1、混、轴流泵基本知识混、轴流泵基本知识一、概述：一、概述：v1. 水泵的定义 泵是把原动机的机械能转换成抽送液体能量的机器，原动机通过泵轴带动叶轮旋转，对液体作功，使其能量增加，使需要数量的液体经泵的过流部件输送到要求高度或要求压力的地方。v2. 叶片泵的分类 离心泵 单级(一个叶轮)：单吸、双吸； 多级(多个叶轮): 节段式、涡壳式； 混流泵涡壳式; 导叶式； 轴流泵固定叶片式;可调叶片式； 旋涡泵单级(一个叶轮); 多级(多个叶轮).v3. 叶片泵叶轮 结构：前盖板、后盖板、叶片、轮毂； 形式：离心式叶轮、混流式叶轮、轴流式叶轮；v4. 比转数定义保持一个叶轮的形状和运行状态相似，改变其大小
2、，在单位流量的条件下，产生单位扬程时，应传给那个叶轮的每分钟转数，叫做原来叶轮的比转数。v 水泵的比转数是用它的最高效率下运行时的转速、流量、扬程计算所得到。比转数与转速不同。比转数是一个相似准则，当两台泵的比转数相同时，则这两台泵的过流部分形状就基本相似。比转数用符ns号表示。v公式公式： 式中: n-转速(转/分); H-米; Q-米3/秒.4/3/65.3HQnnsv从比转数的公式可以看出，当一台泵的转速一定，当它的流量比较小、而扬程比较高时，这台泵的比转数就比较低；当它的流量比较大，而扬程比较低时，这台泵的比转数就比较高。离心泵属于低比转数的泵（一般30-300），混流泵属于中比转数的
3、泵（一般300-500），轴流泵属于高比转数一类的泵（一般500-1000），某些低扬程轴流泵的比转数可达1800左右。二、轴流泵（含导叶式混流泵）的类型及结构：v1 1. 轴流泵的分类（含导叶式混流泵）v 按结构形式分：按结构形式分：v传统的长轴式轴流泵电机安装在泵房的适当位置和高度，防止水位升高淹没电机而造成电机损坏。v轴流（导叶式混流）潜水电泵电机和水泵组装在一起，形成机电一体潜入水中工作，结构简单，使用方便。 按照泵轴的安装方式分按照泵轴的安装方式分: :传统的长轴式轴流泵，可分为立式、卧式、斜式。v立式在轴流泵中，用的最多的结构形式，特别是大型轴流泵，一般都采用立式结构。电机安装高程
4、比泵高，故容易保持干燥；叶轮浸没在水中，因此启动方便，启动时只需向橡胶轴承内灌适量的润滑水即可启动。v卧式一般为大型泵，卧式轴流泵的泵体可以做成中开式的，拆卸方便。启动前要用真空泵引水。v斜式兼有立式和卧式轴流泵的优点。由于叶轮浸没在水中，故可直接启动。 按照叶片调节的可能性分：按照叶片调节的可能性分：传统的长轴式轴流泵，可分为固定叶片式、半调节叶片式、全调节叶片式。 固定叶片式轴流泵的叶片和轮毂体铸造在一起，叶片角度不能调节。一般用于小型泵。v半调节叶片式轴流泵的叶片安装在轮毂体上，用螺母压紧。在叶片根部上刻有基准线，在轮毂体上刻有相对应的安装角度位置线，如： -4、-2、0 、+2 、+4
5、等。出厂时，一般根据用户的要求把叶片固定在某一安装角度的位置上（用定位销定位）。工况发生变化时，可以对叶片进行调整；调整时，要把叶轮卸下来，松开螺母，退出定位销，转动叶片，使叶片的基准线对准轮毂体上要求的角度线，打入销钉，然后将螺母锁紧，装好叶轮；但需注意，所有叶片的安装角度应相同。此结构广泛应用与中、小型轴流泵中。v 全调节叶片式轴流泵可以根据不同的扬程和流量在停机或不停机的情况下，通过一套调节机构来改变叶片的安装角度，以满足扬程和流量的要求。一般用于大型泵。 v2 2. 轴流（导叶式混流）潜水电泵的特点v 电泵是电机和水泵合为一体，潜入水中工作，与传统的长轴式轴流泵相比，重量约轻50%以上
