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离心泵

离心泵工作原理、主要部件及安装方法

一、离心泵的工作原理

1、离心泵的工作原理

　　叶轮安装在泵壳内，并紧固在泵轴上，泵轴由电机直接带动。

泵壳中央有一液体吸入与吸入管连接。

液体经底阀和吸入管进入泵内。

泵壳上的液体排出口与排出管连接。

　　在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体；启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动。

在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。

在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。

液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。

可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。

　　2、气缚现象

　　当泵壳内存有空气，因空气的密度比液体的密度小得多而产生较小的离心力。

从而，贮槽液面上方与泵吸入口处之压力差不足以将贮槽内液体压入泵内，即离心泵无自吸能力，使离心泵不能输送液体，此种现象称为“气缚现象”。

　　为了使泵内充满液体，通常在吸入管底部安装一带滤网的底阀，该底阀为止逆阀，滤网的作用是防止固体物质进入泵内损坏叶轮或防碍泵的正常操作。

　　二、离心泵的主要部件

　　主要部件有叶轮、泵壳和轴封装置。

　　1、叶轮

　　叶轮的作用是将原动机的机械能直接传给液体，以增加液体的静压能和动能（主要增加静压能）。

叶轮一般有6~12片后弯叶片。

叶轮有开式、半闭式和闭式三种。

　　开式叶轮在叶片两侧无盖板，制造简单、清洗方便，适用于输送含有较大量悬浮物的物料，效率较低，输送的液体压力不高；半闭式叶轮在吸入口一侧无盖板，而在另一侧有盖板，适用于输送易沉淀或含有颗粒的物料，效率也较低；闭式叶轮在叶轮在叶片两侧有前后盖板，效率高，适用于输送不含杂质的清洁液体。

一般的离心泵叶轮多为此类。

　　叶轮有单吸和双吸两种吸液方式。

　　2、泵壳

　　作用是将叶轮封闭在一定的空间，以便由叶轮的作用吸入和压出液体。

泵壳多做成蜗壳形，故又称蜗壳。

由于流道截面积逐渐扩大，故从叶轮四周甩出的高速液体逐渐降低流速，使部分动能有效地转换为静压能。

泵壳不仅汇集由叶轮甩出的液体，同时又是一个能量转换装置。

　　3、轴封装置

　　作用是防止泵壳内液体沿轴漏出或外界空气漏入泵壳内。

　　常用轴封装置有填料密封和机械密封两种。

　　填料一般用浸油或涂有石墨的石棉绳。

机械密封主要的是靠装在轴上的动环与固定在泵壳上的静环之间端面作相对运动而达到密封的目的。

机械密封件的选型方法和使用要求

机械密封件属于精密、结构较为复杂的机械基础元件之一，是各种泵类、反应合成釜、透平压缩机、潜水电机等设备的关键部件。

其密封性能和使用寿命取决于许多因素，如选型、机器的精度、正确的安装使用等。

　　一、选型方法

　　机械密封按工作条件和介质性质的不同，有耐高温、耐低温机械密封，耐高压、耐腐蚀机械密封，耐颗粒介质机械密封和适应易汽化的轻质烃介质的机械密封等，应根据不同的用处选取不同结构型式和材料的机械密封。

