叶片式泵原理及设计

体积流量用qV表示，单位是m3／s，m3／h，l／s等。 一般没有特别指明，用表示体积流量。
质量流量用qm表示，单位是kg／s 、kg／h等。 流量和体积流量的关系为
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1.2 叶片泵的主要性能参数
二、扬程H 扬程是泵出口截面（泵出口法兰处)和泵进口截面(泵进口法
兰处)单位重量液体的能量差值，也就是单位重量液体通过泵 获得的有效能量。 按扬程定义其单位是m，即被抽送液体的液柱高度，习惯简 称为米。
其主要特点是各中段（及导叶）的形状尺寸皆相 同，可以按照需要的扬程增减泵的级数，结构紧 凑，有利于提高标准化、通用化程度，但其检修 拆装不如中开式泵方便。这种泵的单吸式叶轮只 能按一个方向依次布置，其轴向力多用平衡盘平 衡。
节段式多级泵多采用双支承结构，小型泵也用悬 臂式结构的。
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1.3 叶片泵的典型结构
与单吸叶轮相比，流量大，吸上性能好，但效率会低一些， 结构较复杂。
双吸叶轮结构上是对称的，不会产生轴向力，但由于制造和 装配误差、液流也不会完全对称等，还会存在一定的轴向力 ，需要轴承承受。
在图1-7的结构中叶轮5直接装在电动机轴2的一端，由泵体4 和泵盖3组成的泵壳与电动机1的机壳直接相联，因此称之为 连体泵，整体结构紧凑，质量轻。
1．泵壳 泵壳也称泵体，它将吸水室、压水室、叶轮室 等非转动的固定部分联结成一体。
根据泵体的外观，可将泵基本分为蜗壳式和圆筒式两 种结构型式。根据壳体剖分面的情况，又有中开式与 整体式之分。
2．口环 离心泵叶轮的吸入口外缘与泵壳之间留有一定 的间隙，此间隙过小将引起机械磨损，过大泄漏量大 。为使间隙尽量地小同时又使磨损后便于更换与修复 ，一般在叶轮吸入口外侧及相对应的泵体部位上分别 镶装一个口环，此环磨损后很容易更换。由于其既可 减少泄漏，又能承受磨损，所以称为减漏环或承磨环 。
叶片式泵原理及设计
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第一章 叶片泵概述
1.1 叶片泵的原理和分类
1.1.1 叶片泵的工作原理
泵是以液体为工作介质， 把原动机的机械能转换为 液体能量的机械，容积式 泵和叶片式泵(简称叶片 泵)是应用最为广泛的两 类泵。
在叶片式泵中，能量转换 是在带有叶片的转子及连 续绕流叶片的液体介质之 间进行的，叶片与液体介 质之间的作用力是惯性力 。
该泵泵体1上的泵吸入口和压出口位于同一水平线上， 这使泵能直接安装在直管道之中，称之为管道泵。
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1.3 叶片泵的典型结构
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1.3 叶片泵的典型结构
单级双吸卧式双支承的S型泵
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1.3 叶片泵的典型结构
蜗壳式多级泵 蜗壳式多级泵不论卧式还是立式， 一般都采用中开式结构，检修方便，且有利于使叶 轮对称布置，消除作用在转子上的轴向力。但这种 结构的工艺性较差，级数越多，泵体、泵盖的形状 也就越复杂，泵的外形尺寸越大，特别是级与级之 间还要相应地配置—些级间流道，泵的外形显得复 杂。
一、吸水室 吸水室（吸入室、吸液室）位于叶轮之前，其功用 是将液体从吸水管路引入叶轮的进口处。
为了使泵有较好的性能，要求液体流过吸水室时水力损失最小 和液体进入叶轮进口时速度分布均匀
按结构吸水室可分为直锥形吸水室、弯管形吸水室、环形吸水 室、半螺旋形吸水室等几种
•锥形吸水室、螺旋形压水室
•环形吸水室
为了实现离心式自吸泵的自吸，结构上必须满足三个条件：
一、保证泵停车后，泵体内储存足够的液体，为此需要在泵体 的进口处配有单向阀，并且泵体进口高于叶轮中心线以防止 泵体内的液体在泵停车后因虹吸作用而被排到吸液池中去。
二、有效地进行气液分离。需要有足够容积的气液分离室，泵 体的出口到叶轮中心线有足够的高度。
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1.3 叶片泵的典型结构
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1.3 叶片泵的典型结构
轴流泵
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1.3 叶片泵的典型结构
混流泵
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1.3 叶片泵的典型结构
自吸泵 指在吸入管内不用充满液体(但泵体中必须有足够的 液体)的情况下启动泵，泵本身能够自动排除吸入管内的气体 ，而后进入正常工作状态。泵在初次启动时必须灌入足够液 体，以后启动时则由存留在泵体内的液体来保证泵能再次启 动。
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1.1.2 叶片泵的主要部件
