一、軸流泵
(一)軸流泵的工作原理及基本構(gòu)造
軸流泵的工作是以空氣動力學中的升力理論為基礎的。當葉輪高速旋轉(zhuǎn)時，泵體中的液體質(zhì)點就會受到來自葉輪的軸向升力的作用，使水流沿軸向方向流動。
軸流泵外型很像一根水管，泵殼直徑與吸水口直徑差不多。軸流泵按泵軸的工作位置可以分為立軸、橫軸和斜軸三種結(jié)構(gòu)形式。由于立軸泵占地面積小，軸承磨損均勻，葉輪淹沒在水中，啟動無需灌水，還可以采用分座式支承方式并且能將電機安置在較高位置上，以防被水淹沒，因此大多數(shù)軸流泵都采用立式結(jié)構(gòu)。圖2-9(a)所示為立式半調(diào)(節(jié))式軸流泵的外形圖，圖l—20(b)所示為該泵的結(jié)構(gòu)圖，其基本部件由吸人管1，葉輪(包括葉片2，輪轂體3)，導葉4，泵軸8，出水彎管7，上下軸承5、9，填料盒l(wèi)2以及葉片角度的調(diào)節(jié)機構(gòu)等組成。
1．吸入管
吸人管的作用就是改善入Vl處水力條件，使來流穩(wěn)定、均勻地流至葉輪進口。一般采用符合流線型的喇叭管或做成流道形式。
2．葉輪
軸流泵葉輪按其調(diào)節(jié)的可能性，可以分為固定式、半調(diào)式和全調(diào)式3種。固定式軸流泵的葉片和輪轂體是一體的，葉片的安裝角度是不能調(diào)節(jié)的。半調(diào)式軸流泵的葉片是用螺母栓緊在輪轂體上，在葉片的根部上刻有基準線，而在輪轂體上刻有幾個相應的安裝角度的位置
線，-4°、-2°、0°、+2°、+4°等。在使用過程中，可以根據(jù)流量和揚程的變化需要，調(diào)整葉片的安裝角度，確保水泵在高效區(qū)工作。但調(diào)節(jié)葉片安裝角度，只能在停機的情況下完成。全調(diào)式軸流泵可以根據(jù)不同的揚程與流量要求，在停機或不停機的情況下，通過一套油壓調(diào)節(jié)機構(gòu)來改變?nèi)~片的安裝角度，從而來改變其性能，以滿足使用要求，這種全調(diào)式軸流泵調(diào)節(jié)機構(gòu)比較復雜，一般應用于大型軸流泵站。
3．導葉
在軸流泵中，液體流經(jīng)葉輪時，除有軸向運動以外，還隨葉輪有一個旋動，液體流出葉輪后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，而這種旋動是我們不需要的。導葉的作用就是把葉輪中向上流出的水流旋動變?yōu)檩S向運動，把旋轉(zhuǎn)的動能變?yōu)閴毫δ?，從而提高了泵的效率。導葉是固定在泵殼上不動的，水流經(jīng)過導葉時就消除了旋動。一般軸流泵中有6～12片導葉。
4．軸和軸承
泵軸是用來傳遞扭矩的。在大型軸流泵中，為了在輪轂體內(nèi)布置調(diào)節(jié)、操作機構(gòu)，泵軸常做成空心軸，里面安置調(diào)節(jié)操作油管。軸承在軸流泵中按其功能有兩種。
(1)導軸承 主要是用來承受徑向力，起到徑向定位作用。
(2)推力軸承其主要作用是在立式軸流泵中，用來承受水流作用在葉片上的方向向下的軸向推力，水泵轉(zhuǎn)動部件重量以及維持轉(zhuǎn)子的軸向位置，并將這些推力傳到機組的基礎上去。
5．密封裝置
軸流泵出水彎管的軸孔處需要設置密封裝置，目前，一般仍常用壓蓋填料型的密封裝置。
6．出水彎管
出水彎管作為軸流泵的一個過流部件起到了改變流向的作用，彎管角度一般為60°或75°。
(二)軸流泵的性能特點
軸流泵與離心泵相比，具有下列性能特點。
(1)揚程隨流量的減小而劇烈增大，Q～H曲線陡降，并有轉(zhuǎn)折點。其主要原因是，流量較小時，在葉輪葉片的進口和出口處產(chǎn)生回流，水流多次重復得到能量，類似于多級加壓狀態(tài)，所以揚程急劇增大。又回流使水流阻力損失增加，從而造成軸功率增大的現(xiàn)象，一般空轉(zhuǎn)揚程Ho約為設計工況點揚程的l1．5～2倍。
