1.18型為二級雙支承型,C-HQ87-1.30型為三級雙支承型。葉輪均經(jīng)過靜、動平衡校正,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠。該機(jī)由異步電動機(jī)經(jīng)彈性聯(lián)軸器直聯(lián)驅(qū)動。軸承箱體用1-葉輪;2-整流器;3-集流器;4-機(jī)殼;5-調(diào)節(jié)器;6-進(jìn)風(fēng)箱;7-輪轂;8-主軸;9-葉片;10-喉部(舌);11-擴(kuò)散器圖7-33離心式風(fēng)機(jī)12/23/202374西華大學(xué)宋文武教授
循環(huán)水冷卻。鼓風(fēng)機(jī)的氣封箱由鑄鐵制成。中間環(huán)、空間環(huán)均采用優(yōu)質(zhì)碳鋼,密封環(huán)采用聚四氟乙烯。通入壓縮空氣后使軸端密封。鼓風(fēng)機(jī)和電動機(jī)采用公用底座,便于安裝。離心鼓風(fēng)機(jī)可制成左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)兩種型式。離心式壓縮機(jī)具有與透平式風(fēng)扇(或鼓風(fēng)機(jī))一樣的后傾葉片形式,葉輪內(nèi)的流動情況比較合理,葉輪出口的絕對速度較小,可獲得較高的效率。由于壓力增高,其強(qiáng)度要求將限制葉輪圓周速度,因此對離心壓縮機(jī)而言多采用多級串聯(lián)的結(jié)構(gòu)型式。圖7-35為典型的八級離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)圖。
DA135-81型氫氣循環(huán)離心壓縮機(jī)為煉油廠年處理500萬噸石油流程中的重要設(shè)備。該壓縮機(jī)為筒式單殼體,八級、雙層排列,無中間冷卻器。壓縮機(jī)利用齒輪聯(lián)軸器(旁路送油潤滑)與汽輪機(jī)直聯(lián)驅(qū)動。壓縮機(jī)進(jìn)出口均垂直向下,形狀均為圓形。從汽輪機(jī)方向看壓縮機(jī),轉(zhuǎn)子為順時針方向旋轉(zhuǎn)。高壓氣體的密封依靠浮動環(huán)密封裝置。定子組由筒體、前后蓋、隔板、前后蓋壓蓋、梳齒密封等組成。筒體由25號鋼鍛制而成,進(jìn)出口法蘭,前后蓋均用ZG25制成,進(jìn)出口隔板用ZG25和ZL11制成,其余隔板用ZL11制成,前后蓋壓蓋用35號鋼鍛制而成,雙頭螺帽為45號鋼鍛制而成。12/23/202375西華大學(xué)宋文武教授圖7-34C-HQ18-1.18型離心式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖12/23/202376西華大學(xué)宋文武教授
1-聯(lián)軸器組;2-軸襯組;3-密封組;4-定子組;5-轉(zhuǎn)子組圖7-35DA135-81型氫氣循環(huán)八級離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)圖
12/23/202377西華大學(xué)宋文武教授每個葉輪的前盤進(jìn)口圈外緣處及每個隔板與后盤接觸處均裝有梳齒密封,以減少損失。前后蓋壓蓋與筒體及前后蓋接觸處裝有鋁墊片壓緊封氣,以防氣體外漏。為防止油氣混合,尚加有梳齒密封配合油封。轉(zhuǎn)子組由8個葉輪,主軸、平衡盤、軸套、推力盤等組成。葉輪葉片為后向型式,材料為35CrMoV,前4級為焊接葉輪,后4級葉片為銑制鉚接葉輪。葉輪經(jīng)過靜平衡校正,并經(jīng)超速試驗(yàn)。整個轉(zhuǎn)子組裝配后又經(jīng)過動平衡校正,保證運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。軸襯組由ZG25制成的軸襯體與巴氏合金澆注而成。軸襯的潤滑是依靠汽輪機(jī)主油泵強(qiáng)力供油進(jìn)行的。調(diào)節(jié)汽輪機(jī)油箱通往軸襯進(jìn)油口處的節(jié)流圈孔徑,可調(diào)節(jié)軸襯進(jìn)油量。
