离心泵典型结构与工作原理

LOGO 泵 （ 离 心 泵 典 型结 构 与 工 作 原 理 ）过 程 流 体 机 械 作 业 (10月 26日 交 )P188: 练 习 题 1,2,3题 内 容 回 顾 1.问 答 题 1） 什 么 是 汽 蚀 ？ 如 何 获 得 泵 的 临 界 汽 蚀 余 量 和 允 许 汽 蚀 余 量 ？ 2） 提 高 离 心 泵 抗 汽 蚀 性 能 有 哪 些 措 施 ？2.判 断 题 1） 有 效 汽 蚀 余 量 数 值 的 大 小 与 泵 本 身 的 结 构 尺 寸 有 关 ， 而 与 泵吸 入 装 置 的 条 件 等 无 关 ， 故 又 称 其 为 泵 吸 入 装 置 的 有 效 汽 蚀余 量 。 （ ） 2） 提 高 离 心 泵 抗 汽 蚀 性 能 主 要 有 两 种 措 施 ， 一 种 是 改 进 泵 本 身的 结 构 参 数 或 结 构 型 式 ， 使 泵 具 有 尽 可 能 小 的 必 需 汽 蚀 余 量NPSHr； 另 一 种 是 合 理 设 计 泵 前 装 置 及 安 装 位 置 ， 使 泵 入 口 处具 有 足 够 大 的 有 效 汽 蚀 余 量 NPSHa， 以 防 止 发 生 汽 蚀 。 （ ） 第 二 节 离 心 泵 典 型 结 构 与 工 作 原 理u离 心 泵 的 工 作 原 理u离 心 泵 的 分 类u离 心 泵 典 型 结 构 和 主 要 零 部 件u离 心 泵 命 名 方 式u离 心 泵 的 性 能 参 数 及 基 本 方 程u有 限 叶 片 数 对 理 论 扬 程 的 影 响u离 心 泵 的 各 种 损 失 菜 单 1 离 心 泵 的 工 作 原 理 菜 单底 阀 的 作 用 ?自 吸 (self priming) 需 要 强 调 指 出 的 是 : 若 在 离 心 泵 启 动 前 没 有 向 泵 壳 内 灌 满 被 输 送 的 液 体 ， 由于 空 气 密 度 低 ， 叶 轮 旋 转 后 产 生 的 离 心 力 小 ， 叶 轮 中 心 区不 足 以 形 成 吸 入 贮 槽 内 液 体 的 低 压 ， 因 而 虽 启 动 离 心 泵 也不 能 输 送 液 体 。 这 表 明 离 心 泵 无 自 吸 能 力 ， 此 现 象 称 为 气缚 。 （ 容 积 泵 每 次 运 行 前 是 否 需 要 灌 泵 ？ ） 吸 入 管 路 安 装 单 向 底 阀 是 为 了 防 止 启 动 前 灌 入 泵 壳 内 的液 体 从 泵 壳 内 流 出 。 空 气 从 吸 入 管 道 进 到 泵 壳 中 都 会 造 成气 缚 。 2 离 心 泵 的 分 类按 叶 片 安 装 方 法 可 调 叶 片固 定 叶 片按 壳 体 剖 分 方 式 分 段 式中 开 式按 泵 体 形 式 蜗 壳 泵筒 式 泵一 些 特 殊 结 构 的 离 心 泵 潜 水 泵液 下 泵管 道 泵 自 吸 式 泵屏 蔽 泵 菜 单 （ 高 速 ） 部 分 流 泵 -Partial emission pump 3 离 心 泵 典 型 结 构 和 主 要 零 部 件u典 型 结 构u主 要 零 部 件 菜 单 3.1 典 型 结 构 单 级 悬 臂 泵 菜 单 单 级 双 吸 泵 菜 单 多 级 泵 菜 单 立 式 泵 菜 单 3.2 主 要 零 部 件吸入室叶轮 轴 压 出 室密 封 装 置 轴 向 力 平 衡 装 置 菜 单 u叶 轮 ： 作 功 部 件n 结 构 型 式 ：闭 式 输 送 不 含 杂 质 的 液 体 ， 效 率 高 ； 造 价 高半 开 式 输 送 易 于 沉 淀 或 含 有 固 体 颗 粒 的 液 体开 式 输 送 沙 浆 、 污 水 、 含 纤 维 液 体 ； 效 率 低 叶 片 数 可 少 到 2-4片 菜 单 n 材 料 ： 铸 铁 、 青 铜 、 钢n 叶 轮 在 轴 上 的 安 装 方 式A： 悬 臂 式 叶 轮 固 定 发 法 B ： 搁 置 式 叶轮 固 定 法 C ： 双 面 进 水式 叶 轮 固 定 法 菜 单悬 臂 式 离 心 泵 是 否 可 以 反 转 ？ u蜗 壳 与 导 叶 ： 离 心 泵 转 能 装 置蜗 壳 （ 螺 旋 形 泵 体 ） 是 单 级 泵 转 能 装 置 ， 其 形状 应 使 流 体 流 过 的 损 失 小 ， 并 且 断 面 逐 渐 扩 大 菜 单 u导 叶 多 级 泵 采 用 导 叶 ， 末 级 之 后 采 用 蜗 壳 。 导 叶 是使 液 体 按 规 定 方 向 流 动 ， 或 使 它 的 部 分 速 度 转 化为 压 力 能 的 具 有 叶 片 的 零 件 。 由 正 向 导 叶 和 反 向导 叶 组 成 。 菜 单 u密 封内 部 泄 漏 外 部 泄 漏内 密 封 外 密 封 菜 单 n 内 密 封 形 式 菜 单Labyrinth 外 密 封 形 式n填 料 密 封 结 构 简 单 、 易 于 制 造 ；用 于 普 通 水 泵 和 一 般 化 工 泵 ；效 果 较 差 ；泄 漏 量 大 ， 需 经 常 更 换 填 料 。 1、 填 料 箱 体 ； 2、 填 料 ； 3、 液 封 圈 ； 4、 填 料 压 盖 ； 5、 底 衬 套 菜 单 n机 械 密 封 ： 由 垂 直 于 主 轴 的 两 个 光 制 的 、 精 密 的 平 面 在 弹性 元 件 及 密 封 液 体 压 力 的 作 用 下 相 互 紧 帖 并 作 相 对 运 动 而 构 成的 动 密 封 装 置 。 效 果 好 ； 使 用 寿 命 长 ； 造 价 高 。 1、 弹 簧 座 ； 2、 弹 簧 ； 3、 动 环 ； 4、 静 环 ； 5、 动 环 密 封 圈 ；6、 压 盖 ； 7、 静 环 密 封 圈 ； 8、 防 转 销 ； 9、 紧 定 螺 钉 菜 单 n副 叶 轮 密 封 非 接 触 式 离 心 密 封输 送 高 （ 低 ） 温 、 易 燃 、 易 爆 、 强 腐 蚀 且 含 颗 粒的 液 体 菜 单 u轴 向 力 平 衡单 级 开 平 衡 孔 平 衡 叶 片 双 吸 叶 轮多 级 卸 荷 盘 平 衡 盘 叶 轮 对 称 排 列 菜 单 开 平 衡 孔 平 衡 叶 片 菜 单 双 吸 叶 轮 卸 荷 盘 菜 单 平 衡 盘 叶 轮 对 称 排 列 菜 单 4 离 心 泵 的 命 名 方 式u国 产 离 心 泵 的 系 列 化 、 通 用 化 和 标 准 化按 汉 语 拼 音 方 案 编 制 的 ， 将 离 心 泵 按 用 途 及 输送 液 体 性 质 分 成 水 泵 及 专 用 泵 。 水 泵 输 送 水 及 粘度 、 化 学 性 质 和 水 相 近 的 液 体 ， 专 用 泵 指 输 送 悬浮 液 及 腐 蚀 性 等 液 体 用 泵 。u编 制 方 法 一 律 采 用 大 写 汉 语 拼 音 及 阿 拉 伯 数 字 菜 单 离 心 泵 的 命 名 u泵 的 国 际 标 准 （ 轴 向 吸 入 离 心 泵 的 标 准 ）n ISO-2858-型 号 ， 额 定 性 能 点 和 尺 寸n ISO3069-装 机 械 密 封 和 软 填 料 的 空 腔 尺 寸n ISO-3661-底 座 尺 寸 和 安 装 尺 寸u我 国 已 制 定 了 与 ISO等 效 的 国 家 标 准 ， 全 名 为 悬臂 式 离 心 泵 型 式 和 基 本 参 数 ， 并 且 按 ISO 设 计了 IH型 化 工 泵 IB型 化 工 泵 ， 它 的 型 号 由 三 部 分 组成 ， 依 次 分 别 代 表 泵 的 吸 入 口 直 径 、 排 出 口 直 径和 叶 轮 名 义 直 径 。 如 ： IH 80-50-250。 