离心泵详细技术说明

离心泵详细技术说明1.离心泵的工作原理图6-1为离心泵的示意图：泵轴上装叶轮，叶轮上安装有若干弯曲的叶片， 泵轴由外界动力带动下，叶轮开始在泵壳内旋转。水由入口沿轴向垂直进人叶轮 中央，在叶片之间通过进人泵壳内，最后从泵的出口沿切线方向排出。在电动机的带动下，叶轮离速旋转产生的离心力将水从叶轮中心抛向叶轮外 缘，水便以很高的速度流入泵壳，在泵壳内减速和进行能量转换，得到较高的压 力，从排出口进入管道。当叶轮内的水被抛出后，叶轮中心形成真空，在大气压 的作用下。水经吸入管道进入泵内填补已被排出的水的位置。只要叶轮的转动不 停，离心泵便不断地吸入和排出水。由此可见，离心泵之所以能输送水，是因为 叶轮高速旋转所产生的离心力、这也是离心泵名称的由来。图61离心泵示意图污水处理厂中常用的 PW型排污泵属于单级单吸离心式污水泵，该种泵适 用于80C以下，带纤维或其他悬浮物的污水。它原理、结构等可参照离心泵内 容。轴流泵、混流泵等叶片泵的工作原理与离心泵相似，它们之间的差别在于液 体在叶轮中出流时的方向不同。2.离心泵的结构和主要零部件（1）叶轮叶轮是离心泵中主要的零件，也是决定泵性能好坏的主要零件，其形状和尺寸是通过水力计算来决定的。叶轮一般可分为单吸式和双吸式两种（如图6-2所示），单吸式叶轮为单边吸水、叶轮的前后盖板呈不对称状，双吸式叶轮从双侧 吸水、叶轮盖板呈对称状。这实际上也可理解为两个单吸式叶轮背靠背铸造在一 起，一般大流量离心泵多数采用双吸式叶轮。叶轮按其盖板情况可以分为封装式、 敞开式和半开式（如图6-3所示）。凡具 有两个盖板的叶轮称为封闭式叶轮，只有叶片，没有完整盖板的叶轮称为敞开式 叶轮，只有后盖板、没有前盖板的叶轮称为半开式叶轮。一般抽送清水用闭式叶 轮，抽送含杂质的液体用开式或半开式叶轮。（时图62单吸式（Q和双吸式（b叶轮示意图（aM图6-3叶轮形式叶轮的材料一般采用铸铁、铸钢、青铜玻璃铜等，选择叶轮材料时，主要考 虑机械强度， 耐腐蚀和耐磨性能。 离心泵运行时如果发生汽蚀， 那么叶轮是受汽 蚀损坏最主要的零件， 一般表现在叶轮的背面。 双吸式叶轮从双面进水， 轴向力 相互抵消，故理论上双吸叶轮没有轴向力。（2）泵轴泵轴是用来传递原动机转矩的零件，在泵中靠它来旋转泵叶轮，泵轴的结构 由泵的整体结构来确定。 泵轴必须有足够的强度和刚度， 保证挠度不超过允许值。 工作转速远离临界转速。对于刚性轴而言，一般工作转速不超过第一临界转速 80%。（3）泵体和泵盖对于水平中开式单级双吸离心泵而言，泵壳的中开面以上部分称为泵盖，中 开面以下部分称为泵体， 泵盖和泵体为铸件。 合在一起中间的空腔构成流道。 吸 人口法兰至叶轮人口称为吸入室， 叶轮出口至压出口法兰称为压出室。 双吸离心 泵一般采用半螺旋形吸入室，因为这种吸入室可使液流绕过泵轴后不产生旋涡。 这种泵采用螺旋形压出室。 这种压出室可以使泵性能曲线的高效区比较宽广。 吸 入室的作用是使来流液体的流速沿断面均匀分布， 并将吸入管路内的液体流速变 为叶轮所需的速度， 还要保证最小的水力损失。 压出窒的作用是将叶轮中流出的 液体收集起来送往管路系统， 降低液体流速、 实现动能到压能的转化， 并消除液 体流出叶轮后的旋转运动以避免由此带来的水力损失。