常见泵的分类及工作原理第十六章 常见泵的分类和工作原理 泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加，主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。水泵性能的技术参数有流量、吸程、扬程、轴功率、水功率、效率等；根据不同的工作原理可分为容积水泵、叶片泵等类型。容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量；叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量，有离心泵、轴流泵和混流泵等类型。 第一节 泵的分类及在电厂中的应用 一、泵的分类 ...
第十六章 常见泵的分类和工作原理 泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加，主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。水泵性能的技术参数有流量、吸程、扬程、轴功率、水功率、效率等；根据不同的工作原理可分为容积水泵、叶片泵等类型。容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量；叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量，有离心泵、轴流泵和混流泵等类型。 第一节 泵的分类及在电厂中的应用 一、泵的分类 （一）按照泵的工作原理来分类，泵可分为以下几类 1、容积式泵 容积式泵是指靠工作部件的运动造成工作容积周期性地增大和缩小而吸排液体，并靠工作部件的挤压而直接使液体的压力能增加。 容积泵根据运动部件运动方式的不同又分为：往复泵和回转泵两类。 按运动部件结构不同有：活塞泵和柱塞泵，有齿轮泵、螺杆泵、叶片泵和水环泵。 2、叶轮式泵 叶轮式泵是靠叶轮带动液体高速回转而把机械能传递给所输送的液体。 根据泵的叶轮和流道结构特点的不同，叶轮式泵又可分为： 离心泵（centrifugal pump） 轴流泵（axial pump） 混流泵（mixed-flow pump） 旋涡泵（peripheral pump） 喷射式泵（jet pump） （二）其它分类 1、泵还可以按泵轴位置分为： （1）立式泵（vertical pump） （2）卧式泵（horizontal pump） 2、按吸口数目分为： （1）单吸泵 (single suction pump) （2）双吸泵 (double suction pump) 3、按驱动泵的原动机来分： （1）电动泵（motor pump ） （2）汽轮机泵（steam turbine pump） （3）柴油机泵（diesel pump） （4）气动隔膜泵（diaphragm pump 如图16－1 为泵的分类 图16－1 泵的分类 二、很多类型泵在电厂中的典型应用 离心泵 凝结水泵、给水泵、闭式水泵、凝补水泵、定子冷却水泵、定排水泵、炉水循环泵 轴流泵 循环水泵 往复泵 EH油泵 齿轮泵 送风机液压油泵、磨煤机液压油泵、引风机电机润滑油泵 螺杆泵 空预器导向轴承油泵、空预器支撑轴承油泵、空侧交流密封油泵 喷射泵 主机润滑油系统射油器、射水抽气器 水环式真空泵 水环式真空泵 第二节 离心泵的理论基础知识 离心泵最重要的包含两个部分：1.旋转的叶轮和泵轴（旋转部件）。2.由泵壳、填料函和轴承组成的静止部件。正常运行时，叶轮非常快速地旋转，在惯性力的作用下，位于叶轮中心的流体被甩向外周并获得了能量，使流向叶轮外周的液体的静压强提高，流速增大。液体离开叶轮进入蜗壳内，在蜗壳内液体的部分动能会转换成静压能。于是较高压强的液体从泵的排出口进入排出管路，被输送到所需的管路系统。同时，叶轮中心由于液体的离开而形成真空，如果管路系统合适，则外界的液体会源源不断地吸入叶轮中心，以满足水泵连续运行的要求。 如图16－2所示。 图16－2 离心泵的工作原理 一、离心泵的性能参数 （一）流量 指泵在单位时间内能抽出多少体积或质量的水。体积流量一般用m3/min、m3/h等来表示。 （二）扬程 又称水头，是指被抽送的单位质量液体从水泵进口到出口能量增加的数值，除以重力加速度，用H表示，单位是m。 （三）功率 是指水泵在单位时间（S）内所作功的大小，单位是KW。水泵的功率可分为有效功率和轴功率。 1、有效功率又称输出功率:指泵内水流实际所得到的功率，用符号P0表示。 2、轴功率:轴功率又称输人功率，是指动力机传给泵轴的功率，用符号P表示。 轴功率和有效功率之差为泵内的损失功率，其大小可用泵的效率来计量。 （四） 效率 反映了水泵对动力机传来动力的利用情况。它是衡量水泵工作效能的一个重要经济指标，用符号表示。 （五）转速 指泵轴每分钟旋转的次数，用符号n表示，单位是r/min. （六）汽蚀余量 汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量。