第一节 离心泵的工作原理和基本构造一、离心泵的工作原理我们可以作一个这样的实验 向一个敞口圆筒内灌注一定高度的水，并使其做等速旋转 这时圆筒内的水面呈从中心到边壁逐渐升高的旋转抛物面圆筒半径越大，水流旋转得越快 则水面沿筒壁上升的高度就越大离心泵就是基于这一原理，利用叶轮旋转时对水产生的离 心力来工作的图1 所示为离心泵的工作原理示意图蜗壳型的泵壳内装有靠泵轴带动旋转的叶轮，泵 壳的吸水口与泵的进水管相连，出水口与泵的出水管相接在开始抽水前，将泵内和进水管 内灌满水（也可用真空泵或射流泵将泵体和进水管内抽成真空引水），以使叶轮旋转时能够 产生足够的离心力之后，驱动动力机，当动力机通过泵轴带动叶轮高速旋转时，叶轮中的 水随之旋转，在离心力的驱动下被甩出叶轮，汇集到泵壳内，流经扩散锥管减速增压后流入 出水管道在水流被甩出叶轮的同时，叶轮进口处形成真空，与进水池水面形成压力差，进 水池中的水便在大气压力的作用下，沿进水管流入叶轮叶轮不停的旋转，水流就源源不断 地被吸入和甩出，形成水泵的连续抽水图丨2离心泵匸作原理示意團1一泵壳:2—泵轴：3 —叶轮:4 一吸氷骨：二一压朮管；G —底网：7—呵阀：呂一淋水渦斗：9一泵座二、离心泵的分类离心泵的分类方法很多，根据常用的分类方法可将离心泵分为如下类型。
根据泵轴的装 置方式可分为卧式泵和立式泵；根据水流进入叶轮的方式可分为单吸泵和双吸泵；根据轴上 安装叶轮的个数可分为单级泵和多级泵现就各类离心泵的结构特点和性能范围分述如下1. 单级单吸卧式离心泵其结构特点是水流从叶轮的一侧吸入，泵轴为卧式且轴上只有一个叶轮，叶轮固定在泵 轴的一端，泵的进出水口互相垂直，其性能特点是流量小、扬程高老型号的B型和BA型单级单吸式离心泵已被国家标准规定为淘汰产品IS系列泵是 我国水泵行业首批采用国际标准设计的单级单吸清水离心泵，其性能和规格均有较大扩展和 改进该系列泵共有29 种基本型号,51 个规格,6种口径其性能范围是：流量 6.3~400m3/h， 扬程5〜125m,配套电机功率0.55〜llOkw，转速有1450r/min和2900r/min两种其外形及 结构如图所示2. 单级双吸式离心泵单级双吸卧式离心泵的结构特点为：（1） 水从叶轮的两侧吸入，即叶轮有两个进水口，故称双吸2） 水泵进出水口均垂直于泵轴且在泵轴线下方，有利于进出水管路的布置与安装（3） 单级双吸卧式离心泵的流量及扬程均较单级单吸卧式离心泵大常用的单级双吸 卧式离心泵型号有Sh、Sa和S等几种。
其中Sh型为最常用泵型，共有30个品种、61种规 格，其流量范围一般为144〜12500m3/h,扬程为9~140m，最高扬程达225mS 型单级双吸离心泵3. 多级卧式离心泵其结构特点是：多个叶轮被安装于同一泵轴上串联工作，轴上叶轮的个数代表泵的级数 泵的总扬程为各级叶轮扬程之和，级数越多，扬程越高根据泵壳联结方式可分为分段式和 水平中开式两种泵型常见的分段式多级离心泵为 D 型，其外形及结构如图所示它由进水段、中段和出水 段组成，各段由长螺栓连成一体叶轮为单吸式，吸入口朝向一边排列，水流从前一级叶轮 经导叶进入后一级叶轮，使能量逐级增加在进出水段端部装有填料函和轴承，中段安装叶 轮，每个叶轮前后均装有密封环D型分段式多级卧式离心泵的性能范围：流量3.75〜1100m3/h,扬程54〜1050mD 系列多级离心泵三 离心泵的构造虽然离心泵的类型很多，型号各异，但其主要零部件组成基本相同主要零部件有：叶轮、泵壳、密封环、泵轴、轴承、轴封装置、轴向力平衡装置及联轴器等现分述如下1. 叶轮叶轮的主要作用是将动力机的机械能传递给液体，使液体的能量增加当叶轮旋转时， 叶槽内的水流质点基本上沿着径向流出叶轮，随着其圆周速度沿半径方向越来越大，所产生 的离心力也越来越大，故称离心泵叶轮为径流式叶轮。
