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离心泵结构原理及常见故障,内 容,一、,二、,三、,四、,一 离 心 泵 的 概 述,5.离心泵的型号,1.泵的概念及分类,2.离心泵的概念,3.离心泵的分类,4.离心泵常见类型,1. 泵的概念及分类,一、离心泵概述,为流体提供机械能的机械设备统称为流体输送机械。,离心泵：利用叶轮旋转而使水发生离心运动来工作的。水泵在启动前，必须使泵壳和吸水管内充满水，然后启动电机，使泵轴带动叶轮和水做高速旋转运动，水发生离心运动，被甩向叶轮外缘，经蜗形泵壳的流道流入水泵的压水管路。,2.离心泵的概念,一、离心泵概述,3.离心泵的分类,一、离心泵概述,一、按叶轮数目来分类 1、单级泵：即在泵轴上只有一个叶轮。 2、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。 二、按工作压力来分类 1、低压泵：压力低于100米水柱； 2、中压泵：压力在100650米水柱之间； 3、高压泵：压力高于650米水柱。 三、按叶轮吸入方式来分类 1、单侧进水式泵：又叫单吸泵，即叶轮上只有一个进水口； 2、双侧进水式泵：又叫双吸泵，即叶轮两侧都有一个进水口。它的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。,轻型立式多级离心泵,4.几种典型离心泵,一、离心泵概述,单 级 双 吸 离心 泵,多级离心泵,单级离心泵,表1-1离心泵基本类型代号,5.离心泵型号,一、离心泵概述,一、离心泵概述,5.离心泵型号,离心泵的主要零部件有泵壳、泵盖、泵体、叶轮、密封环、泵轴、机封或填料函、联轴器、轴承等。,1. 离心泵主要结构,二、离心泵结构,图1-1,1.1 离心泵转子,如图1-2所示： 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。,图1-2,二、离心泵结构,叶轮是离心泵中最重要的零件，它将驱动机的能量传给液体。 叶轮结构型式： A：闭式叶轮。这种叶轮一般由前后盖板、叶片和轮毂组成。由于效率较高，得到广泛应用，一般适用于输送不含颗粒杂质的清净液体。 B、开式叶轮。由于这种叶轮效率低，只用来输送含有杂质的污水或带有纤维的液体。 C、半开式叶轮。常用于输送易于沉淀或含有固体颗粒的液体。,1.2离心泵叶轮,图1-3,二、离心泵结构,泵轴属阶梯轴类零件，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。,1.3离心泵泵轴,图1-4,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。,二、离心泵结构,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 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。,1.4离心泵轴套,图1-5,二、离心泵结构,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。,1.5离心泵轴承,图1-6,二、离心泵结构,1.5.1常见轴承类型及代号,常见轴承类型及特点 1、深沟球轴承,深沟球轴承结构简单，使用方便，是生产批量最大，应用范围最广的一类轴承，主要承受径向载荷，也可以承受一定的轴向载荷，当增大轴承的径向游隙时，具有角接触球轴承的功能，可承受较大的轴向载荷，但不能单独承受轴向负荷。 与同尺寸其他类型轴承相比，此类轴承摩擦系数小，极限转速高 其产量占轴承总产量的60%-70%,是产量最高、使用最广、价格最低廉的一类轴承。,2、调心轴承,调心球轴承有两列钢球，内圈有两条滚道，外圈为内球面形，具有自动调心的性能，可以自动补偿由于轴的挠曲形变产生的同轴度误差 适用于支撑座孔不能保证严格同轴度的部件中。,调心滚子轴承具有两列滚子，主要用于承受径向载荷，同事也能承受任意方向的轴向载荷。有较高的径向载荷能力，特别适用于重载或振动载荷下工作，但不能承受纯轴向的载荷。 调心性能较好，能补偿同轴度的误差。,3、滚子轴承,圆锥滚子轴承主要用于承受径向载荷为主的径向与轴向联合载荷；而大锥角的圆锥滚子轴承可以用于承受以轴向载荷为主的径向、轴向联合载荷。单列圆锥滚子轴承必须成对使用，因为圆锥滚子轴承在承受径向负荷时有轴向力产生，为圆锥滚子轴承在承受径向负荷时有轴向力产生，为抵消这种额外的附加负荷必须由相对的另一套轴向承受，相互抵消轴向分力的影响。,圆柱滚子轴承通常由一个套圈的两个挡边引导，保持架、滚子和引导套圈组成一个组合件，可与另一个轴承套圈分离，属于可分离型轴承，此种轴承安装、拆卸比较方便，尤其当要求内、外圈与轴、壳体都是过盈配合时更显其优点 此类轴承一般只用于承受径向负荷，只有当内外圈均带挡边的单列轴承可承受较小的定向轴向载荷。,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。,2. 离心泵蜗壳和导轮,二、离心泵结构,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2-1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。,2.1离心泵蜗壳,图2-1,二、离心泵结构,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。,2.2离心泵导轮,导轮把叶轮甩出来的液体收集起来，使液体的流速降低，把部分速度能头转变为压力能头后，再均匀地引入下一级或者经过扩散管排出，其结构如图2-2所示。,图2-2,二、离心泵结构,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2-3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。,2.3离心泵密封环,图2-3,二、离心泵结构,密封环的结构形式有三种，如图118所示。 图2-4 (a)为平环式，结构简单，制造方便。但密封效果差； 图2-4 (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2-4 (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。,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。