離心泵的結構、工作原理
 離心泵  一、概述
l1、泵是輸送液體并提高液體壓力的機器。
l2、泵分為化工用泵、水泵。
l3、主要差異：特殊材料和設計，防止腐蝕和適應化工工藝，
包括結構、軸封、材料及檢修難度。
l4、化工用泵的要求
l（1）適應化工工藝要求運行可靠。
l（2）耐腐蝕，耐磨損。
l（3）滿足無泄漏要求。
l（4）耐高溫或耐低溫并能有效連續(xù)工作。
二、離心泵的工作原理、
l（一）、離心泵的裝置及工作原理
l1、為了使離心泵能正常工作，離心泵必須配備一定的管路和管件，這種配備有一定管路系統的離心泵稱為離心泵裝置。圖1—1所示為離心泵的一般裝置示意圖，主要有底閥、吸入管路、出口閥、出口管線等。
2、離心泵的工作原理 
（二）離心泵的氣蝕
l2、
離心泵啟動前一定要向泵殼內充滿液體以后，方可啟動，否則將造成泵體發(fā)熱，震動，出液量減少，對水泵造成損壞（簡稱“氣蝕”）造成設備事故！
（三）離心泵的分類
l1、按葉輪吸入方式分：（1）單吸式離心泵；如圖1-2所示
（2）雙吸式離心泵；如圖1-3所示，我站消防泵是此類泵。
 （3）單級雙吸離心泵
2按葉輪數目分：
l（2）多級離心泵
具有兩個或兩個以上葉輪的離心泵稱為多級離心泵。級數越多壓力越高。圖1—4所示為一臺分段式離心水泵，這種泵的葉輪一般為單吸式。
多級離心泵 結構圖
 
3、
按離心泵揚程分：
（1）、低壓泵：揚程≤20m； （2）、中壓泵 ：揚程≥20-100m； （3）、高壓泵：揚程≥100m ；
泵可分為： （1）清水泵； （2）泥漿泵； （3）酸泵； （4）堿泵； （5）油泵； （6）砂泵； （7）低溫泵； （8）高溫泵； （9）屏蔽泵等。 （四）、離心泵型號及結構
表1-1離心泵基本類型代號
l離心泵的品種很多，各種類型泵的結構雖然不同，但主要零部件基本相同。
l主要零部件有泵殼、泵蓋、泵體、葉輪、密封環(huán)、泵軸、機封或填料函、聯軸器、軸承等。
 （1）、單級單吸離心泵如圖1-5所示 
圖1-5
B型泵
1-葉輪背帽
2-葉輪背帽止回墊 3-葉輪外口環(huán) 4-葉輪內口環(huán) 5-密封填料 6-密封填料壓蓋 7-支撐軸承壓蓋 8-支撐軸承 9-托架 10-止推軸承 11-油封 12-泵軸 13-葉輪鍵 14-擋油環(huán) 單級單吸離心泵的特點
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(2)
圖l—6所示為IS型泵的結構
 IS型泵仍是單級單吸懸臂式離心泵 特點
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l圖l—6所示為IS型泵的結構。它為后開門結構，主要由泵殼、泵蓋、葉輪、軸、密封環(huán)、軸套及泵體等組成。泵通過加長彈性聯軸器與電動機相連接，自進口方向看葉輪逆時針旋轉。與B型泵比較，IS型泵的效率和吸程有較大提高，噪聲低、振動小。拆下加長聯軸器的中間連接件，即可取下泵的轉子，故檢修方便。
（3）、單級雙吸式離心泵
l圖1—3為臥式S型單級雙吸離心泵結構。這種泵實際上相當于兩個B型泵葉輪組合而成，液體從葉輪左、右兩側進入葉輪，流量大。轉子為兩端支承，泵殼為水平剖分的蝸殼形。兩個呈半螺旋形的吸液室與泵殼一起為中開式結構，共用一根吸液管，吸、排液管均布在下半個泵殼的兩側，檢查泵時，不必拆動與泵相連接的管路。由于泵殼和吸液室均為蝸殼形，為了在灌泵時能將泵內氣體排出，在泵殼和吸液室的最高點處分別開有螺孔，灌泵完畢用螺栓封住。泵的軸封裝置多采用填料密封，填料函中設置水封圈，用細管將壓液室內的液體引入其中以冷卻并潤滑填料。軸向力自身平衡，不必設置軸向力平衡裝置。在相同流量下雙吸泵比單吸泵的抗汽蝕性能要好。
（4）、多級離心泵
如圖1-4所示；
l人們把若干個葉輪安裝在同一個泵軸上，每個葉輪與其外周的液體導流裝置形成一個獨立的工作室，這個工作室與葉輪組成的系統可以認為是一個單級離心泵，每個工作室前后串聯，就構成了多級泵。與多個單級離心泵串聯相比，多級泵具有效率高、占地面積小、操作費用低、便于維修等優(yōu)點。該泵流量范圍為5—720m3／h，揚程最高達2800m。
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（5）、屏蔽式離心泵
屏蔽式離心泵的特點
l化工廠常用的屏蔽泵，屬于單級懸臂式離心泵，其結構圖如圖1-7所示；
l屏蔽泵又稱無填料泵，這種泵用于輸送易燃、易爆、有毒、有放射性及貴重液體，也可選作高壓設備的循環(huán)用泵。其結構特點使泵的葉輪與電機的轉子在同一根軸上，裝在同一格密封的殼體內，沒有聯軸器和封裝置，從根本上消除了液體外漏。為了防止輸送液體昱電氣部分接觸，電機的定子和轉子分別用金屬薄壁圓筒（屏蔽套）于液體隔離。屏蔽套的材料應能耐腐蝕，并具有非磁性和高電阻率，以減少電動機因屏蔽套存在而產生額外功率消耗。為了不干擾電機的磁場，這種金屬薄臂圓筒采用奧氏體系非磁性材料（1Gr18Ni9Ti）制成。由于有屏蔽套，增加了電機轉子和定子的間隙，使電機效率下降，因此，要求屏蔽套的壁要很薄，一般為0.3—0.8mm.
