离心泵培训课件

离心泵结构原理及常见故障 姓名 酒利涛日期 2018 06 内容 一 二 三 四 离心泵 轴流泵 其他类型泵 射流泵 1 泵的概念及分类 泵 容积泵 往复泵 回转泵 活塞泵 柱塞泵 隔膜泵 螺杆泵 齿轮泵 动力泵 机械能转换为液体压力能并输送液体的机械 一 离心泵概述 按作用原理 清水泵 泥浆泵 酸泵 碱泵 油泵 砂泵 低温泵 高温泵 屏蔽泵等 按用途和输送液体性质 表1 1离心泵基本类型代号 2 离心泵型号 一 离心泵概述 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 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 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 2 m Ra0 8 m 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 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4 8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1 18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0 1 0 2mm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 可用载荷系数表示 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离心泵机械密封零件材料 二 离心泵结构 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 离心泵的工作原理 三 离心泵的工作原理 图3 1 3 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 3 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 H Hd Hv 4 离心泵的扬程 三 离心泵的工作原理 把正在运行中的水泵装置的真空表和压力表读数 按mH2O计 相加 就可得出该水泵的工作扬程 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 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 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 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 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 1 离心泵的主要优点 a 离心泵的流量范围大 一般常用的在5 20000米3 时 目前国外最大的有达54500米3 时的 另外 流量和压力都平稳 没有波动 b 离心泵的转速较高 传动机构简单紧凑c 操作方便可靠 调节和维修容易 并易于实现自动化和远距离操作d 离心泵与同一指标的往复泵相比 结构简单紧凑 体积小 重量比较轻 零部件少 制造方便 造价低廉 因而占地面积小 同时它的设备和修理费用都比较低 2 离心泵主要缺点 a 在一般情况下 离心泵启动前需先灌泵或用真空泵将泵内空气抽出去 b 液体粘度对泵的性能影响比较大 当液体粘度增加时 泵的流量 扬程 吸程和效率都会显著降低 c 离心泵在小流量 高扬程的情况下应用 受到一定的限制 因为小流量离心泵的泵流道很窄 制造起来困难 同时效率也很低 7 离心泵的性能特点 三 离心泵的工作原理 流量V m3 s 压头H mH2o 轴功率N kW 效率 性能参数 H V曲线N V曲线 V曲线 离心泵的特性曲线由制造厂附于产品样本中 是指导正确选择和操作离心泵的主要依据 特性曲线 8 离心泵的特性曲线 三 离心泵的工作原理 离心泵运转时 液体压力沿着泵入口到叶轮入口而下降 在叶片入口附近的K点上 液体压力pK最低 此后由于叶轮对液体作功 液体压力很快上升 当叶轮叶片入口附近的压力pK小于液体输送温度下的饱和蒸汽压力pv时 液体就汽化 同时 使溶解在液体内的气体逸出 它们形成许多汽泡 当汽泡随液体流到叶道内压力较高处时 外面的液体压力高于汽泡内的汽化压力 则汽泡又重新凝结溃灭形成空穴 瞬间内周围的液体以极高的速度向空穴冲来 造成液体互相撞击 使局部的压力骤然增加 有的可达数百个大气压 这样 不仅阻碍液体正常流动 尤为严重的是 如果这些汽泡在叶轮壁面附近溃灭 则液体就像无数个小弹头一样 连续地打击金属表面 其撞击频率很高 有的可达2000 3000Hz 于是金属表面因冲击疲劳而剥裂 如若