0302A叶轮平衡装置分析.ppt

1船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]一、叶轮和压出室二、密封装置第二节 离心泵的一般结构三、轴向力2船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]一、工作原理悬臂式单级离心泵悬臂式单级离心泵基本结构：基本结构：叶轮叶轮1 图图、泵壳、泵壳3、吸、排接管、吸、排接管 叶轮用叶轮用左旋螺纹螺帽固定在泵轴上左旋螺纹螺帽固定在泵轴上工作原理：工作原理：叶轮带动水高速旋转，叶轮带动水高速旋转，离心力离心力将叶轮流道内将叶轮流道内的水甩出，叶轮中部产生真空，从吸入管吸入水，重复的水甩出，叶轮中部产生真空，从吸入管吸入水，重复工作；从叶轮甩出的水经蜗壳收集，在扩压管内降速升工作；从叶轮甩出的水经蜗壳收集，在扩压管内降速升压后排出压后排出3船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]4船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]一、工作原理水能量的获得与转换：水能量的获得与转换： 获得获得：叶轮带动旋转，离心力做功。

叶轮带动旋转，离心力做功 叶轮出口：动能叶轮出口：动能+压力能压力能 主要为动能主要为动能 转换转换: 蜗壳内蜗壳内25%动能转变成压力能；扩压管内动能转变成压力能；扩压管内大部分动能转变成压力能，克服排出管背压排出大部分动能转变成压力能，克服排出管背压排出 能量的增加是在能量的增加是在叶轮叶轮中完成的中完成的 5船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]一、叶轮和压出室1. 叶轮[Impeller]闭式半开式开式6船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]双侧吸入式单侧吸入式大流量泵常采用双吸式叶轮，主要是主要是为了为了限制进口流速，提高抗汽蚀能力还可以平衡叶轮上的轴向液压力但双吸叶轮安装时应防止装反，否则，后弯叶轮变成前弯叶轮，会造成运行时过载叶轮遇有下列情况之一时应予换新：①①出现裂纹而无法补焊出现裂纹而无法补焊②②因腐蚀或气蚀而损坏严重，形成较多的孔眼因腐蚀或气蚀而损坏严重，形成较多的孔眼③③盖板及叶片因冲刷而显著变薄，不能保证足够的机械强度盖板及叶片因冲刷而显著变薄，不能保证足够的机械强度④④进口靠密封环处严重偏磨而无法修复进口靠密封环处严重偏磨而无法修复7船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]如叶轮的裂纹或腐蚀孔眼不太严重，可用如叶轮的裂纹或腐蚀孔眼不太严重，可用黄铜补焊来修复，即先把被焊件加热到黄铜补焊来修复，即先把被焊件加热到600℃，，在补焊处挂锡再用黄铜气焊。

焊在补焊处挂锡再用黄铜气焊焊完后使其逐渐冷却回火，以免产生裂纹完后使其逐渐冷却回火，以免产生裂纹冷却后再进行机械加工如叶轮进口处偏冷却后再进行机械加工如叶轮进口处偏磨不太严重可用砂布打磨，在厚度允许时磨不太严重可用砂布打磨，在厚度允许时应可光车应可光车修复的叶轮应进行修复的叶轮应进行静平衡静平衡试验，不允许超试验，不允许超过允许限度时可铣去部分盖板以兹校正，过允许限度时可铣去部分盖板以兹校正，但铣去的厚度不得超过盖板的但铣去的厚度不得超过盖板的1／／3，，切削切削部分应与盖板平滑过渡部分应与盖板平滑过渡8船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]2. 压出室（能量转换装置）压出室（能量转换装置）作用作用：以最小的水力损失汇集从叶轮中流出的高速液体，：以最小的水力损失汇集从叶轮中流出的高速液体，将液体引向泵的出口或下一级，并使液体流速降低，将将液体引向泵的出口或下一级，并使液体流速降低，将大部分动能转换为压力能大部分动能转换为压力能涡壳由螺线形蜗室和扩压管构涡壳由螺线形蜗室和扩压管构成A处为泵舌，处为泵舌，O处为基圆，处为基圆，基圆直径基圆直径(涡壳内径涡壳内径)为为1.05~1.08倍叶轮外径，二者差倍叶轮外径，二者差为径向间隙，影响效率和性能。