单位用m标注，用NPSH表示。 二、离心泵的性能曲线 泵的性能曲线，标志着泵的性能。泵各个性能参数之间的关系和变化规律，可以用一组性能曲线来表达。对每一台泵来讲，当一台泵的转速一定时，通过试验的方法，可以绘制出相应的一组性能曲线，即水泵的基本性能曲线。性能曲线一般以流量为横坐标，用扬程、功率、效率和汽蚀余量为纵坐标来绘制曲线。 （一）流量与扬程曲线 离心泵的流量与扬程的曲线所示，水泵作为一种通过管道来提升或移动流体的机械。水泵能提升流体到达垂直管道的A点，即流量为零，泵的作功只是与流体的重力与质量相等。（即流体的势能）因此，A点也被称为关断水头（SHUTOFF-HEAD）；如果想象转动出水管从A点到F点，则水管变为水平管，则泵出的流体的势能变为零而流量变为最大值。能够准确的看出，调整出水管道的倾斜角度（即调整出水管道的阻力），即可得到我们想的流量和扬程。 (二) 流量与效率曲线所示，离心泵效率曲线可以看作是一条弹道曲线，其效率表现为从其最高效率点（BEP）向两侧下降的变化趋势。即泵的效率随流量的增加而增加，到达高效点后，其效率随着流量的增加而减少。 图16－4泵的流量与效率曲线 (三) 流量与功率曲线 通常来说，离心泵的轴功率随流量的增加而逐渐增加，曲线有上升的特点。（但在一些特殊的泵中，其功率会保持直线甚至会随流量的增加而下降）当流量为零时，轴功率最小。因此，为便于离心泵的启动和防止超载，启动时，应将出水管路上的阀门关闭，启动后再逐渐打开。轴流泵的启动与离心泵相反。如图16－5所示。 图16－5离心泵的流量与功率的曲线 (四) 流量与汽蚀余量曲线 NPSHr(the Net Positive Suction Head required)-即泵的必需汽蚀余量，它代表了泵的最低运行要求，如果泵的入口压力未达到规定的NPSHr，则泵就会发生汽蚀不能运行。 离心泵的汽蚀余量曲线一般
为：当流量从零和高效区之间变化时，其NPSHr几乎是一条直线或有很小的变化，但是通过高效区的范围后，则其NPSHr会以指数变化剧增。如图16－6所示。 图16－6 离心泵的流量与NPSHr的关系 图16－7离心泵的性能曲线为离心泵的性能曲线） 当泵运行在“A”点时，其对应的流量为“Q”，扬程为“H”；此时泵的效率最高，其能耗也在中间水平，同时其必需汽蚀余量也处于将要剧升的边缘。 （2） 当泵运行到“B”点时，其流量减少而压头升高。泵运行在高效率区的左边，其效率下降损失增加。但其功率相应减少，NPSHr也相应减少。但是，由于效率的下降和流量的减少，泵开始振动并加热泵内的流体。当热量不能被流体带走时，温度就会升高，达到对应的饱和温度后，液体开始汽化，引起泵的振动和损坏。 （3） 当泵运行在“C”点时，其流量增加而压头降低。同时泵的效率也下降。泵的功率会升高甚至会过负荷。而泵的NPSHr迅速增加，离开泵的流量大于进入泵的流量，泵内压力变低，当达到对应压力、温度下的饱和状态时，泵内的液体开始汽化沸腾，泵开始发生汽蚀，引起泵的损坏。如图16－8所示。 图16－8泵的叶轮因汽蚀损坏图 图16－9泵的运行区域图 总之，对于泵的运行来讲，正常运行时泵应运行在“A”区，如图16－9所示。此时泵的效率最高，能耗利用率最好。为了尽最大可能避免泵的损坏，泵的运行要避开“C”“D”区。而可以短时间运行在“B”区。“B”区在“A”区的左边，即在高效区的左边，此时泵的效率较差，损失较多。同时其轴向推力也较大，易造成推力轴承的损坏。所以为了能够更好的保证泵的运行安全，可根据泵的相似定律来对泵做改造或改变泵的转速，以达到在保证泵的安全运行的前提下，满足系统流量和压力的要求。对于运行人员，我们要熟悉泵的运行曲线并熟练地应用它们，只要泵运行在高效区内并很好地作好维护工作，它就能保证安全长时间运行。 三、泵在系统中的运行 所有泵的设计都是为满足系统运行要求的。这个要求即是系统的总动力水头(TDH)（Total Dynamic Head).泵的运作时的状态随着系统的改变而改变。如系统所需的流量改变，则对应的泵的工作点也会改变，即泵的压头、效率、NPSHr都随着变化。如果变化太大，则就会影响泵的安全经济运行。 (一)系统的总动力水头(TDH)包括以下四个方面： 1.Hs-静压头（the static head)。是指泵送液体的来源和目的地之间的高度差，当泵入口的液体表面位置不同时，其静压头是不同的。 2.Hp-压力水头（the pressure head) 。它表示液体表面的压力之差。 3.Hv-速度水头（the velociyt head)。它表示液体流过系统时的能量消耗。 .式中v-液体流经管道时的速度。 g-重力加速度。 4.Hf-摩擦水头（friction head).它表示液化流经系统时的摩擦损失。 （1）对于管道： （16－1） 式中：Kf-每种
