第三章 离心泵与风机的主要部件与整体结构

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1、第三章 离心泵与风机的主要部件与整体结构 离心泵的主要部件有泵轴 叶轮 吸入室 压出室 轴向力平衡装置及密封装置等 一 泵轴泵轴是用来旋转叶轮并传递扭距的 第一节离心泵主要部件 二 叶轮离心式水泵的叶轮是使液体接受外加能量 输送液体的主要部件 装置在泵轴上 3 12个叶片 前弯 后弯 径向 叶轮依其盖板覆盖情况可分为开式 半开式和封闭式叶轮三种 闭式叶轮 前盖板后盖板 半开式 后盖板 敞开式 无盖板 一般来说 1 封闭式叶轮效率较高 但要求输送的介质较清洁 2 半开式叶轮适宜输送含有杂质的液体 3 敞开式叶轮适宜输送液体中所含杂质的颗粒可大些 多些 但敞开式叶轮的效率较低 特殊情况下采用 例如

2、 半开式和敞开式叶轮用作火力发电厂输送锅炉灰渣的渣浆泵叶轮 单吸式叶轮 双吸式叶轮 叶轮按其吸水方式可分为单吸式叶轮与双吸式叶轮两种 单吸式叶轮为单边吸水 双吸式叶轮两边吸水 1 在相同的情况下 双吸式叶轮的流量是单吸式叶轮流量的两倍 而且它基本不产生轴向力 2 双吸式叶轮适宜用于大流量或提高泵抗汽蚀性能的场合 三 吸入室 吸入室的作用是将液体从吸入管路引入叶轮 使液体进入泵体时的流动损失最小 一个设计好的吸入室 应该符合以下三个条件 1 要在最小的阻力损失情况下 将液流引入叶轮 2 叶轮进口处的液流速度分布要均匀 一般使液流在吸入室内有加速 3 将吸入管路内的液流速度变为叶轮入口所需要的速度

3、 吸入室有锥形管吸入室 圆环形吸入室 半螺旋形吸入室和弯管形吸入室等几种结构 1 锥形管吸入室 特点 流动阻力损失较小 液体能在锥形管吸入室中加速 速度分布较均匀 吸入室结构简单 制造方便 适宜用在单级悬臂式泵中 2 圆环形吸入室 优点 轴向尺寸短 结构简单 广泛用于多级泵 缺点 速度不均匀 在吸入室的起始段中 轴向尺寸逐渐缩小 宽度逐渐增大 整个面积还是缩小 使流体得到一个加速 由于泵轴穿过环形吸入室 所以液流绕流泵轴时在轴的背面产生漩涡 引起进口流速分布不均匀 所以流动阻力损失较大 3 半螺旋形吸入室 优点 保证进口液流速度均匀 泵轴后无漩涡 阻力损失较小 缺点 有预旋 扬程有所下降 半螺

4、旋形吸入室大多应用在双吸式泵 多级中开式泵上 单级双吸离心泵一般采用半螺旋形吸入室结构 使流体以正预旋进入叶轮 改善流体在叶轮入口处的流动 而且消除轴背面的漩涡区 4 弯管形吸入室 四 压出室 压出室的作用 将流来的高速液体汇集起来 引向次级叶轮的进口或引向压出口 同时还将液体中的部分动能转变成压力能 螺旋形压出室 蜗壳体 环形压出室径向式导叶与流道式导叶压出室其它形式 双层压出室 双压出室 倒置双涡室 压出室结构形式 1 螺旋形压出室 蜗壳体 特点 流道截面逐渐扩大 易于将速度水头转化为压力水头 缺点 非设计工况时 径向力不均匀 会使泵轴产生挠度 造成震动和密封环 轴套部件的磨损 扩散管 使

5、液体中的部分动能进一步转变为压力能 扩散管一般做成向叶轮旋转方向一边扩大 扩散角为8 12度 特点 流道截面积处处相等 液流在流道里不断加速 压出室内流体与叶轮内均匀流体发生碰撞 损失较大 效率低于螺旋形 优点 加工方便 用于多级泵的排出段 2 环形压出室 P37 流体不断增加 导叶是导流部件 又称导向叶轮 导轮 位于叶轮的外缘 相当于一个不能动的固定叶轮 一个叶轮和一个导叶组成分段式多级离心泵的级 作用 将叶轮压出的高速液体汇集起来引向下一级叶轮的入口 对末级导叶是引向压出管路 并将液体的动能转化为压力能 导叶与压出室的作用相同 3 径向式导叶与流道式导叶压出室 径向式导叶流道式导叶 见教材

