轴流泵是一种低扬程大流量的泵型,其叶横断面形如机翼,一般把轴流泵放置于水面以下,启动后,叶轮旋转会使水受到沿着泵轴方向的升力,称为轴向升力,水体在轴向升力的作用下会不断被提升,这就是轴流泵的工作原理。由于流体基本上沿着轴向流过叶轮,所以通常把这种水泵称为轴流泵。轴流泵按主轴的安装方式分有立式、卧式和斜式三种,农田排灌工程中常用的轴流泵为立式轴流泵。它具有占地面积小、叶轮淹没在水中、电动机在上部不易受潮等优点。它的外形很像一根管子,其进口为喇叭形,立式轴流泵主要零件有喇叭管、叶轮、导叶体、出水弯管等。
(一)吸入室
吸入室又称吸水室、吸入管、喇叭管,为了改善入口处的水力条件,把水流以最小的损失均匀、平顺地引入叶轮。中、小型轴流泵常用的吸水室是吸入喇叭管和直锥形吸水室,喇叭管的进口部分呈圆弧形,进口直径约为叶轮直径的1.5倍,用铸铁制造;大型轴流泵常用的是肘形进水流道和钟形进水流道。
(二)叶轮
叶轮是最主要的工作部件,其性能直接影响到泵的性能。叶轮由叶片、轮毂、导水锥等组成,一般用优质铸铁制成,大型泵多用铸钢制成。叶片的数目一般为3~7片,呈扭曲形,装在粗大的轮毂上,包围叶片的外部圆筒称为叶轮室,轮毂体下面的部件是导水锥,截面呈流线型。
叶轮前后两侧压力分布与机翼截面十分相似,前端(迎水端)呈圆形,叶轮进水侧压力小于叶轮背水侧压力,后端(出水端)呈尖圆形。当叶轮旋转时,由于沿半径方向的线速度不同,为了得到相同的扬程,沿半径方向叶片各截面的安装角不相等,愈接近外缘,其安装角就愈小,因此叶片呈扭曲状。由于叶片下表面曲率大于上表面,当叶轮转动时,叶轮尺寸是根据水动力学计算确定的,但冋时必须使叶轮具有足够的机械强度。我国一般采用铸铁或优良灰铸铁作为中、小型清水泵的叶轮材料。大型叶片泵可用性能比铸铁好的铸钢作为叶轮材料,但泵轴必须有足够的抗扭强度。
根据叶片是否可以改变安装角度(即叶片调节的可能性),分固定式、半调式和全调节式三种。固定式叶轮由叶片和轮毂铸成一体,叶片的安装角度是不能调节的。半调节式叶轮叶片用螺母拴紧在轮毂上,在叶片的根部上刻有基准线,而在轮毂上刻有几个相应安装角度的位置线,如+4°、+200°、-20、-4°等,如图1-33所示。叶片的安裝角度不同,其性能曲线将不同,使用时可根据需要调节叶片安装角度。调节时先卸下喇叭管,再把叶轮卸下来,将螺母松开转动叶片,使叶片的基准线对准轮轴上的某要求的角度线,然后把螺母拧紧,装好叶轮即可。半调节式叶轮叶片一般需要停机并拆卸叶轮之后,才能进行调节,适用于中、小型轴流泵。全调节式轴流泵可以根据不同的扬程与流量要求,在不停机或只停机而不拆卸叶轮的情况下,通过一套机械或液压调节机构来改变叶片的安装角度,以改变水泵性能,满足运行需要。全调节式构造复杂,一般应用于大型轴流泵。
(三)导叶体
导叶位于叶轮上方的导叶管中,并固定在导叶管上,组成导叶体。导叶体为轴流泵的压水室,由导叶、导叶毂和外壳组成,导叶固定在导叶毂和外壳之间,导叶毂一般为柱状结构,外壳呈倒圆锥形,出口有一些扩散,。它的主要作用是将叶轮流出的水流引至出水管外,同时消除流体的旋转运动,即将水流沿圆周方向的旋转运动变为轴向运动,减小水头损失,将流体的部分动能转变为压能。导叶叶片数目要与叶轮叶片数目互为质数,一般轴流泵中装有6-12片导叶。
(四)轴和轴承
泵轴采用优质碳素钢制成,中、小型轴流泵泵轴是实心的。对于大型轴流泵,为了布置叶片调节机构,泵轴做成空心的。轴腔内安置有调节叶片角度的操作油管或操作杆。泵轴的下端用螺母扣紧轮毂体,上端用螺母扣紧联轴器,中间两个部位处采用水润滑的橡胶轴承支承。
轴流泵的轴承按其功能有两种类型:一种是导轴承,另一种是推力轴承。导轴承主要用来承受转动部件的径间力,防止摆动,起径向定位作用。常用的构造有水润滑橡胶导轴承及金属导轴承两种,中、小型立式泵多采用橡胶导轴承,并有上、下导轴承之分。上导轴承设于泵轴穿出出水弯管处,下导轴承设于导叶体内,在上导轴承处设有引水管,用于在水泵启动前向轴承体内加水润滑,以免干转烧坏橡胶轴承。推力轴承设于电动机座上,主要用在立式轴流泵中,用来承受流体作用在叶片上向下的轴向推力、水泵转动部件重量及维持转动部件的轴向位置,并将这些推力传到机组的基础上去。中、小型轴流泵采用推力滚珠轴承,大型轴流泵的推力轴承由推力头、推力瓦块、绝缘垫、镜板和抗重螺栓等组成。
(五)出水流道
中、小型轴流泵的出水流道一般采用出水弯管。水流从导叶体流出后,通过一段扩散管进入出水弯管,出水弯管的作用是把水流平顺地引出泵体,弯管通常为60°弯头形式,弯管后接压力管道。大型轴流泵的出水流道不采用出水弯管,一般采用虹吸式出水流道或直管式出水流道。
(六)轴封
在泵轴穿出出水弯管的地方装有填料密封装置。其构造与离心泵的填料函相似。轴流泵的特点是流量大、扬程低、构造简单、重量轻。立式轴流泵叶轮安装于水下,启动时无须引水,操作方便,叶片可以调节。当工作条件变化时,只需改变叶片安装角度,仍可保持高效率的运行可保持在高效率区运行。
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