(2)Q～N曲線也是陡降曲線，當Q～N(出水閘閥關(guān)閉時)，其軸功率大。因此，軸流泵應“開閘啟動”。
(3)Q～H曲線呈駝峰形，高效率工作的范圍很小。因此，軸流泵不宜采用閘閥調(diào)節(jié)流量，避免水泵在高效區(qū)外運行。軸流泵一般采用變角調(diào)節(jié)來改變流量，也就是通過改變?nèi)~片裝置角p來改變其性能曲線。大型全調(diào)式軸流泵為了減小水泵的啟動功率，通常在啟動前先關(guān)小葉片的p角，待啟動后再逐漸增大p角，這樣，就充分發(fā)揮了全調(diào)式軸流泵的特點。
(4)軸流泵的吸水性能較差，安裝高度一般為負值。設計時安裝高度時，須認真考慮軸流泵的進水條件(包括吸水口淹沒深度、吸水流道的形狀等)，運行中實際工況點與該泵設計工況點的偏離程度，葉輪葉片形狀的制造質(zhì)量和水泵安裝質(zhì)量等，避免在運行中軸流泵內(nèi)部產(chǎn)生汽蝕。
(5)軸流泵的比轉(zhuǎn)數(shù)比較高，一般用在大流量、低揚程的場合，如大型鋼廠、火力發(fā)電廠、熱電站的循環(huán)水泵站，城市雨水防洪泵站、大型污水泵站以及像長距離輸水工程中的一些大型提升泵站等。軸流泵的揚程一般僅為4～1 5m左右。
二、混流泵
混流泵是介于離心泵與軸流泵之間的一種泵，泵體中的液體質(zhì)點所受的力既有離心力，又有軸向升力，葉輪出水的水流方向是斜向的。根據(jù)其壓水室的不同，通?？煞譃槲仛な胶蛯~式兩種，其中蝸殼式應用比較廣泛。從外形上看，蝸殼式混流泵與單吸式離心泵相似，如圖2—12所示；導葉式混流泵與立式軸流泵相似，如圖2-13所示。這兩種混流泵的部件無多大區(qū)別，所不同的僅是葉輪的形狀和泵體的支承方式。混流泵適用于工廠、礦山、城市給水排水以及農(nóng)田灌溉等。潛水泵主要是由電機、水泵和揚水管三個部分組成的，電機與水泵連在一起，完全浸沒在水中工作。圖2—14所示為QWB型立式潛水污水泵的結(jié)構(gòu)示意圖。吸入口位于泵的底部，排出口為水平設置。選用立式潛水電動機與泵體直聯(lián)，過負荷保護裝置和浸水保護裝置保證了運轉(zhuǎn)的安全。
潛水泵按其用途分有給水泵和排污泵。潛水排污泵按其葉輪的形式分有離心式、軸流式和混流式。近些年潛水泵在工礦及城市給水排水工程中應用越來越廣泛。
潛水泵的主要優(yōu)點是：
(1)電機與水泵合為一體，不用長的傳動軸，重量輕；
(2)電動機與水泵均潛入水中，不需修建地面泵房；
(3)由于電動機一般是用水來潤滑和冷卻的，所以維護費用小。
由于潛水泵長期在水下運行，因此對電機的密封要求非常嚴格，如果密封質(zhì)量不好，或者使用管理不好，會因漏水而燒壞電機。
潛水電動機較一般電動機有特殊要求，通常有干式、半干式、濕式、充油式及氣墊密封式電動機等幾種類型。
干式電機除對繞組絕緣加強防潮外，與一般電機無區(qū)別。由于干式潛水電機不允許所輸送液體進入電機內(nèi)腔，故在電機的軸伸端需要采取良好的密封措施。通常采用機械密封裝置。但由于這種密封裝置結(jié)構(gòu)較復雜，加工工藝要求高，若水中含有泥沙，則密封構(gòu)件很容易被磨損，使密封失效，故抽送不含泥沙的清水，采用機械密封效果較好。
半干式電動機是僅將電動機的定子密封，而讓轉(zhuǎn)子在水中旋轉(zhuǎn)。
濕式電動機是在電動機定子內(nèi)腔充以清水或蒸餾水，轉(zhuǎn)子在清水中轉(zhuǎn)動，定子是用聚乙烯、尼龍等防水絕緣導線繞制而成。為解決電機繞組及水潤滑軸承的冷卻問題，電機內(nèi)腔充滿清水。因而，這種泵的軸封僅起防止泥沙進入電機的作用，結(jié)構(gòu)較簡單，便于制造和維修。但是，這種泵對電機定子所用的絕緣導線和水潤滑軸承材料要求較高，還要考慮部件的防銹蝕問題。
