泵-離心泵的主要零部件

目錄葉輪的類型1葉輪的要求2離心泵的主要零部件——葉輪離心泵的主要零部件——葉輪

葉輪是離心泵中將驅(qū)動機輸入的機械能傳遞給液體，并轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的動能和靜壓能的部件，是離心泵中唯一對液體直接做功的部件。一、葉輪的類型葉輪有各種各樣的結(jié)構(gòu)形式，分類方法不同，葉輪的名稱也各不相同，常見的分類方法主要包括以下幾種類型。1.按葉輪有無前后蓋板分類按葉輪有無前后蓋板分類，葉輪可分為閉式葉輪、半開式葉輪和開式葉輪三種，見圖2-52所示。（1）閉式葉輪

見圖2-52（a）（d）所示，這種葉輪一般是由前蓋板、后蓋板、葉片和輪轂組成，流道封閉，效率較高，揚程較高，抗汽蝕的性能較好，但制造復雜。適用于輸送流量大，不含顆粒雜質(zhì)的潔凈流體。（a）閉式；（b）半開式；（c）開式；（d）雙吸圖2-52（2）半開式葉輪

見圖2-52（b）所示，這種葉輪沒有前蓋板，只有后蓋板，葉片和輪轂，流道是半開啟式的。該葉輪適用于輸送黏性液體、易于沉淀或含有固體顆粒的液體，泵的效率較低。（a）閉式；（b）半開式；（c）開式；（d）雙吸圖2-52（3）開式葉輪

見圖2-52（c），所示這種葉輪既無前蓋板又無后蓋板，只有葉片和輪轂，葉輪流道完全敞開，適用于輸送含有雜質(zhì)的污水，含泥沙及纖維的液體。開式葉輪和半開式葉輪的葉片數(shù)一般都比較少（2~4片），而且較寬，可讓雜質(zhì)、漿液自由通過，以免造成堵塞，同時流道容易清洗，制造也比較方便。2.按流體吸入葉輪的方式分類

按流體吸入葉輪的方式，葉輪可分為單吸葉輪和雙吸葉輪兩種類型，見圖2-52。（1）單吸葉輪

液體單面吸入葉輪，見圖2-52（a），液體在葉輪內(nèi)的流動狀況較好，結(jié)構(gòu)簡單，但這種葉輪兩邊受到的力不等，每只葉輪要受到不平衡的軸向推力。（2）雙吸葉輪

見圖2-52（d）所示，這種葉輪兩邊對稱，猶如兩個單吸葉輪背靠背貼合在一起，無軸向推力，適用于流量較大的場合。由于液體雙面進入葉輪，液體在葉輪進口處的流速較低，有利于改善泵的汽蝕性能，但葉輪結(jié)構(gòu)較復雜，液流在葉輪中匯合時有沖擊現(xiàn)象，對泵的效率有所影響。（3）按葉片的彎曲方向分類根據(jù)葉片的彎曲方向葉輪可分為前彎式、徑向式、后彎式葉輪三種，見圖2-14。（a）后彎式葉片（b）徑向式葉片（c）前彎式葉片圖2-14葉片形式及其速度三角形其中以后彎式葉輪居多，因為后彎式葉輪效率最高，更有利于動能向靜壓能的轉(zhuǎn)換，由于兩葉片間的流動通道是逐漸擴大的，因此，能使液體的部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能，所以葉片也是一種換能裝置。

后彎式葉輪的進口處的安裝角一般為β1A=18°～25°，出口處的安裝角=16°～40°,最常用的是=20°～30°。二、對葉輪的要求

離心泵的葉輪應有足夠的強度和剛度；流道形狀為符合液體流動流線型，液流速度分布均勻，流道阻力盡可能小，流道表面粗糙度??；材料應具有較好的耐磨性；葉輪應具有良好的靜平衡和動平衡；結(jié)簡單，制造工藝性好，葉輪一般都是鑄造而成；每個單級葉輪能使液體獲得最大的理論能頭；由葉輪組成的級具有較高的級效率，而且性能曲線的穩(wěn)定工況較寬。目錄設置換能裝置的必要性1換能裝置的分類—蝸殼2換能裝置的分類—導輪3離心泵的主要零部件——換能裝置離心泵的主要零部件——換能裝置一、設置換能裝置的必要性

