第三章离心泵与风机主要部件与整体结构剖析
离心泵结构详细介绍
离心泵结构详细介绍
离心泵是一种常见的动力机械设备，用于输送液体。
它通过离
心力将液体从吸入口抽入泵体，然后通过旋转叶轮的作用将液体加
速并排出。
下面将详细介绍离心泵的结构。
1. 泵体，离心泵的外壳，通常由金属或塑料制成，用于包裹和
支撑其他部件。
泵体内部有进口和出口，分别用于液体的吸入和排出。
2. 叶轮，也称为叶片，是离心泵的核心部件。
它位于泵体内部，通过电机或其他动力源的驱动旋转。
叶轮的设计影响着泵的性能，
包括流量、扬程和效率。
3. 泵轴，连接电机和叶轮的部件，传递动力并使叶轮旋转。
4. 导叶环，位于叶轮的前后，用于引导液体流向叶轮，提高泵
的效率。
5. 轴承和密封装置，用于支撑泵轴并防止液体泄漏。
6. 泵壳，包裹泵体和叶轮，起到保护和支撑作用。
离心泵的工作原理是利用叶轮旋转产生的离心力将液体加速并排出。
当叶轮旋转时，液体被吸入泵体并通过叶轮加速，然后被强制排出泵体。
这种设计使得离心泵能够输送大量的液体，并且具有较高的效率。
总的来说，离心泵的结构包括泵体、叶轮、泵轴、导叶环、轴承和密封装置等部件。
这些部件共同协作，使得离心泵能够有效地输送液体，广泛应用于工业、农业和民用领域。
第三章 泵与风机的叶轮理论
g
(u 2 u1 ) 2g
说明
式中 u 1 u 2----叶轮叶片进口、出口处的圆周速度 上式表明：当离心式泵与风机旋转叶轮外缘封闭， 即相当于出口阀门关闭，流体在流道内不流动时，单 位重量流体在叶轮出口与进口处的压力能差与叶轮旋 转角速度的平方成正比，与叶轮内、外直径有关。 即叶轮尺寸一定，旋转角速度增大，或叶轮内径 一定，外径增大，叶轮出口与进口处的流体压力能差 也增大。
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第五节 轴流式泵与风机的叶轮理论 特点（与离心式相比较） 翼型及叶栅 翼型及叶栅的空气动力特性 能量方程式
特点（与离心式相比较）
性能：流量大、扬程（全压）低。多用于大 型机组的循环水泵、送风机、引风机等。 调节：采用动叶调节，变工况由叶片对流体 作用的升力对流体做功。 流动方向：流体沿轴向进入并流出叶轮。 结构：结构简单，尺寸小，重量轻。
轴流叶轮中由于流体沿相同半径的流面流动所以流面进出口的圆周速度相同u叶轮进出口过流断面面积相等对不可压缩流体进出口的轴向速度相同能量方程式叶片式式泵与风机的能量方程式也适用于轴流式所不同的是叶轮进出口处圆周速度轴面速度相cotcotcotcotu故流体在轴流叶轮中获得的能量远小于离心式这就是轴流式泵与风机的扬程全压远低于离心式的原因
制作者：赵小燕
第三章 泵与风机的叶轮理论
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 流体在离心式封闭叶轮中获能分析 流体在叶轮中的运动及速度三角形 叶片式泵与风机的基本方程式 离心式叶轮的叶片型式 轴流式泵与风机的叶轮理论
第一节 流体在封闭式叶轮中的获能分析
泵与风机是由原动机拖动叶轮旋转，叶轮上的叶片对流 体做功，从而使流体获得压力能及动能。因此，叶轮是 实现机械能转换为流体能量的主要部件。
泵与风机的基本结构
全调节式轴流泵叶轮 1—叶轮轮毂；2—圆柱压簧；3—压环；4—销；5—叶片；6—拉臂；7—圆锥销； 8—挡板；9—拉板套；10—销钉；11—拉片；12—销轴；13—衬圈；14—动叶头
