水泵基础知识

　　什么是泵？泵可以分为哪些不同类型？

　　泵是用来把原动机的机械能转变为液体动能和压力能的一种设备。

　　泵一般用来输送液体，可以从位置低的地方送到位置高的地方，或者从压力低的容器送到压力高的容器。泵的种类可分为：

　　1.叶片泵：离心泵、轴流泵、混流泵、自吸泵、旋涡泵

　　2.容积泵：齿轮泵、螺杆泵、活塞泵

　　3.其他型式泵：喷射泵、真空泵。

　　火电厂中主要有哪三中水泵？作用？

　　给水泵：把除氧器贮水箱内具有一定温度、除过氧的给水，提高压力后输送到锅炉，以满足锅炉用水需要。凝泵：把凝汽器热井内的凝结水升压后送到回热系统。

　　循泵：向汽轮机凝汽器供给冷却水，用以冷却汽轮机的排汽，在发电厂中，循泵还要向冷油器、发电机空冷器等提供冷却水。

　　离心泵的工作原理

　　离心泵的工作原理是在泵内充满水的情况下，叶轮旋转使叶轮内的水也跟着旋转，叶轮内的水在离心力的作用下获得能量，叶轮槽道中的水甩向外围流进泵壳，于是叶轮中心压力降低，低于进水管内压力，水就在这个压力差作用下流入叶轮。这样水泵就不断地吸水、供水。

　　轴流泵的工作原理是什么？

　　轴流泵的工作原理就是在泵内充满液体的情况下，叶轮旋转时对液体产生提升力，把能量传给液体，使水沿着轴向前进，同时跟着叶轮旋转。轴流泵常用作循环水泵。

　　轴流式泵的工作原理是：旋转叶片的挤压推进力使流体获得能量，升高其压能和动能，其结构如图所示。叶轮1安装在圆筒形(风机为圆锥形)泵壳3内,当叶轮旋转时，流体轴向流入，在叶片叶道内获得能量后，沿轴向流出。轴流式泵适用于大流量、低压力。

　　螺杆泵的工作原理是什么？

　　由两个或三个螺杆啮合在一起组成的泵称螺杆泵。螺杆泵的工作原理是螺杆旋转时，被吸入螺丝空隙中的液体，由于螺杆间螺纹的相互啮合受挤压，沿着螺纹方向向出口侧流动。螺纹相互啮合后，封闭空间逐渐增加形成真空，将吸入室中的液体吸入，然后被挤出完成工作过程

　　活塞式往复泵工作原理

　　齿轮泵的工作原理是什么？

　　由两个齿轮相互啮合在一起组成的泵称齿轮泵。齿轮泵的工作原理是：齿轮转动时，齿轮间相互啮合，啮合后封闭空间逐渐增大，产生真空区，将外界的液体吸入齿轮泵的入口处，同时齿轮啮合时，使充满于齿轮坑中的液体被挤压，排向压力管。

　　喷射泵的工作原理是什么？

　　利用较高能量的液体，通过喷嘴产生高速液体后形成负压来吸取液体的装置称喷射泵。喷射泵的工作原理是利用较高能量的液体，通过喷嘴产生高速度，裹挟周围的流体一起向扩散管运动，使接受室中产生负压，将被输送液体吸入接受室，及高速流体一起在扩散管中升压后向外流出。

　　离心泵有哪些种类？

　　离心泵按工作叶轮数目可分为：单级泵、多级泵。

　　按工作压力可分为：低压泵、中压泵、高压泵

　　按叶轮进水方式可分为：单吸泵、双吸泵。

　　按泵壳结合缝形式可分为：水平中开式泵、垂直结合面泵。

　　按泵轴位置可分为：卧式泵、立式泵。按叶轮出来的水引向压出室的方式可分为：蜗壳泵、导叶泵。

　　按泵的转速可否改变可分为：定速泵、调速泵。

　　泵的主要性能参数有哪些？

　　•扬程：单位重量的液体通过泵后所获得的能量用H表示。单位m

　　•流量：单位时间内泵提供的液体数量，有体积流量和质量流量。

　　•转速：泵每分钟的转数。单位n/m i n，水泵的转速越高，它所输送的流量及扬程也就越大。增高转速可以减少叶轮级数，缩小叶轮直径，从而使水泵的尺寸大为缩小，重量大为减轻

