离心泵的结构和工作原理

1、离心泵的结构、工作原理,离心泵,一、概述,1、泵是输送液体并提高液体压力的机器。 2、泵分为化工用泵、水泵。 3、主要差异：特殊材料和设计，防止腐蚀和适应化工工艺， 包括结构、轴封、材料及检修难度。 4、化工用泵的要求 （1）适应化工工艺要求运行可靠。 （2）耐腐蚀，耐磨损。 （3）满足无泄漏要求。 （4）耐高温或耐低温并能有效连续工作。,二、离心泵的工作原理、 分类、型号及结构,（一）、离心泵的装置及工作原理 1、为了使离心泵能正常工作，离心泵必须配备一定的管路和管件，这种配备有一定管路系统的离心泵称为离心泵装置。图11所示为离心泵的一般装置示意图，主要有底阀、吸入管路、出口阀、出口管线等。,2、离心泵的工作原理,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。,

2、（二）离心泵的气缚,1、所谓的气缚是指：离心泵启动时，若泵内存在空气，由于空气的密度很低，旋转后产生的离心力很小，因而叶轮中心区所形成的低压不足以将液位低于泵进口的液体吸入泵内，不能输送流体的现象。 2、 离心泵启动前一定要向泵壳内充满液体以后，方可启动，否则将造成泵体发热，震动，出液量减少，对水泵造成损坏（简称“气缚”）造成设备事故！,（三）离心泵的分类,离心泵的种类很多，分类方法常见的有以下几种方式 1、按叶轮吸入方式分：（1）单吸式离心泵；如图1-2所示 我站稳前泵、稳后泵、循环水泵等都是此类泵。,（2）双吸式离心泵；如图1-3所示，我站消防泵是此类泵。,（3）单级双吸离心泵,扬程范围为10140m，流量范围是9028600m3h。按轴的安装位置不同，分卧式和立式两种结构。图123为卧式S型单级双吸离心泵结构。这种泵实际上相当于两个B型泵叶轮组合而成，液体从叶轮左、右两侧进入叶轮，流量大。转子为两端支承，泵壳为水平副分的蜗壳形。两个呈半螺旋形的吸液室与泵壳一起为中开式结构，共用一根吸液管， 吸、排液管均布在下半个泵壳的两侧，检查泵时，不必拆动与泵相连接的管路。由于泵壳和吸液室均为

3、蜗壳形，为了在灌泵时能将泵内气体排出，在泵壳和吸液室的最高点处分别开有螺孔，灌泵完毕用螺栓封住。泵的轴封装置多采用填料密封，填料函中设置水封圈，用细管将压液室内的液体引入其中以冷却并润滑填料。轴向力自身平衡，不必设置轴向力平衡装置。在相同流量下双吸泵比单吸泵的抗汽蚀性能要好。,2按叶轮数目分：,（1）单级离心泵 泵中只有一个叶轮，单级离心泵是一种应用广泛的泵。由于液体在泵内只有一次增能，所以扬程较低。如图12所示为单级单吸离心泵。 （2）多级离心泵 具有两个或两个以上叶轮的离心泵称为多级离心泵。级数越多压力越高。图14所示为一台分段式离心水泵，这种泵的叶轮一般为单吸式。,多级离心泵 结构图,3、 按离心泵扬程分：,（1）、低压泵：扬程20m； （2）、中压泵 ：扬程 20-100m； （3）、高压泵：扬程100m ；,4、按泵的用途和输送液体性质分类：,泵可分为： （1）清水泵； （2）泥浆泵； （3）酸泵； （4）碱泵； （5）油泵； （6）砂泵； （7）低温泵； （8）高温泵； （9）屏蔽泵等。,（四）、离心泵型号及结构,1、离心泵的型号,表1-1离心泵基本类型代号,2、离心泵的结

4、构,离心泵的品种很多，各种类型泵的结构虽然不同，但主要零部件基本相同。 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）、单级单吸离心泵如图1-5所示,图1-5 B型泵,1-叶轮背帽 2-叶轮背帽止回垫 3-叶轮外口环 4-叶轮内口环 5-密封填料 6-密封填料压盖 7-支撑轴承压盖 8-支撑轴承 9-托架 10-止推轴承 11-油封 12-泵轴 13-叶轮键 14-挡油环,单级单吸离心泵的特点,B型泵此泵用于输送温度不超过80的清水及与水相近的清洁液体，扬程范围为8125m，流量范围为4.5362m3h。B型泵结构简单，工作可靠，易于加工制和维护保养，是在IS型泵之前应用最广泛的一种离心泵。 B型泵有前开门式和后开门式两种。前开门式为叶轮前面为泵盖，后面为泵壳；而后开门式与前开门式相反，叶轮前面为泵壳，后面为泵盖。 图15所示为B型泵的前开门式结构，泵的进口在泵盖上，出口在泵壳上，泵壳是螺旋形蜗壳，泵轴的一端支承在泵体内的轴承上，另一端伸出称为悬臂端，叶轮装在悬臂端。叶轮上开有平衡孔，用来平衡部分轴向力，未平衡的轴向力由轴承承受。轴承用润滑脂润