3．泵轴和轴承 泵轴借轴承的支承，带动泵体中的叶轮旋转 ，它是泵的主要零件。轴上除装有叶轮外，还装有轴套、联 轴器或皮带轮等零件、组合成为泵的转子。泵轴的放置方式 有立式、卧式或斜式之分。
轴承是支撑泵转子的部件，承受径向和轴向载荷。一般轴径 在70mm以下的泵轴采用滚动轴承，轴径大于100mm的泵则 用滑动轴承。
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1.2 叶片泵的主要性能参数
轴功率和有效功率之差为泵内的损失功率，其大小用泵的效 率来计量。泵的效率为有效功率和轴功率之比，即：
•泵内的损失可分为机械损失、容积损失和水力损失 ，相应的效率用机械效率ηm、容积效率ηv和水力效 率ηh来表示，则泵的总效率
•五、空化余量NPSH（ 详见第五章 ）
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1.3 叶片泵的典型结构
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1.3 叶片泵的典型结构
双壳泵（图1-18、1-19）具有双层壳体，其外层泵壳 呈圆筒形状，故也称筒式泵。在外层泵壳内，装有 由内泵壳和叶轮等零件组成的泵芯，泵芯能整体抽 出或装入，以便于检修。
双壳泵能承受很高的压力，便于实现结构上的对称 布置，这样有利于水流、热流和应力的均匀分布， 从而减小了因热胀冷缩带来的不良影响，因此双壳 泵主要用于输送高温流体，如大型锅炉给水泵、高 温油泵等。
1.3 叶片泵的典型结构
1．卧式单级悬臂泵 只装一个叶轮的泵称为单级泵。按其转子支承方式，将这种泵
分为悬臂式和两端支承式两类。 下图示为IS型单级单吸卧式离心泵的典型结构。IS型泵主要用
来输送温度低于80℃的清水或物理、化学性质类似于水的其它 液体。输送流量范围6.3～400m3／h，扬程5～125m。 IS型离心泵的叶轮5由叶轮螺母2、止动垫圈3 和平键固定在泵 轴12的左端，泵轴的另一端装联轴器。填料轴封由轴套7、填 料9、填料环8和填料压盖10等零件组成。该泵泵轴的两个支承 轴承都位于泵轴的右边，称为悬臂泵。 IS型泵的泵脚与泵体1铸为一体，整台泵的质量主要由泵体承 受，支架13仅起辅助支承作用，这种带悬架的悬臂式泵称为悬 架式悬臂泵。 IS型泵拆开连接泵体和泵盖的螺栓，叶轮等就可以一起从泵体 内拆出，具有构紧凑、检修方便等优点。
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1.3 叶片泵的典型结构
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1.3 叶片泵的典型结构
托架式悬臂泵（B型）图1-5所示的悬臂式是B型单级 单吸式离心泵，它的泵脚与托架3铸为一体，泵体10 悬臂安装在托架上，所以这种泵称为托架式悬臂泵 。
B型泵的泵体相对于托架可以有不同的安装位置。根 据使用要求，可使泵压出口朝上、朝下、朝前或朝 后。
叶片泵在工作过程中吸水管路应该具有良好的密封条件，防止 漏气，以避免破坏叶片泵正常工作所需的真空条件。
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1.1.2 叶片泵的主要部件
对叶片泵性能产生关键影响的部件是叶片泵过流部分 的结构，在离心泵中，过流部件包括吸水室、叶轮和 压水室。
叶轮及其驱动轴系是转动件，其他都是静止件。
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1.1.2 叶片泵的主要部件
一、叶片泵的分类
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1.1.3 叶片泵的分类和型号
2. 叶片泵的型号
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1.2 叶片泵的主要性能参数
叶片泵的工作状况通常用性能参数来表示，其主要性 能参数有流量、扬程、转速、效率和空化余量等，空 化余量是表示叶片泵抗空化性能的主要参数。
一、流量q
流量是泵在单位时间内通过泵出口截面的液体量(体积或 质量)。
4．轴封机构 在泵轴穿出泵壳的地方，旋转的泵轴和固定的 泵体之间设有轴封机构，起着密封的作用。一般叶片泵最常 用的是填料密封和机械密封。
5．平衡机构 泵运转时在叶轮上会产生很大的轴向力，轴承 难以承受，必须用各种平衡方法将大部分轴向力平衡掉，使 轴承不承受或承受很小一部分轴向力。
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1.1.3 叶片泵的分类和型号
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1.3 叶片泵的典型结构
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1.3 叶片泵的典型结构
单级立式泵 泵轴为铅直方向结构的泵称之为立式泵。
单级泵采用立式结构最主要的目的是为了减小占地面积 ，节约基建投资。
图1-8所示为YG型单级单吸立式管道泵，其叶轮2远离 泵轴6的支承部位，悬臂安装在泵轴的下端。因YG型泵 的专用驱动电动机8能承受泵的轴向力，泵轴本身无轴 承支承，它靠能传递轴向力的夹壳联轴器7与电动机轴 刚性连接，使整个泵转子由电动机轴承支承，以简化泵 的结构。
