離心泵工作原理與結(jié)構(gòu)特點

一、泵的分類

一般情況下，液體只能從高處自動流向低處，從高壓設(shè)備內(nèi)自動流向低壓設(shè)備內(nèi)。如果把低處的液體送往高處，把低壓設(shè)備內(nèi)的液體送往高壓設(shè)備內(nèi)，就必須給這些液體提供一定的能量才能達(dá)到此目的。我們通常把能給液體提供能量的設(shè)備叫泵。

1.泵的分類

按工作原理分：葉片式泵、容積式泵、其它泵類

1.1葉片式泵：離心泵、屏蔽泵、磁力驅(qū)動泵、液環(huán)泵。

1.2容積式泵：往復(fù)泵（柱塞泵、隔膜泵；計量泵）、齒 輪泵、螺桿泵。

1.3其他類型泵：噴射泵。

二、離心泵

2.1 離心泵分類

l按葉輪吸入方式分類：單、雙吸式離心泵

l按葉輪數(shù)目分類：單級離心泵吸式離心泵、多級離心泵

l按泵軸的方向分類：臥式離心泵、立式離心泵

2.2離心泵工作原理

驅(qū)動機通過泵軸帶動葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，在離心力作用下，液體沿葉片流道被甩向葉輪出口，液體經(jīng)蝸殼收集送入排出管。
液體從葉輪獲得能量，使壓力能和速度能均增加，并依靠此能量將液體輸送到工作地點。

在液體被甩向葉輪出口的同時，葉輪入口中心處形成了低壓區(qū)，在吸液罐和葉輪中心處的液體之間就產(chǎn)生了壓差，吸液罐中的液體在這個壓差作用下，不斷地經(jīng)吸入管路及泵的吸入室進(jìn)入葉輪中。

2.3離心泵的結(jié)構(gòu)特點

2.4離心泵的主要部件

轉(zhuǎn)子是指離心泵的轉(zhuǎn)動部分：它主要包括葉輪、泵軸、軸套、軸承等零件。

葉輪

葉輪是離心泵的做功零件。它把電動機輸入的機械功直接傳給液體，使液體獲得動能、勢能及壓力能，是離心泵重要零件的一部件，葉輪分為開式、半閉式、閉式葉輪。

l開式葉輪在葉片兩側(cè)無蓋板，制造簡單、清洗方便，適用于輸送含有較大量懸浮物的物料，效率較低，輸送的液體壓力不高；

l半閉式葉輪在吸入口一側(cè)無蓋板，而在另一側(cè)有蓋板，適用于輸送易沉淀或含有顆粒的物料，效率也較低；

l閉式葉輪在葉輪在葉片兩側(cè)有前后蓋板，效率高，適用于輸送不含雜質(zhì)的清潔液體。一般的離心泵葉輪多為此類。

l葉輪的材料，主要是根據(jù)所輸送液體的化學(xué)性質(zhì)、雜質(zhì)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。

泵軸

l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(zhuǎn)。它一端通過聯(lián)軸器與原動機軸相連，另一端支承著葉輪作旋轉(zhuǎn)運動，軸上裝有軸承、軸向密封等零部件。泵軸靠兩端軸承支承，在泵中作高速回轉(zhuǎn)，因而泵軸要承載能力大、耐磨、耐腐蝕。泵軸的材料一般選用碳素鋼或合金鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。

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(zhì)的部分用不銹鋼，安裝軸承及聯(lián)軸器的部分用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，不銹鋼與碳鋼之間可以采用承插連接或過盈配合連接。

軸套

l軸套是易損件，是為了保護(hù)主軸而設(shè)計的，它主要是與密封件配合使用。使填料與泵軸的摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)樘盍吓c軸套的摩擦，所以軸套是離心泵的易磨損件。

滾動軸承

l滾動軸承：是在承受載荷和彼此相對運動的零件間有滾動體作滾動運動的軸承；是將運轉(zhuǎn)的軸與軸座之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，從而減少摩擦損失的一種精密的機械元件。滾動軸承一般由外圈，內(nèi)圈，滾動體和保持架組成。一般見到的都是滾動軸承，應(yīng)用于較小的機械，承受較低的載荷。