12/23/202378西華大學(xué)宋文武教授二)、軸流式風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)
軸流式風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)的特征是:介質(zhì)沿著軸向流入葉輪,經(jīng)葉輪后也軸向流動,在葉輪中氣流沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn),如圖7-36所示的示意圖。軸流式風(fēng)機(jī)通常是由集流罩、葉輪、集風(fēng)器、導(dǎo)葉、擴(kuò)散筒和機(jī)殼等組成。由于氣流沿軸向流入葉輪又軸向流出,也就是說氣流通過葉輪是軸對稱的,沿某一半徑的圓筒形截面上氣流是均勻的。如圖7-36所示A-A斷面,這樣導(dǎo)葉與葉片組成一組葉片有限長的平面葉柵。其計(jì)算理論可參見第五章部分。12/23/202379西華大學(xué)宋文武教授葉輪的作用和離心式風(fēng)機(jī)葉輪作用一樣,是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。它由輪轂和葉片組成,其輪轂形狀有圓柱形、球形及圓錐形,葉片多選用機(jī)翼型扭曲葉片,目的是使風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)工況下,沿葉片半徑方向獲得相等的全壓。為了在變工況運(yùn)行時有較高的效率,大型軸流式風(fēng)機(jī)的葉片常設(shè)計(jì)成可調(diào)的,即可根據(jù)外界負(fù)荷的變化而改變?nèi)~片的安放角度。
1-整流罩2-前導(dǎo)葉3-葉輪4-外筒5-擴(kuò)散筒圖7-36軸流式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖12/23/202380西華大學(xué)宋文武教授集風(fēng)器的作用是使氣流獲得加速,在壓力損失最小的情況下進(jìn)氣速度均勻平穩(wěn)。其好壞將直接影響到風(fēng)機(jī)的性能,與無集風(fēng)器的風(fēng)機(jī)相比,設(shè)計(jì)良好的集風(fēng)器可使風(fēng)機(jī)效率提高10~15%。集風(fēng)器的形狀常為圓弧形。整流罩的形狀多為半圓球形及半橢圓形,也有設(shè)計(jì)成流線型的,它安放在葉輪或進(jìn)口導(dǎo)葉前,并與集風(fēng)器相適應(yīng),其作用是使風(fēng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn),降低噪音。軸流式風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉的設(shè)置方式有三種,設(shè)置在葉輪前的導(dǎo)葉及葉輪后的導(dǎo)葉分別稱為前置導(dǎo)葉(進(jìn)口導(dǎo)葉)及后置導(dǎo)葉(出口導(dǎo)葉),也可在葉輪前后均設(shè)置導(dǎo)葉。前置導(dǎo)葉的葉片可轉(zhuǎn)動,后置導(dǎo)葉的葉片通常是固定不動的,對輪轂直徑和功率較大的軸流式風(fēng)機(jī),在葉輪后要求設(shè)置后導(dǎo)葉,使從葉輪流出的絕對速度有一定旋轉(zhuǎn)的氣體,經(jīng)后導(dǎo)葉以提高其靜壓。而前置導(dǎo)葉一般都用作調(diào)節(jié)手段,使進(jìn)入風(fēng)機(jī)前的氣流發(fā)生偏轉(zhuǎn),即使氣流由軸向運(yùn)動轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,大多數(shù)是負(fù)旋轉(zhuǎn),這樣葉輪出口氣流的方向?yàn)檩S向。