葉片式泵原理及設(shè)計

葉片式泵原理及設(shè)計第一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二目錄第1章葉片泵概述第2章葉片泵基本理論第3章葉片泵的相似理論第4章葉片泵的空化和空蝕第5章葉片泵的運轉(zhuǎn)特性及調(diào)節(jié)第6章離心泵葉輪的水力設(shè)計第7章壓水室和吸水室的水力設(shè)計第8章軸向力、徑向力及其平衡第9章泵的軸封第10章軸流泵

第11章葉片泵試驗第二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二第一章葉片泵概述1.1葉片泵的原理和分類1.1.1葉片泵的工作原理泵是以液體為工作介質(zhì)，把原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液體能量的機械，容積式泵和葉片式泵(簡稱葉片泵)是應(yīng)用最為廣泛的兩類泵。在葉片式泵中，能量轉(zhuǎn)換是在帶有葉片的轉(zhuǎn)子及連續(xù)繞流葉片的液體介質(zhì)之間進行的，葉片與液體介質(zhì)之間的作用力是慣性力。圖1-1泵工作裝置簡圖1—調(diào)節(jié)閥2—排水管3—壓水室4—葉輪5—底閥6—吸水管第三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.1.1葉片泵的工作原理葉片式泵在結(jié)構(gòu)上區(qū)別于容積式泵的一個基本特點是，其高壓側(cè)（壓水室）與低壓側(cè)（吸水室）之間是通過葉輪流道相互貫通的，而容積式泵的高、低壓側(cè)相互之間必須是嚴(yán)格密封的。葉片式泵容積式泵（齒輪泵）第四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.1.1葉片泵的工作原理葉輪旋轉(zhuǎn)時在進口處能夠形成真空度的大小分析在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下處于相對靜止液體中任意一點半徑R處的壓力為

則葉輪進口處的真空度為第五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.1.1葉片泵的工作原理假設(shè)泵的轉(zhuǎn)速n=1500rpm，ω=157s-1，R2=0.2m，R1=0.1m。如果泵啟動時葉輪、吸水管中充滿空氣，密度ρ=1.293kg/m3，則泵葉輪進口處的真空度為：如果泵啟動時葉輪、吸水管中灌滿水，葉輪進口最大真空度為：

當(dāng)然真空度只能小于0.1MPa，如果絕對壓力低于水的飽和蒸汽壓，水就會汽化。實際上泵啟動時轉(zhuǎn)速是逐漸升高的，一旦泵葉輪進口處的真空度達到能夠吸上水的程度，水流就會在大氣壓力的作用下推開底閥開始流動，葉輪就連續(xù)向外排水，泵就可以啟動正常工作了。第六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.1.1葉片泵的工作原理葉片泵啟動時必須注滿水，使水體淹沒葉輪后才能啟動，圖1-1中的底閥（單向閥）就是為灌液體時用的，以防止灌泵的液體進入吸液池而灌不滿葉輪。如果泵進口是有壓來流，或者吸液池液面高于葉輪形成倒灌，或者通過技術(shù)措施使吸水管路形成足夠的真空度比如自吸泵，那么葉片泵也就不需要灌水，能夠直接啟動了。葉片泵在工作過程中吸水管路應(yīng)該具有良好的密封條件，防止漏氣，以避免破壞葉片泵正常工作所需的真空條件。第七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.1.2葉片泵的主要部件對葉片泵性能產(chǎn)生關(guān)鍵影響的部件是葉片泵過流部分的結(jié)構(gòu)，在離心泵中，過流部件包括吸水室、葉輪和壓水室。葉輪及其驅(qū)動軸系是轉(zhuǎn)動件，其他都是靜止件。第八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.1.2葉片泵的主要部件一、吸水室吸水室（吸入室、吸液室）位于葉輪之前，其功用是將液體從吸水管路引入葉輪的進口處。為了使泵有較好的性能，要求液體流過吸水室時水力損失最小和液體進入葉輪進口時速度分布均勻按結(jié)構(gòu)吸水室可分為直錐形吸水室、彎管形吸水室、環(huán)形吸水室、半螺旋形吸水室等幾種錐形吸水室、螺旋形壓水室環(huán)形吸水室第九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.1.2葉片泵的主要部件二、葉輪

