泵基础知识讲义.doc

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1、 泵基础知识讲义一、 泵的定义泵是把原动机的机械能转换为抽送液体能量的机器。一般，原动机通过泵轴带动叶轮旋转，对液体作功使其能量（包括位能、压能和动能）增加，从而使要求数量的液体从吸入池经泵的过流部分，输送到要求的高度或要求有压力的地方。二、 泵的分类泵的种类很多，其主要类型按作用原理可分以下三大类。1) 叶片式泵它是利用叶轮的叶片和液体相互作用来输送液体，如离心泵、混流泵、轴流泵等。轴流泵的特点压力低、流量大；离心泵的特点压力高、流量小；混流泵介于两者之间。2) 容积式泵 它是利用工作室容积周期性的变化来输送液体，如活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、齿轮泵、螺杆泵等。3) 其他类型泵利用液体能量来输送

2、液体的泵，如射流泵、真空泵等。 叶片式泵在电厂中应用较为广泛，下面我们介绍下叶片泵的分类。 叶片式泵按其结构形式，分类如下：1) 按主轴方向（1） 卧式泵：主轴水平放置；如主给水泵、辅给水泵、上冲泵。（2） 立式泵：主轴垂直放置；如主泵、主慢、停冷、ECC泵。2) 按液体流出叶轮的方向（1） 离心泵装径流式叶轮；液体沿与轴线垂直的方向流出叶轮。如RCW、RSW、主给水泵、凝泵。（2） 混流泵装混流式叶轮；液体沿与轴线倾斜的方向流出叶轮。如CCW（2） 轴流泵：装轴流式叶轮；液体沿平行轴线的方向流出叶轮。3) 按吸入方式（1） 单吸泵装单吸叶轮； 如凝泵 （2） 双吸泵装双吸叶轮。如RCW、RS

3、W 4) 按级数（1） 单级泵：装一个叶轮；（2） 多级泵：同一根轴上装两个或两个以上的叶轮。5) 按叶片安装方法（1） 可调叶片：叶轮的叶片安放角可以调节的结构；（2） 固定叶片：叶轮的叶片安放角度是固定的结构。6) 按壳体剖分方式（1） 分段式：壳体按与主轴垂直的平面剖分；（2） 节段式：在分段式多级泵中，每一级壳体都是分开式的；（3） 中开式：壳体在通过轴心线的平面上分开；（4） 水平中开式：在中开式中，剖分面是水平的；如RCW （5） 垂直中开式：在中开式中剖分面是垂直的；如RSW7) 按泵体形式（1） 蜗壳泵：叶轮排出侧具有带蜗室的壳体；如上冲泵、主给水泵（2） 双蜗壳泵：叶轮排出侧

4、具有双蜗室的壳体；如三期反应堆中的主泵、主慢泵（3） 芯包式泵：泵的转动部件可以整体从泵壳中抽出，便于检修。如火电厂中的主给水泵。（4） 筒式泵：内壳体外装有圆筒状的耐压壳体；如凝泵三、在叶片式泵中，应用最多的就是我们常说的离心泵。下面我们就重点介绍离心泵的工作原理、一般常见的离心泵典型结构、离心泵的构造、离心泵的性能参数与性能曲线、泵的汽蚀现象及危害、泵起动时应注意的事项。离心泵的工作原理：离心泵是借助于叶轮高速旋转时带动液体一起旋转所产生的离心力，从而使液体获得能量。泵中主要起作用的是叶轮，叶轮中的叶片强迫液体旋转，液体在离心力的作用下向四周甩出。这种情况像转动雨伞，雨伞上的雨滴向四周甩出

