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常睹泵的分类及职业道理

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常睹泵的分类及职业道理

  常见泵的分类及工作原理第十六章 常见泵的分类和工作原理 泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部 能量传送给液体,使液体能量增加,主要用来输送液体包括水、油、酸碱 液、减速机_百度百科乳化液、悬乳液和液态金属等,也可输送液体、气体混合物以及含悬 浮固体物的液体。水泵性能的技术参数有流量、吸程、扬程、轴功率、水 功率、效率等;根据不同的工作原理可分为容积水泵、叶片泵等类型。容 积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量;叶片泵是利用回转叶片与水 的相互作用来传递能量,有离心泵、轴流泵和混流泵等类型。 第一节 泵的分类及在电厂中的应用 一、泵的分类 (一)按照泵的工作原理来分类,泵可分为以下几类 1、容积式泵 容积式泵是指靠工作部件的运动造成工作容积周期性地增大和缩小 而吸排液体,并靠工作部件的挤压而直接使液体的压力能增加。 容积泵根据运动部件运动方式的不同又分为:往复泵和回转泵两类。 按运动部件结构不同有:活塞泵和柱塞泵,有齿轮泵、螺杆泵、叶片 2、叶轮式泵叶轮式泵是靠叶轮带动液体高速回转而把机械能传递给所输送的液 根据泵的叶轮和流道结构特点的不同,叶轮式泵又可分为:离心泵(centrifugal pump) 轴流泵(axial pump) 混流泵(mixed-flow pump) 旋涡泵(peripheral pump) 喷射式泵(jet pump) (二)其它分类 1、泵还可以按泵轴位置分为: (1)立式泵(vertical pump) 1124 (2)卧式泵(horizontal pump) 2、按吸口数目分为: (singlesuction pump) (doublesuction pump) 3、按驱动泵的原动机来分: (1)电动泵(motor pump (2)汽轮机泵(steamturbine pump) (3)柴油机泵(diesel pump) (4)气动隔膜泵(diaphragm pump 如图16-1 为泵的分类 图16-1 泵的分类 二、各种类型泵在电厂中的典型应用 1125 第二节 离心泵的理论基础知识 离心泵主要包括两个部分:1.旋转的叶轮和泵轴(旋转部件)。2.由泵 壳、填料函和轴承组成的静止部件。正常运行时,叶轮高速旋转,在惯性 力的作用下,位于叶轮中心的流体被甩向外周并获得了能量,使流向叶轮 外周的液体的静压强提高,流速增大。液体离开叶轮进入蜗壳内,在蜗壳 内液体的部分动能会转换成静压能。于是较高压强的液体从泵的排出口进 入排出管路,被输送到所需的管路系统。同时,叶轮中心由于液体的离开 而形成真空,如果管路系统合适,则外界的液体会源源不断地吸入叶轮中 心,以满足水泵连续运行的要求。 如图16-2 所示。 图16-2 离心泵的工作原理 一、离心泵的性能参数 1126 (一)流量 指泵在单位时间内能抽出多少体积或质量的水。体积流 量一般用m3/min、m3/h 等来表示。 (二)扬程 又称水头,是指被抽送的单位质量液体从水泵进口到出 口能量增加的数值,除以重力加速度,用H 表示,单位是m。 (三)功率 是指水泵在单位时间(S)内所作功的大小,单位是KW。 水泵的功率可分为有效功率和轴功率。 1、有效功率又称输出功率:指泵内水流实际所得到的功率,用符号P0 表示。 2、轴功率:轴功率又称输人功率,是指动力机传给泵轴的功率,用符 表示。