流体机械论文

流体机械工作理论题目：离心泵简介及拓展

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2015年 6月12日

离心泵简介及拓展

摘要：离心泵是指靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体的泵，是一种较为普遍的流体机械。本文简要介绍了离心泵的典型结构、基本工作原理以及其运行工况，在此基础上拓展了离心泵的应用、以及在日常生活中离心泵常出现的一些故障及解决的措施，并分析了离心泵的研究前景。

关键词：离心泵典型结构拓展应用研究前景

一、离心泵结构

（一）、离心泵基本结构

离心泵主要由吸入室、叶轮、排出室、轴、密封填料、轴向力平衡位置和支座等组成。如图1所示。

（1）、吸入室

吸入室位于叶轮进口前，其作用是把液体从吸入管引入叶轮，要求液体刘国吸入式时流动损失较小，并使流体流入叶轮时速度分布较均匀。

（2）、叶轮

叶轮是离心泵的唯一做功部件，液体从叶轮中获得能量。对叶轮的要求是在流动损失最小的情况下使单位质量液体获得较高的能头。

（3）、排出室

排出室的结构是由螺旋室加扩压管所组成的蜗壳，位于叶轮出口之后，其作用是把从叶轮内流出来的液体收集起来并送入下一级叶轮入口或送出排出管。更重要的作用是由于液体流出叶轮式速度很大，为了减小后面管路或泵中的流动损失，利用减小后面管路或泵中的流动损失，利用蜗壳的扩压管或多级泵常用的导叶中扩压流道把速度能转换为压力能，提高泵的效率。

1—吸入室；2—叶轮；3—排出室（蜗壳）；4—轴；5—密封调料；6—轴承箱；7—支座

图1 离心泵的基本构件

（二）、离心泵典型结构形式

离心泵从结构特点上，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160-1800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，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。

二、离心泵基本工作原理

1—泵；2—吸液罐；3—底阀；4—吸入管路；5—吸入管调节阀；6—真空表；7—压力表；8—排出管调节阀；9—单向阀；10—排出管路；11—流量计；12—排液罐；s—入口法兰；d—出口法兰

图2 离心泵装置示意图

离心泵的工作原理如图2所示，由于离心泵本身不能排出气体，离心泵在启动之前，泵1内应灌满气体，这个过程称为灌泵。启泵时，驱动机通过泵轴带动叶轮旋转，叶轮中的叶片驱使液体一起旋转，因而产生离心力。在离心力的作用下，液体沿叶片流道被甩向叶轮出口，并流经蜗壳送入排出管10。

在液体被甩向叶轮出口的同时，叶轮入口中心处形成了低压区，与吸液罐2之间就产生了压差，在这个压差作用下，吸液罐2中的液体便不断地经吸入管路4和泵的吸入室进入叶轮中。这样，叶轮在旋转过程中，一面不断地吸入液体，一面又不断地给吸入的液体以一定的能头，将液体排出。离心泵便如此连续不断的工作。

三、离心泵的运行

离心泵的主要性能参数是扬程、流量、轴功率和效率等。在离心泵运行时这些参数是相互关联的，其中一个参数的改变，其他参数也随之改变。因此离心泵

运行时要符合其特性曲线，只有这样才能提高离心泵的运行效率。

离心泵运行时，要遵循2个操作特性。

（1）离心泵在管路上的工作点：离心泵总是安装在一定管路上与设备连接进行操作的，其作用就是给液体提供一定的能量用于提高液体的位置、增大管路两端压差和克服液体沿管路流动时的阻力损失，离心泵所提供的流量和扬程应和其工作场合要求一致。

（2）离心泵的流量调节：在运行过程中，调节离心泵的流量使其适应工艺条件的要求，是常见的问题。通常情况下，离心泵调节流量的方法主要有以下几种，即改变离心泵出口管路上阀门的开度，这种方法虽然经常使用、操作简便，但并不经济；旁路调节，这种方法只是在个别情况下，需要临时短时间减小流量时，才使用；改变叶轮直径，只有在离心泵的扬程和流量高于管路的要求时，才用这种方法来减小泵的扬程和流量。

离心泵运行时，为了增加流量或扬程，可以采用两台特性相同的离心泵串联或并联。并联2台泵的特性最好一样，如果扬程不同的泵并联，只有在出口管路阻力较小的情况下才有可能。两台泵串联也最好采用特性相同的泵，一般都是采用多级泵代替单级泵的串联，而不采用泵串联的方法。在实际生产操作中，通常不采用串联或并联的方法来增大流量或扬程，因为一旦两台泵调节上出现不同特性，反而有可能带来不利的结果。

四、离心泵内容拓展

（1）、离心泵的应用

离心泵可广泛用于电力、冶金、煤炭、建材等行业输送含有固体颗粒的浆体。如火电厂水力除灰、冶金选矿厂矿浆输送、洗煤厂煤浆及重介输送等。图3所示的离心泵用于过滤卸料。离心泵工作时，泵需要放在陆地上，吸水管放在水中，还需要灌泵启动。泥浆泵和液下离心泵由于受到结构的限制，工作时电机需要放在水面之上，泵放入水中，因此必须固定，否则，电机掉到水中会导致电机报废。而且由于长轴长度一般固定，所以泵安装使用较麻烦，应用的场合受到很多的限制。