离心泵的机构

本文是水泵检验装置设计经验的总结，详细叙述了检验装置各组成部分：动力源，传动系统及测控系统等的设计要素，对于水泵行业的同行，特别是对于从事水泵试验台架设计的同志，会有一定的帮助。

关键词 消防泵 齿轮箱 检验装置 柴油发动机

1．引言

泵作为一个工业产品，在输送介质及作为动力源方面已经获得越来越广泛的应用，适用于各种专门场合的船用泵、消防泵、排污泵、潜水泵等也越来越多。某些专用泵，如消防泵，其发展迅速，日趋高压力、大流量方向发展，原先单一的常压泵也出现了朝中低压、高低压或高中低压泵发展的趋势，原有的一些检验装置已显得不相适应，因而，为使泵产品的质量能得到有效控制和提高，设计建造一些新的检验装置尤为必要。

本文是在自动化大功率消防水泵检验装置研制的基础上，对泵的检验装置的设计要素进行总结，以供同行参考。

2．水泵检验装置的组成

一个完整的水泵检验装置应包括以下几个主要部分：

1)．动力源；

2)．传动系统；

3)．测量与控制系统；

4)．辅助系统；

3．各组成部分的设计要素

3．1动力源

a．明确试验对象，确定动力源功率各单位设计检验装置的目的有所不同，有的只是为本单位的产品作试验用，有的需要为各种各样的泵服务(如检验中心)，所以动力源的功率应根据实际情况来确定。

以图1所示系统为例，计算公式如下：

P动=P泵／(η齿×η扭×η离×η泵) =Q×P×H／(102×η齿×η扭×η离×η泵)

式中：

P动 所需的动力源输出功率 KW

P泵 被试泵的水功率 KW

η齿 齿轮箱效率％

η扭 扭矩仪效率％

η离 离合器效率 ％

η泵 水泵的效率 ％

Q 水泵的流量m3／s

H 水泵的扬程m

V 水的重度 Kg／m3

我们可以以η泵为参考量，通过计算，作出P动与P泵的关系曲线(图2)，计算中可以假定假定η齿、η扭和η离分别为0.95、0.98和0.98。当P泵和η泵已知时，就可从图2确定所需的动力源输出功率。

b．动力源型式

目前常见的有电动机与柴油发动机两种。前者一般不调速，适用于一般的工业泵。由于各种工业泵的转速有差异，因此泵的流量压力功率等参数一般需要通过特定转速(电动机转速)下的测量值，换算到泵的规定转速下的对应值，导致测量误差放大。前者若需调速，直流电动机可用可控硅调速，交流电动机可用变频调速，但成本较高。当然，使用电动机却有噪声相对较低，无其他污染的优点；后者适用于消防泵，因为消防泵有工况的变化，要求转速变化。柴油发动机调速比较方便。调节油门大小再配以齿轮箱，可以获得较大的转速范围，且成本相对较低。使用柴油发动机存在着噪声大，有烟气排放问题。

究竟选用哪一种动力源，要根据检验装置的设计目的及单位在场地、经费及现有的相关条件而定。

3．2传动系统

对使用柴油发动机的水泵检验装置，有传动装置的问题。传动系统主要由离合器和齿轮箱组成。对齿轮箱的设计，主要应考虑两个问题：

a．速比确定

对工业泵而言，中心高800mm以下的泵，其转速一般为1450r／min和2900～2950r／min。对消防泵而言，其转速千差万别，一般为2000～4000r／min。

齿轮箱速比的确定，既要考虑满足不同转速泵的试验要求，又要考虑让发动机在最大扭矩点附近工作。

经分析，下述五种转速范围基本上可覆盖各种消防泵和工业泵的试验要求：

1450 r／min；

2000～2400 r／min；

2900～2950 r／min；

3000～3600 r／min；

3600～4000 r／min。

在选定合适的发动机之后，根据该发动机的转速和上述的五种转速范围，就可以确定相应的速比。

b．输出轴转向

泵有正转泵、反转泵之分，考虑到检验装置的通用性，要求变速箱的输出轴在确定的各种转速范围内均可正转或反转。

3．3测量与控制系统

以图1所示系统为例，欲实现自动化测试，系统应由传感器、二次仪表、计算机、接口板、伺服机构、采集器、组合屏和微机软件等组成，以实现在控制室内对柴油机启动、油泵启动、紧急停车、柴油机增减速和电动阀的控制；实现柴油机高水温、高油温、低油压和齿轮箱低油压、高油温的报警；实现水泵参数的自动采集和处理。下面就几个具体问题说明如下：

