泵的基本知识

泵泵是一种对液体增压从而达到输送液体的机械，它把原动机的机械能转换成液体的能量。泵的种类很多，其中离心泵具有性能范围广泛、流量均匀、结构简单、运转可靠和维修方便等诸多优点，因此离心泵是工业生产中应用最为广泛的一种液体输送设备。除了在高压小流量或计量时常用往复式泵，液体含气时常用旋涡泵和容积式泵，高粘度介质常用转子泵外，其余场合，绝大多数使用离心泵。据统计，在石油、化工生产装置中，离心泵的使用量占泵总量的70％～80％。泵的分类按输送的介质泵可分为清水泵、油泵、泥浆泵、污水泵、酸泵、碱泵等。另外，泵也常按其形成的流体压力分成低压、中压和高压泵三类，常将低于2MPa的称低压泵，压力在2～6MPa之间的称中压泵，高于6MPa的称高压泵。泵按结构分类分类方式类型特点按吸入方式单吸泵液体从一侧流入叶轮，存在轴向力双吸泵液体从两侧流入叶轮，不存在轴向力，泵的流量几乎比单吸泵增加一倍按级数单级泵泵轴上只有一个叶轮多级泵同一根泵轴上装两个或多个叶轮，液体依次流过每级叶轮，级数越多，扬程越高按泵轴方位卧式泵轴水平放置立式泵轴垂直于水平面按壳体型式分段式泵壳体按与轴垂直的平面剖分，节段与节段之间用长螺栓连接中开式泵壳体在通过轴心线的平面上剖分蜗壳泵装有螺旋形压水室的离心泵，如常用的端吸式悬臂离心泵特殊结构潜水泵泵和电动机制成一体浸入水中液下泵泵体浸入液体中管道泵泵作为管路一部分，安装时无需改变管路屏蔽泵（磁力泵）叶轮与电动机转子联为一体，并在同一个密封壳体内，或采用磁力驱动方式，将动密封改为静密封，不需采用密封结构，属于无泄漏泵一、离心泵离心泵的工作原理一般离心泵启动前泵壳和整个吸入管路要充满液体，当原动机带动泵轴和叶轮旋转时，叶片间的液体也跟着旋转起来，液体在离心力的作用下，沿着叶片间的流道甩向叶轮外缘，进入螺旋形的泵壳内，由于流道断面积逐渐扩大，被甩出的流体流速减慢，将部分速度能转化为静压能，使压力上升，最后从排出管排出。与此同时，由于液体自叶轮甩出时，叶轮中心部分造成低压区，与吸入液面的压力形成压力差，在压力差的作用下液体不断地被吸入，并以一定的压力排至泵外。由此可知，离心泵的工作原理就是叶轮在充满液体的泵壳内高速旋转，使液体产生离心力，从而依靠离心力来输送液体。叶轮压出壳排出管进口管图6-1　离心泵工作原理图离心泵的工作原理离心泵性能和结构有以下特点：流量均匀，压力稳定；扬程和流量大小主要取决于叶轮外径和转速；扬程和轴功率与流量存在对应关系，扬程随流量增大而降低，轴功率随流量增大而增加；自吸能力差，极易产生汽蚀现象；离心泵结构简单、紧凑，易于安装和检修，占地面积小，易损件少，可与电机直接连接；故适用于要求大流量、低扬程、粘度较小的液体输送。离心泵工作时，最为担心的是泵入口有气体。因为气体的密度小，旋转时产生的离心力就很小，叶轮中不能产生必要的真空，也就无法将密度较大的液体吸入泵中。因此在开泵前必须使泵和吸入系统充满液体，而且在工作中，吸入系统不能漏气，这是离心泵正常工作必须具备的条件。离心泵主要零部件结构及其作用IS型单级单吸离心泵结构图1－泵体；2－叶轮螺母；3－制动垫片；4－密封环；5－叶轮；6－泵盖；7－轴套；8－填料环；9－填料；10－填料压盖；11－轴承悬架；12－轴离心泵的种类虽然很多，但主要零部件却是相近的。图所示为IS型单机单吸离心泵结构图，它主要由泵体、泵盖、轴、联轴器、叶轮、轴承、密封部件和支座等构成。有些离心泵还装有导叶、诱导轮和平衡轴向推力的平衡装置以及保护主轴不受磨损的轴套等。为防止液体从泵壳等处泄漏，在各密封点上分别装有密封环或油封箱。泵体泵盖组件内装有叶轮。由原动机带动轴上的叶轮旋转对液体做功，从而提高液体的压力能和动能。液体由泵体吸入室流入，由泵体的排出室流出。叶轮前盖板前端的密封环和叶轮后盖板后端的填料与填料环防止从叶轮流出的液体泄漏。轴承及轴承悬架支持着转轴，整台泵和原动机安装在一个底座上。一般离心泵的液体过流部件是吸入室、叶轮和排出室（排出室又称蜗壳）。