離心泵的結(jié)構(gòu)與原理

一、離心泵的基本結(jié)構(gòu)

 離心泵的結(jié)構(gòu)

1.葉輪

葉輪是離心泵的主要零部件，是對液體做功的主要元件。葉輪尺寸是通過水力計算來確定的，它一般由兩個圓形板以及之間若干彎曲的葉片和輪轂所組成，葉片固定在輪轂上，輪轂中間有穿軸孔與泵軸相聯(lián)接。

按吸液方式不同可將葉輪分為單吸式與雙吸式兩種。單吸式葉輪結(jié)構(gòu)簡單，液體只能從一側(cè)吸入。單吸式葉輪如圖4-1-3所示，葉輪的前、后蓋板呈不對稱狀。雙吸式葉輪可同時從葉輪兩側(cè)對稱地吸入液體，它不僅具有較大的吸液能力，而且基本上消除了軸向推力。雙吸式葉輪有兩個吸水口，前后蓋板呈對稱狀，一般大流量離心泵多采用雙吸式葉輪。

葉輪按其蓋板情況又可分為開式、半開式和閉式三種形式，如圖4-1-4所示，開式葉輪沒有前、后蓋板而只有葉片；半開式葉輪只有后蓋板而沒有前蓋板；閉式葉輪既有前蓋板，又有后蓋板。一般閉式葉輪多用于離心式清水泵中，而在抽升含有懸浮物的污水泵中則采用開式或半開式葉輪，以免污物堵塞流道。

2.泵軸

泵軸的作用是用來傳遞扭矩，使葉輪旋轉(zhuǎn)。泵軸的常用材料是碳素鋼和不銹鋼。泵軸應有足夠的抗扭強度和足夠的剛度。葉輪和軸靠鍵相聯(lián)接，由于這種聯(lián)接方式只能傳遞扭矩而不能固定葉輪的軸向位置，故在水泵中還要用軸套和鎖緊螺母來固定葉輪的軸向位置。葉輪采用鎖緊螺母與軸套軸向定位后，為防止鎖緊螺母退扣而產(chǎn)生松動，要防止水泵反轉(zhuǎn)，尤其是對于初裝水泵或解體檢修后的水泵要按規(guī)定進行轉(zhuǎn)向檢查，確保與規(guī)定轉(zhuǎn)向一致。

a）閉式葉輪             b）半開式葉輪               c）開式葉輪

3.泵殼

）通常鑄成蝸殼形，是主要固定部件，它收集來自葉輪的液體，并使液體的部分動能轉(zhuǎn)換為壓能，最后將液體均勻地導向排出口；泵殼頂上設有充水和放氣的螺孔，在水泵啟動前用來充水或排走泵殼內(nèi)的空氣；在泵殼的底部設有放水螺孔，以便在水泵停車時放空積水。

為了減少離開葉輪的液體直接進入泵殼時因沖擊而引起的能量損失，在葉輪與泵殼之間有時裝置一個固定不動而帶有葉片的導輪。導輪中的葉片使進入泵殼的液體逐漸轉(zhuǎn)向而且流道連續(xù)擴大，使部分動能有效地轉(zhuǎn)換為壓能，多級離心泵通常均安裝導輪。

4.泵座    

其作用是固定水泵。泵座上有與底板或基礎固定用的螺栓孔，在泵座的橫向槽底開有泄水螺孔，以隨時排走填料盒內(nèi)流出的滲漏水。泵殼和泵座上的這些螺孔，如果在水泵運行中暫時無用，可以用帶螺紋的絲堵堵住。

5.變速箱

變速箱通過齒輪傳動改變?nèi)~輪的輸入轉(zhuǎn)速。通常為兩級增速齒輪，使得葉輪得到更高的轉(zhuǎn)速。包括輸入軸，軸承，驅(qū)動齒輪，從動齒輪，變速箱體，油封等。根據(jù)不同的工作轉(zhuǎn)速，可配置附加冷卻裝置保證變速箱工作溫度在正常范圍內(nèi),具體結(jié)構(gòu)見圖4－1－6。

