离心泵工作原理与结构特点

离心泵工作原理与结构特点

一、泵的分类

一般情况下，液体只能从高处自动流向低处，从高压设备内自动流向低压设备内。如果把低处的液体送往高处，把低压设备内的液体送往高压设备内，就必须给这些液体提供一定的能量才能达到此目的。我们通常把能给液体提供能量的设备叫泵。

1.泵的分类

按工作原理分：叶片式泵、容积式泵、其它泵类

1.1叶片式泵：离心泵、屏蔽泵、磁力驱动泵、液环泵。

1.2容积式泵：往复泵（柱塞泵、隔膜泵；计量泵）、齿 轮泵、螺杆泵。

1.3其他类型泵：喷射泵。

二、离心泵

2.1 离心泵分类

l按叶轮吸入方式分类：单、双吸式离心泵

l按叶轮数目分类：单级离心泵吸式离心泵、多级离心泵

l按泵轴的方向分类：卧式离心泵、立式离心泵

2.2离心泵工作原理

驱动机通过泵轴带动叶轮旋转产生离心力，在离心力作用下，液体沿叶片流道被甩向叶轮出口，液体经蜗壳收集送入排出管。
液体从叶轮获得能量，使压力能和速度能均增加，并依靠此能量将液体输送到工作地点。

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，在吸液罐和叶轮中心处的液体之间就产生了压差，吸液罐中的液体在这个压差作用下，不断地经吸入管路及泵的吸入室进入叶轮中。

2.3离心泵的结构特点

2.4离心泵的主要部件

转子是指离心泵的转动部分：它主要包括叶轮、泵轴、轴套、轴承等零件。

叶轮

叶轮是离心泵的做功零件。它把电动机输入的机械功直接传给液体，使液体获得动能、势能及压力能，是离心泵重要零件的一部件，叶轮分为开式、半闭式、闭式叶轮。

l开式叶轮在叶片两侧无盖板，制造简单、清洗方便，适用于输送含有较大量悬浮物的物料，效率较低，输送的液体压力不高；

l半闭式叶轮在吸入口一侧无盖板，而在另一侧有盖板，适用于输送易沉淀或含有颗粒的物料，效率也较低；

l闭式叶轮在叶轮在叶片两侧有前后盖板，效率高，适用于输送不含杂质的清洁液体。一般的离心泵叶轮多为此类。

l叶轮的材料，主要是根据所输送液体的化学性质、杂质及在离心力作用下的强度来确定。清水离心泵叶轮用铸铁或铸钢制造，输送具有较强腐蚀性的液体时，可用青铜、不锈钢、陶瓷、耐酸硅铁及塑料等制造。叶轮的制造方法有翻砂铸造、精密铸造、焊接、模压等，其尺寸、形状和制造精度对泵的性能影响很大。

泵轴

l泵轴的主要作用是传递动力，支承叶轮保持在工作位置正常运转。它一端通过联轴器与原动机轴相连，另一端支承着叶轮作旋转运动，轴上装有轴承、轴向密封等零部件。泵轴靠两端轴承支承，在泵中作高速回转，因而泵轴要承载能力大、耐磨、耐腐蚀。泵轴的材料一般选用碳素钢或合金钢并经调质处理。

l泵轴属阶梯轴类零件，一般情况下为一整体。但在防腐泵中，由于不锈钢的价格较高，有时采用组合件。接触介质的部分用不锈钢，安装轴承及联轴器的部分用优质碳素结构钢，不锈钢与碳钢之间可以采用承插连接或过盈配合连接。

轴套

l轴套是易损件，是为了保护主轴而设计的，它主要是与密封件配合使用。使填料与泵轴的摩擦转变为填料与轴套的摩擦，所以轴套是离心泵的易磨损件。

滚动轴承

l滚动轴承：是在承受载荷和彼此相对运动的零件间有滚动体作滚动运动的轴承；是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。滚动轴承一般由外圈，内圈，滚动体和保持架组成。一般见到的都是滚动轴承，应用于较小的机械，承受较低的载荷。

1.外圈——装在轴承座孔内，一般不转动

2.内圈——装在轴颈上，随轴转动

3.滚动体——滚动轴承的核心元件

4.保持架——将滚动体均匀隔开，避免摩擦

滚动轴承的浸油润滑

N>3000rpm时，油位在轴承最下部滚动体中心以下，但不低于滚动体下缘。

N＝1500～3000rpm时，油位在轴承最下部滚动体中心以上，但不得浸没滚动体上缘。

N<1500rpm时，油位在轴承最下部滚动体的上缘或浸没滚动体。

滑动轴承

l滑动轴承：在滑动摩擦下工作的轴承。在液体润滑条件下，滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触，还可以大大减小摩擦损失和表面磨损，油膜还具有一定的吸振能力。滑动轴承一般用于大型机械，承受的载荷较大，用轴承瓦来减少磨损，轴承瓦可以更换的。

轴封

l从叶轮流出的高压液体，经过叶轮 背面，沿着泵轴和泵壳的间隙流向泵外，称为外泄漏。在旋转的泵轴 和静止的泵壳之间的密封装置称为轴封装置。它可以防止和减少外泄漏，提高泵的效率，同时还可以防止空气吸入泵内，保证泵的正常运行。常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种。