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三、離心泵的主要零部件
（一）、離心泵轉子
轉子是指離心泵的轉動部分，
它包括葉輪、泵軸、軸套、軸承等零；如圖1—9所示。
1．葉輪
l葉輪是離心泵的做功零件，依靠它高速旋轉對液體做功而實現液體的輸送，是離心泵重要零件一。
l葉輪一般由輪毅、葉片和蓋板三部分組成。葉輪的蓋板有前蓋板和后蓋板之分，葉輪口側的蓋板稱為前蓋板，另一側的蓋板稱為后蓋板。
l按結構形式，葉輪可分為以下三種。
l(1)閉式葉輪葉輪的兩側均有蓋板，蓋板間有4—6個葉片，如圖1—10
(a)所示。閉式葉輪效率較高，應用最廣，適用于輸送不含固體顆粒及纖維的清潔液體。閉式葉輪有單吸和雙吸兩種類型。雙吸葉輪如圖1—11所示，適用于大流量泵，其抗汽蝕性能較好。如圖1—10
(b)。這種葉輪結構簡單，制造容易，但效率低，適用輸送含較多固體懸浮物或帶纖維體。
l(3)半開式葉輪這種葉輪只有后蓋板，如圖1—10
(c)所示。它適用于輸送易于沉淀或含固體懸浮物的液體，其效率介于開式和閉式葉輪之間。
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l葉輪的材料，主要是根據所輸送液體的化學性質、雜質及在離心力作用下的強度來確定。清水離心泵葉輪用鑄鐵或鑄鋼制造，輸送具有較強腐蝕性的液體時，可用青銅、不銹鋼、陶瓷、耐酸硅鐵及塑料等制造。葉輪的制造方法有翻砂鑄造、精密鑄造、焊接、模壓等，其尺寸、形狀和制造精度對泵的性能影響很大。
葉輪 結構圖
2．泵軸
l離心泵的泵軸的主要作用是傳遞動力，支承葉輪保持在工作位置正常運轉。它一端通過聯軸器與電動機軸相連，另一端支承著葉輪作旋轉運動，軸上裝有軸承、軸向密封等零部件。
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圖1—12 3．軸套
l軸套的作用是保護泵軸，使填料與泵軸的摩擦轉變?yōu)樘盍吓c軸套的摩擦，所以軸套是離心泵的易磨損件。軸套表面一般也可以進行滲碳、滲氮、鍍鉻、噴涂等處理方法，表面粗糙造度要求一般要達到Ra3.2μm—Ra0.8μm。可以降低摩擦系數，提高使用壽命。
4．軸承
軸承起支承轉子重量和承受力的作用。離心泵上多使用滾動軸承，其外圈與軸承座孔采用基軸制，內圈與轉軸采用基孔制，配合類別國家標準有推薦值，可按具體情況選用。軸承一般用潤滑脂和潤滑油潤滑。
圖1—14
(二)、蝸殼和導輪
蝸殼與導輪的作用，一是匯集葉輪出口處的液體，引入到下一級葉輪入口或泵的出口；二是將葉輪出口的高速液體的部分動能轉變?yōu)殪o壓能。一般單級和中開式多級泵常設置蝸殼，分段式多級泵則采用導輪。
1．蝸殼
蝸殼是指葉輪出口到下一級葉輪入口或到泵的出口管之間截面積逐漸增大的螺旋形流道，如圖1—15所示。其流道逐漸擴大，出口為擴散管狀。液體從葉輪流出后，其流速可以平緩地降低，使很大一部分動能轉變?yōu)殪o壓能。
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2．導輪
l導輪是一個固定不動的圓盤，正面有包在葉輪外緣的正向導葉，這些導葉構成了一條條擴散形流道，背面有將液體引向下一級葉輪人口的反向導葉，其結構如圖1—16所示。液體從葉輪甩出后，平緩地進入導輪，沿著正向導葉繼續(xù)向外流動，速度逐漸降低，動能大部分轉變?yōu)殪o壓能。液體經導輪背面的反向導葉被引入下一級葉輪導輪上的導葉數一般為4—8片，導葉的入口角一般為8°一16°，葉輪與導葉間的徑向單側間隙約為lmm。若間隙過大，效率會降低；間隙過小，則會引起振動和噪聲。與蝸殼相比，采用導輪的分段式多級離心泵的泵殼容易制造，轉能的效率也較高。但安裝檢修較蝸殼困難。另外，當工況偏離設計工況時，液體流出葉輪時的運動軌跡與導葉形狀不一致，使其產生較大的沖擊損失。由于導輪的幾何形狀較為復雜，所以一般用鑄鐵鑄造而成。
(三)、密封環(huán)
