离心泵的结构

2.2离心泵的结构

2.2.1 离心泵、主要部件

LGOR J.KARASSIK

C.C.HEALD

分类和术语_________________________________________________________

离心泵由密封在壳体或泵体内的一组旋转叶片组成，这些叶片的作用是通过离心力把能量传递给液体。因此，除了所有细微的差别外，离心泵主要有两个主要部分：（1）包括叶轮和轴在内的旋转部件;(2)由壳体好轴承组成的静止部件。

在离心泵中，液体由大气压力或其他压力强行压入一组旋转的叶片中。这些叶片组成叶轮，叶轮在其外围以高速排除液体。该速度能通过环绕在叶轮周围的蜗室或一组固定的扩压导向叶片（参见图2）转化为压力能。有蜗壳的泵通常称为蜗壳泵，而有扩压导向叶片的泵则称为扩散形离心泵。过去，扩散形泵曾一度普遍地称为透平式泵，但近年来这一术语更有选择性多用于立式离心扩散形深井泵，一般称为立式透平泵。图1示出了泵在额定流量（达到最佳效率点时的流量）下运转时，液体通过端吸蜗壳泵的路径。叶轮按其液流相对于旋转轴线的主流方向进行分类。因此，离心泵有：径流式叶轮（见图25、34、35、36和37）

轴流式叶轮（图29）

混流式叶轮（图27、28），它结合径流式和轴流式的原理。

图1 典型的单级端吸蜗壳式泵（Flowserve Corporation）

图2 典型的扩散性泵

叶轮可进一步分为：

单吸叶轮，在叶轮的一侧有一个仅进口（图25、33和37）。

双吸叶轮，液流从两侧对称的流入叶轮（图26、27、38）。

按叶轮的机械结构进行更细的分类有：

闭式叶轮，盖板或侧壁封闭着流道（图25、26、27）

开式叶轮，没有盖板（图29、33、34）

半开式或半闭式叶轮（图36）

如果泵的压头由单个叶轮产生，则称之为单级泵。通常全压头的产生需要两个或多个叶轮串联运转，这时后一级叶轮从前一级叶轮的排出口吸入。为了这一目的，可以把两台或多台单级泵串联起来，也可以把所有的叶轮都装在一个泵体中，这样的装置称为多级泵。

按泵体的机械结构可以把泵分为轴向剖分式或径向剖分式；而旋转轴线则决定了泵是卧式机组还是立式机组。

卧式离心泵还可以进一步按吸入管接的方位进行分类：

端吸（图1、8、11、13）

侧吸（图7、10）

底吸（图15）

顶吸（图22）

有些泵露天运转，通过接管将液体引入并从泵中排出。另外一些泵，大多数为立式泵没在输送介质中运行。因此，立轴式泵又分为干式安装型或湿式安装型。如果湿式安装泵是轴流式或立式透平型泵，液体则通过支撑的深井竖管或立管排到支撑面上或下的出口处，则这些泵称为地面输送或地下输送泵。

图3、4和8分别表示了卧式双吸蜗壳泵、单级轴流旋浆泵的导流筒和立式安装单吸蜗壳泵。表1给出了水力学会（美国）推荐的各种泵部件的名称。

图3 卧式单吸双蜗壳式泵

壳体和扩压器___________________________________________________________

蜗壳泵蜗壳泵（参见图1）由环绕叶轮的螺旋形泵体而得名。壳体部分收集叶轮排出的液体，并把速度能转变为压力能。

离心泵的蜗室葱起始点到围绕叶轮环，绕整个360º面积递增，而后逐渐扩张到最后的排出口。将初始断面和壳体出口接管部分分开的壳壁称为蜗舌或分水角。扩散性泵的扩压导叶和同心壳体于蜗室一样起着能量转换的作用。

在旋浆式和其他使用轴流式叶轮的泵中不采用蜗壳，而是将叶轮封闭在壳体内。一般，扩压器导叶完全用在叶轮以后，但对某些极低压头的机组，可以省去这些导向叶片。

除了在此特殊情况下，蜗壳通道很小，以致要机加工或精密铸造的蜗壳或者为了精确流量的控制而应用扩压器类部件外，单级径流泵很少应用扩压器。常规扩压器通常于导向叶片一起用在多级泵中，以在最小的径向和轴向空间内把流体高效地葱一级叶轮导入另一级。扩压器导向叶片是用于作立式透平泵和单级低压头旋转泵的主要结构手段（图4）径向推力在单蜗壳泵的泵体结构中（图5），当泵在设计流量（最佳效率点下的流量）

下运行时，叶轮周围的压力则是不均匀火近乎均匀的。在其他流量下，叶轮周围的压力则是不均匀的（图6），因而就形成了一个合成的径向反作用力（F）。有关径向力及其大小的详细讨论见2.3.1节。要注意的是，不平衡的径向力随着流量葱设计流量降低而增大。

图4 立式湿式安装扩散性泵的导流筒图5 设计流量下均匀的壳体压力，

合成径向反作用力

在任何流量的百分比下，这种径向反作用力是全压头（总扬程）以及叶轮的宽度和直径的函数。因此，在部分流量下，叶轮直径的高压头泵要比叶轮直径小的低压头泵具有大得多的径向反作用力。径向反作用力为零的情况通常是不能实现的，而在设计流量下的反作用力为最小。

在扩散形泵中，虽然存在着同样的不平衡趋势，但是反作用力只局限在整个叶轮周围一小段重复的圆弧上。因此，只要流体稳定的葱扩压器出口周围排出，则这些单独的反作用力彼此相互抵消。如果流体不均匀的葱其周围流出，则在扩压器出口附近会出现一个不平衡力，这一不平衡力会通过扩压器回转到叶轮上，从而引起轴和轴承系统的径向反作用力。

在离心泵设计中，轴径以及轴承的尺寸受到允许挠度的影响，这一允许挠度是由轴的跨度、叶轮重量、径向反作用力好所传递的扭矩所决定的。

以前的标准设计中，都是按最大叶轮直径下，超过设计流量的50％负荷时的径向反作用力进行补偿的。对于在较小的流量下连续运行的泵，若提出适当的建议，泵制造厂可以提供加重轴，但价格通常要高得多。而今在购买产品时，没有把泵要在极小流量下连续运行的情况通知制造厂，是十分普遍的做法。这会造成轴断裂，尤其是对早期设计的高压头机组更是如此。

由于泵必须在降低的流量下运转的应用日益广泛，这就需要设计出适用于这种使用工况的标准机组。一种解决办法就是使用加重的轴和轴承系统。但在低压头泵中，只有很小的负荷，对这种泵来说，上述解决办法是不经济的。唯一可行的办法是改变泵体设计，使其在部分流量下只产生很小的径向反作用力。这些设计方案之一就是双蜗壳结构，也称之为二蜗壳或双蜗壳结构。

图7说明了应用双蜗壳结构来抵消降低流量下的径向反作用力的原理。实际上，这种结构是由两个180º的蜗室组成。第二个蜗室的外流道把两股液流汇合到共同的排出口。在部分流量下，虽然每个180º弧段上的压力是不平衡的，但这两个大小相等且方向相反。这样，轴和轴承上即使作用有径向力也是很小的。这一问题在2.3.1节中也有论述。