为径向间隙，影响效率和性能蜗壳、扩压室；导轮蜗壳、扩压室；导轮（（1）蜗壳及扩压室）蜗壳及扩压室9船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump] 涡壳涡壳：涡壳：以最小的损失（无撞击）汇集叶轮甩出的液以最小的损失（无撞击）汇集叶轮甩出的液体，在此过程中体，在此过程中约约25%的动能转变成压力能的动能转变成压力能扩压管：将大部分动能转变扩压管：将大部分动能转变成压力能，使液流减速升压，成压力能，使液流减速升压，以便克服管路背压排出以便克服管路背压排出10船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]扩压管（扩压器）扩压管（扩压器）扩压管是渐扩截面，将液流的大部分大部分动能转换成压力能扩散角6~8排出管径为0.7~1.0倍吸入管径，低压泵取1，高压泵取<111船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump](2) 导轮多级离心泵采用导轮做能量转换装置，因为导轮制造多级离心泵采用导轮做能量转换装置，因为导轮制造相对方便些，结构紧凑相对方便些，结构紧凑导轮由圆环形盖板及导轮由圆环形盖板及4~8片片导导叶叶和和后盖板后盖板的的反倒叶反倒叶构成。

构成设计原则与涡壳相同设计原则与涡壳相同12船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump](2) 导轮BH段段是螺旋角为常数的对数螺线，是螺旋角为常数的对数螺线，平顺地收集液体平顺地收集液体；；HC段段是扩压段，液体再经环形空间进入是扩压段，液体再经环形空间进入反导叶反导叶间流道13船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]涡壳泵在非设计工况及车削叶轮后效率变化小，高效涡壳泵在非设计工况及车削叶轮后效率变化小，高效率工作区宽，水力性能完善，但内表面不能加工，铸率工作区宽，水力性能完善，但内表面不能加工，铸造精度和光洁度不宜保证涡壳泵在非设计工况会产造精度和光洁度不宜保证涡壳泵在非设计工况会产生不平衡径向力生不平衡径向力涡壳和导轮实际效率差不多涡壳和导轮实际效率差不多单级泵单级泵多为涡壳泵，多级泵涡壳式和导轮式都有多为涡壳泵，多级泵涡壳式和导轮式都有(3级以上的泵级以上的泵各级能量转换装置多为导轮式，比用涡壳轻，有时也各级能量转换装置多为导轮式，比用涡壳轻，有时也在导轮外加涡壳在导轮外加涡壳)14船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]二、密封装置1. 密封环密封环(阻漏环阻漏环)作用：作用：叶轮进口处的径向间隙对容积效率影响最叶轮进口处的径向间隙对容积效率影响最大。

大使用密封环可使泵壳和叶轮进口处的径向间使用密封环可使泵壳和叶轮进口处的径向间隙很小，磨损后容易修复隙很小，磨损后容易修复15船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]二、密封装置1. 密封环密封环(阻漏环阻漏环)1-泵壳 2-叶轮密封环多为铜合金，也有不密封环多为铜合金，也有不锈钢或酚醛树脂等叶轮锈钢或酚醛树脂等叶轮—动环动环、泵壳、泵壳—静环静环，，可成对可成对使用，或只设静环使用，或只设静环16船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]二、密封装置1. 密封环(阻漏环)1-泵壳 2-叶轮密封环形式密封环形式：：平环平环、、曲曲径环径环两种平环构造简两种平环构造简单，使用较多，可用铜单，使用较多，可用铜套自己加工套自己加工曲径环多曲径环多用于扬程较高的离心泵用于扬程较高的离心泵，，密封效果好密封效果好密封环间隙应符合要求，密封环间隙应符合要求，磨损后换新，安装时用磨损后换新，安装时用涂红铅油方法检查是否涂红铅油方法检查是否摩擦密封环可只设静环密封环可只设静环17船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]2. 轴封[Shaft Sealing]作用：防止泵内液体通过泵轴和泵壳间隙外漏；防止作用：防止泵内液体通过泵轴和泵壳间隙外漏；防止空气漏入引起噪声和振动。

