1、第 6 章泵泵是一种对液体增压从而达到输送液体的机械，它把原动机的机械能转换成液体的能量。泵属于通用机械，在国民经济各部门中用来输送液体的泵种类繁多，用途很广，如水利工程、农田灌溉、化工、石油、采矿、造船、城市给排水和环境工程等。另外，泵在火箭燃料供给等高科技领域也得到应用。为了满足各种工作的不同需要，就要求有不同形式的泵。特别在炼油化工生产中，不仅数量大，种类多，而且因其输送的介质往往具有腐蚀性，或其工作条件要求高温、高压等，所以对泵有一些特殊的要求，这些泵往往比一般的水泵复杂。泵的种类很多，其分类方法也多，根据泵的工作原理和结构形式，把泵简单分为如下几类：按输入的介质分类，泵可分为清水泵、
2、油泵、泥浆泵、污水泵、酸泵、碱泵等。另外，泵也常按其形成的流体压力分成低压、中压和高压泵三类，常将出口压力低于2MPa 的称低压泵，在 2-6MPa 之间的称中压泵，高于 6MPa 的称高压泵。6.1 离心泵6.1.1 离心泵的工作原理一般离心泵启动前泵壳和整个吸人管路要充满液体，当原动机带动泵轴和叶轮旋转时，叶片间的液体也跟着旋转起来，液体在离心力的作用下，沿着叶片间的流道甩向叶轮外缘，进人螺旋形的泵壳内，由于流道断面积逐渐扩大，被甩出的流体流速减慢，将部分速度能转化为静压能，使压力上升，最后从排出管排出。与此同时，由于液体自叶轮甩出时，叶轮中心部分造成低压区，与吸人液面的压力形成压力差，在
3、压力差的作用下液体不断地被吸人，并以一定的压力排至泵外。由此可知，离心泵的工作原理就是叶轮在充满液体的泵壳内高速旋转，使液体产生离心力，从图 6-1 离心泵的工作原理而依靠离心力来输送液体。离心泵工作原理简图如图 6-1 所示。6.1.2 离心泵的分类离心泵的分类方法很多，现介绍几种主要分类方法。1.按叶轮级数分类（1)单级离心泵 泵轴上只有一个叶轮。由于液体在泵内只有一次增加能量的机会，所以泵压力、扬程较低。(2)多级离心泵 同一根泵轴上装有两个或两个以上叶轮。多级泵的叶轮一般都为单吸式，也有将第一级叶轮设计为双吸式的。一个叶轮便是一级，级数越多，压力、扬程越高，同时转子上的不平衡轴向力也越
4、大。多级离心泵大都设有轴向力平衡装置。2.按叶轮吸入方式分类(1)单吸离心泵 液体从一侧流人叶轮，这种泵的叶轮容易制造，应用最为广泛。由于液体从叶轮一侧吸人，所以叶轮两侧压力不一样，从而产生轴向推力。(2)双吸式离心泵 液体从两侧流人叶轮内。由于叶轮两侧液体流动对称，所以无轴向力产生。3.按泵壳剖分方式分类(1)中开式 壳体在通过轴心线的平面上剖分。如果主轴水平布置，称为水平中开式离心泵；如果主轴为立式结构，称为垂直中开式离心泵。(2)分段式 各段泵壳的剖分面均与主轴垂直，各段泵壳之间用长螺栓紧固。分段式离心泵均为多级泵。4.按泵壳形状分类(1)蜗壳泵 装有螺旋形压水室的离心泵，如常用的单吸式
5、悬臂离心泵。(2)透平式泵 装有导叶式压水室的离心泵。5.按泵轴方位分类(1)卧式泵 泵轴水平放置。(2）立式泵 泵轴垂直于水平面。离心泵根据其特殊结构还可分为屏蔽泵、磁力泵、自吸式泵、管道泵、潜水泵等。6.1.3 离心泵的基本结构1离心泵的型号型号是表征性能特点的代号，我国泵类产品型号编制是由三部分组成。其组成方式如下：第一部分代表泵的吸入口直径，单位为 mm，用阿拉伯数字表示，大部分老产品用“英寸”表示，即吸入口直径被 25 除后的整数值；第二部分代表泵的基本结构、特征、用途及材料代号等，用汉语拼音字母表示。离心泵基本型号代号如表 6-1 所示，材料代号表示：I 类材料为不耐腐蚀的球墨铸铁