6、。叶轮的形式有固定叶片式和半调节叶片式，尚未见有全调节叶片式的叶轮。v 安装方便，只需将电泵整机吊入安装的井筒内，固定好电缆，即可开机运行，安装时间只需传统的长轴式轴流泵安装时间的1/151/20。可立式、斜式安装，尚未见有卧式安装的。v 可以露天安装，不需要建设泵站厂房，占地面积小，节省土建投资60%以上；无须备用机位，维修时更换备用机泵即可，因此，可缩短泵站建设长度。v 不需要固定的起吊设备，可使用移动的起吊设备。v 水下运行，水上检修，可改善工作环境，安装检修方便，维修费用低。v 水下运行，可减小噪音，保护环境。v3 3. 轴流泵的各部分结构和作用v 传统的轴流泵的结构：轴流泵不论是什么
7、型式或大小如何,一般都有吸水室（喇叭口)、前后导水锥、叶轮、导叶、叶轮外壳、出水弯管、轴、导轴承、轴承箱、联轴器、密封、调节机构等。v吸水室其作用是,为了使水流均匀的并且在损失最小的情况下进入叶轮，在叶轮的进口前装有吸水导向装置。中小型的轴流泵用喇叭管，大型轴流泵常用肘形进水流道。 v叶轮是轴流泵的心脏部件，它的性能好坏直接影响到泵的性能。叶轮通常是由叶片、轮毂体、导水锥等组成。 v叶片通常为26片；叶片材质为铸造不锈钢ZG0Cr19Ni9、ZG1Cr13、铸造锡青铜ZQSnD5-5-5等（按客户需求选配）,目的是提高抗汽蚀能力。v轮毂体是用来安装叶片及叶片调节机构的，在轮毂体上开有和叶片数目
8、相同的孔，在孔内安装叶片枢轴。轮毂体一般有圆柱形和球形。在叶片可以调节的泵中，球形轮毂体能保证叶片在任意角度下与轮毂体有一固定的间隙，可以减少水流的损失。圆柱形轮毂体则不能保证叶片在任意角度下与轮毂体有固定的间隙。轮毂体材质为灰口铸铁HT200。v导水锥连接在轮毂体的下部，分配水流，减小损失；导水锥材质为灰口铸铁HT200。v导叶体是压水室的一部分。作用是把从叶轮外壳中流出的水流的旋转运动，经过导叶体后变为轴向运动，在圆锥形导叶体中能使流速逐渐减小。一方面可以减少损失，另一方面可以把水流的动能转变为压力能。导叶的叶片数一般为6-12片，材质为HT200。在导叶体内装有导轴承，起径向支撑作用。v
9、叶轮外壳即叶轮工作室，也是压水室的一部分；一种结构是在导叶体和喇叭管的结合处；另一种结构是独立的叶轮外壳，装在导叶体和喇叭管之间。 其作用,是以最小的损失将从叶轮中流出的高压水收集起来，引向导叶体，同时将水流的动能转变为压力能；材质为灰口铸铁HT200。v轴承在传统轴流泵中有两类型的轴承，一是导轴承，另一类是推力轴承。vA.导轴承在轴流泵中，导轴承用来承受径向力，起径向定位作用；安装在水泵出水弯管的上部和导叶体内下部，一般是橡胶材质，用水润滑；这种水润滑橡胶轴承结构简单，耐磨性好，有弹性，在一定程度上能吸收和消除运行时可能产生的振动。在橡胶轴瓦内开有轴向槽，使水能进入轴瓦和轴之间进行润滑和冷却
10、。为防止泵轴的研磨和锈蚀，在泵轴轴径处镀铬或焊接不锈钢套。vB.推力轴承在立式轴流泵中，推力轴承主要是用来承受水流作用在叶片上的方向向下的轴向推力、水泵转动部件的重量，维持转动部件的轴向位置，并将推力传到基础上去。v轴泵轴是安装在泵上，用来传递扭矩的。电机轴和轴承箱的传动轴联结是用弹性联轴器，传动轴和泵轴的联结是用刚性联轴器；根据泵的安装高度不同，有的还需加中间轴承架，用轴承来承受径向力，起径向定位作用。v密封在出水弯管的轴孔处一般采用填料密封。 轴流（混流）潜水电泵的结构和各部 件的作用：与传统的轴流泵相比，轴流（混流）潜水电泵的的部件较少，一般有吸水室（喇叭管）、导水锥、叶轮、导叶体、叶轮
11、外壳、机械密封等。其作用同传统的轴流泵件的作用。v轴流（混流）潜水电泵的吸水室（喇叭管）、导水锥、叶轮、叶轮外壳等零件，和传统轴流泵的零件相同；导叶体的结构和传统轴流泵相比，稍有区别，导叶体的轴向长度较短，是为了缩短电机轴伸的长度。v轴流（混流）潜水电泵因为是机泵一体，其结构特点：v油室导叶体在出水部位有油室，油室中的油是润滑机械密封的；v轴密封密封件有两套机械密封，一套机械密封是防止水进入油室；另一套机械密封是防止油和油、水混合物进入电机。v轴承电机上部一套向心轴承, 电机下部一套向心轴承和一套推力轴承。v监控系统 A.过热保护一般要求在电机三相绕组内部分别埋入双金属片的过热保护器,引出控制