5、的情形相仿。泵内的液体甩出去之后，新的液体在大气压力作用下进到泵内。如此，液体连续不断的从泵内流出。泵在开动之前，应先灌满水，否则叶轮只是带动泵内的空气旋转，因空气的重度很小，由此产生的离心力甚小，无力把泵内和管路内的空气全部排出，即不能在泵内产生真空，因而水也就吸不上来。 图1 离心泵工作原理图1- 过滤网 2-吸入管路 3-泵 4-排出管路 Ms-真空表 Mt-压力表 -吸水池 -排水池 Hsz-泵安装高度 Hz-吸、排水池液面高度差 z2、z1-泵出、进口到测量基准面的距离离心泵的组成与构造离心泵主要由叶轮、轴、吸入室、导叶、压出室、轴承、密封装置、轴向推力装置等组成。离心泵的结构形式虽

6、多，但其工作原理相同，主要零件的作用和形状也相似。现分别叙述如下：1) 叶轮叶轮是将原动机输入的机械能传递给液体并提高液体能量的零件，液体由叶轮中心进入，由轮缘排出。叶轮的形式有封闭式、半开式和开式叶轮三种。封闭式叶轮在叶片的两侧均有盖板，面半开式叶轮只有后盖板，开式叶轮没有盖板。半开式叶轮和开式叶轮一般很少采用。只在输送含有杂质的液体时，才采用。2）轴轴时传递动力的主要部件，轴的材料一般选用碳钢（35、45#），在功率高压泵采用40Cr钢。3）吸入室为了使液流均匀，并在损失最小的情况下进入叶轮，离心泵在叶轮前都设有吸入室。4）导叶分段式多级离心泵都装有导叶，导叶的作用是改变叶轮出口处高速液流

7、的方向，并将液流均匀地输入下一级叶轮入口处。5）压出室在末级叶轮的出口处设置有压出室，其作用是收集从叶轮流出的液体并将液体送至出口管。6）轴承轴承是支持离心泵转子的部件，承受径向或轴向负荷。离心泵的轴承一般分为滚动轴承和滑动轴承两大类。滑动轴承一般用在高转速的大型离心泵上。7）密封装置离心泵的转轴通过泵壳处都有一定的间隙，为了防止向外泄漏，需进行适当的密封。这种密封称为外密封装置，常见的外密封装置有填料密封、机械密封。此外，由开叶轮的出口压力高于入口压力，就有部分液流返回到叶轮入口处。为了减少这部分泄漏损失，在叶轮口环、导叶上均装有密封环。这种密封叫内密封装置。A、 填料密封填料密封结构如下图

8、所示，它由填料盒、水封环、填料及填料压盖、紧固螺栓组成。填料压入填料盒内，对准水封管口，放入水封环。水封管通入冷却水，起润滑和冷却作用。填料的松紧由紧固螺栓和压盖调整，不宜太松也不宜太紧。图2B、 机械密封机械密封是靠两个经过精加工的端面（动环、静环）沿轴向紧密接触来达到密封目的的，所以又称为端面密封。机械密封在工作时，动环和静环之间应通入冷动水形成水膜，起冷却和润滑作用。因此，在泵起动前应先通水。8）轴向推力平衡装置单面进水的离心泵在运行时，由于作用于叶轮两侧的压力不等，产生了一个指向泵入口端并与轴平行的推力，这种推力就称为轴向推力。多级高压泵的轴向推力更大，使整个转子压向吸入侧，对泵的运行

9、十分不利。因此必需采取措施平衡轴向力。A、 采用双吸叶轮单级泵可采用双吸叶轮来平衡轴向推力，因为吸入侧对称，两侧压力差互相抵消，但由于制造质量及两侧水流差异，还会有轴向推力，不可能完全达到平衡。最终需推力轴承来承受余下的轴向推力。B、 采用叶轮对称布置。在多级泵中，为了平衡轴向推力，将叶轮分别按“面对面或背靠背”方式排列在一根轴上。如下图所示：C、 采用平衡盘图7平衡盘装置多级泵中，多采用平衡盘来平衡轴向力。平稳盘装置如下图所示，它装在泵的最末一级叶轮后面。用键固定于轴上，并用背帽压紧。平衡盘后的空间用平衡管与泵的第一级叶轮吸入室相通，使之保持低压。这样在平衡盘两侧就会产生压差，可起到平衡轴向

