离心泵的结构及工作原理.pptVIP

离心泵的结构、工作原理 一、概述 l1、泵是输送液体并提高液体压力的机器。 l2、泵分为化工用泵、水泵。 l3、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。 l4、化工用泵的要求 l（1）适应化工工艺要求运行可靠。 l（2）耐腐蚀，耐磨损。 l（3）满足无泄漏要求。 l（4）耐高温或耐低温并能有效连续工作。 二、离心泵的工作原理、 分类、型号及结构 l（一）、离心泵的装置及工 作原理 l1、为了使离心泵能正常工 作，离心泵必须配备一定的 管路和管件，这种配备有一 定管路系统的离心泵称为离 心泵装置。图11所示为离 心泵的一般装置示意图，主 要有底阀、吸入管路、出口 阀、出口管线等。 2、离心泵的工作原理 离心泵在工作时，依靠高速旋转的叶轮，液体 在惯性离心力作用下获得了能量以提高了压强。离 心泵在工作前，泵体和进口管线必须罐满液体介质 ，防止气蚀现象发生。当叶轮快速转动时，叶片促 使介质很快旋转，旋转着的介质在离心力的作用下 从叶轮中飞出，泵内的水被抛出后，叶轮的中心部 分形成真空区域。一面不断地吸入液体，一面又不 断地给予吸入的液体一定的能量，将液体排出。离 心泵便如此连续不断地工作。 （二）离心泵的气蚀 l1、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。 l2、 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！ （三）离心泵的分类 l离心泵的种类很多，分类方法常见的有以下几种方式 l1、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。 （2）双吸式离心泵；如图1-3所示，我站 消防泵是此类泵。 （3）单级双吸离心泵 扬程范围为10140m，流量范围是9028600m3h。按轴的 安装位置不同，分卧式和立式两种结构。图123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按叶轮数目分： l（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12所示为单级单吸离心泵。 l（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14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 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。 （四）、离心泵型号及结构 1、离心泵的型号 表1-1离心泵基本类型代号 型 号 泵 的 名 称型 号泵 的 名 称 IS B或BA D或DA DL Y YG F P ISO3国际标 准型单级单 吸离心水泵 单级单 吸悬臂式离心清 水泵 多级分段式离心泵 多级立式管形离心泵 离心式油泵 离心式管道油泵 耐腐蚀泵 屏蔽式离心泵 S或sh DS KD KDS Z FY W WX 单级 双吸式离心水泵 多级分段式首级为 双吸 叶轮 多级中开式离心泵 多级中开式首级为 双吸 叶轮 自吸式离心泵 耐腐蚀液下式离心泵 一般旋涡泵 旋涡离心泵 2、离心泵的结构 l 离心泵的品种很多，各种类型泵的结构虽然不同，但主要零 部件基本相同。 l主要零部件有泵壳、泵盖、泵体、叶轮、密封环、泵轴、机封或 填料函、联轴器、轴承等。 （1）、单级单吸离心泵如图1-5所示 图1-5 B型泵 1-叶轮背帽 2-叶轮背帽止回垫 3-叶轮外口环 4-叶轮内口环 5-密封填料 6-密封填料压盖 7-支撑轴承压盖 8-支撑轴承 9-托架 10-止推轴承 11-油封 12-泵轴 13-叶轮键 14-挡油环 单级单吸离心泵的特点 l B型泵此泵用于输送温度不超过80的清水及与水相近的清 洁液体，扬程范围为8125m，流量范围为4.5362m3h。B 型泵结构简单，工作可靠，易于加工制和维护保养，是在IS型泵 之前应用最广泛的一种离心泵。 l B型泵有前开门式和后开门式两种。前开门式为叶轮前面为 泵盖，后面为泵壳；而后开门式与前开门式相反，叶轮前面为泵 壳，后面为泵盖。 l 图15所示为B型泵的前开门式结构，泵的进口在泵盖上， 出口在泵壳上，泵壳是螺旋形蜗壳，泵轴的一端支承在泵体内的 轴承上，另一端伸出称为悬臂端，叶轮装在悬臂端。叶轮上开有 平衡孔，用来平衡部分轴向力，未平衡的轴向力由轴承承受。轴 承用润滑脂润滑,多为球轴承。轴封装置采用填料密封，泵内的 压力水可直接由开在泵壳上的孔送到水封环，起水封作用。 (2) IS型泵仍是单级单吸 悬臂式离心泵 图l6所示为IS型泵的结构 IS型泵仍是单级单吸悬臂式离心泵 特点 l 但它是按国际标准规定的性能和尺寸设计的，是 一种节能新产品，目前已替代B型泵。IS型泵用于输 送清水和性质与水相似的液体，温度不超过80，流 量范围为63400m3h，扬程范围为5125m， 转速为2900rmin或1450rmin。 l图l6所示为IS型泵的结构。它为后开门结构，主要 由泵壳、泵盖、叶轮、轴、密封环、轴套及泵体等组 成。泵通过加长弹性联轴器与电动机相连接，自进口 方向看叶轮逆时针旋转。与B型泵比较，IS型泵的效 率和吸程有较大提高，噪声低、振动小。拆下加长联 轴器的中间连接件，即可取下泵的转子，故检修方便 。 （3）、单级双吸式离心泵 如图1-3所示 l 图13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，泵壳为水平剖分的蜗壳形。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。 （4）、多级离心泵 如图1-4所示； l 人们把若干个叶轮安装在同一个泵轴上，每个叶 轮与其外周的液体导流装置形成一个独立的工作室， 这个工作室与叶轮组成的系统可以认为是一个单级离 心泵，每个工作室前后串联，就构成了多级泵。与多 个单级离心泵串联相比，多级泵具有效率高、占地面 积小、操作费用低、便于维修等优点。该泵流量范围 为5720m3h，扬程最高达2800m。 l 多级离心泵除了具有单级离心泵的优点之外，它 最大的优点就是扬程高。多级离心泵的用途十分广泛 ，例如，化肥生产中，用多级泵将氨水打入碳化塔， 由氨水吸收加压氮氢混合气中的二氧化碳，生产出碳 酸氢铵；锅炉的给水；山区的深井提灌等。 （5）、屏蔽式离心泵 如图1-7所示 屏蔽式离心泵的特点 l化工厂常用的屏蔽泵，属于单级悬臂式离心泵，其结构图如图1-7所示 ； l屏蔽泵又称无填料泵，这种泵用于输送易燃、易爆、有毒、有放射性 及贵重液体，也可选作高压设备的循环用泵。其结构特点使泵的叶轮 与电机的转子在同一根轴上，装在同一格密封的壳体内，没有联轴器 和封装置，从根本上消除了液体外漏。为了防止输送液体昱电气部分 接触，电机的定子和转子分别用金属薄壁圆筒（屏蔽套）于液体隔离 。屏蔽套的材料应能耐腐蚀，并具有非磁性和高电阻率，以减少电动 机因屏蔽套存在而产生额外功率消耗。