离心泵的工作原理

一、离心泵的工作原理
　　驱动机通过泵轴带动叶轮旋转产生离心力,在离心力作用下,液体沿叶片流道被甩向叶轮出口,液体经蜗壳收集送入排出管。液体从叶轮获得能量,使压力能和速度能均增加,并依靠此能量将液体输送到工作地点。
在液体被甩向叶轮出口的同时,叶轮入口中心处形成了低压,在吸液罐和叶轮中心处的液体之间就产生了压差,吸液罐中的液体在这个压差作用下,不断地经吸入管路及泵的吸入室进入叶轮中。
二、离心泵的结构及主要部件
　　一台离心泵主要由泵体、叶轮、密封环、旋转轴、轴封箱等部件组成,有些离心泵还装有导轮、诱导轮、平衡盘等。
1.泵体:即泵的壳体,包括吸入室和压液室。
　　①吸入室:它的作用是使液体均匀地流进叶轮。
　　②压液室:它的作用是收集液体,并把它送入下级叶轮或导向排出管,与此同时降低液体的速度,使动能进一步变成压力能。压液室有蜗壳和导叶两种形式。
2．叶轮:它是离心泵内传递能量给液体的元件,叶轮用键固定于轴上，随轴由原动机带动旋转,通过叶片把原动机的能量传给液体。
叶轮分类:
　　①按照液体流入分类：单吸叶轮（在叶轮的一侧有一个入口）和双吸叶轮（液体从叶轮的两侧对称地流到叶轮流道中）。
　　②按照液体相对于旋转轴线的流动方向分类：径流式叶轮、轴流式叶轮和混流式叶轮。
　　③按照叶轮的结构形式分类:闭式叶轮、开式叶轮和半开式叶轮。
3．轴:是传递机械能的重要件,原动机的扭矩通过它传给叶轮。泵轴是泵转子的主要件，轴上装有叶轮、轴套、平衡盘等件。泵轴靠两端轴承支承，在泵中作高速回转，因而泵轴要承载能力大、耐磨、耐腐蚀。泵轴的材料一般选用碳素钢或合金钢并经调质处理。
4.密封环:是安装在转动的叶轮和静止的泵壳（中段和导叶的组合件）之间的密封装置。其作用是通过控制二者之间间隙的方法，增加泵内高低压腔之间液体流动的阻力，减少泄漏。
5. 轴套 轴套是用来保护泵轴的，使之不受腐蚀和磨损。必要时，轴套可以更换。
6.轴封 泵轴和前后端盖间的填料函装置简称为轴封，主要防止泵中的液体泄漏和空气进入泵中，以达到密封和防止进气引起泵气蚀的目的。
轴封的形式：即带有骨架的橡胶密封、填料密封和机械密封。
7.轴向力的平衡装置.
三.离心泵的主要工作参数
1.流量:即泵在单位时间内排出的液体量,通常用体积单位表示,符号Q,单位有m3/h,m3/s,l/s等,
2.扬程:输送单位重量的液体从泵入口处(泵进口法兰)到泵出口处(泵出口法兰),其能量的增值,用H表示,单位为kgf.m/kgf。
3.转速:泵的转速是泵每分钟旋转的次数,用N来表示。电机转速N一般在2900转/分左右。
4.汽蚀余量:离心泵的汽蚀余量是表示泵的性能的主要参数,用符号Δhr表示,单位为米液柱。
5.功率与效率:泵的输入功率为轴功率N,也就是电动机的输出功率。泵的输出功率为有效功率Ne。
四、泵内能量损失
　　泵从原动机获得的机械能，只有一部分转换为液体的能量，而另一部分则由于泵内消耗而损失。泵内所有损失可分为以下几项：
1?水力损失 由液体在泵内的冲击、涡流和表面摩擦造成的。冲击和涡流损失是由于液流改变方向所产生的。液体流经所接触的流道总会出现表面摩擦，由此而产生的能量损失主要取决于流道的长短、大小、形状、表面粗糙度，以及液体的流速和特性。
2?容积损失 容积损失是已经得到能量的液体有一部分在泵内窜流和向外漏失的结果。泵的容积效率?容一般为0．93～0．98。改善密封环及密封结构，可降低漏失量，提高容积效率。
3?机械损失 机械损失指叶轮盖板侧面与泵壳内液体间的摩擦损失，即圆盘损失，以及泵轴在盘根、轴承及平衡装置等机械部件运动时的摩擦损失，一般以前者为主。
五、泵的变速--比例定律
1.离心泵的变速:
　　一台离心泵,当它的转速改变时,其额定流量、扬程和轴功率都将按一定比例关系发生改变。目前,采用变频调速电机来实现离心泵的变速,是一条新的重要的节能途径。
2.比例定律的表达式:
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=(n1/n2)2
N1/N2=(n1/n2)3
式中,Q、H、N表示泵的额定流量、扬程和轴功率