1.換能裝置的概念

離心泵的換能裝置是指葉輪出口、泵出口法蘭、或多級泵次級葉輪進口前的過流通道部分。2.設置換能裝置的必要性液體從葉輪中出來的速度很大，一般高達15～25m/s以上。泵的排出管、或次級葉輪入口速度要求較低，限制在2～4m/s左右。因此很有必要設置換能裝置。3.換能裝置的功能采用換能裝置，將葉輪出口流出的高速液體收集起來，并導向排出管或送往多級泵次級葉輪的入口。將液體流動的速度降下來，將葉輪給予液體多余部分動能轉(zhuǎn)化為壓力能。二、換能裝置的分類

離心泵中的換能裝置，按結(jié)構(gòu)型式一般分為蝸殼和導輪兩種。從原理上看，蝸殼和導輪并無原則區(qū)別，但其結(jié)構(gòu)特點有所不同。見圖2-55所示圖2-55離心泵蝸殼的結(jié)構(gòu)形式三、換能裝置——蝸殼1.蝸殼的概念蝸殼是指葉輪出口到下一級葉輪進口之間、或泵的出口管線之間，截面面積逐漸增大的螺旋形流道A-B和擴散管部分B-C所組成，如圖2-55所示。蝸殼由于流道逐漸擴大，出口為擴散管狀，液體從葉輪流出后，流速平緩降低，如果流動時沒有能量損失，則動能的減少應全部轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓頭的增加。圖2-55離心泵蝸殼的結(jié)構(gòu)形式圖2-55離心泵蝸殼的結(jié)構(gòu)形式2.蝸殼的優(yōu)點制造方便，高效區(qū)寬，車削葉輪后泵的效率變化小。3.蝸殼的缺點蝸殼形狀不對稱。在使用單蝸殼時，作用在轉(zhuǎn)子上的徑向壓力不均勻，容易使泵軸彎曲，所以在多級離心泵中，只是在首段和尾段采用蝸殼，而在中間段采用導輪裝置。四、換能裝置——導輪1.導輪的組成導輪是一個固定不動的圓盤，由正向?qū)~、環(huán)形流道、反向?qū)~組成。1—流道；2—導葉；3—反向?qū)~圖2-56導輪2.導輪的結(jié)構(gòu)導輪位于葉輪的外緣、泵殼的內(nèi)側(cè)，是一個靜止圓盤。導輪正面有包在葉輪外圓的正向?qū)~，正向?qū)~的開始段與蝸殼一樣，正向?qū)~的后半段與相鄰導葉的背面一起形成一段擴壓管。導輪背面有將液體引向下一級葉輪入口的反向?qū)~，見圖2-56所示。1—流道；2—導葉；3—反向?qū)~圖2-56導輪3.導輪的工作原理

液體從葉輪甩出后，平緩的進入導輪，沿正向?qū)~向外流動，速度逐漸減低，大部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。液體經(jīng)導輪背面的反向?qū)~被引入下一級葉輪，速度進一步降低。導輪的每兩個導葉之間，實際上相當于一個等寬度的螺旋形管和擴散管，代替蝸殼。目錄軸向力的分析和計算1軸向力產(chǎn)生的危害2單級泵軸向力的平衡3多級泵軸向力的平衡4軸向力平衡裝置軸向力平衡裝置

離心泵工作時，在形狀不對稱的單吸葉輪上，由于液體作用在葉輪上的力不平衡，將產(chǎn)生與泵軸線平行的力，稱為軸向力。軸向力方向：指向葉輪的吸入口，軸向力是由葉輪蓋板兩側(cè)液體壓力不同而引起的軸向力和動反力的合力。圖2-57單吸葉輪的軸向推力一、軸向力的計算葉輪受力分析在葉輪入口半徑r1