（二）轴流式风机的主要部件
1. 叶轮
动叶调节机构
叶轮及叶片液压调节系统简图
二、轴流式泵与风机的典型结构
（一）轴流式泵的典型结构
二、离心式风机的典型结构
第三节
轴流式泵与风机的结构
一、轴流式泵与风机的主要部件
（一）轴流式泵的主要部件 1. 叶轮及动叶调节机构 叶轮是轴流泵提高液体能量的唯一部件。 它装在叶轮外壳内，由动叶头、轮毂、叶 片等组成，大型轴流泵的叶轮通常还设有 专门的动叶调节机构
轴流泵的叶轮一般由高级铸铁或铸钢制成，当抽送海水时， 可用青铜或磷青铜制造。
第二章
泵与风机的基本结构
第一节
离心泵的结构
一、离心泵的基本结构
(一)转动部件 1. 叶轮 叶轮是泵的最主要的部件。将原动机 的机械能传递给液体，同时提高液体 压力能和动能的部件，它在泵腔内套 装于泵的主轴上。 叶轮的型式有开式、半开式及闭式叶 轮，如图2-2所示。
（a）(b)闭式叶轮；（c）半开式叶轮；(d)开式叶 轮
3. 级间密封
级间密封就是装在泵壳或导向叶轮上与定 距轴套（或轮毂）相对应的静环，故又称 级间密封环
二、离心泵的轴向力、径向力及其平衡
（一）轴向力
1. 轴向力的产生
2. 轴向力的平衡方法
1）在叶轮后盘外侧适当地点设置密封环， 其直径与前盘密封环大致相等。流体通过 此增设的密封环后压强有所降低，从而与 叶轮进口侧的低压强相平衡。 2）设置平衡管或在后盘上开设平衡孔，同 时采用止推轴承平衡剩余压力。
简述离心式风机的主要零部件及其作用
简述离心式风机的主要零部件及其作用离心式风机是一种常见的风动机械设备，主要由以下几个零部件组成：电机、叶轮、外壳、进风口和出风口。
首先是电机，它是离心式风机的动力源，负责提供风机的驱动力。
电机通常是交流电机或直流电机，能够将电能转化为机械能，使叶轮高速旋转。
其次是叶轮，又称为风轮或叶片，是离心式风机的核心部件。
叶轮通常由数片叶片围绕在中心轴上构成，叶片的形状和角度会影响风机的性能。
当电机带动叶轮旋转时，叶片会不断地将空气吸入并加速，在离心力的作用下将空气排出。
外壳是离心式风机的壳体，通常由金属或塑料制成。
它的主要作用是固定叶轮和电机，同时起到保护内部零部件的作用。
外壳还具有降噪和散热的功能，能够减少风机运行时的噪音和温度。
进风口是离心式风机的进气口，用于吸入空气。
进风口通常位于风机的一侧或顶部，具有较大的面积，以便更多的空气能够进入风机。
进风口还可以配备过滤器，用于过滤空气中的灰尘和杂质，保护风机内部的零部件。
出风口是离心式风机的出气口，用于排出被加速的空气。
出风口通常位于风机的另一侧或底部，其形状和尺寸可以根据具体需求进行设计。
出风口的位置和形式会影响风机的排风效果，因此需要根据具体的应用场景进行合理的设计。
离心式风机的工作原理是利用叶轮的旋转产生离心力，将空气加速并排出。
当电机启动时，叶轮开始旋转，从进风口吸入空气。
在叶轮的作用下，空气被加速并排出风机，形成气流。
离心力的作用使空气在风机内部产生压力差，从而达到通风、换气或输送空气的目的。
离心式风机具有结构简单、效率高、噪音低、风量大等优点，广泛应用于工业、建筑、农田灌溉和家用通风等领域。
在实际应用中，根据具体的需求和场景，可以选择不同型号和规格的离心式风机，以达到最佳的风动效果。
离心泵与风机的主要部件与整体结构分析
