離心泵的工作原理

一、離心泵的工作原理
　　驅(qū)動(dòng)機(jī)通過泵軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力,在離心力作用下,液體沿葉片流道被甩向葉輪出口,液體經(jīng)蝸殼收集送入排出管。液體從葉輪獲得能量,使壓力能和速度能均增加,并依靠此能量將液體輸送到工作地點(diǎn)。
在液體被甩向葉輪出口的同時(shí),葉輪入口中心處形成了低壓,在吸液罐和葉輪中心處的液體之間就產(chǎn)生了壓差,吸液罐中的液體在這個(gè)壓差作用下,不斷地經(jīng)吸入管路及泵的吸入室進(jìn)入葉輪中。
二、離心泵的結(jié)構(gòu)及主要部件
　　一臺(tái)離心泵主要由泵體、葉輪、密封環(huán)、旋轉(zhuǎn)軸、軸封箱等部件組成,有些離心泵還裝有導(dǎo)輪、誘導(dǎo)輪、平衡盤等。
1.泵體:即泵的殼體,包括吸入室和壓液室。
　�、傥�入室:它的作用是使液體均勻地流進(jìn)葉輪。
　�、趬阂菏�:它的作用是收集液體,并把它送入下級(jí)葉輪或?qū)�向排出�?與此同時(shí)降低液體的速度,使動(dòng)能進(jìn)一步變成壓力能。壓液室有蝸殼和導(dǎo)葉兩種形式。
2．葉輪:它是離心泵內(nèi)傳遞能量給液體的元件,葉輪用鍵固定于軸上，隨軸由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn),通過葉片把原動(dòng)機(jī)的能量傳給液體。
葉輪分類:
　　①按照液體流入分類：?jiǎn)挝�葉輪（在葉輪的一側(cè)有一個(gè)入口）和雙吸葉輪（液體從葉輪的兩側(cè)對(duì)稱地流到葉輪流道中）。
　�、诎凑找后w相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線的流動(dòng)方向分類：徑流式葉輪、軸流式葉輪和混流式葉輪。
　�、郯凑杖~輪的結(jié)構(gòu)形式分類:閉式葉輪、開式葉輪和半開式葉輪。
3．軸:是傳遞機(jī)械能的重要件,原動(dòng)機(jī)的扭矩通過它傳給葉輪。泵軸是泵轉(zhuǎn)子的主要件，軸上裝有葉輪、軸套、平衡盤等件。泵軸靠?jī)啥溯S承支承，在泵中作高速回轉(zhuǎn)，因而泵軸要承載能力大、耐磨、耐腐蝕。泵軸的材料一般選用碳素鋼或合金鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。
4.密封環(huán):是安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪和靜止的泵殼（中段和導(dǎo)葉的組合件）之間的密封裝置。其作用是通過控制二者之間間隙的方法，增加泵內(nèi)高低壓腔之間液體流動(dòng)的阻力，減少泄漏。
5. 軸套 軸套是用來保護(hù)泵軸的，使之不受腐蝕和磨損。必要時(shí)，軸套可以更換。
6.軸封 泵軸和前后端蓋間的填料函裝置簡(jiǎn)稱為軸封，主要防止泵中的液體泄漏和空氣進(jìn)入泵中，以達(dá)到密封和防止進(jìn)氣引起泵氣蝕的目的。
軸封的形式：即帶有骨架的橡膠密封、填料密封和機(jī)械密封。
7.軸向力的平衡裝置.