以上的部分，葉輪兩側(cè)液體壓力按拋物線對稱分布，作用力互相平衡，見圖2-57所示。葉輪在兩側(cè)壓差作用下，產(chǎn)生了指向葉輪吸入口方向的軸向推力F1。在葉輪入口半徑r1

以下的部分，葉輪右側(cè)受到按拋物線規(guī)律分布的液體壓力p2，左側(cè)受到的是均勻分布的入口壓力p1

。2.軸向力的計算（1）葉輪前后蓋板兩側(cè)液體壓力不同而引起的軸向力

離心泵正常工作時，葉輪前、后蓋板與泵殼之間的液體由于受到蓋板摩擦而旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)角速度ω近似地認為是葉輪旋轉(zhuǎn)角速度ω′的一半，這時液體壓力p將圖2-57單吸葉輪的軸向推力將沿半徑方向呈拋物線規(guī)律分布，見圖2-57所示，液體壓力的大小按公式2-54計算。（2）動反力在離心泵中，液體軸向吸入葉輪，徑向流出葉輪，葉輪受到由于液流進入葉輪的方向及速度不同而引起的動反力FⅡ，在正常工作時，這個力比較小，可忽略不計。（3）軸向力

綜合受力分析，葉輪在兩側(cè)壓差的作用下，產(chǎn)生了指向葉輪吸入口方向的軸向推力

。這個力的大小是p-p1，方向指向離心泵的吸入口。二、軸向力的危害由于軸向力的存在，泵的整個轉(zhuǎn)子在軸向力的作用下，向吸入口方向躥動，并使葉輪入口外緣與密封環(huán)產(chǎn)生摩擦。由于軸向力的存在，軸承受力惡化，造成振動和嚴重磨損，嚴重時泵不能夠正常工作。因此，必須設法平衡軸向力，并限制轉(zhuǎn)子的軸向躥動。但假如完全消除了軸向力，也會造成轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)中的不穩(wěn)定，所以在設計的時候，會設計出30%的余量讓軸承來抵消。三、軸向力的平衡措施1.單級離心泵軸向力的平衡（1）采用雙吸式葉輪

原理：雙吸葉輪兩側(cè)形狀對稱，理論上不產(chǎn)生軸向力。但在實際運行過程中，由于泵兩側(cè)密封環(huán)的磨損不一樣，泄漏不相同，作用在葉輪兩蓋板上的液體壓力分布不完全相同，還會有小部分的軸向力存在，需要用軸承來承受殘余的軸向力。

特點：采用雙吸式葉輪，不但可以平衡軸向力，而且有利于提高泵的吸入能力，多用于大流量的泵。（2）在葉輪上開平衡孔

原理：在葉輪后蓋板上開平衡孔，其數(shù)量一般與葉片數(shù)相等，使葉輪后蓋板前后空間相通，可使葉輪兩側(cè)的壓力基本上得到平衡，見圖2-58（a）所示。

特點：葉輪上開平衡孔，液體流入葉輪時，其流動方向正好與葉輪吸入口處主流液體的方向相反，使流入葉輪的主流液體的速度均勻分布受到破壞，泵的水力效率降低，汽蝕性能變壞，同時由于液體的回流，使泵的容積效率下降。圖2-58（a）（3）采用平衡管原理：在泵體上增設平衡管，將葉輪背面的液體通過平衡管與泵入口處的液體連通，平衡軸向力，見圖2-58（b）。特點：這種方法比開平衡孔方法優(yōu)越，因為采用平衡管裝置，對進入葉輪的主流液體擾動影響較小，效率相對較高，常用在大型泵的軸向力平衡中。圖2-58（b）（4）采用帶背葉片的葉輪