10、力的作用。D、 装设平衡鼓图8平衡鼓是一个鼓形轮盘，它是装置在多级泵的最后一级叶轮的后面，并与叶轮一同固定在转轴上，如下图所示，平衡鼓与泵体间有一圆环形径向间隙。高压液体通过该间隙漏，压力下降。通过平衡管引入泵的入口，这样在平衡鼓两侧形成一压力差，由此产生平衡力来平衡轴向推力。一般常见的离心泵典型结构如下1) 单级悬臂式离心泵（图9）图9单级悬臂式离心泵泵1轴；2轴封箱；3扩压管；4叶轮；5吸水室；6口环；7蜗壳（压水室）这种泵的转子，用位于一侧的轴承支承，叶轮悬臂地装在轴的一端。通常吸入口沿着轴向。排出口向上，根据要求也可以作成不同方位的组合。2) 单级双吸离心泵（图10）这种泵的叶轮是双吸

11、的，转子用两端的外轴承支承。吸入口和排出口的方向可以考虑各种不同的组合，但一般是水平吸入和水平推出。壳体是水平中开的，但也有单端盖或双端盖式结构。端盖式结构的优点是在高温和高压下，壳的变形小，检修方便。 图10 单级双吸离心泵1下泵体；2上泵体；3叶轮；4轴；5口环；6轴套；7填料套；8填料；9液封圈；10水封管；11填料压盖；12轴套螺母；13固定螺钉；14轴承体；15轴承体盖； 16单列向心球轴承；17圆螺母；18联轴器部件；19轴承挡套；20轴承端盖；21双头螺栓；22键3) 蜗壳式多级泵（图11）这种泵采用螺旋形压水室。液体通过级间过渡流道从前一级压水室流到下一级吸水室。壳体是水平中开

12、的，吸入口和排出口位于下泵体上，这样不拆开管路即可拆开泵盖(上泵体)，检修泵的内部，用于高温时，下泵体多在过泵轴中心线的平面支承(中心支承式)，并且装有导向键，以减小高温下的变形。叶轮对称布置，自动平衡轴向力。 图11 蜗壳式多级泵4) 节段式多级泵(图12)这种泵的结构，是在各叶轮、中段的两端，装吸入盖(前段)和排出盖（后段），然后把这些零件用穿杠把紧。轴承装在泵的两端。叶轮按同一方向布置，用末级叶轮后的平衡盘平衡轴向力。 5) 大型立式单级泵(图13)这种泵一般为单吸单级泵。泵具有直锥形吸水室和螺旋形压水室。泵与立式电动机直接连接，轴向力由电动机的推力轴承承受。 图12 节段式多级泵 图1

13、3 大型单级立式泵离心泵的性能参数与性能曲线一、表征离心泵主要工作性能的参数有以下几个：1） 流量流量是泵在单位时间内输送出去的液体量(体积或重量)。体积流量用Q表示。重量流量用QG表示。重量流量和体积流量之间的关系为 式中 液体的重度。=g2） 扬程泵的扬程是泵所轴送的单位重量液体从泵进口处(泵进口法兰)到泵出口处(泵出口法兰)能量的增值。也就是单位重量液体通过泵获得的有效能量，单位是，即根据泵扬程的定义，可以写为式中 泵出口处单位重量液体的能量(米)； 泵进口处单位重量液体的能量(米)。单位重量液体的能量，在水力学中称为水头，它通常是由压头（米）、速度头(米)和位置水头z（米）三部分组成，

