1、離心泵的結構及工作原理離心泵的結構及工作原理 王振海王振海一、概述一、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工作。二、離心泵的工作原理、二、離心泵的工作原理、 分類、型號及結構分類、型號及結構 l（一）、離心泵的裝置及工離心泵的裝置及工作原理作原理 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

2、心泵稱為離心泵裝置。圖11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 離心泵在工作時，依靠高速旋轉的葉輪，液體在慣性離心力作用下獲得了能量以提高了壓強。離心泵在工作前，泵體和進口管線必須罐滿液體介質，防止氣蝕現象發生。當葉輪快速轉動時，葉片促使介質很快旋轉，旋轉著的介質在離心力的作用下從葉輪中飛出，泵內的水被拋出后，葉輪的中心部分形成真空區域。一面不斷地吸入液體，一面又不斷地給予吸入的液體一定的能量，將液體排出。離心泵便如此連續不斷地工作。（二）離心泵的氣蝕（二）離心泵的氣蝕 l1、所謂的氣蝕是指：離心泵啟動時，若泵內存在空氣，由于空氣的密度很

3、低，旋轉后產生的離心力很小，因而葉輪中心區所形成的低壓不足以將液位低于泵進口的液體吸入泵內，不能輸送流體的現象。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（三）離心泵的分類 l離心泵的種類很多，分類方法常見的有以下幾種方式離心泵的種類很多，分類方法常見的有以下幾種方式 l1、按葉輪吸入方式分按葉輪吸入方式分：（1）單吸式離心泵；如圖1-2所示 我站穩前泵、穩后泵、循環水泵等都是此類泵。 單吸式離心泵單吸式離心泵 單吸式離心泵單吸式離心泵（2）雙吸式離心泵；如圖）雙吸式離心泵；如圖

4、1-3所示，我站所示，我站消防泵是此類泵。消防泵是此類泵。 雙吸泵雙吸泵 雙吸泵雙吸泵 雙吸泵雙吸泵 雙吸泵雙吸泵（3）單級雙吸離心泵）單級雙吸離心泵 揚程范圍為10140m，流量范圍是9028600m3h。按軸的安裝位置不同，分臥式和立式兩種結構。圖123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，泵殼為水平副分的蝸殼形。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，

5、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。 2按葉輪數目分：按葉輪數目分： l（1）單級離心泵 泵中只有一個葉輪，單級離心泵是一種應用廣泛的泵。由于液體在泵內只有一次增能，所以揚程較低。如圖12所示為單級單吸離心泵。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14所示為一臺分段式離心水泵，這種泵的葉輪一般為單吸式。多級離心泵多級離心泵 結構圖結構圖 多級離心泵

6、多級離心泵 多級離心泵多級離心泵 多級離心泵多級離心泵 多級離心泵多級離心泵3、 按離心泵揚程分：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 ； 4、按泵的用途和輸送液體性質分類：、按泵的用途和輸送液體性質分類： 泵可分為：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（四）、離心泵型號及結構1、離心泵的型號、離心泵的型號表1-1離心泵基本類型代號型 號泵 的 名 稱型 號泵 的 名 稱ISB或BAD或DADL

7、YYGFPISO3國際標準型單級單吸離心水泵單級單吸懸臂式離心清水泵多級分段式離心泵多級立式管形離心泵離心式油泵離心式管道油泵耐腐蝕泵屏蔽式離心泵S或shDSKDKDSZFYWWX單級雙吸式離心水泵多級分段式首級為雙吸葉輪多級中開式離心泵多級中開式首級為雙吸葉輪自吸式離心泵耐腐蝕液下式離心泵一般旋渦泵旋渦離心泵2、離心泵的結構、離心泵的結構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、泵軸、機封或填料函、聯軸器、軸承等。（1）、單級單吸離心泵如圖）、單級單吸離心泵如圖1-5所示所示圖1-5 B型泵1-葉輪背帽2-葉輪背帽止回

8、墊3-葉輪外口環4-葉輪內口環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-擋油環單級單吸離心泵的特點單級單吸離心泵的特點l B型泵此泵用于輸送溫度不超過80的清水及與水相近的清潔液體，揚程范圍為8125m，流量范圍為4.5362m3h。B型泵結構簡單，工作可靠，易于加工制和維護保養，是在IS型泵之前應用最廣泛的一種離心泵。l B型泵有前開門式和后開門式兩種。前開門式為葉輪前面為泵蓋，后面為泵殼；而后開門式與前開門式相反，葉輪前面為泵殼，后面為泵蓋。l 圖15所示為B型泵的前開門式結構，泵的進口在泵蓋上，出口在泵殼上，泵殼是