6、；类材料为不耐腐蚀的碳素钢；类材料为耐腐蚀的不锈钢。第三部分代表泵的扬程及级数，老产品很多是以泵的比转数被 10 除后的整数值表示，现在新泵多数用泵的单级扬程表示，单位为 m，对于多级泵，第三部分数字由两部分组成，中间用乘号隔开，乘号前的数字表示泵的单级扬程，乘号后面的数字表示泵的级数。泵的改型产品标志在型号尾部，用大写汉语拼音字母 A、B、C 表示经切割后的叶轮，其中 A 表示第一次切割，B 表示第二次切割，C 表示第三次切割，也是叶轮的极限切割。表 6-1 离心泵基本型号代号型号 名称 型号 名称ISB 或 BAS 或 shD 或 DADSKDKDSDLISO 国际标准型单吸离心水泵单级单
7、吸悬臂式离心清水泵单级双吸式离心泵多级分段式离心泵多级分段式首级为双级叶轮多级中开式单级叶轮多级中开式首级为双吸叶轮多级立式筒形离心泵Y YGPZFFYWWX离心式油泵离心式管道油泵屏蔽式离心泵自吸式离心泵耐腐蚀泵耐腐蚀液下式离心泵一般旋涡泵旋涡离心泵离心泵的型号表示方法举例如下：2.常用离心泵结构1)单级单吸悬臂式离心泵单级单吸悬臂式离心泵主要用于输送清水及与清水相似的液体。它结构简单、轻便、流量均匀、运转平稳、容易维修保养，因而获得广泛应用。这种泵主要由泵体、泵盖、叶轮、泵轴和托架等组成，如图 6-2 所示。图 6-2 单级悬臂式离心泵1-泵盖；2-泵体；3-叶轮；4-密封环；5-轴套；6
8、-泵轴；7-托架；8-轴承；9-联轴器2)单级双吸离心泵单级双吸离心泵按泵轴的安装位置不同分为卧式和立式两种。这种泵实际上相当于两个单级叶轮背靠背地装在同一根轴上并联工作，所以流量比较大。由于叶轮采用双吸式叶轮，叶轮两侧轴向力相互抵消，所以不必专门设置轴向力平衡装置。图 6-3 为水平剖分式单级双吸离心泵，泵体为水平剖分的螺旋形蜗壳。泵进、出口分别布置在下半个泵壳的的两侧，转子为两端支承，叶轮置于轴中部，泵体和叶轮两侧均装有密封环，泵两端都有轴封装置。由于泵体水平剖分，所以检修方便，检修时只需打开泵盖，即可把整个转子取出，不需要拆卸与泵连接的管线。图 6-3 水平剖分式单级双吸离心泵1-泵体；
9、2-泵盖；3-叶轮；4-轴；5-密封环；6-轴套；7-轴承；8-联轴器3)多级泵(1)分段式多级离心泵分段式多级离心泵是一种垂直剖分多级泵，它由一个前段、一个后段和若干个中段组成，并用螺栓连接为一体，如图 6 一 4 所示。泵轴的两端用轴承支撑，泵轴中间装有若干个叶轮，叶轮与叶轮之间用轴套定位，每个叶轮的外缘都装有与其相对应的导轮，在前段和中段的内臂与叶轮易碰的地方装有密封环。叶轮一般是单吸的，吸人口都朝向一边，按单吸叶轮人口方向将叶轮依次串联在轴上。为了平衡轴向力，在未级叶轮后面装有平衡盘，并用平衡管与前段相连通。其转子在工作时可以左右窜动，靠平衡盘自动将转子维持在平衡位置上。轴封装置对称布
10、置在泵的前段和后段轴伸出部分。图 6-4 分段式多级离心泵1-进水段；2-中段；3-叶轮；4-轴；5-导轮；6-密封环；7-叶轮挡套；8-导叶套；9-平衡盘；10-平衡套；11-平衡环；12-出水段导轮；13-出水段；14-后盖；15-轴套乙；16-轴套锁紧螺母；17-挡水圈；18-平衡盘指针；19-轴承乙部件；20-联轴器；21-轴承甲部件；22-油环；23-轴套甲；24-填料压盖；25-填料环；26-泵体拉紧螺栓(2)中开式多级离心泵中开式多级离心泵一般是采用蜗壳形泵体，泵壳在主轴中心线的平面上分开，这种泵按主轴安装位置不同分水平中开式和竖直中开式两种，如图 6 一 5 所示为水平中开式两
