安徽省天長泵閥集團有限公司
免費會員
離心泵的工作原理
一、離心泵的工作原理
驅動機通過泵軸帶動葉輪旋轉產生離心力,在離心力作用下,液體沿葉片流道被甩向葉輪出口,液體經蝸殼收集送入排出管。液體從葉輪獲得能量,使壓力能和速度能均增加,并依靠此能量將液體輸送到工作地點。
在液體被甩向葉輪出口的同時,葉輪入口中心處形成了低壓,在吸液罐和葉輪中心處的液體之間就產生了壓差,吸液罐中的液體在這個壓差作用下,不斷地經吸入管路及泵的吸入室進入葉輪中。
二、離心泵的結構及主要零部件
一臺離心泵主要由泵體、葉輪、密封環(huán)、旋轉軸、軸封箱等部件組成,有些離心泵還裝有導輪、誘導輪、平衡盤等。
1.泵體:即泵的殼體,包括吸入室和壓液室。
①吸入室:它的作用是使液體均勻地流進葉輪。
?、趬阂菏?它的作用是收集液體,并把它送入下級葉輪或導向排出管,與此同時降低液體的速度,使動能進一步變成壓力能。壓液室有蝸殼和導葉兩種形式。
2．葉輪:它是離心泵內傳遞能量給液體的*元件,葉輪用鍵固定于軸上，隨軸由原動機帶動旋轉,通過葉片把原動機的能量傳給液體。
葉輪分類:
?、侔凑找后w流入分類：單吸葉輪（在葉輪的一側有一個入口）和雙吸葉輪（液體從葉輪的兩側對稱地流到葉輪流道中）。
?、诎凑找后w相對于旋轉軸線的流動方向分類：徑流式葉輪、軸流式葉輪和混流式葉輪。
?、郯凑杖~輪的結構形式分類:閉式葉輪、開式葉輪和半開式葉輪。
3．軸:是傳遞機械能的重要零件,原動機的扭矩通過它傳給葉輪。泵軸是泵轉子的主要零件，軸上裝有葉輪、軸套、平衡盤等零件。泵軸靠兩端軸承支承，在泵中作高速回轉，因而泵軸要承載能力大、耐磨、耐腐蝕。泵軸的材料一般選用碳素鋼或合金鋼并經調質處理。
4.密封環(huán):是安裝在轉動的葉輪和靜止的泵殼（中段和導葉的組合件）之間的密封裝置。其作用是通過控制二者之間間隙的方法，增加泵內高低壓腔之間液體流動的阻力，減少泄漏。
5. 軸套 軸套是用來保護泵軸的，使之不受腐蝕和磨損。必要時，軸套可以更換。
6.軸封 泵軸和前后端蓋間的填料函裝置簡稱為軸封，主要防止泵中的液體泄漏和空氣進入泵中，以達到密封和防止進氣引起泵氣蝕的目的。
軸封的形式：即帶有骨架的橡膠密封、填料密封和機械密封。
7.軸向力的平衡裝置.
