1、10 级过控 02 班 1020060206流体机械论文之离心泵水泵是一种应用广泛的水力通用机械，在航天、航海、航空、发电、矿山、治金、钢铁、机械、造纸、建筑以及农业和服务业等方面都有着广泛的应用，发挥着非常重要的作用。下面从四方面对离心泵进行简短的介绍。1、离心泵的主要工作原理 1）叶轮被泵轴带动旋转，对位于叶片间的流体做功，流体受离心作用，由叶轮中心被抛向外围。当流体到达叶轮外周时，流速非常高。（2）泵壳汇集从各叶片间被抛出的液体，这些液体在壳内顺着蜗壳形通道逐渐扩大的方向流动，使流体的动能转化为静压能，减小能量损失。所以泵壳的作用不仅在于汇集液体，它更是一个能量转换装置。 （3）液体吸上
2、原理：依靠叶轮高速旋转，迫使叶轮中心的液体以很高的速度被抛开，从而在叶轮中心形成低压，低位槽中的液体因此被源源不断地吸上。气缚现象：如果离心泵在启动前壳内充满的是气体，则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度，这样槽内液体便不能被吸上。这一现象称为气缚。为防止气缚现象的发生，离心泵启动前要用外来的液体将泵壳内空间灌满。这一步操作称为灌泵。为防止灌入泵壳内的液体因重力流入低位槽内，在泵吸入管路的入口处装有止逆阀（底阀） ；如果泵的位置低于槽内液面，则启动时无需灌泵。（4）叶轮外周安装导轮，使泵内液体能量转换效率高。导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。这些叶片的弯曲方向与叶轮叶片的
3、弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。（5）后盖板上的平衡孔消除轴向推力。离开叶轮周边的液体压力已经较高，有一部分会渗到叶轮后盖板后侧，而叶轮前侧液体入口处为低压，因而产生了将叶轮推向泵入口一侧的轴向推力。这容易引起叶轮与泵壳接触处的磨损，严重时还会产生振动。平衡孔使一部分高压液体泄露到低压区，减轻叶轮前后的压力差。但由此也会引起泵效率的降低。（6）轴封装置保证离心泵正常、高效运转。离心泵在工作是泵轴旋转而壳不动，其间的环隙如果不加以密封或密封不好，则外界的空气会渗入叶轮中心的低压区，使泵的流量
4、、效率下降。严重时流量为零气缚。通常，可以采用机械密封或填料密封来实现轴与壳之间的密封。二、离心泵典型结构离心泵从结构特点上，可按液体进入叶轮的方式分为单吸式和双吸式离心泵，按叶轮的个数可分为单级和多级离心泵。因此，离心泵的典型结构型式有单级单吸悬臂式、单级双吸式和多级式三种。1、单级单吸悬臂式离心泵单级单吸悬臂式离心泵的悬臂结构有悬架式和托架式两种类别。我国按国际标准设计生产的 IS 型悬架式的单级单吸卧式离心泵。它的叶轮有叶轮螺母、止动垫圈和键固定在泵轴的左端。泵轴的另一端以装联轴器，以便于被动力机带动。为防止泵内液体沿泵轴穿出泵壳处的间隙泄露，泵在该间隙皆设有轴封。IS 型泵才用的是填料
5、式轴封，它是由轴套、填料、水封环和填料压盖等组成。泵工作时用两个单列向心滚动轴承支撑着转动部分，从而带动叶轮在由泵体和泵盖组成的泵腔内旋转。因为该泵轴的两个支撑轴承都位于泵轴的右半段，装有叶轮的泵轴左半段处于自由悬臂状态，故把这种具有悬臂式结构的泵称为悬臂式泵。IS 型泵的泵脚与泵体铸件为一体，轴承置于悬臂安装在泵体上的悬架内。因此，整台泵的重量主要有泵体承受（支架仅起辅助支撑作用） 。这种带悬架的悬臂式泵称为悬架式悬臂泵。悬架式悬臂泵具有结构紧凑，检修方便等优点。2、单级双吸式离心泵多数单级双吸式离心泵均采用双支撑结构，即支撑转子的轴承位于叶轮两侧，且一般都靠近轴的两端。S 型泵即为双支撑结
6、构的单级双吸卧式离心泵。它的转子为一单独装配部件。双吸式叶轮靠键、轴套和轴套螺母固定在轴上，轴套螺母可调整叶轮在泵轴上的轴向位置。泵体转动部分用位于泵体两端的轴承体内的两个轴承呈双支撑型式支撑。S 型泵是侧向吸入和压出的，并采用水平中开式的泵壳，即泵壳沿通过轴心线的水平面部分开。它的两个半螺旋吸水室及螺旋形压水室都是由泵体和泵盖在中开面处对合而成的。泵的进口和出口均与泵体铸为一体。用这种结构的优点是在检修水泵时无需拆卸进水管和出水管，也不必移动电机，只要揭开泵盖即可检修零部件；再者由于工作叶轮两侧吸入形状对称，且同时双向进水，有利于运行时轴向力的平衡。双吸泵的特点是流量较大，通常为 160-1
