【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 中不同，實(shí)際生產(chǎn)使用的泵被進(jìn)行實(shí)驗(yàn)式標(biāo)準(zhǔn)的修正而達(dá)到理想的設(shè)計(jì)情形。如下圖所示 液體在離心泵內(nèi)是如何流動(dòng)的。液體在吸入管接口的軸向進(jìn)入,在圖中a處。在葉輪的旋轉(zhuǎn)作用下眼,液體成放射狀向外飛濺，進(jìn)入在輪葉之間的溝槽在位置1處。液體在葉輪中流動(dòng)，通過(guò)葉輪的邊緣2流出，液體在渦室內(nèi)被收集,并且在b位置處由排液管排出泵外圖2—1 泵的工作狀況通常用工作參數(shù)來(lái)表示，其土要工作參數(shù)有揚(yáng)程、流量、轉(zhuǎn)速和效率等。這些參數(shù)反映了泵的上作狀態(tài)和能量轉(zhuǎn)換的程度。泵的主要性能指標(biāo)也用這些主要工作參數(shù)來(lái)表示① 揚(yáng)程離心泵揚(yáng)程為離心泵出口截面和進(jìn)口截面的單位質(zhì)量液休的能量差。圖1—2為泵裝置及揚(yáng)程示意圖。進(jìn)口截面指泵進(jìn)口法蘭處1截頂，出口截面指泵出口法蘭處2截面，則可知泵抽送的單位質(zhì)量液體由進(jìn)口至出口的能量增值，即單位質(zhì)量液體通過(guò)泵獲得的有效能量就是泵的揚(yáng)程H。進(jìn)口截面能量 e1＝Z1＋p1rg＋2a1v12g2a2v2出口截面能量 e2＝Z2＋p2rg＋22a2v2－a1v12gp2－p1＋則有揚(yáng)程H＝e2－e1＝(Z2－Z1)＋rg2g式中Z為被面高程；p為壓力：V為速度；r為液體密度；g為重力加速度；a為動(dòng)能系數(shù)。變量中下標(biāo)1表示進(jìn)口，下標(biāo)2表示出口。圖2—2 泵揚(yáng)程與裝置流量為單位時(shí)間通過(guò)水泵出口截面的液體量(體積或質(zhì)量)。當(dāng)用體積流量時(shí)，用qv表示，單位為立方米每秒(m3/s)；當(dāng)用質(zhì)量流量時(shí)．用qv表示，單位為千克每秒kg/s或千克每小時(shí)(kg／h)。質(zhì)量流量和體積流量的關(guān)系為qm＝rqv在水泵的模型試驗(yàn)和模型參數(shù)中，體積流量常用升每秒(L/s)表示。由于能量的轉(zhuǎn)換是在轉(zhuǎn)輪內(nèi)進(jìn)行的，因此只有經(jīng)轉(zhuǎn)輪做功的高壓液體全部送出去才使水泵充分發(fā)揮效益。實(shí)際土，水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)輪和固定部件之間總是有空隙的，那么在轉(zhuǎn)輪四周的液體由高壓側(cè)沿間隙漏向低壓例而未經(jīng)泵出口故向流出而產(chǎn)生效益。所以實(shí)際產(chǎn)生效益的流量小于通道轉(zhuǎn)輪輸送的理論流量，該理論流量為q11＝qv＋q則泵的容積效率為hq＝qvq11＝qvqv＋q備注：確定額定驅(qū)動(dòng)性能時(shí)應(yīng)考慮下列因素：a)泵的應(yīng)用和工作方式。例如對(duì)并聯(lián)工作的泵，應(yīng)當(dāng)結(jié)合系統(tǒng)特性曲線來(lái)考慮只有一臺(tái)泵工作時(shí)它的可能性范圍； b)泵特性曲線上工作點(diǎn)的位置；c)軸封摩擦損失；d)機(jī)械密封的循環(huán)液體流量（特別是對(duì)小流量泵）；e)泵輸出介質(zhì)的性質(zhì)（粘度、固體物含量、密度）； f)傳動(dòng)裝置的功率損失和滑差； g)泵現(xiàn)場(chǎng)的大氣條件。泵的重量流量和揚(yáng)程的乘積稱(chēng)為泵的有效功率，以Ne表示，單位（kg*m/s），其表達(dá)式為：Ne=GH=rgQH 有效功率的單位以千瓦表示時(shí)，上式應(yīng)改寫(xiě)為：Ne=rgQH1000離心泵的軸功率N與有效功率Ne之差是在泵內(nèi)損失的功率，其大小可以用效率來(lái)衡量。離心泵的效率即為有效功率Ne與軸功率N之比值，用η表示，即：η=NeN知道泵的有效功率和效率后，可求出泵的軸功率Ne（千瓦）：N=rgQH1000h如果軸功率的單位為馬力，則上式應(yīng)改寫(xiě)為：N=rgQH75h ④泵的效率效率是表示整個(gè)泵從設(shè)汁到制造的優(yōu)劣指標(biāo)，表示能量利用和轉(zhuǎn)換程度。