14、即式中 泵出口、进口处液体的压力； 泵出口、进口处液体的绝对速度； 泵出口、进口到任选的测量基准面的距离(图1)。因此，泵的扬程可写为3） 转速泵的转速，用n表示，是泵轴每分钟旋转的次数，单位是转/分。4） 汽蚀余量泵的汽蚀余量，用表示。是表示泵汽蚀性能的主要参数。国外称为净正吸入水头，常用NPSH表示。目前对泵内流体的空泡现象理论研究或计算，大多数还是以液体汽化压力作为初生空泡的临界压力。所以要避免发生空泡现象即避免泵内发生汽蚀。至少应该使泵内液流的最低压力大于液体在该温度时的汽化压力，即。那么，在泵吸入口的液流除了它的静压头要高出汽化压力的能头外，还应余有多少就是问题讨论的关键，这个余量国

15、内习惯称之为汽蚀余量（或吸入余量）。为了更进一步研究汽球蚀现象，引入了有效汽蚀余量、必需汽蚀余量的概念。有效汽蚀余量就是指液体自水池经吸水管路到达泵吸水口后，所余的高出汽化压力能头的那部分能量，这部分能头用符号表示。泵吸入口液体的总能量是取决于吸水管路系统。则 由上式可看到，等号右端任何一项的变化均会影响到值的变动。换言之，有效汽蚀余量数值的大小是由吸水管路系统的参数和管路中的流量所决定，而与泵的结构无关。故在有的文献将称为泵的有效汽蚀余量。欲使水泵运转时，不发生空泡的必要条件是的值大于某个规定值，即。必需的汽蚀余量：有的文献称为泵的汽蚀余量，用符号表示，为什么有效汽蚀余量的数值降低到一定的程

16、度，泵内液流就将发生空泡呢？通过讨论就可以了解到它们内在的联系。泵的吸入口并不是泵内压力最低的地方，液体自吸入口流到叶轮的过程中，在能量未增加之前，它的压力还有继续降低。这是因为：1）从泵吸入口到叶轮进口流道的过流面积一般是收缩的，所以在流量一定的情况下，液流的流速要升高，因而压力相应地降低；2）流速变化均会带来水力损失，消耗部分压能，使液体压力降低。3）当液流进入叶轮道，在绕流叶片头部时，液流急骤转弯，流速加大，这在叶片背面点处更为显著（图14），造成液体在点的压力急骤降低。以后由于叶片对液体作功，使它获得能量，压力逐渐升高，在离开叶轮液压力达到 图14 液体绕流叶片头部的压力变化由以上可知

17、，液流在泵内压力最低的地方是在叶片进口边附近的K点处，为此可用伯努利方程来研究液体进入泵后到K点的能量平衡关系，从而可弄清楚的物理意义。最后有必要提出，英美各国从不同的角度将汽蚀余量的概念分为两部分。从水泵吸入管路系统的参数计算的汽蚀余量用英文NPSHA表示，它是NET Positive Suction Head的缩写，角标A是Aviaible的字头，全文意思是有效的净正吸入水头，也就是液体在泵入口处高出汽化压力的那部分能头。这相当于我们所提的。而设计者或泵制造厂根据经验公式计算或空泡性能试验确定的汽蚀余量用NPSHR表示，角标R是Required的字头，全文意思是必需的净正吸入水头。这样甲乙

18、双方使用的汽蚀余量分得很清楚，不容易混淆。制造厂向用户提供的是泵的NPSHR，而用户在订货时必须向制造厂说明泵使用处的NPSHA，双方应满足的条件是 5） 功率和效率泵的功率通常指输入功率，也就是原动机传到泵轴上的功率，故一般称为轴功率，用N表示。泵的输出功率，又称为有效功率或液体功率，用表示，它表示单位时间内泵输送出去的液体从泵中获得的有效能量。因为泵的扬程是单位重量的液体从泵中获得的有效能量，所以扬程和重量流量之乘积，就是单位时间内从泵中输出液体所获得的有效能量。因而，泵的有效功率为或 (1-3)式中 泵输送液体的重度(牛顿/米3)； Q泵的流量（米3/秒）； H泵的扬程(米)。 轴功率和