（4）轴封装置泵轴穿出泵壳时地，在轴与壳之间存在着间隙，有间隙就会有泄漏，或者泵 内的高压水大量向外泄漏，或者空气漏进泵内，这都是泵正常运行所不允许的， 为此，就要在泵轴穿越泵壳的部位设置密封装置。 密封装置的种类和形式是多样 的，一般单级双吸离心泵都采用填料密封，如图 6-4 所示。填料密封在泵中的作用就是防止图6-4填料密封的构成卜轴奮；2堰料；3水封管:4一水封环第5-压盖漏水和漏气(与水封管一起)。填料又 名盘根，最常用的填料是由石棉绳浸油 或浸石墨后做成。近年来随着工业的发 展，出现了各种耐高温耐磨损，耐腐蚀 的填料。如用碳素纤维、不锈钢纤维及 合成树脂编织成的填料等。为了提高密 封性能，填料绳一般做成矩形断面。 填料压盖将填料压紧，水封管引来高压 水，通过水封环使高压水扩散，从而达 到封水封气的目的。填料的压紧程度必 须合适，它是通过调节压盖上的螺栓来实现的。 压盖压得太松达不到预期的密封 效果，甚至使泵不能正常运行，压得太紧，泵轴与填料的机械磨损大，消耗功率 也增大，甚至造成抱轴现象。一般情况下以水封管内的水能够通过填料缝隙呈滴 状渗出为宜。泵壳内的高压水通过水封管经水封环的小孔，流入轴与填料的间隙 面，起到冷却润滑与密圭寸的作用。现在有很多的离心泵采用机械密圭寸的轴圭寸装置， 尤其是对密封要求比较严格的场合。(5) 口环口环又称减漏环、密封环，它的作用就是限制泵内的高压水向低压区泄漏和 用来承磨。离心泵在运行时，叶轮工作室内的高压液体要通过叶轮进口外表面与 泵壳间的间隙向叶轮进口前的低压区泄漏， 为此应该在这个具有相对运动的部位 进行密封，该动密封一般为间隙密封。为了便于间隙磨损后的修复，常在泵壳上 和叶轮吸入口外缘装密封环进行密封，这种密封的效果与节流间隙的大小和形状 有关。采用口环进行密封，是将口环作为承磨零件。因为在实际运行中，这个部 位上磨擦是难免的，当间隙磨大后，只需更换口环面不致使叶轮和泵壳报废。 从 面延长泵壳和叶轮的使用寿命，为了增加阻力可将口环的间隙面做成多种形状， 如图6-5为几种常用的节流间隙形状。(6) 联轴器电动机的转矩要由联轴器传递给水泵。联轴器俗称 靠背轮，有刚性和挠性 两种。刚性联轴器实际上就是两个法兰的连接，它对于泵轴与电机轴的不同心度， 在连接中无法调节，因此，要求安装精度高。常用于小型水泵机组和立式泵机组 的连接。图6-6为常用的圆盘形挠性联轴器，它实际上是钢柱销带有弹性橡胶圈的联 轴器，有两个圆盘，用平键分别将泵轴和电机轴相连接。 一般大中型卧式机组安 装中，为了减少传动时，因机轴有少量偏心而引起的轴周期性的应力和振动常采 用这种挠性联轴器。在机组的运行过程中、应定期检查橡胶圈的完好情况，以避 免发生由于弹性橡胶圈磨损后未能及时更换致使钢枢轴与圆盘孔直接摩擦从而 影响设备的运行。3离心泵的性能参数S6-6圆接形挠性联轴器 联轴flh 2电臥制邕躺誥;4-#性垫圈：3档圈(1)流量(Q):指离心泵在单位时 间内输送的水量，水流量有体积流量和质 量流量之分，常用单位有L/s，m2/s，m2 /h，t/h。( 2)扬程(H):又称压头，是 单位质量流体经过水泵后其能量的增加 值。从离心泵的所表现出的效果来看， 泵的扬程是其将水的位置抬升高度、 将水 的静压提高的高度以及在输送水的过程中克服的管路阻力这三项之和。 表示符号 是H，常用单位有 mH20柱、mm汞柱等。