專題一離心泵柱塞泵

專題一離心泵柱塞泵第一頁，共67頁。

離心泵工作時，發(fā)動機經泵軸帶動葉輪1旋轉，蝸殼內的液體受到葉輪上許多彎曲的葉片作用而隨之旋轉，在離心力的作用下，液體沿葉片間流道，由葉輪中心甩向邊緣再通過螺形泵殼（簡稱蝸殼)流向排出管。一.離心泵的工作原理離心泵的基本知識第二頁，共67頁。

隨著液體的不斷排出，在泵的葉輪中心形成真空，在大氣壓力的作用下，吸入池中的液體通過吸入管源源不斷地流入葉輪中心，再由葉輪甩出。離心泵的基本知識第三頁，共67頁。

吸入管的下部裝有濾網和底閥對液體起過濾作用，并防止管中液體倒流入吸入池。離心泵的基本知識第四頁，共67頁。

排出管匯裝有用以調節(jié)流量的閘門。蝸殼的頂部裝有漏斗，用以在開泵前向泵內灌水，排除泵腔內氣體。啟泵前一般要關閉排出閘門，啟動后方打開。離心泵的基本知識第五頁，共67頁。離心泵的基本知識第六頁，共67頁。二、離心泵的種類

離心泵的種類很多，分類方法各不相同。離心泵按泵軸的布置方式按吸入方式按葉輪級數分按用途分按泵體形式分按殼體剖分方式分按比轉數分清水泵污水泵油泵酸泵堿泵砂泵分段式泵中剖分式泵低比轉數泵中比轉數泵高比轉數泵渦殼泵透平泵離心泵的基本知識第七頁，共67頁。按泵軸的布置方式分，主要有：

1）臥式泵:泵軸水平布置2）立式泵：泵軸豎直布置離心泵的基本知識第八頁，共67頁。

1）單吸泵：葉輪從一個方向吸入液體。

按吸入方式分，主要有：離心泵的基本知識第九頁，共67頁。

2）雙吸泵液體從葉輪兩側吸入。離心泵的基本知識第十頁，共67頁。雙吸泵，葉輪從兩側吸入離心泵的基本知識第十一頁，共67頁。按葉輪級數分，主要有單級泵和多級泵：1）單級泵：泵軸上只安裝一個葉輪。離心泵的基本知識第十二頁，共67頁。

2）多級泵泵軸上安裝兩個或兩個以上葉輪。離心泵的基本知識第十三頁，共67頁。按泵殼能量轉換部分的結構分：

1)蝸殼泵，泵殼作成截面逐漸擴大的蝸殼形，流體從葉輪甩出后直接進入蝸殼的螺旋形流通，再被引入排出管線。離心泵的基本知識第十四頁，共67頁。2)導葉泵，在泵殼內裝有固定的導葉(導輪)，如圖所示，液體從葉輪流出后先進入導葉轉換能量，再流入泵殼。這種泵亦稱透平泵。離心泵的基本知識第十五頁，共67頁。

按照所輸送的液體性質又可分為水泵、熱油泵、汽油泵、酸泵、堿泵、污水泵，電動潛油泵、砂泵等。離心泵的基本知識第十六頁，共67頁。三.離心泵的典型結構

（1）單吸單級臥式離心泵

石油礦場上使用各種類型的離心泵。單級離心泵中最常見的是單級懸臂式BA型離心泵，下圖為其典型結構。該系列的泵排量范圍為5.5～330m3/h，揚程8～150米。離心泵的基本知識第十七頁，共67頁。離心泵的結構示意圖離心泵的基本知識第十八頁，共67頁。（2）雙吸單級離心泵

當排量較大而揚程不高時，一般采用sh系列的單級雙吸泵。它廣泛用于礦場輸水、輸油、民用供水等。該系列泵一般流量為90～3500m3/h，揚程為10～104m。離心泵的基本知識第十九頁，共67頁。（3）多級離心泵離心泵的基本知識第二十頁，共67頁。多級離心泵中液體流動過程

多級離心泵每一級的工作原理同單級離心泵原理。但級與級之間的液體靠導葉導向，即前一級葉輪出口的液體經導葉引導到后一級葉輪的入口處。其液體的流動路線如圖所示。離心泵的基本知識第二十一頁，共67頁。四、離心泵的主要零部件1、葉輪

