離心泵的工作原理

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  離心泵在化工生產中應用最為廣泛，這是由于其具有性能適用范圍廣（包括流量、壓頭及對介質性質的適應性）、體積小、結構簡單、操作容易、流量均勻、故障少、壽命長、購置費和操作費均較低等突出優點。因而，本章將離心泵作為流體力學原理應用的典型實例加以重點介紹。
    一. 離心泵的基本結構和工作原理
    討論離心泵的基本結構和工作原理，要緊緊扣住將動能有效轉化為靜壓能這個主題來展開。
    （一）離心泵的基本結構
    離心泵的基本部件是高速旋轉的葉輪和固定的蝸牛形泵殼。具有若干個（通常為4～12個）后彎葉片的葉輪緊固于泵軸上，并隨泵軸由電機驅動作高速旋轉。葉輪是直接對泵內液體做功的部件，為離心泵的供能裝置。泵殼中央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。泵殼側旁的排出口與裝有調節閥門的排出管路相連接。
    （二）離心泵的工作原理
    當離心泵啟動后，泵軸帶動葉輪一起作高速旋轉運動，迫使預先充灌在葉片間液體旋轉，在慣性離心力的作用下，液體自葉輪中心向外周作徑向運動。液體在流經葉輪的運動過程獲得了能量，靜壓能增高，流速增大。當液體離開葉輪進入泵殼后，由于殼內流道逐漸擴大而減速，部分動能轉化為靜壓能，最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，而且又是一個轉能裝置。當液體自葉輪中心甩向外周的同時，葉輪中心形成低壓區，在貯槽液面與葉輪中心總勢能差的作用下，致使液體被吸進葉輪中心。依靠葉輪的不斷運轉，液體便連續地被吸入和排出。液體在離心泵中獲得的機械能量最終表現為靜壓能的提高。
離心泵的基本結構和工作原理
    需要強調指出的是，若在離心泵啟動前沒向泵殼內灌滿被輸送的液體，由于空氣密度低，葉輪旋轉后產生的離心力小，葉輪中心區不足以形成吸入貯槽內液體的低壓，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的液體從殼內流出。空氣從吸入管道進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
    葉輪是離心泵的關鍵部件。
    (1)按其機械結構可分為閉式、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轉時，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，因葉輪前側液體吸入口處壓強低，故液體作用于葉輪前、后側的壓力不等，便產生了指向葉輪吸入口側的軸向推力。該力推動葉輪向吸入口側移動，引起葉輪和泵殼接觸處的摩損，嚴重時造成泵的振動，破壞泵的正常操作。在葉輪后蓋板上鉆若干個小孔，可減少葉輪兩側的壓力差，從而減輕了軸向推力的不利影響，但同時也降低了泵的效率。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，單吸式葉輪結構簡單，液體只能從一側吸入。雙吸式葉輪可同時從葉輪兩側對稱地吸入液體，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換為靜壓能，故而被廣泛采用。
    2．離心泵的導輪
    為了減少離開葉輪的液體直接進入泵殼時因沖擊而引起的能量損失，在葉輪與泵殼之間有時裝置一個固定不動而帶有葉片的導輪。導輪中的葉片使進入泵殼的液體逐漸轉向而且流道連續擴大，使部分動能有效地轉換為靜壓能。多級離心泵通常均安裝導輪。
    蝸牛形的泵殼、葉輪上的后彎葉片及導輪均能提高動能向靜壓能的轉化率，故均可視作轉能裝置。
    3．軸封裝置
    由于泵軸轉動而泵殼固定不動，在軸和泵殼的接觸處必然有一定間隙。為避免泵內高壓液體沿間隙漏出，或防止外界空氣從相反方向進入泵內，必須設置軸封裝置。離心泵的軸封裝置有填料函和機械（端面）密封。填料函是將泵軸穿過泵殼的環隙作成密封圈，于其中裝入軟填料（如浸油或涂石墨的石棉繩等）。機械密封是由一個裝在轉軸上的動環和另一固定在泵殼上的靜環所構成。兩環的端面借彈簧力互相貼緊而作相對轉動，起到了密封的作用。機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。