三.離心泵的主要工作參數(shù)
1.流量:即泵在單位時(shí)間內(nèi)排出的液體量,通常用體積單位表示,符號(hào)Q,單位有m3/h,m3/s,l/s等,
2.揚(yáng)程:輸送單位重量的液體從泵入口處(泵進(jìn)口法蘭)到泵出口處(泵出口法蘭),其能量的增值,用H表示,單位為kgf.m/kgf。
3.轉(zhuǎn)速:泵的轉(zhuǎn)速是泵每分鐘旋轉(zhuǎn)的次數(shù),用N來表示。電機(jī)轉(zhuǎn)速N一般在2900轉(zhuǎn)/分左右。
4.汽蝕余量:離心泵的汽蝕余量是表示泵的性能的主要參數(shù),用符號(hào)Δhr表示,單位為米液柱。
5.功率與效率:泵的輸入功率為軸功率N,也就是電動(dòng)機(jī)的輸出功率。泵的輸出功率為有效功率Ne。
四、泵內(nèi)能量損失
　　泵從原動(dòng)機(jī)獲得的機(jī)械能，只有一部分轉(zhuǎn)換為液體的能量，而另一部分則由于泵內(nèi)消耗而損失。泵內(nèi)所有損失可分為以下幾項(xiàng)：
1?水力損失 由液體在泵內(nèi)的沖擊、渦流和表面摩擦造成的。沖擊和渦流損失是由于液流改變方向所產(chǎn)生的。液體流經(jīng)所接觸的流道總會(huì)出現(xiàn)表面摩擦，由此而產(chǎn)生的能量損失主要取決于流道的長(zhǎng)短、大小、形狀、表面粗糙度，以及液體的流速和特性。
2?容積損失 容積損失是已經(jīng)得到能量的液體有一部分在泵內(nèi)竄流和向外漏失的結(jié)果。泵的容積效率?容一般為0．93～0．98。改善密封環(huán)及密封結(jié)構(gòu)，可降低漏失量，提高容積效率。
3?機(jī)械損失 機(jī)械損失指葉輪蓋板側(cè)面與泵殼內(nèi)液體間的摩擦損失，即圓盤損失，以及泵軸在盤根、軸承及平衡裝置等機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦損失，一般以前者為主。
五、泵的變速--比例定律
1.離心泵的變速:
　　一臺(tái)離心泵,當(dāng)它的轉(zhuǎn)速改變時(shí),其額定流量、揚(yáng)程和軸功率都將按一定比例關(guān)系發(fā)生改變。目前,采用變頻調(diào)速電機(jī)來實(shí)現(xiàn)離心泵的變速,是一條新的重要的節(jié)能途徑。
2.比例定律的表達(dá)式:
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=(n1/n2)2
N1/N2=(n1/n2)3
式中,Q、H、N表示泵的額定流量、揚(yáng)程和軸功率
下標(biāo)1,2分別表示不同的轉(zhuǎn)速
n表示轉(zhuǎn)速
六、離心泵葉輪的切割
1.切割的目的:
　　一臺(tái)離心泵,在一定的轉(zhuǎn)速下僅有一條性能曲線,為擴(kuò)大泵的工作范圍,常采用切割葉輪外徑的方法，使其工作范圍由一條線變成一個(gè)面。當(dāng)切割量較少時(shí)，可以認(rèn)為切割前后葉片的出口安置角和通流面積基本不變，泵效率近似相等。
2.切割定律的表達(dá)式:
Q'/Q=D2'/D2
H'/H=(D2'/D2)2
N'/N=(D2'/D2)3
式中,Q、H、N表示泵的額定流量、揚(yáng)程和軸功率
角標(biāo)'表示葉輪切割后的對(duì)應(yīng)參數(shù)
D2表示葉輪的外直徑
七、 離心泵的比轉(zhuǎn)數(shù)
　　比轉(zhuǎn)數(shù)是由相似定律導(dǎo)出的綜合性參數(shù)，它是工況的函數(shù)，對(duì)一臺(tái)泵來說，不同的工況就有不同的比轉(zhuǎn)數(shù)，為了便于對(duì)不同類型泵的性能與結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，應(yīng)用佳工況（高效率點(diǎn)）的比轉(zhuǎn)數(shù)來代表這臺(tái)泵。