第二十九页，编辑于星期六：五点 三十六分。
实测离心泵压出室内液体的压力分布图，小于设计流量与大 于设计流量时压出室压力分布正好相反。
第三十页，编辑于星期六：五点 三十六分。
径向力常用斯捷潘诺公式计算（经验公式）P42
F0.9K 8 H 2B2 D
实验系数
设计工况下的扬程
叶轮出口直径
包括前后盖板的叶 轮出口宽度
p4＞p6，压力差与平衡盘作用面积的乘积形成轴向力 F
第二十四页，编辑于星期六：五点 三十六分。
如何分析变工况时平衡盘的动作？
平衡盘的灵敏度
第二十五页，编辑于星期六：五点 三十六分。
（5）平衡装置——平衡鼓
平衡鼓是装在泵轴末级叶轮后的一个圆柱体，跟随泵轴一起旋转。
作用原理：径向间隙前后液体压力差与平衡鼓作用面积的乘积。
（1）叶轮对称布置
偶数：正好对半布置
奇数：首级采用双吸式
第二十页，编辑于星期六：五点 三十六分。
（2）平衡孔
（1）在叶轮后盖板上钻有数个小孔。平 衡压力
（2）并在与前盖板密封直径相同处装有密 封环。液体经过密封环间隙后，压力下降， 减少了作用在后盖板上的力。
（3）在后盖板下部从泵壳处设连通管与 吸入侧相通，将叶轮背面的压力液体引 向吸入管。
优点：工作时 无磨损，使用寿 命长。 缺点：螺旋密 封在低速或停车 状态不起密封作 用。
第四十五页，编辑于星期六：五点 三十六分。
第二节 离心泵整体结构
5.双头螺栓 6.螺母
主要构成：填料、填料环、填料压盖。
优点：结构简单，成本低。
缺点：填料与轴套摩擦会发热，需水冷却，对于高 速的大容量给水泵，填料密封不能满足要求。
注意：填料压盖的压紧程度应该合理。
第三章 离心泵与风机的主要部件与整体结构
平直前盘制造简单， 效率较低，而弧形前 盘气流进口后分离损 失较小，效率较高。
图3－36 前盘型式 (a)平直前盘；(b)锥形前盘；(c)弧形前盘
二、集流器 装置在叶轮前，它应使气流能均匀地充满叶轮的入口截 面，并且气流通过它时的阻力损失应该最小。
图3－37 集流器型式 (a)圆筒形；(b)圆锥形；(c)弧形； （d）锥筒形；(e)锥弧形
第三节 离心式风机的主要部件
一、叶轮
叶轮是离心风机传递能量 的主要部件，由前盘、后 盘、叶片及轮毂组成。 叶轮后弯式叶片有机翼型、 直板型及弯板型等三种； 机翼型效率最高。
图3－34 离心风机叶轮 1－前盘；2－后盘；3－叶片；4－轮毂
图3－35 后弯叶片形状 （a）机翼型；（b）直板型；（c）弯板型
由于泄漏原因叶轮两侧充有液体，液流压力不同，轴向力的 方向指向吸入口。
2、轴向力的平衡
（1）双吸式叶轮
单级泵可采用 双吸叶轮
（2）叶轮对称布置 多级泵采用对称排列的方式，叶轮 数为奇数时首级叶轮采用双吸式。
（3）平衡孔 单吸单级泵，可在叶轮后盖板上 开一圈小孔——平衡孔。 缺点：增加了泄漏，效率降低， 适用于单级泵或小型多级泵上。
第三章离心泵与风机的主要部件与整体结构第一节离心泵主要部件第二节离心泵整体结构第三节离心风机主要部件第四节离心风机整体结构第一节离心泵主要部件一叶轮1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
第三章 离心泵与风机的主要部件与整体结构
第一节 第二节 第三节 第四节 离心泵主要部件 离心泵整体结构 离心风机主要部件 离心风机整体结构
二、单级双吸泵
