水泵基础知识

水泵基础知识安徽淮南平圩电力检修工程有限责任公司黄剑一、水泵的定义水泵是由原动机驱动，将原动机机械能转换成被输送液体的压力能和动能，使液体能量增加的机械。广泛的应用在农业，采矿业，电力工业等行业。二、水泵在热力发电厂中的作用由图可以看出，为了向锅炉送水设置了锅炉给水泵；向汽轮机凝汽器输送冷却水的是循环水泵；向除氧器输送凝汽器中热井凝结水的有凝结水泵；排出热力系统中各处疏水的有疏水泵；为了补充管路系统中汽水损失的有设有补充水泵。除此之外，排除锅炉燃烧后灰渣的有渣泵和灰浆泵；供给汽轮机各个轴承润滑用油的润滑油泵；供给各水泵、风机轴承冷却用水的工业水泵等等。可以说，泵是热力发电厂中最为重要的辅机之一它的安全经济运行是与电厂安全经济运行密切相关的。三、水泵的分类按产生的全压高低分类：•压力小于2MPa为低压泵，压力在2MPa和6MPa之间的为中压泵，压力大于6MPa为高压泵；按工作原理分类•叶片式泵（离心式泵，轴流式泵，混流式泵）、容积式泵（往复式，回转式）以及其他类型泵（真空泵，喷射泵）等；按在电力生产中的用途分类•给水泵、凝结水泵、循环水泵、油泵、灰浆泵等。四、水泵的构造及作用1、泵壳：泵壳包括进水流道，导叶、压水室和出水流道。低压单级离心泵的泵壳多采用蜗壳形，而高压多级离心泵多采用分段式泵壳并装有导叶，导叶片数目较动叶轮叶片要少1～2片。泵壳的作用一方面是把叶轮给予流体的动能转化为压力能，另一方面是导流。泵壳所用材质以铸铁最多，随着压力增高，亦常用铸钢。2、转子：包括叶轮、轴、轴套及联轴器等，其作用是把原动机的机械能转变为流体的动能和压力能。叶轮与轴的固定一般采用键连接，并用螺母紧固，此固定螺母的旋向应与泵轴该侧的旋转方向相反。3、轴封装置：因为在转子和泵壳之间需留有一定的间隙，所以在泵轴伸出泵壳的部位应加以密封。在水泵吸入端的密封用来防止空气漏入、破坏真空而影响吸水，出水端的密封则可防止高压水漏出。4、密封环：一般用青铜或铸铁制成，其作用是防止泵内高压水倒流回低压侧而使泵效率降低。5、轴承：是用来支持水泵转子的重量，以保证转子的平稳运转的。6、泵座：用来承受水泵及进出口管件的全部重量，并保证水泵转动时的中心正确。7、轴向推力平衡装置：水泵工作时，由于进、出水端存在压差而在叶轮上作用着一个指向一个指向进水端的轴向力，这就是水泵的轴向推力。平衡方法：平衡孔法，对称进水法，平衡盘法，推力轴承法。五、水泵主要性能参数水泵参数是指泵工作性能的主要技术数据，包括流量、能头、转速、效率，允许吸上真空高度和比转数等。1、流量（q）泵的流量是指单位时间内所排出的液体的数量。通常泵的流量用体积流量计算，以qv表示，单位为米3/时（m3/h）、米3/秒（m3/s）、升/秒（1/s），也可用质量流量qm，单位为吨/时（t/h）、吨/秒（t/s）、千克/秒（kg/s）。质量流量与体积流量的关系为：qm=ρqvkg/s2、能头（H）泵的能头称为扬程，是指单位重量的液体通过泵所增加的能量。以H表示，实质上就是水泵能够扬水的高度，又叫总扬程或全扬程。泵的总扬程由吸水扬程与出水扬程两部分组成，因此总扬程=吸水扬程+出水扬程但由于水流经过管路时受到各种阻力而减少了泵的吸水扬程和出水扬程，因此吸水扬程=实际吸水扬程+吸水损失扬程出水扬程=实际出水扬程+出水损失扬程损失扬程=吸水损失扬程+出水损失扬程总扬程=实际扬程+损失扬程3、允许吸上真空高度（Hs）允许吸上真空高度以Hs表示，单位为米（m）。这项性能指标和泵的几何安装高度有关，几何安装高度就是根据这一数值确定的。允许吸上真空高度是安装水泵高度的重要参数，安装水泵时，应使水泵的吸水扬程小于允许吸上真空高度值，否则安装过高，就吸不上水或生产气蚀现象。如产生气蚀，不仅水泵性能变坏，而且也可能使叶轮损坏。4、转速（n）转速是指泵叶轮每分钟的转数，以n表示，单位为转/分（r/min）。每台泵都有一定的转速，不能随意提高或降低，这个固定的转素称为额定转速，水泵铭牌上标定的转速即为额定转速。