,图2-4,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。 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。,2.4离心泵轴向密封装置,图2-5,二、离心泵结构,填料密封与机械密封的比较,填料密封是一种传统的压盖密封。它靠压盖产生压紧力，从而压紧填料，迫使填料压紧在密封表面(轴的外表面和密封腔)上，产生密封效果的径向力，因而起密封作用。 机械密封是指由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力(或磁力)的作用下以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。 “机械密封“通常被人们简称为“机封“。,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。 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2-6所示。,2.5离心泵填料密封装置,二、离心泵结构,图2-6,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。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。,2.6离心泵机械密封,二、离心泵结构,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2-7、图2-8，外装式则是弹簧置于被密封介质的外部，如图2-9所示。,图2-7非平衡型单端面机械密封 图2-8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,2.6.1机械密封结构形式,图2-7,图2-8,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； 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。,图2-9,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。,图2-10,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2-11所示，有两个摩擦副的称为双端面机械密封，如图2-12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。,图2-11,图2-12,正确合理地选择机械密封装置中的各零件材料，是保证密封效果，延长使用寿命的重要条件。材料必须满足设备运转中的工作条件，具有较高的强度、刚度、耐蚀性、耐磨性和良好的加工性。 在一对摩擦副中，不用同一材料制造动环和静环，以免运转时发生咬合现象。通常是动环材质硬，静环材质软，即硬软配对。常用的金属材料有铸铁、碳钢、铬钢、铬镍钢、青铜、碳化钨等，非金属材料有石墨浸渍巴氏合金、石墨浸渍树脂、填充聚四氟乙烯、酚醛塑料、陶瓷等。 辅助密封圈一般用各种橡胶、聚四氟乙烯、软聚氯乙烯塑料等。 弹簧常用材料有磷青铜、弹簧钢及不锈钢。,2.6.2离心泵机械密封零件材料,二、离心泵结构,三 工 作 原 理,6.离心泵的工作效率,1.离心泵的工作原理,2.离心泵的工作过程,3.离心泵的性能参数,7.离心泵的试车与验收,5.离心泵的有效功率,4.离心泵的扬程,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。,1.离心泵的工作原理,三、离心泵的工作原理,2.离心泵的工作过程,三、离心泵的工作原理,图3-2,三、离心泵的工作原理,2.离心泵的工作过程,1.离心泵在起动之前，应先用水灌满泵壳和吸水管道。 2.离心泵的工作过程，实际上是一个能量的传递和转换的过程。它把电动机高速旋转的机械能转化为被抽升水的动能和势能。 在这个转化过程中，必然伴随着许多能量损失，从而影响离心泵的效率。这种能量损失越大，离心泵的性能就越差，工作效率就越低。 3.在泵起动时，如果泵内存在空气，则叶轮旋转后空气产生的离心力也小，使叶轮吸入口中心处只能造成很小的真空，液体不能进到叶轮中心，泵就不能出水。,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。,3. 离心泵的性能参数,三、离心泵的工作原理,4.离心泵的扬程,三、离心泵的工作原理,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3-3,扬程：单位重量液体流经泵后获得的有效能量。,最常用的水泵扬程计算公式是 H=(p2-p1)/g+(c2-c1)/2g+z2-z1 ； H扬程，m; p1，p2泵进出口处液体的压力Pa; c1，c2流体在泵进出口处的流量m/s; z1，z2进出口高度m; 液体密度kg/m3; g重力加速度m/s2。,有效功率用Ne表示,5.离心泵的有效功率,三、离心泵的工作原理,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。,H 泵的有效压头，即单位量液体在重力场中从泵获得的能量，m； Q 泵的实际流量，m3/s； 液体密度，kg/ m3； Ne泵的有效功率，即单位时间内液体从泵处获得的机械能，W。,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。,6. 离心泵的工作效率,三、离心泵的工作原理,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。,流量V m3/s 压头H mH2o 轴功率N kW 效率%,性能参数：,HV曲线 NV曲线 V曲线,离心泵的特性曲线是指导正确选择和操作离心泵的主要依据，最高效率点对应的流量、压头、轴功率是最佳工况参数。,特性曲线：,离心泵的特性曲线,三、离心泵的工作原理,7试车与验收 1试车前的准备工作 1）检查泵体与电机地脚螺栓及其他连接螺栓的紧固情况。 2)检查 冷却、传热、保温、保冷、冲洗、过滤、除湿、润滑、液封等系统及工艺管道应连接正确，且无渗漏现象。管道应冲洗干净，保持畅通。 3)将压力表、真空表、电流表、安全阀等安装齐备，各指示仪表应灵敏、准确。 4) 各润滑部位应加入符合技术要求规定的润滑油（脂）。 5) 空转电机，检查旋转方向，无误后装上联轴器柱销。 6)检查进、出口阀开关位置是否正确。 7)清除泵周围一切杂物，清理好现场。,2启动程序 1) 盘车两周，注意泵内有无异