12、线,防止电机过载而烧毁。vB.轴承过热保护-在推力轴承附近埋入双金属片的过热保护器，防止轴承过热损坏。vC.漏水保护-在油室内装有电极式漏水检知器，当第一套机械密封失效进水时报警，防止水进入电机。另外，可根据用户要求，设置其他部位的漏水保护。三、轴流泵的工作原理及性能： v1 1.轴流泵的工作参数v 扬程单位重量的液体通过水泵之后能量增加的数值。用H表示，单位用米（m）表示。v 流量单位时间内水泵输送液体的数量。用Q表示，常用的单位用升/秒(l/s)，米3/秒(m3/s)，米3/小时(m3/h)。v 转速泵轴每分钟内旋转的次数。用n表示，单位用转/分（r/min）。v 功率泵在单位时间内所作功
13、的大小称为泵的功率。用P表示，单位用千瓦（kw）。功率有：有效功率、轴功率、配套功率。v有效功率单位时间内流过水泵的液体从水泵那里获得的能量又称输出功率。用Pe表示。Pe=rQH/102.v轴功率原动机输送给水泵的功率，又称输入功率，用P表示。v配套功率水泵应选配原动机的功率值。用P配表示。v(5) 效率是用来衡量水泵对原动机输入的能量利用的情况。用表示。 =Pe/P.v2.2.轴流泵的工作原理v 离心泵的工作原理是在泵体内灌满水后，叶轮在原动机带动下高速旋转，带动水高速旋转，使水的能量增加（包括动能和压能），产生扬程。混流泵的工作原理类同离心泵。 v 轴流泵的工作原理是依靠叶轮在水中旋转时所
14、产生的升力把能量传给了水,使得轴流泵能够抽出水来。升力是什么?如果站在电风扇前面，感觉有风吹过来，风的产生，就是由于旋转的叶片把后面的空气不断地推向前面的结果。升力是如何产生的？看轴流泵叶轮叶片外圆的端面，其形状象飞机的机翼（与飞机的机翼上、下面方向相反），当水流流过翼型时，在翼型v的头部便分成两股，分别绕过翼型的上表面（工作面）和翼型的下表面（背面）,然后，同时在翼型的尾部汇合流出去。因为沿翼型下表面的路程要比沿翼型上表面的路程长一些，因此，水流沿着翼型下表面的流动速度要比沿着翼型上表面的流动速度大一些。当水流速度大时压力就会小一些，而水流速度小时压力就会大一些，这样翼型下表面的压力要比翼型
15、上表面的压力小，就产生了由上向下的升力。当水流v对翼型作用一个升力时，由于作用力等于反作用力，翼型相对于水流也会有一个反作用力（由下向上），它们大小相等而方向相反。叶轮在水泵旋转时，水流相对于叶片就产生了急速的饶流，这样，叶片对水就产生作用一个升力，不断地把叶片前面的水往后推进，使叶轮后面的水压力增加，这样，叶轮就把能量传给了水，水就通过导叶体进入管道，流入出水池。 v3 3.轴流泵的汽蚀v 汽蚀产生的原因液体在一定温度下开始汽化的压力，称为汽化压力；液体在一定温度下降低压力至该温度下的汽化压力时，液体便产生汽泡，把这种产生汽泡的现象称为汽蚀。轴流泵的汽蚀性能比混流泵和离心泵要差些。v 汽蚀的
16、产生水泵在运转时，水在泵流道里流动，压力是变化的。水流到某一地方，压力降到汽化压力以下时，则水开始汽化，汽化的结果就使水流中产生了许多汽泡，汽泡中充满了水蒸气和少量的溶解于水的气体。汽泡随水流移动，当含有大量汽泡的水流向前经过高压区时，汽泡周围的高压水致使汽泡急剧地缩小以至凝结破裂，在汽泡凝结破裂的同时，水流质点高速填充空穴，瞬间产生极强烈的水击现象，并以很高的冲击频率打击金属表面v（冲击应力可达几百至上千个大气压，冲击频率可达每秒几万次），金属表面因疲劳而破坏，通常把这种破坏称为剥蚀。另外，在所产生的汽泡中还夹有一些氧气，借助汽泡凝结破裂时所放出的热量，对金属起化学腐蚀作用。化学腐蚀和机械剥