直径管道每一百米的摩擦常数。（可通过查表获得） L-实际管道的长度 （2）对于阀门和异型件： （16－2） 式中：K-各种阀门及异型件的摩擦常数。（可通过查表获得） 综上所述：总动力水头(TDH)= Hs+ Hp+ Hv+ Hf （二）泵的工作点 如图16－10所示：当泵在一个系统中正常运行时，泵对液体的耗功与系统对液体的总动力水头（TDH）是相平衡的。但是强调的是，随着系统的变化，如阀门的开闭，由TDH也发生的变化，其平衡就会打破，泵的工作点也就发生了变化。所以在设计之初，我们一定要计算好系统的TDH，并选择正真适合的泵，使总动力水头（TDH）与最高效率点（BEP）相匹配。 图16－10泵的运行曲线 四.泵的相似定律与变转速运行 在电力生产中，变转速的泵随处可见，如由液力偶合器带的给水泵或由小汽轮机接带的水泵、风机等等。特别是近年来变频装置的成熟与普及，使得变速泵的运行慢慢的变多。它能够大大减少管道的节流损失，更加节能。所以我们应掌握变频泵的运行规律。 （一）泵的相似定律的前提： 1.几何相似 — 两台水泵在结构上完全相仿，对应尺寸的比值相同，叶片数、对应角相等； 2.运动相似 — 两台水泵内对应点的液体流动相仿，速度大小的比值相同、方向一致（即速度三角形相似）； 3.动力相似 — 两台水泵内对应点的液体惯性力、黏性力等的比值相同 (二) 符合相似条件的两台水泵，以下各式成立： = （16－3） （16－4） （16－5） 式中 : Q1，Q2 — 泵1、泵2的流量； n1，n2 — 泵1、泵2的泵轴转速； D1、D2 — 泵1、泵2叶轮外径； P1，P2 — 泵1、泵2、的轴功率； ρ1、ρ2 — 泵1、泵2、输送介质的密度 （两相似泵可以近似地认为容积率、水力效率、机械效率相等。） 对于同一台泵来讲，相似定律则可写成： （16－6） （16－7） （16－6） 式中： Q----泵的流量，m3/s H----泵的扬程,m P----泵的功率,kw n----泵的转速,r/min 从上式看出，对于变转速泵，其流量的变化与转速的一次方而正比；扬程与转速的二次方成正比；功率与转速的三次方成正比。 当叶轮的直径变化时，流量与直径的三次方成正比；扬程与直径的二次方成正比；功率与直径的五次方成正比。此时也叫切削定律。 当泵转速在20%左右变化时，其效率可认为变化不大。 相似定律同样适用于离心式风机。 （三）泵与风机的曲线群 知道了某一转速下的泵的性能曲线，根据相似定律，我们大家可以得到不同转速下的泵的性能曲线，也能得到不同叶轮直径下的泵的性能曲线不同直径下泵的特性曲线不同转速下泵的性能曲线 五、泵与风机的运行调整 当泵与风机运行在系统中的时候，其主要有两个任务，一个是要满足系统的要求，保证系统所需要的流量和压力。同时为了能够更好的保证自身的运行安全，需要对泵的运行区域进行设定，防止泵的损坏。最重要的包含：泵的入口有保证足够的有效汽蚀余量（NPSHa）
必须汽蚀余量（NPSHr）；泵应该运行在高效区域内；泵的流量不能小于最小流量；泵的流量不能高于泵的最大流量。而当系统的需求变化时，系统所需的流量、压力发生了变化，为了能够更好的保证泵的运行安全和满足系统要，要求我们要对泵的工作点做调整。 （一）定转速泵的运行调整 如图16－13所示，只需改变泵的性能曲线或者改变系统曲线，就能改变泵的工作点。对于定转速泵来讲，改变泵的性能曲线较难，一般改变系统的曲线来改变泵的工作点。系统的总动力水头(TDH)=静压头（Hs）+压力水头（Hp）+速度水头（Hv）+摩擦水头（Hf). 从上式看出，只要改变四个水头中任意一个，即可改变系统曲线，从而调整泵的工作点。 1.调整管道的阀门来调整流量 当运行泵为定转速时，通过调整阀门的开度，即使系统的阻力损失发生明显的变化（即调整了摩擦水头），改变了系统的曲线，从而使泵的工作点发生的转移，流量、压力发生明显的变化。如图16－13所示。系统的流量由Q1调整为Q2，使泵的工作点由a变为b，同时由于阀门的节流损失及泵偏离高效区，使得泵的效率下降，能耗增加。如果继续调小流量的话，还有可能进入泵的最小流量区内，造成泵的汽化，使泵损坏，所以节流调整必须在一定的范围内进行。 同时，对于离心泵来讲，为避免发生汽蚀，节流调整一般放在泵的出口管道进行研究。因为入口管道节流后，会使泵的有效汽蚀余量NPSHa
。 图16－14 离心泵的变转速调整 六、泵的并联与串联运行 （一）泵的并联运行 为了提高系统运行的灵活性、可靠性及经济性。一般电厂水泵设置两台同样泵与风机为并联运行方式。如凝结水泵、循环水泵、送风机、引风机等。 图16－15泵的并联运行简图 如图16－15，16－16所示，由于并联运行泵的管路是为两台泵运行设计的，当一台泵运行时，其工作点是在泵的性能曲线高效区的右边，易发生汽蚀。即同样压力下，单独运行时其流量会偏大一些。 图16－16 相同性能泵并联运行时的工作曲线.相同性能泵并联运行的特点 （1） 两台泵并联运行时，其在同样转速下的流量要较泵单独运行时流量之和较小。 （2） 对于并联运行系统，当只有一台泵运行时，其易受到汽蚀的威胁，应引起注意。 （3） 由于泵单独运行时其工作点在BEP的右边，意味着此时泵的功率较大，易引起过负荷，应引起注意。 