为了不干扰电机的磁场，这种 金属薄臂圆筒采用奥氏体系非磁性材料（1Gr18Ni9Ti）制成。由于有 屏蔽套，增加了电机转子和定子的间隙，使电机效率下降，因此，要 求屏蔽套的壁要很薄，一般为0.30.8mm. l 屏蔽泵具有结构简单紧凑，零件少，占地少，操作可靠，长期不要 检修等优点。缺点是效率低，比一般离心泵低2650。 三、离心泵的主要零部件 （一）、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19所示。 图19 1叶轮 l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。 l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。 l按结构形式，叶轮可分为以下三种。 l(1)闭式叶轮叶轮的两侧均有盖板，盖板间有46个叶片，如图110 (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111所示，适用于 大流量泵，其抗汽蚀性能较好。如图110 (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。 l(3)半开式叶轮这种叶轮只有后盖板，如图110 (c)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。 l 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。 l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。 叶轮 结构图 2泵轴 l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。 l 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112 3轴套 l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 (二)、蜗壳和导轮 l 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 l 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115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。 l 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。 2导轮 l 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 116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8一16，叶轮与导叶间的径向单侧间隙约为 lmm。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。 (三)、密封环 l 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 117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。 l 密封环的结构形式有三种，如图 118所示。图118 (a)为平环式， 结构简单，制造方便。但密封效果差 ；图l18 (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118 (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0102mm之间。 l 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。 l 密封环应采用耐磨材料制造，常用的材料有铸铁、青铜等。 (四)、轴向密封装置 l 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。 1填料密封 l 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119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、腐蚀及贵中叶体， 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。 l 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。 2机械密封 l 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。 l (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120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，6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。 l机械密封中一般有四个可能泄漏点A、B、C、D和E。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。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。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。 (2)结构形式 l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 l内装式是弹簧置于被密封介质之内(见图120、图121)，外装 式则是弹簧置于被密封介质的外部，如图1-22所示。 图120非平衡型单端面机械密封 图121非平衡型双端面机械密封 l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 l 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 l 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。 l 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 l 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，可用载荷系数久表示，如图123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 l 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120所示，有两个摩擦副的称为 双端面机械密封，如图l21所示。与单端面密封相比，双端面密封 有更好的可靠性，适用