淺談泵與壓縮機(jī)

賈瑞強(qiáng)

【摘 要】日常工業(yè)生產(chǎn)中化工機(jī)械應(yīng)用廣泛，且種類繁多，本文將從泵及壓縮機(jī)兩大類進(jìn)行談起，著重以離心泵、往復(fù)式壓縮機(jī)、離心式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及進(jìn)行闡述。

【關(guān)鍵詞】化工機(jī)械；離心泵；往復(fù)式壓縮機(jī)；離心式壓縮機(jī)

一、泵

泵是一種水力機(jī)械，它是通過給與液體一定的能量而沿管路來輸送液體的，所以泵乃是輸送液體并提高壓力的機(jī)器。泵的種類繁多，應(yīng)用廣泛。

1、泵的分類：

泵的分類復(fù)雜，品種規(guī)格繁多，按工作原理分類，分為葉片式泵、容積式泵、流體動(dòng)力泵；葉片泵一般按液體在葉輪中流動(dòng)的特點(diǎn)分為：離心泵、軸流泵、混流泵、旋流泵；離心泵可按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為：?jiǎn)挝诫p吸式，單級(jí)泵，多級(jí)泵，蝸殼泵，多級(jí)分段泵等。還可按所輸送的介質(zhì)的不同而分為：清水泵、油泵、耐腐蝕泵、砂漿泵。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代的泵向著大型化，高速化，特殊用途泵的方向發(fā)展，但它們的基本工作原理都是一樣的。

2、離心泵的工作原理：

離心泵的基本結(jié)構(gòu)主要有吸入室，葉輪，壓出室。當(dāng)泵內(nèi)灌滿液體時(shí)，由于葉輪的高速旋轉(zhuǎn)，液體在葉片的作用下，產(chǎn)生離心力。在離心力作用下，使葉輪內(nèi)的液體沿著葉片流道甩向葉輪的出口經(jīng)過壓出室流到排出管。當(dāng)液體被甩向葉輪出口的同時(shí)，葉輪入口處就形成了低壓，在泵內(nèi)與吸入管內(nèi)的液體之間有了壓差，液體在壓差的作用下，不斷的補(bǔ)充到泵內(nèi)，而使泵內(nèi)不斷連續(xù)的工作。這就是離心泵的基本工作原理。

3、離心泵的主要零部件：

（1）葉輪：

葉輪是離心泵做功的主要部件，，液體通過它獲得機(jī)械能。葉輪按期結(jié)構(gòu)形式分為，閉式葉輪：葉輪具有前蓋板和后蓋板，流道是封閉的。目前幾乎大多數(shù)葉輪是這種。它是用于輸送高揚(yáng)程，潔凈的液體，但制造復(fù)雜。半開式葉輪：葉輪只有后蓋板，流道是半開啟的。它是用于輸送含固體顆粒和雜質(zhì)的液體，制造較容易。開式葉輪：葉輪無前后蓋板，只有完全敞開的流道，如同螺旋槳葉式。它常用來輸送漿狀或糊狀液體。葉輪的葉片構(gòu)成流道、葉片的形狀、葉輪直徑和寬度道與泵得比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)。而葉輪的幾何尺寸，葉片的形狀都與離心泵的性能影響很大。

（2）壓出室和導(dǎo)輪

壓出室和導(dǎo)輪是離心泵重要的轉(zhuǎn)能裝置，對(duì)于單級(jí)離心泵采用螺旋形渦室，對(duì)于多級(jí)則采用徑向?qū)л啞?/p>

（3）吸入室

吸入室的作用是將吸入管路中的液體以最小的損失均勻地引向葉輪。吸入室有三種形式：錐形管吸入室，園環(huán)形吸入室和半渦殼吸入室。

（4）泵體

單機(jī)離心泵的泵體有托架式、懸架式和支架式三種、此外根據(jù)葉輪取出的方向又可分為前開式和后開式泵體。此外還有直聯(lián)泵，即電機(jī)與泵直接連接。這種泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，金屬耗量少、適用于小型離心泵、管道泵等。

4、分段式多級(jí)離心泵：

分段式多級(jí)離心泵，是一種垂直剖分多級(jí)泵。這種泵是將若干個(gè)葉輪裝在一根軸上串聯(lián)工作的，軸上葉輪的個(gè)數(shù)就代表葉輪級(jí)數(shù)。軸的兩端用軸承支承，并置于軸承體上，兩段均有軸封裝置。泵體由一個(gè)前段、一個(gè)后段和若干個(gè)中斷組成，并用螺栓聯(lián)結(jié)為一整體。在中段和后段內(nèi)部有相應(yīng)的導(dǎo)葉裝置；在前段和中段的內(nèi)壁與葉輪易碰的地方，都裝有密封環(huán)。葉輪一般為單吸式的，吸入口都朝向一邊。為了平衡軸向力，在末段后都裝與平衡盤，并用平衡管與前段相連通。其轉(zhuǎn)子在工作過程中可以左右串動(dòng)，靠平衡盤自轉(zhuǎn)維持在平衡位置上。