原理：在葉輪后蓋板的背面，裝有若干徑向葉片，見圖2-58（c）所示，當葉輪旋轉(zhuǎn)時，背葉片可以帶動葉輪后蓋板與泵殼之間的液體以接近葉輪的角速度旋轉(zhuǎn)，使葉輪背面靠葉輪中心部分的液體壓力下降，從而減小軸向力的大小。特點：帶背葉片的葉輪，除了具有平衡軸向力的作用外，還具有密封的功能。圖2-58（c）2.多級離心泵軸向力的平衡

多級離心泵的出口壓力遠遠大于入口壓力，多級離心泵的軸向力，是各級葉輪產(chǎn)生軸向力的疊加，數(shù)值很大，因此，必須采取有效的平衡措施予以消除，多級離心泵一般采用平衡鼓、平衡盤和葉輪的對稱安裝來消除軸向力。（1）葉輪對稱布置原理：常用于泵的級數(shù)為偶數(shù)、用蝸殼換能的中開多級泵，葉輪可分為兩組，各組對稱反向布置，使兩組葉輪的軸向力互相抵消。當泵的級數(shù)為奇數(shù)時，可將第一級做成雙吸葉輪，其它各級葉輪對稱反相布置，如圖2-59所示。特點：流道復雜，造價較高。圖2-59葉輪對稱布置（2）采用平衡鼓原理：如圖2-60所示，平衡鼓安裝在多級離心泵末級葉輪的后面，圓柱形，隨軸旋轉(zhuǎn)，由于b很小，使平衡鼓的兩側(cè)可以保持較大的壓力差△p=p2-p0，作用在平衡鼓端面上，產(chǎn)生一向右的平衡力T，使得平衡鼓與軸一起向右移動，從而降低p2，以此來平衡軸向力。特點：當軸向力變化時，平衡鼓不能自動調(diào)整軸向力的平衡，需安裝止推軸承承受殘余軸向力。

，圖2-60平衡鼓高壓室

平衡室

徑向間隙b

（3）采用自動平衡盤結(jié)構(gòu)：平衡盤由平衡盤（鑄鐵制）和平衡環(huán)（鑄銅制）組成，平衡盤安裝在末級葉輪的后面，固定在泵軸上，隨軸一起旋轉(zhuǎn)。平衡環(huán)固定在出水段泵體上，如圖2-61所示。圖2-61自動平衡盤裝置密封間隙：有兩個密封間隙，一個是軸套與泵體之間的徑向間隙b，其值固定不變；另一個是平衡盤端面與平衡環(huán)之間的軸向間隙b0，其值可以自動節(jié)。平衡原理軸向力：F=p2-p0，方向指向離心泵的吸入口平衡力：T=p'–p0

，方向指向平衡盤圖2-61自動平衡盤裝置當F<T時，轉(zhuǎn)子向平衡盤方向移動，b0增大，p'減小，

T減小，到某一位置時，T=F，軸向力得到平衡。當F>T時，轉(zhuǎn)子向吸入口方向移動，b0減小，p'增加，

T增大，到某一位置時，T=F，軸向力得到平衡。圖2-61自動平衡盤裝置特點：在實際工作中，泵的轉(zhuǎn)子不會停留在某一位置，而是在某一平衡位置作左右脈動，當泵的工作點改變時，轉(zhuǎn)子會自動從平衡位置移到另一平衡位置作軸向脈動。要求：為了減少泵啟動時的磨損，平衡盤與平衡環(huán)之間的軸向間隙b0=0.1～0.2mm，徑向間隙b=0.2～0.5mm。目錄設置密封裝置的必要性1密封環(huán)結(jié)構(gòu)和功能分析2離心泵密封裝置——密封環(huán)離心泵密封裝置

