《离心泵结构》课件.ppt
离心泵结构清华大学机械工程学院2025年工程流体力学课程授课教师：王教授
课程概述基本概念离心泵工作原理结构组成主要部件详解性能参数应用范围分析设计维护关键技术要点
第一部分：离心泵基础知识基本定义能量转换设备工作原理离心力作用机制性能特性特性曲线分析
什么是离心泵？能量转换装置机械能转化为液体动能的设备市场规模2024年达980亿美元应用占比工业泵应用65%以上应用领域水处理、石油化工、电力等
离心泵发展历史11689年丹尼斯·帕平首次提出离心泵概念21851年现代离心泵专利诞生31900-1950年工业革命推动大规模应用42000年至今数字化设计与智能监控技术进步
离心泵工作原理叶轮旋转电机带动叶轮高速转动离心力产生液体受力向外甩出能量转换机械能→流体动能→压力能压力提升液体获得压力后排出
离心泵基本物理原理伯努利方程应用能量守恒原理在泵中的表现压力能与动能相互转换关系动量守恒液体与叶片的相互作用力的传递与平衡分析角动量变化液体通过叶轮时的角动量增加离心力与压力能关系
离心泵特性曲线基础流量扬程功率效率
第二部分：离心泵主要结构组成静止部件泵壳、导流室、进出口旋转部件叶轮、轴密封系统填料、机械密封轴承系统支撑与定位结构
离心泵整体结构概览
叶轮结构与分类开式叶轮无前盖板和后盖板适用于含固体颗粒流体结构简单，成本低半开式叶轮仅有后盖板适用于轻度污水防堵塞能力中等闭式叶轮前后均有盖板适用于清洁液体效率高，稳定性好
叶轮详细结构分析叶片数量5-7片最常见，影响性能叶片形状前向/后向/径向设计原理入出口角度决定流体流动路径轮毂结构与轴连接，传递动力
泵壳结构与类型蜗壳式螺旋状增大的流道广泛应用于各类泵扩散器式带固定导叶的扩散通道高压多级泵常用环形壳截面积恒定的环形流道结构简单，用于特殊场合
蜗壳结构细节截面积变化沿周向逐渐增大舌部设计分流作用，影响性能间隙控制影响容积效率材料与工艺决定强度与耐腐蚀性
泵轴设计受力分析扭矩、弯矩和轴向力综合作用轴径计算基于强度和刚度要求确定轴肩设计确保部件准确定位连接方式键连接或花键传递扭矩
轴承结构轴承类型承载方向适用场合润滑方式深沟球轴承径向为主小型泵油脂润滑角接触球轴承径向+轴向中型泵油脂/油浴圆柱滚子轴承纯径向大型泵油浴/油环推力轴承纯轴向有轴向力强制润滑
密封系统填料密封多环柔性填料允许少量泄漏结构简单，维护方便机械密封静环与动环组合端面接触形成密封无泄漏，使用寿命长冲洗系统API标准计划编号提供润滑与冷却延长密封使用寿命
机械密封详解静环结构固定在泵体上动环结构与轴一起旋转弹簧组件提供密封面接触压力辅助密封防止二次泄漏
吸入与出口结构吸入口设计流道平滑过渡防止局部阻力有效净吸入高度出口设计蜗壳逐渐扩大压力能回收流速逐渐降低连接标准法兰规格尺寸国际标准适配密封可靠性
轴套与间隙环轴套保护轴免受磨损便于维修更换间隙环控制泄漏量提高容积效率可调间隙设计补偿磨损延长使用寿命
平衡装置轴向力产生压力差引起的不平衡力平衡盘工作利用压力分布抵消轴向力平衡液流动通过平衡孔和管路循环实现平衡减轻轴承负担，延长寿命
联轴器与基础联轴器选型根据扭矩和工况选择类型刚性联轴器或挠性联轴器基础设计考虑刚度和抗振性足够的承载能力安装调整精确对中至标准范围灌浆固定确保稳定
第三部分：离心泵类型与结构变体5主要结构类型单级单吸、单级双吸、多级、立式、特种100+标准化型号覆盖各种工况需求65%应用比例在工业泵中的市场占有率
按结构分类的离心泵
单级单吸泵结构结构简单单一流道，维护方便应用广泛通用工况首选规格系列标准化程度高维护特点拆装简单，备件通用性好
单级双吸泵结构双吸叶轮对称进液，平衡轴向力1大流量适合输送大流量液体2轴向平衡自动平衡轴向推力3应用场景城市供水、循环水系统4
多级离心泵结构一级扬程由单个叶轮产生级间导流通过导叶转向下一级压力积累扬程逐级叠加平衡装置平衡鼓消除轴向力
立式离心泵结构轴线排列垂直安装，节省空间适合深井或高地面水位导轴承多级泵需多个导轴承介质润滑或外部供油安装特点集水坑或管道安装需考虑吸入条件
特种离心泵结构自吸泵具备自吸能力的特殊结构磁力泵磁力传动，无泄漏设计屏蔽泵电机与泵一体化设计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闭式叶轮，高效率光滑流道，标准密封污水泵开式叶轮，防堵塞特殊材质，耐磨损化工泵耐腐蚀材料特殊密封系统
第四部分：材料选择与制造最终检验保证产品质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
离心泵材料选择部件常用材料特殊工况材料选择依据泵体铸铁不锈钢、双相钢介质腐蚀性叶轮铸铁、青铜高铬铸铁、钛合金磨损与腐蚀轴碳钢不锈钢、蒙乃尔合金强度与耐蚀性密封碳/碳化硅碳化钨、氮化硅温度与介质
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精密铸