菜 单 5 离 心 泵 性 能 参 数 和 基 本 方 程 式u离 心 泵 性 能 参 数u离 心 泵 基 本 方 程 菜 单 5.1 离 心 泵 性 能 参 数 理论流量 规定流量 设计流量 与 泵 流 量 有 关 的 其 他 流 量 参 数 理论扬程 规定扬程 设计扬程 吸入扬程或吸入压头 排出扬程或排出压头 与 扬 程 H有 关 的 其 他 扬 程 参 数 水力功率 机械损失功率 原动机输入功率 原动机配用功率 与 功 率 有 关 的 其 他 功 率 参 数 容积效率 水力效率 机械效率 机组效率 与效率有关的其他效率参数 离心泵的性能参数 菜 单 1） 与 泵 流 量 Q有 关 的 其 他 流 量 参 数 u理 论 流 量单 位 时 间 内 流 入 泵 工 作 元 件 的 液 体 量 ,用 符 号表 示 ,单 位 为 m3/su规 定 流 量这 是 用 户 使 用 泵 所 要 求 的 泵 体 积 流 量 ， 也 就 是用 户 与 设 计 部 门 合 同 上 所 规 定 的 流 量 。qQQ T 菜 单 u设 计 流 量设 计 单 位 为 了 适 应 生 产 与 用 户 的 要 求 ， 往 往 根据 需 要 和 可 能 确 定 设 计 泵 所 采 用 的 流 量 ， 在 设 计和 生 产 泵 系 列 产 品 时 尽 可 能 满 足 社 会 需 要 。 离 心泵 的 流 量 是 可 变 的 ， 在 离 心 泵 铭 牌 上 或 样 本 中 给出 的 流 量 是 指 额 定 流 量 ， 即 离 心 泵 在 这 一 流 量 运行 时 效 率 最 高 。 离 心 泵 尺 寸 就 是 根 据 这 一 特 定 的设 计 流 量 设 计 的 。 菜 单 2） 与 扬 程 H有 关 的 其 他 扬 程 参 数u理 论 扬 程叶 轮 传 递 给 单 位 质 量 液 体 的 能 量 ， 用 符 号 HT表示 ， 单 位 为 m。 因 为 液 体 流 过 泵 时 要 消 耗 一 定 的 能量 来 克 服 流 经 泵 时 的 阻 力 ， 所 以 泵 扬 程 总 是 小 于理 论 扬 程 。 即u 式 中 为 单 位 质 量 液 体 从 泵 的 入 口 到 出 口 消耗 在 泵 中 的 能 量 头 ， 也 就 是 液 体 在 泵 中 流 过 时 所受 到 的 摩 擦 损 失 压 头 及 收 缩 、 扩 大 、 冲 击 等 局 部损 失 压 头 之 和 。 阻hHHT 阻h 菜 单 u规 定 扬 程用 户 与 设 计 单 位 在 合 同 单 上 规 定 流 量 时 所 要 求的 扬 程 。u设 计 扬 程设 计 单 位 在 设 计 泵 时 采 用 的 扬 程 。u吸 入 扬 程 或 吸 入 压 头吸 液 池 液 面 到 泵 基 准 面 之 间 的 扬 程 。u排 出 扬 程 或 排 出 压 头泵 基 准 面 到 排 液 面 之 间 的 扬 程 。 菜 单 3） 与 功 率 有 关 的 其 他 功 率 参 数u水 力 功 率 单 位 时 间 内 ， 叶 轮 给 予 液 体 的 能 量TTh HgQP 理 论 功 率 W液 体 密 度 kg/m 3 理 论 流 量 m 3/s理 论 扬 程 m 菜 单 u机 械 损 失 功 率 Pm泵 的 各 个 运 动 部 件 机 械 摩 擦 损 失 耗 费 的 功 率 。机 械 损 失 包 括 ：n 泵 轴 在 轴 承 内 转 动 的 摩 擦 损 失 ；n 轴 与 轴 封 之 间 的 摩 擦 损 失 ；n 叶 轮 前 后 盖 板 和 液 体 间 发 生 的 摩 擦 损 失 。u机 械 损 失 功 率 Pm和 水 力 功 率 之 和 为 泵 轴 功 率 ， 即 hma PPP 菜 单 u原 动 机 输 入 功 率泵 的 原 动 机 所 接 受 的 功 率 ， 考 虑 到 原 动 机 本 身 的 效 率 ，原 动 机 输 入 功 率 应 大 于 泵 轴 功 率 。u原 动 机 配 用 功 率 P选 用 的 原 动 机 功 率 ， W。泵 的 轴 功 率 是 选 配 原 动 机 功 率 的 依 据 。 