离心泵的主要零部件

第十一节离心泵的主要零部件一叶轮叶轮的要求：单级叶轮能给予液体较大的理论扬程，级数少，机器紧凑，效率高,抗汽蚀性能好,性能曲线满足工艺生产要求等。叶轮形状：1.叶片数及叶片形状：大多为后弯型。（高速部分及旋涡泵为直叶片）,叶片数（后弯型）6－12片，比转数ns=60～250,常为6片。低ns可取9片，高比转数ns可为4～5片。叶片数多，改善流动，提高泵扬程；但Z增多使损失增加，通流面积变小，降低，易导致汽蚀。叶片数过少，叶片的负荷增加，对液体导流作用减少。2.叶片形状：圆柱形和扭曲叶片储运中离心泵ns90圆柱形ns90扭曲形3.叶片出口角β2A及入口角β1Aβ2A一般在之间16—40°石油储运用泵在20—30°低ns泵β2A大，H增加，可以使得D2小，η高。叶轮结构：闭式：有盖板、轮盘，用于高扬程，洁净液体。半开式：无前盖板，适于含固体颗粒和杂质液体。可铣制，强度好，易制造。开式：无盖板和轮盘，输送糊状、浆状液体。单吸:简单，适合于多级泵。双吸：大流量，汽蚀性能较好。二蜗壳、导叶及吸入室1、蜗壳：按液体在叶轮中作稳定相对运动设计离开叶轮后不受外力作用，按其惯性作自由流动的轨迹而做成。液体不受外力作用时，液流对旋转轴中心的动量矩不变。的周向分速度。处液体绝对速度叶轮外任意半径常数RRuuRucRcDcRc222离心泵蜗壳形状定常流时，CRrR＝常数为常数。则处轴面宽度，宽度不变：蜗壳在半径为（不计阻塞）径向分速度RRRTRrRrbRbRbQcc2若液流在平行板间流动，为方向角不变的螺旋线轨迹，R增加则cRu及cRrR减小，cR减小,cR2/2g减小，（动能头）变成压能。直径大路程长则可充分转能，径向尺寸变大。蜗壳螺旋线包角(螺旋部分所占有的角)不大于360°。根据cRr与br反比，用扩大轴面宽度，液流方向α不是常数，小部分能量转化，蜗壳扩张角θ不大于60°，防止边界层分离。加扩压段，扩张角8～12°，长度为2.5—3倍的进口直径，在扩压管可使80～85％的动能转为压能。2、导叶：作用与蜗壳相同，用于多级分段泵。流道式导叶：正、反向导叶铸在一起，中间为连续流道，速度变化均匀，水力性能好，结构复杂制造难。流道式导叶径向式导叶：由正向导叶、回流道、反向导叶组成，螺旋段AB收集，液体自由运动，BC扩散段转能变方向，反向导叶消除旋绕引向下一级。叶片数4～7片，不与叶轮相等。导叶扩压器：泵高效区窄，偏离设计工况时在导叶中冲击损失大（每个叶片）。蜗壳只有一个帽舌，故H---Q、η--Q比蜗壳陡，平均η较低。3、吸入室：将液体以最小损失均匀引入叶轮。锥形：小型单级悬臂泵，制造方便，起集流加速作用，流速均匀，损失小。螺旋形：流动好，速度较均匀，但液流进叶轮前有预旋，会降低H。Y型泵多用此结构。环形：尺寸短，有冲击，旋涡损失，液流不均匀，用于多级分段泵。吸入室三、轴封填料—水泵和化工泵机械密封—国内石油储运离心泵广泛采用1、机械密封工作原理组成：（1）主要密封件：动环、静环（2）辅助密封件：O形、V形（3）压紧件：弹簧、推环等（4）传动件：弹簧座、键、销、固定螺钉等。机械密封原理图密封原理：A、B、C、D四个可能泄漏点。B、C、D为静密封，较容易。A点是动静环之间有相对运动的端面间密封，也叫端面密封。在两环端面形成很小间隙，保持一层液膜，介质阻力很大，阻止了液体泄漏。