轴功率和有效功率之差为泵内的损失功率,其大小可用泵 的效率来计量。 效率反映了水泵对动力机传来动力的利用情况。它是衡量水 泵工作效能的一个重要经济指标,用符号?表示。 (五)转速 指泵轴每分钟旋转的次数,用符号n 表示,单位是r/min. (六)汽蚀余量 汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的 富余能量。单位用m 标注,用NPSH 表示。 二、离心泵的性能曲线 泵的性能曲线,标志着泵的性能。泵各个性能参数之间的关系和变化 规律,可以用一组性能曲线来表达。对每一台泵来讲,当一台泵的转速一 定时,通过试验的方法,可以绘制出相应的一组性能曲线,即水泵的基本 性能曲线。性能曲线一般以流量为横坐标,用扬程、功率、效率和汽蚀余 量为纵坐标来绘制曲线。 (一)流量与扬程曲线 离心泵的流量与扬程的曲线 所示,水泵作为一种通过管道来提升或移动流体的机械。 水泵能提升流体到达垂直管道的A 点,即流量为零,泵的作功只是与流体 的重力与质量相等。(即流体的势能)因此,A 点也被称为关断水头 (SHUTOFF-HEAD);如果想象转动出水管从A 点到F 点,则水管变为水平 管,则泵出的流体的势能变为零而流量变为最大值。可以看出,调整出水 管道的倾斜角度(即调整出水管道的阻力),即可得到我们想要的流量和 扬程。 流量与效率曲线 所示,离心泵效率曲线可以看作是一条弹道曲线,其效率 表现为从其最高效率点(BEP)向两侧下降的变化趋势。即泵的效率随流 量的增加而增加,到达高效点后,其效率随着流量的增加而减少。 图16-4 泵的流量与效率曲线 流量与功率曲线一般来讲,离心泵的轴功率随流量的增加而逐渐增加,曲线有上升的 特点。(但在一些特殊的泵中,其功率会保持直线甚至会随流量的增加而 下降)当流量为零时,轴功率最小。因此,为便于离心泵的启动和防止超 载,启动时,应将出水管路上的阀门关闭,启动后再逐渐打开。轴流泵的 启动与离心泵相反。如图16-5 所示。 1128 图16-5 离心泵的流量与功率的曲线 流量与汽蚀余量曲线NPSHr(the Net Positive Suction Head required)-即泵的必需汽蚀余量,它 代表了泵的最低运行要求,如果泵的入口压力未达到规定的NPSHr,则泵 就会发生汽蚀不能运行。 离心泵的汽蚀余量曲线一般设计为:当流量从零和高效区之间变化时, 其NPSHr 几乎是一条直线或有很小的变化,但是通过高效区的范围后,则 其NPSHr 会以指数变化剧增。如图16-6 所示。 图16-6 离心泵的流量与NPSHr 的关系 1129 图16-7 离心泵的性能曲线 为离心泵的性能曲线。 当泵运行在“A”点时,其对应的流量为“Q”,扬程为“H”;此时泵的效率最高,其能耗也在中间水平,同时其必需汽蚀余量也处于将 要剧升的边缘。 当泵运行到“B”点时,其流量减少而压头升高。泵运行在高效率区的左边,其效率下降损失增加。但其功率相应减少,NPSHr 也相应 减少。但是,由于效率的下降和流量的减少,泵开始振动并加热泵内的流 体。当热量不能被流体带走时,温度就会升高,达到对应的饱和温度后, 液体开始汽化,引起泵的振动和损坏。 当泵运行在“C”点时,其流量增加而压头降低。同时泵的效率也下降。泵的功率会升高甚至会过负荷。而泵的NPSHr 迅速增加,离开 泵的流量大于进入泵的流量,泵内压力变低,当达到对应压力、温度下的 饱和状态时,泵内的液体开始汽化沸腾,泵开始发生汽蚀,引起泵的损坏。 如图16-8 所示。 图16-8 泵的叶轮因汽蚀损坏图 1130 图16-9 泵的运行区域图 总之,对于泵的运行来讲,正常运行时泵应运行在“A”区,如图16 -9 所示。此时泵的效率最高,能耗利用率最好。