《离心泵结构》课件

离心泵结构清华大学机械工程学院课2025年工程流体力学程课师授教王教授课程概述基本概念离心泵工作原理结构组成详主要部件解性能参数应围用范分析设计维护关键术技要点第一部分离心泵基础知识基本定义转换能量设备工作原理离心力作用机制性能特性线特性曲分析什么是离心泵？能量转换装置转为机械能化液体动能的设备市场规模2024年达980亿美元应用占比应工业泵用65%以上应用领域水处理、石油化工、电力等离心泵发展历史年11689丹尼斯·帕平首次提出离心泵概念年21851现专诞代离心泵利生年31900-1950规应工业革命推动大模用年至今42000数计监术进字化设与智能控技步离心泵工作原理叶轮旋转带转电机动叶轮高速动离心力产生液体受力向外甩出能量转换压机械能→流体动能→力能压力提升获压液体得力后排出离心泵基本物理原理伯努利方程应用动量守恒角动量变化现过时能量守恒原理在泵中的表液体与叶片的相互作用液体通叶轮的角动量增加压转换关传压关力能与动能相互系力的递与平衡分析离心力与力能系离心泵特性曲线基础第二部分离心泵主要结构组成静止部件旋转部件导进轴泵壳、流室、出口叶轮、轴承系统密封系统结支撑与定位构填料、机械密封离心泵整体结构概览叶轮结构与分类开式叶轮半开式叶轮闭式叶轮仅无前盖板和后盖板有后盖板前后均有盖板颗轻适用于含固体粒流体适用于度污水适用于清洁液体结简单稳构，成本低防堵塞能力中等效率高，定性好叶轮详细结构分析叶片数量叶片形状入出口角度径计径5-7片最常见，影响性前向/后向/向设原决定流体流动路能理轮毂结构轴连传与接，递动力泵壳结构与类型蜗壳式扩散器式环形壳状带导扩积环螺旋增大的流道固定叶的散通道截面恒定的形流道应压级结简单场广泛用于各类泵高多泵常用构，用于特殊合蜗壳结构细节截面积变化渐沿周向逐增大舌部设计分流作用，影响性能间隙控制积影响容效率材料与工艺蚀决定强度与耐腐性泵轴设计受力分析弯轴综扭矩、矩和向力合作用轴径计算刚基于强度和度要求确定轴肩设计确保部件准确定位连接方式键连键传接或花递扭矩轴承结构轴载场润承类型承方向适用合滑方式轴径为润深沟球承向主小型泵油脂滑轴径轴角接触球承向+向中型泵油脂/油浴圆轴纯径环柱滚子承向大型泵油浴/油轴纯轴轴润推力承向有向力强制滑密封系统填料密封机械密封环静环环组多柔性填料与动合许允少量泄漏端面接触形成密封结简单维构，护方便无泄漏，使用寿命长冲洗系统标计编API准划号润提供滑与冷却延长密封使用寿命机械密封详解静环结构动环结构轴转固定在泵体上与一起旋辅助密封弹簧组件压防止二次泄漏提供密封面接触力吸入与出口结构吸入口设计出口设计连接标准过蜗渐扩兰规流道平滑渡壳逐大法格尺寸压标防止局部阻力力能回收国际准适配净渐有效吸入高度流速逐降低密封可靠性轴套与间隙环轴套间隙环可调间隙设计轴损偿损保护免受磨控制泄漏量补磨维换积便于修更提高容效率延长使用寿命平衡装置轴向力产生压力差引起的不平衡力平衡盘工作压轴利用力分布抵消向力平衡液流动过环通平衡孔和管路循实现平衡轻轴负减承担，延长寿命联轴器与基础联轴器选型选择根据扭矩和工况类型刚轴挠轴性联器或性联器基础设计虑刚考度和抗振性载足够的承能力安装调整对标围精确中至准范浆稳灌固定确保定第三部分离心泵类型与结构变体5100+65%主要结构类型标准化型号应用比例单级单单级级场吸、双吸、多、立式、特种覆盖各种工况需求在工业泵中的市占有率按结构分类的离心泵单级单吸泵结构结构简单单维一流道，护方便应用广泛选通用工况首规格系列标准化程度高维护特点简单拆装，备件通用性好单级双吸泵结构双吸叶轮大流量12对称进轴液，平衡向力适合输送大流量液体应用场景轴向平衡环轴43城市供水、循水系统自动平衡向推力多级离心泵结构一级扬程单产由个叶轮生级间导流过导转级通叶向下一压力积累扬级程逐叠加平衡装置轴平衡鼓消除向力立式离心泵结构轴线排列导轴承安装特点节级导轴垂直安装，省空间多泵需多个承集水坑或管道安装质润虑适合深井或高地面水位介滑或外部供油需考吸入条件特种离心泵结构自吸泵磁力泵屏蔽泵结传计计具备自吸能力的特殊磁力动，无泄漏设电机与泵一体化设构潜水泵电机可浸入液体中工作按用途分类的离心泵结构清水泵污水泵化工泵闭开蚀式叶轮，高效率式叶轮，防堵塞耐腐材料标质损光滑流道，准密封特殊材，耐磨特殊密封系统第四部分材料选择与制造最终检验证产质保品量精密加工确保尺寸精度铸造成型主要制造工艺材料选择基于工况需求离心泵材料选择选择部件常用材料特殊工况材料依据铸锈质蚀泵体铁不钢、双相介腐性钢铸铬铸钛损蚀叶轮铁、青铜高铁、磨与腐合金轴锈蚀碳钢不钢、蒙乃强度与耐性尔合金钨质密封碳/碳化硅碳化、氮化温度与介硅泵体与叶轮制造工艺图纸设计3D建模与工艺分析模具制作铸精密造模具准备铸造成型浇熔炼、注、凝固机械加工关键尺寸精加工质量检验损检测验证无与尺寸第五部分性能参数与设计计算扬程流量功率H QP单时轴泵提升液体的能力位间输送液体量泵输入的机械功率效率η有效功率与输入功率比值离心泵关键性能参数比转速与叶轮设计低比转速中比转速高比转速ns8080ns150ns150径轴向叶轮弗朗西斯叶轮流/混流叶轮扬扬高程，低流量平衡性能高流量，低程离心泵尺寸计算叶轮直径叶片设计轴径计算数₂₁₂₁弯基于流量和比速确定叶片量Z=