原 动 机 一 般 为电 动 机 ， 因 为 考 虑 到 电 动 机 有 超 负 荷 的 可 能 性 ， 通 常 可 按使 用 中 最 大 流 量 下 计 算 出 来 的 轴 功 率 ， 再 考 虑 一 个 安 全 系数 K作 为 所 需 电 动 机 的 功 率 ， 即 原 动 机 配 用 功 率 为 ： aPKP 菜 单 4） 与 效 率 有 关 的 其 它 效 率 参 数u容 积 效 率泵 的 流 量 与 理 论 流 量 之 比 为 容 积 效 率 ， 说 明 泵 漏 损 的程 度 ， 即 泵 密 封 情 况 的 好 坏对 于 离 心 泵 ， 一 般 为 96%99%。u水 力 效 率泵 的 扬 程 H与 理 论 扬 程 HT之 比 ， 是 衡 量 泵 对 流 过 它 的 液流 阻 力 大 小 的 指 标对 于 离 心 泵 一 般 为 80%92%。 Tv QQ/ Th HH / 菜 单 u机 械 效 率水 力 功 率 与 轴 功 率 之 比 ， 是 衡 量 泵 的 运 动 部 件 机 械 摩擦 损 失 大 小 的 指 标因 为 泵 效 率所 以 即 泵 效 率 是 容 积 效率 、 水 力 效 率 与 机 械 效 率 的 乘 积 ， 也 就 是 说 泵 效 率 低 于 任何 一 个 效 率 值 。 近 代 水 泵 的 效 率 一 般 为 70%90%。 ahm PP / %98%94mauPP mhvmTThmu gHQQgHPP 菜 单 菜 单 5.2 离 心 泵 基 本 方 程u叶 轮 几 何 形 状 及 表 示 方 法u液 流 在 叶 轮 中 流 动 的 速 度 三 角 形u欧 拉 方 程 菜 单 1） 叶 轮 几 何 形 状 及 表 示 方 法u叶 轮 由 前 、 后 盖 板 和 叶 片 组 成 ， 一 般 ， 盖 板 表 面是 回 转 曲 面 。u叶 片 形 式 有 ： 直 叶 片 、 单 曲 率 叶 片 、 双 曲 率 叶 片 轴 面 投 影 平 面 投 影 菜 单 2） 液 流 在 流 动 时 的 速 度 三 角 形 （ 理 想 叶 轮 、 理 想 液 体 ）u泵 叶 轮 中 任 意 一 点 i的 液 流 的 三 个 速 度 为iii uc 3） 欧 拉 方 程 式 -离 心 式 机 械 基 本 方 程 式u动 量 矩 定 理由 动 量 矩 定 理 和 能 量 守 恒 的 推 导 ， 可 得 泵 的 理论 扬 程 ：上 式 即 为 离 心 式 机 械 的 基 本 方 程 式 -欧 拉 方 程式 。 mg cucuH uuT ,1122 菜 单 u欧 拉 方 程 式 的 第 二 表 达 式利 用 进 出 口 速 度 三 角 形 ， 可 推 导 出 ：gccgguuHT 222 212222212122 叶 轮 中 离 心 力 对 单位 质 量 液 流 作 的 功 叶 轮 给 出 的 理 论 扬程 中 有 一 部 分 是 液流 流 过 叶 轮 时 相 对速 度 的 降 低 而 获 得 液 流 流 经 叶 轮 前后 动 能 头 的 增 值 菜 单 4） 方 程 的 物 理 意 义u指 出 的 是 叶 轮 与 液 体 之 间 的 能 量 转 换 关 系 ， 遵 循能 量 转 换 与 守 恒 定 律 ；u只 要 知 道 叶 轮 进 出 口 的 液 体 速 度 ， 即 可 计 算 出 一千 克 流 体 与 叶 轮 之 间 机 械 能 转 换 的 大 小 ， 而 不 管叶 轮 内 部 的 流 动 情 况 ；u适 用 任 何 气 体 和 液 体 ；u只 需 将 等 式 右 边 各 项 的 进 出 口 符 号 调 换 以 下 ， 也适 用 于 叶 轮 式 的 原 动 机 如 气 轮 机 、 燃 气 轮 机 等 。 