a．测量内容

除水泵运行参数(转速、流量、压力或扬程、功率)和轴承座温度外，还应包括发动机的运行参数 (水温、油温、油压、发动机转速)，齿轮箱的油压、油温以及辅助装置的相关参数(如动力间温度、油箱油位高度、蓄电池电压等)，还应包括齿轮箱档位与转向的显示。

b．测量精度

与测量水泵性能参数相应的传感器和二次仪表，其系统的测量精度应符合GB3216《离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵试验方法》的规定(见表1)，其它各种测量仪表的精度根据需要确定。表2所示的一次、二次仪表的精度可供参考。

应包括：

油泵启动，柴油机启动、应急停车、增减速；

电动阀控制(控制流量)；

水泵工况切换进而实施试验的程序控制；

动力间冷却装置的自动启动控制；

柴油机水温、油温、油压和齿轮箱油压油温的自动监视与报警。

d．注意事项

为了提高测量的自动化程度，需配备电动阀来调节流量。电动阀应保证在规定的压力下能双向运作(流量逐渐增大或减小)，一次点动的调节量0.1／s为宜；

试验现场与控制室均应有水泵和发动机、齿轮箱运行参数的显示，以保证运行安全可靠；

当水泵没有止回阀的情况下，压力测量仪表之前应设置阀门，以免一旦出现真空造成仪表损坏；

强、弱电应分开，以免互相干扰，影响测量精度；

测量水泵轴承座温度中，由于离旋转部件近，宜用磁性温度探头，以免试验人员受到伤害；

尽可能使用稳压装置以提高测压精度；

二次仪表的输出信号宜采用相同型式、同一标准输出信号范围，便于与采集器、计算机接口相连：

自动化测量中，遥测数据是通过二次仪表变送后进入数据采集器的。由于二次仪表变送电压的负极悬浮，使得多路电压变送信号与数据采集器无法直接连接，此时可采用隔离模块方法，使多路信号经隔离模块变送后达到负极一致，实现变送信号与数据采集器的连接。这种连接虽然可以实现数据传输，但二次仪表变送数据内所迭加的波纹电压无法改善，以致数据显示值波动较大。为了对遥测数据与数据采集器连通过程中的波纹进行处理，可设计一种电平转换方法的接口板，在电平转换过程中进行波纹抑制，以保证数据显示值稳定。

3．4辅助系统

这里特别需要提一下关于水泵升降平台的问题。

由于发动机、齿轮箱、扭矩仪相互之间的连接关系是固定不变的，也就是说，当扭矩仪位置确定后，其输出端的中心高度是固定不变的。为了适应不同中心高的水泵的试验要求，需要有一个安装泵用的升降平台，要求平台可以自由升降到某一预定高度，然后靠加垫及泵的轴向移动等来调节泵的输入轴与扭矩仪输出轴的对中程度以及连接法兰间的平行度和间隙的要求。根据试验泵的这一安装特性，对升降平台的高度调节要求完全自动化似乎没有必要，然而完全靠加垫等来调节也显得太繁杂，影响工作效率。因此，设计一个半自动化的水泵升降平台是合适的。

目前，液压驱动往复泵有3种结构形式。

（1）BW系列泥浆泵：机械传动的泥浆泵是由动力机通过V带传动经变速带动曲轴工作。而液压驱动泥浆泵只是将泵输入端的大V带轮去掉，安装一转矩和转速相适应的低速大转矩液压马达，其他结构不变。

（2）美国W11系列泥浆泵、国产MP型泥浆泵是在曲轴输入端安装低速大转矩液压马达直接驱动曲轴，取消了传动的齿轮变速机构。

（3）芬兰丹纳森HDF多相流往复泵：内部无旋转零件，由液压活塞推动泵活塞作直线往复运动，结构紧凑、质量小，这种形式的往复泵应是泵的发展方向之一。

1.BW系列泥浆泵

BW系列往复式泥浆泵是卧式三缸单作用活塞泵。目前，岩心钻探使用该系列泵较多，表11-1为BW系列泥浆泵技术参数。

表11-1 BW系列泥浆泵技术参数

下面以BW-250型泵为例，介绍其结构。该泵用改变活塞往复次数和更换缸套的方法改变泵量，泵量的变化范围为35L/min（泵压7MPa）至250L/min（泵压2.5MPa），共8级，驱动功率15kW。适用于孔深1000～1500m各种岩心钻探。该泵的主体结构由动力端和液力端组成。