葉輪是泵進行能量轉換的關鍵零件。單級離心泵只裝一個葉輪，多級離心泵則裝多個葉輪。離心泵的基本知識第二十二頁，共67頁。

葉輪的種類單吸式葉輪雙吸式葉輪閉式葉輪由前蓋板、后蓋板、葉片及輪轂組成。閉式葉輪一般用于輸送粘度較低的液體或清水的泵。閉式葉輪半開式葉輪開式葉輪閉式葉輪離心泵的基本知識第二十三頁，共67頁。半開式葉輪由后蓋板、葉片及輪轂組成；半開式葉輪一般用于輸送含有固相顆粒或粘度較高的的液體。

葉輪的種類半開式葉輪開式葉輪開式葉輪由葉片及輪轂組成；開式葉輪一般用于輸送污水或含有纖維的液體。第二十四頁，共67頁。雙吸式葉輪結構類似于閉式葉輪，不同的是液體可葉輪的兩側吸入。雙吸式葉輪用于輸送大流量的雙吸泵上。

葉輪的種類雙吸式葉輪離心泵的基本知識第二十五頁，共67頁。2、泵軸

泵軸是傳遞功率和力矩的主要零件。離心泵的基本知識第二十六頁，共67頁。3、泵殼

具有收集、導流和降速增壓的作用。

泵殼是一個能量轉換裝置，它導引從葉輪流出的液體，隨著流道面積的逐漸增大，使液流平緩地降低速度，使部分動能轉化為壓能。離心泵的基本知識第二十七頁，共67頁。4、導葉輪（導輪）

按裝在葉輪外緣，并固定在泵殼上，用于多級透平式泵中。內部也有葉片形成逐漸增大的流道，也具有收集、倒流、降速增壓的作用。離心泵的基本知識第二十八頁，共67頁。5、密封裝置

泵工作時，

防止液體內漏、外漏和外界空氣吸入。

密封環(huán)密封：防止液體從葉輪出口通過葉輪與殼體間的間隙漏回到入口（稱為內漏），提高容積效率。并承受葉輪與殼體接縫處可能產生的機械磨損。離心泵的基本知識第二十九頁，共67頁。

液體在離心泵內的流動可以分為三部分：液體進入葉輪前在進液流道(吸入室)中的流動，在葉輪內的流動和在排液流道(壓出室或導葉)中的流動。液體是在葉輪內被葉輪強制運動時獲得能量，而在其余兩個部分中流動時要消耗能量。離心泵是通過葉輪的轉動，帶動泵內液體，使之獲得能量的。因此研究離心泵的工作理論，首先必須研究液體在泵內通過葉輪的運動。第三十頁，共67頁。一、葉輪內液體的運動

1.三種速度

液體在葉輪內的運動是復雜的，為了便于研究，我們先作如下假設：

1)葉輪有無限多，無限薄的葉片，因此液體質點完全按照葉片形狀規(guī)定的軌跡運動

2)液體是理想的，即液體沒有粘性，流動時無摩擦阻力損失。

3)葉輪轉速和液體流量是恒定的。離心泵的理論基礎第三十一頁，共67頁。即液體在葉輪內任一點的絕對速度c：這種速度矢量合成圖，稱為速度三角形。由于要研究的是進葉輪前到出葉輪后的液體能量的變化情況，故我們只研究進口、出口的液流速度三角形。離心泵的理論基礎第三十二頁，共67頁。2.進、出口速度三角形

當離心泵工作時，吸入池中液體在大氣壓力作用下，沿吸入管流向泵的葉輪進口，其速度為c0。在葉輪內，液體由軸向變?yōu)閺较?，并以速度c1流向葉片間的流道，如圖2－13。離心泵的理論基礎第三十三頁，共67頁。

一般離心泵的液體沿半徑方向進入葉片，故其絕對速度的方向α1＝90°，絕對速度的大小為：

式中：Qi－流經葉輪的流量；

F1－進口斷面的環(huán)形有效過流面積。

下角標r或u，表示徑向或周向分速度。

離心泵的理論基礎第三十四頁，共67頁。

為了使液體進入葉片時與葉片不產生沖擊，進口處相對速度W1的方向應和葉片進口表面相切，即相對速度W1與圓周速度u1反方向的夾角βl應與葉片結構角βlK相等。即使βl＝βlK。當離心泵選定后，其葉輪的葉片結構角是不會變的，而βl的數值取決于c1和u1的大小。當泵軸轉速一定時，u1為常數，速度c1的方向是一定的，其大小取決于流量，因此βl的數值也取決于流量。離心泵的理論基礎第三十五頁，共67頁。

