离心泵的结构

第二节离心泵的结构

任何离心泵均由吸入机构、导流机构、过流、密封、平衡、支承及辅助机构等部件组成。其中吸机构和导流机构组成泵壳部分；过流部件的轴、叶轮、轴套以及其它大部分套装轴上的零件组成了泵的转子部分，另外平衡轴向力的机构和机械密封组件等也装在轴上。

一、泵壳

1.泵壳的作用

1）将液体均匀地导入叶轮，并收集从叶轮高速流出的液体，送入下一叶轮或导向出口。

2）实现能量的转换，变动能为压力能。

2.泵壳的形式

（1）蜗形泵壳

通过螺线形流道（如图1-11）使液流平缓地降低流速，以使大部分动能转为压能，同时起导向作用。

（2）有导轮的分段泵壳

用于分段式多级泵。液流通过靠近叶轮外缘的导轮（如图1-12）改变流向。导轮的流道入口应尽量保持使液流方向与叶轮甩出方向一致，以避免因冲击而引起的能量损失，但工况改变时，有时还是不可避免的。液体流经导轮同样起降速增压和导向作用。

（3）两种泵壳特点的比较

蜗形泵一般多用于单级泵及水平中开式的多级泵；而具有导轮的分段泵壳则都在多级泵。两种泵壳特点比较见表1-3。泵壳的材质取决于输送介质的温度、压力和介质的腐蚀性。

表1-3 两种泵壳特点比较

二、转子部分

转子是一组合部件。它由轴、叶轮、轴套等组成，是产生离心力和能量的旋转主体。密封部件、平衡装置等也都套装在轴上，是离心泵的关键部分。

1.叶轮

叶轮是离心泵的主要零件。叶轮主要由轮盖、叶片、轮毂等组成（图1-13）。在前后轮盖与叶片之间形成流道，叶轮在轴的带动下旋转，产生离心力，液体由叶轮中心轴进入，由外缘排出，完成液体的吸入与排出。叶轮的形式按进水方式可分为单吸和又吸两种。

2.转轴

转轴的作用是传递原动机的动力及带动叶轮旋转，并支承轴上各零部件的重量。

3.轴套

轴套套装在轴上，一般是圆柱形。轴套有两种：一种是装在叶轮与叶轮之间，主要起固定叶轮的作用；另一种是装有轴两头密封处，防止轴磨损，起保护轴的作用。

4.轴与叶轮的装配方法

轴与叶轮的装配方法有两种：一是悬臂式，把叶轮固定在轴的一端，并通过键或叶轮与轴的螺纹连接来传递扭矩。这种方式主要用于小型泵。为使键在传递扭矩时不发生叶轮的轴

向窜动，可在叶轮的一端用细牙反向螺母固定住。二是单梁式，其叶轮固定在轴的中间，主要用平键来传递扭矩。这种方式主要用于大型泵和多级泵。

三、密封部分

为保证泵正常运转，效率高，防止液体外流或外界空气进入泵体内，在叶轮与泵壳之间、轴与泵壳之间都设有密封装置。常用的密封装置有以下几种：

1.密封环（口环）

用来防止液体从叶轮排出口通过叶轮和泵壳之间的间隙漏回吸入口，以提高容积效率；同时承受叶轮与泵壳接缝处可能产生的机械摩擦磨损后只换密封环而不必更换叶轮和泵壳。密封环有的只装在叶轮上，有的只装在泵壳上，也有的两边都有。密封环的形式很多，但基本上可分为四种（图1-14）：平接式、角接式、单曲迷宫式、双曲迷宫式。

平接式密封环结构简单，也是最普通的一种形式。但从环隙漏回的高速液体与进入叶轮的液体汇合，造成很大的冲击损失。角接式因流道多一个弯路，就可以减少这种影响，而且密封效果较好。迷宫工效果更好，但结构复杂，故实际中多采用角接式。

2.盘根盒（填料箱）

盘根盒位于泵壳与轴之间，用来防止泵内液体沿轴漏出和外界空气进入泵内。其结构如图1-25所示。在盘根盒5中放填料2，由套筒1及压盖4压紧。在吸入侧为防气漏入，在盘根盒当中加水封环3，将高压液体引入，同时还起润滑和冷却作用。

3.机械密封（端面密封）

机械密封是依靠一个固定在轴上的动环和一个固定在泵壳上的定环，两环平端面间紧密接触达到密封的装置（图1-16）。机械密封根据装置形式分为单端面机械密封和双端面机械 密封。双端面机械密封具有两道端面密封，多用于高温高压条件下运转的泵。机械密封与盘根盒相比有以下特点：