叶轮一般由叶片、轮毂、前盖板和后 盖板组成叶轮的构造在很大程度上决定了水泵的类型和性能根据水流进入叶轮的方式，可将叶 轮分为单吸式叶轮和双吸式叶轮单吸式叶轮单边进水，其叶轮型式又可分为封闭式、半开 式和开敞式三种具有前、后两个轮盘的叶轮称为封闭式叶轮，叶轮上有6-8 个叶片只有 后盖板而无前盖板的叶轮称为半开式叶轮，既无前盖板也无后盖板的叶轮称为开敞式叶轮， 其叶片数较少，一般仅有2-5 个叶片，槽道较宽，多用于抽取污水或浆粒状液体双吸式叶 轮两边进水，其形状好似两个无后轮盘的单吸式叶轮背靠背组合而成图1-9单吸式离心泵叶轮型式 闭武：⑷开武：：宀半开武1 —叶片;2 前轮盘；3_苗轮盘F 4—平衢孔團I 10戏吸式离 心泵叶轮］一吸All； 2 —轮盖:3叶片；4 —轮毂：召他孔叶轮应具有高强度、抗腐蚀、抗冲刷的能力，因此制造叶轮的材料一般为铸铁、铸钢、 青铜或黄铜目前在低扬程水泵中也有用高强度塑料制造的叶轮2. 泵壳 泵壳由进水接管、壳体和出水接管三部分组成进水接管是一段渐缩管，其作用是把水 流平顺、均匀地引向叶轮壳体为一断面逐渐增大的螺旋形流道，外形像蜗牛壳，故又称蜗 壳其作用是汇集从叶轮甩出的水流并借助其过水断面的逐渐增大保持蜗壳中水流速度基本 不变。
出水接管为一扩散锥管，其作用是使水流流速逐渐减小，从而将水流的部分动能转化 为压能泵壳的进出水接管上各有一螺孔用以安装测量水泵进出口压力的真空表和压力表泵壳 顶部设有灌水（或抽气）孔，以便在水泵启动前向泵中充水、排气泵壳底部设有放水孔， 用以停泵后或检修时放空泵中积水3. 密封环 密封环又称减漏环、承磨环、口环，几个名称共同表明了密封环的作用该环为金属圆 环，镶装在叶轮进口外缘或该处的泵壳上，有时叶轮及泵壳上各装一个，用以减少高压水流 经叶轮进口与泵壳之间间隙的漏水量，同时又可避免因间隙过小而引起叶轮与泵壳的直接磨 损当该环磨损过量，间隙增大后便予以更换单吸式叶轮因单边进水，只有一个密封环；而双吸式叶轮因两侧进水，故有两个密封环 对口径大、扬程高的 IS 型泵，特别是对叶轮后盖板上开有平衡孔的泵，在后轮盘和泵壳之 间还装有一个密封环；对多级分段式离心泵，在每个叶轮前后也均装有密封环，其目的是为 了减少水量的漏失从减少泄漏量和改善叶轮入口流态来看，密封环间隙越小越好，但其间隙也不宜过小， 否则将产生机械磨损，降低泵的机械效率，严重时甚至会磨熔，使密封环与叶轮咬死密封 环的径向间隙一般取 0.1~0.4mm 为宜。
4. 泵轴 泵轴用于传递扭矩给叶轮以使之旋转泵轴为受扭、受弯构件，故要有足够的抗扭、抗 弯强度及刚度，其挠度不得超过允许值泵轴常用优质碳素钢制造叶轮用平键联于泵轴上， 因这种键只能传递扭矩，而不能固定叶轮的轴向位置，所以一般用轴套和反向螺母来定位， 轴套还可以起保护泵轴的作用采用反向螺母目的，在于泵轴转动时不会自行松动，而是越 转越紧5. 轴承 轴承用以支承转动部分的重量并承受泵运行时的径向力和轴向力水泵中常用的轴承为 滚动轴承和滑动轴承滚动轴承常用于中小型水泵，依其形状又可分为滚珠轴承和滚柱轴承， 一般荷载小的采用滚珠轴承、荷载大的采用滚柱轴承滑动轴承常用于大中泵轴（一般泵轴 直径大于75mm）,有的用青铜和具有巴士合金衬里的铸铁等金属材料制造，也有的用橡胶、 合成树脂、石墨等非金属材料制造前者用油润滑，后者用水润滑和冷却依荷载特性又可 分为径向轴承（只承受径向荷载）和止推轴承（只承受轴向荷载）以及同时承受径向荷载和 轴向荷载的径向止推轴承6. 轴封装置 在泵轴穿出泵壳处，轴与泵壳之间存在着间隙，当间隙处泵内液体压力大于大气压力时 （如单吸式离心泵，此处正对叶片背面），泵内的高压水将通过此间隙向外泄漏；当间隙处 泵内液体压力为真空时（如双吸离心泵，此处正对叶轮进口），空气就会从此处透入泵内， 从而降低泵的吸水性能。