特点：S型泵，流量变大适 用于工厂、矿山、城市的 给水，亦可用作中、小型 火力发电厂循环水泵。
3 第三章 离心泵与风机的主要部件与整体结构
离心风机叶轮一般采用后弯式叶片：
机翼型、直板型、弯板型
空气动力性能好 效率高
制造方便 效率低
叶轮前盘的形式有：平直前盘、锥形前盘、弧形前盘。
平直—气流进口后分离损失较大，风机效率低； 弧形反之。
CHTA / CHTC / CHTD
主要特征：双层壳体（内、外壳之间充有水泵出口引来的 高压水） （1）克服热冲击产生的热应力 （2）高压液体自动密封内壳体节段结合面 （3）检修方便
见教材 P49
美国1300MW机组配用的4大多采用 圆筒型泵壳结构？（P48）
（二）凝结水泵
大容量火力发电厂汽轮机组采用筒袋型立式多级离心泵。
作用：将凝结水送至低加
主要特点：垂直悬吊式 平衡装置：平衡孔＋叶轮背
口环＋推力轴承
花两分钟看看教材P48图
（NLT型）
卧式
叶轮前 装置诱 导轮
第三节 离心风机主要部件
第三节 离心风机主要部件
一、叶轮
离心风机传递能 量的主要部件
1.前盘；2.后盘；3.叶片；4.轮豰
四、压出室
压出室的作用：将流来的高速液体汇集起来，引 向次级叶轮的进口或引向压出口，同时还将液体 中的部分动能转变成压力能。 螺旋形压出室（蜗壳体） 压出室结 构形式 环形压出室 径向式导叶与流道式导叶压出室
其它形式（双层压出室、双压出室、 倒置双涡室）
1.螺旋形压出室（蜗壳体）
特点：流道截面逐渐扩大，易于将速度水头转化为压力水头。 缺点：非设计工况时，径向力不均匀，会使泵轴产生挠度，造 成震动和密封环、轴套部件的磨损。 扩散管：使液体中的部分动能进一步转变为压力能。扩散管一 般做成向叶轮旋转方向一边扩大，扩散角为8－12度。
实测离心泵压出室内液体的压力分布图，小于设计流量与大 于设计流量时压出室压力分布正好相反。
泵与风机的部件结构
泵的部件结构1、叶轮(impeller)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。
叶轮有开式(open impeller)、半开式(semi-open impeller) 及闭式叶轮(closed impeller) 三种，如图所示。
开式叶轮没有前盘和后盘而只有叶片，多用丁输送含有杂质的液体，如污水泵的叶轮就是采用开式叶轮的。
半开式叶轮只设后盘。
闭式叶轮既有前盘也有后盘。
活水泵的叶轮都是闭式叶轮。
离心式泵的叶轮都采用后向叶型。
(左：开式叶轮；中：半开式；右：全封闭)2、轴和轴承(shaftbearing)轴是传递扭矩的主要部件。
轴径按强度、刚度及临界转速定。
中小型泵刚度和临界转速确定多采用水平轴，叶轮滑配在轴上，叶轮间距离用轴套定位。
近代大型泵则采用阶梯轴，不等孔径的叶轮用热套法装在轴上，并利用渐开线花键代替过去的短键。
此种方法，叶轮与轴之间没有间隙，不致使轴间窜水和冲刷，但拆装困难。
轴承一般包括两种形式：滑动轴承(Sleeve bearing)和滚动轴承(Ball bearing)。
滑动轴承用油润滑。
一种润滑系统包括一个贮油池和一个油环，后者在轴转动时在轴表面形成一个油层使油和油层不直接接触。
另一种系统就是利用浸满油的填料包来润滑。
大功率的泵通常要用专门的油泵来给轴承送油。
(如图所示)。
滚动轴承通常用冷冻油润滑，有些电机轴承是密封而不能获得润滑的。