2.不同性能泵的并联运行特点 不同性能泵并联运行时，出力较低（如变频泵）的泵，则其在启动或者运行中，有可能打不开出口逆止阀，造成泵的流量为零，长时间运行会造成泵的汽化而损坏。所以此种情况下运行，系统的总的流量不能太低，并且在启动时，应优先启动出力较低的水泵。如图16－17所示。 图16－17两台不同性能泵运行曲线 （二）泵的串联运行 图16－18 泵的串联运行 图16－19同性能泵的串联运行性能曲线 有些场合，为得到较高压力的液体，会使用串联泵运行。同理，对于多级离心泵来讲，也相当于单级泵的串联运行。如图16－19 1.同性能泵的串联运行 （1） 如图16－18，串联泵运行后，将得到两倍左右的扬程（但较单独泵运行时扬程的两倍较小）；同时流量基本是单独泵运行时的流量（较单独泵运行时的流量较小）。 （2） 串联泵运行时，如果有一台泵跳闸，由于较高的阻力，易使运行泵工作点左移，泵易造成汽化而损坏。 2.不同性能泵的串联 将不同性能泵的性能曲线迭加，即可得到其运行性能曲线所示，在这种情况下，当流量增加到一些范围，则只有一台泵出力，另一台泵处于相对大流量工况，其NPSHr会剧增，引起泵的汽蚀。 图16－20不同性能泵串联运行性能曲线.定速泵与变速泵的串联 图16－21 定速泵与变速泵的串联 如图16－21所示，在一些高压、大流量的场合，为实现上述目的，常采用定速泵与变速泵相结合的方式上水，如锅炉给水泵。定速泵置于变速泵之前，这样定速泵可以为变速泵提供足够的汽蚀余量，变速泵改变转速为变化的系统提供稳定供水。 4. 变速给水泵的工作区 为了能够更好的保证给水泵的运行和系统的供水安全，在任何工况下，给水泵应运行在工作区范围内，如图16－22所示，其最重要的包含六条曲线） 泵的最高转速曲线nmax。即泵的机械性能决定的最高转速性能曲线） 泵的最低转速曲线nmin。即泵的机械性能决定的最低转速性能曲线） 泵的上限特性曲线。即由不同转速下泵的最小流量点形成的曲线，正常运行时，泵只能运行在上限特性曲线的右侧。如运行在其左侧，则将使泵的流量不足冷却泵产生的热量，从而引起泵的汽化，造成泵的损坏。目前，为防止在低流量，高压力时泵的工作点落入上限特性曲线之右，设计了泵的再循环管道，当泵的工作点接近上限特性曲线时，再循环管道上的阀门打开，以增加给水流量。当工作点向左远离上限特性曲线） 泵的下限特性曲线。即由不同转速下泵的最大流量点形成的曲线，正常运行时，泵只能运行在下限特性曲线的左侧。如超过下限，则泵的在某一转速下的流量太大，超过了泵的最高效率区范围，使泵效率下降；同时，泵的NPSHr大增，泵易发生汽蚀，造成出力下降和泵的振动等故障。故在泵运行在大流量、低压头工况时，适当关小泵的出口调节阀，抬高泵的出口压力，使泵重新再回到工作区内。 （5） 系统的最低给水压力Pmin。即变速给水泵还一定要满足系统对水压的最低要求，防止系统里的设备出故障。如对于锅炉如果上水压力太低，则会造成水循环的破坏，造成水冷壁的爆破。 （6） 系统的最高给水压力Pmax。即变速泵还一定要满足系统对水压的最高要求。如对于锅炉来讲，如果压力过高，会造成安全门启动，甚至管道破裂。 图16－22 变速给水泵的工作区 第三节 各种泵的设备结构及工作原理 一、离心泵 （一） 离心泵的结构 离心泵的结构型式多种多样，分类方式也较多，表16－1中列出了离心泵的基本结构型式， 表16-1离心泵的结构型式 结构特征 形式编码 说明 悬 臂 式 挠性联轴器传动 卧式 底脚安装方法 QH1 中心线 泵安装在底座上且由挠性联轴器连接到驱动机上 有轴承架的立式管道泵 OH3 与泵成一体的轴承箱 刚性联轴器传动 立式管道泵 OH4 刚性联轴器传动 共轴式传动 立式管道泵 OH5 叶轮直接安装在驱动机轴上 与高速齿轮箱成一整体 OH6 叶轮直接安装在驱动机轴上 两 端 支 承 式 单级和双级 轴向剖分式 BB1 径向剖分式 BB2 多级 轴向剖分式 BB3 径向剖分式 单壳式 BB4 双壳式 BB5 筒型泵 立式悬吊式 单壳式 通过扬水管排出 导流壳式 VS1 蜗壳式 VS2 轴流式 VS3 独立排液管 长轴式 VS4 悬臂式 VS5 双壳式 导流壳式 VS6 内层为导流壳 蜗壳式 VS7 内层为蜗壳 1、 单级离心泵 单级离心泵是指只有一级叶轮的离心泵，其主要由以下零部件组成(见图16－23)： (1)泵壳 泵壳有轴向剖分式和径向剖分式两种。大多数单级离心泵的壳体都是蜗壳式的，多级泵径向剖分壳体一般为环形壳体或圆形壳体。一般蜗壳式泵壳内腔呈螺旋型流道，用以收集从叶轮中流出的液体，并引向扩散管至泵出口。泵壳承受全部的工作所承受的压力和液体的热负荷。 (2)叶轮 如图16－23所示，叶轮是唯一的做功部件，泵通过叶轮对液体做功。叶轮的结构型式有闭式、开式、半开式三种。闭式叶轮由叶片、前盖板、后盖板组成。半开式叶轮由叶片和后盖板组成。开式叶轮只有叶片，无前后盖板。闭式叶轮效率较高，开式叶轮效率较低。 图16－23 叶轮的形式 (3)密封环 密封环的作用是防止泵的内泄漏和外泄漏．