（1）动力端

动力端是液压马达带动主轴，经过齿轮变速机构可获得四档速度，再经过一对减速齿轮传至曲轴。曲柄连杆机构由曲轴、连杆组件和十字头组件组成。该泵是三缸泵，故有3个互成120°的轴颈和连杆的大头连接。连杆组件将曲轴的旋转运动变成活塞的往复运动。十字头是起导向作用的零件，它与连杆和活塞杆连接，并传递动力。十字头在滑套中作直线往复运动。

（2）液力端

BW-250型往复式泥浆泵的液力端如图11-5所示。图中画出了一个液缸的剖视图。它属于直通式结构，即每个液缸的吸入阀和排出阀均布置在液缸端头的同一垂直轴线上。

液压动力头岩心钻机设计与使用

液力端由3个卧式单作用液缸并联而成。它们有共同的吸入管路和排出管路。缸套与泵头体动配合，并通过顶套、缸盖及双头螺栓固定在泵头体中。活塞由弹性橡胶密封圈等零件组成。泵阀采用球阀结构，置于液缸端部。吸入阀和吸入管路在下部，排出阀和排出管路在上部。排出阀上部有阀盖，阀盖既是拆装和检查泵阀的窗口，也是阀球升高的限制器。

图11-6 W11型泥浆泵外形图

2.美国W11系列泥浆泵

瑞典CS1000系列液压动力头岩心钻机均配置美国W11系列泥浆泵，图11-6为泥浆泵外形图。泥浆泵为三缸单作用往复式水泵，泵动力端输入轴安有液压马达，没有机械传动机构。通过液压系统调速阀改变输入到液压马达的流量来改变泵轴的转速，使泥浆泵输出不同的流量。表11-2为W11系列泥浆泵技术参数。

表11-2 W11系列泥浆泵技术参数

3.MP-500型泥浆泵

MP-500型为液压驱动卧式三缸单作用柱塞式变量泥浆泵，图11-7为MP-500型泥浆泵结构图。主要特点如下：

（1）传动方式：曲轴箱两侧各装一台低速大转矩液压马达，通过对马达的串、并联直接驱动曲轴，取消了传统的齿轮减速机构，简化了结构，提高了效率，减轻了质量，易于加工制造，降低了成本。

图11-7 MP-500型泥浆泵结构图

图11-8 HDF泵外形图

（2）变量方式：液压系统如采用定量液压泵，可实现两个定排量输出（250L/min和500L/min），液压系统如采用变量液压泵，可实现两挡变排量输出（0～250L/min和0～500L/min）。

4.丹纳森HDF多相流往复泵

据资料介绍，丹纳森HDF系列多相流泵由芬兰设计并制造，具有很好的输出特性以及高的功率体积比。该技术是专利技术，特别适用于定向钻探领域。图11-8为其外形图。

丹纳森HDF多相流泵内部无旋转部件，由液压活塞推动泵活塞作线性往复运动，因而结构紧凑且输出功率大。表11-3为该泵的基本规格。

表11-3 丹纳森HDF多相流泵基本规格表

HDF多相流泵具有如下特点：

（1）功率大：最高输出介质压力可达200×105Pa，流量可达250L/min。

（2）体积小、质量轻：HDF多相流泵由液压驱动，所有关键零件均经过锻造和精密机械加工，承载力强而体积小、质量轻。

（3）性能可靠寿命长：所有活塞零件均经过锻造、精密切削加工、防腐蚀处理，能够胜任高强度大负载的工作。自润滑密封元件、及锻造，并精密加工的阀芯保证了系统可以免维护运行几千个小时，极大地降低了运行和维护成本。

（4）适用于多种介质：由于HDF泵具有很高的耐腐蚀和抗化学反应的性能，因此能够用于各种不同的介质，例如泥浆、各种矿物油、各类含聚合物的混合物、高分子基流体介质、含发泡剂的水等等。介质中的含沙量可以高达25％。

（5）易于使用及调整：只要把液压动力源的管线连接到HDF泵上，就可以启动，无需额外的润滑和冷却。通过液压动力源的压力和流量调节可以方便并线性地调节HDF泵的流量和压力。