滚动轴承通常用丁小型泵。
较大型泵可能即有滑动轴承乂有滚动轴承。
而滑动轴承由丁运行噪音低而被推荐用丁大型泵。
3、吸入室(suction room)离心泵吸入管法兰至叶轮进口前的空间过流部分称为吸入室。
其作用为在最小水力损失下，引导液体平稳的进入叶轮，并使叶轮进口处的流速尽可能均匀的分布。
按结构吸入室可分为直锥角吸入室、弯管形吸入室、环形吸入室、半螺旋形吸入室几种：(1)直锥形吸入室这种形式的吸入室水力性能好，结构简单，制造方便。
液体在直锥形吸入室内流动，速度逐渐增加，因而速度分布更趋向均匀。
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径向式导叶
正导叶 AB＋BC
过渡区
反导叶
第三章离心泵与风机主要部件与整体结 构剖析
流道式导叶
正、反导叶是连续的整体，形成单独的小流道，液流互不相混。 流阻比径向的小，但结构复杂。
第三章离心泵与风机主要部件与整体结 构剖析
4.双层压出室、双压出室、倒置双涡室
2. 轴向力的平衡 （1）叶轮对称布置
偶数：正好对半布置 奇数：首级采用双吸式
第三章离心泵与风机主要部件与整体结 构剖析
（2）平衡孔
（1）在叶轮后盖板上钻有数个小孔。 平衡压力
（2）并在与前盖板密封直径相同处装 有密封环。液体经过密封环间隙后， 压力下降，减少了作用在后盖板上的 力。
（3）在后盖板下部从泵壳处设连通管 与吸入侧相通，将叶轮背面的压力液 体引向吸入管。
第三章离心泵与风机主要部件与整体结 构剖析
叶轮按其吸水方式可分为单吸式叶轮与双吸式叶轮两种。单 吸式叶轮为单边吸水，双吸式叶轮两边吸水
单吸式叶轮
双吸式叶轮
（1）在相同的情况下，双吸式叶轮的流量是单吸式叶轮流量的 两倍，而且它基本不产生轴向力。
（2）双吸式叶轮适宜用第三于章离大心泵流与风量机主或要部提件与高整体泵结 抗汽蚀性能的场合。
第三章离心泵与风机主要部件与整体结 构剖析
2.环形压出室(P37)
流体不 断增加
特点：流道截面积处处相等，液流在流道里不断加速，压出 室内流体与叶轮内均匀流体发生碰撞，损失较大。效率低于 螺旋形。 优点：加工方便，用于多级泵的排出段。
第三章离心泵与风机主要部件与整体结 构剖析
3.径向式导叶与流道式导叶压出室
优点：可以实现径向推力的平衡
第三章离心泵与风机主要部件与整体结 构剖析
五、轴向力、径向力及其平衡（P36） 1. 轴向力产生的原因
（1）叶轮左右两侧的液流压力不等，右侧压力大于左侧， 形成压力差轴向力F1，并指向吸入口。
（2）因液流速度大小、方向发生变化，在叶轮上作用着 一个沿轴向的、动量变化所产生的力F2
构剖析
三、吸入室
吸入室的作用是将液体从吸入管路引入叶轮，使液体进入泵 体时的流动损失最小。
一个设计好的吸入室，应该符合以下三个条件： （1）要在最小的阻力损失情况下，将液流引入叶轮。 （2）叶轮进口处的液流速度分布要均匀，一般使液流在吸入
室内有加速。 （3）将吸入管路内的液流速度变为叶轮入口所需要的速度。
第三章：离心泵与风机的主要部件与整体结构
第三章离心泵与风机主要部件与整 体结构剖析
第一节 离心泵主要部件 离心泵的主要部件有泵轴、叶轮、吸入室、压出室、轴 向力平衡装置及密封装置等 一、泵轴
泵轴是用来旋转叶轮并传递扭距的
二、叶轮
离心式水泵的叶轮是使液体接受外加能量、输送液体的主要 部件，装置在泵轴上。