　　选型的主要参数有：

密封腔体压力（MPa）、流体温度（℃）、工作速度（m/s）、流体的特性以及安装密封的有效空间等。

　　选型的基本原则为：

　　1.根据密封腔体压力，确定密封结构采用平衡型或非平衡型，单端面或双端面等。

　　2.根据工作速度，确定采用旋转式或静止式，流体动压式或非接触型。

　　3.根据温度及流体性质，确定摩擦副和辅助密封材料，以及正确选择润滑、冲洗、保温、冷却等机械密封循环保护系统等。

　　4.根据安装密封的有效空间，确定采用多弹簧或单弹簧或波形弹簧，内装式或外装式。

　　二、机械密封的安装与使用要求

　　1.机械密封对机器精度的要求（以泵用机械密封为例）

（1）安装机械密封部位的轴（或轴套）的径向跳动公差最大不超过0.04～0.06mm。

（2）转子轴向窜动不超过0.3mm。

　　（3）密封腔体与密封端盖结合的定位端面对轴（或轴套）表面的跳动公差最大不超过0.04～0.06mm。

　　2.密封件的确认

（1）确认所安装的密封是否与要求的型号一致。

（2）安装前要仔细地与总装图对照，零件数量是否齐全。

　　（3）采用并圈弹簧传动的机械密封，其弹簧有左、右旋之分，须按转轴的旋向来选择。

　　3.安装

　　安装方法随机械密封型式、机器的种类不同而有所不同，但其安装要领几乎都相同，安装步骤和注意事项如下：

（1）安装尺寸的确定

　　安装时，应按产品的使用说明书或样本，保证机械密封的安装尺寸。

（2）装入前，轴（轴套）、压盖应无毛刺，轴承状况良好；密封件、轴、密封腔、压盖都应该清洗干净。

为减少摩擦阻力，轴上安装机械密封的部位要薄薄地涂上一层油，以进行润滑，考虑到橡胶O形圈的相溶性，若不宜用油，可涂肥皂水。

浮装式静环不带防转销的结构，不宜涂油，应干式装入压盖。

　　（3）先将静环与压盖一起装在轴上，注意不要与轴相碰，然后将动环组件装入。

弹簧座或传动座的紧定螺钉应分几次均匀拧紧。

　　在未固定压盖之前，用手推补偿环作轴向压缩，松开后补偿环能自动弹回无卡滞现象，然后将压盖螺拴均匀地锁紧。

　　4.使用

（1）当输送介质温度偏高、过低、或含有杂质颗粒、易燃、易爆、有毒时，必须采取相应的阻封、冲洗、冷却、过滤等措施。

（2）运转前用手盘车，注意转矩是否过大，有无擦碰及不正常的声音。

　　（3）注意旋向，联轴器是否对中，轴承部位的润滑油加法是否适当，配管是否正确。

　　（4）运转前首先将介质、冷却水阀门打开，检查密封腔内的气体是否全排出，防止静压引起泄漏，然后开机运行。

　　（5）开车后工作是否正常稳定，有无因轴转动引起的异常转矩，以及异常响声和过热现象。

泵用机械密封泄漏点分析及维修方案

泵用机械密封种类繁多，型号各异，但泄漏点主要有五处：

（l）轴套与轴间的密封；

（2）动环与轴套间的密封；

（3）动、静环间密封；

（4）对静环与静环座间的密封；

（5）密封端盖与泵体间的密封。

一般来说，轴套外伸的轴间、密封端盖与泵体间的泄漏比较容易发现和解决，但需细致观察，特别是当工作介质为液化气体或高压、有毒有害气体时，相对困难些。

其余的泄漏直观上很难辩别和判断，须在长期管理、维修实践的基础上，对泄漏症状进行观察、分析、研判，才能得出正确结论。

一、泄漏原因分析及判断

1．安装静试时泄漏。

机械密封安装调试好后，一般要进行静试，观察泄漏量。

如泄漏量较小，多为动环或静环密封圈存在问题；泄漏量较大时，则表明动、静环摩擦副间存在问题。

在初步观察泄漏量、判断泄漏部位的基础上，再手动盘车观察，若泄漏量无明显变化则静、动环密封圈有问题；如盘车时泄漏量有明显变化则可断定是动、静环摩擦副存在问题；如泄漏介质沿轴向喷射，则动环密封圈存在问题居多，泄漏介质向四周喷射或从水冷却孔中漏出，则多为静环密封圈失效。