三.離心泵的主要工作參數
1.流量:即泵在單位時間內排出的液體量,通常用體積單位表示,符號Q,單位有m3/h,m3/s,l/s等,
2.揚程:輸送單位重量的液體從泵入口處（泵進口法蘭）到泵出口處（泵出口法蘭）,其能量的增值,用H表示,單位為kgf.m/kgf。
3.轉速:泵的轉速是泵每分鐘旋轉的次數,用N來表示。電機轉速N一般在2900轉/分左右。
4.汽蝕余量:離心泵的汽蝕余量是表示泵的性能的主要參數,用符號Δhr表示,單位為米液柱。
5.功率與效率:泵的輸入功率為軸功率N,也就是電動機的輸出功率。泵的輸出功率為有效功率Ne。
四、泵內能量損失
泵從原動機獲得的機械能，只有一部分轉換為液體的能量，而另一部分則由于泵內消耗而損失。泵內所有損失可分為以下幾項：
1?水力損失 由液體在泵內的沖擊、渦流和表面摩擦造成的。沖擊和渦流損失是由于液流改變方向所產生的。液體流經所接觸的流道總會出現表面摩擦，由此而產生的能量損失主要取決于流道的長短、大小、形狀、表面粗糙度，以及液體的流速和特性。
2?容積損失 容積損失是已經得到能量的液體有一部分在泵內竄流和向外漏失的結果。泵的容積效率?容一般為0．93～0．98。改善密封環(huán)及密封結構，可降低漏失量，提高容積效率。
3?機械損失 機械損失指葉輪蓋板側面與泵殼內液體間的摩擦損失，即圓盤損失，以及泵軸在盤根、軸承及平衡裝置等機械部件運動時的摩擦損失，一般以前者為主。
五、泵的變速--比例定律
1.離心泵的變速:
一臺離心泵,當它的轉速改變時,其額定流量、揚程和軸功率都將按一定比例關系發(fā)生改變。目前,采用變頻調速電機來實現離心泵的變速,是一條新的重要的節(jié)能途徑。
2.比例定律的表達式:
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=（n1/n2）2
N1/N2=（n1/n2）3
式中,Q、H、N表示泵的額定流量、揚程和軸功率
下標1,2分別表示不同的轉速
n表示轉速
六、離心泵葉輪的切割
1.切割的目的:
一臺離心泵,在一定的轉速下僅有一條性能曲線,為擴大泵的工作范圍,常采用切割葉輪外徑的方法，使其工作范圍由一條線變成一個面。當切割量較少時，可以認為切割前后葉片的出口安置角和通流面積基本不變，泵效率近似相等。
2.切割定律的表達式:
Q'/Q=D2'/D2
H'/H=（D2'/D2）2
N'/N=（D2'/D2）3
式中,Q、H、N表示泵的額定流量、揚程和軸功率
角標'表示葉輪切割后的對應參數
D2表示葉輪的外直徑
七、 離心泵的比轉數
比轉數是由相似定律導出的綜合性參數，它是工況的函數，對一臺泵來說，不同的工況就有不同的比轉數，為了便于對不同類型泵的性能與結構進行比較，應用*工況（zui率點）的比轉數來代表這臺泵。
在選泵時，可根據工作需要的Q、H和結合電機的轉速，計算出ns數，大致確定泵的類型。當ns<30時,一般采用容積式泵, 當ns>30時,則采用離心泵、混流泵、軸流泵等。
八、離心泵的汽蝕與吸入特性
1.汽蝕現象
根據離心泵的工作原理可知,液流是在吸入罐壓力Pa和葉輪入口zui低壓力Pk間形成的壓差（Pa-Pk）作用下流入葉輪的,則葉輪入口處壓力Pk越低,吸入能力就越大。但若Pk降低到某極限值（目前多以液體在輸送溫度下的飽和蒸汽壓力Pt為液體汽化壓力的臨界值）時,就會出現汽蝕現象。
2.汽蝕會引起的嚴重后果:
（1）產生振動和噪音。
（2）對泵的工作性能有影響:當汽蝕發(fā)展到一定程度時,汽泡大量產生,會堵塞流道,使泵的流量、揚程、效率等均明顯下降。
（3）對流道的材質會有破壞:主要是在葉片入口附近金屬的疲勞剝蝕。
3.離心泵的吸入特性:
1?泵發(fā)生汽蝕的基本條件是:葉片入口處的zui低液流壓力Pk≤該溫度下液體的飽和蒸汽壓Pt。
2?有效汽蝕余量:液體流自吸液罐,經吸入管路到達泵吸入口后,所富余的高出汽化壓力的那部分能頭。用Δha表示。
3?泵的必須汽蝕余量:液流從泵入口到葉輪內zui低壓力點K處的全部能量損失,用Δhr表示。
4?Δhr與Δha的區(qū)別和:
Δha>Δhr 泵不汽蝕
Δha=Δhr 泵開始汽蝕
Δha<Δhr 泵嚴重汽蝕
5?對于一臺泵,為了保證其安全運行而不發(fā)生汽蝕,對于泵的必須汽蝕余量還應加一個安全裕量,一般取0.5米液柱。于是,泵的允許汽蝕余量為:[Δhr]=Δhr＋0.5。
6?泵的允許幾何安裝高度表達式為:[Hg1]=（Pa-Pt）/r-hA～S-[Δhr]。
Pa──吸入罐壓力
Pt──液體在輸送溫度下的飽和蒸汽壓力
r──液體重度
hA～S──吸入管內流動損失
[Δhr]──允許氣蝕余量
7?提高離心泵抗汽蝕性能的方法有:
A.改進機泵結構,降低Δhr,屬機泵設計問題。
B.提高裝置內的有效汽蝕余量.zui主要zui常用的方法是采用灌注頭吸入裝置.