填料密封

填料密封指依靠填料和轴(轴套)的外圆表面接触来实现密封的装置。它由填料箱(又称填料函)、填料、液封环、填料压盖和双头螺栓等组成。液封环安装时必须对准填料函上的入液口，通过液封管与泵的出液管相通，引入压力液体形成液封，并冷却润滑填料。填料密封是通过填料压盖压紧填料，使填料发生变形，并和轴(或轴套)的外圆表面接触，防止液体外流和空气吸入泵内。
填料密封的密封性可用调节填料压盖的松紧程度加以控制。填料压盖过紧，密封性好，但使轴和填料间的摩擦增大，加快了轴的磨损，增加了功率消耗，严重时造成发热、冒烟，甚至将填料烧毁。填料压盖过松，密封性差，泄漏量增加，这是不允许的。合理的松紧度应该使液体从填料函中滴状漏出，每分钟控制在10—20滴左右。对有毒、易燃、腐蚀及贵重液体，由于要求泄漏量较小或不准泄漏，可以通过另一台泵将清水或其他无害液体打到液封环中进行密封，以保证有害液体不漏出泵外。也可采用机械密封装置。

机械密封

l填料密封的密封性能差，不适用于高温、高压、高转速、强腐蚀等恶劣的工作条件。机械密封装置具有密封性能好，尺寸紧凑，使用寿命长，功率消耗小等优点，近年来在化工生产中得到了广泛的使用。机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻止介质泄漏的轴封装置。

工作原理：依靠静环与动环的端面相互贴合，并作相对转动而构成的密封装置，称为机械密封，又称端面密封。紧定螺钉1，将弹簧座2固定在轴上，弹簧座2、弹簧3、推环4、动环6和动环密封圈5均随轴转动，静环7、静环密封圈8装在压盖上，并由防转销9固定，静止不动。

动环、静环、动环密封圈和弹簧是机械密封的主要元件。而动环随轴转动并与静环紧密贴合是保证机械密封达到良好效果的关键。

l离心泵机械密封失效的分析

l失效的表现大都是泄漏，泄漏原因有以下几种：

①动静环密封面的泄漏，原因主要有：端面平面度，粗糙度未达到要求，或表面有划伤；端面间有颗粒物质；安装不到位，方式不正确；离心泵汽蚀；补偿环卡涩。

②动环密封圈泄漏，原因主要有：安装不正确；密封圈质量不符合标准；密封圈选型、材质不对；O形圈老化。

l实际使用效果表明，离心泵机封动、静环端面出现龟裂是常见的失效现象，主要原因有：

①冲洗液压力不够，来不及带走摩擦副产生的热量，造成端面过热而损坏。

②液体介质汽化膨胀，使两端面受汽化膨胀力而分开，当两密封面用力贴合时，破坏润滑膜从而造成端面表面过热。

③操作压力过大，密封面温度过高，造成损坏。

④密封冲洗液孔板或过滤网堵塞，造成水量不足，使机封失效。

⑤机封压缩量过大，促使动静环接触面过紧，温度升高，造成损坏。

双端面机械密封

离心泵的双机械密封冲洗方式

2.5离心泵的汽蚀现象

离心泵运转时，流体的压力随着从泵入口到叶轮入口而下降，在叶片附近，液体压力最低。此后，由于叶轮对液体做功，压力很快上升。当叶轮叶片入口附近压力小于等于液体输送温度下的饱和蒸汽压力时，液体就汽化。同时，还可能有溶解在液体内的气体溢出，它们形成许多汽泡。当汽泡随液体流到叶道内压力较高处时，外面的液体压力高于汽泡内的汽化压力，则汽泡会凝结溃灭形成空穴。瞬间内周围的液体以极高的速度向空穴冲来，造成液体互相撞击，使局部的压力骤然剧增（有的可达数百个大气压）。这不仅阻碍流体的正常流动，更为严重的是，如果这些汽泡在叶轮壁面附近溃灭，则液体就像无数小弹头一样，连续地打击金属表面，其撞击频率很高（有的可达2000~3000Hz），金属表面会因冲击疲劳而剥裂。若汽泡内夹杂某些活性气体（如氧气等），他们借助汽泡凝结时放出的能量（局部温度可达200~300℃），还会形成热电偶并产生电解，对金属起电化学腐蚀作用，更加速了金属剥蚀的破坏速度。上述这种液体汽化、凝结、冲击，形成高压、高温、高频率的冲击载荷，造成金属材料的机械剥裂与电化学腐蚀破坏的综合现象称为汽蚀。

2.6汽蚀后果

通常离心泵受汽蚀破坏的部位，先在叶片入口附近，继而延至叶轮出口。起初是金属表面出现麻点，继而表面呈现槽沟状、蜂窝状、鱼鳞状的裂痕，严重时造成叶片或叶轮前后盖板穿孔，甚至叶轮破裂，造成严重事故。因而汽蚀严重影响到泵的安全运行和使用寿命。
汽蚀使泵产生噪音和振动，气泡溃灭时，液体互相撞击并撞击壁面，会产生各种频率的噪音。严重时可以听到泵内有“噼啪”的爆炸声，同时引起机组的振动。而机组的振动又进一步促使更多的汽泡产生和溃灭，如此互相激励，导致强烈的汽蚀共振，致使机组不得不停机，否则会遭到破坏。

2.7离心泵产生汽蚀的原因

1、被输送的介质温度过高；

2、水池液位过低，有气体被吸入；

3、泵的安装高度过高；

4、流速和吸入管路上的阻力太大；

5、吸入管道、压兰(指不带液封的)密封不好，有空气进入。

6、流量过大，也就是说出口阀门开得太大。

2.8气蚀的解决措施

１、清理进口管路的异物使进口畅通，或者增加管径的大小；

２、降低输送介质的温度；

４、降低泵安装高度；

５、重新选泵，或者对泵的某些部件进行改进，比如选用耐汽蚀材料等等；

6 、使泵体内灌满液体或者在进口增加一缓冲罐。