此外，泄漏通道也可同时存在，但一般有主次区别，只要观察细致，熟悉结构，一定能正确判断。

2．试运转时出现的泄漏。

泵用机械密封经过静试后，运转时高速旋转产生的离心力，会抑制介质的泄漏。

因此，试运转时机械密封泄漏在排除轴间及端盖密封失效后，基本上都是由于动、静环摩擦副受破坏所致。

引起摩擦副密封失效的因素主要有：

（l）操作中，因抽空、气蚀、憋压等异常现象，引起较大的轴向力，使动、静环接触面分离；

（2）对安装机械密封时压缩量过大，导致摩擦副端面严重磨损、擦伤；

（3）动环密封圈过紧，弹簧无法调整动环的轴向浮动量；

（4）静环密封圈过松，当动环轴向浮动时，静环脱离静环座；

（5）工作介质中有颗粒状物质，运转中进人摩擦副，探伤动、静环密封端面；

（6）设计选型有误，密封端面比压偏低或密封材质冷缩性较大等。

上述现象在试运转中经常出现，有时可以通过适当调整静环座等予以消除，但多数需要重新拆装，更换密封。

3．正常运转中突然泄漏。

离心泵在运转中突然泄漏少数是因正常磨损或已达到使用寿命，而大多数是由于工况变化较大或操作、维护不当引起的。

（1）抽空、气蚀或较长时间憋压，导致密封破坏；

（2）对泵实际输出量偏小，大量介质泵内循环，热量积聚，引起介质气化，导致密封失效；

（3）回流量偏大，导致吸人管侧容器（塔、釜、罐、池）底部沉渣泛起，损坏密封；

（4）对较长时间停运，重新起动时没有手动盘车，摩擦副因粘连而扯坏密封面；

（5）介质中腐蚀性、聚合性、结胶性物质增多；

（6）环境温度急剧变化；

（7）工况频繁变化或调整；

（8）突然停电或故障停机等。

离心泵在正常运转中突然泄漏，如不能及时发现，往往会酿成较大事故或损失，须予以重视并采取有效措施。

二、泵用机械密封检修中的几个误区

1．弹簧压缩量越大密封效果越好。

其实不然，弹簧压缩量过大，可导致摩擦副急剧磨损，瞬间烧损；过度的压缩使弹簧失去调节动环端面的能力，导致密封失效。

2．动环密封图越紧越好。

其实动环密封圈过紧有害无益。

一是加剧密封圈与轴套间的磨损，过早泄漏；二是增大了动环轴向调整、移动的阻力，在工况变化频繁时无法适时进行调整；三是弹簧过度疲劳易损坏；四是使动环密封圈变形，影响密封效果。

3．静环密封圈越紧越好。

静环密封圈基本处于静止状态，相对较紧密封效果会好些，但过紧也是有害的。

一是引起静环密封因过度变形，影响密封效果；二是静环材质以石墨居多，一般较脆，过度受力极易引起碎裂；三是安装、拆卸困难，极易损坏静环。

4．叶轮锁母越紧越好。

机械密封泄漏中，轴套与轴之间的泄漏（轴间泄漏）是比较常见的。

一般认为，轴间泄漏就是叶轮锁母没锁紧，其实导致轴间泄漏的因素较多，如轴间垫失效，偏移，轴间内有杂质，轴与轴套配合处有较大的形位误差，接触面破坏，轴上各部件间有间隙，轴头螺纹过长等都会导致轴间泄漏。

锁母锁紧过度只会导致轴间垫过早失效，相反适度锁紧锁母，使轴间垫始终保持一定的压缩弹性，在运转中锁母会自动适时锁紧，使轴间始终处于良好的密封状态。

5．新的比旧的好。

相对而言，使用新机械密封的效果好于旧的，但新机械密封的质量或材质选择不当时，配合尺寸误差较大会影响密封效果；在聚合性和渗透性介质中，静环如无过度磨损，还是不更换为好。

因为静环在静环座中长时间处于静止状态，使聚合物和杂质沉积为一体，起到了较好的密封作用。

6．拆修总比不拆好。

一旦出现机械密封泄漏便急于拆修，其实，有时密封并没有损坏，只需调整工况或适当调整密封就可消除泄漏。

这样既避免浪费又可以验证自己的故障判断能力，积累维修经验提高检修质量。

离心泵的气蚀现象及安装高度测定

一、离心泵的汽蚀现象

离心泵的汽蚀现象是指被输送液体由于在输送温度下饱和蒸汽压等于或低于泵入口处（实际为叶片入口处的）的压力而部分汽化，引起泵产生噪音和震动，严重时，泵的流量、压头及效率的显著下降，显然，汽蚀现象是离心泵正常操作所不允许发生的。