根據(jù)使用場(chǎng)合不同，分段式多級(jí)離心泵可分為一般分段式多級(jí)離心泵，低壓鍋爐給水泵，高壓鍋爐給水泵。

低壓鍋爐給水泵輸送液體的溫度一般在110℃左右，其結(jié)構(gòu)和一般式多級(jí)離心泵基本結(jié)構(gòu)相同，大部分可以互相通用。對(duì)于中壓鍋爐給水泵，由于工作壓力和工作溫度比低壓的高，通常軸封裝置較完善，軸承除需要潤(rùn)滑外，有的還用循環(huán)水冷卻。為了隔熱，有的在泵體外包上用鋼板卷成的圓筒罩。泵的支承有的采用中心支承。

高壓鍋爐給水泵，輸送液體溫度在160-170℃，出口壓力在150kgf/cm2以上?？紤]到溫度變化的影響，泵的轉(zhuǎn)動(dòng)部分大多采用膨脹系數(shù)相同的合金材料。葉輪安裝在軸上，最后留有0.5mm左右的軸向間隙，防止開車初期由于葉輪先受熱影響而膨脹，葉輪與葉輪互相頂死，造成泵軸的拉伸損壞。泵的支承采用中心支承式，這樣，開車后泵體的熱膨脹，是以泵軸線為為中心向四處輻射進(jìn)行，機(jī)組的找正不會(huì)受到破壞，轉(zhuǎn)子在泵殼中始終處于居中位置。

為了消除熱脹冷縮對(duì)機(jī)組同心的影響，高壓鍋爐給水泵殼體下部設(shè)有縱向滑銷和垂直滑銷，他們分別與泵座上的銷槽和銷孔相配。泵的軸承座分別安裝在兩端的前段和后段上，每個(gè)軸座上設(shè)有三只調(diào)節(jié)螺釘，用以調(diào)節(jié)軸承與泵殼的同心度。

二、壓縮機(jī)

氣體壓縮機(jī)是許多工業(yè)部門必不可少的重要設(shè)備。在石油化工生產(chǎn)中占有更重要的地位。各類壓縮機(jī)就其工作原理而言可分為容積式和速度式壓縮機(jī)，常用的有活塞式壓縮機(jī)和離心式壓縮機(jī)。其中活塞式壓縮機(jī)適用于中小輸氣量排出壓力可從低壓直至超高壓；離心式壓縮機(jī)適用于大輸氣量中低壓的情況。

1、活塞式壓縮機(jī)

往復(fù)式活塞壓縮機(jī)主要結(jié)構(gòu)及其尺寸的確定是在滿足所使用要求，有較好的運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性，有較高的經(jīng)濟(jì)性，維修方便，制造工藝良好，以及動(dòng)平衡好等幾方面綜合比較的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

（1）區(qū)別活塞式壓縮機(jī)形式的基本特征是氣缸在空間的位置，按氣缸的空間位置可分為立式臥式和角度式三大類，每類中又分為有十字頭和無十字頭的兩種類別，后者僅用于較小的壓縮機(jī)中。

A.立式壓縮機(jī)，各列氣缸垂直布置，可單列，多列。

主要優(yōu)點(diǎn)有：活塞垂直運(yùn)動(dòng)，活塞自重向下不作用在缸壁上，潤(rùn)滑油沿摩擦面均勻分布使氣缸與活塞，活塞桿與填料之間磨損小且均勻；氣缸在其中心線方向可自由膨脹及彈性伸縮變形，不需要設(shè)輔助支承；機(jī)身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單重量輕；慣性力垂直與基礎(chǔ)，振動(dòng)小?；A(chǔ)小，占地面積小，有條件可調(diào)高轉(zhuǎn)速和較高的活塞速度。

主要缺點(diǎn)是：多級(jí)串聯(lián)，機(jī)器很高，維護(hù)檢修不方便；為吊裝活塞和活塞桿要增加廠房建筑高度；由于氣缸間距小，管道布置困難，操作維護(hù)不便因此立式結(jié)構(gòu)只適用于與中小輸氣量壓縮機(jī)，級(jí)數(shù)不宜多。