9、螺旋形蝸殼，泵軸的一端支承在泵體內的軸承上，另一端伸出稱為懸臂端，葉輪裝在懸臂端。葉輪上開有平衡孔，用來平衡部分軸向力，未平衡的軸向力由軸承承受。軸承用潤滑脂潤滑,多為球軸承。軸封裝置采用填料密封，泵內的壓力水可直接由開在泵殼上的孔送到水封環，起水封作用。(2) IS型泵仍是單級單吸型泵仍是單級單吸 懸臂式離心泵懸臂式離心泵 圖l6所示為IS型泵的結構 IS型泵仍是單級單吸懸臂式離心泵型泵仍是單級單吸懸臂式離心泵 特點特點l 但它是按國際標準規定的性能和尺寸設計的，是一種節能新產品，目前已替代B型泵。IS型泵用于輸送清水和性質與水相似的液體，溫度不超過80，流量范圍為63400m3h，揚程范圍

10、為5125m，轉速為2900rmin或1450rmin。l圖l6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、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）、單級雙吸式離心泵 如圖如圖1-3所示所示 l 圖13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

11、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）、多級離心泵 如圖如圖1-4所示；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

12、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、便于維修等優點。該泵流量范圍為5720m3h，揚程最高達2800m。l 多級離心泵除了具有單級離心泵的優點之外，它最大的優點就是揚程高。多級離心泵的用途十分廣泛，例如，化肥生產中，用多級泵將氨水打入碳化塔，由氨水吸收加壓氮氫混合氣中的二氧化碳，生產出碳酸氫銨；鍋爐的給水；山區的深井提灌等。（5）、屏蔽式離心泵）、屏蔽式離心泵 如圖如圖1-7所示所示 屏蔽式離心泵的特點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

13、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0.30.8mm.l 屏蔽泵具有結構簡單緊湊，零件少，占

14、地少，操作可靠，長期不要檢修等優點。缺點是效率低，比一般離心泵低2650。三、離心泵的主要零部件三、離心泵的主要零部件 （一）、離心泵轉子（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19所示。 圖191葉輪葉輪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46個葉片，如圖110 (a)所示。閉式葉輪效率較高，應用最廣

15、，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111所示，適用于大流量泵，其抗汽蝕性能較好。如圖110 (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110 (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。l 離心泵葉輪的葉片有圓柱形葉片和組曲葉片兩種。圓柱形葉片是指整個葉片沿寬度方向均與葉輪軸線平行，圖1-10所示的葉輪葉片均為圓柱形葉片。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

16、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。葉輪葉輪 結構圖結構圖2泵軸泵軸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。l 泵軸屬階梯軸類零件，一般情況下為一整體。但在防腐泵中，由于不銹鋼的價格較高，有時采用組合件。接觸介質的部分用不銹鋼，安裝軸承及聯軸器的部分用優質碳素結構鋼，不銹鋼與碳鋼之間可以采用承插連接或過盈配合連接。由于泵軸用于傳遞動力，且高

17、速旋轉，在輸送清水等無腐蝕性介質的泵中，一般用45#鋼制造，并且進行調質處理。在輸送鹽溶液等弱腐蝕性介質的泵中，泵軸材料用40Cr，且調質處理。在防腐蝕泵中，即輸送酸、堿等強腐蝕性介質的泵中，泵軸材質一般為1Crl8Ni9或1Crl8Ni9Ti等不銹鋼。圖112 3軸套軸套l軸套的作用是保護泵軸，使填料與泵軸的摩擦轉變為填料與軸套的摩擦，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Ra3.2mRa0.8m。可以降低摩擦系數，提高使用壽命。 圖113 4軸承軸承 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

18、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114 (二二)、蝸殼和導輪、蝸殼和導輪l 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為靜壓能。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l 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115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為靜壓能。l 蝸殼的優點是制造方便，高效區寬，車削葉輪后泵

19、的效率變化較小。缺點是蝸殼形狀不對稱，在使用單蝸殼時作用在轉子徑向的壓力不均勻，易使軸彎曲，所以在多級泵中只是首段和尾段采用蝸殼而在中段采用導輪裝置。 蝸殼的材質一般為鑄鐵。防腐泵的蝸殼為不銹鋼或其他防腐材料，例如塑料玻璃鋼等。多級泵由于壓力較大，對材質強度要求較高，其蝸殼一般用鑄鋼制造。 2導輪導輪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116所示。液體從葉輪甩出后，平緩地進入導輪，沿著正向導葉繼續向外流動，速度逐漸降低，動能大部分轉變為靜壓能。液體經導輪背面的反向導葉被引入下一級葉輪導輪

20、上的導葉數一般為48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。(三三)、密封環、密封環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117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。l 密封環

21、的結構形式有三種，如圖118所示。圖118 (a)為平環式，結構簡單，制造方便。但密封效果差；圖l18 (b)為直角式的密封環，液體泄漏時通過一個90的通道，密封效果比平環式好，應用廣泛； 圖118 (c)為迷宮式密封環，密封效果好，但結構復雜，制造困難，一般離心泵中很少采用。密封環內孔與葉輪外圓處的徑向間隙一般在0102mm之間。 l 密封環磨損后，使徑向間隙增大，泵的排液量減少，效率降低，當密封間隙超過規定值時應及時更換。l 密封環應采用耐磨材料制造，常用的材料有鑄鐵、青銅等。(四四)、軸向密封裝置、軸向密封裝置l 從葉輪流出的高壓液體，經過葉輪背面，沿著泵軸和泵殼的間隙流向泵外，稱為外泄