6.軸封裝置

由于泵軸轉(zhuǎn)動而泵殼固定不動，在軸與泵殼的接觸處必然有一定間隙。為避免泵內(nèi)高壓液體沿間隙漏出，或防止外界空氣從相反方向進入泵內(nèi)，必須設置軸封裝置。離心泵常用軸封裝置有三種：有骨架的橡膠密封、填料密封和機械密封。

（1）有骨架的橡膠密封

在這種密封裝置中，密封碗是主要的密封元件，這種密封方法是利用橡膠的彈力和彈簧圈的壓力將密封碗緊壓在軸套上，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，體積小，密封效果比較顯著，缺點是密封碗的內(nèi)孔尺寸容易超差，將軸套壓得太緊，消耗功率比機械密封大，密封機構(gòu)安裝要求較嚴，而且密封碗強度、耐熱性和耐腐蝕性都不理想，壽命較短。因此在消防泵使用中，一般都需加上潤滑脂進行潤滑，如圖4-1-7所示。

（2）機械密封

機械密封又稱端面密封，其結(jié)構(gòu)如圖4-1-8所示。由一個裝在轉(zhuǎn)軸上的動環(huán)和另一固定在泵殼上的靜環(huán)所構(gòu)成。兩環(huán)的端面借彈簧力互相貼緊而作相對轉(zhuǎn)動，起到了密封的作用。機械密封適用于密封較高的場合。

1-彈簧座；2-彈簧；3-傳動銷；4-動環(huán)密封圈；5-動環(huán)；6-靜環(huán)；7-靜環(huán)密封圈；8-防轉(zhuǎn)銷

機械密封由主要密封元件和輔助密封元件兩部分組成。

機械密封有如下優(yōu)點：

幾乎可*防止泄漏，因此可以提高泵的效率；可以節(jié)省功率，由于接觸面小，各面又經(jīng)過精密研磨，因而與橡膠密封相比，磨擦阻力小得多；軸不受磨損；由于軸與磨擦面無關，故在壓蓋部分沒有磨損；操作簡單，運轉(zhuǎn)中不需要調(diào)整壓蓋；使用壽命很長。

機械密封的缺點是接觸面必須絕對精密加工，價格昂貴，并且一旦損壞，更換密封很麻煩。此外安裝精度對機械密封的工作情況有很大影響，安裝得不好，會出現(xiàn)泄漏和降低壽命。

機械密封在裝配時，要注意其軸向串量不允許超過±0.05mm；如有軸套時，不允許軸套有軸向移動；裝配完后，端面跳動允差為0.06mm。

（3）填料密封

填料密封是常用的一種軸封裝置，將泵軸穿過泵殼的環(huán)隙作成密封圈，于其中裝入軟填料，從而保持密封。圖4-1-9是較常見的填料密封，由軸填封套、填料、水封管、水封環(huán)和填料壓蓋5個部件組成。

填料又稱“盤根"，在軸封裝置中起阻水隔氣的密封作用。常用的填料是浸油、浸石墨的石棉繩填料。近年來又出現(xiàn)了各種耐高溫、耐磨損以及耐強腐蝕的填料。為了提高密封效果，填料繩一般做成矩形斷面。填料壓蓋的作用是用來壓緊填料，它對填料的壓緊程度可通過擰松或擰緊壓蓋緊固螺栓來進行調(diào)節(jié)。使用時，壓蓋的松緊要適宜，壓得太松，則達不到密封效果；壓得太緊，則泵軸與填料的機械磨損大，消耗功率大，如果壓得過緊，則有可能造成“抱軸"現(xiàn)象，產(chǎn)生嚴重的發(fā)熱和磨損。一般地，壓蓋的松緊以水能通過填料縫隙呈滴狀滲出為宜。水封管與水封環(huán)的作用是將泵內(nèi)的壓力水引入填料與泵軸間的縫隙，起到引水冷卻與潤滑的作用。

7.減漏環(huán)

葉輪吸入口的外圓與泵殼內(nèi)壁的接縫處存在一個轉(zhuǎn)動接縫，它是高低壓交界面，且具有相對運動的部位，很容易發(fā)生泄漏。為了減少泵殼內(nèi)高壓水向吸水口的回流量，一般在水泵的構(gòu)造上采用兩種減漏方式。