葉輪是將能量傳給液體的部件。液體流過葉輪時從葉輪處得到能量，于是液體的動能與壓能均增大，葉輪是泵過流部件的核心。根據(jù)液體從葉輪流出的方向不同，葉輪分為離心式(徑流式)、混流式(斜流式)和軸流式三種，相對應(yīng)的泵稱之為離心泵、混流泵和軸流泵。離心泵或混流泵的葉輪按結(jié)構(gòu)不同有閉式、半開式和開式三種第十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.1.2葉片泵的主要部件三、壓水室壓水室位于葉輪出口之后，其作用是收集從葉輪中高速流出的液體，使其速度降低，轉(zhuǎn)變速度能為壓能并且把液體按一定要求送入下級葉輪進口或送入排出管路。壓水室主要分為螺旋形壓水室、導(dǎo)葉、環(huán)形壓水室等。第十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.1.2葉片泵的主要部件四、結(jié)構(gòu)部件葉片泵的主要部件除了過流部件外，還有泵殼、密封環(huán)、軸和軸承、軸封等結(jié)構(gòu)部件。1．泵殼泵殼也稱泵體，它將吸水室、壓水室、葉輪室等非轉(zhuǎn)動的固定部分聯(lián)結(jié)成一體。根據(jù)泵體的外觀，可將泵基本分為蝸殼式和圓筒式兩種結(jié)構(gòu)型式。根據(jù)殼體剖分面的情況，又有中開式與整體式之分。2．口環(huán)離心泵葉輪的吸入口外緣與泵殼之間留有一定的間隙，此間隙過小將引起機械磨損，過大泄漏量大。為使間隙盡量地小同時又使磨損后便于更換與修復(fù)，一般在葉輪吸入口外側(cè)及相對應(yīng)的泵體部位上分別鑲裝一個口環(huán)，此環(huán)磨損后很容易更換。由于其既可減少泄漏，又能承受磨損，所以稱為減漏環(huán)或承磨環(huán)。第十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.1.2葉片泵的主要部件3．泵軸和軸承泵軸借軸承的支承，帶動泵體中的葉輪旋轉(zhuǎn)，它是泵的主要零件。軸上除裝有葉輪外，還裝有軸套、聯(lián)軸器或皮帶輪等零件、組合成為泵的轉(zhuǎn)子。泵軸的放置方式有立式、臥式或斜式之分。軸承是支撐泵轉(zhuǎn)子的部件，承受徑向和軸向載荷。一般軸徑在70mm以下的泵軸采用滾動軸承，軸徑大于100mm的泵則用滑動軸承。4．軸封機構(gòu)在泵軸穿出泵殼的地方，旋轉(zhuǎn)的泵軸和固定的泵體之間設(shè)有軸封機構(gòu)，起著密封的作用。一般葉片泵最常用的是填料密封和機械密封。5．平衡機構(gòu)泵運轉(zhuǎn)時在葉輪上會產(chǎn)生很大的軸向力，軸承難以承受，必須用各種平衡方法將大部分軸向力平衡掉，使軸承不承受或承受很小一部分軸向力。第十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.1.3葉片泵的分類和型號一、葉片泵的分類第十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.1.3葉片泵的分類和型號2.葉片泵的型號第十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.2葉片泵的主要性能參數(shù)葉片泵的工作狀況通常用性能參數(shù)來表示，其主要性能參數(shù)有流量、揚程、轉(zhuǎn)速、效率和空化余量等，空化余量是表示葉片泵抗空化性能的主要參數(shù)。一、流量q

