泵与风机的结构和性能

第二章泵与风机的结构和性能第一节泵与风机的部件结构一、泵的主要部件（一）（一）离心泵的主要部件尽管离心式泵的类型繁多，但由于作用原理基本相同，因而它们的主要部件大体类同。现在分别介绍如下：1、叶轮(impeller)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。叶轮有开式(openimpeller)、半开式(semi-openimpeller)及闭式叶轮(closedimpeller)三种，如图2—1所示。开式叶轮没有前盘和后盘而只有叶片，多用于输送含有杂质的液体，如污水泵的叶轮就是采用开式叶轮的。半开式叶轮只设后盘。闭式叶轮既有前盘也有后盘。清水泵的叶轮都是闭式叶轮。离心式泵的叶轮都采用后向叶型。2、轴和轴承(shaftandbearing)轴是传递扭矩的主要部件。轴径按强度、刚度及临界转速定。中小型泵刚度和临界转速确定多采用水平轴，叶轮滑配在轴上，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。轴承一般包括两种形式:滑动轴承(Sleevebearing)和滚动轴承(Ballbearing)。滑动轴承用油润滑。一种润滑系统包括一个贮油池和一个油环，后者在轴转动时在轴表面形成一个油层使油和油层不直接接触。另一种系统就是利用浸满油的填料包来润滑。大功率的泵通常要用专门的油泵来给轴承送油。（如图2-2a所示）。滚动轴承通常用冷冻油润滑，有些电机轴承是密封而不能获得润滑的。滚动轴承通常用于小型泵。较大型泵可能即有滑动轴承又有滚动轴承。而滑动轴承由于运行噪音低而被推荐用于大型泵。（如图2-2b所示）图2-1叶轮的形式（a）,(b)封闭式叶轮（c）半开式叶轮（d）开式叶轮图2-2轴承形式a,滑动轴承b,滚动轴承3、吸入室(suctionroom)离心泵吸入管法兰至叶轮进口前的空间过流部分称为吸入室。其作用为在最小水力损失下，引导液体平稳的进入叶轮，并使叶轮进口处的流速尽可能均匀的分布。按结构吸入室可分为直锥角吸入室、弯管形吸入室、环形吸入室、半螺旋形吸入室几种：图2-3直锥形吸入室。图2-4弯管形吸入室图2-5环形吸入室图2-6半螺旋形吸入室(1)直锥形吸入室图2—3所示，这种形式的吸入室水力性能好，结构简单，制造方便。液体在直锥形吸入室内流动，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7o～8o。这种形式的吸入室广泛应用于单级悬臂式离心水泵上。(2)弯管形吸入室图2—4所示，是大型离心泵和大型轴流泵经常采用的形式，这种吸入室在叶轮前都有一段直锥式收缩管，因此，它具有直锥形吸入室的优点。(3)环形吸入室图2—5所示，吸入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)半螺旋形吸入室图2—6所示，主要用于单级双吸式水泵、水平中开式多级泵、大型的节段式多级泵及某些单级悬臂泵上。半螺旋形吸入室可使液体流动产生旋转运动，绕泵轴转动，致使液体进入叶轮吸入口时速度分布更均匀，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。相比较而言，直锥形吸入室使用最为普遍。4、机壳(casing)机壳收集来自叶轮的液体，并使部分流体的动能转换为压力能，最后将流体均匀地引向次级叶轮或导向排出口。机壳结构主要有螺旋形和环形两种（如图2-7、2-8所示）。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中开式离心泵。单级离心式泵的机壳大都为螺旋形蜗式机壳。环形压水室如图2—8所示，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(图2-7)。