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1、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：,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）612片，比转数ns=60250,常为6片。低ns可取9片，高比转数ns可为45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 扭曲形,叶片出口角2A及入口角1A 2A一般在之间16 40 石油储运
2、用泵在20 30,低ns泵2A大，H增加，可以使得D2小，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。,离心泵蜗壳形状,定常流时，CRrR常数,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,c
3、R2/2g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，液流方向不是常数，小部分能量转化，蜗壳扩张角不大于60，防止边界层分离。加扩压段，扩张角812，长度为2.53倍的进口直径，在扩压管可使8085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
4、一级。,叶片数47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、-Q比蜗壳陡，平均较低。,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、
5、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 Ps P+P0=Ps+Psp P=Psp+Ps-P0,动环受力图,端面比压,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
6、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,密封面较窄时，,在各种密封状态下有不同的，有一些计算公式，以上只是粗略研究。,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,（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
7、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
8、，防泄漏。 pb大，磨损加剧，热量多，液膜蒸发成干摩擦。,合理比压,(3) 平衡型式的选择,两者乘积为重要参数。,(5)密封面宽度b的选择,(6)泄漏量：,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。,（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
9、力，由轴承承受。,b 开平衡孔或装平衡管（图196）P98简单，但有内漏，扰乱叶轮进口液流，增加水力损失，仍有1015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：,对称布置叶轮,平衡鼓,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，0.20.3mm。 （2）鼓长可减少泄漏，但轴
10、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：,自动平衡装置,d、平衡鼓与平衡盘组合,平衡鼓5080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：ns120300的泵,QQd：蜗壳中压力逐渐下降，到扩压管最低，在隔舌280310方向有一合力。,径向力常用斯捷潘诺夫公式：,（2）径向力平衡：,A 双层蜗壳：使叶轮周围有两个压力分布对称的流道，每个流道包围（对叶轮）径向力抵消。,B 加导叶：结构复杂,C 多级蜗壳泵：相邻两蜗壳相差180配置，径向力抵消，但有力偶存在。,