很顯然這兩種導(dǎo)葉的作用是不同的,但在設(shè)計(jì)計(jì)算時都可按葉柵理論進(jìn)行。12/23/202381西華大學(xué)宋文武教授1-擴(kuò)壓器2-外殼3-進(jìn)氣室4-密封5-徑向軸承6-推力徑向軸承7-導(dǎo)葉8-動葉片9-主軸10-聯(lián)軸器11-聯(lián)軸器罩殼12-動葉調(diào)節(jié)器13-路軌14-定向套15-基礎(chǔ)墊板16-地腳螺栓17-螺栓18-地腳地板19-電動執(zhí)行器圖7-37國產(chǎn)軸流式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖
12/23/202382西華大學(xué)宋文武教授
擴(kuò)散筒的作用,是使后導(dǎo)葉出來的氣流動壓部分轉(zhuǎn)化為靜壓,減少流動損失,以提高風(fēng)機(jī)靜壓效率。對于功率較大的軸流風(fēng)機(jī)在出口處都要安裝擴(kuò)散筒。
圖7-37為國產(chǎn)軸流式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖。隨著航空噴氣發(fā)動機(jī)的理論及試驗(yàn)研究的應(yīng)用,以及對軸流式壓縮機(jī)的氣動力學(xué)的理論研究和平面葉柵吹風(fēng)的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)展,軸流式壓縮機(jī)的特性已有了很大的提高,已經(jīng)獲得了大流量、高壓力比的軸流式壓縮機(jī),除廣泛應(yīng)用于航空燃?xì)廨啓C(jī)外,還應(yīng)用于發(fā)電燃?xì)廨啓C(jī)裝置,艦船燃?xì)廨喲b置以及機(jī)車燃?xì)廨啓C(jī)裝置中。
圖7-38為國產(chǎn)的Z3250-46軸流式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)圖。其性能參數(shù)為:工作介質(zhì):空氣進(jìn)氣條件:進(jìn)口壓力Pj=88260N/m2(絕對壓力)進(jìn)口溫度tj=34℃
12/23/202383西華大學(xué)宋文武教授進(jìn)口容積流量:3250m3/min
出口壓力:Pc=405996N/m2(絕對壓力),壓力比為4.6
壓縮機(jī)工作轉(zhuǎn)速:4400rpm
壓縮機(jī)所需軸功率:10700kw
汽輪機(jī)功率:12000kw
軸流式壓縮機(jī)通常由通流部件、密封、軸承前、后氣缸等組成。通流部件包括進(jìn)氣管、收斂器、進(jìn)氣導(dǎo)流器、級組(工作輪葉片及導(dǎo)流器)、出口導(dǎo)流器、擴(kuò)壓器及出氣管等。其各部件功能如下:進(jìn)氣器是使大氣或輸氣管道中來的氣體較均勻地進(jìn)入環(huán)形收斂器。收斂器使進(jìn)氣管中的氣流適當(dāng)加速,以保證導(dǎo)流器前的氣流具有均勻的速度場和壓力場。進(jìn)氣導(dǎo)流器是由均布于氣缸上的葉片組成,使氣流沿導(dǎo)葉高度以一定大小的速度和方向進(jìn)入第一級工作輪葉片。12/23/202384西華大學(xué)宋文武教授
1-止推軸承2-徑向軸承3-轉(zhuǎn)子;4-導(dǎo)流器(靜葉)5-動葉6-前氣缸7-后氣缸8-出口導(dǎo)流器9-擴(kuò)壓器10-出氣管11-進(jìn)氣管12-進(jìn)氣導(dǎo)流器13-收斂器圖7-38Z3250-46軸流式壓縮機(jī)12/23/202385西華大學(xué)宋文武教授工作輪葉片,又稱動葉,是由裝在轉(zhuǎn)盤上均布的一系列葉片組成,每一個動葉與其后面的靜葉(導(dǎo)流器)組合在一起稱為一級。動葉的作用就是將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能傳給氣體,以增加氣體的壓力能和動能。