有些机壳内还设置了固定的导叶，就是所谓的导叶式机壳。5、密封装置(sealinginstrument)密封装置主要用来防止压力增加时流体的泄漏。密封装置有很多种类型，用得最多的是填料式密封和机械式密封。（图2-9所示）填料密封是将一些松软的填料用一定压力压紧在轴上达到密封目的。填料在使用一段时间后会损坏，所以需要定期检查和置换。这种密封形式使用中有小的泄漏是正常且有益的。而机械密封装置有两个硬质且光滑的表面，一个静态一个旋转。这种密封装置可以达到很好的密封要求，但他们不能用于含杂质流体输送系统，因为其光滑表面会被破环而失去密封作用。这种密封装置在液体循环系统中非常普遍，因为他不需要维护运行很多年。图2-7螺旋形机壳图2-8环形机壳图2-9密封装置（a）填料密封（b）机械密封6、导叶(guidevane)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2—10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，再流入反导叶，消除速度环量，并把液体引向次级叶轮的进口。由此可见，导叶兼有吸入室和压出室的作用。流道式导叶如图2—11所示，它的前面部分与径向式导叶的正导叶相同，后面部分与径向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。图2-11流道式导叶（二）轴流泵的主要部件轴流泵的主要部件，如图2—12所示。轴流泵的特点是流量大，扬程低。其主要部件有：叶轮、轴、导叶、吸入喇叭管等，现分述如下。1．叶轮叶轮的作用与离心泵一样，将原动机的机械能转变为流体的压力能和动能。它由叶片、轮毂和动叶调节机构等组成。叶片多为机翼型，一般为4～6片。轮毂用来安装叶片和叶片调节机构。轮毂有圆锥形、圆柱形和球形三种。小型轴流泵(叶轮直径300mm以下)的片和轮毂铸成一体，叶片的角度不是固定的，亦称固定叶片式轴流泵。中型轴流泵(叶轮直径300mm以上)一般采用半调节式叶轮结构，即叶片靠螺母和定位销钉固定在轮毂上，叶片角度不能任意改变，只能按各销钉孔对应的叶片角度来改变，故称半调节式轴流泵。大型轴流泵(叶轮直径在1600mm以上)，一般采用球形轮毂，把动叶可调节机构装于轮毂内，靠液压传动系统来调节叶片角度，故称动叶可调节式轴流泵。2．轴对于大容量和叶片可调节的轴流泵，其轴均用优质碳素钢做成空心，表面镀铬，既减轻轴的质量又便于装调节机构。3．导叶轴流泵的导叶一般装在叶轮出口侧。导叶的作用是将流出叶轮的水流的旋转运动转变为轴向运动，同时将部分动能转变为压能。4．吸入管吸入管与离心泵吸入室的作用相同。中小型轴流泵多用喇叭形吸入管，见图2—12所示；大型轴流泵多采用肘形吸入流道，如图2-13。（三）、混流泵混流泵内液体的流动介于离心泵和轴流泵之间，液体斜向流出叶轮，即液体的流动方向相对叶轮而言即有径向速度，也有轴向速度。其特性介于离心泵和轴流泵之间。混流泵具有涡壳式和导叶式两种。如图2-15所示为单级、单吸、立式结构的可潜式蜗壳混流泵，适用于输送清水或物理及化学性质类似于水的其他液体（包括轻度污水）。被输送介质温度不超过50℃。也可用于农田排灌、市政工程、工业过程水处理、电厂输送循环水、城市给排水等多种领域，使用范围十分广泛。如图2-16所示为单级、导叶混流式潜水泵，适用于抽送清水或在轻度污水场合下使用，输送介质温度不超过50℃。本泵为机泵合一的结构，可潜入水中运行，故可在水位变化大，扬程较高的工况下工作，特别适用于城市排水、市政建设、工矿、船坞升降水位以及水位涨落大的江湖地区农田排灌之用。