管道泵结构原理

管道泵是市场上使用最广泛的一种水泵，虽然使用广泛不过大部分人对管道泵内部结构却不是很了解，在这里上海浙瓯泵阀制造有限公司的工程师对管道泵的结构进行详细介绍。

管道泵泵的主体部件是旋转的叶轮和固定的泵壳。其工作原理是:离心泵在启动前向壳内灌满了被输逖的液体,启动后泵轴带动叶轮一起旋转迫使叶片间的液体旋转。液体在惯性高心力作用下自叶轮中心被甩向外周并获得了能量,使流向叶轮外周的静压强増高,流速増大。液体进入泵壳后,因壳内流道逐渐扩大而使液体减速,部分动能转换成静压能。于是,具有较高压强的滚体从泵的排岀口选入排出管路,被输送到所需场所。叶轮不停旋转,液体便不断吸入和排出。

概述

●1、管道泵是输送液体并提高液体压力的机器

●2、管道泵分为化工用泵、水泵。

3、主要差异:特殊材料和设计,防止腐蚀和适应化工工艺,包括结构、轴封、材料及

检修难度。

4、化工用泵的要求

●(1)适应化工工艺要求运行可靠。

●(2)耐腐蚀,耐黁损

●(3)满足无泄漏要求

●(4)耐高温或耐低温并能有效连续工作。

、管道泵的工作原理分类、型号及结构

管道泵的装置及工作原理：

●1、为了使管道泵能正常工作,管道泵必须配备一定的管路和管件,这种配备有一定管路系统的离心泵称为离心泵装置。图所示为离心泵的一般装置示意图,主要有底阀、吸入管路、出口阀、出口管线等。

2、管道泵的工作原理

管道泵在工作时,依靠高速旋转的叶轮,液体在惯性离心力作用下获得了能量以提高了压强。离心泵在工作前,泵体和进口管线必须罐满液体介质,防止气蚀现象发生当叶轮快速转动时,叶片促使介质很快旋转,旋转着的介质在离心力的作用下从叶轮中飞出,泵内的水被抛出后,叶轮的中心部分形成真空区域。一面不断地吸入液体,一面又不断地给予吸入的液体一定的能量,将液体排出。离心泵便如此连续不断地工作。

(二)管道泵的气蚀

1、所谓的气蚀是指:管道泵启动时,若泵内存在空气,由于空气的密度很低,旋转后产生的离心力很小,因而叶轮中心区所形成的低压不足以将液位低于泵进口的液体吸入泵内,不能输送流体的现象

2、管道泵启动前一定要向泵壳内充满液体以后,方可启动,否则将造成泵体发热,震动,出液量减少,对水泵造成损坏(简称“气蚀”)造成设备事故!

(三)管道泵的分类

管道泵的种类很多,分类方法常见的有以下几种方式

1、按叶轮吸入方式分:(1)单吸式离心泵;如图所示我站稳前泵、稳后泵、循环水泵等都是此类泵

(2)双吸式管道管道泵;如图所示,我站消防泵是此类泵

(3)单级双吸管道管道泵

扬程范围为10-140m,流量范围是90—28600m3/h。按轴的安装位置不同,分卧式和立式两种结构。图12-3为卧式S型单级双吸离心泵结构。这种泵实际上相当于两个B型泵叶轮组合而成,液体从叶轮左、右两侧进入叶轮,流量大。转子为两端

支承,泵壳为水平副分的蜗壳形。两个呈半螺旋形的吸液室与泵壳一起为中开式结构,共用一根吸液管,吸、排液管均布在下半个泵壳的两侧,检査泵时,不必拆动与泵相连接的管路。由于泵壳和吸液室均为蜗壳形,为了在灌泵时能将泵内气体排

出,在泵壳和吸液室的最高点处分别开有螺孔,灌泵完毕用螺栓封住。泵的轴封装置多采用填料密封,填料函中设置水封圈,用细管将压液室内的液体引入其中以冷却并润滑填料。轴向力自身平衡,不必设置轴向力平衡装置。在相同流量下双吸泵比单吸泵的抗汽蚀性能要好

2按叶轮数目分

●(1)单级管道泵中只有一个叶轮,单级离心泵是一种应用广泛的泵。由于液体在泵内只有一次增能,所以扬程较低。

●(2)多级离心泵具有两个或两个以上叶轮的离心泵称为多级离心泵。级数越多压力越高。一台分段式离心水泵,这种泵的叶轮一般为单吸式

多级管道泵结构图

 