1.外圈——裝在軸承座孔內(nèi)，一般不轉(zhuǎn)動

2.內(nèi)圈——裝在軸頸上，隨軸轉(zhuǎn)動

3.滾動體——滾動軸承的核心元件

4.保持架——將滾動體均勻隔開，避免摩擦

滾動軸承的浸油潤滑

N>3000rpm時，油位在軸承最下部滾動體中心以下，但不低于滾動體下緣。

N＝1500～3000rpm時，油位在軸承最下部滾動體中心以上，但不得浸沒滾動體上緣。

N<1500rpm時，油位在軸承最下部滾動體的上緣或浸沒滾動體。

滑動軸承

l滑動軸承：在滑動摩擦下工作的軸承。在液體潤滑條件下，滑動表面被潤滑油分開而不發(fā)生直接接觸，還可以大大減小摩擦損失和表面磨損，油膜還具有一定的吸振能力?；瑒虞S承一般用于大型機械，承受的載荷較大，用軸承瓦來減少磨損，軸承瓦可以更換的。

軸封

l從葉輪流出的高壓液體，經(jīng)過葉輪 背面，沿著泵軸和泵殼的間隙流向泵外，稱為外泄漏。在旋轉(zhuǎn)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(nèi)，保證泵的正常運行。常用的軸封裝置有填料密封和機械密封兩種。

填料密封

填料密封指依靠填料和軸(軸套)的外圓表面接觸來實現(xiàn)密封的裝置。它由填料箱(又稱填料函)、填料、液封環(huán)、填料壓蓋和雙頭螺栓等組成。液封環(huán)安裝時必須對準(zhǔn)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(fā)生變形，并和軸(或軸套)的外圓表面接觸，防止液體外流和空氣吸入泵內(nèi)。
填料密封的密封性可用調(diào)節(jié)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(yán)重時造成發(fā)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(yīng)該使液體從填料函中滴狀漏出，每分鐘控制在10—20滴左右。對有毒、易燃、腐蝕及貴重液體，由于要求泄漏量較小或不準(zhǔn)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(huán)中進(jìn)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。

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(zhuǎn)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(yōu)點，近年來在化工生產(chǎn)中得到了廣泛的使用。機械密封是靠一對或數(shù)對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構(gòu)的彈力（或磁力）作用下保持貼合并配以輔助密封而達(dá)到阻止介質(zhì)泄漏的軸封裝置。

工作原理：依靠靜環(huán)與動環(huán)的端面相互貼合，并作相對轉(zhuǎn)動而構(gòu)成的密封裝置，稱為機械密封，又稱端面密封。緊定螺釘1，將彈簧座2固定在軸上，彈簧座2、彈簧3、推環(huán)4、動環(huán)6和動環(huán)密封圈5均隨軸轉(zhuǎn)動，靜環(huán)7、靜環(huán)密封圈8裝在壓蓋上，并由防轉(zhuǎn)銷9固定，靜止不動。

動環(huán)、靜環(huán)、動環(huán)密封圈和彈簧是機械密封的主要元件。而動環(huán)隨軸轉(zhuǎn)動并與靜環(huán)緊密貼合是保證機械密封達(dá)到良好效果的關(guān)鍵。

l離心泵機械密封失效的分析

l失效的表現(xiàn)大都是泄漏，泄漏原因有以下幾種：

①動靜環(huán)密封面的泄漏，原因主要有：端面平面度，粗糙度未達(dá)到要求，或表面有劃傷；端面間有顆粒物質(zhì)；安裝不到位，方式不正確；離心泵汽蝕；補償環(huán)卡澀。

