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离心泵的设计和运行

作者:机电要参  来源:http://www.kjpump.cn  更新时间:2020-03-19 18:52:16  点击次数:

  离心泵的设计和运行

  离心泵的几个性能参数

  压头(H),也称作扬程,单位:米,表示泵输送给流体的能量,一般有如下三种不同的表达:

  静压头,或者简称压头(HP),用压力表测得。

  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。

  流体的总能量是,压头,是上述三种能量之和,可以是它们的任意比例的组合。可以是一种、两种、或者三种都存在。如静止的游泳池,没有速压,底部只有静压,顶部只有扬程,中间有扬程和静压。在游泳池的底部装一个一定小管径的阀门,通过测量流体的流速,也能换算流体的能量及其它几个量(假设没有增加总能量和不计能量损耗)。流体的能量转换的定理是伯努利定理。

  总之,离心泵的能量可以以三种形式任意组合表示,它们之间也可以互相转换。通常是先给流体增加速头,然后一部分转换成压头。

  离心泵的特点:

  泵的轴很短,是为刚性轴

  叶轮要么安装在外侧轴端,要么安装在中间

  密封可以在防止流体泄露的任何位置

  叶轮拧或嵌入密封之间

  摩擦环或密封环,在出入口间起到密封的作用,防止流体回流

  离心泵注入能量的三种方式

  所有的离心泵都是通过叶片给流体一个速头的方式注入能量,但速度的方向不尽相同。分为三种类型:

  径向流向:叶片使流体的出口方向垂直于轴向,

  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。

  每种方向各有特点,每种应用场合不一样。

  离心泵的结构及其功能

  离心泵即有简单的小泵,也有复杂的大泵。但其主要的部件设计和功能是相同的。下面讨论它们的结构和常见故障

  叶轮

  叶轮,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。

  径向流叶轮

  径向流叶轮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(离心泵的由来),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。

  速度的变化可以用两个矢量来表示,一个矢量是U是相对于轴心的切线速度,等于质点所在位置的半径乘以周旋转的角速度;另一个矢量是Vt,是流体流经叶片的曲面切向速度,它和叶型有关。

  图2.3 流体在入口和出口的速度矢量。

  从图示可以看到叶片的曲率越大,Vt的方向决定了总速度V2要减小,压头会减小。

  流体流经泵的出入口后速度的改变有V2和V1的矢量差决定。V1不能作为流体获得的能量,因为它是在流体进入泵之前就有了的。

  上述的描述是简化了的、很理想的流体情况,但该模型依然很有用。要注意的是,实际上应该考虑流体的摩擦导致的能量损耗,泵实际性能有所下降,虽然供应商有很多算法可以估计能耗,但实际上还离开不了实测值的完善。

  轴向流叶轮

  轴向流叶轮通常归类于离心机,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。

  混流叶轮

  第三类离心泵的叶轮是介于径向流叶轮和轴向流叶轮之间叶轮。流体在泵中加速,方向既有径向,也有轴向,所以其叶型也是综合了两者之间的特点。

  三种不同的叶型,分别提供了不同的压力与流量特性的组合特性。径流泵用于压力大、流量小的场合,而轴流泵用于低压力、高流量的地方。而混流泵则介于两者之间。

  这种压力与流量的关系特性就构成了泵的比转速。

  比转速可以作为泵的不同叶型设计的重要依据,综合了全压H和流量Q的特性。一种叶型不能适应所有的应用,即使一种叶型可以运行在不同的全压和流量的组合,其运行效率可能很低。所以实践中,经济上对于不同的应用的泵要求优化设计。而比转速,Ns,概念就应运而生了。大部分的应用中,流量Q、全压H、及转速是预先确定的,如流量是工艺要求决定的,全压是由系统的摩擦和重力等损耗决定的,而转速是由驱动设备定下来的,将这些因素考虑进比转速,Ns,就可以选择出合适的叶型了。

  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。

  计算出了比转速,那么这个特定的泵,其转速和叶轮直径就是恒定了。这就是泵设计的相似定律,制造商和用户可以根据相似定律来估算不同的叶型或不同的转速。

  简言之,比转速是叶型几何参数的函数,如果已知泵的比转速,就能大致确定其叶型。下图是其关系图,这种关系是几何形状(尺寸的比例关系,样式)和比转速的关系,与叶轮的尺寸无关。

  比转速指示了泵叶轮的H-Q特性。

  径流泵的比转速小,叶片直径相对流体入口直径大,所以全压大而流量小。

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