B.臥式壓縮機(jī)：其特征氣缸中心線作水平布置，若氣缸都在曲軸的一側(cè)，這是較老的一種結(jié)構(gòu)。若氣缸置于主軸的兩側(cè)，對(duì)稱工作的，稱為對(duì)承平衡型壓縮機(jī)。

主要優(yōu)點(diǎn)有：整個(gè)機(jī)器都在操作者范圍之內(nèi)，便于維護(hù)管理，檢修方便；可做成多級(jí)串聯(lián)，減少列數(shù)，所以運(yùn)動(dòng)部件和填料的數(shù)量較少，機(jī)身、曲軸的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單；需要廠房較立式的為低。

主要缺點(diǎn)是：慣性力不能平衡， （對(duì)稱平衡型，慣性力平衡級(jí)好，轉(zhuǎn)速可提高，基礎(chǔ)較輕巧），所以轉(zhuǎn)數(shù)的增加受到限制，導(dǎo)致機(jī)器，驅(qū)動(dòng)機(jī)和基礎(chǔ)的重量，尺寸較大，多級(jí)串聯(lián)時(shí)，氣缸活塞安裝較麻煩，對(duì)大型壓縮機(jī)活塞很重，，氣缸和活塞易磨損。

C.角式壓縮機(jī)：角式壓縮機(jī)包括V型、星型、W型、L型等，多輸中小輸其量壓縮機(jī)都取這種形式。它的特點(diǎn)是慣性力平衡性較好，可利用平衡中部分或全部平衡一級(jí)慣性力，因此壓縮機(jī)可采用高的轉(zhuǎn)速；各連桿連接在一個(gè)公共的曲拐上，曲軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有可能采用滾動(dòng)軸承，氣缸彼此間距較遠(yuǎn)，氣閥安裝，管道布置都較方便。但當(dāng)由于氣缸傾斜，活塞的吊裝不方便；當(dāng)輸氣量大或高壓多級(jí)時(shí)，氣缸空間布置維護(hù)不方便。

（2）活塞式壓縮機(jī)的分類

可分為微型空氣壓縮機(jī)、動(dòng)力用固定式空氣壓縮機(jī)、動(dòng)力用移動(dòng)式壓縮機(jī)、中小型制冷壓縮機(jī)、石油氣壓縮機(jī)等。

（3）活塞式壓縮機(jī)的主要零部件

A、氣缸：氣缸是直接壓縮氣體的工作部分，因承受氣體的壓力，必須有足夠的強(qiáng)度；由于活塞在其中有往復(fù)運(yùn)動(dòng)，內(nèi)壁承受摩擦，須有良好的潤(rùn)滑；氣缸中進(jìn)行著功、熱的轉(zhuǎn)換過程，產(chǎn)生熱量還必須有冷卻措施；為了減少氣體的流動(dòng)，阻力損失和氣缸內(nèi)的余隙，提高效率，需對(duì)排氣閥合理布置。因此，氣缸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)械加工要求高。

B、活塞組：活塞組在氣缸中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，起壓縮氣體作用。氣體的壓力作用在活塞上，并通過活塞把壓力傳給活塞桿上。在活塞上有活塞環(huán)，承擔(dān)密封氣體和均布潤(rùn)滑油的作用，因此要求有足夠的強(qiáng)度、摩擦小、密封好，以及重量盡量輕的特點(diǎn)。

C、密封：填料函用來密封活塞桿與氣缸之間的間隙的。要求密封性能好，耐磨。常用有如下幾種密封：平面密封圈、錐形密封環(huán)、塑料密封環(huán)。

2、離心式壓縮機(jī)

離心式壓縮機(jī)是壓縮和輸送氣體的一種機(jī)器，它通過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪把原動(dòng)機(jī)的能量傳送給氣體，使氣體的壓力和速度升高。隨后，氣體再在機(jī)內(nèi)的固定元件中將速度能轉(zhuǎn)換為壓力能。

離心式壓縮機(jī)機(jī)體包括轉(zhuǎn)子、定子和軸承等部件。轉(zhuǎn)子有主軸、葉輪、聯(lián)軸器、止推盤，有時(shí)還有平衡活塞和軸套等組成。定子有機(jī)殼、隔板、級(jí)間密封和軸端密封、進(jìn)氣室、渦殼組成。隔板將機(jī)殼分成若干空間以容納不同級(jí)的葉輪，并且還組成擴(kuò)壓器、彎道和回流器。有時(shí)，葉輪進(jìn)口還設(shè)有導(dǎo)流器。