6、P35 径向式导叶 正导叶AB BC 过渡区 反导叶 流道式导叶 正 反导叶是连续的整体 形成单独的小流道 液流互不相混 流阻比径向的小 但结构复杂 4 双层压出室 双压出室 倒置双涡室 优点 可以实现径向推力的平衡 五 轴向力 径向力及其平衡 P36 1 轴向力产生的原因 1 叶轮左右两侧的液流压力不等 右侧压力大于左侧 形成压力差轴向力F1 并指向吸入口 2 因液流速度大小 方向发生变化 在叶轮上作用着一个沿轴向的 动量变化所产生的力F2 3 泵立式布置 泵转子的重力构成轴向力F3 F2 F1 问 离心泵泵在启动时 泵轴向排出口还是吸入口窜动 泵在启动时 泵轴向排出口窜动 正是因为刚启动时

7、叶轮的压差轴向力尚未建立 而动量变化所产生的作用力发生效果的缘故 P37 2 轴向力的平衡 1 叶轮对称布置 偶数 正好对半布置奇数 首级采用双吸式 2 平衡孔 1 在叶轮后盖板上钻有数个小孔 平衡压力 2 并在与前盖板密封直径相同处装有密封环 液体经过密封环间隙后 压力下降 减少了作用在后盖板上的力 3 在后盖板下部从泵壳处设连通管与吸入侧相通 将叶轮背面的压力液体引向吸入管 结构简单 增加了泄漏 干扰了叶轮入口液体流动的均匀性 泵的效率有所下降 一般适用于单级泵或小型多级泵 3 双吸式叶轮 由于左右结构对称 不产生轴向力一般因密封环磨损不同 泄漏的程度不同 会产生残余轴向力 推力轴承 4

8、背叶片 在叶轮的后盖板外侧铸有4 6片叶片 称为背叶片 背叶片强迫液体旋转 使叶轮背面的压力显著下降 5 平衡装置 平衡盘 装置在末级叶轮之后 随泵轴一起旋转 平衡盘平衡作用原理 p3通过径向间隙b1节流后 形成平衡盘前压力p4 又通过轴向间隙b2节流后 形成平衡盘后压力p6 p4 p6 压力差与平衡盘作用面积的乘积形成轴向力 如何分析变工况时平衡盘的动作 平衡盘的灵敏度 平衡鼓是装在泵轴末级叶轮后的一个圆柱体 跟随泵轴一起旋转 作用原理 径向间隙前后液体压力差与平衡鼓作用面积的乘积 5 平衡装置 平衡鼓 优点 变工况时 泵启 停时平衡鼓与泵体不会发生磨损 寿命长 工作安全 缺点 变工况时 不

9、能迅速平衡掉全部轴向力 平衡鼓不能限制泵轴的轴向窜动 所以一般与推力轴承配合使用 为减少泄漏量 在平衡鼓外周车出反向螺旋槽 平衡鼓与平衡盘联合使用 双平衡鼓装置 3 径向力的产生的原因 P42 1 变工况下 小于或大于设计工况 叶轮流出的液体与压出室里的液体撞击生压 P 2 叶轮内的液体流出时 因压力不同 流出的液体量不同 产生的动量的反作用力不均匀 R 实测离心泵压出室内液体的压力分布图 小于设计流量与大于设计流量时压出室压力分布正好相反 径向力常用斯捷潘诺公式计算 经验公式 P42 设计工况下的扬程 叶轮出口直径 包括前后盖板的叶轮出口宽度 实验系数 螺旋形压出室 环形压出室 4 径向力的

10、平衡 双蜗壳蜗壳加导叶多级蜗壳式泵 五 轴端密封装置 泵轴穿过泵壳的动 静之间有间隙存在 泵内液体会从间隙中泄漏至泵外 1 泵体 2 泵盖 3 叶轮 4 泵轴 5 密封环 6 叶轮螺母 7 轴套 8 填料压盖 9 填料环 10 填料 11 悬架轴承部件 填料密封机械密封浮动环密封迷宫密封其它密封 密封环 1 填料密封 主要构成 填料 填料环 填料压盖 优点 结构简单 成本低 缺点 填料与轴套摩擦会发热 需水冷却 对于高速的大容量给水泵 填料密封不能满足要求 注意 填料压盖的压紧程度应该合理 1 填料套2 填料环3 填料4 填料压盖5 双头螺栓6 螺母 轴封为软填料密封 为了防止空气进入泵内和冷

11、却润滑密封腔 在填料之间装有填料环 水封环 水泵工作时少量高压水 通过泵盖中开面的梯形凹槽流入填料腔 起水封作用 1 填料压盖 2 水封环 3 填料 4 填料箱 石墨油浸石棉绳合成纤维 1 弹簧座 2 弹簧 3 动环传动销 4 动环密封圈 5 动环 6 静环 7 静环密封圈 8 防转销 2 机械密封 原理 依靠动环与静环端面的直接接触而形成径向密封 静环与动环端面形成的密封面上所需要的压力 依靠弹簧2的弹力造成 动环密封圈4 防止液体的轴向泄漏 静环密封圈7 封堵静环与泵壳间的泄漏 密封圈除了起密封作用之外 还有吸收振动 缓和冲击的作用 机械密封的端面需要通有密封液体 动环与静环间的密封实际上