此外，盡量減少吸入管路阻力損失，降低液體的飽和蒸汽壓，即在設計吸入管路時盡可能選用管徑大些，長度短些，彎頭和閥門少些，輸送液體的溫度盡可能低些等措施，都可提高裝置的有效氣蝕余量。
? 8.軸向力的平衡裝置
①軸向力的產生原因
a．葉輪前后兩側因流體壓力分布情況不同（輪蓋側壓力低,輪盤壓力高）引起的軸向力A1,其方向為自葉輪背側指向葉輪入口。
b.流體流入和流出葉輪的方向和速度不同而產生的動反力A2,其方向與A1相反,所以總軸向力A=A1-A2,方向一般與A1相同（一般A2較?。?br />②軸向力的平衡
a.采用雙吸式葉輪:葉輪兩側對稱,流體從兩端吸入,軸向力自動抵消而達到平衡。
b.開平衡孔或裝平衡管:
A:在葉輪輪盤上相對于吸入口處開幾個平衡孔。
B:為避免開平衡孔后,因主流受擾動而增加水力損失,可設平衡管代替平衡孔,即采用一小管引入口壓力至輪盤背側。
c:采用平衡葉片:在葉輪盤背面鑄幾條徑向筋片,筋片帶動葉輪背面間隙內的流體加速旋轉,增大離心力,從而使葉輪背面壓力顯著降低。
d:利用止推軸承承受軸向力。一般小型的單吸泵中止推軸承可以承受全部的軸向力，防止泵軸竄動。
③多級離心泵軸向力的平衡:
a.同單級離心泵方法相同
b.對稱布置葉輪
c.采用平衡鼓,部分平衡軸向力
d.采用自動平衡盤,全部自動平衡軸向力
驅動機通過泵軸帶動葉輪旋轉產生離心力,在離心力作用下,液體沿葉片流道被甩向葉輪出口,液體經蝸殼收集送入排出管。液體從葉輪獲得能量,使壓力能和速度能均增加,并依靠此能量將液體輸送到工作地點。
在液體被甩向葉輪出口的同時,葉輪入口中心處形成了低壓,在吸液罐和葉輪中心處的液體之間就產生了壓差,吸液罐中的液體在這個壓差作用下,不斷地經吸入管路及泵的吸入室進入葉輪中。
二、離心泵的結構及主要零部件
一臺離心泵主要由泵體、葉輪、密封環(huán)、旋轉軸、軸封箱等部件組成,有些離心泵還裝有導輪、誘導輪、平衡盤等。
1.泵體:即泵的殼體,包括吸入室和壓液室。
①吸入室:它的作用是使液體均勻地流進葉輪。
?、趬阂菏?它的作用是收集液體,并把它送入下級葉輪或導向排出管,與此同時降低液體的速度,使動能進一步變成壓力能。壓液室有蝸殼和導葉兩種形式。
2．葉輪:它是離心泵內傳遞能量給液體的*元件,葉輪用鍵固定于軸上，隨軸由原動機帶動旋轉,通過葉片把原動機的能量傳給液體。
葉輪分類:
?、侔凑找后w流入分類：單吸葉輪（在葉輪的一側有一個入口）和雙吸葉輪（液體從葉輪的兩側對稱地流到葉輪流道中）。
?、诎凑找后w相對于旋轉軸線的流動方向分類：徑流式葉輪、軸流式葉輪和混流式葉輪。
?、郯凑杖~輪的結構形式分類:閉式葉輪、開式葉輪和半開式葉輪。
3．軸:是傳遞機械能的重要零件,原動機的扭矩通過它傳給葉輪。泵軸是泵轉子的主要零件，軸上裝有葉輪、軸套、平衡盤等零件。泵軸靠兩端軸承支承，在泵中作高速回轉，因而泵軸要承載能力大、耐磨、耐腐蝕。泵軸的材料一般選用碳素鋼或合金鋼并經調質處理。
4.密封環(huán):是安裝在轉動的葉輪和靜止的泵殼（中段和導葉的組合件）之間的密封裝置。其作用是通過控制二者之間間隙的方法，增加泵內高低壓腔之間液體流動的阻力，減少泄漏。
5. 軸套 軸套是用來保護泵軸的，使之不受腐蝕和磨損。必要時，軸套可以更換。
6.軸封 泵軸和前后端蓋間的填料函裝置簡稱為軸封，主要防止泵中的液體泄漏和空氣進入泵中，以達到密封和防止進氣引起泵氣蝕的目的。
軸封的形式：即帶有骨架的橡膠密封、填料密封和機械密封。
7.軸向力的平衡裝置.