3、按管道泵扬程分:

(1)、低压泵:扬程≤20m

(2)、中压泵:扬程220-100m;

(3)、高压泵:扬程2100m

4、按泵的用途和输送液体性质分类

泵可分为

(1)清水泵;

(2)泥浆泵;

(3)酸泵

(4)碱泵

(5)油泵

(6)砂泵

(7)低温泵;

(8)高温泵;

(9)屏蔽泵;

2、管道离心泵的结构

●管道离心泵的品种很多,各种类型泵的结构虽然不同,但主要零部件基本相同

●主要零部件有泵壳、泵盖、泵体、叶轮、密封环、泵轴、机封或填料函、联轴器、轴承等

单级单吸管道离心泵的特点

●B型泵此泵用于输送温度不超过80°℃的清水及与水相近的清洁液体,扬程范围为8-125m,流量范围为4.5—362m3/h。B型泵结构简单,工作可靠,易于加工制和维护保养,是在|S型泵之前应用最广泛的一种离心泵

●B型泵有前开门式和后开门式两种。前开门式为叶轮前面为泵盖,后面为泵壳;而后开门式与前开门式相反,叶轮前面为泵壳,后面为泵盖

●B型泵的前开门式结构,泵的进口在泵盖上,出口在泵壳上,泵壳是螺旋形蜗壳,泵轴的一端支承在泵体内的轴承上,另一端伸出称为悬臂端,叶轮装在悬臂端。叶轮上开有平衡孔,用来平衡部分轴向力,未平衡的轴向力由轴承承受。轴承用润滑脂润滑,多为球轴承。轴封装置采用填料密封,泵内的压力水可直接由开在泵壳上的孔送到水封环,起水封作用

管道离心泵的主要零部件

(一)、离心泵转子

转子是指离心泵的转动部分,它包括叶轮、泵轴、轴套、轴承等零;如图所示

叶轮

●叶轮是离心泵的做功零件,依靠它高速旋转对液体做功而实现液体的输送,是离心泵重要零件一

●叶轮一般由轮毅、叶片和盖板三部分组成。叶轮的盖板有前盖板和后盖板之分,叶轮口侧的盖板称为前盖板,另一侧的盖板称为后盖板。

●按结构形式,叶轮可分为以下三种

(1)闭式叶轮叶轮的两侧均有盖板,盖板间有46个叶片。闭式叶轮效率较高,应用最广,适用于输送不含固体颗粒及纤维的清洁液体。闭式叶轮有

单吸和双吸两种类型。双吸叶轮适用于大流量泵,其抗汽蚀性能较好。这种叶轮结构简单,制造容易,但效率低,适用输送含较多固体悬浮物或带纤维体

●(3)半开式叶轮这种叶轮只有后盖板。它适用于输送易于沉淀或含固体悬浮物的液体,其效率介于开式和闭式叶轮之间离心泵叶轮的叶片有圆柱形叶片和组曲叶片两种。圆柱形叶片是指整个叶片沿宽度方向均与叶轮轴线平行,图1-10所示的叶轮叶片均为圆柱形叶片

●叶轮的材料,主要是根据所输送液体的化学性质、杂质及在离心力作用下的强度来确定。清水离心泵叶轮用铸铁或铸钢制造,输送具有较强腐蚀性的液体时,可用青铜、不锈钢、陶瓷、耐酸硅铁及塑料等制造。叶轮的制造方法有翻砂铸造、精密铸造、焊接、模压等,其尺寸、形状和制造精度对泵的性能影响很大

叶轮结构图

2.泵轴

●离心泵的泵轴的主要作用是传递动力,支承叶轮保持在工作位置正常运转。它一端通过联轴器与电动机轴相连,另一端支承着叶轮作旋转运动,轴上装有轴承、轴向密封等零部件

●泵轴属阶梯轴类零件,一般情况下为-整体。但在防腐泵中,由于不锈钢的价格较高,有时采用组合件。接蝕介质的部分用不锈钢,安装轴承及联轴器的部分用优质碳素结构钢,不锈钢与碳钢之间可以采用承插连接或过盈配合连接。由于泵轴用于