在葉輪出口處的圓周速度u2=πnD2/60，相對速度W2與葉片相切，即水力角β2＝β2K，絕對速度的徑向分速度c2r＝Qi/F2,F2為出口斷面環(huán)形有效過流面積。因此，出口處的速度三角形就確定了。離心泵的理論基礎第三十六頁，共67頁。二、離心泵的理論揚程

了解了離心泵葉輪內液體運動情況以后，就能進一步研究泵內的能量轉換規(guī)律。在離心泵中，影響葉輪和液體進行能量轉換的因素很多，如葉輪轉速，葉輪的尺寸，葉片的數量，葉片的角度和液體的性質等。為了研究主要因素的影響，先作以下兩點假設：

①葉輪具有無限多，無限薄的葉片，這樣就可以認為液體質點是完全按照葉片形狀規(guī)定的軌跡運動的；

②液體是理想的，即液體沒有粘性，流動時沒有摩擦阻力損失。離心泵的理論基礎第三十七頁，共67頁。

假設液體通過葉輪時沒有能量損失，根據能量守恒定律，葉輪消耗的機械功率應全都變?yōu)橐后w的水力功率，即

Miω＝ρgQiHi

式中ω－葉輪的旋轉角速度；

Hi－葉輪傳遞給每一N重量液體的能量，稱為泵的理論壓頭。因為假定葉輪葉片為無限多，所以Hi用Hi∞表示。離心泵的理論基礎第三十八頁，共67頁。所以，離心泵的理論壓頭Hi∞等于

Hi∞＝Miω/ρgQi

＝Qiρ(c2R2cosα2－c1R1cosα1)ω/ρgQi

＝(c2R2cosα2－c1R1cosα1)ω/g

＝(c2R2ωcosα2－c1R1ωcosα1)/g

因為R2ω＝u2，R1ω＝u1

所以上式就是離心泵的基本能量方程式米液柱離心泵的理論基礎第三十九頁，共67頁。從式Hi∞＝u2c2u/g可見，

離心泵的理論壓頭與出口圓周速度(或葉輪外徑D2及轉速n)、出口絕對速度的周向分量c2u(或α2及β2等)有關。當葉輪的外徑越大，轉速越高以及β2越大，α2越小時，離心泵給出的理論壓頭也越大。離心泵的理論基礎第四十頁，共67頁。

在基本能量方程式中，沒有包含液體物理性質的參數(如密度，粘度等)，所以此式適用于輸送任何物理性質的液體。離心泵的理論基礎第四十一頁，共67頁。

大量實驗表明，有限葉片數的葉輪所產生的理論揚程要比無限多葉片數的葉輪理論揚程小15～20％。此外，葉輪出口角，泵殼結構等也對理論揚程有影響。為此引入揚程修正系數K：

Hi＝KHi∞

上式中:Hi為葉片有限時離心泵的理論揚程;

K值通常在0.7～0.9之間，葉片越多，K也就越大。

離心泵的理論基礎第四十二頁，共67頁。三、離心泵的功率與效率流量Q壓頭H效率η功率N轉速n

表示泵軸轉動的速度。影響泵的流量。單位:r/min

表示泵對液體做功的能力。單位：KW

表示泵轉換能量的經濟性。單位：無

又稱揚程。表示泵使單位質量液體產生的能量增加值。單位：m

表示泵在單位時間內的輸液量。單位：m3/h第四十三頁，共67頁。1、離心泵的功率1）輸出功率N

—單位時間內液體通過泵后所得到的能量，即離心泵實際輸出的功率。又叫離心泵的有效功率或水功率。2）轉化功率Ni—通過葉輪傳遞給液體的功率。又稱指示功率。3）輸入功率Na—單位時間由動力機提供給泵的能量。又稱軸功率?？煞謩e用下式來計算：式中:Q—泵的實際流量，m3／s，可實際測量；H—泵的實際輸出壓頭或有效壓頭，m液柱，可實際測量；ρ—被輸送液體的密度，Kg／m3；Qi—泵的轉化流量;Hi—泵的轉化壓頭;η—離心泵的總效率。第四十四頁，共67頁。

離心泵在能量轉換的過程中，不可避免地存在各種能量損失。這些能量損失必將消耗相應的能量?！玫男?，反映泵的經濟性好壞。離心泵的理論基礎第四十五頁，共67頁。泵的水力效率為：