空气漏入引起噪声和振动1) 机械密封18船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]2. 轴封[Shaft Sealing]单端面机械轴封[Mechanical Shaft Seal]19船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump](2) 填料密封填料密封填料是由植物纤维、人造纤维、石棉纤维等的编制填料是由植物纤维、人造纤维、石棉纤维等的编制物或以有色金属为基体，辅以浸渍材料或充填材料物或以有色金属为基体，辅以浸渍材料或充填材料制成的绳状物，常见的是方形截面的石墨加织制成的绳状物，常见的是方形截面的石墨加织石棉石棉盘根盘根一般<0.5MPa时时3~4圈，圈，0.5~1MPa时时4~5圈填料密封应该适当泄漏，不超过填料密封应该适当泄漏，不超过60滴滴/分钟，可通过分钟，可通过轴封压盖调整轴封压盖调整20船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump](3) 带水封环的填料密封带水封环的填料密封填料密封内腔的压力低于大气压或略高于大气压时填料密封内腔的压力低于大气压或略高于大气压时，，采用带水封环的填料密封采用带水封环的填料密封。

水封环水封环由断面呈由断面呈H形的两个半圆构成形的两个半圆构成，安装在轴封壳上，安装在轴封壳上水封管水封管对应位置，压力水引入后沿泵轴向两端渗出对应位置，压力水引入后沿泵轴向两端渗出 作用作用：：可以防止空气漏入，对泵轴和填料润滑、冷却可以防止空气漏入，对泵轴和填料润滑、冷却21船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]密封水压力比密封腔压力略高密封水压力比密封腔压力略高(高高0.05~0.1MPa)，又不，又不致将填料的润滑剂冲走致将填料的润滑剂冲走安装安装：：水封环水封环与与水封管对准水封管对准输送清洁液体输送清洁液体排出口液体作为水封水排出口液体作为水封水液体含杂质液体含杂质过滤后引入水封管过滤后引入水封管出口压力出口压力<0.05MPa从其它地点引水从其它地点引水输送油液输送油液用中性密封油用中性密封油22船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]三、轴向力及平衡方法三、轴向力及平衡方法在密封环半径以外叶在密封环半径以外叶轮两侧压力对称在轮两侧压力对称在密封环半径以内，产密封环半径以内，产生指向吸入口的轴向生指向吸入口的轴向力。

力轴向力轴向力与与密封环半径、工作扬程、液体密度有关密封环半径、工作扬程、液体密度有关，，与泵与泵的流量无关的流量无关立式泵还有重力引起的轴向力立式泵还有重力引起的轴向力23船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]轴向力平衡方法轴向力平衡方法1. 止推轴承法止推轴承法2. 平衡孔或平衡管法平衡孔或平衡管法3. 双吸叶轮或叶轮对称布置法双吸叶轮或叶轮对称布置法4. 平衡盘法平衡盘法1. 止推轴承法止推轴承法小型泵单独使用，大型泵用作补充手段，承受部分推力，小型泵单独使用，大型泵用作补充手段，承受部分推力，并轴向定位并轴向定位24船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]2. 平衡孔平衡孔或或平衡管法平衡管法平衡孔法平衡孔法：：叶轮后盖板开平衡孔叶轮后盖板开平衡孔后盖板处加密封环后盖板处加密封环在后密封环以内，前后压力基本相等缺点：在后密封环以内，前后压力基本相等缺点：容积效率容积效率和水力效率降低和水力效率降低平衡管法平衡管法：叶轮后盖板不开平衡孔，将后密封环之内的：叶轮后盖板不开平衡孔，将后密封环之内的液体用泵体外的平衡管引回叶轮吸入口。