11、级离心泵，它每个叶轮都有相应的蜗壳形吸人室和压出室，这样就相当于把几个单级蜗壳泵组装在同一根轴上串联工作。由于吸人口和排出口直接铸在泵体上，所以检修时，不需要拆卸出、人口管线，只要把上泵壳取下，即可取出转子。叶轮通常采用偶数呈对称排列，以消除不平衡轴向力，因此不需要另设轴向力平衡装置。图 6-5 水平中开式两级离心泵1-泵盖；2-叶轮；3-泵轴；4-轴头油泵；5-泵体这种泵与同性能的分段式离心泵相比，它的体积大，铸造和加工技术要求较高。由于它流量大、扬程高，所以主要用于城市供水、蒸汽锅炉给水、矿山排水和输油管线等。其流量一般为 450 -1500m3/h，扬程为 100 - 500m，最高出口
12、压力可达 18MPa。6.1.4 离心泵的部件1.叶轮叶轮是离心泵唯一直接对液体做功的部件，它直接将驱动机输人的机械能传给液体并转变为液体静压能和动能。叶轮一般由轮毂、叶片、前盖板、后盖板等组成，如图 6-6 所示。按结构型式叶轮可分为三种，如图 6-7 所示。图 6-6 离心泵叶轮构造 图 6-7 离心泵叶轮的型式1-轮毂；2-前盖板；3-后盖板；4-叶片(1)闭式叶轮 闭式叶轮又分单吸式和双吸式两种，如图 6-8 所示为双吸式叶轮，叶轮的两侧均有盖板。这种叶轮效率较高，适用于输送清洁液体，其中双吸式叶轮特别适合输送流量大的场合，采用双吸式叶轮的泵其抗汽蚀性能都比较好。（2）开式叶轮 叶轮两
13、侧均没有盖板，这种叶轮效率低，适用于输送污水、含泥砂及纤维的液体。 图 6-8 双吸叶轮(3)半开式叶轮 叶轮只有后盖板，这种叶轮的效率比开式叶轮高，比闭式叶轮低，适用于输送黏稠及含有固体颗粒的液体。离心泵叶片多为后弯式，其叶片数一般为 6-12 片，常见的为 6-8 片。对输送含有杂质的开式叶轮，其叶片数一般为 2-4 片。叶片的厚度为 3-6mm。2.轴与轴套离心泵转轴是一个传递动力的零件，它主要是把叶轮、轴套、平衡盘和半联轴器等部件连成转子。轴套装在轴上，可防止泵轴磨损和腐蚀，延长泵轴的使用寿命。3.蜗壳蜗壳又称为泵壳，它是指叶轮出口到下一级叶轮人口或到泵的出口管之间的、截面积逐渐增大的
14、螺旋形流道。它使液体从叶轮流出后其流速平稳地降低，同时使大部分动能转变为静压能。因其出口为扩散管状，所以还能把从叶轮流出来的液体收集起来送往排出管。当蜗壳具有能量转换作用时，蜗壳内液体的压力是沿途增大的，这就会对叶轮产生一个径向的不平衡力。为了消除此不平衡的径向图 6-9 双蜗壳室 力，对高扬程的泵常采用双蜗壳室，如图 6-9 所示，使用两段蜗壳以互相抵消对叶轮所产生的径向力。4.导轮导轮又称导叶轮，它是一个固定不动的圆盘，位于叶轮的外缘、泵壳的内侧，正面有包在叶轮外缘的正向导叶，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 6一 10 所示。液体从叶轮甩出后，平缓地进人导轮，沿正向导
15、叶继续向外流动，速度逐渐下降，静压能不断提高。液体经导轮背面反向导叶时被引向下一级叶轮。导轮有径向式、流道式和扭曲式三种，其中扭曲式已逐渐被淘汰。导轮上的导叶数一般为 4-8 片，导叶的人口角一般为 80 一 160，叶轮与导叶间的径向单侧间隙约为 lmm。若间隙太大，效率变低；间隙太小，则会引起振动和噪声。导轮与蜗壳相比，其外形尺寸小，采用导轮的分段式多级离心泵的泵壳容易制造，能量转换的效率也较高，但安装检修不如蜗壳式方便。另外，当泵实际工况与设计工况偏离时，液体流出叶轮时的运动轨迹与导轮叶片形状不一致，使液体对导叶的人口边产生冲击，使泵的效率下降。所以，采用导轮装置的离心泵，扬程和效率曲线
