文档介绍：第一节离心泵
2-1-1 离心泵的工作原理
离心泵的种类很多,但工作原理相同,构造大同小异。其主要工作部件是旋转叶轮和固定的泵壳(图2-1)。叶轮是离心泵直接对液体做功的部件,其上有若干后弯叶片,一般为4~8片。离心泵工作时,叶轮由电机驱动作高速旋转运动(1000~3000r/min),迫使叶片间的液体也随之作旋转运动。同时因离心力的作用,使液体由叶轮中心向外缘作径向运动。液体在流经叶轮的运动过程获得能量,并以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳内,由于流道的逐渐扩大而减速,又将部分动能转化为静压能,达到较高的压强,最后沿切向流入压出管道。
在液体受迫由叶轮中心流向外缘的同时,在叶轮中心处形成真空。泵的吸入管路一端与叶轮中心处相通,另一端则浸没在输送的液体内,在液面压力(常为大气压)与泵内压力(负压)的压差作用下,液体经吸入管路进入泵内,只要叶轮的转动不停,离心泵便不断地吸入和排出液体。由此可见离心泵主要是依靠高速旋转的叶轮所产生的离心力来输送
图2-1 离心泵装置简图
1―叶轮;2―泵壳;3―泵轴;4―吸入管;
5―底阀;6―压出管;7―出口阀
液体,故名离心泵。
离心泵若在启动前未充满液体,则泵内存在空气,由于空气密度很小,所产生的离心力也很小。吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内,虽启动离心泵,但不能输送液体,此现象称为“气缚”。所以离心泵启动前必须向壳体内灌满液体,在吸入管底部安装带滤网的底阀。底阀为止逆阀,防止启动前灌入的液体从泵内漏失。滤网防止固体物质进入泵内。靠近泵出口处的压出管道上装有调节阀,供调节流量时使用。
2-1-2 离心泵的理论压头
一、离心泵的理论压头
从离心泵工作原理知液体从离心泵叶轮获得能量而提高了压强。单位质量液体从旋转的叶轮获得多少能量以及影响获得能量的因素,可以从理论上来分析。由于液体在叶轮内的运动比较复杂,故作如下假设:
(1)叶轮内叶片的数目无限多,叶片的厚度为无限薄,液体完全沿着叶片的弯曲表面而流动。无任何倒流现象;
(2)液体为粘度等于零的理想液体,没有流动阻力。
液体从叶轮中央入口沿叶片流到叶轮外缘的流动情况如图2-2所示。叶轮带动液体一起作旋转运动时,液体具有一个随叶轮旋转的圆周速度u,其运动方向为所处圆周的切线
图2-2 液体在离心泵中的流动
方向;同时,液体又具有沿叶片间通道流的相对速度w,其运动方向为所在处叶片的切线方向;液体在叶片之间任一点的绝对速度c为该点的圆周速度u与相对速度w的向量和。由图2-2可导出三者之间的关系:
叶轮进口处
(2-1)
叶轮出口处
(2-2)
泵的理论压头可从叶轮进出口之间列柏努利方程求得
(2-3)
即
(2-4)
式中 H∞——具有无穷多叶片的离心泵对理想液体所提供的理论压头,m;
HP——理想液体经理想叶轮后静压头的增量,m;
HC——理想液体经理想叶轮后动压头的增量,m。
上式没有考虑进、出口两点高度不同,因叶轮每转一周,两点高低互换两次,按时均计此高差可视为零。
液体从进口运动到出口,静压头增加的原因有二:
(1)离心力作功液体在叶轮内受离心力作用,接受了外功。质量为m的液体旋转时受到的离心力为:
单位重量液体从进口到出口,因受离心力作用而接受的外功为:

(2)能量转换相邻两叶片所构成的通道截面积由内而外逐渐扩大,液体通过时速度逐渐变小,一部分动能转变为静压能。单位重量液体静压能增加的量等于其动能减小的量,即

因此,单位重量液体通过叶轮后其静压能的增加量应为上述两项之和,即
(2-5)
将式2-5代入式2-4,得
(2-6)
将式2-1、2-2代入式2-6,整理得
(2-7)
由上式看出,当cosα1=0时,得到的压头最大。故离心泵设计时,一般都使α1=90°,于是上式成为:
(2-8)
式2-8即为离心泵理论压头的表示式,称为离心泵基本方程式。
从图2-2可知
(2-9)
如不计叶片的厚度,离心泵的理论流量QT可表示为:
QT=cr2πD2b2 (2-10)
式中 cr2——叶轮在出口处绝对速度的径向分量,m/s;
D2——叶轮外径,m;
b2——叶轮出口宽度,m。
将式2-9及式2-10代入式2-8,可得泵的理论压头H∞与泵的理论流量之间的关系为:
(2-11)
上式为离心泵基本方程式的又一表达形式,表示离心泵的理论压头与流量、叶轮的转速和直径、叶片的几何形状之间的关系。
二、离心泵理论压头的讨论
(1)叶轮的转速和直径对理论压头的影响由式2-11可看出,当叶片几何尺寸(b,β)与流量一定时,离心泵的理论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大。
(2)叶片形状对理论压头的影