流量是泵在單位時間內(nèi)通過泵出口截面的液體量(體積或質(zhì)量)。體積流量用qV表示，單位是m3／s，m3／h，l／s等。一般沒有特別指明，用表示體積流量。質(zhì)量流量用qm表示，單位是kg／s、kg／h等。流量和體積流量的關(guān)系為第十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.2葉片泵的主要性能參數(shù)二、揚程H揚程是泵出口截面（泵出口法蘭處)和泵進口截面(泵進口法蘭處)單位重量液體的能量差值，也就是單位重量液體通過泵獲得的有效能量。按揚程定義其單位是m，即被抽送液體的液柱高度，習(xí)慣簡稱為米。泵的揚程表征泵本身的性能，只和泵進、出口法蘭處的液體的能量有關(guān)，而和泵裝置無直接關(guān)系.。第十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.2葉片泵的主要性能參數(shù)三、轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)速是葉輪和軸單位時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，單位為轉(zhuǎn)每分（r／min）。一般葉片泵轉(zhuǎn)速與原動機轉(zhuǎn)速相同。四、功率和效率泵的功率通常是指輸入功率，即原動機傳到泵軸上的功率，故又稱軸功率，用P表示。泵的有效功率又稱輸出功率，用Pe表示，它是單位時間內(nèi)從泵中輸送出去的液體在泵中獲得的有效能量。第十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.2葉片泵的主要性能參數(shù)軸功率和有效功率之差為泵內(nèi)的損失功率，其大小用泵的效率來計量。泵的效率為有效功率和軸功率之比，即：泵內(nèi)的損失可分為機械損失、容積損失和水力損失，相應(yīng)的效率用機械效率ηm、容積效率ηv和水力效率ηh來表示，則泵的總效率五、空化余量NPSH（詳見第五章）第十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.3葉片泵的典型結(jié)構(gòu)1．臥式單級懸臂泵只裝一個葉輪的泵稱為單級泵。按其轉(zhuǎn)子支承方式，將這種泵分為懸臂式和兩端支承式兩類。下圖示為IS型單級單吸臥式離心泵的典型結(jié)構(gòu)。IS型泵主要用來輸送溫度低于80℃的清水或物理、化學(xué)性質(zhì)類似于水的其它液體。輸送流量范圍6.3～400m3／h，揚程5～125m。IS型離心泵的葉輪5由葉輪螺母2、止動墊圈3和平鍵固定在泵軸12的左端，泵軸的另一端裝聯(lián)軸器。填料軸封由軸套7、填料9、填料環(huán)8和填料壓蓋10等零件組成。該泵泵軸的兩個支承軸承都位于泵軸的右邊，稱為懸臂泵。IS型泵的泵腳與泵體1鑄為一體，整臺泵的質(zhì)量主要由泵體承受，支架13僅起輔助支承作用，這種帶懸架的懸臂式泵稱為懸架式懸臂泵。IS型泵拆開連接泵體和泵蓋的螺栓，葉輪等就可以一起從泵體內(nèi)拆出，具有構(gòu)緊湊、檢修方便等優(yōu)點。第二十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.3葉片泵的典型結(jié)構(gòu)第二十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.3葉片泵的典型結(jié)構(gòu)托架式懸臂泵（B型）圖1-5所示的懸臂式是B型單級單吸式離心泵，它的泵腳與托架3鑄為一體，泵體10懸臂安裝在托架上，所以這種泵稱為托架式懸臂泵。B型泵的泵體相對于托架可以有不同的安裝位置。根據(jù)使用要求，可使泵壓出口朝上、朝下、朝前或朝后。檢修這種泵時，需要將吸入管路和壓出管路與泵體分離，與懸架式懸臂泵相比，維修不方便。B型泵靠托架支撐泵體和轉(zhuǎn)子，因此托架較笨重，泵的整體總量也因此增加。