如泵运转超过额定转速，不但会引起动力机超载或转不动，而且泵的零部件也容易损坏；转速降低，泵的效率就会降低，影响水泵的正常工作。5、功率和效率泵的功率可分为有效功率、轴功率和原动机功率。有效功率：单位时间内通过泵的流体所获得的功率，即泵的输出功率。用Pe，单位kW。轴功率：原动机传到泵上的功率，又称输入功率，用P表示。泵的效率为有效功率与轴功率之比η=Pe/P%由于原动机轴与泵轴之间存在机械损失，用传动效率ηtm表示，原动机功率通常要比轴功率大。考虑到泵在运行中可能会出现超负荷情况，所以原动机的配套功率通常要大些。6、比转数（ns）泵的比转速是在相似定律的基础上导出的一个包括流量、扬程和转数在内的综合特征数,它是计算泵结构参数的基础。可以作为泵分类的依据。比转数小反映机器的流量小，全压(或扬程、水头)高；反之,比转数大则机器的流量大,全压（或扬程、水头）低。前者适合离心式,后者适合轴流式,混流式（斜流式）介于两者之间，所以可用比转数大小划分机器类型。比转数大小也反映叶轮的形状。比转数越大叶轮外径就越小，而宽度越大。反之，比转数越小，则叶轮外径越大，宽度越小。在一定流量和全压（或扬程、水头）下，比转数与机器转速成正比。提高转速可减小叶轮外径，增加宽度；而降低转速，则须增加叶轮外径，减小宽度。六、发电厂常用水泵的工作原理及应用1、离心式水泵：用电动机带动水泵叶轮转动，叶轮中的叶片对其中的流体做功，迫使它们旋转，旋转的流体在惯性离心力的作用下，从中心向边缘流去，其压力和速度不断提高，最后以很高的流速和压力流出叶轮进入泵壳内。离心泵效率高、性能可靠、流量均匀、容易调节，应用最为广泛。在发电厂中给水泵、凝结水泵以及开式水泵、闭式水泵均采用离心式水泵。离心泵示意图离心泵的主要部件离心泵的主要部件叶轮：是将机械能传递给液体，提高液体能量的核叶轮：是将机械能传递给液体，提高液体能量的核心部件。型式有封闭式、半开式、开式三种。封闭心部件。型式有封闭式、半开式、开式三种。封闭式叶轮单吸式和双吸式两种。式叶轮单吸式和双吸式两种。轴：传递扭矩的主要部件轴：传递扭矩的主要部件吸入室：离心泵吸入法兰至叶轮进口前的过流部分吸入室：离心泵吸入法兰至叶轮进口前的过流部分称为吸入室称为吸入室导叶：分为径向式和流道式，应用于多级泵上作导导叶：分为径向式和流道式，应用于多级泵上作导水机构水机构压水室：叶轮出口到泵出口法兰的过流部分压水室：叶轮出口到泵出口法兰的过流部分密封装置：离心泵密封装置有密封环（口环）和轴密封装置：离心泵密封装置有密封环（口环）和轴端密封，目前电厂各种泵采用的轴端密封有：填料端密封，目前电厂各种泵采用的轴端密封有：填料密封、机械密封、迷宫式密封、浮动环密封。密封、机械密封、迷宫式密封、浮动环密封。离心泵优缺点离心泵优点:1）结构简单而紧凑，对于同一输送量，离心泵所占面积小，重量轻，材料耗用较少，对基础要求无住复泵高，故制造安装费用少。2）可高速运行，可以采取2极或4极电动机直联，传动结构简单易安装。3）离心泵内无活门，故适于输送悬浮液，特殊的设计还能输送大块固体的悬浮液4）可用耐化学腐蚀的材料制造泵，适用输送腐蚀溶液。5）因结构简单、零件少、故障少、经久耐用、维修费用少、管理方便、工作可靠。6）输出量可由排出阀门任意调节甚至全关，不会出现压头无限上升的危险。7）对于被输送的液体量大．而压头不要求大时，离心泵最适宜。8）排液均匀无脉冲现象。离心泵缺点：1）运行前，必须使泵体内充满液体。2）对于供应小流量、大压头的不适宜、效率低、受到限制。3）遇到设计不完善或操作不当时，如牛奶，则易产生泡沫，影响下一工序生产。4）安装不妥．会出现”气缚”现象。5）效率也比往复泵低。