流 体 力 学 泵 与 风 机

1. 流体力学泵与风机 第二部分 泵与风机 12 其他常用泵与风机

2. 12 其他常用泵与风机 • 【知识点】 • 本章主要介绍常用水泵和风机，即往复泵、管道泵、水环式真空泵、旋涡泵、潜水泵、深井泵和贯流式风机的结构、适用场合、工作原理及性能特点。 • 【能力目标】 • 理解：往复式泵的构造、工作原理及性能。 • 熟悉：贯流式风机的特点和适用范围。 • 了解：管道泵、水环式真空泵、潜水泵、深井泵的构造及特点。

3. 1 12.1 往复泵 2 12.2 管道泵 3 12.3 水环式真空泵 4 12.4 旋涡泵 12 其他常用泵与风机

4. 5 12.5 潜水泵 6 12.6 深井泵 7 12.7 贯流式风机 12 其他常用泵与风机

5. 12.1 往复泵 ※12.1 往复泵※ • 往复泵是最早发明的提升液体的机械。目前由于离心泵具有显著的优点，往复泵的应用范围已逐渐缩小。但由于往复泵在扬程剧烈变化时仍能维持几乎不变的流量的特点，故往复泵在一些特殊场合仍然使用。往复泵特别适用于小流量、高扬程的情况下输送粘性较大的液体。 • 往复泵属于容积式泵，主要结构包括泵缸、活塞或柱塞、连杆、吸水阀和压水阀等。图12.1是双作用活塞式往复泵的工作原理图。

6. 12.1 往复泵 • 当活塞1与连杆2受原动机驱动作往复运动时，左右两工作室3的容积交替发生变化。左工作室容积受压缩时，其中液体推开压力阀6被排向排水管7；与此同时，右工作室膨胀而形成真空，于是打开右吸水阀5从进水管4吸水。然后活塞向右运动，两工作室交替进行上述相似的工作，完成吸水、排水的输水过程。 图12.1 双作用活塞式往复泵工作参数 1-活塞；2-连杆； 3-泵缸或工作室；4-进水管； 5-吸水阀；6-压水阀；7-排水管

7. 12.1 往复泵 • 活塞式往复泵的理论流量与活塞面积A、活塞行程S及活塞在单位时间内往复次数n有关。单作用往复泵的理论流量可按下式计算： • 双作用泵的理论流量是单作用泵的二倍。图12.2 往复泵的性能曲线 • 往复泵的吸水性能应当考虑流量实际上的非恒定性带来的附加损失。所以它的安装高度较离心泵为低。 • 往复泵的实际流量由于液体的漏损和吸水阀与压水阀动作的滞后而有所减少，通常用容积效率乘以理论流量得出。值大约在85%~99%之间。 （式12.1）

8. 12.1 往复泵 • 理论上来说，往复泵的扬程与流量无关，也就是说，这种泵可以达到任意大的扬程，他的（QT-HT）曲线是一条垂直于横坐标Q轴的直线（图12.2中的虚线）。实际上由于受泵的部件机械强度和原动机功率的限制，泵的扬程不可能无限增大。同时在 较高的增压下，漏损会加大， 以致实际Q-H曲线向左略有偏 移。应当指出往复泵的流量是 不均匀的，因为活塞在一个行 程中的位移速度总是从零到最 大再减少到零，然后重复，如 此往复循环。而图12.2中Q-H 曲线是按平均流量绘制的。 图12.2 往复泵的性能曲线

9. 12.1 往复泵 • 往复泵在一定的往复次数工作时，理论流量为定值，理论轴功率，HT只与NT有关，故HT-NT是一条通过原点的直线。实际的H-N曲线因高压头下流量有所减少而稍微向下弯曲。 • 效率曲线一般随H值的增加而下降，此外当H很小时，由于有效功率很小，以致效率下降很快 • 图12.3是以饱和蒸汽为动力的蒸汽活塞泵的结构简图。图的右方是往复作用的柱塞泵，左方是蒸汽机的配汽滑阀与汽缸。来自锅炉的饱和蒸汽通过左右移动的滑阀依次进入汽缸的两方推动活塞。活塞的往复作用油活塞杆带动柱塞工作。