7、800 吨/每小时，扬程较高，为 12-125 米。3、多级离心泵 多级离心泵是指泵轴上串装两个以上叶轮的泵。叶轮个数即为泵的级数。它的结构比单级泵复杂。泵体分为吸入段、中段（叶轮部分）和压出段的多级泵称为分段式多级泵，如提取深层地下水的深井多级泵及用于向锅炉供给高压、高温水的锅炉给水泵。节段式多级离心泵（又称分段式多级泵） ，也叶轮中段及导叶的两端分别装有吸入段和压出段，然后用拉紧螺栓将这些部件紧固成整体。泵运行时液体从第一级叶轮排出后经导叶进入第二级叶轮，再从第二级叶轮排出后经导叶进入第三级叶轮，以此类推，直至由压出段出口流出。由于这种泵的单吸式叶轮只能一次按一个方向布置，因此叶轮级数愈多
8、，压力也愈高，产生的轴向推力也愈大，故多级泵在末级叶轮后面设有平衡盘，以平衡轴向推力。性能及运行特性。三、离心泵运行特点离心泵是叶片式泵的一种，这种泵主要靠一个或数个叶轮旋转时产生的离心力而输送液体。离心泵的流量范围很大，一般在 520000m3/h，流量和压力都平稳，没有波动。离心泵的转速较高，可以与电动机汽轮机直接相连，传动机构简单紧凑，操作方便可靠，调节和维修容易，易于实现自动化和远距离操作，因此购置和修理费用都较低廉。离心泵在起动前需先灌泵或用真空泵将泵内空气抽出。液体粘度对泵的性能影响较大，当液体粘度增加时，泵的流量、扬程、吸程和效率都会显著地降低。离心泵在小流量高扬程的情况下应用受
9、到一定的限制，因为小流量离心泵泵体流道很窄，制造困难，同时效率也很低。离心泵调节方式（1）阀门节流 改变离心泵流量最简单的方法就是调节泵出口阀门的开度，而水泵转速保持不变(一般为额定转速 )，其实质是改变管路特性曲线的位置来改变泵的工况点。如图 1 所示，水泵特性曲线 Q-H 与管路特性曲线 Q-h 的交点 A 为阀门全开时水泵的极限工况点。关小阀门时，管道局部阻力增加，水泵工况点向左移至 B 点，相应流量减少。阀门全关时，相当于阻力无限大，流量为零，此时管路特性曲线与纵坐标重合。从图 1 可看出，以关小阀门来控制流量时，水泵本身的供水能力不变，扬程特性不变，管阻特性将随阀门开度的改变而改变。
10、这种方法操作简便、流量连续，可以在某一最大流量与零之间随意调节，且无需额外投资，适用场合很广。但节流调节是以消耗离心泵的多余能量(图中阴影部分)来维持一定的供给量， 离心泵的效率也将随之下降，经济上不太合理。（2）变频调速 工况点偏离高效区是水泵需要调速的基本条件。当水泵的转速改变时，阀门开度保持不变(通常为最大开度 )，管路系统特性不变，而供水能力和扬程特性随之改变。如图 2 所示，A 为水泵平衡工况点 (也称工作点)，对应效率 a。欲减小流量，可将转速降低，此时工况点为 B，对应效率 b，水泵仍处于高效区内。如果采用阀门节流的方法来调节，则工况点为 C，对应效率为 c ，泵的效率下降。由此
11、可见，在所需流量小于额定流量的情况下，变频调速时的扬程比阀门节流小，所以变频调速所需的供水功率也比阀门节流小，图 2 中的阴影部分表示的就是变频调速所节约的供水功率。很显然，与阀门节流相比，变频调速的节能效果很突出，离心泵的工作效率更高。另外，采用变频调速后，不仅有利于降低离心泵发生汽蚀的可能性，而且还可以通过对升速/降速时间的预置来延长开机/ 停机过程，使动态转矩大为减小，从而在很大程度上消除了极具破坏性的水锤效应，大大延长了水泵和管道系统的寿命 。四、离心泵选型原则1、使所选泵的型式和性能符合装置流量、扬程、压力、温度、汽蚀流量、吸程等工艺参数的要求。 2、机械方面可靠性高、噪声低、振动小
12、 3、经济上要综合考虑到设备费、运转费、维修费和管理费的总成本最低。 4、离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大、结构简单、输液无脉动、性能平稳、容易操作和维修方便等特点。 因此除以下情况外，应尽可能选用离心泵： 有计量要求时，选用计量泵 扬程要求很高，流量很小且无合适小流量高扬程离心泵可选用时，可选用往复泵，如汽蚀要求不高时也可选用旋涡泵。 扬程很低，流量很大时，可选用轴流泵和混流泵。 介质粘度较大（大于 6501000mm2/s）时，可考虑选用转子泵或往复泵（齿轮泵、螺杆泵） 介质含气量 75%，流量较小且粘度小于 37。4mm2/s 时，可选用旋涡泵。 对启动频繁或灌泵不便的场合，应选用具有自吸性能的泵，如自吸式离心泵、自吸式旋涡泵、气动（电动）隔膜泵。