為了保證泵的正常工作，防止液體外漏、內(nèi)漏、外界空氣吸入泵內(nèi)，必須在葉輪與泵殼之間、軸與殼體之間裝有密封裝置。常用的密封裝置有：密封環(huán)（防止內(nèi)漏）、填料密封和機械密封（防止外漏）。如果軸封裝置在吸入口一側(cè)，密封裝置可阻止外界空氣吸入泵內(nèi)；如果軸封裝置在排出口一側(cè)，密封裝置即可阻止液體向外泄漏。密封環(huán)的結(jié)構(gòu)和功能一.設置密封環(huán)的必要性

由于葉輪吸入口與固定的泵殼之間存在間隙，使葉輪出口處的液體通過葉輪進口與泵蓋之間的間隙回流到泵的吸入口，這種泄漏稱為內(nèi)漏，因此，必須在泵殼和葉輪前蓋板吸入口處安裝密封環(huán)，以減少泄漏，提高離心泵的容積效率。二.密封環(huán)的類型密封環(huán)有些安裝在葉輪上，有些安裝泵殼上，密封環(huán)按其軸截面的形狀，可分為平環(huán)式，直角式和迷宮式密三種，見圖2-62所示。

圖2-621.平環(huán)式密封環(huán)密封環(huán)的單側(cè)徑向間隙S一般在0.1～0.2mm之間。結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，但密封效果差。由于泄漏的液體具有相當大的速度，泄漏液體的運動方向與進入葉輪的液體主流方向相反，在葉輪入口處產(chǎn)生較大的渦流和沖擊，使葉輪進口條件惡化，所以平環(huán)式密封環(huán)只適用于低揚程的泵。圖2-62平環(huán)式2.直角式密封環(huán)直角式密封環(huán)的軸向間隙S1比經(jīng)向間隙大得多，一般在3～7mm之間。由于泄漏液體在旋轉(zhuǎn)90°之后其速度降低了，流動方向與主流液體的方向垂直，造成的渦流和沖擊損失比平環(huán)式密封環(huán)小，因此密封效果比平環(huán)式好，目前應用比較廣泛，主要在中開雙吸泵上應用多。圖2-62直角式3.迷宮式密封環(huán)

由于增加了密封間隙的沿程阻力，因而密封效果更好。結(jié)構(gòu)復雜，對制造及安裝工藝要求高，在一般離心泵中很少采用，主要使用在高壓離心泵中。密封環(huán)的磨損會使泵的泄漏量增加，泵的效率降低，所以，當密封環(huán)間隙超過規(guī)定值時應及時更換。密封環(huán)應采用耐磨材料制造，常用材料有鑄鐵、青銅等。

圖2-62迷宮式目錄設置密封裝置的必要性1填料密封的結(jié)構(gòu)和功能2離心泵密封裝置——填料密封離心泵密封裝置

為了保證泵的正常工作，防止液體外漏、內(nèi)漏、外界空氣吸入泵內(nèi)，必須在葉輪與泵殼之間、軸與殼體之間裝有密封裝置。常用的密封裝置有：密封環(huán)（防止內(nèi)漏）、填料密封和機械密封（防止外漏）。如果軸封裝置在吸入口一側(cè)，密封裝置可阻止外界空氣吸入泵內(nèi)；如果軸封裝置在排出口一側(cè)，密封裝置即可阻止液體向外泄漏。填料密封的結(jié)構(gòu)和功能一.填料密封的結(jié)構(gòu)

填料密封是依靠軸與殼體之間的填料變形，使軸（或軸套）的外圓表面和填料緊密接觸，堵塞泄漏通道來實現(xiàn)密封的，如圖2-63所示。常用的填料有石墨浸棉織物填料，石墨浸石棉填料，金屬滔包石棉芯子填料等。

圖2-63二.軟填料密封的泄漏途徑填料密封的泄漏途徑主要包括A、B、C三個部分。A：流體通過填料本身的縫隙產(chǎn)生的滲漏。B：流體通過填料與箱壁之間的縫隙而產(chǎn)生的泄漏。C：流體通過填料與軸之間的縫隙而產(chǎn)生的泄漏，是填料密封的主要泄漏通道。這三種泄漏通道，只要壓緊填料，都可堵塞泄漏通道，實現(xiàn)密封。三.填料密封的性能調(diào)節(jié)