第二十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.3葉片泵的典型結(jié)構(gòu)第二十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.3葉片泵的典型結(jié)構(gòu)臥式單級雙吸式懸臂泵。雙吸葉輪可看成由兩個單吸葉輪背靠背組成，鑄成一體，雙吸式葉輪的兩側(cè)分別采用了半螺旋形和變截面直管狀吸水室。與單吸葉輪相比，流量大，吸上性能好，但效率會低一些，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。雙吸葉輪結(jié)構(gòu)上是對稱的，不會產(chǎn)生軸向力，但由于制造和裝配誤差、液流也不會完全對稱等，還會存在一定的軸向力，需要軸承承受。在圖1-7的結(jié)構(gòu)中葉輪5直接裝在電動機軸2的一端，由泵體4和泵蓋3組成的泵殼與電動機1的機殼直接相聯(lián)，因此稱之為連體泵，整體結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕。第二十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.3葉片泵的典型結(jié)構(gòu)第二十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.3葉片泵的典型結(jié)構(gòu)單級立式泵泵軸為鉛直方向結(jié)構(gòu)的泵稱之為立式泵。單級泵采用立式結(jié)構(gòu)最主要的目的是為了減小占地面積，節(jié)約基建投資。圖1-8所示為YG型單級單吸立式管道泵，其葉輪2遠離泵軸6的支承部位，懸臂安裝在泵軸的下端。因YG型泵的專用驅(qū)動電動機8能承受泵的軸向力，泵軸本身無軸承支承，它靠能傳遞軸向力的夾殼聯(lián)軸器7與電動機軸剛性連接，使整個泵轉(zhuǎn)子由電動機軸承支承，以簡化泵的結(jié)構(gòu)。該泵泵體1上的泵吸入口和壓出口位于同一水平線上，這使泵能直接安裝在直管道之中，稱之為管道泵。第二十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.3葉片泵的典型結(jié)構(gòu)第二十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.3葉片泵的典型結(jié)構(gòu)單級雙吸臥式雙支承的S型泵第二十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.3葉片泵的典型結(jié)構(gòu)蝸殼式多級泵蝸殼式多級泵不論臥式還是立式，一般都采用中開式結(jié)構(gòu)，檢修方便，且有利于使葉輪對稱布置，消除作用在轉(zhuǎn)子上的軸向力。但這種結(jié)構(gòu)的工藝性較差，級數(shù)越多，泵體、泵蓋的形狀也就越復(fù)雜，泵的外形尺寸越大，特別是級與級之間還要相應(yīng)地配置—些級間流道，泵的外形顯得復(fù)雜。采用葉輪對稱布置平衡軸向力，如果首級葉輪常為雙吸式的，泵的總級數(shù)為奇數(shù)，如果首級葉輪是單吸式時，則總級數(shù)應(yīng)為偶數(shù)。第二十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.3葉片泵的典型結(jié)構(gòu)蝸殼式多級泵第三十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.3葉片泵的典型結(jié)構(gòu)節(jié)段式多級泵節(jié)段式多級泵采用徑向剖分結(jié)構(gòu)，在所需要的級數(shù)葉輪、中段（導(dǎo)葉）的兩端裝入吸入段和排出段，然后用穿杠把緊連接緊固起來，是應(yīng)用最為廣泛的多級泵結(jié)構(gòu)。其主要特點是各中段（及導(dǎo)葉）的形狀尺寸皆相同，可以按照需要的揚程增減泵的級數(shù)，結(jié)構(gòu)緊湊，有利于提高標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度，但其檢修拆裝不如中開式泵方便。這種泵的單吸式葉輪只能按一個方向依次布置，其軸向力多用平衡盤平衡。節(jié)段式多級泵多采用雙支承結(jié)構(gòu)，小型泵也用懸臂式結(jié)構(gòu)的。第三十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.3葉片泵的典型結(jié)構(gòu)第三十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.3葉片泵的典型結(jié)構(gòu)第三十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.3葉片泵的典型結(jié)構(gòu)雙殼泵（圖1-18、1-19）具有雙層殼體，其外層泵殼呈圓筒形狀，故也稱筒式泵。在外層泵殼內(nèi)，裝有由內(nèi)泵殼和葉輪等零件組成的泵芯，泵芯能整體抽出或裝入，以便于檢修。雙殼泵能承受很高的壓力，便于實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的對稱布置，這樣有利于水流、熱流和應(yīng)力的均勻分布，從而減小了因熱脹冷縮帶來的不良影響，因此雙殼泵主要用于輸送高溫流體，如大型鍋爐給水泵、高溫油泵等。第三十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.3葉片泵的典型結(jié)構(gòu)第三十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.3葉片泵的典型結(jié)構(gòu)軸流泵第三十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.3葉片泵的典型結(jié)構(gòu)混流泵第三十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.3葉片泵的典型結(jié)構(gòu)自吸泵指在吸入管內(nèi)不用充滿液體(但泵體中必須有足夠的液體)的情況下啟動泵，泵本身能夠自動排除吸入管內(nèi)的氣體，而后進入正常工作狀態(tài)。泵在初次啟動時必須灌入足夠液體，以后啟動時則由存留在泵體內(nèi)的液體來保證泵能再次啟動。為了實現(xiàn)離心式自吸泵的自吸，結(jié)構(gòu)上必須滿足三個條件：一、保證泵停車后，泵體內(nèi)儲存足