安徽电气职院流体力学泵与风机讲义07泵与风机的结构.docx

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1、第一章泵与风机的结构第一节泵与风机的主要部件一、泵的主要部件(一)离心泵的主要部件以多级离心泵为例，离心泵的主要部件由转子、泵壳、吸人室、压水室、密封装置、轴向力平衡装置和轴承等组成。1 .叶轮叶轮是将原动机输入的机械能传递给液体，提高液体能量的核心部件。其型式有封闭式、半开式及开式三种，如图11所示。封闭式叶轮有单吸式及双吸式两种。封闭式叶轮由前盖板、后盖板、叶片及轮毂组成。在前后盖板之间装有叶片形成流道，液体由叶轮中心进入沿叶片间流道向轮缘排出。i般用于输送清水，电厂中的给水泵、凝结水泵、工业水泵等均采用封闭式叶轮。半开式叶轮只有后盖板，而开式叶轮前后盖板均没有。半开式和开式叶轮适合于输送

2、含杂质的液体。如电厂中的灰渣泵、泥浆泵。双吸式叶轮具有平衡轴向力和改善汽蚀性能的优点。水泵叶片都采用后弯式，叶片数目在612片之间，叶片型式有圆柱形和扭曲形。2 .轴轴是传递扭矩的主要部件。轴径按强度、刚度及临界转速确定。中小型泵多采用水平轴，叶轮间距离用轴套定位。近代大型泵则采用阶梯轴，不等孔径的叶轮用热套法装在轴上，并利用渐开线花键代替过去的短键。此种方法，叶轮与轴之间没有间隙，不致使轴间窜水和冲刷，但拆装困难。3 .吸入室离心泵吸人管法兰至叶轮进口前的空间过流部分称为吸人室。其作用是在最小水力损失情况下，引导液体平稳地进入叶轮，并使叶轮进口处的流速尽可能均匀地分布。按结构吸人室可分为：(

3、1)直锥形吸人室图12所示，这种形式的吸人室水力性能好，结构简单，制造方便。液体在直锥形吸人室内流动，速度逐渐增加，因而速度分布更趋向均匀。直锥形吸入室的锥度约78。这种形式的吸人室广泛应用于单级悬臂式离心水泵上。(2)弯管形吸人室图13所示，是大型离心泵和大型轴流泵经常采用的形式,这种吸人室在叶轮前都有一段直锥式收缩管，因此，它具有直锥形吸人室的优点。(3)环形吸人室图14所示，吸人室各轴面内的断面形状和尺寸均相同。其优点是结构对称、简单、紧凑，轴向尺寸较小。缺点是存在冲击和旋涡，并且液流速度分布不均匀。环形吸入室主要用于节段式多级泵中。(4)半螺旋形吸入室主要用于：单级双吸式水泵、水平中开

4、式多级泵、大型的节段式多级泵及某些单级悬臂泵上。半螺旋形吸人室可使液体流动产生旋转运动，由于液体环量存在而绕泵轴转动，致使液体进入叶轮吸人口时速度分布也就更均匀了，但因进口预旋会致使泵的扬程略有降低，其降低值与流量是成正比的。4 .导叶导叶又称导流器、导轮，分径向式导叶和流道式导叶两种，应用于节段式多级泵上作导水机构。径向式导叶如图所示，它由螺旋线、扩散管、过渡区（环状空间）和反导叶（向心的环列叶栅）组成。螺旋线和扩散管部分称正导叶，液体从叶轮中流出，由螺旋线部分收集起来，而扩散管将大部分动能转换为压能，进入过渡区，起改变流动方向的作用，再流人反导叶，消除速度环量，并把液体引向次级叶轮的进口。

5、由此可见，导叶兼有吸人室和压出室的作用。流道式导叶的反导叶相类似，只是它们之间没有环状空间，而正导叶部分的扩散管出口用流道与反导叶部分连接起来，组成一个流道。它们的水力性能相差无几，但在结构尺寸上径向式导叶较大，工艺方面较简单。目前节段式多级泵设计中，趋向采用流道式导叶。5 .压水室压水室是指叶轮出口到泵出口法兰（对节段式多级泵是到后级叶轮进口前）的过流部分。其作用是收集从叶轮流出的高速液体，并将液体的大部分动能转换为压力能，然后引入压水管。压水室按结构分为螺旋形压水室、环形压水室和导叶式压水室。螺旋形压水室不仅起收集液体的作用，同时在螺旋形的扩散管中将部分液体动能转换成压能。螺旋形压水室具有