填料密封的密封性能，可以通過壓緊和放松填料壓蓋的方法來進行調(diào)節(jié)。壓緊程度要適當，壓得太緊，填料與軸的摩擦增大，壽命降低，嚴重時將填料與軸燒毀；壓得過松，密封性能差，泄漏量增加，外界空氣進入泵內(nèi)，離心泵產(chǎn)生“氣縛”現(xiàn)象，無法正常工作。填料的松緊程度以10～60滴/min的泄漏量為宜。四.軟填料密封的特點

結(jié)構(gòu)簡單，成本低。磨損及摩擦功耗較大，泄漏量較大，使用壽命短。需要經(jīng)常擰緊填料壓蓋，并且更換填料頻繁。五.軟填料密封存在的問題（1）受力狀態(tài)不良填料對軸的徑向壓緊力分布不均勻，自靠近壓蓋端到遠離壓蓋端，先急劇遞減又趨于平緩，與壓蓋直接相鄰的2～3圈，其壓緊力約為平均壓緊力的2～3倍，此處磨損特別嚴重，以至出現(xiàn)凹槽，此時壓緊比壓急劇上升，磨損進一步加劇，以至密封失效，如圖2-64所示圖2-64軟填料密封壓力分布（2）散熱、冷卻能力不夠軟填料密封結(jié)構(gòu)中，滑動接觸面較大，摩擦產(chǎn)生的熱量較大。散熱時，熱量需通過較厚的填料，而且多數(shù)軟填料的導熱性能都較差，摩擦熱不易傳出，致使摩擦面溫度升高，摩擦面間的油膜蒸發(fā)，形成干摩擦，造成磨損加劇，密封壽命明顯降低。

（3）自動補償能力較差軟填料磨損后，填料與軸、填料箱內(nèi)壁之間的間隙加大，泄漏量增大，需頻繁擰緊壓蓋螺栓來補償軟填料的磨損。填料密封的泄漏量大，使用壽命短，需要經(jīng)常更換，影響泵的正常工作，所以近年來，在石油化工、煉油廠中廣泛使用密封效果好、使用壽命長的機械密封。目錄設置密封裝置的必要性1機械密封的結(jié)構(gòu)和功能2離心泵密封裝置——機械密封離心泵密封裝置

為了保證泵的正常工作，防止液體外漏、內(nèi)漏、外界空氣吸入泵內(nèi)，必須在葉輪與泵殼之間、軸與殼體之間裝有密封裝置。常用的密封裝置有：密封環(huán)（防止內(nèi)漏）、填料密封和機械密封（防止外漏）。如果軸封裝置在吸入口一側(cè)，密封裝置可阻止外界空氣吸入泵內(nèi)；如果軸封裝置在排出口一側(cè)，密封裝置即可阻止液體向外泄漏。機械密封的結(jié)構(gòu)及功能一.機械密封組成旋轉(zhuǎn)部件：緊定螺釘、彈簧座、彈簧、動環(huán)輔助密封圈、動環(huán)等組成。靜止部件：靜環(huán)、靜環(huán)輔助密封圈和防轉(zhuǎn)銷等組成。圖2-64機械密封的結(jié)構(gòu)及工作原理二.機械密封的泄漏點泄漏點1：動環(huán)在彈簧力和介質(zhì)壓力的作用下與靜環(huán)端面緊密貼合，并發(fā)生相對滑動，阻止了介質(zhì)沿端面間的徑向向心方向的泄漏。該密封是機械密封的主密封，但兩環(huán)的接觸面上總會有少量的液體泄漏，可以形成液膜，一方面阻止泄漏，另一方面又可以起到潤滑的作用。泄漏點2：是動環(huán)輔助密封圈與旋轉(zhuǎn)軸之間的泄漏，動環(huán)輔助密封圈阻止了介質(zhì)可能沿動環(huán)與