（1）泵壳泵壳有轴向剖分式和径向剖分式两种。大多数单级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液道，其功用是把从叶轮内流出来的液体收集起来，并引向扩散管至泵出口。泵壳承受全部的工作压力和液体的热负荷。（2）叶轮叶轮是离心泵的重要部件，液体就是从叶轮中得到能量的。对叶轮的要求是在损失最小的情况下使单位重量的液体获得较高的能量。按照有无前后盖板,其结构可分为闭式、半开式及开式叶轮三种，分别如图1.3.11（a）、（b）、（c）所示。闭式叶轮一般由前后盖板、叶片和轮毂组成，由于其效率高，得到广泛应用，适用于输送不含颗粒杂质的清洁液体。半开式叶轮没有前盖板，只有后盖板、叶片和轮毂，常用于输送易于沉淀或含有固体颗粒的液体。开式叶轮没有前后盖板，只有叶片和轮毂，各叶片用筋条连接并加强，或在叶片根部采用逐渐加厚的办法加强。由于这种叶轮效率低，只用来输送含有杂质的污水或含有纤维的液体。开式和半开式叶轮的叶片数较少（2~4片），而且较宽，可以让杂质浆液自由通过，以免造成堵塞，同时流道易清洗，制造也较方便。按吸液方式的不同，叶轮还可分为单吸和双吸两种。如图1.3.12所示：图1.3.12单吸式和双吸式叶轮单吸式叶轮液体只能从一侧吸入，其结构简单，叶轮悬臂支撑在轴上，适用于流量较小的场合。但这种叶轮两边受的力不等，每个叶轮要受到不平衡的轴向推力。双吸式叶轮的液体双向进入叶轮，液体在叶轮进口处的流速较低，有利于改善泵的汽蚀性能。此外，叶轮两边对称，无轴向推力。但这种叶轮结构较复杂，液流在叶轮中汇合时有冲击现象，对泵的效率有所影响。（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，镶于叶轮前后盖和泵壳上，磨损后可以更换。（4）轴和轴承泵轴是支撑叶轮和传递扭矩的零件，它一端装有联轴器，并用轴承支撑在轴承箱内，一端安装叶轮，在电机的带动下高速旋转。根据泵的大小，轴承可选用滚动轴承和滑动轴承。轴承箱和轴承：轴承箱通过轴承来支撑离心泵的旋转部分，悬臂式单级离心泵的轴承箱一般是通过轴承箱支架固定在泵体上。轴承箱内一般装有润滑油或润滑脂，用来润滑轴承，部分轴承箱还带有冷却的夹套或盘管，用来冷却轴承。轴承分滑动轴承和滚动轴承，轴承要承受转子的径向力和轴向力，所以轴承箱内还有固定轴承的螺母、花垫、轴承压盖等。轴承箱两端的压盖上还有阻止润滑油外漏的油封。离心泵的轴封轴封是旋转的轴和固定的泵体间的密封。主要是为了防止高压液体从泵中漏出和防止空气进入泵内，是用于隔绝输送介质与泵体，防止介质外泄的机械设备。常见的轴封形式有：橡胶密封、填料密封、机械密封和浮环密封。常用的有填料密封和机械密封，其中机械密封是最常用的密封形式。（一）填料密封填料密封是依靠填料和轴（或轴套）的外圆表面接触来实现密封的。它由填料箱（又称填料函）、填料、液封环、压盖、双头螺栓等组成。图所示为带液封环的填料密封。为了避免泵工作时填料与泵轴摩擦过于剧烈，填料不应压的过紧，注意松紧要适度，允许液体成滴状漏出，以每分钟10—60滴的液体泄漏量为宜。带液封环的填料密封图1－轴；2－压盖；3－填料；4－填料箱；5－液封环；6－引液管填料密封的泄漏量大，使用寿命短，且要经常更换，影响泵的工作，近年来，逐渐被密封效果好、使用寿命长的机械密封所替代。（二）机械密封机械密封又称端面密封，它是靠一组研配的密封端面形成的动密封。机械密封的种类很多，但工作原理基本相同，其典型结构如图所示。机械密封主要组成部分机械密封原理图1－静环；2－动环；3－压盖；4－弹簧；5－传动座；6-固定销钉；7，8－O型密封圈；9－防转销图中主要密封元件：动环2和静环1。动环2与泵一起旋转，静环固定在压盖3内，用防转销9来防止它转动。靠动环与静环的接触端面A在运动中始终贴合，实现密封。辅助密封元件：包括各静密封点（B、C、D点）所用的O型或V型密封圈7和8。