由耐磨材料制成的密封环，镶于叶轮前后盖极和泵壳上，磨损后可以更换。 (4)轴和轴承 泵轴一端固定叶轮，一端装联轴器。根据泵的大小，轴承可选用滚动轴承和滑动轴承。按作用力方向可分为径向轴承和推力轴承。 (5)轴封 轴封一般有机械密封和填料密封两种。一般泵均设计成既能装填料密封，又能装机 械密封。 单级离心泵结构示意图，如图16－24所示。 图16－24 单级离心泵结构图 2、双吸离心泵 双吸泵的叶轮可以视为由两个单吸叶轮背靠背地组成，就像两个叶轮对称布置，因此能认为工作时不会产生轴向力。但由于制造和装配上的原因，总有尺寸偏差，不可能做到绝对对称，加之液流也不可能绝对对称．因而必然还有残余轴向力，因此一般双吸泵上均装有径向滚动轴承，以承受剩余轴向力。 应着重指出的是，卧式单级双吸泵(图3-4)多采用中开式结构，其泵体和泵盖结合面一般是通过轴心线的水平面，通常称之为中开面。由于采用这种结构，可以揭开泵盖即可检修泵内各零件，且无需拆卸迸、出管路和移动电机或其他原动机，检修极为方便。 与单吸泵想比,双吸离心泵有较大的流量,较好的吸上性能;与混流泵相比,有较高的扬程。 如图16－25，双吸离心泵结构示意图 图16－25 单级双吸式离心泵结构示意图 多级离心泵是指有两个或两个以上叶轮的泵。通常的结构有蜗壳式多级泵和分段式多级泵。 蜗壳式多级泵的结构特点(图16－26)一般都会采用中开式结构以便于检修，且有利于叶轮对称布置，减，作用在转子上的轴向力。但这种结构的工艺性较差，级数越多，泵体和系盖的形状越复，泵的外观尺寸越大，特别是级与级之间需要配置一些级间流道，使泵的外形很复杂。 而且当级数较多、扬程较高时，中开面的密封难度较大。基于这一些因素，这种结构应用的广泛性受到一定的限制。 分段式多级泵的结构特点(图16－27)结构紧密相连，有利于提高
化、通用化程度。由于这种结构的扬程取决于泵的级数，所以这种多级泵的扬程范围较宽. 图16－26 蜗壳式多级离心泵的结构示意图 图16－27 分段式多级离心泵结构示意图 3、离心泵的优点和缺点 离心泵的优点: （1） 结构相对比较简单而紧凑，对于同一输送量，离心泵所占面积小，重量轻，材料耗用较少，对基础要求无住复泵高，故制造安装费用少。 （2） 可高速运行，能采用2极或4极电动机直联，传动结构相对比较简单易安装。 （3） 离心泵内无活门，故适于输送悬浮液，特殊的设计还能输送大块固体的悬浮液可用耐化学腐蚀的材料制造泵，适用输送腐蚀溶液。 （4） 因结构相对比较简单、零件少、故障少、经久耐用、维修费用少、管理方便、工作可靠。 （5） 输出量可由排出阀门任意调节甚至全关，不会出现压头无限上升的危险。 （6） 对于被输送的液体量大．而压头不要求大时，离心泵最适宜。 （7） 排液均匀无脉冲现象。 离心泵的缺点 （1） 运行前，必须使泵体内充满液体 （2） 对于供应小流量、大压头的不适宜、效率低、受到限制。 （3） 遇到设计不完善或操作不当时，如牛奶，则易产生泡沫，影响下一工序生产。 （4） 安装不妥．会出现”气缚”现象。 （5） 效率也比往复泵低。 二、轴流泵 （一）轴流泵的结构 轴流泵有立式、卧式和斜式三种。目前多用立式，其外形如图16－28所示。它的转动部分也是一根泵轴，轴的下端安装有叶轮，上端装有联轴器，不动部分的主要零部件有进水喇叭管、导叶体和出水弯管。 图16－28 立式轴流泵结构示意图 1、叶轮 叶轮由叶片、轮毂、导水锥等三个主要部件组成，如图16－28所示。叶片一般有2-6片，用铸钢或铸铁制成。叶片安装在轮毂上，轮毂上开有与叶片数目相等的孔，每个孔里安装一个叶片。叶片有固定式、半调节式和全调节式三种。固定式叶片与轮毂浇铸为一整体；半调节式和全调节式可根据扬程变动情况调整叶片的安装角度。若需要提高扬水高度，可把叶片安装角度改小。这样，在维持水泵高效率的前提下，适当减少出水量，在动力机不致超载的情况下提高了扬水高度；反之，如果要降低扬水高度，则把叶片安装角度调大。由于全调节式水泵构造复杂，价格贵，因此，中水型排灌站多使用半调节式轴流泵。半调节式泵要在停机时才能调节叶片，调节时要注意以下几个问题： (1)轴流泵出厂时，叶片的安装角度一般放在“零度”，这个“零度”是指叶片设计安装角度，如叶片的设计安装角度为15度，就把15度作为“零度”。小于设计安装角度为负；大于设计安装角度为正，叶片根部刻有基准线，在轮毂上刻有相对应的安装角度线°等。当需要调节角度时，将紧叶片的螺母松开，转动叶片，使基准线与需要的安装角度线对准，再拧紧螺母即可。也有用定位销来调节的，当松开螺母后，对好调整角度，变更定位销位置，再拧紧螺母。 (2)调节叶片安装角度，要使各片的安装角度相等，否则水泵抽水时会有振动或杂声。 (3)调换叶片时，要防止把叶片装反。若个别叶片损坏需要更换时，最好更换全部叶片，以求各叶片平衡一致。若只更换一个叶片，也要保持各叶片平衡一致。 2、进水喇叭管 为了使水以最小的损失均匀地流向叶轮，在中小型轴流泵的叶轮进口前装有进水喇叭管，其管口直径约为叶轮直径的1.5倍。