液体输送设备
液体输送设备的种类很多,按照工作原理的不同,分为离心泵、往复泵、旋转泵与旋涡泵等几种。其中,以离心泵在生产上应用最为广泛。
离心泵的基本部件是旋转的叶轮和固定的泵壳。具有若干弯曲叶片的叶轮安装在泵壳内,并紧固于泵轴上,泵轴可有电动机带动旋转。泵壳中央的吸入口与吸入管路相连接,而在吸入管路底部装有底阀。侧旁的排出口与排出管路相连接,其上装有调节阀。
离心泵在启动前需向壳内灌满被输送的液体,启动后泵轴带动叶轮一起旋转,迫使叶片内的液体旋转,液体在离心力的作用下从叶轮中心被抛向外缘并获得了能量,使叶轮外缘的液体静压强提高,流速增大,一般可达15~25m/s。液体离开叶轮进入泵壳后,由于泵壳中流道逐渐加宽而使液体的流速逐渐降低,部分动能转变为静压能。于是,具有较高的压强的液体从泵的排出口进入排出管路,输送至所需的场所。当泵内液体从叶轮中心被抛向外缘时,在中心处形成了低压区。由于贮槽液面上方的压强大于泵吸入口处的压强,致使液体被吸进叶轮中心。因此,只要叶轮不断地转动,液体便不断地被吸入和排出。由此可见,离心泵之所以能输送液体,主要是依靠高速旋转的叶轮。液体在离心力的作用下获得了能量以提高压强。离心泵启动时,若泵内存有空气,由于空气的密度很低,旋转后产生的离心力小,因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内,虽启动离心泵也不能输送液体,这种现象称为气缚,表示离心泵无自吸能力,所以启动前必须向壳体内灌满液体。离心泵装置中吸入管路的底阀是防止启动前所灌入的液体从泵内流出,滤网可以阻拦液体中的固体物质被吸入而堵塞管道和泵壳。
离心泵由两个主要部分构成:一是包括叶轮和泵轴的旋转部件;一是由泵壳,填料函和轴承组成的静止部件。但其中最主要的部件是叶轮和泵壳。
叶轮
叶轮是离心泵的核心部件。轮的叶片两侧带有前,后盖板的称为闭式叶轮,它适用于输送清洁液体一般离心泵多采用这种叶轮。没有前、后盖板,仅由叶片和轮毂组成的称为开式叶轮。只有后盖板的称为半闭式式叶轮。开式叶轮与半闭式由于流道不容易堵塞,适用于输送含有固体颗粒的液体悬浮液。但由于没有盖板,液体在叶片间运动时容易产生倒流,故效率也较低。闭式或半闭式叶轮在操作时,离开叶轮的一部分高压液体可漏入叶轮与泵壳之间的两侧空腔中,而叶轮前侧液体吸入口处为低压,故液体作用于叶轮前、后两侧的压力不等,便产生了指向叶轮吸入口方向的轴向推力,使叶轮向吸入口侧窜动,引起叶轮与泵壳接触处磨损,严重时造成泵的振动,破坏泵的正常操作。为了平衡轴向推力,最简单的方法是在叶轮后盖板上钻一些小孔。这些小孔称为平衡孔。它的作用是使后盖板与泵壳之间的空腔中一部分高压液体漏到低压区,以减小叶轮两侧的压力差,从而起到平衡一部分轴向推力的作用,但同时也会降低泵的效率。
叶轮按其吸液方式不同可分为单吸式和双吸式两种。单吸式叶轮的结构简单,液体只能从叶轮一侧被吸入。双吸式叶轮可同时从叶轮两侧对称地吸入。显然,双吸式叶轮具有较大的吸液能力,基本上可以消除轴向推力。
泵壳
离心泵的泵壳通常制成蜗牛形,故又称蜗壳,叶轮在壳内顺着蜗形通道逐渐扩大的方向旋转,愈接近液体出口,通道截面积愈大。液体从叶轮外缘以高速流出后,流过泵壳蜗形通道时流速将逐渐降低,因此减少了能量损失,且使部分动能有效地转变为静压能。所以泵壳不仅是一个汇集由叶轮抛出液体的部件,而且本身又是一个转能装置。
为了减少液体直接进入蜗壳时的能量损失,在叶轮与泵壳之间有时还装有一个固定不动而带有叶片的导轮,由于导轮具有很多逐渐转向的流道,使部分动能转变为静压能,且可减小能量损失。此外,由于泵轴转动而泵壳固定不动,轴穿过泵壳处必定会有间隙。为防止泵内高压液体沿间隙漏出,或外界空气以相反方向漏入泵内,必须设置轴封装置。普通离心泵所采用的轴封装置是填料函,即将泵轴穿过泵壳的环隙做成密封圈,与其种填入软填料(例如浸油或涂石墨的石棉绳),一将泵壳内,外隔开,而泵轴仍能自由转动。
对于输送酸、碱以及易燃、易爆、有毒的液体,密封的要求就比较高,既不允许漏入空气,又力求不让液体渗出。近年来已广泛采用机械密封装置。它由一个装在转轴上的动环和另一个固定在泵壳上的静环所组成,两环的端面借弹簧力互相贴紧而作相对运动,起到了密封的作用。
流量
离心泵的流量是指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积,常用单位为l/s或m3/h。离心泵的流量取决于泵的结构、尺寸(主要为叶轮的直径与叶片的宽度)和转速。应予指出,离心泵总是和特定的管路相联系的,因此离心泵的实际流量还与管路特性有关。
压头
离心泵的压头又称为泵的扬程,是指泵对单位重量(1N)的液体所提供的有效能量,其单位为m。离心泵的压头与泵的结构(如叶片的弯曲情况、叶轮直径等)、转速及流量有关。对于一定的泵和转速,压头与流量之间具有一定的关系。
效率
离心泵在输送液体过程中,当外界能量通过叶轮传给液体时,不可避免地会有能量损失,即由原动机提供给泵轴的能量不能全部都为液体所获得,致使泵的轴压头和流量都较理论值为低,通常用效率来反映能量损失。
离心泵的能量损失包括以下几项:容积损失、机械损失、水力损失等,在一定转速下运转时,容积损失和机械损失可近似地视为与流量无关,但水力损失则随流量变化而改变。在水力损失中,摩擦损失大致与流量的平方成正比;而环流、冲击损失与流量的关系如下:若在某一流量下下,流体的流动方向恰与叶片的入口角相一致,这时损失最小;而当流量小于或大于时,损失都将增大。
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