（1）減小接縫間隙，要求接縫間隙不超過0.1～0.5mm。

（2）增加泄漏通道中的阻力。

實際應用中，該接縫間隙處容易發(fā)生葉輪與泵殼間的磨損現(xiàn)象，影響葉輪各泵殼的使用壽命。為此，要在泵殼上鑲嵌一個金屬環(huán)，該環(huán)的接縫面可做成多齒形以增加水流回時的阻力，提高減漏效果，這種金屬環(huán)被稱為減漏環(huán)，其外形與安裝示意圖如圖1-10，三種不同形式的減漏環(huán)，如圖4-1-10所示。減漏環(huán)的另一作用是承磨，因為在實際的運行中，該部位的磨擦是難免的，水泵中有了減漏環(huán)，當磨擦使間隙變大后，只需更換減漏環(huán)，從而避免使葉輪和泵殼損壞。因此，減漏環(huán)又稱承磨環(huán)，是一個易損件。

8.軸承座

軸承座是用來支撐承軸的。軸承裝于軸承座內(nèi)作為轉(zhuǎn)動體的支持部分。軸承座的構(gòu)造如圖4-1-11所示。軸承與軸是過盈配合，裝配前應先將軸承在機油中加熱到120°左右，使軸承受熱膨脹后再套在軸上，軸承的拆卸一般要用專用工具，無論是安裝還是拆卸軸承，都要注意按規(guī)定操作，切勿野蠻作業(yè)，以防損壞軸和軸承。

二、離心泵的工作原理

離心泵在啟動之前，應先用水灌滿泵殼和吸水管道。當原動機使泵軸轉(zhuǎn)動時，帶動葉輪和水作高速旋轉(zhuǎn)運動，此時，水受到離心力作用被加速后甩出葉輪，經(jīng)渦形泵殼中的流道而流入水泵的壓出管道，在這一過程中，水的部分動能轉(zhuǎn)換成壓力能。與此同時，水泵葉輪中心處由于水被甩出而形成真空，吸水池中的水便在大氣壓力作用下沿吸水管道而源源不斷地流入葉輪吸入口，又受到葉輪的作用，這樣一來就形成了離心泵的連續(xù)輸水，如圖4-1-12所示。

為更好地理解離心泵的工作原理，可以將其工作過程轉(zhuǎn)換為以下三個問題：

（1）水是怎樣在葉輪里獲得動能的？

（2）水的部分動能是如何轉(zhuǎn)化為出水口的壓力能的？

（3）水為什么會源源不斷地流進葉輪，進而使水泵能連續(xù)出水？

可見，離心泵的工作過程，實際上是一個能量的傳遞和轉(zhuǎn)換的過程。它把原動機旋轉(zhuǎn)的機械能轉(zhuǎn)化為被提升水的動能和壓力能。在這個轉(zhuǎn)化過程中，必然伴隨著許多能量損失，從而影響離心泵的效率。這種能量損失越大，離心泵的性能就越差，工作效率就越低。在啟動時，如果泵內(nèi)有空氣，則由于空氣密度遠比液體的小，所以葉輪旋轉(zhuǎn)后空氣產(chǎn)生的離心力也小，使葉輪吸入口中心處只能造成很小的真空，液體不能進到葉輪中心，泵就不能出水。

三、離心泵的工作必要條件

離心泵的工作必要條件是事先給泵內(nèi)灌滿水。

如果泵殼內(nèi)有空氣，由于空氣的密度遠小于液體的密度，其所產(chǎn)生的離心力很小，而不足以使得葉輪中心處形成低壓，液面與中心處的壓強差很小，液面位于泵下面的液體不能在壓強差的作用下被吸入泵內(nèi)，這時泵具有空轉(zhuǎn)而不能吸液，排出口不可能有液體排出。因此，要求離心泵在起動之前事先灌滿水。這表明離心泵無自吸能力，此現(xiàn)象稱為氣縛。吸入管路安裝單向底閥是為了防止啟動前灌入泵殼內(nèi)的液體從殼內(nèi)流出，空氣從吸入管道進到泵殼中造成氣縛。很顯然，對于移動使用的水泵（如車用泵或手抬機動泵）而言，事先灌水有諸多不便。為此，移動使用的離心泵都須配置引水裝置，如滑片泵、水環(huán)泵、噴射泵等，同時要求引水裝置的性能較好。