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離心泵的工作原理

時(shí)間:2023-8-7閱讀:362
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離心泵在化工生產(chǎn)中應(yīng)用,這是由于其具有性能適用范圍廣(包括流量、壓頭及對介質(zhì)性質(zhì)的適應(yīng)性)、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、流量均勻、故障少、壽命長、購置費(fèi)和操作費(fèi)均較低等突出優(yōu)點(diǎn)。因而,本章將離心泵作為流體力學(xué)原理應(yīng)用的典型實(shí)例加以重點(diǎn)介紹。
    一. 離心泵的基本結(jié)構(gòu)和工作原理
    討論離心泵的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,要緊緊扣住將動能有效轉(zhuǎn)化為靜壓能這個(gè)主題來展開。
    (一)離心泵的基本結(jié)構(gòu)
    離心泵的基本部件是高速旋轉(zhuǎn)的葉輪和固定的蝸牛形泵殼。具有若干個(gè)(通常為4~12個(gè))后彎葉片的葉輪緊固于泵軸上,并隨泵軸由電機(jī)驅(qū)動作高速旋轉(zhuǎn)。葉輪是直接對泵內(nèi)液體做功的部件,為離心泵的供能裝置。泵殼*的吸入口與吸入管路相連接,吸入管路的底部裝有單向底閥。泵殼側(cè)旁的排出口與裝有調(diào)節(jié)閥門的排出管路相連接。
    (二)離心泵的工作原理
    當(dāng)離心泵啟動后,泵軸帶動葉輪一起作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,迫使預(yù)先充灌在葉片間液體旋轉(zhuǎn),在慣性離心力的作用下,液體自葉輪中心向外周作徑向運(yùn)動。液體在流經(jīng)葉輪的運(yùn)動過程獲得了能量,靜壓能增高,流速增大。當(dāng)液體離開葉輪進(jìn)入泵殼后,由于殼內(nèi)流道逐漸擴(kuò)大而減速,部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能,zui后沿切向流入排出管路。所以蝸形泵殼不僅是匯集由葉輪流出液體的部件,而且又是一個(gè)轉(zhuǎn)能裝置。當(dāng)液體自葉輪中心甩向外周的同時(shí),葉輪中心形成低壓區(qū),在貯槽液面與葉輪中心總勢能差的作用下,致使液體被吸進(jìn)葉輪中心。依靠葉輪的不斷運(yùn)轉(zhuǎn),液體便連續(xù)地被吸入和排出。液體在離心泵中獲得的機(jī)械能量zui終表現(xiàn)為靜壓能的提高。
 

離心泵的基本結(jié)構(gòu)和工作原理
    需要強(qiáng)調(diào)指出的是,若在離心泵啟動前沒向泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體,由于空氣密度低,葉輪旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的離心力小,葉輪中心區(qū)不足以形成吸入貯槽內(nèi)液體的低壓,因而雖啟動離心泵也不能輸送液體。這表明離心泵無自吸能力,此現(xiàn)象稱為氣縛。吸入管路安裝單向底閥是為了防止啟動前灌入泵殼內(nèi)的液體從殼內(nèi)流出??諝鈴奈牍艿肋M(jìn)到泵殼中都會造成氣縛。
    (三)離心泵的葉輪和其它部件
    1.離心泵的葉輪
    葉輪是離心泵的關(guān)鍵部件。
    (1)按其機(jī)械結(jié)構(gòu)可分為閉式、半閉式和開式三種。閉式葉輪適用于輸送清潔液體;半閉式和開式葉輪適用于輸送含有固體顆粒的懸浮液,這類泵的效率低。
    閉式和半閉式葉輪在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),離開葉輪的一部分高壓液體可漏入葉輪與泵殼之間的空腔中,因葉輪前側(cè)液體吸入口處壓強(qiáng)低,故液體作用于葉輪前、后側(cè)的壓力不等,便產(chǎn)生了指向葉輪吸入口側(cè)的軸向推力。該力推動葉輪向吸入口側(cè)移動,引起葉輪和泵殼接觸處的摩損,嚴(yán)重時(shí)造成泵的振動,破壞泵的正常操作。在葉輪后蓋板上鉆若干個(gè)小孔,可減少葉輪兩側(cè)的壓力差,從而減輕了軸向推力的不利影響,但同時(shí)也降低了泵的效率。這些小孔稱為平衡孔。
   (2)按吸液方式不同可將葉輪分為單吸式與雙吸式兩種,單吸式葉輪結(jié)構(gòu)簡單,液體只能從一側(cè)吸入。雙吸式葉輪可同時(shí)從葉輪兩側(cè)對稱地吸入液體,它不僅具有較大的吸液能力,而且基本上消除了軸向推力。
   (3)根據(jù)葉輪上葉片上的幾何形狀,可將葉片分為后彎、徑向和前彎三種,由于后彎葉片有利于液體的動能轉(zhuǎn)換為靜壓能,故而被廣泛采用。
    2.離心泵的導(dǎo)輪
    為了減少離開葉輪的液體直接進(jìn)入泵殼時(shí)因沖擊而引起的能量損失,在葉輪與泵殼之間有時(shí)裝置一個(gè)固定不動而帶有葉片的導(dǎo)輪。導(dǎo)輪中的葉片使進(jìn)入泵殼的液體逐漸轉(zhuǎn)向而且流道連續(xù)擴(kuò)大,使部分動能有效地轉(zhuǎn)換為靜壓能。多級離心泵通常均安裝導(dǎo)輪。
    蝸牛形的泵殼、葉輪上的后彎葉片及導(dǎo)輪均能提高動能向靜壓能的轉(zhuǎn)化率,故均可視作轉(zhuǎn)能裝置。
    3.軸封裝置
    由于泵軸轉(zhuǎn)動而泵殼固定不動,在軸和泵殼的接觸處必然有一定間隙。為避免泵內(nèi)高壓液體沿間隙漏出,或防止外界空氣從相反方向進(jìn)入泵內(nèi),必須設(shè)置軸封裝置。離心泵的軸封裝置有填料函和機(jī)械(端面)密封。填料函是將泵軸穿過泵殼的環(huán)隙作成密封圈,于其中裝入軟填料(如浸油或涂石墨的石棉繩等)。機(jī)械密封是由一個(gè)裝在轉(zhuǎn)軸上的動環(huán)和另一固定在泵殼上的靜環(huán)所構(gòu)成。兩環(huán)的端面借彈簧力互相貼緊而作相對轉(zhuǎn)動,起到了密封的作用。機(jī)械密封適用于密封較高的場合,如輸送酸、堿、易燃、易爆及有毒的液體。

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