1.泵头加电机加底座的泵，一般是大的中开泵会这么称呼

2、2~6台水泵（含电机的）并联安装在联通起来的管路上，组合式供水，可以称为水泵机组

名字嘛，都是业内人事习惯叫法

单台的立式离心泵，就不会叫水泵机组。

希望对你有用。

水泵经常出现的问题有：无法启动，水泵发热，流量不足，吸不上水。

1、无法启动

水泵维修常见故障，这个时候你应该先检查一下电源供电情况：这个时候就可以看一下接头连接是否牢靠同时也要看一下它的开关接触是否紧密看看保险丝是否熔断三相供电的是否缺相等。比如说有发现你的电源如有断路、接触不良、保险丝熔断、缺相，这个时候就要对它进行修复，如果不是这些问题那么就有可能是水泵自身的机械故障。

常见的原因有：填料太紧或叶轮与泵体之间被杂物卡住而堵塞泵轴、轴承、减漏环锈住泵轴严重弯曲等。解决方法就是放松填料，疏通引水槽这样就可以拆开泵体清除杂物、除锈拆下泵轴校正或更换新的泵轴。

2、水泵发热

原因：有可能是轴承损坏也可以可能就是滚动轴承或托架盖间隙过小这样就会出现泵轴弯曲或两轴不同心如果是胶带太紧缺油或油质不好叶轮上的平衡孔堵塞，叶轮失去平衡，增大了向一边的推力。解决方法：更换轴承拆除后盖，在托架与轴承座之间加装垫片。

3、流量不足

一般来说像动力转速不配套或皮带打滑，使转速偏低轴流泵叶片安装角太小扬程不足，管路太长或管路有直角弯吸程偏高底阀、管路及叶轮局部堵塞或叶轮缺损出水管漏水严重。

解决方法：那么就可以考虑对它进行恢复额定转速，同时还要记得清除皮带油垢，调整好皮带紧度调好叶片角，这样做才能降低水泵安装位置，缩短管路或改变管路的弯曲度密封水泵漏气处，压紧填料清除堵塞物，更换叶轮更换减漏环，堵塞漏水处。

4、吸不上水

水泵维修常见故障比如说像泵体内有空气或进水管积气，或是底阀关闭不严灌引水不满、真空泵填料严重漏气，闸阀或拍门关闭不严。那么它的解决方法：首先要把水压上来，再将泵体注满水，然后再开机才行。

同时还要记得检查逆止阀是否严密，管路、接头有无漏气现象，比如说你有发现有漏气，拆卸后在接头处涂上润滑油或调合漆，一定还要记得对它拧紧螺丝。

检查水泵轴的油封环，如磨损严重应更换新件。管路漏水或漏气。那么就有可能是你在安装时螺帽拧得不紧。若渗漏不严重,可在漏气或漏水的地方涂抹水泥,或涂用沥青油拌和的水泥浆。

扩展资料：

水泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加，主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等。

也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。水泵性能的技术参数有流量、吸程、扬程、轴功率、水功率、效率等；根据不同的工作原理可分为容积水泵、叶片泵等类型。容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量；叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量，有离心泵、轴流泵和混流泵等类型。

离心泵的一般特点

（1）水沿离心泵的流经方向是沿叶轮的轴向吸入，垂直于轴向流出，即进出水流方向互成90°。

（2）由于离心泵靠叶轮进口形成真空吸水，因此在起动前必须向泵内和吸水管内灌注引水，或用真空泵抽气，以排出空气形成真空，而且泵壳和吸水管路必须严格密封，不得漏气，否则形不成真空，也就吸不上水来。

（3）由于叶轮进口不可能形成绝对真空，因此离心泵吸水高度不能超过10米，加上水流经吸水管路带来的沿程损失，实际允许安装高度（水泵轴线距吸入水面的高度）远小于10米。如安装过高，则不吸水；此外，由于山区比平原大气压力低，因此同一台水泵在山区，特别是在高山区安装时，其安装高度应降低，否则也不能吸上水来。

轴流泵的工作原理

轴流泵与离心泵的工作原理不同，它主要是利用叶轮的高速旋转所产生的推力提水。轴流泵叶片旋转时对水所产生的升力，可把水从下方推到上方。

轴流泵的叶片一般浸没在被吸水源的水池中。由于叶轮高速旋转，在叶片产生的升力作用下，连续不断的将水向上推压，使水沿出水管流出。叶轮不断的旋转，水也就被连续压送到高处。

离心泵型号、品种规格及其变型产品在农用泵中是最多的。根据水流入叶轮的方式、叶轮多少、泵身能否自吸以及配套动力大小和动力品种等，离心泵有单级单吸离心泵、单级双吸离心泵、多级离心泵、自吸离心泵、电动机泵和柴油机泵等。