传递动力,且高速旋转,在输送清水等无腐蚀性介质的泵中,一般用45#钢制造,并且进行调质处理。在输送盐溶液等弱腐蚀性介质的泵中,泵轴材料用40Cr,且调质处理。在防腐蚀泵中,即输送酸、碱等强腐蚀性介质的泵中,泵轴材质一般为1Cr8N或1Cr8NT等不锈钢

3.轴套

●轴套的作用是保护泵轴,使填料与泵轴的摩擦转变为填料与轴套的摩擦,所以轴套是离心泵的易黁损件。轴套表面一般也可以进行渗碳、渗氮、镀铬、喷涂等处理方法,表面粗糙造度要求一般要达到Ra3.2μm_Rao.8μm。可以降低摩擦系数,提高使用寿命。

4.轴承

轴承起支承转子重量和承受力的作用。离心泵上多使用滚动轴承,其外圈与轴承座孔采用基轴制,内圈与转轴采用基孔制,配合类别国家标准有推荐值,可按具体情况选用轴承一般用润滑脂和润滑油润滑

(一)、蜗壳和导轮

蜗壳与导轮的作用,一是汇集叶轮出口处的液体,引入到下一级叶轮入口或泵的出口

二是将叶轮出口的高速液体的部分动能转变为静压能。一般单级和中开式多级泵常设置

蜗壳,分段式多级泵则采用导轮

1.蜗壳

蜗壳是指叶轮出口到下一级叶轮入口或到泵的岀口管之间截面积逐渐增大的螺旋形流道。其流道逐渐扩大,出口为扩散管状。液体从叶轮流出后,其流速可以平缓地降低,使很大一部分动能转变为静压能

蜗壳的优点是制造方便,高效区宽,车削叶轮后泵的效率变化较小。缺点是蜗壳形状不对称,在使用单蜗壳时作用在转子径向的压力不均匀,易使轴弯曲,所以在多级泵中只是首段和尾段采用蜗壳而在中段采用导轮装置。蜗壳的材质一般为铸铁。防

腐泵的蜗壳为不锈钢或其他防腐材料,例如塑料玻璃钢等。多级泵由于压力较大对材质强度要求较高,其蜗壳一般用铸钢制造。

2.导轮

导轮是一个固定不动的圆盘,正面有包在叶轮外缘的正向导叶,这些导叶构成了一条条扩散形流道,背面有将液体引向下一级叶轮人口的反向导叶,其结构如。液体从叶轮甩出后,平缓地进入导轮,沿着正向导叶继续向外流动,速度逐渐降低,动能大部分转变为静压能。液体经导轮背面的反向导叶被引入下一级叶轮导轮上的导叶数一般为4—8片,导叶的入口角一般为8°16°,叶轮与导叶间的径向单侧间隙约为Imm。若间隙过大,效率会降低;间隙过小,则会引起振动和噪声。与蜗壳相比,采用导轮的分段式多级离心泵的泵壳容易制造,转能的效率也较高。但安裝检修较蜗壳困难。另外,当工况偏离设计工况时,液体流出叶轮时的运动轨迹与导叶形状不一致,使其产生较大的冲击损失。由于导轮的几何形状较为复杂,所以一般用铸铁铸造而成。

(三)、密封环

●从叶轮流出的高压液体通过旋转的叶轮与固定的泵壳之间的间隙又回到叶轮的吸入口,称为内泄漏。为了减少内泄漏,保护泵壳,在与叶轮入口处相对应的壳体上装有可拆换的密封环

●密封环的结构形式有三种。平环式,结构简单,制造方便。但密封效果差;为直角式的密封环,液体泄漏时通过一个90°的通道,密封效果比平坏式好,应用广泛;为迷宫式密封环,密封效果好,但结构复杂,制造困难,一般离心泵中很少采用。密封环内孔与叶轮外圆处的径向间隙一般在0.1—0.2mm之间。

●密封环磨损后,使径向间隙增大,泵的排液量减少,效率降低,当密封间隙超过规定值时应及时更换

●密封环应采用耐磨材料制造,常用的材料有铸铁、青铜等。

(四)、轴向密封装置

●从叶轮流出的高压液体,经过叶轮背面,沿着泵轴和泵壳的间隙流向泵外,称为外泄漏。在旋转的泵轴和静止的泵壳之间的密封装置称为轴封装置。它可以防止和减少外泄漏,提高泵的效率,同时还可以防止空气吸入泵内,保证泵的正常运行。特别在输送易燃、易爆和有毒液体时,轴封裝置的密封可靠性是保证离心泵安全运行的重要条件。常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种