19、有效功率之差是泵内的损失功率，其大小用泵的效率来计量。泵的效率为有效功率和轴功率之比，一般用小数或百分比表示。效率的表达式为 二、离心泵的性能曲线离心泵的性能曲线，就是在泵的转速固定不变的情况下，将扬程、轴功率、效率等值，随流量变化面相就变化的关篆，用曲线表示出来，这此曲线称为离心泵的性能曲线或特性曲线。 离心泵的性能曲线就是泵的主要性能参数之间的关系曲线，对于用户选择水泵，了解水泵的性能及经济合理地使用水泵有着重要的作用。 离心泵的性能曲线主要有：Q-H 、 Q-P 、 Q-曲线。 汽蚀现象与汽蚀的危害及防止措施一、汽蚀现象和汽蚀的原因汽蚀会损坏泵的叶轮、导叶和泵壳，使泵无法运行。输送的介质

20、温度接近饱和状态下的泵，如给水泵、凝泵等，更易发生汽蚀。因此，在这类泵的安装和运行中，要特别注意防止汽蚀的发生。离心泵和轴流泵在输送液体时，在叶轮的入口处形成低压区，如果这个地方的液体压力等于或低于在该温度下液体的汽化压力，就会有蒸汽及溶解在液体中的气体从液体中大量产生，形成许多蒸汽和气体的混合气泡。气泡被液流带到压较高的区域时，气泡受压破裂而重新凝结，这时，液体的质点从气泡四周向气泡中心加速运动，质点互相撞击，产生很高的局部压力。这种压力很大，可高达30Mpa以上，且频率很高，可达60025000Hz。这种现象如果在金属表面附近发生，则液体质点就象无数小弹头一样，连续打击在金属表面上，使金属

21、表面硬化、脆化，产生局部疲劳现象。在金属表面上，晶粒首先剥落，产生细小裂纹，裂纹的产生，又使应力更加集中，加速晶粒的剥落速度，以致使叶轮表面出现麻点、蜂窝。这冰是汽蚀给叶轮造成的机械腐蚀。二、 汽蚀的危害性1） 泵的运行工况恶化泵在运转过程中，如发生汽蚀，因液体中含有气泡，故扬程会略有下降。但由于气泡数量不多，汽蚀区域较小，人们还不易觉察出汽蚀对泵正常运行的影响。如汽蚀程度继续增加，气泡大量产生，即可发现泵的进出口的压力表计开始波动，泵的响声时重时轻，电机的电流时大时小。这时，如不采取措施汽蚀进一步加剧，泵的扬程、功率及效率曲线迅速下降，流量减少直至断水。如下图所示：2） 发生水锤与振动当泵发

22、生汽蚀时，由于气泡 在液体压力高的地方迅速缩小和消失，在水泵内部发生水锤现象，泵内发出敲击声。水锤的压力是非常高的，伴随着水锤的敲击声，泵同时发生振动。 3） 缩短使用寿命泵零件受到汽蚀，金属表面迅速脆化，出现微小裂隙纹，呈现蜂窝麻点状损坏，使叶轮等迅速破裂，缩短了泵的使用寿命。三、 防止汽蚀的措施1） 增大泵的吸入高度2） 装置前置泵3） 装置诱导轮4） 首级叶轮采用双吸式叶轮5） 采用抗汽蚀材料离心泵起动时应注意的事项1） 打开泵的入入口阀，对泵进行注水排气，往机械密封处注水排气。2） 检查油位是否正常，若是压力油润滑应先启动润滑油泵，检各轴承的回油及油压情况。3） 检查冷却水投入是否正常。4） 关闭泵出口门或微开出口门。从前面泵的性能曲线图可知，当转速不变时，离心泵的轴功率N随流量Q的增大而加大。所以离心泵一般均关闭出口门的启动方式。减少对电网的冲击。而轴流泵，轴功率随流量的增加而减小，因此轴流泵应开阀起泵。5） 对于输送热水的给水泵，在热态起动前还应进行充分的暖泵。6） 当泵达到额定转速后，调节泵的出口门，使泵的出口压力维持在额定值。7） 检查泵的轴承振动及轴承温度是否正常。