l從葉輪流出的高壓液體通過旋轉的葉輪與固定的泵殼之間的間隙又回到葉輪的吸入口，稱為內泄漏，如圖1—17所示。為了減少內泄漏，保護泵殼，在與葉輪入口處相對應的殼體上裝有可拆換的密封環(huán)。
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密封環(huán)的形式 (四)、軸向密封裝置
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1．填料密封
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2．機械密封
l填料密封的密封性能差，不適用于高溫、高壓、高轉速、強腐蝕等惡劣的工作條件。機械密封裝置具有密封性能好，尺寸緊湊，使用壽命長，功率消耗小等優(yōu)點，近年來在化工生產中得到了廣泛的使用。
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(2)結構形式
l機械密封的結構形式很多，主要是根據摩擦副的對數、彈簧、介質和端面上作用的比壓情況以及介質的泄漏方向等因素來劃分。
①內裝式與外裝式
l內裝式是彈簧置于被密封介質之內(見圖1—20、圖1—21)，外裝式則是彈簧置于被密封介質的外部，如圖1-22所示。
l內裝式可使泵軸長度減小，但彈簧直接與介質接觸，外裝式正好相反。在常用的外裝式結構中，動環(huán)與靜環(huán)接觸端面上所受介質作用·力和彈簧力的方向相反，當介質壓力有波動或升高時，若彈簧力余量不大，就會出現密封不穩(wěn)定；而
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②非平衡型與平衡型
非平衡型與平衡型在端面密封中，介質施加于密封端面上的載荷情況，可用載荷系數久表示，如圖1—23所示。載荷系數K為介質壓力的作用面積與密封端面面積之比，
單端面與雙端面機械密封動環(huán)與靜環(huán)組成摩擦副，有一對摩擦副的稱為單端面機械密封，如圖1—20所示，有兩個摩擦副的稱為雙端面機械密封，如圖l—21所示。與單端面密封相比，雙端面密封有更好的可靠性，適用范圍更廣，可以完全防止被密封介質的外泄漏，但結構較復雜，造價高。 (3)機械密封零件材料
l正確合理地選擇機械密封裝置中的各零件材料，是保證密封效果，延長使用壽命的重要條件。材料必須滿足設備運轉中的工作條件，具有較高的強度、剛度、耐蝕性、耐磨性和良好的加工性。
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(4)冷卻沖洗
l由于機械密封本身的工作特點，動靜環(huán)的端面在工作中相互摩擦，不斷
l產生摩擦熱，使端面溫度升高，嚴重時會使摩擦副間的液膜汽化，造成干摩擦，使摩擦副嚴重磨損，溫度升高還使輔助密封圈老化，失去彈性，動靜環(huán)產生變形。為了消除這些不良影響，保證機械密封的正常工作，延長使用壽命，故要求對不同工作條件采取適當的冷卻措施，以將摩擦熱及時帶走。常用的冷卻措施有沖洗法和冷卻法。
a、沖洗法利用密封液體或其他低溫液體沖洗密封端面，帶走摩擦熱并防止雜質顆粒積聚。在被輸送液體溫度不高，雜質含量較少的情況下，由泵的出口將液體引入密封腔沖洗密封端面，然后再流回泵體內，使密封腔內液體不斷更新，帶走摩擦熱。當被輸送液體溫度較高或含有較多雜質時，可在沖洗回路中裝冷卻器或過濾器，也可以從外部引入壓力相當的常溫密封液。常用的沖洗冷卻機械密封裝置的結構如圖l—24所示。
lb、冷卻法分為直接冷卻和間接冷卻。直接冷卻是用低溫冷卻水直接與摩擦副內徑接觸，冷卻效果好。缺點是冷卻水硬度高時，水垢堆積在軸上會使密封失效。并且要有防止冷卻水向大氣一側泄漏的措施，因此，使用受到限制。
l間接冷卻常采用靜環(huán)背部引入冷卻水結構，如圖1—25所示。也可采用密封腔外加冷卻顯著，話用于輸送高溫液體。
圖1--24沖洗冷卻機械密封裝置 |
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