1、单级单吸离心泵

老的泵型号有BA、B型单级单吸离心泵，80年代，我国根据国际标准和排灌机械实际情况，对离心泵产品进行更新换代研制工作，并生产IB型、IQ型单级离心泵系列产品，已列为国家专业标准和行业标准。

单级单吸离心泵，水由轴向单面进入叶轮，叶轮只有一个，因此称为单级单吸离心泵。其特点是，与混流泵、轴流泵相比，扬程较高，流量较小，结构简单，使用方便。

IQ型单级单吸离心泵（又称轻小型离心泵）是针对国国情并满足用户提出结构简单、重量轻、价格低、性能好和配套方便的要求而设计的，共有84种产品，分3个派生系列，413个规格型号。

（1）性能范围 泵口径50～200毫米，流量12.5～400立方米/时，扬程8～125米，配套动力有柴油机直联、皮带传动，电动机直联，功率1.1～110千瓦，转速1450～2900转/分。

（2）结构型式 轻小型离心泵为轴向吸入单级单吸悬架式离心泵，泵体后开门，出口位于中心向上，后盖为压嵌式，轴承体与泵体直接联结，泵脚位于泵体下方，轴承用黄油润滑，轴封分为软填料、机械密封、橡胶油封三种。

叶轮均为闭式，传动分为联轴器传动和皮带传动两种。泵叶轮转向：从泵进口方向看，叶轮转向为顺时针，当泵与柴油机直联传动时，为逆时针。泵出口可装置手动泵，可去掉底阀，减少水力损失，并能使泵自吸。

2、单级双吸离心泵

它是从叶轮两面进水的单级双吸离心泵，因泵盖和泵体是采用水平接缝进行装配的，又称为水平中开式离心泵。与单级单吸离心泵相比，效率高、流量大、扬程较高。但体积大，比较笨重，一般用于固定作业。适用于丘陵、高原中等面积的灌区，也适用于工厂、矿山、城市给排水等方面。

单级双吸离心泵有S型、Sh型、SA型、SLA型几种型号，S型与Sh型的区别是，从驱动端看，S型泵为顺时针方向旋转，Sh型为逆时针方向旋转。SLA型为立式单级双吸离心泵。

S型泵性能范围流量160～18000立方米/时，扬程12～125米，进水口直径150～1400毫米，转速2950、1450、970、730、585、485、360转/分。

（1）D型泵性能范围 流量6.3～720立方米/时，扬程16～600米，进水口径：50、75、100、125、150、200毫米，其中50～125毫米泵型为高转速2950转/分，150～200毫米泵型转速为1480转/分。

（2）结构型式 D型多级离心泵为卧式多级（2～12级），叶轮为单吸，泵体为分段式。当首级叶轮为双吸时，用DS表示，当同时规定有两种转速时，低速用DA表示，用于锅炉给水的多级离心泵，用DG表示。

3、自吸离心泵

自吸泵是靠泵自身的特殊结构而产生自吸作用的单级单吸离心泵，称为自吸离心泵。和普通离心泵相比，在泵体结构上有显著差别：一是泵进口位置提高，有时还装上吸入阀；二是在出水侧设置了一个气水分离室。

泵外自吸泵，是在泵外加有自吸装置，如带有旋涡泵、水环真空泵、射流泵以及手动泵等。

自吸泵与普通离心泵相比，具有结构紧凑、使用操作简单，不但省去了起动前灌大量引水的麻烦，也省去了进水管低阀，减少了进水阻力，增加泵的出水量，但与同规格的普通离心泵的效率相比要低3%～5%。自吸泵较多的是应用在轻小型喷灌机组和管道灌机组上。

参考资料：百度百科——水泵

（a）闭式；（b）半开式；（c）开式

1、闭式叶轮：由叶片与前、后盖板组成。闭式叶轮的效率较高，制造难度较大，在离心泵中应用最多。适于输送清水，溶液等黏度较小的不含颗粒的清洁液体。

2、半开式叶轮：还可细分为前半开式和后半开式。半开式叶轮制造难度较小，成本较低，且适应性强，近年来在炼油化工用离心泵中应用逐渐增多。半开式叶轮适于输送含有固体颗粒、纤维等悬浮物的液体。

3、 开式叶轮：只有叶片及叶片加强筋，无前后盖板的叶轮（开式叶轮叶片数较少，2-5 片）。水泵叶轮效率低，应用较少，主要用于输送黏度较高的液体，以及浆状液体。