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船舶辅机 ?第 3章 离心泵 [Centrifugal Pump]
一、叶轮和压出室
二、密封装置
第二节 离心泵的结构
三、轴向力
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船舶辅机 ?第 3章 离心泵 [Centrifugal Pump]
一、叶轮和压出室
1,叶轮 [Impeller]
闭式 半开式 开式
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船舶辅机 ?第 3章 离心泵 [Centrifugal Pump]
双侧吸入式
单侧吸入式
大流量泵常采用
双吸式叶轮,主
要是为了限制进
口流速，提高抗
汽蚀能力。
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船舶辅机 ?第 3章 离心泵 [Centrifugal Pump]
2,压出室
作用：以最小的水力损失汇聚从叶轮中流出的高速液体，
将液体引向泵的出口或下一级，并使液体流速降低，将
大部分动能转换为压力能。 涡壳和导轮
(1) 涡壳
涡壳由螺线形蜗室和扩压
管构成。 A处为泵舌,O处
为基圆，基圆直径 (涡壳内
径 )为 1.05~1.08倍叶轮外径，
二者差为径向间隙，影响
效率和性能。
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船舶辅机 ?第 3章 离心泵 [Centrifugal Pump]
2,压出室
作用：以最小的水力损失汇聚从叶轮中流出的高速液体，
将液体引向泵的出口或下一级，并使液体流速降低，将
大部分动能转换为压力能。 涡壳和导轮
(1) 涡壳
液体离开叶轮后动量矩不
变,cuR=常数，所以蜗室
截面上 cu与 R成反比，压力
随 R增大而增加，所以在涡
壳中以将部分动能转换成
压力能。
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船舶辅机 ?第 3章 离心泵 [Centrifugal Pump]
2,压出室
作用：以最小的水力损失汇聚从叶轮中流出的高速液体，
将液体引向泵的出口或下一级，并使液体流速降低，将
大部分动增转换为压力能。 涡壳和导轮
(1) 涡壳
扩压管是渐扩截面，将大
部分动能转换成压力能。
扩散角 6~8?。排出管径为
0.7~1.0倍吸入管径，低压
泵取 1，高压泵取 <1。
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(2) 导轮
多级离心泵采用导轮做能量转换装置，因为导
轮制造相对方便 。 导轮由圆环形盖板及 4~8片导
叶和后盖板的反导叶构成。导叶数与叶轮叶片
数互为质数，以防共振，导叶外径为叶轮外径
1.3~1.5倍。
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(2) 导轮
BH是螺旋角为常数的对数螺线，平顺地收集液
体； HC以后是扩压段，液体再经环形空间进入
反导叶间流道。
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涡壳泵在非设计工况及车削叶轮后效率变化小，
高效率工作区宽，水力性能完善，但内表面不
能加工，铸造精度和光洁度不宜保证。涡壳泵
在非设计工况会产生不平衡径向力。单级泵多
为涡壳泵，多级泵涡壳式和导轮式都有 (3级以上
的泵各级能量转换装置多为导轮式 )。
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二、密封装置
1,密封环 (阻漏环 )
1-泵壳 2-叶轮
作用,叶轮进口处的径向
间隙对容积效率影响最大。
使用密封环可使泵壳和叶
轮进口处的径向间隙很小，
磨损后容易修复。
密封环多为铜合金，也有
不锈钢或酚醛树脂等。叶
轮 — 动环、泵壳 — 静环，
可成对使用，或只设静环。
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船舶辅机 ?第 3章 离心泵 [Centrifugal Pump]
二、密封装置
1,密封环 (阻漏环 )
1-泵壳 2-叶轮
密封环有平环、曲径
环两种。平环使用较
多，可用铜套自己加
工 (车床 )。 曲径环多
用于压头较高的离心
泵,密封效果好。
密封环间隙应符合要
求，安装时用涂红铅
油方法检查是否摩擦。
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2,轴封 [Shaft Sealing]
作用：防止泵内液体通过泵轴和泵壳间隙外漏；
防止空气漏入引起噪声和振动。
(1) 机械密封
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(2) 填料密封
填料是由植物纤维、人造纤维、石棉纤维等的
编制物或以有色金属为基体，辅以浸渍材料或
充填材料制成的绳状物，常见的是方形截面的
石棉盘根。一般 <0.5MPa时 3~4圈,0.5~1MPa
时 4~5圈。
填料密封应该适当泄漏，不超过 60滴 /分钟，
可通过轴封压盖调整压紧度。
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(3) 带水封环的填料密封
填料密封内腔的压力低于大气压或略高于大气
压时,采用带水封环的填料密封。
水封环由断面呈 H形的两个半圆构成,安装在轴