特点：液体用泵体外的平衡管引回叶轮吸入口特点：容积效容积效率降低，但水力效率不降低率降低，但水力效率不降低25船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]3. 双吸叶轮双吸叶轮或或叶轮对称布置法叶轮对称布置法双吸叶轮双吸叶轮两侧压力平衡，多用于两侧压力平衡，多用于大流量泵大流量泵多级离心泵各级扬程一般相等，多级离心泵各级扬程一般相等，叶轮为偶数时，叶轮为偶数时，叶轮对称布置，叶轮对称布置，轴向力平衡轴向力平衡2、、3两种方法实际上两种方法实际上不能完全平衡轴向力不能完全平衡轴向力，仍需要止推，仍需要止推轴承法承受剩余的不平衡轴向力轴承法承受剩余的不平衡轴向力26船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]4. 平衡盘法平衡板平衡板固定于泵壳，固定于泵壳，平衡平衡盘盘用键固定于泵轴并与泵用键固定于泵轴并与泵轴一起转动轴一起转动pA>pB，，pC 吸入压力，平衡盘受力吸入压力，平衡盘受力(平平衡力衡力)为：为： (pB-pC)S，方向，方向向右，与叶轮轴向力方向向右，与叶轮轴向力方向相反1231-平衡盘 2-平衡板 3-平衡套扬程变化导致叶轮轴向力变化时，平衡力与之适应：扬扬程变化导致叶轮轴向力变化时，平衡力与之适应：扬程增加，轴向力程增加，轴向力>平衡力，转动组件左移，平衡力，转动组件左移，b2减小，减小， pB增增加，逐渐使加，逐渐使(pB-pC)S等于轴向力而达到新平衡位置。

转动等于轴向力而达到新平衡位置转动组件会轴向移动，组件会轴向移动，不能使用止推轴承不能使用止推轴承，而使用滑动轴承而使用滑动轴承27船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]4. 平衡盘法1231-平衡盘 2-平衡板 3-平衡套28船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]问题：1. 设平衡盘的离心泵工作压力减小后平衡盘的(轴向、径向)间隙(增大、减小)2. 离心泵关小排出阀时，其轴向力(增大、减小)3. 离心泵开大旁通阀时，其轴向力(增大、减小)29船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]涡壳泵涡壳泵设计工况设计工况液流不会撞击涡室，叶轮周围液流不会撞击涡室，叶轮周围压力均匀，叶轮压力均匀，叶轮不产生液压径向力不产生液压径向力在在非设计非设计工况工况将将产生液压径向力产生液压径向力四、径向力小于额定流量时，涡室内流速小于额定流量时，涡室内流速(c 2r)降低，但绝降低，但绝对速度对速度(c 2)增大，方向也变化，所以液体撞击涡增大，方向也变化，所以液体撞击涡室，使流速下降，部分动能转换为压力能，在叶室，使流速下降，部分动能转换为压力能，在叶轮上产生径向力轮上产生径向力R，与泵舌方向，与泵舌方向90 。

30船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]二、扬程和流量二、扬程和流量1. 液体在叶轮中的流动情况液体在叶轮中的流动情况u: 圆周速度: 相对速度绝对速度: ccucr31船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]既定的泵，转速一定时，理论扬程与理论流量的既定的泵，转速一定时，理论扬程与理论流量的函数曲线：函数曲线：▲ ▲ ▲ ▲ ▲后弯，后弯，β2 < < 90°，，Q↑，，Ht∞↓ β2 = 90°, Ht∞不随不随Q变化变化 前弯，前弯，β2 > 90°, Q↑，， Ht∞ ↑↑Q = 0，封闭压头封闭压头32船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]结论：结论：(1) 离心泵扬程主要取决于叶轮的直径及转速离心泵扬程主要取决于叶轮的直径及转速 (2) 扬程与流量的关系随叶片出口角扬程与流量的关系随叶片出口角 2 而异前弯叶片而异前弯叶片能量损失大而不采用能量损失大而不采用为了提高效率，为了提高效率，一般采用后弯叶一般采用后弯叶片虽然扬程低，但能量损失低。