12、是由两环间维持一层极薄的流体膜起着平衡压力和润滑 冷却端面的作用 密封液体要经过外部冷却器的冷却 优点 寿命大于填料密封 轴与轴套不易损伤 功率消耗少 缺点 结构复杂 价格贵 安装以及加工精度要求高 如果动静环不同心 运行时容易引起振动 机械密封冷却水系统 3 浮动环密封 原理 浮动密封环是藉浮动环与支承环 浮动套 的密封端面在液体压力与弹簧力的作用下 紧密接触使液体得到径向密封 1 密封环 2 支承环 甲 3 浮动环 4 弹簧 5 支承环 乙 6 支承环 丙 7 支承环 丁 8 密封圈 组成 由数个单环套在轴上依次排列而成 每个单环均由一个浮动环 支承环 浮动套 以及弹簧组成 优点 与机械密

13、封相比 结构简单 运行可靠 适宜与高温高压的液体 缺点 轴向长度较长 运行时支承环组成的腔内必须有密封液体 不宜在短而粗的大容量给水泵中应用 也不宜在干转或汽化条件下运行 另外的轴端密封有 迷宫密封 螺旋密封等 书P46 迷宫密封 梳子形密封片与轴套之间形成一系列忽大忽小的间隙 对泄漏液体进行多次节流降压 4 其它密封装置 螺旋密封 是一种非接触型的流体动力密封 在密封部位的轴表面上切出反向螺旋槽 泵轴转动时对充满在螺旋槽内的泄漏液体 产生一种向泵内的泵送作用 从而达到减少介质泄漏的目的 优点 工作时无磨损 使用寿命长 缺点 螺旋密封在低速或停车状态不起密封作用 第二节离心泵整体结构 一 泵的

14、基本型号 一 单级单吸清水离心泵 IS型 转速 2900 1450流量 6 3 400扬程 5 125 二 单级双吸离心泵 S型 P47图 转速 2900 1450流量 72 2020扬程 12 125 输送清水或物理 化学性质类似于水的其他液体 三 电厂常用泵 锅炉给水泵 凝结水泵 循环水泵 灰渣泵 一 锅炉给水泵 节段式多级给水离心泵 节段式多级泵在启 停和工况突变时 常常会受到热冲击 产生热应力 容易造成泵动静部分的摩擦与振动 节段式多级泵级数较多时 拉紧螺栓很难保证节段间接触严密 因而运行中易造成级间泄漏 另外 检修时 需拆卸泵进 出水管道 再解体泵 因此费工费时 圆筒型 双层壳体 多

15、级离心泵 高压 超临界锅炉给水泵目前普遍采用圆筒型 双层壳体 多级离心泵 主要特征 双层壳体 内 外壳之间充有水泵出口引来的高压水 1 克服热冲击产生的热应力 2 高压液体自动密封内壳体节段结合面 3 检修方便 见教材P49 美国1300MW机组配用的49300KW圆筒型锅炉给水泵 大容量高温 高压锅炉给水泵为什么大多采用圆筒型泵壳结构 P48 二 凝结水泵 大容量火力发电厂汽轮机组采用筒袋型立式多级离心泵 花两分钟看看教材P48图 作用 将凝结水送至低加主要特点 垂直悬吊式平衡装置 平衡孔 叶轮背口环 推力轴承 NLT型 卧式 叶轮前装置诱导轮 第三节离心风机主要部件 一 叶轮 1 前盘 2

16、 后盘 3 叶片 4 轮豰 第三节离心风机主要部件 离心风机传递能量的主要部件 离心风机叶轮一般采用后弯式叶片 机翼型 直板型 弯板型 空气动力性能好效率高 制造方便效率低 叶轮前盘的形式有 平直前盘 锥形前盘 弧形前盘 平直 气流进口后分离损失较大 风机效率低 弧形反之 高效离心风机采用 二 集流器 作用 装置在叶轮前 使气流能均匀地充满叶轮的入口截面 要求 气流通过时阻力损失最小 结构 圆筒形 圆锥形 弧形 锥筒形 锥弧形 效果依次变好 叶轮进口处会形成涡流区 高效风机基本上采用 挡风圈 稳压器 位置 风机内部进气口部位作用 减弱涡流 控制倒流 机舌附近倒流 蜗壳内靠近进气口附近的涡流 档风圈 双吸式离心风机小叶片位置 叶轮两侧盖板上作用 减少叶轮出口强涡流 同时减小风机在小流量区运行时出现喘振的可能性 两侧出气流速常不相等 产生强涡流 三 进气箱 气流进入集流器的两种方式 自由进气 集流器直接从周围吸取气体 进气箱 集流器从进气箱吸取气体 进气箱的作用 改善气流的流动状况 使气流速度分布均匀 箱内漩涡区大 进口气流不稳定 通流截面收敛 进气室底端与进风口对齐 减少涡流 进气箱与风