離心泵的總效率為：離心泵的理論基礎第四十六頁，共67頁。

在選擇和使用離心泵時，人們最關心的是離心泵能輸送多大的流量Q、產生多大的壓頭（揚程）H、其功率N、效率η的高低和帶泵動力機的轉速n、功率Na等。

特性曲線是在轉速n一定的條件下，通過實驗得出的H～Q、Na～Q、η～Q等關系曲線。一般由生產廠家給出，在泵的說明書和產品樣本上可以查詢到。四離心泵的特性曲線第四十七頁，共67頁。從離心泵的特性曲線可以得出如下結論：

1）離心泵的壓頭（揚程）隨著流量的增加而降低。因此，離心泵的流量和揚程很容易通過排出閘門來調節(jié)控制。

2）離心泵的軸功率（輸入率）隨著流量的增加而增加。在流量為零時，軸功率最小，因此，離心泵應采取閉閘啟動，以防止電機過載。

3）離心泵的最高效率在其額定流量時，大于、小于該流量時，效率都會降低。第四十八頁，共67頁。1）利用葉輪的對稱性平衡軸向力

對于單級泵，采用如圖2-4所示的雙吸葉輪，使葉輪兩側蓋板上的壓力相互抵消，可以有效地消除軸向力。離心泵的軸向力及其平衡第四十九頁，共67頁。對于多級泵，利用對稱排列方式，即將總級數為偶數的葉輪，如圖2-7所示那樣背靠背或面對面地聯(lián)在一根軸上，這種方法可有效地減少軸向力，離心泵的軸向力及其平衡第五十頁，共67頁。2)改造葉輪以平衡軸向力

對于單吸單級離心泵，常采取適當改變葉輪結構，以達到減少或消除軸向力的目的。

右下圖所示的為平衡孔法，是在葉輪后蓋板上開一圈小孔，使后蓋板密封環(huán)內的液壓力與前蓋板密封環(huán)內的液壓力基本相等。只要使后蓋板密封環(huán)直徑與前蓋板密封環(huán)直徑相同，則軸向力基本上可以被平衡。離心泵的軸向力及其平衡第五十一頁，共67頁。

3)平衡盤法

油田使用的3D100～150注水泵，驅動功率800Kw，當揚程為1500m時，產生的軸向力約為1.2×104N，采用圖2－11所示的平衡盤方案平衡軸向力的。離心泵的軸向力及其平衡第五十二頁，共67頁。離心泵的選擇1、收集原始資料；2、初步計算泵的流量和壓力；3、選擇泵的類型和型號；4、驗算泵的性能；5、功率計算。第五十三頁，共67頁。柱塞泵第五十四頁，共67頁。1、壓力高2、容積效率高3、流量容易調節(jié)故適用于高壓、大流量、大功率的液壓系統(tǒng)中。按柱塞排列和運動方向不同為：1、徑向柱塞式2、軸向柱塞式柱塞泵與齒輪泵和葉片泵的相比較,具有以下特點:第五十五頁，共67頁。特征：各柱塞排列在傳動軸半徑方向，即柱塞中心線垂直于傳動軸中心線一、徑向柱塞泵徑向柱塞泵.swf第五十六頁，共67頁。1.徑向柱塞泵的結構及工作原理

（1）結構——缸體(即轉子與定子有偏心量，轉動)——柱塞（相對缸體往返運動）——定子（不動）——配油軸（不動）一、徑向柱塞泵

第五十七頁，共67頁。一、徑向柱塞泵

第五十八頁，共67頁。一、徑向柱塞泵

第五十九頁，共67頁。柱塞泵（2）工作原理：V密形成——柱塞底部和缸體配合而成

上半周，吸油V密變化——轉子順轉〈

下半周，壓油1.徑向柱塞泵的結構及工作原理第六十頁，共67頁。徑向柱塞泵是因為有多個柱塞徑向地配置在一個共同的缸體3內。缸體由電動機帶動旋轉，柱塞要靠離心力甩出，但其頂部被定子2的內壁所限制，迫使柱塞作往返運動。定子2是一個與缸體偏心放置的圓環(huán)。因此，當缸體旋轉時柱塞就做往復運動。柱塞底部的容積發(fā)生變化，實現吸油和壓油。這里采用配流軸配油，又稱徑向配流。徑向柱塞泵外形尺寸較大，目前生產中應用不廣。（2）工作原理：第六十一頁，共67頁。