压紧元件：弹簧4传动元件：传动座5及键或固定销钉6密封点的密封原理机械密封中一般有四个可能泄漏点A、B、C、D。密封点A在动环与静环的接触面上，它主要靠泵内液体压力及弹簧力将动环压在静环上，防止A点泄漏。但两环的接触面A上总有少量的液体泄漏，它可以形成液膜，一方面可以阻止泄漏，另一面又可以起润滑作用。为保证两环的端面贴合俩良好，两端面必须平直光洁。密封点B在静环与压盖之间，属于静密封点。用有弹性的O型（或V型）密封圈压于静环和压盖之间，靠弹簧力使弹簧密封圈变形而密封。密封点C在动环与轴之间，此处也是静密封，考虑到动环可以沿轴向窜动，可以采用具有弹性和自紧性的V型圈来密封。密封点D在填料密封箱与压盖之间，也是静密封，可用密封圈或垫片作为密封元件。机械密封的发展是非常迅速的，一种新的补偿件波纹管取代了原来的密封弹簧，使其有更大的伸缩性，使防止机泵抽空而引起密封泄漏的较好办法。2）机械密封分类：1）平衡式和非平衡式机械密封2）内置式和外置式机械密封3）内流式和外流式机械密封4）静止式和旋转式机械密封5）单弹簧式和多弹簧式机械密封6）单端面和双端面机械密封7）单级和双级机械密封图1.3.14波纹管机械密封1.石墨挡环；2.内六角螺栓；3.9.12.“O”形圈；4.静环底；5.轴套；6.波纹管弹簧；7.静环；8.动环；10.固定环；11.固定螺栓对于高温和低温液体，易挥发的有毒液体，含有固体颗粒的液体，以及不允许有任何泄漏的特殊液体，常采用双端面机械密封结构，如图1.3.16。是将两个单端面机械密封背靠背地组合起来形成两个端密封。一般在两个密封之间注入比泵输送的液体压力稍高一些的密封液，以防止泵内液体漏出。图1.3.17是串联机械密封的结构剖面图，它是同方向安装两套机械密封，阻漏效果更好。图1.3.17串联机械密封图1.3.16双端面机械密封（6）轴向力平衡装置由于叶轮轴向力的存在，轴承必须要承受相同的轴向力，如轴向力过大，将影响轴承的工作寿命，为了减小叶轮（转子）的轴向力，可以采用各种方法，主要有以下几种：1）叶轮开平衡孔并设叶背口环，使叶轮背面中部产生一个近入口压力的低压区，可以部分或全部平衡叶轮的轴向力；2）设叶轮背叶片，在叶轮的背部做几条径向叶片，利用背叶片对液体的离心作用使叶轮背部中心产生一个低压区，也可以部分或全部平衡叶轮轴向力；3）两只叶轮背对背对称布置，即为双吸叶轮，叶轮背对背布置可以完全平衡轴向力，这种结构即为常用的单级双吸离心泵；4）多级串联叶轮分段对称布置也可以平衡大部分轴向力；5）多级离心泵的平衡盘结构，在多级泵中增加平衡盘和平衡管，利用平衡盘两端的压力差，可自动、完全地平衡转子的轴向力；6）多级离心泵的平衡鼓结构，在多级泵中增加平衡鼓和平衡管，利用平衡鼓两端的压力差，可部分平衡转子的轴向力；7）多级离心泵的三间隙平衡盘结构，在多级泵中增加有平衡鼓作用的平衡盘（三间隙平衡盘）和平衡管，利用平衡盘两端的压力差，可自动完全平衡转子的轴向力，这时一种平衡盘和平衡鼓相接合的结构；8）止推轴承，止推轴承或有止推作用的径向轴承能承受一定的轴向力，利用止推轴承可平衡叶轮的全部或部分剩余的轴向力。离心泵的润滑润滑油及润滑油的作用润滑油对于机械转动设备的作用是无法用其他物质代替的。它可以减小转动设备的摩擦阻力，减少零部件的磨损，带走所产生的摩擦热，降低动力消耗，延长设备使用寿命。如果没有润滑油的作用，转动件产生的摩擦热顷刻间就会使一大型机组烧毁，造成机毁人亡。设备润滑管理制度为了保证润滑油能充分起到润滑作用，保证设备的安全运行，特别制定了“五定”和：“三过滤”的润滑油管理制度。“五定”是指：定质、定量、定点、定人、定时定质：依据机泵设备型号、性能、输送介质、负荷大小、转速高低及润滑油（脂）性能不同，根据季节不同，选用不同的种类的润滑油（脂）牌号。定量：依据设备型号、负荷大小、转速高低、工作条件和计算结果及实际所有油的多少，确保设备所需润滑油量。定点：保证机泵设备的每个活动部分及摩擦点