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离心泵的结构与原理

  • 发布日期:2021-09-15      浏览次数:54
    • 离心泵的结构与原理

      一、离心泵的基本结构

       离心泵的结构

      1.叶轮

      叶轮是离心泵的主要零部件,是对液体做功的主要元件。叶轮尺寸是通过水力计算来确定的,它一般由两个圆形板以及之间若干弯曲的叶片和轮毂所组成,叶片固定在轮毂上,轮毂中间有穿轴孔与泵轴相联接。

      按吸液方式不同可将叶轮分为单吸式与双吸式两种单吸式叶轮结构简单,液体只能从一侧吸入。单吸式叶轮如图4-1-3所示,叶轮的前、后盖板呈不对称状。双吸式叶轮可同时从叶轮两侧对称地吸入液体,它不仅具有较大的吸液能力,而且基本上消除了轴向推力。双吸式叶轮有两个吸水口,前后盖板呈对称状,一般大流量离心泵多采用双吸式叶轮。

      叶轮按其盖板情况又可分为开式、半开式和闭式三种形式,如图4-1-4所示,开式叶轮没有前、后盖板而只有叶片;半开式叶轮只有后盖板而没有前盖板;闭式叶轮既有前盖板,又有后盖板。一般闭式叶轮多用于离心式清水泵中,而在抽升含有悬浮物的污水泵中则采用开式或半开式叶轮,以免污物堵塞流道。

           

      2.泵轴

      泵轴的作用是用来传递扭矩,使叶轮旋转。泵轴的常用材料是碳素钢和不锈钢。泵轴应有足够的抗扭强度和足够的刚度。叶轮和轴靠键相联接,由于这种联接方式只能传递扭矩而不能固定叶轮的轴向位置,故在水泵中还要用轴套和锁紧螺母来固定叶轮的轴向位置。叶轮采用锁紧螺母与轴套轴向定位后,为防止锁紧螺母退扣而产生松动,要防止水泵反转,尤其是对于初装水泵或解体检修后的水泵要按规定进行转向检查,确保与规定转向一致。

      a)闭式叶轮             b)半开式叶轮               c)开式叶轮


      3.泵壳

      )通常铸成蜗壳形,是主要固定部件,它收集来自叶轮的液体,并使液体的部分动能转换为压能,最后将液体均匀地导向排出口;泵壳顶上设有充水和放气的螺孔,在水泵启动前用来充水或排走泵壳内的空气;在泵壳的底部设有放水螺孔,以便在水泵停车时放空积水。


      为了减少离开叶轮的液体直接进入泵壳时因冲击而引起的能量损失,在叶轮与泵壳之间有时装置一个固定不动而带有叶片的导轮。导轮中的叶片使进入泵壳的液体逐渐转向而且流道连续扩大,使部分动能有效地转换为压能多级离心泵通常均安装导轮。

      4.泵座    

      其作用是固定水泵。泵座上有与底板或基础固定用的螺栓孔,在泵座的横向槽底开有泄水螺孔,以随时排走填料盒内流出的渗漏水。泵壳和泵座上的这些螺孔,如果在水泵运行中暂时无用,可以用带螺纹的丝堵堵住。

      5.变速箱

      变速箱通过齿轮传动改变叶轮的输入转速。通常为两级增速齿轮,使得叶轮得到更高的转速。包括输入轴,轴承,驱动齿轮,从动齿轮,变速箱体,油封等。根据不同的工作转速,可配置附加冷却装置保证变速箱工作温度在正常范围内,具体结构见图4-1-6。


      6.轴封装置

      由于泵轴转动而泵壳固定不动,在轴泵壳的接触处必然有一定间隙。为避免泵内高压液体沿间隙漏出,或防止外界空气从相反方向进入泵内,必须设置轴封装置。离心泵常用轴封装置有三种:有骨架的橡胶密封、填料密封和机械密封。

      1)有骨架的橡胶密封

      在这种密封装置中,密封碗是主要的密封元件,这种密封方法是利用橡胶的弹力和弹簧圈的压力将密封碗紧压在轴套上,优点是结构简单,体积小,密封效果比较显著,缺点是密封碗的内孔尺寸容易超差,将轴套压得太紧,消耗功率比机械密封大,密封机构安装要求较严,而且密封碗强度、耐热性和耐腐蚀性都不理想,寿命较短。因此在消防泵使用中,一般都需加上润滑脂进行润滑,如图4-1-7所示


      2)机械密封

      机械密封又称端面密封,其结构如图4-1-8所示。由一个装在转轴上的动环和另一固定在泵壳上的静环所构成。两环的端面借弹簧力互相贴紧而作相对转动,起到了密封的作用。机械密封适用于密封较高的场合



      1-弹簧座;2-弹簧;3-传动销;4-动环密封圈;5-动环;6-静环;7-静环密封圈;8-防转销

      机械密封由主要密封元件和辅助密封元件两部分组成。

      机械密封有如下优点:

      几乎可完全防止泄漏,因此可以提高泵的效率;可以节省功率,由于接触面小,各面又经过精密研磨,因而与橡胶密封相比,磨擦阻力小得多;轴不受磨损;由于轴与磨擦面无关,故在压盖部分没有磨损;操作简单,运转中不需要调整压盖;使用寿命很长。