离心泵叶轮形式离心泵的分类：1）按叶轮形式可分为单级泵和多级泵单级泵又分为单吸式和双吸式多级泵又分为节段式、蜗壳式和双壳体筒形式2）按输送介质类型可分为水泵（用于输送清水及物理、化学性质类似于水的清洁液体），油泵（用于输送油类产品），耐腐蚀泵（用于输送酸、碱等腐蚀性液体）3）按结构可分为立式和卧式离心泵结构图双吸式水平中开离心泵2、轴流式水泵：当电动机驱动浸在流体中的叶轮旋转时，轮内的流体就相对叶片做绕流运动，叶片会对流体产生一个推力从而对流体做功，使流体的能量增加，并沿轴向流出叶轮，经过导叶等部件压出管路，同时叶轮入口处的流体被吸入，形成连续工作。其特点结构紧凑、外形尺寸小、质量轻的特点，适合于大流量、低压头的场合，如部分电厂中的炉水循环泵。轴流泵主要部件1.叶轮：由叶片、轮毂和动叶调节机构组成。叶片多为机翼型，一般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、球形三种。2.轴：大容量和叶片可调节的轴流泵，其轴均采用优质碳素钢做成空心，表面镀铬，既减轻质量，又便于调节。3.导叶：一般装在叶轮出口侧，将流出叶轮的水流的旋转速度转变为轴向运动，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作用相同。中小型泵多用喇叭形吸入管；大型轴流泵多采用肘形吸入通道。轴流泵优缺点轴流式泵的优点：轴流式循环水泵属于叶片式泵，具有流量大、扬程低和效率高的优点，特别是立式轴流式循环水泵，应用较为广泛，轴流式水泵缺点：1）对于不可调叶片式的轴流式循环水泵，它工作的最佳工况范围很窄，一旦偏离最佳工况，其效率迅速下降。2）轴流式循环水泵随着出水量的减少其功率急速上升，常常使电动机过载损坏。3）轴流式循环水泵运行可靠性差。轴流泵示意图轴流泵常见故障及处理3、混流式水泵：也被称为斜流泵，这种水泵结合了离心式水泵和轴流式水泵的特点，流体是沿介于轴向和径向之间的圆锥面方向流出叶轮，工作原理是部分利用了叶片推力和惯性离心力的作用。随着目前机组容量的增大，大型火力发电厂的循环水泵大多采用这种大流量、中扬程的混流泵取代了轴流泵。混流泵示意图混流泵特点混流泵的使用性能也是介乎于离心泵和轴流泵之间，它和离心泵比较，扬程低一些，而流量大一些；它与轴流泵比较，扬程高一些，但流量又小一些。混流泵的性能曲线形状也是介于离心泵和轴流泵之间，对于高扬程混流泵，其流量与扬程、流量与功率的相互关系变化规律接近于离心泵，在使用上，可采用关闭阀门启动，这时功率最小，电动机安全。对于低扬程混流泵，性能参数之间的变化规律接近于轴流泵，在使用上，不宜采用关阀启动，而应该开阀启动，这时功率比较小，电动机不容易被烧毁。。混流泵叶轮4、容积式水泵：是利用电动机驱动部件（活塞、齿轮等）使工作室的容积发生周期性的改变，依靠压差使流体流动，从而达到输送流体的目的。其特点是结构简单、轻便紧凑、工作可靠，在电厂中常用于流量较小的润滑油系统中（如电动给水泵液力偶合器的润滑油泵和主油泵）。齿轮泵工作原理齿轮泵是由一对互相啮合的齿轮，齿轮1固定在主动轴上，轴的一端伸出壳外由原动机驱动，另一个齿轮2（从动轮）装在另一个轴上，齿轮旋转时液体沿吸油管进入到吸入空间，沿上下壳壁被两个齿轮分别挤压到排除空间回合，然后进入压油管排除。齿轮泵优缺点齿轮泵的优点：1）结构简单，工艺性较好，成本较低。2）与同样流量的其他各类泵相比，结构紧凑，体积小3）自吸性能好。无论在高、低转速甚至在手动情况下都能可靠地实现自吸。4）转速范围大。因泵的传动部分以及齿轮基本上都是平衡的，在高转速下不会产生较大的惯性力。5）油液中污物对其工作影响不严重，不易咬死。齿轮泵的缺点：1）工作压力较低。齿轮泵的齿轮，轴及轴承上受的压力不平衡，径向负载大，限制了它压力的提高。齿轮泵主要用于中低压系统。2）容积效率较低。这是由于齿轮泵的端面泄漏大。3）流量脉动大，引起压力脉动大，使管道、阀门等产生振动，噪声大。齿轮泵示意图活塞泵工作原理活塞泵主要由活塞在泵缸内作往复运动来吸入和排除液体。当活塞自上而下移动时，工作室容积逐渐扩大，室内压力降低，流体顶开进液阀，此时排液阀关闭。活塞移动至最下端，此过程为吸水过程。当活塞从下往上移动时，工作室内的液体收到挤压，将进液阀关闭，排液阀打开，此时液体被排