有时将离心泵扬程表示为泵出口的 压力值，常用单位是kPa MPa，也有用非国标单位kg/cm2表示的。如果水的密 度p=1kg/L，则泵所具有的lmH50柱的扬程相当于泵出口 9.8kPa的压力。（3） 转速n）：泵的转速是指单位时间内泵转子的回转数，泵的转速用n 来表示，其单位为转每分（ r/min ）。（4） 功率：描述泵的功率有轴功率 N和有效功率N。两种形式。 轴功率：指泵的输入功率，即电动机输送给水泵的功率。用符号 N 表示，常用单位为 kW。有效功率：指泵的输出功率，即单位时间内流过离心泵的水得到的能量，用 符号N。表示。泵在运行过程中，存在各种能量损失，因此轴功率不可能完全 传给水，即No N。有效功率可根据泵的流量和扬程进行计算，计算公式为：No = p xQX H/102（kW）,Ne= nx N式中：Q为流量（L/s），H为扬程（m），p为水的密度（kg/L）， n为泵的效率。（5）效率：指泵的有效功率与轴功率的比值，它反映了泵对外加能量的利 用程度。小型水泵的效率一般为 50%70%，大型水泵可达 90%。耐腐蚀泵的效 率比水泵低， 杂质泵的效率更低。 若为一台旧泵更换或配置电动机， 可按使用时 的最大流量算出轴功率，取其 1.1-1.2倍作为所配电动机的功率。（6）容许吸入高度（Hs）：容许吸人高度就是安装水泵时为保证水泵运转时不发生汽蚀而规定的最大的吸入高度。 它不同于泵的安装高度。 容许几何吸人 高度与容许吸入高度的关系为：容许几何吸入高度Hsg= Hs-吸水管路水力损失hspo最低水位加上容许几何吸人高度即可作为水泵的安装高度。4. 离心泵的能量特性曲线在离心泵的转速恒定不变的情况下，其扬程、效率、功率都与流量有一定的 函数关系。 将此三种函数关系绘成曲线即为泵的能量特性曲线。 用户选用水泵时 需要知道泵的特性曲线， 水泵运行时也需要知道泵的能量特性曲线， 以便知道水泵是否在高效区运转等等。离心泵的能量特性曲线不能用理论推导求得，都是用 实验的方法得到的。（1）扬程特性曲线（H-Q）扬程特性曲线图6-7表示了水泵的扬 程随流量的变化关系，可以看出H是随流量的增加而逐渐减小的，当Q=0时，其H最大。当水泵运转时，其实 际扬程的大小是由流量来决定的，例 如流量为Q，如图所示，可以看出相对 应的扬程为H,那么对应（Q1，H1） 的点1即为离心泵的一个工况点。当水泵的流量改变时，工况点也相应改变，工况点总是在泵的扬程特性曲线上。，（2）功率特性曲线（N-Q）该曲线反映出泵的输入功率与流量的关系，从图 6-8中可以看出，在泵运转 时，其输入功率随泵的流量增大而增大，当 Q=0时，N为最小，这点也就说明 了为什么离心泵要闭闸起动。闭闸就意味着 Q=0,这样可以最大限度地减少起 动功率（起动电流），从而更好地保护电气设备。（3）效率特性曲线（7-Q）该曲线表明了水泵效率随流量的变化关系，如图6-9所示，水泵的效率越高， 运行成本就越低，一台水泵在运转时我们希望它在其高效区内运行， 如图中所示， n1与 耳2之间的区域为咼效区，耳1、耳2与nmax，相差应不大于5%,那么在泵 运行时，我们就应使水泵的流量在 Q1和Q2之间，在Q1和Q2之间运行是比 较经济的。有了 N-Q和H-Q可以通过n=QX pX gX H/N计图6-8功率持性曲线1算出n-Q曲线。