为此需在泵轴与泵壳间隙处设置密封装置，称为轴封单级单吸离 心泵的轴封装置只有一个，单级双吸离心泵和多级离心泵的轴封装置均有两个目前，应用 较多的轴封装置有填料密封和机械密封两种1） 填料密封填料密封装置称填料函（或填料盒），它由填料、压盖、水封环、水 封管和底衬环组成填料又名盘根，被缠绕在填料环两侧的轴上，再用填料压盖压 紧，其作用是填充泵轴穿出泵壳处的间隙，进行密封常用的填料用石棉绳编制并 用黄油浸透，再压成截面为矩形的条状，外表涂以石墨粉，具有耐磨、耐高温和略 有弹性等特点近年来，又出现了各种耐高温、耐磨损及耐强腐蚀的填料，如用碳 素纤维、不锈钢纤维及合成树脂纤维等编织的填料水封环套装于泵轴上，位于填料中部环上开有若干小孔，泵内的高压水通过 水封管进入这些小孔并渗入填料，起着水封、冷却和润滑的作用对叶轮上无平衡 孔的单吸式离心泵不必设水封环及水封管，因叶轮背面的高压水可自行压入填料中填料压盖用来压紧填料填料的压紧程度用压盖上的螺丝来调节，填料压得过 紧，虽然可减少水、气的泄漏，但却使填料与轴套的摩擦力增大，缩短填料和轴套 的使用寿命，使填料和轴套发热甚至烧毁；相反，填料压得过松，则会增加漏水量 或进气量，降低泵的效率，影响泵的吸水性能。
一般比较适宜的压紧程度是每分钟 水从填料中渗出40-60 滴为宜2） 机械密封 机械密封的基本元件由动环、静环、压紧弹簧和密封胶圈组成动 环固定在轴上随轴一起旋转并能做轴向运动靠弹簧和水的压紧力，动环与静环的端 面 A 贴合在一起并保持极薄的一层液体膜而达到密封的目的而动环与轴之间的间 隙B和静环与压盖之间的间隙C均由橡胶密封圈来密封机械密封装置结构紧凑，机械摩擦小，密封性能可靠但制造工艺要求高，在 浑水中动、静环贴合面易被磨蚀而使密封失效，适合于清水中使用7. 轴向力平衡装置 单吸式离心泵由于其叶轮不对称，叶轮后盖板承受的水压力较前盖板大，因此产生一个 指向进水侧的轴向力此轴向力随着泵的增大和扬程的增高而增大该轴向力作用在叶轮上，可能导致泵轴的轴向窜动或叶轮紧固螺母松动，引起前轮盘和 泵壳产生摩擦为平衡此轴向力，一般扬程较高的单吸式离心泵在后轮盘上开有6 个平衡小 孔，并在后盖板上加装减漏环压力水经此减漏环时压力下降，并经平衡孔流回叶轮，使叶 轮前后轮盘上的压力达到平衡此法构造简单， 方便易行，但叶轮槽道中的水流受到平衡 孔回流水的冲击，使水力条件变差，水泵效率降低所以一般小型低扬程泵因其产生的轴向 推力不大，均不开平衡孔。
8. 联轴器联轴器又称“靠背轮”，用以将电动机的动力传递给水泵联轴器有刚性联轴器与弹性 联轴器之分刚性联轴器对于泵轴与电动机轴的不同心度，在连接中无调节余地，故对安装 精度要求较高，常用于小型水泵机组和立式泵机组的连接弹性联轴器内带有弹性橡胶圈 可减少传动时因泵轴有少量偏心而引起的轴周期性弯曲应力和振动一般大型卧式泵机组常 采用弹性联轴器第二节 轴流泵及混流泵的工作原理和基本构造一、轴流泵的工作原理轴流泵是依靠叶轮旋转时叶片对水流产生的升力而工作的，这种泵由于水流进叶轮和流 出导叶都是沿轴向的，故称轴流泵轴流泵的叶片剖面与飞机的机翼剖面形状相似，一般称 这类形状的叶片为翼型，其工作原理与飞机飞行原理相仿， 可以用空气动力学中机翼的升 力理论来阐述，下面简述轴流泵的工作原理假设将单个翼型放入流体中，当流体绕过翼型时，在翼型的首端分成两股流， 分别经 过翼型的上下表面，同时在翼型的尾端汇合由于翼型上表面曲率大，下表面曲率小，流体 沿上表面路程要比下表面路程长，因此流体流经上表面的速度快于下表面，相应地流体对翼 型上下表面形成一个压力差，即产生一个自下而上的作用力P,同样，翼型对。