科技论文.doc

第二节离心泵
离心泵结构简单,操作容易,流量易于调节,且能适用于多种特殊性质物料,因此在工业生产中普遍被采用。
一离心泵的主要部件和工作原理

(1)叶轮:叶轮是离心泵的核心部件,由4-8片的叶片组成,构成了数目相同的液体通道。按有无盖板分为开式、闭式和半开式(其作用见教材)。
(2)泵壳:泵体的外壳,它包围叶轮,在叶轮四周开成一个截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道。此外,泵壳还设有与叶轮所在平面垂直的入口和切线出口。
(3)泵轴:位于叶轮中心且与叶轮所在平面垂直的一根轴。它由电机带动旋转,以带动叶轮旋转。

(1)叶轮被泵轴带动旋转,对位于叶片间的流体做功,流体受离心力的作用,由叶轮中心被抛向外围。当流体到达叶轮外周时,流速非常高。
(2)泵壳汇集从各叶片间被抛出的液体,这些液体在壳内顺着蜗壳形通道逐渐扩大的方向流动,使流体的动能转化为静压能,减小能量损失。所以泵壳的作用不仅在于汇集液体,它更是一个能量转换装置。
(3)液体吸上原理:依靠叶轮高速旋转,迫使叶轮中心的液体以很高的速度被抛开,从而在叶轮中心形成低压,低位槽中的液体因此被源源不断地吸上。
气缚现象:如果离心泵在启动前壳内充满的是气体,则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度,这样槽内液体便不能被吸上。这一现象称为气缚。(通过第一章的一个例题加以类比说明)。
为防止气缚现象的发生,离心泵启动前要用外来的液体将泵壳内空间灌满。这一步操作称为灌泵。为防止灌入泵壳内的液体因重力流入低位槽内,在泵吸入管路的入口处装有止逆阀(底阀);如果泵的位置低于槽内液面,则启动时无需灌泵。
(4)叶轮外周安装导轮,使泵内液体能量转换效率高。导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。这此叶片的弯曲方向与叶轮叶片的弯曲方向相反,其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应,引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向,使能量损耗最小,动压能转换为静压能的效率高。
(5)后盖板上的平衡孔消除轴向推力。离开叶轮周边的液体压力已经较高,有一部分会渗到叶轮后盖板后侧,而叶轮前侧液体入口处为低压,因而产生了将叶轮推向泵入口一侧的轴向推力。这容易引起叶轮与泵壳接触处的磨损,严重时还会产生振动。平衡孔使一部分高压液体泄露到低压区,减轻叶轮前后的压力差。但由此也会此起泵效率的降低。
(6)轴封装置保证离心泵正常、高效运转。离心泵在工作是泵轴旋转而壳不动,其间的环隙如果不加以密封或密封不好,则外界的空气会渗入叶轮中心的低压区,使泵的流量、效率下降。严重时流量为零——气缚。通常,可以采用机械密封或填料密封来实现轴与壳之间的密封。
二离心泵的性能参数与特性曲线
性能参数表征离心泵性能的好坏,其中最重要的性能参数是压头。离心泵的压头是指泵对单位重量流体提供的机械能。以下首先从理论上分析其影响因素。

离心泵的理论压头与如下几个假定条件相对应:①叶轮内叶片数目无限多,液体完全沿着叶片的弯曲表面流动,无任何环流现象;②液体为粘度等于零的理想流体,液体在流动中没有阻力。在这两个假定条件下,离心泵的理论压头可以表示为:
其中:—叶轮半径;—叶轮旋转角速度;—泵的体积流量;—叶片宽度;——叶片装置角。
讨论①装置角是叶片的一个重要设计参数。当其值小于90度时称为后弯叶片;等于90度时称为径向叶片;大于90度时称为前弯叶片。叶片后弯时液体流动能量损失小,所以一般都采用后弯叶片。
②当采用后弯片时,为正,可知理论压头随叶轮直径、转速及叶轮周边宽度的增加而增加,随流量的增加呈线性规律下降。
③理论压头与流体的性质无关。
④前式给出的是理论压头的表达式。实际操作中,由于以下三方面的原因,使得单位重量液体实际获得的能量,即实际压头,与离心泵的理论压头有一定的差距:
(A)叶片间环流;(B)阻力损失;(C)冲击损失。
考虑以上三方面之后,压头与流量之间的线性关系也将发生变化。如图所示。

离心泵的性能参数是用以描述一台离心泵的一组物理量
(1)(叶轮)转速n:1000~3000rpm;2900rpm最常见。
(2)流量Q:以体积流量来表示的泵的输液能力,与叶轮结构、尺寸和转速有关。
(3)压头(扬程)H:泵向单位重量流体提供的机械能。与流量、叶轮结构、尺寸和转速有关。扬程并不代表升举高度。
(4)功率:(A)有效功率:离心泵单位时间内对流体做的功——;
(B)轴功率:单位时间内由电机输入离心泵的能量。
(5)效率:由于以下三方面的原因,由电机传给泵的能量不可能100%地传给液体,因此离心泵都有一个效率的问题,它反映了泵对外加能量的利用程度:
(A)容积损失;(B)水力损失;(C)机械损失