對(duì)于泵，實(shí)際液體功率Pef是液體經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)輪后輸出的能星，泵軸的功率P是原動(dòng)機(jī)輸入功率，所以泵的效率hp＝PefP＝rgqvtHthqhhP由此可得泵軸功率的另一種表示式：P＝rgq11Hthqhhhp則泵的機(jī)械效率hm＝PsP＝P－209。PmP＝1－209。PmP對(duì)泵來(lái)說(shuō)，Ps也不是泵軸的輸入功率，泵軸上的功率還包括消耗在軸承、密封等處的機(jī)械損失在內(nèi)，液體實(shí)際所獲能量的功率比泵袖功率小，向樣以209。Pm表示機(jī)械損失，設(shè)P為泵軸功率，則由此可得泵的功率Pt＝hmP由（18）和（112得離心泵的總效率為hh＝hv180。hm180。hh⑤ 泵的轉(zhuǎn)速泵的轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括轉(zhuǎn)輪(葉輪)和軸，單位時(shí)間轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)的次數(shù)稱(chēng)為轉(zhuǎn)速，以n表示,其單位是轉(zhuǎn)每分(r／Min)。泵的轉(zhuǎn)速由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)時(shí)，與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同。當(dāng)經(jīng)過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)軸時(shí)，可按泵的最優(yōu)運(yùn)行工況選定轉(zhuǎn)速。⑥ 泵的比轉(zhuǎn)速在離心泵的水力設(shè)計(jì)中，常常是根據(jù)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)Q、H、n 來(lái)選擇模型泵的，兩臺(tái)相似的泵，將在相似工況下的性能參數(shù)代入公式：npQp(Hp)3/4=nmQm(Hm)3/4計(jì)算出來(lái)的數(shù)值是相同的。通常把這個(gè)數(shù)值稱(chēng)為離心泵的比轉(zhuǎn)數(shù)，以nq表示：nq=nHQ3/4nq有這樣的性質(zhì)，對(duì)于一系列幾何相似的泵，在相似工況下的nq值都相等。所以，就可以用最佳工況的nq值作為這一系列幾何相似泵的特征數(shù)，或者說(shuō)判別數(shù)。比轉(zhuǎn)數(shù)的概念最初在水輪機(jī)中應(yīng)用，為了使離心泵的比轉(zhuǎn)數(shù)與水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)一致，經(jīng)過(guò)單位換算后，得：ns=顯然，ns=，ns和nq在本質(zhì)上沒(méi)有區(qū)別。離心泵上習(xí)慣用ns表示比轉(zhuǎn)數(shù)。下圖為不同比轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)效率修正曲線圖23 ns=20120離心泵效率修正值圖 24 離心泵的性能曲線圖通常把表示主要性能參數(shù)之間內(nèi)部規(guī)律的曲線成為離心泵的性能曲線。包括Q~H,Q~N,Q~h等，這些曲線都是在一定轉(zhuǎn)速下以試驗(yàn)方法測(cè)得，不同轉(zhuǎn)速有不同性能曲線。在性能曲線上，對(duì)于任意的流量點(diǎn)都可以找出一組與其相對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程、功率和效率值，通常把這一組對(duì)應(yīng)的參數(shù)稱(chēng)為工況點(diǎn)。對(duì)應(yīng)于離心泵最高效率點(diǎn)的工況稱(chēng)為最佳工況點(diǎn)，最佳工況點(diǎn)一般應(yīng)與設(shè)計(jì)工況點(diǎn)重合，但實(shí)際上有些泵并不重合。