17、蚀的共同作用，使金属的损坏速度大大加快，这种现象称为汽蚀破坏。v 汽蚀的后果水泵运行时，如果发生了汽蚀，在水泵内部就会发出噪音和振动。同时，因水流中含有汽泡，所以，扬程就会降低。随着汽蚀程度的加剧，汽泡大量产生，最后造成断流。这时，水泵的扬程、功率及效率迅速下降，甚至抽不出水来。v 轴流泵发生汽蚀的一些其他原因当轴流泵的几何安装高度符合样本中所提出的要求时，在运行中遇到以下情况，还是有可能发生汽蚀。v由于轴流泵的进水条件不好，在进水池产生了大量旋涡。而这些旋涡夹杂了大量气体进入到轴流泵的叶轮中，使轴流泵运行时效率下降，产生振动。v由于轴流泵的吸入流道不理想，进入叶轮的水流的速度和压力很不均匀，
18、并产生了局部低压区。这个低压区的压力低到一定程度时，就有可能使轴流泵发生局部汽蚀。v当水流通过突然变窄的间隙时，速度增加而压力降低，就会产生间隙汽蚀。例如，在轴流泵的叶轮与叶轮外壳之间的间隙，有时会发生汽蚀。间隙汽蚀一般范围比较小，但也会引起叶片或叶轮外壳的局部破坏。v轴流泵运行时的工况点偏离设计工况点太远时，它的汽蚀性能往往会比设计工况时差。当超出使用范围运行时，轴流泵有可能会发生汽蚀。v轴流泵叶轮叶片制造的不精确，叶片形状与图面要求相差甚远时，汽蚀性能有可能变坏，运行时可能发生汽蚀。v 轴流泵发生汽蚀时的几种处理方法v当轴流泵在大的叶片安装角运行发生汽蚀时，将叶片放到小的叶片安装角运行，其
19、汽蚀情况可以得到改善。但是，轴流泵的性能不能得到充分的发挥。v在叶片发生汽蚀的地方，采取钻斜孔的办法，对清除局部的翼形汽蚀是有改善的。但是对于不同比转数的泵、不同部位的翼形汽蚀，钻孔方案不同。v如果叶片形状误差较大引起的汽蚀，则必须对照图纸，用样板检查叶片的各个截面，并进行修正，或更换叶片。v在发生汽蚀的部位涂一层环氧树脂，可以提高叶片表面的抗汽蚀性能，减轻叶片表面被汽蚀破坏的程度。v由于进水流道的阻力增加而发生汽蚀，则必须检查进水流道和拦污栅，看是否被异物所阻塞，若有异物必须清除。四、轴流泵的性能曲线及调节：v1. 轴流泵的性能曲线是指在一定转速下扬程与流量的关系曲线，功率与流量的关系曲线，
20、效率与流量的关系曲线,以及汽蚀余量与流量的关系曲线。将这些曲线按一就是定比例绘在同一张图上，就是轴流泵的性能曲线。这些曲线只能用试验的方法取得。当流量为设计流量时，效率最高；当流量大于或小于设计流量时，效率都要减小。因此，希望所选的水泵在设计工况点运行。v轴流泵的运行特点 v 离心泵运行时，当流量逐渐减小时，扬程逐渐增加，功率逐渐降低；而轴（混）流泵运行时，当流量减小时，扬程逐渐增加，功率也逐渐增加，当流量减小到零时，扬程、功率增加到最大值。一般在关闭阀门工况点时的扬程、功率约为设计工况点的1.5-2倍左右；当轴（混）流泵偏离设计工况，在小流量运行时，可能出现噪音和振动，因此，轴（混）流泵应尽
21、可能避免在关闭工况点以及小流量区运行。v 轴流泵在流量减小时，扬程和功率很快增加，其原因是，流量减小时在叶轮叶片的进口和出口产生回流，使功率损失增加引起功率增大，这种倾向随流量的减小更加显著。v 因为在关闭阀门工况点时的功率最大，全开出水阀门功率最小，所以，轴（混）流泵启动时必须全开出水阀门。v 轴（混）流泵的效率曲线比较陡，也即高效区比较窄，流量在偏离设计工况后效率会很快下降。 为了保持轴流泵经常在高效区运行，大多数轴流泵叶轮的叶片是可以调节的。当轴流泵叶片的安装角度改变后，性能也相应改变，其性能曲线也相应变化。将一台轴流泵在一定转速下的不同叶片安装角度的性能曲线、等效曲线画在同一张图上，则得到轴流泵的通用性能曲线。 v3.3. 轴流泵的调节v 轴流泵只有在一定的范围内工作时，才有较高的效率，运行是经济合理的。当工况发生变化后，轴流泵长期处于低效区工作是不经济的，所以，要求泵即能满足工况要求，又能在高效区工作，就必须对水泵进行调节。调节的方法有：一是改变叶片的安装角度，二是改变转速。（这两种方案都要考虑所配用电机的功率能否承受。）谢 谢！