受力分析动环受力，在平衡时右侧：液膜压力P0密封面压紧力P左侧：弹簧力Psp介质力PsP+P0=Ps+PspP=Psp+Ps-P0动环受力图端面比压sspmspbmsmmsspbpKppKppppppDDpPPDDPDDDDpDDPDDPp)()()()()()()(21220212202122202221222122444444＝表示平均膜压则pppKppDDDDKKPpPpPDDPpDDDspbmamaaspsp)()(114212220222122012：平衡系数：膜压系数：载荷系数：平均膜压介质压力：轴（轴套）直径：密封面内径：密封面外径pr的分布是不均匀的，在密封面D2处大（内流）p，内侧为0，分布性质随介质变化，粘度低，呈凸形（NH3液态烃），粘度稍高（水）呈直线，粘度大，呈凹形。惯性力与液体流向相反，呈凹形。惯性力与液体流向相同，呈凸形。按直线分布可推出公式)()()())((121212122122012122212122032324212222222121DDDDpppDDDDDDPppDDDDrdrDDDrprdrpPmmDDDDr＝由此得密封面较窄时，在各种密封状态下有不同的λ，有一些计算公式，以上只是粗略研究。502112.。对于常用结构取＝，则DD2机械密封分类（1）内装式与外装式：弹簧在工作介质之内的叫内装（常用）。外装：弹簧在介质外，与相反，弹簧力不足时失稳，psp过大摩擦严重，腐蚀介质粘稠，介质易结晶。外装式机械密封（2）平衡型与非平衡型的变化来达到。由尺寸121222022DKDDDDK不用完全平衡常用部分平衡非平衡）封面上的多少。（比例代表介质压力作用到密201010011001DDKKDDKK（3）单弹簧与多弹簧单弹簧（大）安装简单，不均匀，轴向尺寸大，液体腐蚀、结晶等影响小，轴颈小，轻负荷。多弹簧（小）轴颈大，要求高，高速采用。（4）旋转、静止式旋转：结构简单静止：高速、离心力大时使用，静环补偿。（5）内流式与外流式内流：液流与离心力相反，泄漏小，常用于含固体颗粒。外流：液流与离心力相同。（6）单双端面单端面：一对双端面：两对，打封液。对腐蚀介质、高温、带悬浮颗粒、易挥发气体介质等。3几个问题(1)摩擦副材料：摩擦副相对滑动，并发热。要求：耐磨、导热好、耐腐蚀一硬一软配对，在介质有固体颗粒时硬对硬材料。材料主要有石墨、硬质合金、陶瓷、青铜等。石墨：作静环，用浸树脂或金属减少气孔、提高强度。硬质金属：作动环，碳化钨硬度强度好、耐磨、耐高温、线胀系数小，但脆性大、加工困难。陶瓷、氧化铝：硬、耐磨、耐腐，但脆、易热裂。(2)端面比压pb保持一定值，才能使密封面贴合好，防泄漏。pb大，磨损加剧，热量多，液膜蒸发成干摩擦。合理比压)/(.~.24463108454104229cmkgPa)6.0~3.0(aMP(3)平衡型式的选择值bp(4)两者乘积为重要参数。手册中有][])[.~.(bbbppp25020(5)密封面宽度b的选择之间。在过小，强度差。易保证。效果差，密封面平直不，冷却润滑，耗功，磨损大，热mmbbb62~(6)泄漏量：hmlQmmDhmlmmD//35055000，；，不大于四、轴向力、径向力及其平衡1、轴向力及其平衡（1）轴向力及其计算a叶轮两边液体压力分布不均匀，引起轴向力A1指向入口。b液流进入和流出叶轮的方向不同，产生动反力A2指向出口。c悬臂泵，压力A3与A1相反。轴向力计算叶轮出口压力p2轮盘外间隙中液体受摩擦作用，液体也作等角速运动，由于离心力的作用，间隙中液体压力呈抛物线分布。力平衡离心力液体密度rdrdpr22''物线分布。叶轮两侧压力径向按抛积分：叶轮旋转角速度实践证明处任意半径处)()(''2222222222221288222rrpprrpprdrdppprrpprrrrpprr)]()[())(()()()]([)(4412222122122211222222122122222221221111121324306024284211mmmDdmDdmrdDDdDuppdDAnnDuDupdDrdrrrppdDrdrpAprrmm代入上式积分因轴向力布，一边是以下，一边是抛物线分以上两侧平衡；在在。