进水喇叭管用铸铁制造。 3、导叶体 它是由导叶、导叶毂和外壳组成的整体，铸造而成，其最大的作用是将从叶轮中流出的水流的旋转运动变为轴向运动。导叶的片数一般为6-12片。 4、出水弯管 其断面一般为等圆截面，內曲率半径约为弯管出口半径的1.5倍，弯管转弯角度通常为60度。 5、泵轴 中小型水泵的泵轴是实心的，大型泵的泵轴是空心的。泵轴一般都会采用优质碳索钢制成。两端各有螺母，分别固紧叶轮轮毂和联轴器。从轴的上端俯视，泵轴为顺时针方向旋转，因此，固紧联轴器的螺母为左旋螺纹(倒牙)。 6、轴承 立式轴流泵的轴承有导轴承和推力轴承两种类型。导轴承主要是用来承受经向力，起径向定位作用。中小型轴流泵大多数都采用水润滑橡胶导轴承，它有上下两只，內表面开有轴向槽，使水能进入轴瓦与轴之间进行润滑和冷却。推力轴承主要是用来承受轴向力，包括轴向水压力及轴上所有零部件的重量。对于中小型立式轴流泵，当采用电动机直接传动时，一般是在电动机座內装有轴承体，轴承体內装有推力滚动轴承和一个径向滚动轴承；当采用皮带传动时，一般则是在皮带轮座內装有推力滚动轴承和两个滚珠轴承。 （二）轴流泵的优点和缺点 轴流泵是一种高比转速的泵，一般比转速在500～1000之间。由于比较速越大，则扬程越低，流量越大。由于轴流泵的qv-H性能曲线很陡降，在起动时不应将排出管路上阀门关闭，否则起动功率过大，会造成电动机过载而损坏。轴流泵采用可调节式叶片泵来调节流量。其主要优点有： 1、轴流泵的最大优点是流量大、结构相对比较简单、重量轻、外观尺寸小、占地面积小； 2、对调节式轴流泵，当工作条件变化时，只要改变叶片角度，仍然可保持在较高效率下工作，但由于扬程太低，其应用场景范围受到限制； 3、为提高扬程，轴流泵也可做成多级的。 轴流泵的缺点： 1、气蚀性能较差，一般允许吸上线、轴流泵的压头低。 由于轴流泵本身就具有的特点，因此大流量是轴流泵的发展趋势之一。目前国内已成系列地大量发展大口径的巨型轴流泵，在结构上也趋向于采用调节式叶片泵的方向发展。 （三）轴流泵的工作原理 轴流泵是根据机翼原理制成的。 图16－29为机翼的截面，设将此机翼悬挂在流体中，流体以一定的速度M流过时，翼面发生负压，翼背发生正压，其正、负压力的大小与翼形及迎角((翼背与液流方向之倾角）以及流体速度的大小有关。如果流体不动，而机翼以相等速度在流体中运动时，则翼背和翼面受到与前相同的正压和负压，即翼面（机翼上面）为负翼背为正压。在此压力作用下机翼将获得升力。如果将机翼形的桨叶固定在转轴上，形成螺旋桨，如图2-2-21b所示，并使之不能沿轴向移动，则当转轴非常快速地旋转时，翼面（螺旋桨下侧）因负压而有吸流作用，翼背因正压而有排流作用，如此一吸一排造成了液体(或气体）的流动。这就是轴流泵和轴流式风机的工作原理。 图16－29轴流泵原理图 (a)机翼截面；（b)轴流泵示意图 三、往复泵 （一）往复泵的结构 往复泵的结构 图16－30 往复泵的原理图 往复泵的结构如图16－30所示，主要部件包括：泵缸；活塞；活塞杆；吸入阀、排出阀。其中吸入阀和排出阀均为单向阀。 往复泵按往复元件不同分为活塞泵、柱塞泵和隔膜泵3种类型。 1、活塞泵 活塞泵适用于压头较低时的输送。活塞上的活塞杆经十字头与曲柄连杆机构连接。当原动机带动曲柄旋转一周时，活塞在泵缸内作一次来回移动。活塞移动的最大距离称为行程。 如果活塞往复一次时，只有泵缸的一侧各吸入和排出一次液体，这种泵称为单作用泵。单作用泵的排液是间断的，吸液时不排液，排液时不吸液。同时，由于匀速圆周运动转变而来的活塞直线运动的非匀速性，即使排液时，流量也是不均匀的。 为了消除单作用泵排液的间断性，就出现了双作用泵。双作用泵至少有4个阀门，分别安设在泵缸两侧，并且吸入管和排出管分别为两侧共有。如此，当原动机运转时，一侧的吸液、排液与另一侧的捧液、吸液交叉，吸人管和排出管内的液体就保持不断地流动。 2、柱塞泵 泵的活塞以柱式代替盘式主要出于机械强度的原因。因为泵在高压头下送液时，不仅要考虑泵缸的强度，而且要考虑活塞的强度，所以柱塞泵通常用于高压泵和中压泵，活塞泵则用于低压泵。 三柱塞式高压泵是一种三联泵。三联泵是由共用一根曲轴的3个单作用泵所组成。3个单作用泵的曲柄互相错开120°，其吸液管和排液管也是3个泵共用。这样，在曲轴旋转一周的周期里，各泵的吸液、排液依次相差1/3周期，大大地提高排液管内流量的均匀性。 3、隔膜泵 当输送腐蚀性料液或悬浮液时，为了不使活塞受到损伤，多采用隔膜泵，即用一弹性薄膜将柱塞和被输送液体隔开的往复泵。隔膜左边所有部分可由耐酸材料制造成，或衬以耐酸物质。隔膜右边则盛有水或油。当柱毫作往复运动时，迫使隔膜交替地向两侧弯曲，使隔膜起着和活塞同样的吸液和排液的作用，而被输送液体则始终不与柱塞相接触。 （二）往复泵的优点和缺点 往复泵的优点：1.可获得很高的排压，且流量与压力无关，吸入性能好，效率较高，其中蒸汽往复泵可达80%~95%；2.原则上可输送任何介质，几乎不受介质的物理或化学性质的限制；3．泵的性能不随压力和输送介质粘度的变动而变动。 