为了避免泵的损坏,泵 的运行要避开“C”“D”区。而可以短时间运行在“B”区。“B”区在“A” 区的左边,即在高效区的左边,此时泵的效率较差,损失较多。同时其轴 向推力也较大,易造成推力轴承的损坏。所以为了保证泵的运行安全,可 以按照泵的相似定律来对泵进行改造或改变泵的转速,以达到在保证泵的 安全运行的前提下,满足系统流量和压力的要求。对于运行人员,我们要 熟悉泵的运行曲线并熟练地应用它们,只要泵运行在高效区内并很好地作 好维护工作,它就能保证安全长期运行。 三、泵在系统中的运行 所有泵的设计都是为了满足系统运行要求的。这个要求即是系统的总 动力水头(TDH) (Total Dynamic Head).泵的运行状态随着系统的改变而改变。 如系统所需的流量改变,则对应的泵的工作点也会改变,即泵的压头、效 率、NPSHr 都随着变化。如果变化太大,则就会影响泵的安全经济运行。 (一)系统的总动力水头(TDH)包括以下四个方面: 1.Hs-静压头(the static head)。是指泵送液体的来源和目的地之间的高 度差,当泵入口的液体表面位置不同时,其静压头是不同的。 2.Hp-压力水头(the pressure head) 。它表示液体表面的压力之差。 3.Hv-速度水头(the velociyt head)。它表示液体流过系统时的能量消 耗。?v=v-液体流经管道时的速度。 g-重力加速度。 4.Hf-摩擦水头(friction head).它表示液化流经系统时的摩擦损失。 1131 v22?式中 (1)对于管道: Hf=KfL100(16-1) 式中:Kf-每种材料直径管道每一百米的摩擦常数。(可通过查表获得) L-实际管道的长度 (2)对于阀门和异型件: Hf=KHv100(16-2) 式中:K-各种阀门及异型件的摩擦常数。(可通过查表获得) 综上所述:总动力水头(TDH)= Hs+ Hp+ Hv+ Hf (二)泵的工作点 如图16-10 所示:当泵在一个系统中正常运行时,泵对液体的耗功 与系统对液体的总动力水头(TDH)是相平衡的。但是强调的是,随着系 统的变化,如阀门的开闭,由TDH 也发生的变化,其平衡就会打破,泵的 工作点也就发生了变化。所以在设计之初,我们必须计算好系统的 TDH, 并选择合适的泵,使总动力水头(TDH)与最高效率点(BEP)相匹配。 图16-10 泵的运行曲线 四.泵的相似定律与变转速运行 在电力生产中,变转速的泵随处可见,如由液力偶合器带的给水泵或 由小汽轮机接带的水泵、风机等等。特别是近年来变频装置的成熟与普及, 使得变速泵的运行越来越多。它可以减少管道的节流损失,更加节能。所 以我们应掌握变频泵的运行规律。 (一)泵的相似定律的前提条件: 1132 1.几何相似 两台水泵在结构上完全相仿,对应尺寸的比值相同,叶片数、对应角相等; 2.运动相似 两台水泵内对应点的液体流动相仿,速度大小的比值相同、方向一致(即速度三角形相似); 3.动力相似 符合相似条件的两台水泵,以下各式成立:Q2n2D23=() (16-3) Q1n1D1 H2H1 P2P1=()2 (16-4)n1D1n23D25 2n2D2=n1 D1 的流量;n1,n2 的泵轴转速;D1、D2 叶轮外径;P1,P2 泵1、泵2、输送介质的密度(两相似泵可以近似地认为容积率、水力效率、机械效率相等。) 对于同一台泵来讲,相似定律则可写成: Q2=n1(16-6) Q1 H22=() (16-7) H1n1 P2P1n2n2= n1 (16-6) n23 H----泵的扬程,mP----泵的功率,kw n----泵的转速,r/min 从上式看出,对于变转速泵,其流量的变化与转速的一次方而正比; 扬程与转速的二次方成正比;功率与转速的三次方成正比。 