避免汽蚀现象发生的关键是泵的安装高度要正确，尤其是当输送温度较高的易挥发性液体时，更要注意。

二、离心泵的安装高度Hg

允许吸上真空高度Hs是指泵入口处压力p1可允许达到的最大真空度

而实际的允许吸上真空高度Hs值并不是根据式计算的值，而是由泵制造厂家实验测定的值，此值附于泵样本中供用户查用。

位应注意的是泵样本中给出的Hs值是用清水为工作介质，操作条件为20℃及及压力为1.013×105Pa时的值，当操作条件及工作介质不同时，需进行换算。

（1）输送清水，但操作条件与实验条件不同，可依下式换算

Hs1＝Hs＋（Ha－10.33）－（Hυ－0.24）

（2）输送其它液体当被输送液体及反派人物条件均与实验条件不同时，需进行两步换算：

第一步依上式将由泵样本中查出的Hs1；第二步依下式将Hs1换算成H΄s

2汽蚀余量Δh

对于油泵，计算安装高度时用汽蚀余量Δh来计算，即

用汽蚀余量Δh由油泵样本中查取，其值也用20℃清水测定。

若输送其它液体，亦需进行校正，详查有关书籍。

从安全角度考虑，泵的实际安装高度值应小于计算值。

又，当计算之Hg为负值时，说明泵的吸入口位置应在贮槽液面之下。

例2-3　某离心泵从样本上查得允许吸上真空高度Hs=5.7m。

已知吸入管路的全部阻力为1.5mH2O，当地大气压为9.81×104Pa，液体在吸入管路中的动压头可忽略。

试计算：

（1）输送20℃清水时泵的安装；

（2）改为输送80℃水时泵的安装高度。

解：

（1）输送20℃清水时泵的安装高度

已知：

Hs=5.7m

Hf0-1=1.5m

u12/2g≈0

当地大气压为9.81×104Pa，与泵出厂时的实验条件基本相符，所以泵的安装高度为

Hg=5.7-0-1.5=4.2m。

（2）输送80℃水时泵的安装高度

输送80℃水时，不能直接采用泵样本中的Hs值计算安装高度，需按下式对Hs时行换算，即

Hs1＝Hs＋（Ha－10.33）－（Hυ－0.24）

已知Ha=9.81×104Pa≈10mH2O，由附录查得80℃水的饱和蒸汽压为47.4kPa。

Hv=47.4×103Pa＝4.83mH2O

Hs1＝5.7+10－10.33－4.83+0.24=0.78m

将Hs1值代入式中求得安装高度

Hg=Hs1－Hf0-1=0.78－1.5=－0.72m

Hg为负值，表示泵应安装在水池液面以下，至少比液面低0.72m。

泵的常见故障与解决办法

故障

原因

措施

泵不能起动

保护回路工作

检查保护回路

原动机发生故障

检查、修理电动机

不出水

泵吸入管水未满

再次灌满

吸入、排出阀关死

打开吸入，排出阀

过滤器，吸入管堵塞

拆卸并清除异物

叶轮内有异物

拆卸产清除异物

旋转方向反了

调整电动机接线

达不到设计流量

空气吸入

检查吸入管及密封部位

由于水位降低，淹没深度不够

延长吸水管，加深淹没深度

叶轮内有异物堵塞

拆卸并清除异物

叶轮磨损严重

更换叶轮

一开始有排水，但是立即又停止

泵吸入管灌水不足

再次灌满（按装虹吸桶工况适用）

有空气吸入

检查吸入管及密封部位

吸入管有空气积存

重新设置管路

超负荷

旋转速度过快

调整原动机使其达到规定的转数

在设计流量，设计扬程以外运转

调整出口阀的开度、调整叶轮

回转体与泵体接触，物料比重过大

增加电机功率，换叶轮调整间隙

轴承发热

润滑脂堵塞，给油不足

更换润滑油

润滑油老化

更换润滑油

轴承档偏心，轴承侧盖压得过紧

重新找正，更换主轴调整侧盖间隙

轴承有故障

检查，修理或更换

泵振动

叶轮局部有堵塞

拆卸并清除异物

叶轮破损

拆卸并更换叶轮

流量过小

在设计点附近使用

泵与原动机不同心

定点找正

轴承破损

维修、检查或者更换

汽浊

改变吸入水位，改善吸水管，设计点流量工作