10. 12.1 往复泵 • 这种泵的流量是滑阀控制每分钟活塞往复次数来进行调节。我国生产的2QS系列蒸汽活塞泵的流量范围为0.5～120 m3/h。能输送温度低于105℃的介质。如2QS-53/17型蒸汽活塞泵是一种双缸清水泵，活塞每分钟往复次数可在28~58次之间调节，相应的流量为25～53 m3/h。扬程可达170 m，允许吸上真空高度为4 m。 图12.3 蒸汽活塞泵结构简图 1-蒸汽阀；2-蒸汽滑阀；3-蒸汽缸；4-滑阀牵动臂； 5-水泵；6-柱塞；7-底座

11. 12.1 往复泵 • 往复泵的性能特点： • (1)高扬程，小流量的容积式水泵。 • (2)必须开闸启动。 • (3)不能用闸阀来调节流量。 • (4)在给水排水泵站中，如果采用往复泵时，则必须有调节流量的设施。 • (5)具有自吸能力。 • (6)出水不均匀。 • 往复泵的应用： • 在某些工业部门的锅炉给水方面、在输送持殊液体方面，在要求自吸能力高的场合下适用。

12. 12.2 管道泵 ※12.2 管道泵※ • 管道泵一般直接装在管道上，小型管道泵常用于水压不足的水管上增加水压，也可用于其他水循环系统。 • 图12.4是SG型管道泵，SG型管道泵是 为管道增压输送,解决管道压力过低而 研制的新型泵,比目前应用卧式离心泵 具有很大的优越性。由于采用先进机 械密封,电机主轴直接安装叶轮,故有效 率高、耗电省、结构紧凑、体积小、 重量轻、安装方便等特点,并可根据扬 程与流量需要并串联使用。 图12.4 SG型管道泵

13. 12.2 管道泵 • 图12.5是ISG型单级管道泵，适用于工业和城市给排水，高楼建筑水塔增压供水，消防增压 ，管道增压，远距离送水，采暖制冷循环等场合。该系列泵具有运行平稳、可靠、噪声低、使用范围广等优点，是一种理想的单级单吸离心式管道循环增压泵。 图12.5 ISG型单级管道泵

14. 12.2 管道泵 • ISW型卧式管道离心泵如图12.6所示； 是ISG、IRG、IHG、YG型立式管道离心泵图12.7所示，该系列泵都是根据国际ISO2858标准， 并采用最新水力模型，同时参照有关国际标准研制设计而成的SG型系列管道泵的替代产品。其所采用的技术标准、性能参数、试验方法等都采用IS型离心泵有关的ISO国际标准，具有与IS型离心泵基本相同的性能参数。 图12.7 ISG、IRG、IHG、YG型 立式管道离心泵 图12.6ISW型卧式管道离心泵

15. 12.3 水环式真空泵 ※12.3 水环式真空泵※ • 真空泵根据工作原理不同可分为水环式、刮板式、射流式等不同形式。本节介绍水环式真空泵。 • 图12.8为水环式真空泵的构造简图。 图12.8 水环式真空泵 1-叶轮；2-泵壳；3-水环； 4-进气腔；5-排气腔

16. 12.3 水环式真空泵 • 在圆型泵壳内偏心的安装一个有12个叶片的转子，泵体内注有一定量的水（一般水深接近于泵的轴线）。当转子旋转时，由于离心力的作用使圆型泵壳的水甩向四周而形成一个旋转水环2，水环的上表面基本上与泵壳形成月牙形空间，当叶轮沿箭头方向旋转时，右半泵体与水环间的进气空间4逐渐扩大，压强下降而形成真空，气体就经进气口被吸入进气空间4，随后气体进入左边半泵体。由于泵壳与水环之间的空间逐渐减小，压强升高，而使气体压缩后由排出孔5排出。这样，叶轮不断地旋转，真空泵就源源不断地进行吸气、排气。