導(dǎo)流器(靜葉)是由位于動葉后均勻固定在氣缸上的一系列葉片組成,有時又稱為中間導(dǎo)流器,它是將從工作葉片中流出來的氣體動能轉(zhuǎn)化為壓力能,并使氣流在進(jìn)入下一級動葉前有一定的速度和方向。出口導(dǎo)流器在最后一級導(dǎo)流器后面,同樣為在氣缸上均勻分布的一列葉片,其作用是使從最后一級導(dǎo)流器中流出來的氣流到葉片轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向流動,以避免氣流在擴(kuò)壓器中有旋轉(zhuǎn)而增加損失,也可使后面擴(kuò)壓器中的流動得以穩(wěn)定,提高壓縮機(jī)的效率。擴(kuò)壓器是將出口導(dǎo)流器中流出來的氣流均勻減速,使這一部分剩余動能有效地轉(zhuǎn)化為壓力能,出氣管則將氣流沿徑向收集起來并輸送到所需要的地方。由于軸流式壓縮機(jī)中氣流沒有像離心式壓縮機(jī)那樣從軸向到徑向的急劇轉(zhuǎn)彎,所以它的效率較高,可達(dá)到90%以上,但選取單級壓力比不可能像離心式那么高,故軸流式壓縮機(jī)通常采用多級型式,如上述壓縮機(jī)級數(shù)就是九級。12/23/202386西華大學(xué)宋文武教授二容積式風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)
容積式風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)又分為往復(fù)式及回轉(zhuǎn)式。12/23/202387西華大學(xué)宋文武教授一)、往復(fù)式壓縮機(jī)
往復(fù)式壓縮機(jī)是通過曲柄連桿機(jī)構(gòu),把驅(qū)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動,并從低壓側(cè)吸入氣體,經(jīng)壓縮后排向高壓側(cè)的壓縮機(jī)。這類機(jī)械有兩個特點(diǎn):一是運(yùn)行過程中將產(chǎn)生往復(fù)慣性力,通過機(jī)構(gòu)傳給基礎(chǔ);二是具有明顯脈動性質(zhì)的氣體壓力,產(chǎn)生交變的活塞力作用在壓縮機(jī)機(jī)構(gòu)上。對于高壓,大型壓縮機(jī)這種慣性力和活塞力大到幾百千牛,承受這樣大的脈動作用力,就使得壓縮機(jī)的各部件必需設(shè)計(jì)得比較粗大,機(jī)器顯得比較笨重。氣缸中氣體的吸入及排出,大多數(shù)是通過自動閥門進(jìn)行的,如圖7-39所示的結(jié)構(gòu)示意圖,在活塞與氣缸等滑動部分需要的潤滑劑,通常在氣體中混入,如氣體要求不能混進(jìn)潤滑劑的情況下,其活塞將采用迷宮式止漏環(huán),活塞或活塞環(huán)是由油碳、樹脂等材料制成的。往復(fù)式壓縮機(jī)的單級壓力比較高,氣體壓縮時需要對氣缸進(jìn)行冷卻,否則氣體溫度就會很高,比容增大,壓縮功增加。作為氣缸的冷卻方式多以水冷方式,在小型機(jī)上也有采用空冷式的,對級數(shù)較多的壓縮機(jī),在級間還須有中間冷卻器。
往復(fù)式壓縮機(jī)品種規(guī)格繁多,結(jié)構(gòu)型式多種多樣,但總的來講,它包括以下幾大部件。
12/23/202388西華大學(xué)宋文武教授
(1)
氣缸部件
包含氣缸、活塞、活塞桿、氣閥、填函等,它們組成壓縮機(jī)氣體的可變工作容積。(2)
運(yùn)動機(jī)構(gòu)與機(jī)體部件包括曲軸、連桿、十字頭、機(jī)身、機(jī)體等。它是能量的傳遞機(jī)構(gòu),把驅(qū)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)為活塞在氣缸中的往復(fù)運(yùn)動。機(jī)體還為安裝氣缸和其它整部件提供支座。(3)
輔機(jī)部件
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