1133当叶轮的直径变化时,流量与直径的三次方成正比;扬程与直径的二 次方成正比;功率与直径的五次方成正比。此时也叫切削定律。 当泵转速在20%左右变化时,其效率可认为变化不大。 相似定律同样适用于离心式风机。 (三)泵与风机的曲线群 知道了某一转速下的泵的性能曲线,根据相似定律,我们可以得到不 同转速下的泵的性能曲线,也能得到不同叶轮直径下的泵的性能曲线 不同直径下泵的特性曲线 不同转速下泵的性能曲线 五、泵与风机的运行调整 当泵与风机运行在系统中的时候,其主要有两个任务,一个是要满足 系统的要求,保证系统所需要的流量和压力。同时为了保证自身的运行安 全,需要对泵的运行区域进行设定,防止泵的损坏。主要包括:泵的入口 有保证足够的有效汽蚀余量(NPSHa)必须汽蚀余量(NPSHr);泵应 该运行在高效区域内;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。而当系统的需求变化时,系统所需的流量、压力发生了变化, 为了保证泵的运行安全和满足系统需要,要求我们要对泵的工作点进行调 (一)定转速泵的运行调整如图16-13 所示,只需改变泵的性能曲线或者改变系统曲线,就能 改变泵的工作点。对于定转速泵来讲,改变泵的性能曲线较难,一般改变 系统的曲线来改变泵的工作点。系统的总动力水头(TDH)=静压头(Hs)+ 压力水头(Hp)+速度水头(Hv)+摩擦水头(Hf). 从上式看出,只要改变 四个水头中任意一个,即可改变系统曲线,从而调整泵的工作点。 1.调整管道的阀门来调整流量 当运行泵为定转速时,通过调整阀门的开度,即使系统的阻力损失发 生变化(即调整了摩擦水头),改变了系统的曲线,从而使泵的工作点发 生的转移,流量、压力发生变化。如图16-13 所示。系统的流量由Q1 变为b,同时由于阀门的节流损失及泵偏离高效区,使得泵的效率下降,能耗增加。如果继续调小流量的话,还有可能 进入泵的最小流量区内,造成泵的汽化,使泵损坏,所以节流调整必须在 一定的范围内进行。 1135 同时,对于离心泵来讲,为了防止发生汽蚀,节流调整一般放在泵的 出口管道进行研究。因为入口管道节流后,会使泵的有效汽蚀余量 NPSHaNPSHr,造成泵的汽蚀。 图16-13 调整阀门开度后泵性能的变化 2、泵的汽蚀调整,也叫泵的自动调整。即通过改变系统的入口水面 的水位,即通过改变静压头(Hs)的方法,也可使泵的工作点转移。 例如:凝结水泵的汽蚀调节就是把水泵出门水门开足,当汽轮机负荷 变化(凝汽量相应变化)时,通过凝汽器水位(即凝结水泵的倒灌高度发生变 化)来调节泵的出水量,使其和汽轮机的排汽量相平衡 3、改变泵的性能曲线来进行调整。如有的泵与风机可在运行中改变 叶片的角度,从而改变了泵与风机的性能曲线,以此也可调整泵与风机的 工作点。 4、如果泵的正常工作点远离系统的要求,长期使泵处于低效区甚至 影响泵的安全。可以通过切削定律,在泵停运后对泵的叶轮直径进行调整, 以期调整泵的工作区到高效区。 (二)变转速泵的运行调整。 如图16-14 所示,通过调整泵的转速之后,通过相似定律即可得到 泵的变转速性能曲线,而系统曲线未发生变化。这样泵的工作点由“a” 转移至“c”,实现了泵流量的变化。 泵的变转速调整有如下特点: 变转速调整由于泵的性能曲线变化,使得泵的工作点脱离高效区不远,效率较高。 变转速调整后,根据相似定律,泵的功率与转速的三次方成正比,使泵的功率大大降低。 变转速后的NPSHr大大降低,提高了泵的抗汽蚀能力。 变转速泵的调整需要特殊的原动机或电气变频装置,投资较高。甚至会带来振动、轴承 润滑不良等问题。 1136 图16-14 离心泵的变转速调整 六、泵的并联与串联运行 (一)泵的并联运行 为了提高系统运行的灵活性、可靠性及经济性。