6、制造方便，效率高的特点。它适用于单级单吸、单级双吸离心泵以及多级水平中开式离心泵。环形压水室在节段式多级泵的出水段上采用。环形压水室的流道断面面积是相等的，所以各处流速就不相等。因此，不论在设计工况还是非设计工况时总有冲击损失，故效率低于螺旋形压水室。6 .密封装置离心泵密封装置有密封环（又称口环、卡圈）和轴端密封两部分。（1）密封环由于离心泵叶轮出口液体是高压，人口是低压，高压液体经叶轮与泵体之间的间隙泄漏而流回吸入处，所以需要装密封环。其作用是减小叶轮与泵体之间的泄漏损失；另一方面可保护叶轮，避免与泵体摩擦。密封环型式如图110所示，有平环式、角接式和迷宫式。一般泵使用前两者，而高压泵由于

7、单级扬程高，为减少泄漏量，常用迷宫式。7 2）轴端密封（简称轴封）在泵的转轴与泵壳之间有间隙，为防止泵内液体流出，或防止空气漏人泵内（当人口为真空时），需要进行密封。目前电厂各种泵采用的轴端密封装置有：填料密封、机械密封、迷宫式密封和浮动环密封。1）填料密封：带水封环的填料密封结构，如图所示。它由填料箱4、水封环5、填料3、压盖2和压紧螺栓等组成，是目前普通离心泵最常用的一种轴封结构。填料密封的效果可用拧紧压盖螺栓进行调整，拧紧程度以一秒内有一滴水漏出即可。放置水封环，其目的是当泵内吸入口处于真空情况时，从水封环注入高于O.IMPa压力的水，以防止空气漏人泵内；再是当泵内水压高于0.1MPa时

8、，可用高于泵内压力0.050.1MPa的密封水注入，起到水封、减少泄漏作用，并起冷却和润滑的作用。泵在常温下工作时，一般用浸透石墨或黄油的棉编织物作填料。若温度、压力稍高，则用石棉等软纤维编织物作填料，编织物中加有浸渍石墨的铜、铝、铅等金属丝。输送高温水时，还用巴氏合金、铝或铜等金属丝（其上浸有石墨、矿物油等润滑剂）作为填料。近年来，英国研制种名为1.iOngraf填料，它是由石墨和聚四氟乙烯细绳紧密交叠编成的，有相当好的润滑性和稳定性。安装方便，寿命长等特点。填料密封的最大缺点是只适合低速，即使纯金属填料也只适用于：圆周速度小于25m/s的转轴。2）机械密封：机械密封是无填料的密封装置。其结

9、构如图1一12所示，它由动环、静环、弹簧和密封圈等组成。动环随轴起旋转，并能作轴向移动；静环装在泵体上静止不动。这种密封装置是动环靠密封腔中液体的压力和弹簧的压力，使其端面贴合在静环的端面上（又称端面密封），形成微小的轴向间隙而达到密封的。为了保证动静环的正常工作，轴向间隙的端面上需保持一层水膜，起冷却和润滑作用。这种密封的优点：转子转动或静止时，密封效果都好，安装正确后能自动调整；轴向尺寸较小，摩擦功耗较少；使用寿命长等。在近代高温、高压和高转速的给水泵上得到了广泛的应用。其缺点是：结构较复杂，制造精度要求高，价格较贵，安装技术要求高等。近年来，机械密封有了新发展，就是在动环座轴套上增设了名

10、叫高鲁皮夫（GOIUbiOV）反向螺旋槽，如图1一13所示。这一结构实际上就是使旋转套上的螺纹与静止衬套里口的螺纹方向相反，因而在几平所有的情况下，都能使泄漏返回水提高压力，经过通道8强制进入动环1和静环2的间隙中去，以带走摩擦热和冲掉气泡杂质等。我国大港电厂320MW机组的给水泵，就采用这一先进的机械密封装置，实践证明，泄漏量很少。近几来，国外广泛应用端面密封，在输送腐蚀性、磨损性介质中，这种密封承受压力达45MPa,温度-200450,摩擦滑动速度达100m/s。3）迷宫式密封：迷宫式密封在现代高速锅炉给水泵上也广泛应用，常用的有炭精迷宫密封及金属迷宫密封。其密封原理是：由轴套密封片与炭精

11、环组成微小间隙，流体通过间隙时压力降低，速度升高，但在密封片间的空间速度能转为压力能，从而减少间隙两侧压差，达到密封的目的。如图为炭精迷宫密封。它是在轴套表面加工出密封片，密封片与方形螺纹相似，炭精环则装在密封室中，为便于组装，炭精环分成几个弧形段，用几个螺旋压簧定位，并用止动销防止转动。其优点是当炭精环与密封片尖端之间接触时，只是在炭精环内圈刻划出细沟纹，产生热量不大，并能很快散失，不致损坏密封片或转轴，泄漏量不大，而且，这种密封间隙可以作得很小，一般约为0.025-0.05mmo金属迷宫密封如图115所示。它由一系列金属密封片与转轴组成微小间隙而达到密封。金属片一般为铜基合金。近年来，螺旋

