離心泵的工作原理

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  離心泵在化工生產(chǎn)中應(yīng)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(duì)介質(zhì)性質(zhì)的適應(yīng)性）、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、流量均勻、故障少、壽命長(zhǎng)、購(gòu)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(dòng)能有效轉(zhuǎn)化為靜壓能這個(gè)主題來(lái)展開(kāi)。
    （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(dòng)作高速旋轉(zhuǎn)。葉輪是直接對(duì)泵內(nèi)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(cè)旁的排出口與裝有調(diào)節(jié)閥門(mén)的排出管路相連接。
    （二）離心泵的工作原理
    當(dāng)離心泵啟動(dòng)后，泵軸帶動(dòng)葉輪一起作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(dòng)。液體在流經(jīng)葉輪的運(yùn)動(dòng)過(guò)程獲得了能量，靜壓能增高，流速增大。當(dāng)液體離開(kāi)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(dòng)能轉(zhuǎn)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(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(shì)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)械能量最終表現(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(dòng)前沒(méi)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(dòng)離心泵也不能輸送液體。這表明離心泵無(wú)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(dòng)前灌入泵殼內(nèi)的液體從殼內(nèi)流出。空氣從吸入管道進(jìn)到泵殼中都會(huì)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(kāi)式三種。閉式葉輪適用于輸送清潔液體；半閉式和開(kāi)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(kāi)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(dòng)葉輪向吸入口側(cè)移動(dòng)，引起葉輪和泵殼接觸處的摩損，嚴(yán)重時(shí)造成泵的振動(dòng)，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(jiǎn)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(duì)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(dòng)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(kāi)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(dòng)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(dòng)能有效地轉(zhuǎn)換為靜壓能。多級(jí)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(dòng)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(dòng)而泵殼固定不動(dòng)，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(guò)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(dòng)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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，起到了密封的作用。機(jī)械密封適用于密封較高的場(chǎng)合，如輸送酸、堿、易燃、易爆及有毒的液體。