封壳上水封管位置，压力水沿泵轴向两端渗出。
作用,可以防止空气漏入，对泵轴和填料润滑、
冷却。
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密封水压力比密封腔压力略高 (高 0.05~0.1MPa)，
又不致将填料的润滑剂冲走。
输送清洁液体 排出口液体作为水封水
液体含杂质 过滤后引入水封管
出口压力 <0.05MPa 从其它地点引水
输送油液 用中性密封油
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三、轴向力及平衡方法
在密封环半径以外
叶轮两侧压力对称。
在密封环半径以内，
产生指向吸入口的
轴向力。
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Hi— 单级扬程
可见,轴向力 与密封环半径、工作扬程、液体密度有关，
与泵的流量无关。 此外，液体在叶轮进口从轴向变为径
向流动时，会产生与 FA方向相反的轴向力。单侧吸入悬
臂式泵还有进口压力作用的与 FA方向相反的轴向力，立
式泵还有重力引起的轴向力。
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轴向力平衡方法
1,止推轴承法
2,平衡孔或平衡管法
3,双吸叶轮或叶轮对称布置法
4,平衡盘法
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1,止推轴承法
使用止推轴承，但只能承受部分轴向推力。小型
泵单独使用，大型泵用作补充手段，承受部分推
力，并轴向定位。
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2,平衡孔或平衡管法
使用这两种方法的泵具有前后密封环 。 平衡孔法
的 叶轮后盖板开平衡孔 。在后密封环以内，前后
压力基本相等。缺点,容积效率和水力效率降低。
平衡管法 的叶轮后盖板不开平衡孔，将后密封环
之内的液体用泵体外的平衡管引回叶轮吸入口。
特点,容积效率降低，但水力效率不降低。
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3,双吸叶轮或叶轮对称布置法
双吸叶轮两侧压力平衡，多
用于大流量泵。
多级离心泵各级扬程一般相
等，叶轮为偶数时，叶轮对
称布置，即可平衡轴向力。
该两种方法实际上不能完全平衡轴向力，仍需要
止推轴承法承受剩余的不平衡轴向力。
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4,平衡盘法
平衡板 2固定于泵壳，
平衡盘 1用键固定于泵
轴并与泵轴一起转动。
pA>pB,pC?吸入压力，
平衡盘受力 (平衡力 )为：
(pB-pC)S，方向向右，
与叶轮轴向力方向相反。
1
2
3
1-平衡盘 2-平衡板 3-平衡套
扬程变化导致叶轮轴向力变化时，平衡力与之适应：扬
程增加，轴向力 >平衡力，转动组件左移,b2减小,pB增
加，逐渐使 (pB-pC)S等于轴向力而达到新平衡位置。转动
组件会轴向移动,不能使用止推轴承,而使用滑动轴承。
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问题,1,设平衡盘的离心泵工作压力减小后平衡
盘的 (轴向、径向 )间隙 (增大、减小 )。
2,离心泵关小排出阀时，其轴向力 (增大、减小 )。
3,离心泵开大旁通阀时，其轴向力 (增大、减小 )。
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涡壳泵设计工况液流不会
撞击涡室，叶轮周围压力
均匀，叶轮不产生液压径
向力。但 涡壳泵在非设计
工况将产生液压径向力。
四、径向力 u:圆周速度
?:相对速度
c:绝对速度
?2
c2r
?2
u2
c2
小于额定流量
（流量大小通过 c2r反映出来） 小于
额定流量时，涡室内流速 (c?2r)降低，
但绝对速度 (c?2)增大，方向也变化，
所以液体撞击涡室，使流速下降，
部分动能转换为压力能，在叶轮上
产生径向力 R，与泵舌方向 90?。
c?2
c?2r
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涡壳泵设计工况液流不会
撞击涡室，叶轮周围压力
均匀，叶轮不产生径向力。
四、径向力 u:圆周速度
?:相对速度
c:绝对速度
?2
c2r
?2
u2
c2
大于额定流量
大于额定流量时，涡室内流速 (c?2r)
增大，叶轮出口速度 (c?2 )小于涡室
中流速，液体撞击，涡室的液体付
出能量，叶轮上产生径向力 R，与
泵舌方向 270?。
c?2
c2rc?2r
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大于额定流量
此外，涡室中压力分布不均，叶轮各处流量不同
(压力大，流量小 )，导致作用在叶轮上的动反力 T
不同，涡室压力小处动反力大。动反力是叶轮出
口速度反方向的作用力，所以动反力的合力方向
为 R方向逆转 90?。
小于额定流量
TRF r ??
流量偏离额定流量越大、扬程越高、叶轮尺寸
D2和 B2越大，径向力越大。
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船舶辅机 ?第 3章 离心泵 [Centrifugal Pump]
导轮泵理论上不产生径向力，但因误差会带来较
小的径向力。
危害：径向力是交变负荷，使泵轴疲劳破坏、产
生挠度、磨损，使轴承负荷增加等。