充油式電動機就是在電動機內(nèi)充滿絕緣油(如變壓器油)，防止水和潮氣進入電機繞組，并起絕緣、冷卻、潤滑和防止水及潮氣侵入電機內(nèi)腔的作用。同時，在電機軸伸端仍需設置機械密封，以阻止水和泥沙進入以及油的泄漏。電機定子線圈用加強絕緣的耐油、耐水漆包線繞制。這種泵的電機轉(zhuǎn)子因在黏滯性較大的油中轉(zhuǎn)動，造成較大的功率損耗，導致效率有所下降，一般約下降3％～5％。
氣墊密封式潛污泵的電機與干式潛水電機一樣。但在電機下端有一個氣封室，并由幾個孔道與外界相通。泵潛入吸水池后，氣封室內(nèi)的空氣在外界液體壓力的作用下形成氣墊，達到阻止液體進入電機內(nèi)腔的目的。由于這種泵只適用于潛水深度較小且穩(wěn)定的場合。這種密封方式存在因空氣的溶解而使水進入電機內(nèi)腔的危險，故使用得很少。
很多型號的潛水泵都設有自動耦合裝置，在泵出口端設有滾輪，在導軌內(nèi)上下滾動，耦合裝置保證泵的出水口與固定在基礎上的出水彎管自動耦合和脫接，泵的檢修工作可在池外進行。豎向?qū)к壪露斯潭ㄓ趶澒苤ё?，上端與污水池頂梁或墻(出口彎管側(cè))內(nèi)預埋鋼板焊接固定。軸承與潛水電動機共用。軸封采用機械密封，傳動與潛水電動機同軸，由電動機直接驅(qū)動。圖2—15所示為QWB型泵的外形及安裝示意。
潛水給水泵常用的型號為QXG，其流量范圍為200～400m3／h，揚程范圍為6．5～60mHz 0，功率范圍為11～150kW。
潛水軸流泵和混流泵常用的型號為ZQB型和HQB型，出水口直徑為350～1400mm。單機流量可超過20×104m3／d。潛污泵的流量范圍為3～1000m3／h，揚程為7～40m，功率為0.25～30kW。其中QWB型潛污泵是使用較多的一種，它適用于輸送40。C以下的工礦企業(yè)排放的工業(yè)廢水、生活污水、糞便或含有纖維、紙屑等非磨蝕性固體的液體。液體的pH值在5～9范圍內(nèi)，固體顆粒直徑小于20mm。被廣泛地應用于礦山建設、市政工程以及醫(yī)院、賓館、飯店污水雜物的排放，也可用作采油、水處理及農(nóng)田灌溉等。
深井泵是用來從深井中提取地下水的設備，供以地下水為水源的城市、工礦企業(yè)及農(nóng)田灌溉之用。常用的深井泵有JC型和QJ型。QJ型深井泵實際上是一種立式單吸分段式多級離心水泵。其組成包括三部分：(1)包括濾網(wǎng)在內(nèi)泵的工作部分；(2)包括泵座和傳動軸在內(nèi)的揚水管部分；(3)帶電動機的傳動裝置部分等。
葉輪1可以有2～36個固定于同一根豎直的傳動軸上。泵殼由上導流殼、中導流殼與下導流殼三部分組成。葉輪位于中導流殼內(nèi)，下導流殼用來連接中殼與吸水管，把水流導向葉輪。上導流殼用來連接中殼與揚水管，并把葉輪甩出的水引入揚水管中。吸水管下端連有濾水網(wǎng)，用來防止砂石及其他雜物進入水泵。水泵運行時，水從濾網(wǎng)經(jīng)下導流殼流道進入葉輪，以逐級增加壓力，后通向揚水管至泵底座彎管排出。工作部分在井內(nèi)至少要讓2～3個葉輪浸入動水位以下，而濾水網(wǎng)一方面至少要比低動水位低0.5～1.0m，另一方面要離開井底不小于2m距離。
傳動軸通過揚水管中心并由橡膠軸承l(wèi)0支承。整個泵軸系由許多單個短軸，采用聯(lián)軸器將它聯(lián)為一整體。所謂短軸就是一定標準長度的單節(jié)，其節(jié)數(shù)根據(jù)井的深度來決定，傳動軸一般用螺紋聯(lián)軸節(jié)連接。傳動裝置由立式電機和電機座所組成，泵的轉(zhuǎn)動部分和軸向力全部由電機止推軸承來承受。從傳動裝置頂端向下看泵，泵為逆時針方向旋轉(zhuǎn)。
深井泵適用于輸送常溫、無腐蝕性的清水，水中不允許含有任何油類，含砂量應小于0.01％(質(zhì)量分數(shù))、水質(zhì)為中性(pH值為6.5-8.5)。
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