b、泵壳汇集从各叶片间被抛出的液体,这些液体在壳内顺着蜗壳形通道逐渐扩大的方向流动,使流体的部分动能转化为压强能,以减小输送过程中的能量损失;
c、叶轮高速旋转,迫使叶轮中心的液体以很高的速度被抛开,从而在叶轮中心形成低压,低位槽中的液体因此被源源不断地吸上。
“气缚现象”:如果离心泵在启动前壳内充满的是气体,则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度,这样槽内液体便不能被吸上。这一现象称为气缚。为防止气缚现象的发生,离心泵启动前要用外来的液体将泵壳内空间灌满。这一步操作称为灌泵。为防止灌入泵壳内的液体因重力流入低位槽内,在泵吸入管路的入口处装有止逆阀(底阀);如果泵的位置低于槽内液面,则启动时无需灌泵。
d、泵内液体能量转换效率高叶轮外周安装导轮,使。导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。这此叶片的弯曲方向与叶轮叶片的弯曲方向相反,其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应,引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向,使能量损耗小,动压能转换为静压能的效率高。
e、后盖板上的平衡孔消除轴向推力。离开叶轮周边的液体压力已经较高,有一部分会渗到叶轮后盖板后侧,而叶轮前侧液体入口处为低压,因而产生了将叶轮推向泵入口一侧的轴向推力。这容易引起叶轮与泵壳接触处的磨损,严重时还会产生振动。平衡孔使一部分高压液体泄露到低压区,减轻叶轮前后的压力差。但由此也会此起泵效率的降低。
当泵转速n、叶轮直径D2、叶轮出口处叶片宽度b2、流量qV一定时,HT随叶片形状β2而变。
a、装置角β是叶片的一个重要设计参数。当其值小于90度时称为后弯叶片,此时液体流动能量损失小,所以一般都采用后弯叶片;
b、当采用后弯片时,Ctgβ为正,理论压头HT随叶轮直径、转速及叶轮周边宽度的增加而增加,随流量的增加呈线性规律下降;
c、轴功率(Pa):单位时间内由电机输入离心泵的能量。有效功率(Pe):离心泵单位时间内对流体做的功:Pe=qVHρg;
d、效率(η):,由于以下三方面的原因,电机传给泵的能量不可能100%地传给液体,(A)容积损失;(B)水力损失;(C)机械损失。
从前面的讨论可以看出,对一台离心泵,在转速固定的情况下,其压头、轴功率和效率都与其流量有一一对应的关系。这些关系的图形表示就称为离心泵的性能曲线,包括qV-H曲线、qV-Pa曲线和qV-η曲线,这些关系一般都通过实验来测定。
离心泵的特性曲线一般由离心泵的生产厂家提供,标绘于泵产品说明书中,其测定条件一般是20℃清水,转速也固定。典型的离心泵性能曲线如图所示。
【例1】右图为测定离心泵特性曲线的实验装置,实验中已测出如下一组数据:泵进口处真空表读数p1=2.67×104Pa(真空度),泵出口处压力表读数p2=2.55×105Pa(表压),泵的流量qV=12.5×10-3m3/s,功率表测得轴功率为6.2kW,吸入管直径d1=80mm,压出管直径d2=60mm,两测压点间垂直距离Z2-Z1=0.5m,实验介质为20℃的清水,试计算在此流量下泵的扬程He、有效功率Pe和效率η。
在实验中,如果改变出口阀门的开度,测出不同流量下的有关数据,计算出相应的H、N和η值,并将这些数据绘于坐标纸上,即得该泵在固定转速下的特性曲线。
在泵叶轮转速一定时,一台泵在具体操作条件下所提供的液体流量和压头可用qV-H曲线上的一点来表示。至于这一点的具体位置,应视泵前后的管路情况而定,讨论泵的工作情况,不应脱离管路的具体情况。
将泵的qV-H特性曲线与管路的qV-He特性曲线绘在同一坐标系中,两曲线的交点称为泵的工作点。
b、安装在管路中的泵,其输液量即为管路的流量;在该流量下泵提供的扬程也就是管路所需要的外加压头。因此,泵的工作点对应的泵压头既是泵提供的,也是管路需要的;
c、工作点对应的各性能参数(qV、H、Pa和η)反映了一台泵的实际工作状态。特性由泵本身的特性和管路的特性共同决定。