菜 单 u由 于 泵 的 理 论 扬 程 与 液 流 性 质 无 关 ， 所 以 一 台 离心 泵 ， 在 同 一 个 转 速 ， 同 一 个 流 量 下 工 作 时 ， 不论 输 送 什 么 液 体 ， 叶 轮 所 给 出 的 ， 用 被 输 送 的 液柱 高 度 表 示 的 理 论 扬 程 是 相 同 的 。 但 由 于 各 种 液体 重 度 不 同 ， 因 此 泵 出 口 处 的 压 力 是 不 一 样 的 。 菜 单 6 有 限 叶 片 数 对 理 论 扬 程 的 影 响 菜 单 u在 叶 片 数 有 限 时 ， 由 于 惯 性 作 用 产 生 附 加 相 对 速度 后 ， 使 Cu2Cu1因 此 同 一 几 何 尺 寸 的 泵 ， 在 同 一 流 量 及 转 速 下工 作 时 ， 其 进 出 口 速 度 三 角 形 的 底 边 U及 高 Cr虽 然相 同 ， 但 叶 片 数 有 限 的 实 际 叶 轮 给 出 的 理 论 扬 程小 于 叶 片 数 无 限 的 理 想 叶 轮 给 出 的 扬 程 ，即 :HTHT 。 mg cucuH uuT ,1122 菜 单 7 离 心 泵 的 各 种 损 失机 械 损 失 轴 承 的 摩 擦 损 失轴 封 处 的 摩 擦 损 失前 后 盖 板 外 侧 和 液 体 之 间 的 摩 擦 损 失容 积 损 失 叶 轮 进 口 处 容 积 损 失平 衡 装 置 处 容 积 损 失水 力 损 失 摩 擦 损 失 和 局 部 损 失冲 击 损 失 菜 单 7.1 机 械 损 失u轴 承 和 轴 封 处 的 摩 擦 损 失 与 轴承 和 轴 封 的 结 构 形 式 以 及 输 送液 体 的 重 度 有 关 ， 一 般 采 用 下列 公 式 ： P= (0.01-0.05)Pa n 对 于 功 率 大 的 泵 ， 取 P=0.01Pan 对 于 功 率 小 的 泵 ， 取 P=0.05Pa 菜 单 u液 体 前 后 盖 板 与 液 体 发 生 摩 擦 所 引 起 的 损 失 ， 叫圆 盘 （ 轮 阻 ） 损 失 Pdf=K n3D25 KW圆 盘 摩 擦 系 数 流 体 密 度 Kg/m 3 转 速 叶 轮 出 口 直 径 菜 单 7.2 容 积 损 失u由 于 转 动 部 件 与 静 止 部 件 存在 间 隙 ， 当 叶 轮 转 动 时 ， 两侧 间 隙 产 生 压 差 而 使 液 体 从高 压 侧 向 低 压 侧 泄 漏 称 为 容积 损 失u几 乎 在 所 有 比 转 速 的 变 化 范围 内 ， 容 积 损 失 等 于 圆 盘 摩擦 损 失 的 一 半 。 菜 单 7.3 水 力 损 失 (流 动 损 失 )u流 动 摩 阻 损 失 =沿 程 损 失 +局 部 损 失gvgvdlh 22 22 摩 擦 损 失 系 数流 道 长 度 m 流 道 断 面 的 水 力 直 径 m 流 体 流 速 m /s 菜 单局 部 阻 力 损 失 系 数 u冲 击 损 失 hs=K(Q-Q*)2泵 的 工 作 流 量 泵 的 设 计 流 量 菜 单 实 际 压 头由 于 前 弯 叶 片 的 绝 对 速 度 c2大 ， 液 体 在 泵 壳 内 产 生 的 冲击 剧 烈 得 多 ， 转 化 时 的 能 量 损 失 大 为 增 加 ， 效 率 低 。 故为 获 得 较 高 的 能 量 利 用 率 ， 离 心 泵 总 是 采 用 后 弯 叶 片 。流 体 通 过 泵 的 过 程 中 压 头 损 失 的 原 因 ：（ 1） 叶 片 间 的 环 流 ： 由 于 叶 片 数 目 并 非 无 限 多 ， 液 体 有 环 流 出 现 ，产 生 涡 流 损 失 。（ 2） 阻 力 损 失 ： 输 送 的 是 粘 性 流 体 ， 从 泵的 进 口 到 出 口 有 阻 力 损 失 （ 3） 冲 击 损 失 ： 液 体 离 开 叶 轮 周 边 冲 入 蜗 壳 四周 流 动 的 液 体 中 ， 产 生 涡 流 。 流 量压头与压头损失 理 论 压 头实 际 压 头1)3) 2)