一般电厂水泵设置两 台同样泵与风机为并联运行方式。如凝结水泵、循环水泵、送风机、引风 图16-15泵的并联运行简图 如图16-15,16-16 所示,由于并联运行泵的管路是为两台泵运行 设计的,当一台泵运行时,其工作点是在泵的性能曲线高效区的右边,易 发生汽蚀。即同样压力下,单独运行时其流量会偏大一些。 1137 图16-16 相同性能泵并联运行时的工作曲线.相同性能泵并联运行的特点 两台泵并联运行时,其在同样转速下的流量要较泵单独运行时流量之和较小。 对于并联运行系统,当只有一台泵运行时,其易受到汽蚀的威胁,应引起注意。 由于泵单独运行时其工作点在BEP的右边,意味着此时泵的功 率较大,易引起过负 荷,应引起注意。 2.不同性能泵的并联运行特点 不同性能泵并联运行时,出力较低(如变频泵)的泵,则其在启动或 者运行中,有可能打不开出口逆止阀,造成泵的流量为零,长期运行会造 成泵的汽化而损坏。所以此种情况下运行,系统的总的流量不能太低,并 且在启动时,应优先启动出力较低的水泵。如图16-17 所示。 图16-17 两台不同性能泵运行曲线 (二)泵的串联运行 1138 图16-18 泵的串联运行 图16-19 同性能泵的串联运行性能曲线 有些场合,为了得到较高压力的液体,会使用串联泵运行。同理,对 于多级离心泵来讲,也相当于单级泵的串联运行。如图16-19 1.同性能泵的串联运行 如图16-18,串联泵运行后,将得到两倍左右的扬程(但较单独泵运行时扬程的 两倍较小);同时流量基本是单独泵运行时的流量(较单独泵运行时 的流量较小)。 串联泵运行时,如果有一台泵跳闸,由于较高的阻力,易使运行泵工作点左移,泵 易造成汽化而损坏。 2.不同性能泵的串联 将不同性能泵的性能曲线迭加,即可得到其运行性能曲线 所示,在这种情况下,当流量增加到一定范围,则只有一台泵出力, 另一台泵处于相对大流量工况,其NPSHr 会剧增,引起泵的汽蚀。 1139 图16-20 不同性能泵串联运行性能曲线.定速泵与变速泵的串联 图16-21 定速泵与变速泵的串联 如图16-21 所示,在一些高压、大流量的场合,为了实现上述目的, 常采用定速泵与变速泵相结合的方式上水,如锅炉给水泵。定速泵置于变 速泵之前,这样定速泵可以为变速泵提供足够的汽蚀余量,变速泵改变转 速为变化的系统提供稳定供水。 变速给水泵的工作区为了保证给水泵的运行和系统的供水安全,在任何工况下,给水泵应 运行在工作区范围内,如图16-22 所示,其主要包括六条曲线: 泵的最高转速曲线nmax。即泵的机械性能决定的最高转速性能曲线。 泵的最低转速曲线nmin。即泵的机械性能决定的最低转速性能曲线。 泵的上限特性曲线。即由不同转速下泵的最小流量点形成的曲线,正常运行时,泵 只能运行在上限特性曲线的右侧。如运行在其左侧, 则将使泵的流量不足冷却泵产生的 1140 热量,从而引起泵的汽化,造成泵的损坏。目前,为防止在低流量, 高压力时泵的工作点落入上限特性曲线之右,设计了泵的再循环管道,当 泵的工作点接近上限特性曲线时,再循环管道上的阀门打开,以增加给水 流量。当工作点向左远离上限特性曲线后,其阀门关闭。 泵的下限特性曲线。即由不同转速下泵的最大流量点形成的曲线,正常运行时,泵 只能运行在下限特性曲线的左侧。如超过下限,则泵的在某一转速下 的流量太大,超过了泵的最高效率区范围,使泵效率下降;同时,泵的NPSHr 大增,泵易发生汽蚀,造成出力下降和泵的振动等故障。故在泵运行在大 流量、低压头工况时,适当关小泵的出口调节阀,抬高泵的出口压力,使 泵重新回到工作区内。 系统的最低给水压力Pmin。即变速给水泵还必须满足系统对水压的最低要求,防 止系统里的设备出故障。如对于锅炉如果上水压力太低,则会造成水 循环的破坏,造成水冷壁的爆破。 系统的最高给水压力Pmax。