三.離心泵的主要工作參數
1.流量:即泵在單位時間內排出的液體量,通常用體積單位表示,符號Q,單位有m3/h,m3/s,l/s等,
2.揚程:輸送單位重量的液體從泵入口處（泵進口法蘭）到泵出口處（泵出口法蘭）,其能量的增值,用H表示,單位為kgf.m/kgf。
3.轉速:泵的轉速是泵每分鐘旋轉的次數,用N來表示。電機轉速N一般在2900轉/分左右。
4.汽蝕余量:離心泵的汽蝕余量是表示泵的性能的主要參數,用符號Δhr表示,單位為米液柱。
5.功率與效率:泵的輸入功率為軸功率N,也就是電動機的輸出功率。泵的輸出功率為有效功率Ne。
四、泵內能量損失
泵從原動機獲得的機械能，只有一部分轉換為液體的能量，而另一部分則由于泵內消耗而損失。泵內所有損失可分為以下幾項：
1?水力損失 由液體在泵內的沖擊、渦流和表面摩擦造成的。沖擊和渦流損失是由于液流改變方向所產生的。液體流經所接觸的流道總會出現表面摩擦，由此而產生的能量損失主要取決于流道的長短、大小、形狀、表面粗糙度，以及液體的流速和特性。
2?容積損失 容積損失是已經得到能量的液體有一部分在泵內竄流和向外漏失的結果。泵的容積效率?容一般為0．93～0．98。改善密封環(huán)及密封結構，可降低漏失量，提高容積效率。
3?機械損失 機械損失指葉輪蓋板側面與泵殼內液體間的摩擦損失，即圓盤損失，以及泵軸在盤根、軸承及平衡裝置等機械部件運動時的摩擦損失，一般以前者為主。
五、泵的變速--比例定律
1.離心泵的變速:
一臺離心泵,當它的轉速改變時,其額定流量、揚程和軸功率都將按一定比例關系發(fā)生改變。目前,采用變頻調速電機來實現離心泵的變速,是一條新的重要的節(jié)能途徑。
2.比例定律的表達式:
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=（n1/n2）2
N1/N2=（n1/n2）3
式中,Q、H、N表示泵的額定流量、揚程和軸功率
下標1,2分別表示不同的轉速
n表示轉速
六、離心泵葉輪的切割
1.切割的目的:
一臺離心泵,在一定的轉速下僅有一條性能曲線,為擴大泵的工作范圍,常采用切割葉輪外徑的方法，使其工作范圍由一條線變成一個面。當切割量較少時，可以認為切割前后葉片的出口安置角和通流面積基本不變，泵效率近似相等。
2.切割定律的表達式:
Q'/Q=D2'/D2
H'/H=（D2'/D2）2
N'/N=（D2'/D2）3
式中,Q、H、N表示泵的額定流量、揚程和軸功率
角標'表示葉輪切割后的對應參數
D2表示葉輪的外直徑
七、 離心泵的比轉數
比轉數是由相似定律導出的綜合性參數，它是工況的函數，對一臺泵來說，不同的工況就有不同的比轉數，為了便于對不同類型泵的性能與結構進行比較，應用*工況（zui率點）的比轉數來代表這臺泵。
在選泵時，可根據工作需要的Q、H和結合電機的轉速，計算出ns數，大致確定泵的類型。當ns<30時,一般采用容積式泵, 當ns>30時,則采用離心泵、混流泵、軸流泵等。
八、離心泵的汽蝕與吸入特性
1.汽蝕現象
