离心泵基础知识 2-2 离心泵
离心泵结构简单,操作容易,流量均匀,调节控制方便,且能适用于多种特殊性质物料,因此离心泵就是化工厂中最常用的液体输送机械。近年来,离心泵正向着大型化、高转速的方向发展。
2、2、1 离心泵的主要部件与工作原理
图2-1 离心泵活页轮
一、离心泵的主要部件 1.叶轮
叶轮就是离心泵的关键部件,它就是由若干弯曲的叶片组成。叶轮的作用就是将原动机的机械能直接传给液体,提高液体的动能与静压能。
根据叶轮上叶片的几何形式,可将叶片分为后弯、径向与前弯叶片三种,由于后弯叶片可获得较多的静压能,所以被广泛采用。
叶轮按其机械结构可分为闭式、半闭式与开式(即敞式)三种,如图2-1所示。在叶片的两侧带有前后盖板的叶轮称为闭式叶轮(c图);在吸入口侧无盖板的叶轮称为半闭式叶轮(b图);在叶片两侧无前后盖板,仅由叶片与轮毂组成的叶轮称为开式叶轮(a图)。由于闭式叶轮宜用于输送清洁的液体,泵的效率较高,一般离心泵多采用闭式叶轮。
叶轮可按吸液方式不同,分为单吸式与双吸式两种。单吸式叶轮结构简单,双吸式从叶轮两侧对称地吸入液体(见教材图2－3)。双吸式叶轮不仅具有较大的吸液能力,而且可以基本上消除轴向推力。
2.泵壳
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泵体的外壳多制成蜗壳形,它包围叶轮,在叶轮四周展开成一个截面积逐渐扩大的蜗壳形通道(见图2－2)。泵壳的作用有:①汇集液体,即从叶轮外周甩出的液体,再沿泵壳中通道流过,排出泵体;②转能装置,因壳内叶轮旋转方向与蜗壳流道逐渐扩大的方向一致,减少了流动能量损失,并且可以使部分动能转变为静压能。
若为了减小液体进入泵壳时的碰撞,则在叶轮与泵壳之间还可安装一个固定不动的导轮(见教材图2-4中3)。由于导轮上叶片间形成若干逐渐转向的流道,不仅可以使部分动能转变为静压能,而且还可以减小流动能量损失。
注意:离心泵结构上采用了具有后弯叶片的叶轮,蜗壳形的泵壳及导轮,均有利于动能转换为静压能及可以减少流动的能量损失。
3.轴封装置
离心泵工作时就是泵轴旋转而泵壳不动,泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。轴封的作用就是防止高压液体从泵壳内沿间隙漏出,或外界空气漏入泵内。轴封装置保证离心泵正常、高效运转,常用的轴封装置有填料密封与机械密封两种。
二、离心泵的工作原理 装置简图如附图。 1.排液过程
离心泵一般由电动机驱动。它在启动前需先向泵壳内灌满被输送的液体(称为灌泵),启动后,泵轴带动叶轮及叶片间的液体高速旋转,在惯性离心力的作用下,液体从叶轮中心被抛向外周,提高了动能与静压能。进而泵壳后,由于流道逐渐扩大,液体的流速减小,使部分动能转换为静压能,最终以较高的压强从排出口进入排出管路。 2.吸液过程
当泵内液体从叶轮中心被抛向外周时,叶轮中心形成了低压区。由于贮槽液面上方的压强大于泵吸入口处的压强,在该压强差的作用下,液体便经吸入管路被连续地吸入泵内。 3.气缚现象
当启动离心泵时,若泵内未能灌满液体而存在大量气体,则由于空气的密度远小于液体的密度,叶轮旋转产生的惯性离心力很小,因而叶轮中心处不能形成吸入液体所需的真空度,这种虽启动离心泵,但不能输送液体的现象称为气缚。因
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此,离心泵就是一种没有自吸能力的液体输送机械。若泵的吸入口位于贮槽液面的上方,在吸入管路应安装单向底阀与滤网。单向底阀可防止启动前灌入的液体从泵内漏出,滤网可阻挡液体中的固体杂质被吸入而堵塞泵壳与管路。若泵的位置低于槽内液面,则启动时就无需灌泵。
2、2、2 离心泵的主要性能参数与特性曲线
一、离心泵的主要性能参数
离心泵的性能参数就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、尺寸与转速有关。泵总就是安装在管路中,故流量还与管路特性有关。
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、尺寸与转速有关。扬程并不代表升举高度。一般实际压头由实验测定。
4. 功率:
(1)有效功率Ne:指液体从叶轮获得的能量——Ne?HQ?g;此处Q的单位为m3/s
(2)轴功率N:指泵轴所需的功率。当泵直接由电机驱动时,它就就是电机传给泵轴的功率。
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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:??Ne/N
①容积损失;②水力损失;③机械损失。 二、离心泵的特性曲线
从前面的讨论可以瞧出,对一台特定的离心泵,在转速固定的情况下,其压头、轴功率与效率都与其流量有一一对应的关系,其中以压头与流量之间的关系最为重要。这些关系的图形称为离心泵的特性曲线。由于它们之间的关系难以用理论公式表达,目前一般都通过实验来测定。包括H～Q曲线、N～Q曲线与?～Q曲线。
图2-3 某种型号离心泵的特性曲线
离心泵的特性曲线一般由离心泵的生产厂家提供,标绘于泵的样本或产品说明书中,其测定条件一般就是20℃清水,转速也固定。典型的离心泵性能曲线如图2-3所示。
1.讨论
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(1) 从H～Q特性曲线中可以瞧出,随着流量的增加,泵的压头就是下降的,即流量越大,泵向单位重量流体提供的机械能越小。但就是,这一规律对流量很小的情况可能不适用。
(2) 轴功率随着流量的增加而上升,流量为零时轴功率最小,所以大流量输送一定对应着大的配套电机。另外,这一规律还提示我们,离心泵应在关闭出口阀的情况下启动,这样可以使电机的启动电流最小,以保护电机。
(3) 泵的效率先随着流量的增加而上升,达到一最大值后便下降。但流量为零时,效率也为零。根据生产任务选泵时,应使泵在最高效率点附近工作,其范围内的效率一般不低于最高效率点的92%。
(4) 离心泵的铭牌上标有一组性能参数,它们都就是与最高效率点对应的性能参数,称为最佳工况参数。
三、离心泵特性的影响因素 1.液体的性质:
(1) 液体的密度:离心泵的压头与流量均与液体的密度无关,有效功率与轴功率随密度的增加而增加,这就是因为离心力及其所做的功与密度成正比,但效率又与密度无关。
(2) 液体的粘度:若粘度大于常温下清水的粘度,则泵的流量、压头、效率都下降,但轴功率上升。所以,当被输送流体的粘度有较大变化时,泵的特性曲线也要发生变化。
2.转速
离心泵的转速发生变化时,其流量、压头、轴功率与效率都要发生变化,泵的特性曲线也将发生变化。
若离心泵的转速变化不大(小于20％),则可以假设:①转速改变前后液体离开叶轮处的出口速度三角形相似;②转速改变前后离心泵的效率不变。从而可导出以下关系:
Q2n2?Q1n1,
H2?n2?????H1??n1?2 (2-2)
,
N2?n2?????N1??n1?3 (比例定律)
3.叶轮外径
当泵的转速一定时,压头、流量与叶轮的外径有关。对于某同一型号的离心
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