虽然扬程低，但能量损失低 (3) 封闭扬程有限封闭扬程有限 （（4））理论扬程与液体的物性无关理论扬程与液体的物性无关 实际扬程？实际扬程？离心泵无自吸能力离心泵无自吸能力：：空气的密度很小，离心力很小，不空气的密度很小，离心力很小，不能在泵吸入口建立足够的真空能在泵吸入口建立足够的真空33船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]3、定速特性曲线1）. 理论定速特性曲线在在既定转速下既定转速下，，H、、P、、 等与等与Q的关系曲线的关系曲线HQHQββ2 2 > 90> 90° °ββ2 2 = 90= 90° °ββ2 2 < 90< 90° °H-Q关系曲线：关系曲线：理论理论H-Q曲线曲线考虑各种损失后的考虑各种损失后的实际实际H-Q曲线曲线使用中，常把使用中，常把H、、P、、 等与等与Q的的实测关系曲线实测关系曲线画在一张画在一张图上，称为离心泵的图上，称为离心泵的定速特性曲线定速特性曲线34船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]三、定速特性曲线离心泵的水力损失离心泵的水力损失：①①漏泄损失漏泄损失：泵内部漏泄和外部漏泄：泵内部漏泄和外部漏泄 ②②摩擦损失摩擦损失：液体粘性产生：液体粘性产生 ③③撞击损失撞击损失：液流方向与流道不一致造成：液流方向与流道不一致造成 ④④涡流损失涡流损失：叶片数有限，液体在叶轮流道内：叶片数有限，液体在叶轮流道内涡旋流动造成。

涡旋流动造成这些损失这些损失以及以及机械损失机械损失使离心泵的实际定速使离心泵的实际定速特性曲线与理论曲线特性曲线与理论曲线有很大差别有很大差别，不能经过，不能经过计算画出，只能计算画出，只能实测画出实测画出35船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump] 2）实测的定速特性曲线测量方法测量方法：使泵在恒定转：使泵在恒定转速下工作，改变排出阀开速下工作，改变排出阀开度，测出度，测出Q-H、、Q-P、、Q- 、、Q- hr(必需汽蚀余量必需汽蚀余量)曲线1) Q-H曲线的三种类型：曲线的三种类型：①①陡降形；陡降形；②②平坦形平坦形；；③③驼峰形驼峰形(祥见比转数祥见比转数)36船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]2）. 实测的定速特性曲线(2) 对于平坦形，对于平坦形，Q = 0时功率最小，功率随流量增大时功率最小，功率随流量增大而增加，封闭扬程不很高，应而增加，封闭扬程不很高，应封闭起动封闭起动以减小起动电以减小起动电流和电网电压波动但不许长时间运行，以防发热流和电网电压波动但不许长时间运行，以防发热3) 由由Q - ，，额定额定(设计设计)工况效率高工况效率高，，因为液体进出叶因为液体进出叶轮撞击损失最小。

轮撞击损失最小非额定工况引液体撞击而导致效率非额定工况引液体撞击而导致效率低最高效率所对应的流量、压力为而定工况）低最高效率所对应的流量、压力为而定工况）从泵的定速特性曲线上，能看从泵的定速特性曲线上，能看出什么？出什么？ 对实际工作有什么意对实际工作有什么意义？义？37船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]4、管路特性曲线和工况点、管路特性曲线和工况点管路特性曲线管路特性曲线：：液体通过管路时所需的液体通过管路时所需的压头压头与与流量流量间间的函数关系曲线的函数关系曲线Hst-管路静压头管路静压头  h-管路阻力管路阻力滤器脏污、阀门关小、液体粘度滤器脏污、阀门关小、液体粘度变大，变大，k变大，曲线变陡管路变大，曲线变陡管路静压头变化，曲线上下平移静压头变化，曲线上下平移离心泵特性曲线和管路特性曲线离心泵特性曲线和管路特性曲线的交点称为的交点称为泵的工况点泵的工况点 Q-H向向下倾斜的泵具有稳定工况点下倾斜的泵具有稳定工况点38船舶辅机第3章 离心泵离心泵 [Centrifugal Pump]5、扬程和流量估算、扬程和流量估算扬程估算公式：扬程估算公式：流量估算公式：流量估算公式：K-系数系数(1-1.5) 10-4n-转速转速(r/min)D2-叶轮外径叶轮外径(m)D0-泵吸口直径泵吸口直径(inch)(1in 25mm)问题：离心泵出口直径100mm，吸口直径125mm，叶轮外径300mm，额定流量约为( )125m3/h。