2．3水力設(shè)計(jì)離心泵的水力性能主要取決于離心泵的水力設(shè)計(jì)，它包括葉輪設(shè)計(jì)、壓出室和吸入室的設(shè)計(jì)。目前離心泵水力設(shè)計(jì)方法有兩種：模型換算法和速度系數(shù)法。模型換算法就是參照已有的優(yōu)秀水力模型進(jìn)行相似換算來(lái)設(shè)計(jì)新的水力模型，參照的水力模型必須與設(shè)計(jì)模型幾何相似和工況相似。速度系數(shù)法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)獲得速度系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值來(lái)計(jì)算設(shè)計(jì)模型的各參數(shù)。兩種設(shè)計(jì)方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，模型換算法設(shè)計(jì)可靠性與準(zhǔn)確性較高，但受水力模型所限，不能超越已有的模型水力性能。而速度系數(shù)法所取的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)由于是來(lái)自于經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，也具有一定可靠性，而且不受水力模型限制，因此很多時(shí)候被設(shè)計(jì)者所采用。本設(shè)計(jì)采用速度系數(shù)法進(jìn)行設(shè)計(jì)。 葉輪速度系數(shù)圖 葉輪葉輪是離心泵量主要的過(guò)流部件，其主要作用是把原動(dòng)機(jī)的能量傳遞給液體。葉輪常用鑄鐵、鑄鋼、合金鋼或其它材料制成。分單吸式葉輪和雙吸式葉輪(圖2—1)o由兩個(gè)輪蓋構(gòu)成，—個(gè)蓋扳帶有輪轂，稱(chēng)后蓋板(也稱(chēng)后盤(pán))。蓋板之間有一系列葉片形成流道，葉片一般為6—12片，視葉輪用途而定。雙吸葉輪為兩個(gè)輪蓋都有吸入孔，液體從兩側(cè)同時(shí)進(jìn)入葉輪，以提高葉輪的流量。a)b)圖 2—6 單吸式和雙吸式葉輪a)單吸葉輪和導(dǎo)葉 b)雙吸式葉輪 離心泵壓水室設(shè)計(jì)離心泵水泵的壓水室是指葉輪出口法蘭盤(pán)至泵出口法蘭盤(pán)(對(duì)節(jié)段式多級(jí)泵是到次級(jí)葉輪進(jìn)口前，對(duì)水平中開(kāi)水泵則到過(guò)渡流道之前)的過(guò)流部分。壓水室出口是泵的重要組成部分。壓水室按結(jié)構(gòu)分成螺旋式壓水室(蝸殼)(圖2—10)、環(huán)形壓水室(圖2—H)和導(dǎo)葉壓水室(導(dǎo)葉)。后者又分為徑向式和流通式導(dǎo)葉(圖2—12)。節(jié)段式多級(jí)泵導(dǎo)葉還包括對(duì)下一級(jí)葉輪起吸水作用的反導(dǎo)葉。壓出室的作用在于：1．將葉片中流出的液體收集起來(lái)并送往下一級(jí)葉輪或管路系統(tǒng)。，實(shí)現(xiàn)動(dòng)能到壓能的轉(zhuǎn)化，并可減小液體流往下一級(jí)葉輪或管路系統(tǒng)的損失。，以避免由于這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的水力損失。壓水室的作用為將葉輪中流出的液體收集起來(lái)并送到下一級(jí)葉輪或管道系統(tǒng)中；降低葉輪出來(lái)液體的流速，實(shí)現(xiàn)動(dòng)能到壓能的轉(zhuǎn)化，以減少液體在下—級(jí)葉輪或管道系統(tǒng)中的損失；消除液體流出葉輪后的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以避免由于這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的水力損失。a)b)圖 27 螺旋式壓水室 a)結(jié)構(gòu) b)原理 離心泵吸水室吸水室是指泵進(jìn)口法蘭盤(pán)到葉輪入口前泵體的過(guò)流部分。吸水室中的水力損失要比壓水室中的小得多，因此吸水室的重要性較低。