离心泵的基础知识_技术参数及汽蚀吸附特性

定义，原理，分类，参数等离心泵的定义离心泵的工作原理离心泵的主要零部件离心泵的主要工作参数离心泵内的能量损失离心泵的结构泵的变速-比例定律离心泵叶轮的切割离心泵的比转速离心泵的汽蚀与吸入特性离心泵的种类离心泵引就是根据离心力原理设计的，高速旋转的叶轮叶片带动水转动，将水甩出,从而达到输送的目的。离心泵有好多种，从使用上可以分为民用与工业用泵；从输送介质上可以分为清水泵、杂质泵、耐腐蚀泵等。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。离心泵的工作原理是：离心泵之所以能把水送出去是由于离心力的作用。水泵在工作前，泵体和进水管必须罐满水形成真空状态，当叶轮快速转动时，叶片促使水快速旋转，旋转着的水在离心力的作用下从叶轮中飞去，泵内的水被抛出后，叶轮的中心部分形成真空区域。水源的水在大气压力（或水压）的作用下通过管网压到了进水管内。这样循环不已，就可以实现连续抽水。在此值得一提的是：离心泵启动前一定要向泵壳内充满水以后，方可启动，否则泵体将不能完成吸液，造成泵体发热，震动，不出水，产生“空转”，对水泵造成损坏（简称“气缚”）造成设备事故。离心泵的种类很多，分类方法常见的有以下几种方式1按叶轮吸入方式分：单吸式离心泵双吸式离心泵。2按叶轮数目分：单级离心泵多级离心泵。3按叶轮结构分：敞开式叶轮离心泵半开式叶轮离心泵封闭式叶轮离心泵。4按工作压力分：低压离心泵中压离心泵高压离心泵边立式离心泵。叶轮安装在泵壳2内，并紧固在泵轴3上，泵轴由电机直接带动。泵壳中央有一液体吸入4与吸入管5连接。液体经底阀6和吸入管进入泵内。泵壳上的液体排出口8与排出管9连接。在离心泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体；启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动。在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。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唯一元件,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零件,原动机的扭矩通过它传给叶轮。泵轴是泵转子的主要零件，轴上装有叶轮、轴套、平衡盘等零件。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。轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，有滚动轴承和滑动轴承两种。滚动轴承使用牛油作为润滑剂加油要适当一般为2/3～3/4的体积太多会发热，太少又有响声并发热！滑动轴承使用的是透明油作润滑剂的,加油到油位线。太多油要沿泵轴渗出并且漂*，太少轴承又要过热烧坏造成事故！在水泵运行过程中轴承的温度最高在85℃一般运行在60度左右，如果高了就要查找原因（是否有杂质，油质是否发黑，是否进水）并及时处理！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。密封环又称减漏环。叶轮进口与泵壳间的间隙过大会造成泵内高压区的水经此间隙流向低压区，影响泵的出水量，效率降低！间隙过小会造成叶轮与泵壳摩擦产生磨损。为了增加回流阻力减少内漏，延缓叶轮和泵壳的所使用寿命，在泵壳内缘和叶轮外援结合处装有密封环，密封的间隙保持在0.25～1.10mm之间为宜。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。填料函主要由填料，水封环，填料筒，填料压盖，水封管组成。填料函的作用主要是为了封闭泵壳与泵轴之间的空隙，不让泵内的水流不流到外面来也不让外面的空气进入到泵内。始终保持水泵内的真空！当泵轴与填料摩擦产生热量就要靠水封管住水到水封圈内使填料冷却！保持水泵的正常运行。所以在水泵的运行巡回检查过程中对填料函的检查是特别要注意！在运行600个小时左右就要对填料进行更换。7.轴向力的平衡装置.在离心泵运行过程中，由于液体是在低压下进入叶轮，而在高压下流出，使叶轮两侧所受压力不等，产生了指向入口方向的轴向推力，会引起转子发生轴向窜动，产生磨损和振动，因此应设置轴向推力轴承，以便平衡轴向力。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。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。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/n2H1/H2=(n1/n2)2N1/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'/D2H'/H=(D2'/D2)2N'/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，应用最佳工况（最高效率点）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ns30时,一般采用容积式泵,当ns30时,则采用离心泵、混流泵、轴流泵等。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和叶轮入口最低压力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:叶片入口处的最低液流压力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最低压力点K处的全部能量损失,用Δhr表示。4•Δhr与Δha的区别和联系:ΔhaΔhr泵不汽蚀Δha=Δhr泵开始汽蚀ΔhaΔhr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.最主要最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。（一）、按工作叶轮数目来分类1、单级泵：即在泵轴上只有一个叶轮。2、多级泵.：即在泵轴上有两个或两个以上的叶轮，这时泵的总扬程为n个叶轮产生的扬程之和。（二）、按工作压力来分类1、低压泵：压力低于100米水柱；2、中压泵：压力在100~650米水柱之间；3、高压泵：压力高于650米水柱。（三）、按叶轮进水方式来分类1、单侧进水式泵：又叫单吸泵，即叶轮上只有一个进水口；2、双侧进水式泵：又叫双吸泵，即叶轮两侧都有一个进水口。它的流量比