流体输送机械.doc

第七部分 流体输送机械 第一章 液体输送机械 第一节 泵设备 一、 泵的类型： （一）泵的分类 泵的类型很多，根据泵的工作原理和结构，泵可分为以下几类： 离心泵 叶片式 轴流泵 （或动力式） 混流泵 旋涡泵（特殊类型的离心泵） 活塞泵 往复泵 柱塞泵 泵 隔膜泵 容积式 螺杆泵 转子泵 齿轮泵 罗茨泵 滑片泵 其他形式—喷射泵、空气升液器 （二）泵的一般编号方法： 泵的产品编号方法很多，并且各个厂家的也各不完全相同，我国泵类产品型号编制通常采用以下方法： 第Ⅰ单元 第Ⅱ单元 第Ⅲ单元 泵的参数代号（如扬程|叶轮直径） 泵的基本结构、特征、用途及材料等代号 泵的吸入口径代号 离心泵的型号中第一单元通常是以㎜表示的吸入口直径。但大多数老产品用“英寸”单位表示。即吸入口直径被25除后的整数值。第二单元是以汉语拼音字母的字首表示的泵的基本结构、特征、用途几材料等。例如，B表示单级悬臂式离心泵，见表7—1所示。第三单元一般用数字表示泵的参数，目前是以m水柱为单位的泵的扬程及级数。这些数值对过去的大多数老厂品是表示该泵比转数被10除的整数值。有时泵的型号尾部后面还带有字母A或B，这是泵的变型产品标志，表示在泵中装的是切割过的叶轮。 举例如下： 100D45×8－表示吸入口直径为100㎜，单级扬程为45m水柱，总扬程为45×8=360m水柱，8级分段式多级离心水泵。 50F1M-25A ，表示吸入口直径为50㎜的单级悬臂式耐腐蚀离心泵，型号中：1表示轴封型式代号，即单端面密封；M表示与液体接触部件的材料代号，表示材料为C r18Ni12Mo2Ti，25表示扬程为25m水柱；A表示叶轮外径地一次车削。 IS80-65-160,表示单级清水离心泵，泵吸入口直径为80㎜，泵出口直径为65㎜，叶轮直径为160㎜ 表7—1 部分离心泵的基本形式及其代号 泵的形式 形式代号 泵的形式 形式代号 单级单吸离心泵 单级单吸离心泵 分段式多级离心泵 分段式多级离心泵（首级为双吸） 分段式多级锅炉给水泵 卧式圆筒形双壳体多级离心泵 中开式多级离心泵 多级前置泵（离心泵） 热水循环泵 IS，IB S，S h D DS DG YG DK DQ R 卧式凝结水泵 立式凝结水泵 立式筒袋形离心凝结水泵 卧式疏水泵 单级离心油泵 筒式离心油泵 单级单吸卧式离心灰渣泵 单级单吸卧式离心污水泵 单级单吸耐腐蚀离心泵 NB NL LDTN NW Y YT PH PW IH，F （三）各种泵的特点及比较 各种泵的适用范围和特性见表7—2 表7—2 泵的特性及适用范围 指标 叶片泵 容积式泵 离心泵 轴流泵 旋涡泵 往复泵 转子泵 流量 均匀性 均匀 不均匀 比较均匀 稳定性 不稳定，随管路情况变化而变化 恒定 范围/（m3/h） 1.6～30000 150～245000 0.4～10 0～600 1～600 扬程 特点 对应一定流量，只能达到一定的扬程 对应一定流量可达到不同扬程，由管路系统确定 范围 10～2600m 2～20m 8～150m 0.2～100MPa 0.2～60MPa 效率 特点 在设计点最高，偏高愈远，效率愈低 扬程高时，效率降低较小 扬程高时，效率降低较大 范围（最高点） 0.5～0.8 0.7～0.9 0.25～0.5 0.7～0.85 0.6～0.8 结构特点 结构简单，造价低，体积小，重量轻，安装检修方便 结构复杂，振动大，体积大，造价高 同离心泵 指标 叶片泵 容积式泵 离心泵 轴流泵 旋涡泵 往复泵 转子泵 操作与维修 流量调节方法 出口节流或改变转速 出口节流或改变叶片安装角度 不能用出口阀调节，只能用旁路调节 同旋涡泵，另还可调节转速和行程 同旋涡泵 自吸作用 一般没有 没有 部分型号有 有 有 启动 出口阀关闭 