      机械密封的缺点是接触面必须绝对精密加工,价格昂贵,并且一旦损坏,更换密封很麻烦。此外安装精度对机械密封的工作情况有很大影响,安装得不好,会出现泄漏和降低寿命。

      机械密封在装配时,要注意其轴向串量不允许超过±0.05mm;如有轴套时,不允许轴套有轴向移动;装配完后,端面跳动允差为0.06mm。

      3)填料密封

      填料密封是常用的一种轴封装置,将泵轴穿过泵壳的环隙作成密封圈,于其中装入软填料,从而保持密封4-1-9是较常见的填料密封,由轴填封套、填料、水封管、水封环和填料压盖5个部件组成。

      填料又称“盘根",在轴封装置中起阻水隔气的密封作用。常用的填料是浸油、浸石墨的石棉绳填料。近年来又出现了各种耐高温、耐磨损以及耐强腐蚀的填料。为了提高密封效果,填料绳一般做成矩形断面。填料压盖的作用是用来压紧填料,它对填料的压紧程度可通过拧松或拧紧压盖紧固螺栓来进行调节。使用时,压盖的松紧要适宜,压得太松,则达不到密封效果;压得太紧,则泵轴与填料的机械磨损大,消耗功率大,如果压得过紧,则有可能造成“抱轴"现象,产生严重的发热和磨损。一般地,压盖的松紧以水能通过填料缝隙呈滴状渗出为宜。水封管与水封环的作用是将泵内的压力水引入填料与泵轴间的缝隙,起到引水冷却与润滑的作用。


      7.减漏环

      叶轮吸入口的外圆与泵壳内壁的接缝处存在一个转动接缝,它是高低压交界面,且具有相对运动的部位,很容易发生泄漏。为了减少泵壳内高压水向吸水口的回流量,一般在水泵的构造上采用两种减漏方式。

      1)减小接缝间隙,要求接缝间隙不超过0.1~0.5mm。

      2)增加泄漏通道中的阻力。

      实际应用中,该接缝间隙处容易发生叶轮与泵壳间的磨损现象,影响叶轮各泵壳的使用寿命。为此,要在泵壳上镶嵌一个金属环,该环的接缝面可做成多齿形以增加水流回时的阻力,提高减漏效果,这种金属环被称为减漏环,其外形与安装示意图如图1-10,三种不同形式的减漏环,如图4-1-10所示。减漏环的另一作用是承磨,因为在实际的运行中,该部位的磨擦是难免的,水泵中有了减漏环,当磨擦使间隙变大后,只需更换减漏环,从而避免使叶轮和泵壳损坏。因此,减漏环又称承磨环,是一个易损件。


      8.轴承座

      轴承座是用来支撑承轴的。轴承装于轴承座内作为转动体的支持部分。轴承座的构造如图4-1-11所示。轴承与轴是过盈配合,装配前应先将轴承在机油中加热到120°左右,使轴承受热膨胀后再套在轴上,轴承的拆卸一般要用专用工具,无论是安装还是拆卸轴承,都要注意按规定操作,切勿野蛮作业,以防损坏轴和轴承。



      二、离心泵的工作原理

      离心泵在启动之前,应先用水灌满泵壳和吸水管道。当原动机使泵轴转动时,带动叶轮和水作高速旋转运动,此时,水受到离心力作用被加速后甩出叶轮,经涡形泵壳中的流道而流入水泵的压出管道,在这一过程中,水的部分动能转换成压力能。与此同时,水泵叶轮中心处由于水被甩出而形成真空,吸水池中的水便在大气压力作用下沿吸水管道而源源不断地流入叶轮吸入口,又受到叶轮的作用,这样一来就形成了离心泵的连续输水,如图4-1-12所示。



      为更好地理解离心泵的工作原理,可以将其工作过程转换为以下三个问题:

      1)水是怎样在叶轮里获得动能的?

      2)水的部分动能是如何转化为出水口的压力能的?

      3)水为什么会源源不断地流进叶轮,进而使水泵能连续出水?

      可见,离心泵的工作过程,实际上是一个能量的传递和转换的过程。它把原动机旋转的机械能转化为被提升水的动能和压力能。在这个转化过程中,必然伴随着许多能量损失,从而影响离心泵的效率。这种能量损失越大,离心泵的性能就越差,工作效率就越低。在启动时,如果泵内有空气,则由于空气密度远比液体的小,所以叶轮旋转后空气产生的离心力也小,使叶轮吸入口中心处只能造成很小的真空,液体不能进到叶轮中心,泵就不能出水。

      三、离心泵的工作必要条件

      离心泵的工作必要条件是事先给泵内灌满水。

      如果泵壳内有空气,由于空气的密度远小于液体的密度,其所产生的离心力很小,而不足以使得叶轮中心处形成低压,液面与中心处的压强差很小,液面位于泵下面的液体不能在压强差的作用下被吸入泵内,这时泵具有空转而不能吸液,排出口不可能有液体排出。因此,要求离心泵在起动之前事先灌满水。这表明离心泵无自吸能力,此现象称为气缚。吸入管路安装单向底阀是为了防止启动前灌入泵壳内的液体从壳内流出空气从吸入管道进到泵壳中造成气缚。很显然,对于移动使用的水泵(如车用泵或手抬机动泵)而言,事先灌水有诸多不便。为此,移动使用的离心泵都须配置引水装置,如滑片泵、水环泵、喷射泵等,同时要求引水装置的性能较好。



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