离心泵的工作原理.doc

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1、2.2离心泵　2.2.1   离心泵的工作原理　离心泵的主要构件－叶轮和蜗壳叶轮是离心泵直接对液体作功的部件，其上有若干后弯叶片，一般为４～８片。由电机驱动作高速旋转运动（1000～3000r/min），迫使叶片间的液体作近似等角速度的旋转运动。液体在叶片间的运动由图２－５可以导出液体质点的切向速度ｕ，相对速度ω和绝对速度ｃ之间的关系为         （2－5）        （2－6）　　如不计叶片的厚度，离心泵的流量qv可表示为    （2－7）    （2－8）　式中　　在同一流量下，因外缘处叶片间的流道较内缘处为宽，其相对速度ω２将低于内缘ω１。等角速度

2、旋状运动的考察方法　１　以静止坐标为参考系；２　以与流体一起作等角速度运动的旋转坐标为参照系。离心力场中的机械能守恒设有一离心泵叶轮如图２－６所示，此叶轮具有无限多叶片并绕轴以角速度ω旋转．当离心泵正常工作时，流体在作等角速度旋转运动的同时，还将沿叶片通道由内缘流向外缘。若以旋转坐标为参照系，并假定：１． 液体是理想流体，无摩擦阻力损失；２． 流动是定态的。则流体质点在叶片通道内的相对运动速度ω应满足     （2－9）　　　----为方便分析，假设叶轮水平放置，并取旋转中心为坐标原点，Z轴向上。在叶轮内半径为ｒ处取单位质量流体，作用在此单位质量流体上的体积力为：

3、重力　    　惯性离心力 　此离心力在ｘ和y方向的投影是    ； 　将Ｘ、Y、Z但入式（２－９）中，并积分得    　　此式表明，理想流体在无限多叶片构成的叶片通道内作定态流动时，其总机械能守恒。这样可对叶轮进、出口截面列出机械能守恒式：    （2－10）　或         （2－11）　　　离心泵的理论压头若以静止物体为参照系，具有径向运动的旋转流体所具有的机械能应是势能和以绝对速度计的动能。离心泵叶轮对单位重量流体所提供的能量等于流体在进、出口截面的总机械能之差，即         （2－12）　　　将式（２－１１）代入上式，可得离心泵的理论压头为  

4、（2－13）　　　将式（２－５）、（２－６）代入上式得     （2－14）　　　由上式可以看出，为得到较大的压头，在离心泵设计时，通常使液体不产生预旋，从径向进入叶轮，即α１＝90。。于是，泵的理论压头       （2－15）　　　流量对理论压头的影响由图２－５可知：   （2－16）　由式（２－７），得 　　将上两式代入式（２－１５），可得泵的理论压头HＴ和泵的流量之间的关系为      （2－18） 　叶片形状对理论压头的影响根据叶片出口端倾角β２的大小，叶片形状可分为三种：径向叶片（）；后弯叶片（）和前弯叶片（）．图２－７表示了三种叶片的形状．由式（２－

5、１８）可知，对径向叶片，，泵的理论压头与流量无关；对于前弯叶片，泵的理论压头随流量增加而增大；对于后弯叶片，泵的理论压头随流量增加而减少。液体密度的影响由式（２－１８）可知理论压头与液体密度无关。但是，在同一压头下，泵进、出口的压差却与流体的密度成正比。如果泵启动时，泵体内是空气，而被输送的是液体，则启动后泵产生的压头虽为定值，但因空气密度太小，造成的压差或泵吸入口的真空度很小而不能将液体吸入泵内。因此，离心泵启动时须先使泵内充满液体，这一操作称为灌泵。泵在运转时吸入管路和泵的轴心处常处于负压状态，若管路及轴封密封不良，则因漏入空气而使泵内流体的平均密度下降。若平

6、均密度下降严重，泵将无法吸上液体，此称为“气缚”现象。　2.2.2   离心泵的特性曲线泵的有效功率和效率泵的有效功率可由下式表示。                                     （2－19）　式中                   由电机输入离心泵的功率称为泵的轴功率，以表示。有效功率与轴功率之比值定义为泵的效率，即                                    （2－20）离心泵内的容积损失、水力损失和机械损失是构成泵的效率的主要因素。离心泵的特性曲线离心泵的有效压头（扬程）、效率、轴功率均与输液量有关，其间

7、关系可用泵的特性曲线表示，下图为离心泵的特性曲线。　液体粘度对特性曲线的影响泵制造厂所提供的特性曲线是用常温清水进行测定的。因此，选泵时应先对原特性曲线进行修正，然后根据修正后的特性曲线进行选择。转速对特性曲线的影响如转速相差不大，转速改变后的特向曲线可从已知的特性曲线近似地换算求出，换算的条件是设转速改变前后液体离开叶轮的速度三角形相似，则泵的效率相等。参见图２－１２，　　由速度三角形相似可得：     （2－21）　　使其与转速的关系满足式（２－２１）时，泵内液体的速度三角形相似。    （2－22）　　轴功率之比为：    （2－23）　　综上所述可得离心泵

8、的比例定律