16、均比蜗壳泵的陡。5.密封环从叶轮流出的高压液体经旋转的叶轮与泵壳之间的间隙又回到叶轮的吸人口，称为内泄漏。为了减少内泄漏，该间隙应小些。因此，一般都在该部位的泵壳和叶轮前盖人口处，安装一对密封环（又称为承磨环、口环、卡圈等） ，以保证叶轮与泵壳之间的最小间隙，减小内泄漏。当泵运行一段时间后，密封环被磨损造成间隙过大时，可拆去已磨损的密封环，换上一对新的。密封环按其轴截面的形状可分为平环式、角环图 6-10 导轮式、锯齿式和迷宫式等，如图 6-11 所示。平环式和角环式由于结构简单、加工和拆装方便，在一般离心泵中应用广泛；锯齿式或迷宫式的密封效果好，一般用在高压离心泵中。图 6-11 密封环的型
17、式6.轴向力平衡装置1)轴向力的形成及危害离心泵叶轮（双吸式叶轮除外）工作时，液体以低压 Pl 进人叶轮，而以高压 P2 流出叶轮，且叶轮前后盖板形状的不对称，使得叶轮两侧所受到的液体压力不相等，从而产生了轴向推力。叶轮两侧的液体压力分布如图 6-12 所示.由于叶轮两侧受力不均匀，使得离心泵在运转时，形成一个沿轴向并指向叶轮入口，同时作用在转子上的力，这个力使泵的整个转子向叶轮吸人口端窜动，引起泵的振动、轴承发图 6-12 离心泵轴向力示意图 热，甚至损坏机件，使泵不能正常工作。尤其是多级泵，轴向力的影响更为严重。2）轴向力的平衡当离心泵叶轮产生较大的轴向力时，并且全都作用于轴承上，轴承难以
18、承受。为此，必须采取平衡措施消除或减小轴向力保证离心泵安全运行。（1)单级离心泵轴向力平衡方法：叶轮上开平衡孔 其目的是使叶轮两侧的压力相等，从而使轴向力平衡，如图 6-13（a）所示，在叶轮轮盘上靠近轮毅的地方对称地钻几个小孔（称为平衡孔） ，并在泵壳与轮盘上半径为 r,处设置密封环，使叶轮两侧液体压力差大大减小，起到减小轴向力的作用。这种方法简单、可靠，但有一部分液体回流叶轮吸人口，降低了泵的效率。这种方法在单级单吸离心泵中应用较多。采用双吸叶轮 它是利用叶轮本身结构特点，达到自身平衡，如图 6-13(b)所示，由于双吸叶轮两侧对称，所以理论上不会产生轴向力，但由于制造质量及叶轮两侧液体流
19、动的差异，不可能使轴向力完全平衡。图 6-13 单级离心泵轴向力平衡方法叶轮上设 t 径向筋板在叶轮轮盘外侧设置径向筋板以平衡轴向力，如图 6-13（c）所示，设里径向筋板后，叶轮高压侧内液体被径向筋板带动，以接近叶轮旋转速度的速度旋转，在离心力的作用下，使此空腔内液体压力降低，从而使叶轮两侧轴向力达到平衡。其缺点就是有附加功率损耗。一般在小泵中采用 4 条径向筋板，大泵采用 6 条径向筋板。设置止推轴承在用以上方法不能完全消除轴向力时，要采用装止推轴承的方法来承受剩余轴向力。（2）多级离心泵轴向力平衡方法：泵体上装平衡管如图 6-14 所示，在叶轮轮盘外侧靠近轮毅的商压端与离心泵的吸人端用管
20、连接起来，使叶轮两侧的压力基本平衡，从而消除轴向力。此方法的优缺点与平衡孔法相似。有些离心泵中同时设置平衡管与平衡孔，能得到较好的平衡效果。叶轮对称排列将两个叶轮如图 6-15 所示背对背或面对面地装在一根轴上，使每两个相反叶轮在工作时所产生的轴向力互相抵消。图 6-14 泵体上装平衡管 图 6-15 叶轮的对称排列采用平衡鼓装！在分段式多级离心泵最后一级叶轮的后面，装设一个随轴一起旋转的平衡鼓，如图 6-16 所示。采用平衡盘装 t 如图 6-17 所示，在分段式多级离心泵最后一级叶轮后面，装设一个随轴一起旋转的平衡盘和在泵壳上嵌装一个可更换的平衡座。图 6-16 平衡鼓装置 图 6-17