即变速泵还必须满足系统对水压的最高要求。如对于 锅炉来讲,如果压力过高,会造成安全门启动,甚至管道破裂。 图16-22 变速给水泵的工作区 第三节 各种泵的设备结构及工作原理 一、离心泵 离心泵的结构离心泵的结构型式多种多样,分类方式也较多,表16-1 中列出了离 心泵的基本结构型式, 表16-1 离心泵的结构型式 1141 单级离心泵单级离心泵是指只有一级叶轮的离心泵,其主要由以下零部件组成(见 图16-23): 泵壳有轴向剖分式和径向剖分式两种。大多数单级离心泵的壳体都是蜗壳式的,多级泵径向剖分壳体一般为环形壳体或圆形壳体。一般蜗壳式 1142以收集从叶轮中流出的液体,并引向扩散管至泵出口。泵壳承受全部 的工作压力和液体的热负荷。 (2)叶轮 如图16-23 所示,叶轮是唯一的做功部件,泵通过叶轮对液体做功。 叶轮的结构型式有闭式、开式、半开式三种。闭式叶轮由叶片、前盖板、 后盖板组成。半开式叶轮由叶片和后盖板组成。开式叶轮只有叶片,无前 后盖板。闭式叶轮效率较高,开式叶轮效率较低。 图16-23 叶轮的形式 (3)密封环 密封环的作用是防止泵的内泄漏和外泄漏.由耐磨材料制成的密封环, 镶于叶轮前后盖极和泵壳上,磨损后可以更换。 (4)轴和轴承 泵轴一端固定叶轮,一端装联轴器。根据泵的大小,轴承可选用滚动 轴承和滑动轴承。按作用力方向可分为径向轴承和推力轴承。 (5)轴封 轴封一般有机械密封和填料密封两种。一般泵均设计成既能装填料密 封,又能装机 械密封。 单级离心泵结构示意图,如图16-24 所示。 1143 图16-24 单级离心泵结构图 2、双吸离心泵 双吸泵的叶轮可以视为由两个单吸叶轮背靠背地组成,就像两个叶轮 对称布置,因此可以认为工作时不会产生轴向力。但由于制造和装配上的 原因,总有尺寸偏差,不可能做到绝对对称,加之液流也不可能绝对对 称.因而必然还有残余轴向力,因此一般双吸泵上均装有径向滚动轴承, 以承受剩余轴向力。 应着重指出的是,卧式单级双吸泵(图3-4)多采用中开式结构,其泵体 和泵盖结合面一般是通过轴心线的水平面,通常称之为中开面。由于采用 这种结构,可以揭开泵盖即可检修泵内各零件,且无需拆卸迸、出管路和 移动电机或其他原动机,检修极为方便。 与单吸泵想比,双吸离心泵有较大的流量,较好的吸上性能;与混流泵相 比,有较高的扬程。 如图16-25,双吸离心泵结构示意图 1144 图16-25 单级双吸式离心泵结构示意图 多级离心泵是指有两个或两个以上叶轮的泵。通常的结构有蜗壳式多 级泵和分段式多级泵。 蜗壳式多级泵的结构特点(图16-26)一般采用中开式结构以便于检修, 且有利于叶轮对称布置,减,作用在转子上的轴向力。但这种结构的工艺 性较差,级数越多,泵体和系盖的形状越复,泵的外形尺寸越大,特别是 级与级之间需要配置一些级间流道,使泵的外形比较复杂。 而且当级数较多、扬程较高时,中开面的密封难度较大。基于这些因 素,这种结构应用的广泛性受到一定的限制。 分段式多级泵的结构特点(图16-27)结构紧凑,有利于提高标准化、 通用化程度。由于这种结构的扬程取决于泵的级数,所以这种多级泵的扬 程范围较宽 1145图16-26 蜗壳式多级离心泵的结构示意图 图16-27 分段式多级离心泵结构示意图 3、离心泵的优点和缺点 离心泵的优点: 结构简单而紧凑,对于同一输送量,离心泵所占面积小,重量轻,材料耗用较 少,对基础要求无住复泵高,故制造安装费用少。 极电动机直联,传动结构简单易安装。 离心泵内无活门,故适于输送悬浮液,特殊的设计还能输送大块固体的悬浮液 可用耐化学腐蚀的材料制造泵,适用输送腐蚀溶液。 因结构简单、零件少、故障少、经久耐用、维修费用少、管理方便、工作可靠。 输出量可由排出阀门任意调节甚至全关,不会出现压头无限上升的危险。 