三、分离出来的液体能不断地返回到叶轮中。因此对于内混合 式自吸泵要ห้องสมุดไป่ตู้回流孔。
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1.1.1 叶片泵的工作原理
叶片式泵在结构上区别于容积式泵的一个基本特点是，其高 压侧（压水室）与低压侧（吸水室）之间是通过叶轮流道相 互贯通的，而容积式泵的高、低压侧相互之间必须是严格密 封的。
• 叶片式泵
容积式泵（齿轮泵）
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1.1.1 叶片泵的工作原理
叶轮旋转时在进口处能够形成真空度的大小分析 在旋转坐标系下处于相对静止液体中任意一点半径R处的压力为
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1.1.2 叶片泵的主要部件
三、压水室 压水室位于叶轮出口之后，其作用是收集从叶轮中 高速流出的液体，使其速度降低，转变速度能为压能并且把液 体按一定要求送入下级叶轮进口或送入排出管路。
压水室主要分为螺旋形压水室、导叶、环形压水室等。
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1.1.2 叶片泵的主要部件
四、结构部件 叶片泵的主要部件除了过流部件外，还有 泵壳、密封环、轴和轴承、轴封等结构部件。
•则叶轮进口处的真空度为
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1.1.1 叶片泵的工作原理
假设泵的转速n=1500rpm，ω=157s-1，R2=0.2m，R1=0.1m。如 果泵启动时叶轮、吸水管中充满空气，密度ρ=1.293kg/m3，则 泵叶轮进口处的真空度为：
•如果泵启动时叶轮、吸水管中灌满水，叶轮进口最大真空度为：
• 当然真空度只能小于0.1MPa，如果绝对压力低于水的饱和 蒸汽压，水就会汽化。实际上泵启动时转速是逐渐升高的，一 旦泵叶轮进口处的真空度达到能够吸上水的程度，水流就会在 大气压力的作用下推开底阀开始流动，叶轮就连续向外排水， 泵就可以启动正常工作了。
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1.1.2 叶片泵的主要部件
二、叶轮
叶轮是将能量传给液体的部件。液体流过叶轮时从叶轮处得到 能量，于是液体的动能与压能均增大，叶轮是泵过流部件的核 心。
根据液体从叶轮流出的方向不同，叶轮分为离心式(径流式)、 混流式(斜流式)和轴流式三种，相对应的泵称之为离心泵、混 流泵和轴流泵。
离心泵或混流泵的叶轮按结构不同有闭式、半开式和开式三种
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1.1.1 叶片泵的工作原理
叶片泵启动时必须注满水，使水体淹没叶轮后才能启动，图11中的底阀（单向阀）就是为灌液体时用的，以防止灌泵的液 体进入吸液池而灌不满叶轮。
如果泵进口是有压来流，或者吸液池液面高于叶轮形成倒灌， 或者通过技术措施使吸水管路形成足够的真空度比如自吸泵， 那么叶片泵也就不需要灌水，能够直接启动了。
采用叶轮对称布置平衡轴向力，如果首级叶轮常为 双吸式的，泵的总级数为奇数，如果首级叶轮是单 吸式时，则总级数应为偶数。
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1.3 叶片泵的典型结构
蜗壳式多级泵
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1.3 叶片泵的典型结构
节段式多级泵 节段式多级泵采用径向剖分结构 ，在所需要的级数叶轮、中段（导叶）的两端装 入吸入段和排出段，然后用穿杠把紧连接紧固起 来，是应用最为广泛的多级泵结构。
• 泵的扬程表征泵本身的性能，只和泵进、出 口法兰处的液体的能量有关，而和泵装置无直 接关系.。
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1.2 叶片泵的主要性能参数
三、转速n
转速是叶轮和轴单位时间内旋转的圈数，单位为转每分 （r／min）。一般叶片泵转速与原动机转速相同。
四、功率和效率
• 泵的功率通常是指输入功率，即原动机传到泵 轴上的功率，故又称轴功率，用P表示。泵的有效功 率又称输出功率，用Pe表示，它是单位时间内从泵 中输送出去的液体在泵中获得的有效能量。
检修这种泵时，需要将吸入管路和压出管路与泵体 分离，与悬架式悬臂泵相比，维修不方便。B型泵靠 托架支撑泵体和转子，因此托架较笨重，泵的整体 总量也因此增加。
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1.3 叶片泵的典型结构
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1.3 叶片泵的典型结构
卧式单级双吸式悬臂泵。双吸叶轮可看成由两个单吸叶轮背 靠背组成，铸成一体，双吸式叶轮的两侧分别采用了半螺旋 形和变截面直管状吸水室。