17. 12.3 水环式真空泵 • 水环式真空泵在工作时，应不断补充水，以保证水环的形成和带走摩擦产生的热量。但是充水不宜过多，否则将会影响真空泵的容积效率，减少吸气量。 • 目前国产的水环式真空泵有两大类：一类为SZ型，另一类为SZB型。这两种型号的真空泵都可以抽吸无腐蚀、不溶于水、不含固体颗粒的气体，气体温度在-20～40℃之间，最大真空度为85%。SZ型为大型真空泵，适用于矿山、化工、轻工业、食品工业等用于真空蒸发、真空除气、真空过滤、真空浓缩、真空风罐等。SZB型为小型真空泵，该泵用于抽吸空气或不含固体颗粒的无腐蚀性气体，适用于抽气引水和抽真空用。

18. 12.4 旋涡泵 ※12.4 旋涡泵※ • 旋涡泵性能特点是小流量、高扬程和低效率，但具有只需在第一次运行前充液的自吸式优点。目前，大都用于小型锅炉给水和输送无腐蚀性、无固体杂质的液体。 • 图12.9a是旋涡泵的叶轮。叶轮圆盘外周两侧加工成许多凹槽，凹槽之间铣成叶片4。 • 在图12.9b中可以看出泵壳的吸入口与排出口之间，设有隔离壁1，隔离壁与叶轮间的缝隙很小，这就使泵内分隔为吸水腔2与压水腔3。吸水腔与压水腔外侧，绕叶轮周边有混合室，见图12.9c。

19. 12.4 旋涡泵 • 叶轮旋转时带动来自吸入口的液体前进，同时液体在叶片间的流道内借离心力加压后到达混合室，液体在混合室内部分的转换为压力能，然后又被叶轮带动向前重新进入叶片流道内加压。所以流体被多次增压，直到压水腔的末端引向排出口。流体在泵内流动情况见图12.9d。 图12.9 旋涡泵的结构与工作原理 （a）叶轮；（b）泵内结构示意图；（c）混合室；（d）流体在泵内的运动 1-隔离壁；2-吸水腔；3-压水腔；4-叶片

20. 12.4 旋涡泵 • 我国生产的W系列旋涡泵可以输送-20℃～80℃的液体，流量范围为0.36～16.9m3/h，扬程最高可达132m。 • 表12.1是1W2.4-10.5型旋涡泵的性能表。该泵输送清水或物理化学性质类似清水的液体。 表12.1 1W2.4-10.5型旋涡泵的性能表

21. 12.5 潜水泵 ※12.5 潜水泵※ • 潜水泵是一种水泵与电机一体、可浸没在水中运行的泵。由于结构的改进、性能的完善(如中低扬程、大流量、高效率泵的出现)，城市给水排水工程中的潜水泵应用越来越广泛。根据叶轮的构造潜水泵可分为潜水离心泵、潜水轴流泵和潜水混流泵；按用途可分为潜水给水泵、潜水排水泵和潜水深井泵。 • 潜水轴流泵结构示意图如图12.10所示。由于潜水泵在水中工作，因此结构上必须要有很好的密封装置，防止电机的定子、转子腔进入非绝缘介质，以保证电机的绝缘强度。按定转子腔充人绝缘介质的不同，潜水电动机分为干式、湿式两类。干式潜水电动机定转子腔内充入纯净气体，如空气、氮气。湿式潜水电动机定转子腔内充入高纯度的水或油，如去离子水、蒸馏水、变压器油。

22. 12.5 潜水泵 • 潜水泵有多种安装方式，可 供用户选择。如潜水轴流泵 的安装方式有：悬吊式、落 地式、井筒挂式(如图12.10 所示)、卧式等。 • 潜水泵的主要特点可概括为： (1)设置了足够的检漏、测 温元件，利于水泵监控和保 证安全运行。 图12.10 QZ型高压潜水轴流泵结构图

23. 12.5 潜水泵 • (2)机电一体，简化了安装工序。如井筒悬挂式潜水泵，只需把水泵吊入竖井中，水泵会自行就位、找中，泵和基础间不需作任何机械固定，安装快速、方便。 • (3)潜入水下运行，降低了环境噪声。 • (4)潜入水下运行，泵站的地下及地面的土建工程大为简化，使土建工程造价大幅度降低。 • (5)潜入水下运行，使水位涨落较大的沿江、湖泊兴建泵站的防洪问题，变得非常简单。