出口阀全开 出口阀全开 维修 简便 复杂 简便 适用范围 粘度较低的各种介质 特别适用于大流量，低扬程、粘度较低的介质 特别适用于小流量，较高压力、低粘度清洁介质 适用于高压力、小流量的清洁介质（含悬浮液或要求完全无泄漏可用隔膜泵） 适用于中低压力、中小流量，尤其适用于粘性高介质 第二节 叶片式泵 一、离心泵： （一）、离心泵的工作原理： A、离心泵的工作原理： 如图7－1所示，离心泵启动之前，先灌泵，即用所输送的液体将泵内充满，启动后，原动机带动叶轮旋转，叶轮上的叶片迫使泵内液体高速转动，因而液体获得离心力。在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高；并以很高的速度（15～25M/S）流入泵壳，在壳内减速，使大部分动能转换为压力能，然后从排出口进入排出管路。与此同时，叶轮内的液体抛出后，叶轮中心处形成真空。，吸入贮槽中的液体在液面压力（或大气压）的作用下，液体便经吸入管路进入泵内，填补了被排出液体的位置。只要叶轮不停地转动，离心力便不断地吸入和排出液体。由此可见离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮所产生的离心力，故名离心泵。 B、常见的一现象介绍 1、气缚现象 ： 离心泵开动时如果泵壳内和吸入管路内没有充满液体，它便没有抽吸液体的能力，这是因为空气的密度比液体小得多，叶轮旋转所产生的离心力不足以造成吸上液体所需的真空度。象这种因泵壳内存在气体而导致吸入不上液的现象，称为“气缚”现象。 2、气蚀现象：液体在低压条件下，液体发生沸腾汽化，使原来流动着的液体中出现大量汽泡，汽泡中包含着输送液体的蒸汽，另外还有少量原来溶解于液体中而逸出的空气。当汽泡随同液流从低压区流向高压区时，汽泡在周围高压液体的作用下，迅速缩小凝结而急剧地破裂。由于蒸汽凝失过程进行得非常迅速与突然，结果在汽泡消失的地方产生局部的真空，周围压力较高的液流非常迅速地从四周向真空空间冲挤而来，产生剧烈的水击，形成极大的冲击力，由于汽泡中的气体和蒸汽来不及在瞬间全部溶解和凝结，因此，在冲击力的作用下又分成小汽泡，再被高压水溶解和凝结，如此形成多次反复，在流道表面形成极微小的冲蚀。冲击力形成的压力可高达几百甚至上千兆帕，冲击频率可达每秒几万次。流道材料表面受到高频率高压力的重复载荷作用而逐渐产生疲劳破坏，通常把这种破坏现象称为“机械剥蚀”。此外，水击液体的冲击能量瞬间转化为热能，使水击地点温度升高（经测可达230℃以上）使材料机械强度降低。如果所产生的汽泡中还杂有一些活泼气体（如氧气等），借助于汽泡凝结时所放出的热量，对金属起化学腐蚀作用，这样金属材料受到机械剥蚀和化学腐蚀的共同作用，加快了金属的损坏速度，从开始的点蚀到原重的蜂窝状空洞，最后甚至把材料壁面蚀穿。象这种汽泡不断形成、生长和破裂以使材料受到机械剥蚀和化学腐蚀破坏的全过程，就称为“气蚀现象”。 （二）、离心泵的结构及主要零部件介绍： 离心泵主要由叶轮、转轴、泵体、泵盖、托架、轴封以及密封环等组成，在叶轮后盖板靠近轴孔处设有平衡孔，用以平衡轴向的推力。叶轮用特制的叶轮螺母和垫圈固定在转轴上，叶轮螺母的旋紧方向与叶轮的转向相反。叶轮前后盖板上装有密封环，以尽可能减小转动叶轮与固定泵体之间的间隙。泵体上有螺旋形流道压液室与扩压管。泵盖上带有轴向锥形收缩管状吸液室。泵轴的一端，在托架内用轴承支承，另一端为悬臂端。叶轮在悬臂端上，故常称为悬壁式离心泵。 （1）叶轮 A、叶轮结构形式 a、按有无前后盖板，叶轮结构可分为： 开式叶轮－如图7－2（a）所示，这种叶轮没有前后盖板，只有叶片和轮毂，各叶片用筋条连接并加强，或在叶片根部采用逐渐加厚的办法加强。