二、风机主要部件（一）离心式风机的构造特点离心式风机输送气体时，一般的增压范围在9.807Kpa(1000mH2O)以下根据增压大小，离心风机又可分为：(1)低压风机：增压值小于l000Pa(约100mmH2))；(2)中压风机：增压值自l000至3000Pa(约100至300mmH2O)(3)高压风机：增压值大于3000Pa(约300mmH2O以上)。低压和中压风机大都用于通风换气，排尘系统和空气调节系统。高压风机则用于一般锻冶设备的强制通风及某些气力输送系统。我国还生产许多专门用于排尘、输送煤锅炉引排酸雾和防腐的各种专用风机。图2-15可潜式蜗壳混流泵图2-16单级、导叶混流式潜水泵最近国内又推出了一种外转子离心风机，它相当于将电动机的转子固定，定子直接嵌装于风机叶轮而转动，这样就把电机装入风机机壳内了。离心式风机的整机构造可以参考图2-14所示的分解图。根据用途不同，风机各部件的具体构造也有所不同，分别介绍如下1、吸入口和进气箱吸入口可分圆筒式、锥筒式和曲线式数种(图2-17)。吸入口有集气的作用，可以直接在大气中采气，使气流以损失最小的方式均匀流入机内。某些风机的吸入口与吸气管道用法兰直接连接。进气箱的作用是当进风口需要转弯时才采用的，用以改善进口气流流动状况，减少因气流不均匀进入叶轮而产生的流动损失。进气箱一般用在大型或双吸入的风机上。2、叶轮叶轮的构造曾在前面泵的主要部件中有所介绍。如前所述，它由前盘、后盘、叶片和轮毂所组成。还曾指出叶片可分为前向、径向和后向三种类型。（见图2-18）。防爆风机是由有色金属制成的，防腐风机则以塑料板材为材料。3、机壳中压与低压离心式风机的机壳一般是阿基米德螺线状的。它的作用是收集来自叶轮的气体，并将部分动压转换为静压，最后将气体导向出口。机壳的出口方向一般是固定的。但新型风机的机壳能在一定的范围内转动，以适应用户对出口方向的不同需要。4、导流器导流器又称为进口风量调节器。在风机的入口处一般都装置有导流器。运行时，通过改变导流器叶片的角度（开度）来改变风机的性能，扩大工作范围和提高调节的经济性。（二）轴流式风机的主要部件轴流式风机的主要部件有：叶轮、集风器、整流罩、导叶和扩散筒等。如图2—19所示。近年来，大型轴流式风机还装有调节装置和性能图2-19轴流式风机结构示意图1-进气室2-外壳3-动叶片4-导叶5-动叶调节机构6-扩压器7-导流体8-轴9-轴承10-联轴器稳定装置。1．叶轮叶轮由轮毂和叶片组成，其作用和离心式叶轮一样，是实现能量转换的主要部件。轮毂的作用是用以安装叶片和叶片调节机构的，其形状有圆锥形、圆柱形和球形三种。叶片多为机翼形扭曲叶片。叶片做成扭曲形，其目的是使风机在设计工况下，沿叶片半径方向获得相等的全压。为了在变工况运行时获得较高的效率，大型轴流风机的叶片一般做成可调的，即在运行时根据外界负荷的变化来改变叶片的安装角。如上海鼓风机厂与西德TLT公司联合制造的TLT型送引风机和一次风机均是动叶可调的。2．集风器集风器的作用是使气流获得加速，在压力损失最小的情况下保证进气速度均匀、平稳。集风器的好坏对风机性能影响很大，与无集风器的风机相比，设计良好的集风器风机效率可提高10％～15％。集风器一般采用圆弧形。3．整流罩和导流体为了获得良好的平稳进气条件，在叶轮或进口导叶前装置与集风器相适应的整流罩，以构成轴流风机进口气流通道。4．导叶轴流式风机设置导叶有几种情形：①叶轮前仅设置前导叶，②叶轮后仅设置后导叶，③叶轮前后均设置有导叶。前导叶的作用是使进入风机前的气流发生偏转，把气流由轴向引为旋向进入，且大多数是负旋向(即与叶轮转向相反)，这样可使叶轮出口气流的方向为轴向流出。后导叶在轴流式风机中应用最广。气体轴向进入叶轮，从叶轮流出的气体绝对速度有一定旋向，经后导叶扩压并引导后，气体以轴向流出。5．扩散筒(difussersection)扩散筒的作用是将后导叶出来的气流动压部分进一步转化为静压，以提高风机静压。扩散筒的结构形式