对于被输送的液体量大.而压头不要求大时,离心泵最适宜。1146 排液均匀无脉冲现象。离心泵的缺点 遇到设计不完善或操作不当时,如牛奶,则易产生泡沫,影响下一工序生产。 效率也比往复泵低。二、轴流泵 (一)轴流泵的结构 轴流泵有立式、卧式和斜式三种。目前多用立式,其外形如图16-28 所示。它的转动部分也是一根泵轴,轴的下端安装有叶轮,上端装有联轴 器,不动部分的主要零部件有进水喇叭管、导叶体和出水弯管。 图16-28 立式轴流泵结构示意图 1、叶轮 叶轮由叶片、轮毂、导水锥等三个主要部件组成,如图16-28 所示。叶片一般有 1147 2-6 片,用铸钢或铸铁制成。叶片安装在轮毂上,轮毂上开有与叶片 数目相等的孔,每个孔里安装一个叶片。叶片有固定式、半调节式和全调 节式三种。固定式叶片与轮毂浇铸为一整体;半调节式和全调节式可根据 扬程变化情况调整叶片的安装角度。如果需要提高扬水高度,可把叶片安 装角度改小。这样,在维持水泵高效率的前提下,适当减少出水量,在动 力机不致超载的情况下提高了扬水高度;反之,如果要降低扬水高度,则 把叶片安装角度调大。由于全调节式水泵构造复杂,价格贵,因此,中水 型排灌站多使用半调节式轴流泵。半调节式泵要在停机时才能调节叶片, 调节时要注意以下几个问题: (1)轴流泵出厂时,叶片的安装角度一般放在“零度”,这个“零度” 是指叶片设计安装角度,如叶片的设计安装角度为15 度,就把15 度作为 “零度”。小于设计安装角度为负;大于设计安装角度为正,叶片根部刻 有基准线,在轮毂上刻有相对应的安装角度线等。当需要调节角度时,将紧叶片的螺母松开,转动叶片,使基准线 与需要的安装角度线对准,再拧紧螺母即可。也有用定位销来调节的,当 松开螺母后,对好调整角度,变更定位销位置,再拧紧螺母。 (2)调节叶片安装角度,要使各片的安装角度相等,否则水泵抽水时会 有振动或杂声。 (3)调换叶片时,要防止把叶片装反。若个别叶片损坏需要更换时,最 好更换全部叶片,以求各叶片平衡一致。若只更换一个叶片,也要保持各 叶片平衡一致。 2、进水喇叭管 为了使水以最小的损失均匀地流向叶轮,在中小型轴流泵的叶轮进口 前装有进水喇叭管,其管口直径约为叶轮直径的1.5 倍。进水喇叭管用铸 铁制造。 它是由导叶、导叶毂和外壳组成的整体,铸造而成,其主要作用是将从叶轮中流出的水流的旋转运动变为轴向运动。导叶的片数一般为6-12 4、出水弯管其断面一般为等圆截面,內曲率半径约为弯管出口半径的1.5 中小型水泵的泵轴是实心的,大型泵的泵轴是空心的。泵轴一般采用优质碳索钢制成。两端各有螺母,分别固紧叶轮轮毂和联轴器。从轴的上 端俯视,泵轴为顺时针方向旋转,因此,固紧联轴器的螺母为左旋螺纹(倒 6、轴承1148 立式轴流泵的轴承有导轴承和推力轴承两种类型。导轴承主要是用来 承受经向力,起径向定位作用。中小型轴流泵大多数都采用水润滑橡胶导 轴承,它有上下两只,內表面开有轴向槽,使水能进入轴瓦与轴之间进行 润滑和冷却。推力轴承主要是用来承受轴向力,包括轴向水压力及轴上所 有零部件的重量。对于中小型立式轴流泵,当采用电动机直接传动时,一 般是在电动机座內装有轴承体,轴承体內装有推力滚动轴承和一个径向滚 动轴承;当采用皮带传动时,一般则是在皮带轮座內装有推力滚动轴承和 两个滚珠轴承。 (二)轴流泵的优点和缺点 轴流泵是一种高比转速的泵,一般比转速在500~1000 之间。由于比 较速越大,则扬程越低,流量越大。由于轴流泵的qv-H 性能曲线很陡降, 在起动时不应将排出管路上阀门关闭,否则起动功率过大,会造成电动机 过载而损坏。轴流泵采用可调节式叶片泵来调节流量。