21、平衡盘装置1-末级叶轮；2-平衡鼓；3-低压室；4-平衡管 1-末级叶轮； 2-平衡管；3-平衡座；4-平衡盘采用平衡鼓与平衡盘联合装置该装置的特点就是利用平衡鼓将 50% -80% 的轴向力平衡掉，剩余轴向力再由平衡盘来平衡，其结构图如 6 一 18 所示。7.滚动轴承按摩擦性质不同，轴承分为滚动轴承和滑动轴承。滚动轴承在离心泵中起着很重要的作用，它主要用于支承转子。1）滚动轴承的结构(1)滚动轴承的基本结构典型的滚动轴承通常由内圈、外圈、滚动体和保持架四个元件组成，如图 6 一 19 所示。内圈装在轴颈上，外圈装在机架的轴承孔内。通常是内圈随轴颈旋转而外尽固定，但也有是以外圈旋转而内圈固定
22、的。当内、外圈相对转动时，滚动体就在内外圈的滚道中滚动。保持架的作用是把滚动体均匀地隔开。滚动体则是轴承中形成滚动摩擦不可缺少的零件。常用的滚动体形式如图 6-20 所示。图 6-18 平衡鼓与平衡盘联合装置 图 6-19 滚动轴承基本结构1-末级叶轮；2-平衡座；3-平衡鼓；4-平衡盘 1-内圈；2-外圈；3-滚动体；4-保持架图 6-20 常用滚动体的形式(2)滚动轴承的材料滚动轴承的内、外圈及滚动体是由高碳铬轴承钢制造，如GCr9、GCr15、GCr15SiMn、G20CrNi2Mo 等。滚动轴承的内、外圈及滚动体必须充分淬硬，并须经磨削和抛光，以提高材料的接触疲劳强度和耐磨性。保持架一
23、般用低碳素钢板冲压成形，根据用途不同，有的则用有色金属（如黄铜）或塑料（如酚醛夹布胶木）制成。2）滚动轴承的游隙、接触角和偏位角滚动轴承的游隙、接触角和偏位角是居拓 E 轴承工作性能的要素。（1)游隙轴承中的滚动体与内、外圈滚道之间的间隙称为轴承的游隙。轴承游隙分为径向游隙及轴向游隙两种，如图 6-21 所示。当轴承中的一个座圈固定不动，另一个座圈沿径向（或轴向）从一个极端位置到另一个极端位置的移动量，就称为轴承的径向（或轴向）游隙。游隙对轴承的工作寿命、温升和噪音等都有很大的影响。各级精度的轴承的游隙都有标准规定。(2)接触角轴承的接触线与轴承径向平面间的夹角称为接触角，如图 6-22 所示
24、。由图可知，向心球轴承在未受载荷或受纯径向载荷作用时，其接触角。二 0;而当有轴向载荷作用时，其接触角增大到 a,。轴承接触角变化的大小通常与轴向载荷、游隙、滚道凹槽与球半径的比值以及轴承零件的弹性变形等因素有关。(3)偏位角轴承由于具有径向游隙，因此可以容许由于轴的挠曲变形而引起内、外圈有一定的相对偏斜，如图 6 一 23 所示。3）滚动轴承的常用类型滚动轴承的类型很多，并且是标准件，由专业轴承厂大批量生产。因此我们主要是通过熟悉类型、标准及其应用特点来合理选用。按照轴承内部结构和能承受外载荷的方式不同，滚动轴承主要可分为：(1)向心轴承 主要承受径向载荷，或同时承受较小的轴向载荷，如图 6
25、-24(a)所示。(2)幼推力轴承只能承受轴向载荷，如图 6-24(b)所示。(3)向心推力轴承能同时承受径向、轴向载荷，如图 6-24(c)所示。图 6-21 轴承的游隙 图 6-22 轴承的接触角图 6-23 轴承的偏位角 6-24 不同类型滚动轴承的承载情况6.1.5 离心泵的性能参数与特性曲线1性能参数离心泵的主要性能参数有流量、扬程、转速、功率和效率等，它表示离心泵在一定转速下，以水为介质在最高效率时的性能参数。新泵出厂时，各性能参数均标在泵的铭牌上。为了正确使用泵，需要了解泵的性能参数，现分别简介如下。(1)流量泵在单位时间内输送出的液体量，称为流量。用符号口表示容积流量，单位为m3/s 或 m/h；用符号。表示质量流量， 单位为娜。或 kgh。(2）扬程叶轮对液体所做有用功与液体重力之比值，称为扬程。扬程也称为有效能量头，用符号 H 表示，单位为 m。泵铭牌上的扬程是指全扬程。(3)转速泵轴每分钟的转数，称为转速，用符号 n 表示，单位为 r/min。泵铭牌上的转速是额定转速，泵只有在此转速下，铭牌上的各性能参数才能达到。