往复泵的缺点：1.流量不是很稳定。同流量下比离心泵庞大；2.机构复杂；3.资金用量大；4.不易维修等。 （三）往复泵的工作原理 活塞由电动的曲柄连杆机构带动，把曲柄的旋转运动变为活塞的往复运动；或直接由蒸汽机驱动，使活塞做往复运动； 当活塞从右向左运动时，泵缸内形成低压，排出阀受排出管内液体的压力而关闭；吸入阀受缸内低压的作用而打开，储罐内液体被吸入缸内； 当活塞从左向右运动时，由于缸内液体压力增加，吸入阀关闭，排出阀打开向外排液。 由此可见，往复泵是依靠活塞的往复运动直接以压力能的形式向液体提供能量的。 往复泵是容积泵的一种，它依靠活塞在泵缸中往复运动，使泵缸工作容积呈周期性的扩大与缩小来吸排液体。往复系具有自吸能力，且在压力剧烈变化下仍能维持几乎不变的流量，它非常适合于小流量、高扬程情况下输送粘性较大的液体。在油库中，往复泵的主要用途是输送专用燃料油和润滑油用泵，还可当作锅炉给水泵或为离心泵抽真空引油、抽罐车底油等。由于往复泵结构较为复杂、易损件多、流量有脉动，大流量时机器笨重，所以在许多场合为离心泵所代菩。但对于高压力、小流量、输送粘度大的液体，要求精确计量和流量随压力变化小的工厂仍采用各种往复泵。 图16－31 活塞泵外形图 图16－32 柱塞泵外形图 图16－33 隔膜泵外形图 图16－34柱塞泵结构示意图 图16－35隔膜泵结构示意图 四、齿轮泵 （一）齿轮泵的结构 图16－36 外啮合齿轮泵结构示意图 图16－37 外啮合齿轮泵结构示意图 外啮合齿轮泵是应用最广泛的一种齿轮泵，一般齿轮泵通常指的就是外啮合齿轮泵。它的结构如图16－36所示，主要由主动齿轮、从动齿轮、泵体、泵盖和安全阀等组成。泵体、泵盖和齿轮构成的密封空间就是齿轮泵的工作室。两个齿轮的轮轴分别装在两泵盖上的轴承孔内，主动齿轮轴伸出泵体，由电动机带动旋转。外啮合齿轮泵结构相对比较简单、重量轻、造价低、工作可靠、应用场景范围广。图16－37所示为内啮合齿轮泵，它由一对相互啮合的内齿轮、及它们中间的月牙形件、泵壳等构成。月牙形件的作用是将吸入室和排出室隔开。当主动齿轮旋转时，在齿轮脱开啮合的地方形成局部真空，液体被吸入泵内充满吸入室各齿间，然后沿月牙形件的内外两侧分两路进入排出室。在轮齿进入啮合的地方，存在于齿间的液体被挤压而送进排出管。 （二）齿轮泵的优点和缺点 齿轮泵的优点: 1、结构相对比较简单,工艺性较好,成本较低。 2、与同样流量的其他各类泵相比,结构紧密相连,体积小。 3、自吸性能好.无论在高、低转速甚至在手动情况下都能可靠地实现自吸。 4、转速范围大.因泵的传动部分以及齿轮大多数都是平衡的,在高转速下不会产生较大的惯性力。 5、油液中污物对其工作影响不严重,不易咬死。 齿轮泵的缺点: 1、工作所承受的压力较低.轴及轴承上受的压力不平衡,径向负载大,限制了它压力的提高。 2、容积效率较低。 3、流量脉动大,引起压力脉动大,使管道、阀门等产生振动,噪声大。 （三）齿轮泵的工作原理 图16－38 齿轮泵工作原理图 如图16－38所示，当齿轮泵主动齿轮转动，吸油腔齿轮脱开啮合，齿轮的轮齿退出齿间，使密封容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管路、吸油腔进入齿间。随着齿轮转动，吸入齿间的油液被带到另一侧，进入压油腔。这是齿轮进入啮合，使密封性逐渐减小，齿轮间部分的油液被挤出，形成了齿轮的压油过程。齿轮啮合时齿向接触线把吸油腔和压油腔分开，起配油作用。当齿轮泵的主动齿轮有电机带动不断转动时，齿轮脱开啮合一侧，由于密封容积变大，则不断从油箱中吸油，轮齿进入啮合的一侧，由于密封容积减小则不断地排油，形成一个不断循环的过程。 图16－39外啮合式齿轮泵 图16－40内啮合式齿轮泵 五、螺杆泵 （一）螺杆泵的结构 螺杆泵按螺杆数量分为 单螺杆泵——单根螺杆在泵体的内螺纹槽中啮合转动的泵。 双螺杆泵——由两个螺杆相互啮合输送液体的泵。 多螺杆泵——由多个螺杆相互啮合输送液体的泵。 图16－41 2W.W型双螺杆泵结构简图 如图16－41所示，螺杆泵主要由齿轮箱盖、齿轮、滚动轴承、前支架、后支架、泵体等组成。 （二）螺杆泵的优点和缺点 螺杆泵有以下优点： 1、压力和流量范围宽阔； 2、运送液体的种类和粘度范围宽广； 3、因为泵内的回转部件惯性力较低，故可使用很高的转速； 4、吸入性能好，具有自吸能力； 5、流量均匀连续，振动小，噪音低； 6、与其它回转泵相比，对进入的气体和污物不太敏感； 7、结构坚实，安装保养容易。 螺杆泵的缺点是：螺杆的加工和装配要求比较高；泵的性能 对液体的粘度变化比较敏感。 （三）螺杆泵的工作原理 图16－42三螺杆泵结构简图 如图16－42螺杆泵是利用螺杆的回转来吸排液体的。上图表示三螺杆泵的剖视图。图中，中间螺杆为主动螺杆，由原动机带动回转，两边的螺杆为从动螺杆，随主动螺杆作反向旋转。主动螺杆从动螺杆的螺纹均为双头螺纹。 由于各螺杆的相互啮合以及螺杆与衬筒内壁的紧密配合，在泵的吸入口和排出口之间，就会被分隔成一个或多个密封空间。