下标1,2分别表示不同的转速
n表示转速
六、离心泵叶轮的切割
1.切割的目的:
　　一台离心泵,在一定的转速下仅有一条性能曲线,为扩大泵的工作范围,常采用切割叶轮外径的方法，使其工作范围由一条线变成一个面。当切割量较少时，可以认为切割前后叶片的出口安置角和通流面积基本不变，泵效率近似相等。
2.切割定律的表达式:
Q'/Q=D2'/D2
H'/H=(D2'/D2)2
N'/N=(D2'/D2)3
式中,Q、H、N表示泵的额定流量、扬程和轴功率
角标'表示叶轮切割后的对应参数
D2表示叶轮的外直径
七、 离心泵的比转数
　　比转数是由相似定律导出的综合性参数，它是工况的函数，对一台泵来说，不同的工况就有不同的比转数，为了便于对不同类型泵的性能与结构进行比较，应用佳工况（高效率点）的比转数来代表这台泵。
　　在选泵时，可根据工作需要的Q、H和结合电机的转速，计算出ns数，大致确定泵的类型。当ns<30时,一般采用容积式泵, ns="">30时,则采用离心泵、混流泵、轴流泵等。
八、离心泵的汽蚀与吸入特性
1.汽蚀现象
　　根据离心泵的工作原理可知,液流是在吸入罐压力Pa和叶轮入口低压力Pk间形成的压差(Pa-Pk)作用下流入叶轮的,则叶轮入口处压力Pk越 低,吸入能力就越大。但若Pk降低到某极限值(目前多以液体在输送温度下的饱和蒸汽压力Pt为液体汽化压力的临界值)时,就会出现汽蚀现象。
2.汽蚀会引起的严重后果:
(1)产生振动和噪音。
(2)对泵的工作性能有影响:当汽蚀发展到一定程度时,汽泡大量产生,会堵塞流道,使泵的流量、扬程、效率等均明显下降。
(3)对流道的材质会有破坏:主要是在叶片入口附近金属的疲劳剥蚀。
3.离心泵的吸入特性:
1?泵发生汽蚀的基本条件是:叶片入口处的低液流压力Pk≤该温度下液体的饱和蒸汽压Pt。
2?有效汽蚀余量:液体流自吸液罐,经吸入管路到达泵吸入口后,所富余的高出汽化压力的那部分能头。用Δha表示。
3?泵的必须汽蚀余量:液流从泵入口到叶轮内低压力点K处的全部能量损失,用Δhr表示。
4?Δhr与Δha的区别和联系:
Δha>Δhr 泵不汽蚀
Δha=Δhr 泵开始汽蚀
Δha<Δhr 泵严重汽蚀
5?对于一台泵,为了保证其安全运行而不发生汽蚀,对于泵的必须汽蚀余量还应加一个安全裕量,一般取0.5米液柱。于是,泵的允许汽蚀余量为:[Δhr]=Δhr＋0.5。
6?泵的允许几何安装高度表达式为:[Hg1]=(Pa-Pt)/r-hA～S-[Δhr]。
Pa──吸入罐压力
Pt──液体在输送温度下的饱和蒸汽压力
r──液体重度
hA～S──吸入管内流动损失
[Δhr]──允许气蚀余量
7?提高离心泵抗汽蚀性能的方法有:
A.改进机泵结构,降低Δhr,属机泵设计问题。
B.提高装置内的有效汽蚀余量.主要常用的方法是采用灌注头吸入装置.
此外，尽量减少吸入管路阻力损失，降低液体的饱和蒸汽压，即在设计吸入管路时尽可能选用管径大些，长度短些，弯头和阀门少些，输送液体的温度尽可能低些等措施，都可提高装置的有效气蚀余量。
? 8.轴向力的平衡装置
①轴向力的产生原因
a．叶轮前后两侧因流体压力分布情况不同(轮盖侧压力低,轮盘压力高)引起的轴向力A1,其方向为自叶轮背侧指向叶轮入口。
b.流体流入和流出叶轮的方向和速度不同而产生的动反力A2,其方向与A1相反,所以总轴向力A=A1-A2,方向一般与A1相同(一般A2较小)。
②轴向力的平衡
a.采用双吸式叶轮:叶轮两侧对称,流体从两端吸入,轴向力自动抵消而达到平衡。
b.开平衡孔或装平衡管:
A:在叶轮轮盘上相对于吸入口处开几个平衡孔。
B:为避免开平衡孔后,因主流受扰动而增加水力损失,可设平衡管代替平衡孔,即采用一小管引入口压力至轮盘背侧。
c:采用平衡叶片:在叶轮盘背面铸几条径向筋片,筋片带动叶轮背面间隙内的流体加速旋转,增大离心力,从而使叶轮背面压力显著降低。
d:利用止推轴承承受轴向力。一般小型的单吸泵中止推轴承可以承受全部的轴向力，防止泵轴窜动。
③多级离心泵轴向力的平衡:
a.同单级离心泵方法相同
b.对称布置叶轮
c.采用平衡鼓,部分平衡轴向力
d.采用自动平衡盘,全部自动平衡轴向力