　　•轴功率：原动机传给泵轴上的功率。K w

　　•效率：泵的有用规律和轴功率之比。

　　•汽蚀余量：泵进口处液体所具有的能量超出液体发生汽蚀时具有能量的差值。

　　•有效汽蚀余量：装置安装后使泵在运转时所具有的汽蚀余量。

　　•必须汽蚀余量：液体从泵的吸入口到叶道进口压力最低出的压力降。

　　什么叫原动机功率?什么叫轴功率?什么叫有效功率?

　　水泵的功率通常指输入功率,即由原动机传给水泵泵轴上的功率,一般称为轴功率,用P表示,单位为k w.

　　轴功率P不可能全部用来提高液体的能量,其中必有一部分能量损失,只有一部分功率被有效利用,被有效利用的功率称为有效功率,用P e表示,单位为k w。它表示为单位时间内流过水泵的液体所获得的有效能量。有效功率和轴功率的比值称为泵的效率。

　　原动机的输出功率，称为原动机功率，用P g表示。考虑水泵可能出现超负荷运行，所以P g选择要比轴功率P大一些，既P g＞P＞P e

　　有效功率P e计算

　　P e=ρg q H/1000

　　离心泵的轴功率P和有效功率P e之差是在泵内损失的功率,其大小可以用效率η表示.

　　η=P e/P=ρg q H/1000P

　　所以轴功率P为P=ρg q H/1000η

　　例如：已知给水泵的流量Q=2300k N/h，扬程H=1300m，给水重度γ=8918N/立方米，若给水泵的效率η

　　1=0.65，原动机的备用系数K=1.05，原动机的传动效率η2=0.98，试计算原动机的容量。

　　什么是水泵的比转速？

　　在设计制造水泵时为了将各种流量和扬程的水泵进行比较，可以把一个水泵的尺寸按几何相似原理成比例的缩小为一个扬程为1米，功率为1马力（流量为75L/s）的模型泵，该模型泵的转数就是这泵的比转数n s。

　　n s=3.65nＱ00..55／H00..7755

　　相似定律

　　流量相似定律：几何相似的泵及风机，在相似工况下运行时，其流量之比及几何尺寸之比(一般用叶轮出口直径D：)的三次方成正比，及转速的一次方成正比，及容积效率的一次方成正比。

　　扬程相似定律：几何相似的泵及风机，在相似工况下运行时，扬程之比及几何尺寸比的平方成正比，及转速比的平方成正比，及流动效率比的一次方成正比。

　　功率相似定律：几何相似的泵及风机，在相似工况下运行时，其功率之比及几何尺寸比的五次方成正比，及转速比的三次方成正比，及密度比的一次方成正比，及机械效率比的一次方成反比。经验表明，如果模型及原型的转数和几何尺寸相差不大，可以认为在相似工况下运行时，各种效率相等

　　为什么可用比转速对泵进行分类

　　对于同一台泵有不同的比转速，一般把效率最高点的比转速作为该泵的比转速。比转数n s是对水泵进行分类并表明它结构特点的综合性能参数。在一定的转数下，比转数大的泵适应及流量大、扬程小的场合，相反，比转数小的泵适合于流量小、扬程高的场合。比转速和泵的入口直径和出口宽度有关，随着泵的入口直径和出口宽度增加，比转速增加，因此可以用比转速对泵进行分类：n s=30～300为离心泵n s=300～500为混流泵，n s=500～1000为轴流泵，在离心泵中n s=30～80为低比转速离心泵，n s=80～150为中比转速离心泵，n s=150～300为高比转速离心泵。