在某一固定转速下的以上三条曲线可简化到同一坐标系内5. 离心泵的能量损失离心泵的输入功率和输出功率是不相等的，其差值就是离心泵损失掉的功率, 即所谓的离心泵的能量损失。离心泵的能量损失包括机械损失，容积损失和水力损失。机械损失中包括填 料箱和轴承中的摩擦损失，以及圆盘摩擦损失。6. 离心泵的工作情况（1）水泵装置及其运转工况点 水泵装置及其特性曲线。所谓水泵装置包括水泵、管路及管路上的附件。整个水泵装置的扬程公式就是装置特性曲线公式。对于水泵装置来讲，装置特性 曲线是一条抛物线（如图6-10所示）。 水泵运转的工况点。水泵运转的工况点是由水泵特性曲线（专指扬程流量 特性曲线）和装置特性曲线两者决定的，把水泵装置特性曲线和水泵特性曲线画 在同一个O-H坐标平面内，如图6-11所示此两线相交于 M点，则M点即是 水泵运转时的工况点。H-Q图6-10水泵装置特性曲线图6-11水泵运转工况点台水泵在运行过程中，如果外界条件不变，它就稳定在某一工况点运行,但是在日常生产中，我们往往要对泵装置进行调节， 比如将出水阀关小，那么装 置特性曲线就要改变，从而工况点也要随之改变。-一台水泵有许许多多的工况点，泵具体在哪个工况点运行，由其对应的装置特性曲线和水泵特性曲线决定。(2)水泵在管路系统中的运转 水泵的串联运行：当一台泵的扬程不够高时，可用两台泵串联运行。在理 论上，两台同样的泵串联运转时，流量不变、扬程相加。但在实际运行当中，往 往难以达到理想状态。水泵串联运行的基本要求是两台水泵的最佳工况流量应尽 量相近，以便运转时两水泵均在高效区工作。 水泵的并联运行：当 一个泵的流量不够大时，可以用两台泵并联运行。在理论上，两台同样的泵并联运行时，扬程不变、流量相加；但实际运行结果与理论值存在差别。两水泵并联运转的要求是两台水泵在最佳工况时的扬程应尽量 相似，以保证两泵均在高效区工作。 水泵工况的调节：水泵的运转工况点是水泵特性曲线与装置特性曲线的交点，因此，有两种方法可以改变工况点，一是改变装置特性曲线；另一种是改变水泵特性曲线。A.改变装置特性曲线。将压力管路上装的调节阀开大或关小达到调节流量的 目的，是改变装置特性曲线最简单的方法， 这种调节法称为节流调节法。节流调 节法的优点是调节方便、简单，旋转阀门就可以改变流量，而其缺点是以降低效 率为代价、存在节流损失。B. 改变泵的特性曲线。a. 改变泵的转速：泵的转速减小，泵的特性曲线就下降，泵的转速升高，贝U 泵的特性曲线就上升， 特性曲线的改变就改变了它与装置特性曲线的交点， 达到 调节量的目的。 这种调节法要求泵的驱动设备能够改变转速 （如配备变频调速装 置），或原动机与水泵之间采用能改变转速的传动机械。变转速调节流量的优点 是没有附加节流损失的， 这对于节能很有意义， 另外，这种调节方法流量可以往 小调，也可以往大调，这种调节法经常用于高扬程、大流量的泵。b. 轴流泵或混流泵转叶调节法：大型轴流泵和部分混流泵的叶片一般都做成 可以转动的， 当叶片安装角改变后， 泵的特性曲线也就随之改变， 于是可以改变 叶片安装角来调节流量。 转叶式轴流泵和混流泵除调节流量没有节流损失外， 它 还可以大大加宽水泵的高效区。 转动叶片不仅能调节流量， 并且当要求流量基本 不变时还可以用来调节扬程。