5、滑,多为球轴承。轴封装置采用填料密封，泵内的压力水可直接由开在泵壳上的孔送到水封环，起水封作用。,(2) IS型泵仍是单级单吸 悬臂式离心泵,图l6所示为IS型泵的结构,IS型泵仍是单级单吸悬臂式离心泵 特点,但它是按国际标准规定的性能和尺寸设计的，是一种节能新产品，目前已替代B型泵。IS型泵用于输送清水和性质与水相似的液体，温度不超过80，流量范围为63400m3h，扬程范围为5125m，转速为2900rmin或1450rmin。 图l6所示为IS型泵的结构。它为后开门结构，主要由泵壳、泵盖、叶轮、轴、密封环、轴套及泵体等组成。泵通过加长弹性联轴器与电动机相连接，自进口方向看叶轮逆时针旋转。与B型泵比较，IS型泵的效率和吸程有较大提高，噪声低、振动小。拆下加长联轴器的中间连接件，即可取下泵的转子，故检修方便。,（3）、单级双吸式离心泵 如图1-3所示,图13为卧式S型单级双吸离心泵结构。这种泵实际上相当于两个B型泵叶轮组合而成，液体从叶轮左、右两侧进入叶轮，流量大。转子为两端支承，泵壳为水平剖分的蜗壳形。两个呈半螺旋形的吸液室与泵壳一起为中开式结构，共用一根吸液管，吸、排液管均布在下

6、半个泵壳的两侧，检查泵时，不必拆动与泵相连接的管路。由于泵壳和吸液室均为蜗壳形，为了在灌泵时能将泵内气体排出，在泵壳和吸液室的最高点处分别开有螺孔，灌泵完毕用螺栓封住。泵的轴封装置多采用填料密封，填料函中设置水封圈，用细管将压液室内的液体引入其中以冷却并润滑填料。轴向力自身平衡，不必设置轴向力平衡装置。在相同流量下双吸泵比单吸泵的抗汽蚀性能要好。,（4）、多级离心泵 如图1-4所示；,人们把若干个叶轮安装在同一个泵轴上，每个叶轮与其外周的液体导流装置形成一个独立的工作室，这个工作室与叶轮组成的系统可以认为是一个单级离心泵，每个工作室前后串联，就构成了多级泵。与多个单级离心泵串联相比，多级泵具有效率高、占地面积小、操作费用低、便于维修等优点。该泵流量范围为5720m3h，扬程最高达2800m。 多级离心泵除了具有单级离心泵的优点之外，它最大的优点就是扬程高。多级离心泵的用途十分广泛，例如，化肥生产中，用多级泵将氨水打入碳化塔，由氨水吸收加压氮氢混合气中的二氧化碳，生产出碳酸氢铵；锅炉的给水；山区的深井提灌等。,（5）、屏蔽式离心泵 如图1-7所示,屏蔽式离心泵的特点,化工厂常用的屏蔽泵，

7、属于单级悬臂式离心泵，其结构图如图1-7所示； 屏蔽泵又称无填料泵，这种泵用于输送易燃、易爆、有毒、有放射性及贵重液体，也可选作高压设备的循环用泵。其结构特点使泵的叶轮与电机的转子在同一根轴上，装在同一格密封的壳体内，没有联轴器和封装置，从根本上消除了液体外漏。为了防止输送液体昱电气部分接触，电机的定子和转子分别用金属薄壁圆筒（屏蔽套）于液体隔离。屏蔽套的材料应能耐腐蚀，并具有非磁性和高电阻率，以减少电动机因屏蔽套存在而产生额外功率消耗。为了不干扰电机的磁场，这种金属薄臂圆筒采用奥氏体系非磁性材料（1Gr18Ni9Ti）制成。由于有屏蔽套，增加了电机转子和定子的间隙，使电机效率下降，因此，要求屏蔽套的壁要很薄，一般为0.30.8mm. 屏蔽泵具有结构简单紧凑，零件少，占地少，操作可靠，长期不要检修等优点。缺点是效率低，比一般离心泵低2650。,三、离心泵的主要零部件,（一）、离心泵转子,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；如图19所示。,图19,1叶轮,叶轮是离心泵的做功零件，依靠它高速旋转对液体做功而实现液体的输送，是离心泵重要零件一。 叶轮一般由轮毅、叶片

8、和盖板三部分组成。叶轮的盖板有前盖板和后盖板之分，叶轮口侧的盖板称为前盖板，另一侧的盖板称为后盖板。 按结构形式，叶轮可分为以下三种。 (1)闭式叶轮叶轮的两侧均有盖板，盖板间有46个叶片，如图110 (a)所示。闭式叶轮效率较高，应用最广，适用于输送不含固体颗粒及纤维的清洁液体。闭式叶轮有单吸和双吸两种类型。双吸叶轮如图111所示，适用于大流量泵，其抗汽蚀性能较好。如图110 (b)。这种叶轮结构简单，制造容易，但效率低，适用输送含较多固体悬浮物或带纤维体。 (3)半开式叶轮这种叶轮只有后盖板，如图110 (c)所示。它适用于输送易于沉淀或含固体悬浮物的液体，其效率介于开式和闭式叶轮之间。 离心泵叶轮的叶片有圆柱形叶片和组曲叶片两种。圆柱形叶片是指整个叶片沿宽度方向均与叶轮轴线平行，图1-10所示的叶轮叶片均为圆柱形叶片。 叶轮的材料，主要是根据所输送液体的化学性质、杂质及在离心力作用下的强度来确定。清水离心泵叶轮用铸铁或铸钢制造，输送具有较强腐蚀性的液体时，可用青铜、不锈钢、陶瓷、耐酸硅铁及塑料等制造。叶轮的制造方法有翻砂铸造、精密铸造、焊接、模压等，其尺寸、形状和制造精度对泵的性

9、能影响很大。,叶轮 结构图,2泵轴,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。 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。,图112,3轴套,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，,所以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Ra3.2mRa0.8m。可以降低摩擦系数，提高使用寿命。,图113,4轴承,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。,图114,(二)、蜗壳和导轮,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。,1蜗壳,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115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

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