：水力效率，一般为。程，：单级叶轮实际有效扬。：单级理论扬程，代入得无预旋由于：为单级静扬程常用9021210221842222221222222122221112.)()()]([)(hThhTTpTuuuTpmpmppmHmHuHgHugHHHugHccguHHDdDguHgdDAHgHpp）离心流动泄漏压力轮盘向心流动泄漏压力计算经验公式（轮盖1AgKHidDAm)(221146015060.~KnKis时：试验系数：级数8.0250~150Kns时)(////FpAAAAAsmcsmQmkgskgmcQmcAATT12210330022头上作用力单级悬臂式还要考虑轴指向入口很小总轴向力：叶轮进口液体流速：：密度：液体质量流量用，动量的变化）（起动时有较明显的作动反力（2）轴向力平衡单级离心泵平衡措施：a双吸叶轮：可平衡，但由于误差和泄漏不同，仍有残余轴向力，由轴承承受。b开平衡孔或装平衡管（图1－96）P98简单，但有内漏，扰乱叶轮进口液流，增加水力损失，仍有10～15％轴向力，由轴承承受。c采用平衡叶片：在设计工况可以完全平衡，功耗增加，效率下降可改善轴封条件。含固体颗粒者防止进入轴封。单级泵平衡多级泵：a对称布置原则：缝隙泄漏少，轴封箱压力小，流道简单，容积损失要上升。b平衡鼓（圆柱体）鼓前压力：末级压力p2鼓后压力：入口压力＋平衡管阻力，p0两侧压差：02ppp对称布置叶轮平衡鼓mrmrrrppFKKmHmHgHKHpppmmii：轮毂半径：平衡鼓半径平衡力：介质密度一般：系数：末级扬程：泵总扬程经验公式：)()(.])([220202601按F=A平衡力等于轴向力，设计平衡鼓尺寸。注意：（1）为减少泄漏，鼓外径与壳体间隙尽量小，0.2—0.3mm。（2）鼓长可减少泄漏，但轴尺寸加长，可用迷宫结构。（3）工作点变动时破坏平衡，，出现残余轴向力，由止推轴承承受。c自动平衡盘自动平衡原理：21021ppppppppp全装置压差轴向间隙前后压差径向间隙前后压差''度难保证。小，平衡盘尺寸大，精大，不可太大，：轴向间隙是关键：径向间隙平衡。在左右移动中达到动态减小平衡力，到某位置，，，，，，阻力，转子向右移，置，增加平衡力，到某位，不变，，，阻力加大，，转子向吸入口，211021021020104020pppmmbmmbFApppqbFAFAppppqbFA.~..~.''自动平衡装置')')(()'()')('()()')(()')('(~),')(('''%~''rrLppLLrpprrdrLpppprrFpprrpprrppppppmrrmm000002200022000021321415115550零。并直线分布，外径处为。之间密封面有压力损失与之间压差与平衡力综合考虑：d、平衡鼓与平衡盘组合平衡鼓50～80％轴向力，可用较大轴向间隙防止磨损。组合装置2、径向力及其平衡（1）径向力及其计算：螺旋形压液室的泵才有径向力。设计流量：速度、压力均匀，无径向力。QQd蜗壳截面过大，流速降低，叶轮w2变为w2’，c2变为c2’，出口由于绝对速度加大，方向改变。产生冲击，从帽舌到扩压管不断增压，破坏了轴对称受力。受到一个方向与帽舌成90°的径向合力。流量变化时叶轮出口速度三角形从叶轮出口的绝对速度大，蜗壳内液流速度低，发生冲击，动能转化为压力能，形成合力P，而动反力为R，最后合力为F。从叶轮出口的绝对速度小，蜗壳内液流速度大，发生冲击，动能转化为压力能，形成合力P，而动反力为R，最后合力为F。方向，可以近似估计：ns＝120～300的泵120~70dQQ310~280dQQQQd：蜗壳中压力逐渐下降，到扩压