1.填料密封

●填料密封指依靠填料和轴(轴套)的外圆表面接触来实现密封的裝置。它由填料箱(又称填料函)、填料、液封环、填料压盖和双头螺栓等组成,如图1-19所示。液封环安装时必须对准填料函上的入液口,通过液封管与泵的出液管相通,引入压力液体形

成液封,并冷却润滑填料。填料密封是通过填料压盖压紧填料,使填料发生变形,并和轴(或轴套)的外圆表面接触,防止液体外流和空气吸入泵内。填料密封的密封性可用调节填料压盖的松紧程度加以控制。填料压盖过紧,密封性好,但使轴和填

料间的摩擦増大,加快了轴的磨损,增加了功率消耗,严重时造成发热、冒烟,甚至将填料烧毁。填料压盖过松,密封性差,泄漏量増加,这是不允许的。合理的松紧度应该使液体从填料函中滴状漏岀,每分钟控制在15-20滴左右。对有毒、易

燃、腐蚀及贵中叶体,由于要求泄漏量较小或不准泄漏,可以通过另一台泵将清水或其他无害液体打到液封环中进行密封,以保证有害液体不漏出泵外。也可采用机

械密封装置。

●低压离心泵输送温度小于40℃时,常用石墨填料或黃油渗透的棉织填料;输送温度小于250°℃、压力小于1.8MPa的液体时,用石墨浸透的石棉填料;输送温度小于400°C、允许工作压力为2.5MPa的石油产品时,用金属箔包石棉芯子填料。

2.机械密封

●填料密封的密封性能差,不适用于高温、高压、高转速、强腐蚀等恶劣的工作条件机械密封装置具有密封性能好,尺寸紧凑,使用寿命长,功率消耗小等优点,近年来在化工生产中得到了广泛的使用。

●(1)结构及工作原理依靠静坏与动环的端面相互贴合,并作相对转动而构成的密封装置,称为机械密封,又称端面密封。紧定螺钉1,将弹簧座2固定在轴上,弹簧座2、弹簧3、推环4、动坏6和动环密封圈5均随轴转动,6静环静环密封圈8装在压盖上,并由防转销9固定,静止不动。动环、静环、动环密封圈和弹簧是机械密封的主要元件。而动环随轴转动并与静环紧密贴合是保证机械密封达到良好效果的关键。●机械密封中一般有四个可能泄漏点A、B、C、D和E密封点A在动环与静环的接触面上,它主要靠泵内液体压力及弹簧力将动坏压贴在静环上,防止A点泄漏;但两环的接触面A上总会有少量液体泄漏,它可以形成液

膜,一方面可以阻止泄漏,另一方面又可起润滑作用;为保证两环的端面贴合良好,两端面必须平直光洁。密封点B在静环与静环座之间,属于静密封点;用有弹性的o形(或形)密封圈压于静环和静环座之间,靠弹簧力使弹性密封圈变形而密封。密封点C在动环与轴之间,此处也属静密封,考虑到动环可以沿轴向窜动,可

采用具有弹性和自紧性的∨形密封圈来密封。密封点D在静环座与壳体之间,也是静密封,可用密封圈或垫片作为密封元件。密封E点有轴套,在轴套与轴之间,也是静密封,可用密封圈或垫片作为密封元件。

(2)结构形式

●机械密封的结枃形式很多,主要是根据摩擦副的对数、弹簧、介质和端面上作用的比压情况以及介质的泄漏方向等因素来划分。

①内装式与外装式

内装式是弹簧置于被密封介质之内，外装式则是弹簧置于被密封介质的外部。

内装式可使泵轴长度减小,但弹簧直接与介质接触,外装式正好相反。在常用的外装式结构中,动坏与静环接触端面上所受介质作用·力和弹簧力的方向相反,当介质压力有波动或升高时,若弹簧力余量不大,就会出现密封不稳定;而当介质压力降低时,又因弹簧力不变,使端面上受力过大,特别是在低压启动时,由

于摩擦副尚未形成液膜,端面上受力过大容易磨伤密封面。所以外装式适用于介质易结晶、有腐蚀性、较黏稠和压力较低的场合内装式的端面比压随介质压力的升高而升高,密封可靠,应用较广。

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