但吸水室的設(shè)計(jì)影響水泵的抗空化性能，因此吸水室的設(shè)計(jì)在損失最小的情況下應(yīng)保證沿吸水室的流速盡可能均勻分布，并將吸水室路內(nèi)的流速平穩(wěn)地變?yōu)槿~輪入口的速度。(1)吸入室的作用吸入室是指泵的吸入法蘭到葉輪入口前泵體的過(guò)流部分，吸入室的作用是將吸入管中的液體以最小的損失均勻地引向葉輪。吸入室中的水力損失要比壓出室的水力損失小的多，因此，與壓出室相比，吸入室的重要性要小的多，盡管如此，吸入室仍是水泵不可缺少的部件，它直接影響著葉輪的效率和泵的汽蝕性能。(2)吸入室的分類(lèi)吸入室有以下四類(lèi)：直錐形吸入室、環(huán)形吸入室、半螺旋形吸入室、單吸泵螺旋形吸入室直錐形吸入室常用于單級(jí)懸臂式泵中，它能保證液流逐漸加速而均勻地進(jìn)入葉輪。環(huán)形吸入室又叫同心吸入室，在接近入口處設(shè)有許多導(dǎo)向徑，以防止液體在其中打轉(zhuǎn)而產(chǎn)生預(yù)旋，常用于雜質(zhì)泵和多級(jí)泵。半螺旋形吸入室主要用于單級(jí)泵中和水平式開(kāi)式泵等,能保證在葉輪進(jìn)口得到均勻的速度場(chǎng)。本次設(shè)計(jì)泵采用單吸泵螺旋形吸入室。這種結(jié)構(gòu)的吸入室性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，液體在單吸泵螺旋形吸入室內(nèi)流動(dòng)速度遞增，使液體在葉輪進(jìn)口能得到均勻的速度，液體在雙吸泵螺旋形吸入室水力損失很小，汽蝕性能也比較好按結(jié)構(gòu)吸水宰可分為直錐型吸水室、彎管型吸水室、環(huán)形吸水室和半螺旋型吸水室，如下圖所示。圖 28 直錐形吸水室圖 29 彎管型吸水室圖 210環(huán)形型吸水室圖 211 半螺旋型吸水室1)直錐型吸水室廣泛用于單級(jí)懸臂離心泵上。其水力性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，速度分布從進(jìn)口到水泵葉輪進(jìn)口逐步均勻變化。其出口直徑與葉輪進(jìn)口直徑相同，入口直徑比出口大7%—10%.而入口的經(jīng)濟(jì)流速在3m/s左右。允許錐度范圍為7176。180176。，這樣就可以確定該吸水室的尺寸。2)彎形吸水室可用于大型離心泵中。這種吸水室也有一段直錐形收縮管，故其優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計(jì)與直錐型基本相同3)環(huán)形吸水室用于節(jié)段式多級(jí)泵中。其優(yōu)點(diǎn)是各軸面內(nèi)的斷面形狀和尺寸均相同，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)為存在水流沖八和漩渦，且流速分布不均勻。4)半螺旋形吸水空廣泛應(yīng)用于單級(jí)雙吸水泵和水平中開(kāi)多級(jí)泵中。其優(yōu)點(diǎn)為當(dāng)軸穿過(guò)吸水室時(shí)，能夠使流體繞過(guò)軸后也不產(chǎn)生漩渦，且使流體均勻流入葉輪，時(shí)小的漩渦只停留在其鼻端B點(diǎn)后面。如果泵在運(yùn)行中產(chǎn)生了噪音和振動(dòng)，并伴隨有流量、揚(yáng)程和效率的降低，有時(shí)甚至不能工作，當(dāng)檢修這臺(tái)泵時(shí)，常常可以發(fā)現(xiàn)在葉片入口邊靠近前蓋板處和葉片入口邊附近有麻點(diǎn)或蜂窩狀破壞。嚴(yán)重進(jìn)整個(gè)葉片和前、后蓋板都有這種現(xiàn)象，甚至葉片和蓋板被穿透，這就是由于汽蝕所引起的破壞。在實(shí)現(xiàn)運(yùn)行中，有很多泵是由于汽蝕所損壞的。汽蝕又稱(chēng)為空蝕，它是在一定條件下由于液體和氣體的相互作用而引起的。泵通過(guò)旋轉(zhuǎn)的葉輪對(duì)液體作功，使液體能量(包括動(dòng)能和壓能)增加，在相互作用過(guò)程中，液體的速度和壓力是變化的。通常，離心泵葉輪入口處是壓力最低的地方。如果這個(gè)地方液體的壓力等于或低于在該溫度下液體的汽化壓力Pv，就會(huì)有蒸汽及溶解在液體中的氣體從液體中大量逸出，形成許多蒸汽與氣體混合的小氣泡。這些小氣泡隨液體流到高壓區(qū)時(shí)，由于氣泡內(nèi)是汽化壓力，而氣泡周?chē)笥谄瘔毫Γa(chǎn)生了壓差，在這個(gè)壓差作用下，氣泡受壓破裂而重新凝結(jié)。