第三章离心泵与风机主要部件与整体结 构剖析
1.螺旋形压出室（蜗壳体）
特点：流道截面逐渐扩大，易于将速度水头转化为压力水头。 缺点：非设计工况时，径向力不均匀，会使泵轴产生挠度，造 成震动和密封环、轴套部件的磨损。 扩散管：使液体中的部分动能进一步转变为压力能。扩散管一 般做成向叶轮旋转方向一边扩大，扩散角为8－12度。
（3）泵立式布置，泵转子 的重力构成轴向力F3
FF1F2 FF1F2F3
F1
F2
第三章离心泵与风机主要部件与整体结 构剖析
问：离心泵泵在启动时，泵轴向排出口还是吸入口窜动？
泵在启动时，泵轴向排出口窜动，正是因为刚启动时叶轮 的压差轴向力尚未建立，而动量变化所产生的作用力发生 效果的缘故。P37
第三章离心泵与风机主要部件与整体结 构剖析
3. 半螺旋形吸入室
单级双吸离心泵一般采 用半螺旋形吸入室结构。 使流体以正预旋进入叶轮， 改善流体在叶轮入口处的 流动，而且消除轴背面的 漩涡区。
优点：保证进口液流速度均匀。泵轴后无漩涡，阻力损 失较小。 缺点：有预旋，扬程有所下降。 半螺旋形吸入室大多应用在双吸式泵、多级中开式泵上
第三章离心泵与风机主要部件与整体结 构剖析
3～12个叶片 （前弯、后弯，径向）
第三章离心泵与风机主要部件与整体结 构剖析
叶轮依其盖板覆盖情况可分为开式、半开式和封闭式叶轮三种
闭式叶轮：前盖板 后盖板
半开式： 后盖板
敞开式： 无盖板
第三章离心泵与风机主要部件与整体结 构剖析
一般来说： （1）封闭式叶轮效率较高，但要求输送的介质较清洁。 （2）半开式叶轮适宜输送含有杂质的液体。 （3）敞开式叶轮适宜输送液体中所含杂质的颗粒可大些、 多些；但敞开式叶轮的效率较低，特殊情况下采用。例如： 半开式和敞开式叶轮用作火力发电厂输送锅炉灰渣的渣浆 泵叶轮
2. 圆环形吸入室
在吸入室的起始段中，轴向 尺寸逐渐缩小，宽度逐渐增大， 整个面积还是缩小，使流体得 到一个加速。
由于泵轴穿过环形吸入室， 所以液流绕流泵轴时在轴的背 面产生漩涡，引起进口流速分 布不均匀，所以Fra bibliotek动阻力损失 较大。
优点：轴向尺寸短，结构简单。 广泛用于多级泵。
缺点：速度不均匀。
第三章离心泵与风机主要部件与整体结 构剖析
吸入室有锥形管吸入室、圆环形吸入室、半螺旋形吸 入室和弯管形吸入室等几种结构。
第三章离心泵与风机主要部件与整体结 构剖析
1. 锥形管吸入室
特点：流动阻力损失较小，液 体能在锥形管吸入室中加速， 速度分布较均匀，吸入室结构 简单，制造方便。适宜用在单 级悬臂式泵中。
第三章离心泵与风机主要部件与整体结 构剖析
4. 弯管形吸入室
第三章离心泵与风机主要部件与整体结 构剖析
四、压出室
压出室的作用：将流来的高速液体汇集起来，引 向次级叶轮的进口或引向压出口，同时还将液体 中的部分动能转变成压力能。
压出室结 构形式
螺旋形压出室（蜗壳体） 环形压出室 径向式导叶与流道式导叶压出室 其它形式（双层压出室、双压出室、 倒置双涡室）
导叶是导流部件，又称导向叶轮（导轮）。位于叶轮 的外缘，相当于一个不能动的固定叶轮。一个叶轮和 一个导叶组成分段式多级离心泵的级。
作用：将叶轮压出的高速液体汇集起来引向下一级叶 轮的入口（对末级导叶是引向压出管路），并将液体 的动能转化为压力能。（导叶与压出室的作用相同）
径向式导叶 流道式导叶
见教材 P35