随着螺杆的转动和啮合，这些密封空间在泵的吸入端不断形成，将吸入室中的液体封入其中，并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排出端，将封闭在 各空间中的液体不断排出，犹如一螺母在螺纹回转时被不断 向前推进的情形那样，这就是螺杆泵的基本工作原理。 图16－43双螺杆泵结构图 六、喷射泵 （一）喷射泵的结构 图16－44 喷射泵结构原理图 如图16－44所示：喷射泵主要由喷嘴、吸入室、混合室、扩压室以及进出口管道组成。喷嘴由收缩的圆锥形或流线形的管加上出口处一小段圆柱形管道所构成，一般都会采用螺纹与泵体相连接,以便拆换。混合室又称作喉管，常做成圆柱形，中、低扬程泵也可将混合室做成圆锥形与圆柱形相结合，以减少混合时的能量损失。扩压室是一段扩张的锥管，它可以使液流在其中降低流速，增加压力，从而将动能转化为压力能。实验证明，扩压室的扩张角做成8°-10°时,扩压过程的能量损失最小。 （二）喷射泵的优点和缺点 喷射泵的优点：1．没有运动部件，结构紧密相连，工作方便可靠；2.自吸能力较强。3.结构相对比较简单，体积较小，造价低廉；4.可运送污浊液体；5.使用寿命长。 喷射泵的缺点：能量损失较大，效率较低，约在15%-30%之间。 （三）喷射泵的工作原理 工作流体从动力源沿压力管路引入喷嘴，在喷嘴出口处由于工作流体与空气之间的粘滞作用，把喷嘴附近的空气带走，使喷嘴附近形成一定真空度，在外界大气压作用下，水源的水从吸入管路被吸上来，并随同高速工作流体一起进入喉管，在喉管内两股介质发生动量变换，工作流体将一部分能量传递给空气，这样工作流体速度减慢，被抽送的空气速度加快，到达喉管末端两股流体的速度渐趋一致，混合过程完成，混合液进入扩散管，降低压力后排出，完成引水过程，如图16－45所示。 图16－45 喷射泵工作原理图 喷射泵引水排气量与工作流体流量、压力、喷嘴面积、喉管面积等有关系，计算很复杂。 七、水环式真空泵 （一）水环式真空泵的结构 水环泵是由泵轴、叶轮、分配器、泵体、轴承、支持架、进水壳体、泵盖、吸排气盘、水在泵体内壁形成的水环、吸气口、排气口等组成的。叶轮是由叶片和轮毂构成的。壳体内部形成一个圆柱体的空间，叶轮偏心的安装在这个空间内，同时在壳体沿轴向两侧上开设有吸气口和排汽口，吸气口和排气口开设在叶轮侧面壳体的气体分配器上，形成吸气和排气的轴向通道。泵轴端密封用盘根密封。 （二）水环式真空泵的优点和缺点 水环式线、结构相对比较简单，制造精度要求不高，容易加工。2、结构紧密相连，泵的转数较高，一般可与电动机直联，无须减速装置。故用小的结构尺寸，能够得到大的排气量，占地面积也小。3、压缩气体绝大多数都是等温的，即压缩气体过程气温变化很小。4、由于泵腔内没有金属磨擦表面，无须对泵内进行润滑，而且磨损很小5、。转动件和固定件之间的密封可直接由水封来完成。6、吸气均匀，工作平稳可靠，简单易操作，维修方便。 水环式线、真空度低，这不仅是因为受到结构上的限制，更重要的是受工作液饱和蒸气压的限制。用水作工作液，极限压强只能达到2000~4000Pa。用油作工作液，可达130Pa。 总之，由于水环泵中气体压缩是等温的，故可以抽除易燃、易爆的气体。由于没排气阀及摩擦表面，故可以抽除带尘埃的气体、可凝性气体和气水混合物。有了这些突出的特点，尽管它效率低，仍然得到了广泛的应用。 （三）水环式线所示，真空泵的壳体内有一个圆柱体空间，叶轮偏心地装在这个空间内，同时在壳体侧面的适当位置上开有吸气口和排气口，实现轴向吸气和排气。水环泵工作之前需要向泵内灌注少数的水，这些水起着传递能量的媒介作用，故也把这些水成为工质。当叶轮在原动机带动下旋转时，工质在叶片的推动下获得圆周速度，由于离心力的作用，将水甩向外径形成一个贴在圆柱体内表面的水环。由于叶轮与壳体是偏心的，水环的内表面也就与叶轮偏心。壳体内的水形成了一个与圆柱体同心的圆筒形水环，其结果是水环内表面、叶轮的内表面、轮毂表面和壳体的两个端面围成了许多互不相同的小空间。由于叶轮与水环是偏心的，所以处于不同位置的小空间，其容积是不同的。也就是说，对于某一指定的小空间，随着叶轮的转动，它的容积也是不断由小变大，再由大变小。在小空间由小变大的区段，壳体端面开有吸气口，使之与吸气管相通，于是气体不断被吸入；在小空间由大变小的大部分区段，使它密封，这样吸进来的气体随着小空间容积的缩小而被压缩。当小空间的容积减小到某些特定的程度，也即气体被压缩到某些特定的程度时，它从壳体侧面的开口处与排气管相通，排出已被压缩的气体。此时，水环泵就完成了吸气、压缩、排气的全部工作过程。由于水环式真空泵是利用水作为工质进行工作的，所以泵体内的水温决定了各小室内空间在旋转过程中所能达到的真空。也就是说，最高真空是由水的汽化压力所决定的，而水的汽化压力就是当时当地水温下的饱和蒸气压。因此，作为工质的水应当及时予以冷却，使其尽可能地保持能达到的最低温度。
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