由于生产任务的变化,管路需要的流量有时是需要改变的,这实际上就是要改变泵的工作点。由于泵的工作点由管路特性和泵的特性共同决定,因此改变泵的特性和管路特性均能改变工作点,从而达到调节流量的目的。
关小出口阀,局部阻力增大,曲线变陡,工作点由M变为M,流量下降,泵所提供的压头上升;开大出口阀,局部阻力减小,曲线变缓,工作点由M变为M",流量上升,泵所提供的压头下降。此种调节方法虽不经济,是人为增加管路阻力来适应泵的特性,但由于其简单方便,在实际生产中被广泛采用。
这种调节方法合理、经济,但曾被认为是操作不方便,并且不能实现连续调节。但随着的现代工业技术的发展,无级变速设备在工业中的应用克服了上述缺点。是该种调节方法能够使泵在高效区工作,这对大型泵的节能尤为重要。
在实际生产中,有时需要几台组合运行。组合方式可以有串联和并联两种方式。下面的讨论限于性能相同的泵的组合。泵的组合联实际上是改变泵的特性。。
单台不能完成输送任务可以分为两种情况:①扬程不够,即:;②扬程合格,但流量不够。对于情形①,必须采用串联操作;对于情形②,应根据管路的特性来决定采用何种组合方式。如右图所示(请点击管阻),对于高阻管路,串联比并联组合效果好;但对于低阻管路,则是并联比串联的效果好。
在贮槽液面上方压力p0一定的情况下,若增加泵的安装高度ZK(即Hg),则叶轮中心K处的压力pK必然下降。当ZK增加到使pK下降至被输送液体在操作温度下的饱和蒸汽压时,则被输送流体在叶轮中心处发生汽化,产生大量汽泡;汽泡在由叶片中心向周边运动时,由于压力增加而急剧凝结,产生局部真空,周围液体以很高的流速冲向真空区域;当汽泡的冷凝发生在叶片表面附近时,众多液滴尤如细小的高频水锤撞击叶片。此种现象称作“汽蚀现象”。
离心泵在汽蚀状态下工作时,泵体振动并发出噪音;压头、流量大幅下降,严重时不能输送液体;时间长久,在水锤冲击和液体中微量溶解氧对金属化学腐蚀的双重作用下,叶片表面出现斑痕和裂缝,甚至呈海绵状逐渐脱落(见图)。
通过以上讨论可以看出,安装高度过高将会导致叶轮中心处的压力过低,从而发生汽蚀。只要泵的实际安装高度低于允许安装高度,则操作时就可避免发生汽蚀现象。
泵入口处(1-1截面)的动压头与静压头之和与以液柱高度表示的被输送液体在操作温度下的饱和蒸汽压之差称作汽蚀余量,即:
(NPSH)的物理意义:(NPSH)越小,表明泵入口处的压力p1或叶轮中心处的压力pK越低,离心泵的操作状态越接近汽蚀。
为避免发生汽蚀现象,离心泵入口处压力不能过低,而应有一低允许值p1r,此时所对应的汽蚀余量称为必需汽蚀余量,以(NPSH)r表示。(NPSH)r一般由泵制造厂通过汽蚀实验测定,并作为离心泵的性能列于泵产品样本中(见教材附录八)。泵正常操作时,实际汽蚀余量必须大于(NPSH)r,我国标准中规定应大于0.5m以上。
一台泵的必需汽蚀余量(NPSH)r数值由泵的生产厂家提供,供用户计算泵的大允许安装高度[Hg]:
①引起汽蚀现象的原因:a.离心泵的安装高度太高;b.被输送流体的温度太高;c.吸入管路的阻力或压头损失太高。由此,一个原先操作正常的泵也可能由于操作条件的变化而产生汽蚀,如被输送物料的温度升高,或吸入管线部分堵塞。
③大允许安装高度[Hg]的大小与泵的流量有关。流量越大,计算出的[Hg]越小,因此用可能使用的大流量来计算是必要的。
【例2】如图所示,用离心泵将循环冷却水由水池送入一敞口水槽,水槽水面比水池水面高52m,要求的流量为90m3/h,输送管路规格Φ159×4.5mm,管路总阻力损失为14m(包括所有局部阻力损失),水的密度ρ=1000kg/m3。现有一台IS100-65-250型离心泵,在高效区其扬程与流量的关系可近似地用直线:He=124.5-0.392qV表示(式中qV的单位:m3/h),必须汽蚀余量(NPSH)r=3.8m。 试求:
(4)夏季水池水温高35℃(pv=5.6 kPa),若离心泵的吸入管段流动阻力与平均流速的关系为(m),则该泵可否于水池水面之上3m处正常工作?
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