②動環(huán)密封圈泄漏，原因主要有：安裝不正確；密封圈質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)；密封圈選型、材質(zhì)不對；O形圈老化。

l實際使用效果表明，離心泵機封動、靜環(huán)端面出現(xiàn)龜裂是常見的失效現(xiàn)象，主要原因有：

①沖洗液壓力不夠，來不及帶走摩擦副產(chǎn)生的熱量，造成端面過熱而損壞。

②液體介質(zhì)汽化膨脹，使兩端面受汽化膨脹力而分開，當(dāng)兩密封面用力貼合時，破壞潤滑膜從而造成端面表面過熱。

③操作壓力過大，密封面溫度過高，造成損壞。

④密封沖洗液孔板或過濾網(wǎng)堵塞，造成水量不足，使機封失效。

⑤機封壓縮量過大，促使動靜環(huán)接觸面過緊，溫度升高，造成損壞。

雙端面機械密封

離心泵的雙機械密封沖洗方式

2.5離心泵的汽蝕現(xiàn)象

離心泵運轉(zhuǎn)時，流體的壓力隨著從泵入口到葉輪入口而下降，在葉片附近，液體壓力最低。此后，由于葉輪對液體做功，壓力很快上升。當(dāng)葉輪葉片入口附近壓力小于等于液體輸送溫度下的飽和蒸汽壓力時，液體就汽化。同時，還可能有溶解在液體內(nèi)的氣體溢出，它們形成許多汽泡。當(dāng)汽泡隨液體流到葉道內(nèi)壓力較高處時，外面的液體壓力高于汽泡內(nèi)的汽化壓力，則汽泡會凝結(jié)潰滅形成空穴。瞬間內(nèi)周圍的液體以極高的速度向空穴沖來，造成液體互相撞擊，使局部的壓力驟然劇增（有的可達(dá)數(shù)百個大氣壓）。這不僅阻礙流體的正常流動，更為嚴(yán)重的是，如果這些汽泡在葉輪壁面附近潰滅，則液體就像無數(shù)小彈頭一樣，連續(xù)地打擊金屬表面，其撞擊頻率很高（有的可達(dá)2000~3000Hz），金屬表面會因沖擊疲勞而剝裂。若汽泡內(nèi)夾雜某些活性氣體（如氧氣等），他們借助汽泡凝結(jié)時放出的能量（局部溫度可達(dá)200~300℃），還會形成熱電偶并產(chǎn)生電解，對金屬起電化學(xué)腐蝕作用，更加速了金屬剝蝕的破壞速度。上述這種液體汽化、凝結(jié)、沖擊，形成高壓、高溫、高頻率的沖擊載荷，造成金屬材料的機械剝裂與電化學(xué)腐蝕破壞的綜合現(xiàn)象稱為汽蝕。

2.6汽蝕后果

通常離心泵受汽蝕破壞的部位，先在葉片入口附近，繼而延至葉輪出口。起初是金屬表面出現(xiàn)麻點，繼而表面呈現(xiàn)槽溝狀、蜂窩狀、魚鱗狀的裂痕，嚴(yán)重時造成葉片或葉輪前后蓋板穿孔，甚至葉輪破裂，造成嚴(yán)重事故。因而汽蝕嚴(yán)重影響到泵的安全運行和使用壽命。
汽蝕使泵產(chǎn)生噪音和振動，氣泡潰滅時，液體互相撞擊并撞擊壁面，會產(chǎn)生各種頻率的噪音。嚴(yán)重時可以聽到泵內(nèi)有“噼啪”的爆炸聲，同時引起機組的振動。而機組的振動又進(jìn)一步促使更多的汽泡產(chǎn)生和潰滅，如此互相激勵，導(dǎo)致強烈的汽蝕共振，致使機組不得不停機，否則會遭到破壞。

2.7離心泵產(chǎn)生汽蝕的原因

1、被輸送的介質(zhì)溫度過高；

2、水池液位過低，有氣體被吸入；

3、泵的安裝高度過高；

4、流速和吸入管路上的阻力太大；

5、吸入管道、壓蘭(指不帶液封的)密封不好，有空氣進(jìn)入。

6、流量過大，也就是說出口閥門開得太大。

2.8氣蝕的解決措施

１、清理進(jìn)口管路的異物使進(jìn)口暢通，或者增加管徑的大??；

２、降低輸送介質(zhì)的溫度；

４、降低泵安裝高度；

５、重新選泵，或者對泵的某些部件進(jìn)行改進(jìn)，比如選用耐汽蝕材料等等；

6 、使泵體內(nèi)灌滿液體或者在進(jìn)口增加一緩沖罐。