22、漏。在旋轉的泵軸和靜止的泵殼之間的密封裝置稱為軸封裝置。它可以防止和減少外泄漏，提高泵的效率，同時還可以防止空氣吸入泵內，保證泵的正常運行。特別在輸送易燃、易爆和有毒液體時，軸封裝置的密封可靠性是保證離心泵安全運行的重要條件。常用的軸封裝置有填料密封和機械密封兩種。1填料密封填料密封 l 填料密封指依靠填料和軸(軸套)的外圓表面接觸來實現密封的裝置。它由填料箱(又稱填料函)、填料、液封環、填料壓蓋和雙頭螺栓等組成，如圖119所示。液封環安裝時必須對準填料函上的入液口，通過液封管與泵的出液管相通，引入壓力液體形成液封，并冷卻潤滑填料。填料密封是通過填料壓蓋壓緊填料，使填料發生變形，并和軸(或軸套

23、)的外圓表面接觸，防止液體外流和空氣吸入泵內。填料密封的密封性可用調節填料壓蓋的松緊程度加以控制。填料壓蓋過緊，密封性好，但使軸和填料間的摩擦增大，加快了軸的磨損，增加了功率消耗，嚴重時造成發熱、冒煙，甚至將填料燒毀。填料壓蓋過松，密封性差，泄漏量增加，這是不允許的。合理的松緊度應該使液體從填料函中滴狀漏出，每分鐘控制在1520滴左右。對有毒、易燃、腐蝕及貴中葉體，由于要求泄漏量較小或不準泄漏，可以通過另一臺泵將清水或其他無害液體打到液封環中進行密封，以保證有害液體不漏出泵外。也可采用機械密封裝置。l 低壓離心泵輸送溫度小于40時，常用石墨填料或黃油滲透的棉織填料；輸送溫度小于250、壓力小于

24、18MPa的液體時，用石墨浸透的石棉填料；輸送溫度小于400、允許工作壓力為25MPa的石油產品時，用金屬箔包石棉芯子填料。 2機械密封機械密封 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，功率消耗小等優點，近年來在化工生產中得到了廣泛的使用。l (1)結構及工作原理依靠靜環與動環的端面相互貼合，并作相對轉動而構成的密封裝置，稱為機械密封，又稱端面密封。其結構如圖120所示。緊定螺釘1，將彈簧座2固定在軸上，彈簧座2、彈簧3、推環4、動環6和動環密封圈5均隨軸轉動，6靜環7、靜環密封圈8裝在壓蓋上，并由防轉銷9

25、固定，靜止不動。動環、靜環、動環密封圈和彈簧是機械密封的主要元件。而動環隨軸轉動并與靜環緊密貼合是保證機械密封達到良好效果的關鍵。l機械密封中一般有四個可能泄漏點A、B、C、D和E。密封點A在動環與靜環的接觸面上，它主要靠泵內液體壓力及彈簧力將動環壓貼在靜環上，防止A點泄漏；但兩環的接觸面A上總會有少量液體泄漏，它可以形成液膜，一方面可以阻止泄漏，另一方面又可起潤滑作用；為保證兩環的端面貼合良好，兩端面必須平直光潔。密封點B在靜環與靜環座之間，屬于靜密封點；用有彈性的O形(或V形)密封圈壓于靜環和靜環座之間，靠彈簧力使彈性密封圈變形而密封。密封點C在動環與軸之間，此處也屬靜密封，考慮到動環可以

26、沿軸向竄動，可采用具有彈性和自緊性的V形密封圈來密封。密封點D在靜環座與殼體之間，也是靜密封，可用密封圈或墊片作為密封元件。密封E點有軸套，在軸套與軸之間，也是靜密封，可用密封圈或墊片作為密封元件。(2)結構形式結構形式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。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120、圖121)，外裝式則是彈簧置于被密封介質的外部，如圖1-22所示。圖120非平衡型單端面機械密封 圖121非平衡型雙端面機械密封 l一緊定螺釘；2一彈簧座；3彈簧；4推環； 1一靜密封圈；2靜環；3動環；

27、4一動環密封圈； 5一動環密封圈；6一動環；7靜環； 5一推環；6一彈簧；7緊定螺釘；8彈簧座； 8靜環密封圈；9防轉銷 9一防轉銷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，動環與靜環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，就會出現密封不穩定；而l 當介質壓力降低時，又因彈簧力不變,使端面上受力過大，特別是在低壓啟動時，由于摩擦副尚未形成液膜，端面上受力過大容易磨傷密封面。所以外裝式適用于介質易結晶、有腐蝕性、較黏稠和壓力較低的場合。l 內裝式的端面比壓隨介質壓力的升高而升高，密封可靠，應用較廣。 非平衡型與平衡型非平衡型與平衡型 l 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123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單端面與雙端面機械密封 l 單端面與雙端面機械密封動環與靜環組成摩擦副，有一對摩擦副的稱為單端面機械密封，如圖120所示，有兩個摩擦副的稱為雙端面機