6.5D+D/D-D基于扭矩和矩径₂内径₁临转验外D与D比例厚度基于强度要求界速算验计状计劳常用经公式算叶片形与水力设疲强度校核空化与计算NPSH定义空化危害防空化设计NPSH净正吸入头噪音与振动裕量NPSH_a

1.1~

1.5NPSH_r进NPSH_r泵要求值性能下降叶片口优化蚀诱导计NPSH_a系统可用值叶轮腐破坏轮设第六部分装配与维护装配流程顺按工艺要求序装配对中技术轴确保精确同度维护与检修养定期保延长寿命离心泵装配流程准备检查检验零件清洁与尺寸轴系组装轴轴承、套、机械密封安装叶轮安装调固定与间隙整壳体组装连泵体接与密封质量检验转检压测试旋查与力离心泵对中技术对中标准径向≤

0.05mm，角向≤

0.1mm/100mm激光对中数对术高精度字化中技热态补偿虑考运行温升影响常见误差软应础脚、管道力、基不平离心泵维护与检修日常维护定期检修数记录监测计检换运行参与异常按划拆与零件更备件管理故障诊断关键库质件存与量控制振动、温度、性能分析密封系统维护填料密封机械密封辅助系统当为检畅检适泄漏正常密封面平整度查冲洗管路通查紧换弹弹验证过滤定期固与更簧力器定期清洗轴承维护与监测温度监测振动分析轴频谱诊断正常温度承外壳≤75℃分析故障类型润载过趋势监测预测超温原因滑不良、荷大故障连续监测报标与警系统ISO准振动限值润滑维护选择换油品与更周期评轴状态油样分析估承润检维滑系统查与护第七部分现代技术应用智能监测传时数各类感器实据采集远监报程控与警系统节能技术频调计变速与高效设降低能耗优化运行数字化设计计算流体力学仿真优化数计参化设提高效率离心泵监测与智能化振动监测温度监测性能监测预测诊断传时轴质压时监预测多点感器实采集承、电机、介温力、流量实控AI算法故障与寿监记录分析度控与命离心泵节能技术25%变频节能调节约速运行可能源10%叶轮优化高效水力模型提升效率5%表面处理损减少摩擦失15%系统优化泵与管网匹配降低能耗离心泵数字化设计案例分析问题案例类型描述解决方案效果计满水泵站设大流量要求双吸泵并联运足需求降低行能耗蚀化工泵失效腐泄漏双相钢材料更使用寿命延长换3倍节频节能改造高能耗运行变+高效叶电30%轮监频预测维智能控故障停机繁性护系停机率降低统80%总结与展望设计关键点结选择水力模型、构强度、材料新材料趋势复合材料、增材制造、表面工程智能化方向监数孪远诊断物联网控、字生、程绿色发展节环高效能、保材料、生命周期管理。