这种叶轮的叶片一般较少（2－4片），而且较宽，可让杂质浆液自由通过，以免造成堵塞。由于这种叶轮效率低，只用来输送含有杂质的污水或带有纤维的液体。 半开式叶轮－如图7－2（b）所示，这种叶轮没有前盖板，只有后盖板、叶片和轮毂。这种叶轮的叶片一般较少（2－4片），而且较宽，可让杂质浆液自由通过，以免造成堵塞。常用于输送易于沉淀或含有固体颗粒的液体。 闭式叶轮－如图7－2（c）所示，这种叶轮一般由前后盖板、叶片和轮毂组成。由于效率高，这种叶轮应用最广。其一般用来输送不含颗粒杂质的清洁液体。 b、按吸入方式，叶轮可分为： 单吸叶轮—液体单面进入叶轮，液体在叶轮内的流动状况较好，结构简单，叶轮悬臂支承在轴上，适用于流量小的场合。但这种叶轮两边受的力不均匀，每只叶轮要受到不平衡的轴向推力。 双吸叶轮－如图7－2（d）所示，这种叶轮犹如两个单级叶轮背靠地贴合在一起，液体双面进入叶轮，适用于流量较大的场合。由于液体双面进入叶轮，液体在叶轮进口处的流速较低，有利于改善泵的汽蚀性能。此外叶轮两边对称，无轴向推力。但这种叶轮结构复杂，液流在叶轮中汇合时有冲击现象，对泵的效率有所影响。 若输送的液体量大，则采用双吸泵。若所要求的压头高，则可采用多级泵，多级泵轴上不止一个叶轮，液体从几个叶轮多次接受能量，故可达到较高的压头。离心泵的级数就是它的叶轮数。对于多级泵每个叶轮外周有有导轮（有关导轮后面有介绍），引导液体改变方向（单级泵一般不设导轮）。 B、叶轮流道形式 ： 按叶片形状的不同，叶轮流道可分为：后弯（β2A<90°）、前弯（β2A>90°）、及径向（β2A=90°）流道三种，如图7—3所示，比较这三种流道形状可以看出：（后弯式流道长而平滑，在流道进出口面积相等的情况下，流道扩散程度小，边界层不易发生分离，阻力损失小。而前弯式流道弯曲得厉害，流道长度短，流道扩散程度大，边界层易发生分离，阻力损失大。而径向流道介于前后弯流道之间。此外，后弯流道静压系数大，效率高，性能好。因此离心泵叶轮一般都采用β2A<90°的后弯流道。 C、平衡孔： 有些叶轮的后盖上钻有小孔，以把后盖前后的空间连通起来，叫平衡孔。如图7－2所示，因为叶轮在工作时，离开叶轮周边的液体压力已增大，有一部分会渗到叶轮后侧，而叶轮前侧液体入口处为低压，因而产生了轴向推力，将叶轮推向泵入口一侧，引起叶轮与泵接触处的磨损，严重时还会发生振动。平衡孔能使一部分高压液体泄漏到低压区，减轻叶轮两侧的压力差，从而起到平衡轴向推力的作用，但也会降低泵的效率。 D、导轮 如图7—4所示，液体从叶轮中出来的速度很大，一般高达15～25m/s以上，而泵的排出管或次级叶轮入口速度又要求较低，限制在2～4m/s左右。因此需要采用换能装置（导轮）将叶轮流出的高速液体收集起来，并将液体导向泵排出管或送往多级泵的次级叶轮入口，同时引导液体在泵壳的通道内平缓地改变流动方向，使能量损耗减小，将叶轮给予液体的多余动能部分转化为压力能。导轮是安装在叶轮外周的一个固定的带叶片的环，导轮上的叶片（导叶）的弯曲方向与叶轮上的叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向适应。 （2）泵壳 泵壳就是泵的外壳，它包围旋转的叶轮，并设有与叶轮垂直的液体入口和切线出口。泵壳在叶轮四周形成一个截面积逐步扩大的涡牛壳形通道，故常称为涡壳，叶轮在壳内旋转的方向是顺着涡壳形通道内逐渐扩大的方向（即按叶轮旋转的方向来说叶轮是向后弯的），愈进出口，壳内所接受的液体量愈大，所以通道的截面积必须逐渐增大。更为重要的是以高速从叶轮四周抛出的液体在通道内逐渐降低速度，使一大部分动能便转换为静压能，既提高了流体的出口压力，又减少了液体因流速过大而引起的泵体内部的能量损耗。所以，泵壳既作为泵的外壳汇集液体，它本身又是个能量转