根據離心泵的工作原理可知,液流是在吸入罐壓力Pa和葉輪入口zui低壓力Pk間形成的壓差（Pa-Pk）作用下流入葉輪的,則葉輪入口處壓力Pk越低,吸入能力就越大。但若Pk降低到某極限值（目前多以液體在輸送溫度下的飽和蒸汽壓力Pt為液體汽化壓力的臨界值）時,就會出現汽蝕現象。
2.汽蝕會引起的嚴重后果:
（1）產生振動和噪音。
（2）對泵的工作性能有影響:當汽蝕發(fā)展到一定程度時,汽泡大量產生,會堵塞流道,使泵的流量、揚程、效率等均明顯下降。
（3）對流道的材質會有破壞:主要是在葉片入口附近金屬的疲勞剝蝕。
3.離心泵的吸入特性:
1?泵發(fā)生汽蝕的基本條件是:葉片入口處的zui低液流壓力Pk≤該溫度下液體的飽和蒸汽壓Pt。
2?有效汽蝕余量:液體流自吸液罐,經吸入管路到達泵吸入口后,所富余的高出汽化壓力的那部分能頭。用Δha表示。
3?泵的必須汽蝕余量:液流從泵入口到葉輪內zui低壓力點K處的全部能量損失,用Δhr表示。
4?Δhr與Δha的區(qū)別和:
Δha>Δhr 泵不汽蝕
Δha=Δhr 泵開始汽蝕
Δha<Δhr 泵嚴重汽蝕
5?對于一臺泵,為了保證其安全運行而不發(fā)生汽蝕,對于泵的必須汽蝕余量還應加一個安全裕量,一般取0.5米液柱。于是,泵的允許汽蝕余量為:[Δhr]=Δhr＋0.5。
6?泵的允許幾何安裝高度表達式為:[Hg1]=（Pa-Pt）/r-hA～S-[Δhr]。
Pa──吸入罐壓力
Pt──液體在輸送溫度下的飽和蒸汽壓力
r──液體重度
hA～S──吸入管內流動損失
[Δhr]──允許氣蝕余量
7?提高離心泵抗汽蝕性能的方法有:
A.改進機泵結構,降低Δhr,屬機泵設計問題。
B.提高裝置內的有效汽蝕余量.zui主要zui常用的方法是采用灌注頭吸入裝置.
此外，盡量減少吸入管路阻力損失，降低液體的飽和蒸汽壓，即在設計吸入管路時盡可能選用管徑大些，長度短些，彎頭和閥門少些，輸送液體的溫度盡可能低些等措施，都可提高裝置的有效氣蝕余量。
? 8.軸向力的平衡裝置
①軸向力的產生原因
a．葉輪前后兩側因流體壓力分布情況不同（輪蓋側壓力低,輪盤壓力高）引起的軸向力A1,其方向為自葉輪背側指向葉輪入口。
b.流體流入和流出葉輪的方向和速度不同而產生的動反力A2,其方向與A1相反,所以總軸向力A=A1-A2,方向一般與A1相同（一般A2較?。?br />②軸向力的平衡
a.采用雙吸式葉輪:葉輪兩側對稱,流體從兩端吸入,軸向力自動抵消而達到平衡。
b.開平衡孔或裝平衡管:
A:在葉輪輪盤上相對于吸入口處開幾個平衡孔。
B:為避免開平衡孔后,因主流受擾動而增加水力損失,可設平衡管代替平衡孔,即采用一小管引入口壓力至輪盤背側。
c:采用平衡葉片:在葉輪盤背面鑄幾條徑向筋片,筋片帶動葉輪背面間隙內的流體加速旋轉,增大離心力,從而使葉輪背面壓力顯著降低。
d:利用止推軸承承受軸向力。一般小型的單吸泵中止推軸承可以承受全部的軸向力，防止泵軸竄動。
③多級離心泵軸向力的平衡:
a.同單級離心泵方法相同
b.對稱布置葉輪
c.采用平衡鼓,部分平衡軸向力
d.采用自動平衡盤,全部自動平衡軸向力