　　在選泵時(shí)，可根據(jù)工作需要的Q、H和結(jié)合電機(jī)的轉(zhuǎn)速，計(jì)算出ns數(shù)，大致確定泵的類型。當(dāng)ns<30時(shí),一般采用容積式泵, ns="">30時(shí),則采用離心泵、混流泵、軸流泵等。
八、離心泵的汽蝕與吸入特性
1.汽蝕現(xiàn)象
　　根據(jù)離心泵的工作原理可知,液流是在吸入罐壓力Pa和葉輪入口低壓力Pk間形成的壓差(Pa-Pk)作用下流入葉輪的,則葉輪入口處壓力Pk越 低,吸入能力就越大。但若Pk降低到某極限值(目前多以液體在輸送溫度下的飽和蒸汽壓力Pt為液體汽化壓力的臨界值)時(shí),就會(huì)出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象。
2.汽蝕會(huì)引起的嚴(yán)重后果:
(1)產(chǎn)生振動(dòng)和噪音。
(2)對(duì)泵的工作性能有影響:當(dāng)汽蝕發(fā)展到一定程度時(shí),汽泡大量產(chǎn)生,會(huì)堵塞流道,使泵的流量、揚(yáng)程、效率等均明顯下降。
(3)對(duì)流道的材質(zhì)會(huì)有破壞:主要是在葉片入口附近金屬的疲勞剝蝕。
3.離心泵的吸入特性:
1?泵發(fā)生汽蝕的基本條件是:葉片入口處的低液流壓力Pk≤該溫度下液體的飽和蒸汽壓Pt。
2?有效汽蝕余量:液體流自吸液罐,經(jīng)吸入管路到達(dá)泵吸入口后,所富余的高出汽化壓力的那部分能頭。用Δha表示。
3?泵的必須汽蝕余量:液流從泵入口到葉輪內(nèi)低壓力點(diǎn)K處的全部能量損失,用Δhr表示。
4?Δhr與Δha的區(qū)別和聯(lián)系:
Δha>Δhr 泵不汽蝕
Δha=Δhr 泵開始汽蝕
Δha<Δhr 泵嚴(yán)重汽蝕
5?對(duì)于一臺(tái)泵,為了保證其安全運(yùn)行而不發(fā)生汽蝕,對(duì)于泵的必須汽蝕余量還應(yīng)加一個(gè)安全裕量,一般取0.5米液柱。于是,泵的允許汽蝕余量為:[Δhr]=Δhr＋0.5。
6?泵的允許幾何安裝高度表達(dá)式為:[Hg1]=(Pa-Pt)/r-hA～S-[Δhr]。
Pa──吸入罐壓力
Pt──液體在輸送溫度下的飽和蒸汽壓力
r──液體重度
hA～S──吸入管內(nèi)流動(dòng)損失
[Δhr]──允許氣蝕余量
7?提高離心泵抗汽蝕性能的方法有:
A.改進(jìn)機(jī)泵結(jié)構(gòu),降低Δhr,屬機(jī)泵設(shè)計(jì)問題。
B.提高裝置內(nèi)的有效汽蝕余量.主要常用的方法是采用灌注頭吸入裝置.
此外，盡量減少吸入管路阻力損失，降低液體的飽和蒸汽壓，即在設(shè)計(jì)吸入管路時(shí)盡可能選用管徑大些，長(zhǎng)度短些，彎頭和閥門少些，輸送液體的溫度盡可能低些等措施，都可提高裝置的有效氣蝕余量。
? 8.軸向力的平衡裝置
①軸向力的產(chǎn)生原因
a．葉輪前后兩側(cè)因流體壓力分布情況不同(輪蓋側(cè)壓力低,輪盤壓力高)引起的軸向力A1,其方向?yàn)樽匀~輪背側(cè)指向葉輪入口。
b.流體流入和流出葉輪的方向和速度不同而產(chǎn)生的動(dòng)反力A2,其方向與A1相反,所以總軸向力A=A1-A2,方向一般與A1相同(一般A2較小)。
②軸向力的平衡
a.采用雙吸式葉輪:葉輪兩側(cè)對(duì)稱,流體從兩端吸入,軸向力自動(dòng)抵消而達(dá)到平衡。
b.開平衡孔或裝平衡管:
A:在葉輪輪盤上相對(duì)于吸入口處開幾個(gè)平衡孔。
B:為避免開平衡孔后,因主流受擾動(dòng)而增加水力損失,可設(shè)平衡管代替平衡孔,即采用一小管引入口壓力至輪盤背側(cè)。
c:采用平衡葉片:在葉輪盤背面鑄幾條徑向筋片,筋片帶動(dòng)葉輪背面間隙內(nèi)的流體加速旋轉(zhuǎn),增大離心力,從而使葉輪背面壓力顯著降低。
d:利用止推軸承承受軸向力。一般小型的單吸泵中止推軸承可以承受全部的軸向力，防止泵軸竄動(dòng)。
③多級(jí)離心泵軸向力的平衡:
a.同單級(jí)離心泵方法相同
b.對(duì)稱布置葉輪
c.采用平衡鼓,部分平衡軸向力
d.采用自動(dòng)平衡盤,全部自動(dòng)平衡軸向力