　　离心泵由哪些构件组成？

　　离心泵的主要组成部分有转子和静子两部分。转子包括叶轮、轴、轴套、键和联轴器等。静子包括泵壳、密封设备（填料筒、水封环、密封圈）、轴承、机座、轴向推力平衡设备等。

　　多级离心泵的主要部件由转子、泵壳、吸人室、压水室、密封装置、轴向力平衡装置和轴承等组成。

　　•吸入室

　　离心泵吸人管法兰至叶轮进口前的空间过流部分称为吸人室。其作用是在最小水力损失情况下，引导液体平稳地进入叶轮，并使叶轮进口处的流速尽可能均匀地分布。按结构吸人室可分为直锥形吸人室,弯管形吸人室,环形吸人室,半螺旋形吸人室

　　叶轮

　　叶轮是将原动机输入的机械能传递给液体，提高液体能量的核心部件。其型式如下图所示,有封闭式、半开式和开式三种。

　　封闭式叶轮有单吸式和双吸式两种。封闭式叶轮由前盖板、后盖板、叶片和轮毂组成。在前后盖板之间装有叶片形成流道，液体由叶轮中心进入沿叶片间流道向轮缘排出。一般用于输送清水，电厂中的给水泵、凝结水泵、工业水泵等均采用封闭式叶轮。

　　半开式叶轮只有后盖板，而开式叶轮前后盖板均没有。半开式和开式叶轮适合于输送含杂质的液体。如电厂中的灰渣泵、泥浆泵。双吸式叶轮具有平衡轴向力和改善汽蚀性能的优点。

　　水泵叶片都采用后弯式，叶片数目在6—12片之间，叶片型式有圆柱形和扭曲形。

　　叶轮

　　离心泵叶轮叶片的型式叶片式泵的能量传递主要依靠旋转叶轮对流体做功,而叶轮对流体做功的效果

　　还要看叶轮中叶片的型式,离心泵的叶片形状,弯曲形式对泵的扬程、流量、效率有很大影响。

　　离心式叶轮叶片的型式有三种

　　1.叶片弯曲方向和叶轮旋转方向相反，其叶片出口的几何角小于90度，称为后弯式叶片。

　　2.叶片弯曲方向和叶轮旋转方向相同，其叶片出口的几何角大于90度，称为前弯式叶片。

　　3.叶片弯曲方向沿叶轮的径向展开，其叶片出口的几何角等于90度，称为径向式叶片。

　　由于后弯式叶片流动效率和流道效率高，叶片性能稳定，所以离心泵现在杜采用后弯式叶片。

　　压水室压水室是指叶轮出口到泵出口法兰(对节段式多级泵是到后级叶轮进口前)的过流部分。其作用是收集从叶轮流出的高速液体，并将液体的大部分动能转换为压力能，然后引入压水管。

　　压水室按结构分为螺旋形压水室、环形压水室和导叶式压水室

　　螺旋形压水室不仅起收集液体的作用，同时在螺旋形的扩散管中将部分液体动能转换成压能。螺旋形压水室具有制造方便，效率高的特点。它适用于单级单吸、单级双吸离心泵以和多级水平中开式离心泵。环形压水室在节段式多级泵的出水段上采用。环形压水室的流道断面面积是相等的，所以各处流速就不相等。因此，不论在设计工况还是非设计工况时总有冲击损失，故效率低于螺旋形压水室。

　　密封装置离心泵密封装置有密封环(又称口环、卡圈)和轴端密封两部分。

　　密封环由于离心泵叶轮出口液体是高压，人口是低压，高压液体经叶轮及泵体之间的间隙泄漏而流回吸入处，所以需要装密封环。其作用是减小叶轮及泵体之间的泄漏损失；另一方面可保护叶轮，避免及泵体摩擦。密封环型式，有平环式、角接式和迷宫式。一般泵使用前两者，而高压泵由于单级扬程高，为减少泄漏量，常用迷宫式。

　　轴端密封(简称轴封)

　　在泵的转轴及泵壳之间有间隙，为防止泵内液体流出，或防止空气漏人泵内(当

　　人口为真空时)，需要进行密封。目前电厂各种泵采用的轴端密封装置有：填料密封、机械密封、迷宫式密封和浮动环密封。

　　填料密封

　　带水封环的填料密封结构，如图所示。它由填料箱4、水封环5、填料3、压盖2和压紧螺栓等组成，是目前普通离心泵最常用的一种轴封结构,是目前普通离心泵最常用的一种轴封结构。填料密封的效果可用拧紧压盖螺栓进行调整，拧紧程度以一秒内有一滴水漏出即可。