24. 12.6 深井泵 ※12.6 深井泵※ • 深井泵是用来抽送深井地下水的。图12.11（a）为RJC型深井泵的安装图，图12.11（b）为SG型泵结构示意图。由图12.11（b）可知，这类泵实际上是一种立式单吸分段多级离心泵。叶轮(21)可以有2～26个，它们固定在同一转动轴17上。泵壳由上导流壳19、中导流壳20和下导流壳23三段组成。叶轮位于导流壳内。导流壳除了起连接件作用外，主要作用是把水导入叶轮。吸水口下端连有滤水网24，以防止砂石进入水泵。水泵运行时，水经滤水网、下导流壳进入第一级叶轮，出水经中导流壳进入第二级叶轮，如此经逐级加压，最后通向扬水管，并经泵座上的出水管流入压水管。传动轴通过扬水管中心并由支架轴承14作径向支承。

25. 12.6 深井泵 整个轴系由许多个(个数按需要确定)短轴通过联轴器12联成一个整体，联轴器通常采用螺纹连接。传动装置部分由泵座、轴承箱、皮带轮、逆止机构、上传动轴、调整螺母等组成，泵转动部分的重量和轴向推力全部由电动机的止推轴承承受。 • 工艺设计时要注意到，深井泵至少要有2～3个叶轮浸在动水位以下；滤水网距井底不小于2m；要为静水位以上的支架轴承(一般为橡胶轴承)设置预润滑水；不允许直接启动；不允许反转。 • 深井泵型号意义：如400SG550—17×11可作如下的识别。

26. 12.6 深井泵 图12.11 深井泵 （a）深井泵安装图；（b）深井泵结构图 1-电机轴；2调整螺母；3-键；4-电机；5-挡水圈； 6-压盖；7-填料盒；8-填料；9-轴承； 10-预润丝堵11-泵座；12-联轴器；13-传动轴； 14-支架轴承；15-泵座；16-短法兰管；17-叶轮轴； 18-上轴承；19-上导流壳；20-中导流壳；21-叶轮； 22-下轴承；23-下导流壳；24-滤水网

27. 12.7 贯流式风机 ※12.7 贯流式风机※ • 近年来由于空气调节技术的发展，要求有小风量、低噪声、压头适当和在安装上便于与建筑物相配合的小型风机。贯流式风机就是适应这种要求的新型风机。 • 贯流式风机的主要特点如下：（如图12.12所示） 图12.12 贯流式风机示意图 （a)贯流式风机叶轮结构示意图；（b）贯流式风机中的气流 1—叶片；2—封闭端面

28. 12.7 贯流式风机 • (1)叶轮一般是多叶式前向叶型，但两个端面是封闭的； • (2)叶轮的宽度没有限制，当宽度加大时，流量增加； • (3)贯流式风机不像离心式风机是在机壳侧板上开口使气流轴向进入风机，而是将机 壳部分的敞开使气流直接径向 进入风机。气流横穿叶片两次。 某些贯流式风机在叶轮内缘加 设不动的导流叶片，以改善气 流流态； 图12.13贯流式风机的无因此性能曲线

29. 12.7 贯流式风机 • (4)在性能上，贯流式风机的全压系数较大，Q-H曲线是驼峰型的，效率较低，一般约为30～50%。图12.13是这种风机的无因次性能曲线。 • 其中流量系数因叶轮宽度没有限制而加入了宽度b的因素，即 ，而不是一般的离心式风机中采用的 ； • (5) 进风口与出风口都是矩形的，易与建筑物相配合。 ； ；

30. 小 结 • 【本章小结】 • 本章介绍了一些常用的水泵和风机，有往复泵、管道泵、水环式真空泵、旋涡泵、潜水泵、深井泵和贯流式风机的结构、适用场合、工作原理及性能特点。要求理解往复式泵的构造、工作原理及性能；熟悉贯流式风机的特点和适用范围，了解管道泵、水环式真空泵、潜水泵、深井泵的构造及特点。

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