1） 可达到完全密封，在输送有爆炸危险和有毒物质时能保证安全。

2） 容积损失和机械损失小，相应地提高了效率。

3） 安装面确定后，端面密封装置能自动调整对操作与维护的要求不高。

4） 外廓尺寸小，特别在高压下更为显著。

5） 制造精度高，在轴振动时，会使工作情况恶化。

四、平衡部分

1.离心泵的轴向力及其平衡

泵在运转时，在其转子上产生一个方向与泵的轴心线相平行的轴向力。这个力很大，多级泵的轴向力更大。泵在工作之前，叶轮四周的液体压力都一样，因而不产生轴向推力。当泵开始工作后，因压出室内产生了压力，并且由于叶轮两侧在进、出口存在压差（如图1-17所示），便产生了轴向力。轴向力可用下列公式近似计算：

()()

D D p p n w F 22124-⨯-=π 式中 F ——轴向力，N ；

P 2——叶轮出口压力，

P 1——叶轮入口压力，

D w ——叶轮密封环直径，

D n ——叶轮轮毂直径，

在实际工作中，轴向力的计算公式在应用时加一修正系数K ，则：

()()

D D p p n w K F 22124-⨯-=π

对于比转数为40～200的泵，K 取0.6～0.8。

除上述由于叶轮两侧压力不等所形成的轴向力之外，还有反冲力引起的轴向力，因该力较小，所以在正常情况下可不考虑。平衡轴向力的方法很多，一般来说，单级泵不同于多级泵。对于单级泵来说，平衡轴向力的方法主要有三种：平衡孔、平衡管、采用双吸叶轮。前两种方法的目的是使叶轮后的压力等于叶轮前的压力，从而使轴向推力平衡。为了把叶轮后压力降下来，叶轮后盖板还设有密封环，其直径与前盖板密封环直径相等。后一方法是自身达到平衡。纵然如此，单级泵也不是百分之百的平衡，所以还采用止推轴承。对于多级泵来说，平衡轴向力的方法主要有两种：叶轮对称布置、采用平衡盘或平衡鼓轮。

2.蜗壳泵的径向力及其平衡

由于蜗壳泵排出室流道不对称，周圈上的压力将是变化的，所以叶轮圆周上会产生径向推力。当流量小于或大于额定流量时，径向推力的增大量可能超过由于转动部分重量引起径向负荷的5～10倍，结果会磨损密封环和轴套，甚至使轴损坏。

如采用双蜗壳室，可平衡很大部分的径向推力。图1-18（a）、(b)表示单蜗壳室和双蜗壳室内压力分布的状况。

双蜗壳室的排出室基本构造原理是：把从叶轮流入蜗壳室流分成两段，此时，两个蜗壳室的泵室错开180°，从叶轮流出的液流一半流入第一蜗壳室，另一半流入第二蜗壳室，然后两股液流地扩散管里汇合。这样，对叶轮来说，各方面压力都互相平衡。这种方法适用于大型泵。在蜗壳室多级泵上，径向推力也可以用每对蜗壳彼此错开180°的方法来平衡。

五、轴承部分

现代离心泵中，为了承受径向负荷，通常采用带油环的滑动轴承或滚珠和滚柱轴承。有时为了承受轴向推力，也采用轴向止推轴承。滚动轴承优于滑动轴承，主要是滚动轴承结构简单、摩擦系数小，可减少起动时的摩擦损失，并能保证泵轴晃动量最小，因而密封的径向间隙可小，从而减小漏失，提高容积效率。但滚动轴承的应用范围受一定的限制，当直径大于65～75㎜及转数大于3000r/min时不宜采用，因此时滚动轴承的滚珠和隔圈的圆周速度过大，使工作能力降低，同时万一滚珠损坏就会损伤叶轮，故采用滚动轴承。

六、传动部分

原动机与从动机的中间联接机构称为联轴器。它起着传递原动机的能量，缓冲轴向、径向的振动，以及自动调整原动机与从动机的中心的作用。常用的联轴器有三种：刚性联轴器、弹性联轴器、液力联轴器（偶合器）。

第三节离心泵的技术特性

一、离心泵的工作参数

1.流量

流量也叫排量，就是泵在单位时间内排出液体的数量，可用体积流量和质量流量两种单位表示。

流量的质量单位和容量单位的换算如下：

G=Q×ρ

式中 G----质量流量，㎏/s；

Q----体积流量，m3/s；

ρ----液体密度，㎏/m3；

2.扬程

扬程又称压头，是指液体通过泵获得能量的大小。离心泵工作时，往往用压力表来测扬程，单位是帕。压力与扬程的关系为：

P=ν×H

式中 P----压力，Pa；