　　填料密封

　　放置水封环，其目的是当泵内吸人口处于真空情况时，从水封环注入高于0．1M P a压力的水，以防止空气漏人泵内；再是当泵内水压高于0．1M P a时，可用高于泵内压力0．05～0．1M P a的密封水注入，起到水封、减少泄漏作用，并起冷却和润滑的作用。泵在常温下工作时，一般用浸透石墨或黄油的棉编织物作填料。若温度、压力稍高，则用石棉等软纤维编织物作填料，编织物中加有浸渍石墨的铜、铝、铅等金属丝。输送高温水时，还用巴氏合金、铝或铜等金属丝(其上浸有石墨、矿物油等润滑剂)作为填料,它。安装方便，寿命长等特点。填料密封的最大缺点是只适合低速，即使纯金属填料也只适用于：圆周速度小于25m／s的转轴。

　　什么是机械密封装置？

　　机械密封是无填料的密封装置，它是靠固定在轴上的动环和固定在泵壳上的静环，以和两个端面的紧密接近（由弹簧力滑推，同时又是缓冲补偿元件）达到密封的。在机械密封装置中，压力轴封水一方面顶住高压泄出水，另一方面窜进动静环之间，维持一层流膜，使动静环端面不接触。由于流动膜很薄，且被高压水作用着，因此泄出水量很少，这种装置只要设计得当，保证轴封水在动、静环端面上形成流动膜，也可满足“干转”下的运转。机械密封的摩擦耗功较少，一般为填料密封摩擦功率的10%～15%，且轴向尺寸不大，造价又低，被认为是一种很有前途的密封装置。

　　机械密封

　　机械密封：机械密封是无填料的密封装置。其结构如图1—12所示，它由动环、静环、弹簧和密封圈等组成。动环随轴一起旋转，并能作轴向移动；静环装在泵体上静止不动。这种密封装置是动环靠密封腔中液体的压力和弹簧的压力，使其端面贴合在静环的端面上(又称端面密封)，形成微小的轴向间隙而达到密封的。为了保证动静环的正常工作，轴向间隙的端面上需保持一层水膜，起冷却和润滑作用。这种密封的优点：转子转动或静止时，密封效果都好，安装正确后能自动调整；轴向尺寸较小，摩擦功耗较少；使用寿命长等。在近代高温、高压和高转速的给水泵上得到了广泛的应用。其缺点是：结构较复杂，制造精度要求高，价格较贵，安装技术要求高等

　　一．机械损失和机械效率

　　机械损失主要包括轴及轴承、轴端密封的摩擦损失和叶轮圆盘及流体之间的摩擦损失两部分。轴及轴承、轴端密封的摩擦损失及轴承的型式和结构有关，但这项损失的功率不大，约占水泵轴功率的1％～5％，特别是目前在大中型泵中多采用机械密封结构，轴封的摩擦损失就更小。机械损失的主要部分是叶轮圆盘摩擦损失。产生叶轮圆盘摩擦损失的原因是：叶轮侧及泵壳（蜗壳）间充满液体，这些液体受到旋转叶轮产生的离心力的作用后，形成了回流运动，此时液体和旋转的叶轮发生摩擦而产生能量损失，这项损失的功率约为轴功率的2％一10％，是机械损失中的主要部分。机械损失的大小，用机械效率ηm来表示，离心泵的机械效率一般在0.90～0.98之间。

　　圆盘摩擦损失及圆周速度的三次方成正比，及叶轮外径的平方成正比。因为圆周速度及叶轮外径及转速成正比，所以圆盘摩擦损失也及转速的三次方、叶轮外径的五次方成正比。因此，圆盘摩擦损失随转速和叶轮外径的增加而急剧增加。如果提高单级扬程，采用加大叶轮外径的方法，则圆盘摩擦损失及叶轮外