其主要优点有: 1、轴流泵的最大优点是流量大、结构简单、重量轻、外形尺寸小、 占地面积小; 2、对调节式轴流泵,当工作条件变化时,只要改变叶片角度,仍然 可保持在较高效率下工作,但由于扬程太低,其应用范围受到限制; 3、为提高扬程,轴流泵也可做成多级的。 轴流泵的缺点: 1、气蚀性能较差,一般允许吸上线、轴流泵的压头低。 由于轴流泵本身具有的特点,因此大流量是轴流泵的发展方向之一。 目前国内已成系列地大量发展大口径的巨型轴流泵,在结构上也趋向于采 用调节式叶片泵的方向发展。 (三)轴流泵的工作原理 轴流泵是根据机翼原理制成的。 图16-29 为机翼的截面,设将此机翼悬挂在流体中,流体以一定的 速度M 流过时,翼面发生负压,翼背发生正压,其正、负压力的大小与翼 形及迎角((翼背与液流方向之倾角)以及流体速度的大小有关。如果流体 不动,而机翼以相等速度在流体中运动时,则翼背和翼面受到与前相同的 正压和负压,即翼面(机翼上面)为负翼背为正压。在此压力作用下机翼 将获得升力。如果将机翼形的桨叶固定在转轴上,形成螺旋桨,如图2-2-21b 所示,并使之不能沿轴向移动,则当转轴高速旋转时,翼面(螺旋桨下侧) 因负压而有吸流作用,翼背因正压而有排流作用,如此一吸一排造成了液 体(或气体)的流动。这就是轴流泵和轴流式风机的工作原理。 1149 16-29轴流泵原理图 (a)机翼截面;(b)轴流泵示意图 三、往复泵 (一)往复泵的结构 往复泵的结构 图16-30 往复泵的原理图 往复泵的结构如图16-30 所示,主要部件包括:泵缸;活塞;活塞 杆;吸入阀、排出阀。其中吸入阀和排出阀均为单向阀。 往复泵按往复元件不同分为活塞泵、柱塞泵和隔膜泵3 种类型。 1、活塞泵 活塞泵适用于压头较低时的输送。活塞上的活塞杆经十字头与曲柄连 杆机构连接。当原动机带动曲柄旋转一周时,活塞在泵缸内作一次来回移 动。活塞移动的最大距离称为行程。 如果活塞往复一次时,只有泵缸的一侧各吸入和排出一次液体,这种 泵称为单作用泵。单作用泵的排液是间断的,吸液时不排液,排液时不吸 液。同时,由于匀速圆周运动转变而来的活塞直线运动的非匀速性,即使 排液时,流量也是不均匀的。 为了消除单作用泵排液的间断性,就出现了双作用泵。双作用泵至少 个阀门,分别安设在泵缸两侧,并且吸入管和排出管分别为两侧共有。如此,当原动机运转时,一侧的吸液、排液与另一侧的捧液、吸液交叉, 吸人管和排出管内的液体就保持不断地流动。 1150 2、柱塞泵 泵的活塞以柱式代替盘式主要出于机械强度的原因。因为泵在高压头 下送液时,不仅要考虑泵缸的强度,而且要考虑活塞的强度,所以柱塞泵 一般用于高压泵和中压泵,活塞泵则用于低压泵。 三柱塞式高压泵是一种三联泵。三联泵是由共用一根曲轴的3 个单作 用泵所组成。3 个单作用泵的曲柄互相错开120,其吸液管和排液管也 个泵共用。这样,在曲轴旋转一周的周期里,各泵的吸液、排液依次相差1/3 周期,大大地提高排液管内流量的均匀性。 3、隔膜泵 当输送腐蚀性料液或悬浮液时,为了不使活塞受到损伤,多采用隔膜 泵,即用一弹性薄膜将柱塞和被输送液体隔开的往复泵。隔膜左边所有部 分可由耐酸材料制成,或衬以耐酸物质。隔膜右边则盛有水或油。当柱毫 作往复运动时,迫使隔膜交替地向两侧弯曲,使隔膜起着和活塞同样的吸 液和排液的作用,而被输送液体则始终不与柱塞相接触。 (二)往复泵的优点和缺点 往复泵的优点:1.可获得很高的排压,且流量与压力无关,吸入性能 好,效率较高,其中蒸汽往复泵可达80%~95%;2.原则上可输送任何介质, 几乎不受介质的物理或化学性质的限制;3.泵的性能不随压力和输送介 质粘度的变动而变动。 往复泵的缺点:1.流量不是很稳定。同流量下比离心泵庞大;2.机构 复杂;3.资金用量大;4.不易维修等。

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