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離心泵的設計和運行

作者:机电要参  来源:  更新时间:2020-03-19 18:52:16  点击次数:

  離心泵的設計和運行

  離心泵的幾個性能參數

  壓頭(H),也稱作揚程,單位:米,表示泵輸送給流體的能量,一般有如下三種不同的表達:

  靜壓頭,或者簡稱壓頭(HP),用壓力表測得。

  扬程 (HE),表示为垂直方向的相对高度

  速头 (HV),表示流体的动能,一般是用皮托管测量。

  流體的總能量是,壓頭,是上述三種能量之和,可以是它們的任意比例的組合。可以是一種、兩種、或者三種都存在。如靜止的遊泳池,沒有速壓,底部只有靜壓,頂部只有揚程,中間有揚程和靜壓。在遊泳池的底部裝一個一定小管徑的閥門,通過測量流體的流速,也能換算流體的能量及其它幾個量(假設沒有增加總能量和不計能量損耗)。流體的能量轉換的定理是伯努利定理。

  總之,離心泵的能量可以以三種形式任意組合表示,它們之間也可以互相轉換。通常是先給流體增加速頭,然後一部分轉換成壓頭。

  離心泵的特點:

  泵的軸很短,是爲剛性軸

  葉輪要麽安裝在外側軸端,要麽安裝在中間

  密封可以在防止流體泄露的任何位置

  葉輪擰或嵌入密封之間

  摩擦環或密封環,在出入口間起到密封的作用,防止流體回流

  離心泵注入能量的三種方式

  所有的離心泵都是通過葉片給流體一個速頭的方式注入能量,但速度的方向不盡相同。分爲三種類型:

  徑向流向:葉片使流體的出口方向垂直于軸向,

  混合流向: 叶片使流体的出口方向与轴向成一定的夹角,但不垂直、不平行。

  轴向流向: 叶片使流体的出口方向平行于轴向。

  每種方向各有特點,每種應用場合不一樣。

  離心泵的結構及其功能

  離心泵即有簡單的小泵,也有複雜的大泵。但其主要的部件設計和功能是相同的。下面討論它們的結構和常見故障

  葉輪

  葉輪,或叶轮叶片是将驱动轴转子的旋转能量转换成泵内流体的动能的部件。

  徑向流葉輪

  徑向流葉輪的本质上是一个旋转的轮盘,其一边上均匀分布有几个叶片(如图2.2),流体通过管道从叶轮的中心(眼)注入,被叶轮的前缘接着,因离心力的作用(離心泵的由来),驱动和引导流体流出叶片,叶片的型式通常是反旋转方向的,后面讨论。

  速度的變化可以用兩個矢量來表示,一個矢量是U是相對于軸心的切線速度,等于質點所在位置的半徑乘以周旋轉的角速度;另一個矢量是Vt,是流體流經葉片的曲面切向速度,它和葉型有關。

  图2.3 流体在入口和出口的速度矢量。

  從圖示可以看到葉片的曲率越大,Vt的方向決定了總速度V2要減小,壓頭會減小。

  流體流經泵的出入口後速度的改變有V2和V1的矢量差決定。V1不能作爲流體獲得的能量,因爲它是在流體進入泵之前就有了的。

  上述的描述是簡化了的、很理想的流體情況,但該模型依然很有用。要注意的是,實際上應該考慮流體的摩擦導致的能量損耗,泵實際性能有所下降,雖然供應商有很多算法可以估計能耗,但實際上還離開不了實測值的完善。

  軸向流葉輪

  軸向流葉輪通常归类于离心机,但是,它并不利用离心力来增加流体的速度,而是如同螺旋桨(如图)的原理,叶轮的形状使其产生的是与泵轴相同方向的推力。

  混流葉輪

  第三類離心泵的葉輪是介于徑向流葉輪和軸向流葉輪之間葉輪。流體在泵中加速,方向既有徑向,也有軸向,所以其葉型也是綜合了兩者之間的特點。

  三種不同的葉型,分別提供了不同的壓力與流量特性的組合特性。徑流泵用于壓力大、流量小的場合,而軸流泵用于低壓力、高流量的地方。而混流泵則介于兩者之間。

  這種壓力與流量的關系特性就構成了泵的比轉速。

  比轉速可以作爲泵的不同葉型設計的重要依據,綜合了全壓H和流量Q的特性。一種葉型不能適應所有的應用,即使一種葉型可以運行在不同的全壓和流量的組合,其運行效率可能很低。所以實踐中,經濟上對于不同的應用的泵要求優化設計。而比轉速,Ns,概念就應運而生了。大部分的應用中,流量Q、全壓H、及轉速是預先確定的,如流量是工藝要求決定的,全壓是由系統的摩擦和重力等損耗決定的,而轉速是由驅動設備定下來的,將這些因素考慮進比轉速,Ns,就可以選擇出合適的葉型了。

  其中, N为泵的转速,RPM,Q是最高效率点及全叶轮直径下的流量, gpm,H是最高效率点及全叶轮直径下的扬程, ft。

  計算出了比轉速,那麽這個特定的泵,其轉速和葉輪直徑就是恒定了。這就是泵設計的相似定律,制造商和用戶可以根據相似定律來估算不同的葉型或不同的轉速。

  簡言之,比轉速是葉型幾何參數的函數,如果已知泵的比轉速,就能大致確定其葉型。下圖是其關系圖,這種關系是幾何形狀(尺寸的比例關系,樣式)和比轉速的關系,與葉輪的尺寸無關。

  比轉速指示了泵葉輪的H-Q特性。

  徑流泵的比轉速小,葉片直徑相對流體入口直徑大,所以全壓大而流量小。

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