　　径成五次方关系增加，而采用提高转速的方法，则成三次方关系增加，所以前者损失大于后者。反之，产生相同的扬程(全压)时，提高转速，叶轮外径可以相应减小。因此，圆盘摩擦损失增加较小，甚至不增加，从而可提高机械效率

　　水力损失及水力效率流体在泵内流动时，由于流体阻力的存在，总要消耗一部分能量，这部分能量损失称为水力损失。水力损失的大小和流道的几何形状、壁面的粗糙程度、流体的粘度和流速有关。它主要有以下三部分组成。（1）摩擦阻力损失（2）旋涡阻力损失（3）冲击损失

　　水力损失的大小用水力效率ηh来衡量，离心泵的水力效率一般在0.80～0.95之间

　　容积损失和容积效率在水泵的转动部件及静止部件之间不可避免的存在间隙，当叶轮转动时，部分在叶轮中获得能量的流体从高压侧通过间隙向低压侧泄漏，这种损失称为容积损失。

　　离心泵的容积损失是由于泄漏所引起的，主要由以下几种泄漏所造成：

　　（1）叶轮入口处密封间隙的泄漏量

　　（2）平衡装置所引起的泄漏量

　　（3）级间的泄漏量

　　（4）轴封的泄漏量

　　容积损失的大小，用容积效率ηv衡量，容积效率一般在0.90～0.95之间。

　　容积损失和容积效率

　　在旋转及静止的部件之间不可避免地有间隙存在,高压区的流体回通过间隙流入低压区,从高压区流入低压区的这部分流体,虽然在叶轮中获得了能量,但却消耗在流动阻力上,这种能量损失叫容积损失.容积损失包括密封环泄漏损失,级间泄漏损失,平衡机构泄漏损失.离心泵的容积效率ηv一般在0.9～０.95

　　离心泵转速变化时引起泵流量、扬程、功率的变化关系

　　Q/Q1=n/n1

　　H/H1=（n/n1）22

　　P/P1=（n/n1）33

　　什么是离心泵的串联运行？串联运行有什么特点？

　　液体依次通过两台以上离心泵向管道输送的运行方式称为串联运行。串联运行的特点是：每台水泵所输送的流量相等，总的扬程为每台水泵扬程之和。串联运行时，泵的总性能曲线是各泵的性能曲线在同一流量下各扬程相加所得点相连组成的光滑曲线，其工作点是泵的总性能曲线及管道特性曲线的交点。

　　离心泵的各种损失和效率离心水泵的损失可概括为机械损失、容积损失和水力损失三种，轴功率减去这三种损失所消耗的功率就等于有效功率。

　　离心泵的总效率

　　离心水泵的总效率等于水力效率、容积效率和机械效率三者的乘积

　　水泵串联运行的条件是什么？何时需采用水泵串联？

　　水泵串联的条件是：⑴两台水泵的设计出水量应该相同，否则容量较小的一台会发生严重的过负荷或限制了水泵的出力。⑵串联在后面的水泵（即出口压力较高的水泵）结构必须坚固，否则会遭到损坏。在泵装置中，当一台泵的扬程不能满足要求或为了改善泵的汽蚀性能时，可考虑采用泵串联运行方式。

　　什么是离心泵的并联运行？并联运行有什么特点？

　　两台或两台以上离心泵同时向同一条管道输送液体的运行方式称为并联运行。并联运行的特点是：每台水泵所产生的扬程相等，总的流量为每台泵流量之和。并联运行时泵的总性能曲线是每台泵的性能曲线在同一扬程下各流量相加所得的点相连而成的光滑曲线。泵的工作点是泵的总性能曲线及管道特性曲线的交点。

　　离心泵的并联运行有何要求？特性曲线差别较大的泵并联有何不？

　　并联运行的离心泵应具有相似而且稳定的特性曲线，并且在泵的出口阀门关闭的情况下，具有接近的出口压力。特性曲线差别较大的泵并联，若两台并联泵的关死扬程相同，而特性曲线陡峭程度差别较大时，两台泵的负荷分配差别较大，易使一台泵过负荷。若两台并联泵的特性曲线相似，而关死扬程差别较大，