在凝結(jié)過(guò)程中，液體質(zhì)點(diǎn)從四周向氣泡中心加速運(yùn)動(dòng)，在凝結(jié)的一瞬間，質(zhì)點(diǎn)互相撞擊，產(chǎn)生很第一名在局部壓力。這些氣泡如果在金屬表面附近破裂而凝結(jié)，則體質(zhì)點(diǎn)就象無(wú)數(shù)小彈頭一樣，連續(xù)打擊在金屬表面上。在壓力很大，頻率很高的連續(xù)打擊下，金屬表面逐漸因疲勞而破壞，通常把這種破壞稱(chēng)為剝蝕。在所產(chǎn)生的氣泡中還雜有一些活潑氣體(如氧等)，借助氣泡凝結(jié)時(shí)所放出的熱量，對(duì)金屬起化學(xué)腐蝕作用。化學(xué)腐蝕與機(jī)械剝蝕的共同作用，就更加快了金屬損壞速度，這種現(xiàn)象就叫做汽蝕破壞現(xiàn)象。離心泵在嚴(yán)重的汽蝕狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)生汽蝕部位很快就被破壞成蜂窩或海綿狀。離心泵開(kāi)始發(fā)生汽蝕時(shí)，汽蝕區(qū)域較小，對(duì)泵的正常工作沒(méi)有明顯的影響，在泵的正常工作沒(méi)有明顯的影響，在泵性能曲線上也沒(méi)有明顯的反映。但當(dāng)汽蝕發(fā)展到一定程度時(shí)，氣泡大量產(chǎn)生，影響液體的正常流動(dòng)，甚至造成液流間斷、發(fā)生振動(dòng)和噪音，同時(shí)泵的流量、揚(yáng)程和效率明顯下降，在泵性能曲線上也有明顯表現(xiàn)。汽蝕不但使泵的性能下降，產(chǎn)生噪音和振動(dòng)，而且使泵的壽命縮短，嚴(yán)重時(shí)使泵無(wú)法工作。所以，研究汽蝕過(guò)程的客觀規(guī)律，提高離心泵抗汽蝕性能，以及研究抗汽蝕破壞的材料，是離心泵技術(shù)發(fā)展的重要研究項(xiàng)目之一。 吸上真空度對(duì)一般中小型臥式離心泵來(lái)說(shuō)，泵軸心線距液面的垂直高度叫幾何吸上高度，或稱(chēng)幾何安裝高度，以Hg表示。泵的幾何吸上高度不可能無(wú)限制地提高，從離心泵的工作原理可知，泵能把低處液體吸到高處，是因?yàn)橐后w在葉輪離心力的作用下被甩出葉輪，而在葉輪吸入口處造成真空度，貯水池中的液體在液面壓力作用下經(jīng)吸入管路進(jìn)入泵內(nèi)。因此，泵的吸上高度與泵吸入口處真空度、液面壓力、吸入管路的速度、阻力及被抽液體的重度等因素有關(guān)。 汽蝕余量泵的允許吸上真空度[Hs]是隨泵使用地點(diǎn)的大氣壓，吸入管路中的阻力和流速，以及所抽送液體的性質(zhì)和溫度的不同而變化的。所以使用時(shí)不太方便，需引進(jìn)一個(gè)表示泵汽蝕性能的參數(shù)，這就是汽蝕余量Δh。汽蝕余量分為裝置汽蝕余量或稱(chēng)為必需的汽蝕余量和泵的汽蝕余量或稱(chēng)為有效的汽蝕余量。裝置汽蝕余量的意義表示：泵吸入口處單位重量的液體所具有的超過(guò)汽化壓力的富余能量。而這富余能量包括壓力能和動(dòng)能，由于動(dòng)能較小，所以主要是壓力能。裝置汽蝕余量單位以米液柱高度表示。裝置汽蝕余量越大，說(shuō)明泵吸入處單位重量液體所具有的超過(guò)汽化壓力的富余能量越大，這樣使泵不容易產(chǎn)生汽化，水泵不會(huì)發(fā)生汽蝕。裝置汽蝕余量并不能表示泵的汽蝕性能的好壞。因?yàn)檠b置汽蝕余量?jī)H指液體從吸水池吸入口處所具有的超過(guò)汽化壓力的能量，而泵吸入口處的液體壓力并不是泵內(nèi)液體壓力的最底處。因?yàn)橐后w自泵的吸入口流到葉輪的過(guò)程中還有能量損失，壓力還要降低。因而要表示泵的性能需要的是泵的汽蝕余量。 汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)在設(shè)計(jì)離心泵時(shí)，除了考慮水泵的參數(shù)（揚(yáng)程、流量、功率、效率、轉(zhuǎn)速）以外，還需要有一個(gè)能表示泵的汽蝕性能，而又與泵的設(shè)計(jì)參數(shù)有聯(lián)系的綜合性參數(shù)，作為比較泵汽蝕性能和選擇模型泵的依據(jù)。最小汽蝕余量的大小與泵入口幾何形狀及液體流動(dòng)情況密切有關(guān)。利用水力學(xué)中相似原理，引出一