12、密封得到较好的应用。螺旋密封是用在转轴上车出与液体泄漏方向相反的螺旋型沟槽，在固定衬套表面再车出与转轴沟槽成相交的（即反向的）沟槽，达到减少泄漏的目的。4）浮动环密封：采用机械密封与迷宫式密封原理结合起来的一种新型密封，称浮动环密封。浮动环密封是靠轴（或轴套）与浮动环之间的狭窄间隙产生很大的水力阻力而实现密封的。由于浮动环与固定套的接触端面上具有适当的比压，起到了接触端面的密封作用。弹簧进一步保证端面的良好接触。由轴（或轴套）与浮动环间狭窄缝隙中的流体浮力来克服接触端面上的摩擦力，以保证浮动环相对于轴（或轴套）能自动调心，使得浮动环与轴不互相接触、磨损，并长期保持非常小的间隙，一般径向间隙为。

13、.OlO.1mm,以提高密封效果。同时，也适用于高温高压流体。我国300MW机组的给水泵有些就采用此种密封。7.轴向力及其平衡离心泵在运行时，由于作用在叶轮两侧的压力不相等，尤其是高压水泵，会产生一个很大的压差作用力，此作用力的方向与离心泵转轴的轴心线相平行，故称为轴向力。如DG500240型给水泵，有七级叶轮，其轴向力达2X10SN。轴向力将使叶轮和转轴一起向叶轮进口方向窜动，造成动静部件的碰撞和磨损，所以要设法加以平衡。（1）轴向力产生的原因及其计算以单级叶轮为例，如图6-31所示，由叶轮流出的液体，有一部分经间隙回流到了叶轮盖板的两侧。在密封环（直径DW处）以上，由于叶轮左右两侧腔室中的

14、压力均为P2,方向相反而相互抵消，但在密封环以下，左侧压力为Pl,右侧压力为P2,且P2P,产生压力差p=p2-Pio此压力差积分后就是作用在叶轮上的推力，以符号B表示。另外，液体在进入叶轮后流动方向由轴向转为径向，由于流动方向的改变，产生了动量，导致流体对叶轮产生一个反冲力F2O反冲力F2的方向与轴向力F,的方向相反。在泵正常工作时，反冲力F2与轴向力B相比数值很小，可以忽略不计。但在启动时，由于泵的正常压力还未建立，所以反冲力F2的作用较为明显。启动时卧式泵转子后窜或立式泵转子上窜就是这个原因。反冲力可用下式计算：K.和时广（说硝N对于立式水泵，转子的重量是轴向的，也是轴向力的一部分，用F

15、3表示，并指向叶轮入口。在这三部分轴向力中，R是主要的。（2）轴向力的平衡1）采用双吸叶轮和对称排列的方式平衡轴向力II.多级泵采用对称排列的方式，如图所示，如为偶数叶轮可使其背靠背或面对面的串联在一根轴上，但用这种方法仍然不能完全平衡I.单级泵可采用双吸叶轮，如图632所示，因为叶轮是对称的，叶轮两侧盖板上的压力互相抵消。故泵在任何条件下工作都没有轴向力。2）采用平衡孔和平衡管平衡轴向力对单吸单级泵，可在叶轮后盖板上开一圈小孔，该孔为平衡孔，如轴向力，还需装设止推轴承来承受剩余的轴向力。对水平中开式多级泵和立式多级泵，多采用这种方法。*an.将叶轮但不能图634所示，将后盖板泵腔中的压力水通

16、过平衡孔引向泵入口，使叶轮背面压力与泵人口压力基本相等。或在后盖板泵腔接一平衡管，如图所示,背面的压力水引向泵入口或吸水管。这种方法结构简单，而旦因为部分液体返I可人口，使入口完全平衡轴向。剩余的轴向力仍需由止推轴承来承担,流速受到干扰，从而降低了泵效率。3）采用平衡盘平衡轴向力在单吸多级泵中迭加的轴向力很大，一般采用平衡盘或平衡鼓的方法来平衡轴向力，如图所示为一末级叶轮后的平衡盘装置。如末级叶轮出口处液体的压力为户：，后泵腔的压力为户：，以及因流过平衡盘与平衡圈间的径向间隙b时经节流压力降到,在此间隙两端的压力差便为A舟，则3-4-M当流体流过平衡盘与平衡座间的轴向间隙6。，液体进人平衡盘后的空腔压力由入降为/5,而空腔是连通水泵吸人管的，因此泵腔的扒稍大于泵人口处的压力。在