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十大买球平台:化工原理之二流体输送机械
发布时间:2025-06-17 09:36:30

  式2-13为离心泵基本方程式的又一表达式,表示离心泵的理论压头与理论流量、叶轮的转速和直径、叶片的几何形状之间的关系。下面分别讨论各项影响因素。

  离心泵工作时,液体一方面随叶轮作旋转运动,同时又经叶轮流道向外流动,因此液体在叶轮内的流动情况是十分复杂的。

  如图2-5所示,液体质点沿着轴向以绝对速度c0进入叶轮,在叶片入口处转化为径向运动,此时液体一方面以圆周速度u1随叶轮旋转,其运动方向于液体质点所在处的圆周的切线方向一致,大小与所在处的半径及转速有关;另一方面以相对速度w1在叶片间作相对预选专业轮的相对运动,其运动方向是液体质点所在处的叶片切线方向,大小与液体流量及流动的形状有关。两者的和速度为绝对速度c1,此即为液体质点相对于泵壳(固定与地面)的绝对运动速度。同样,在叶片出口处,圆周速度为u2,相对速度为w2,两者的和速度即为液体在叶轮出口处的绝对速度c2。

  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.下面分别简述其结构和作用。

  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(见图2-3a中的1).这些小孔称为平衡孔。十大买球平台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。

  不断增大。但HP随β2的变化却不同,在β2〈900时,HP随β2加大而增大,且HP在 中占有较大的比例,在β2= 900时,HP和HC所占的比例大致相当,在β2〉900时,HP所占比例较少,大部分是HC,β2大至某一值后,HP=0,此时 = HC。由此可知,当β2〉900时,不仅静压头相对地较后弯叶片的低,而且因液体出口绝对速度C2较大导致液体在泵内产生的涡流较剧烈,能量损失增大。因此为提高离心泵的经济指标,宜采用后弯叶片。

  若离心泵的几何尺寸(D2、b2、β2)和转速(n)一定时,则式2-8a可表示为:

  离心泵基本方程时刻由离心力做工推导,但更普遍的是根据动量理论求得。关于动量局在力学中有以下的定理:“单位时间内,对于流动流体某一中心的动量矩的增量,等于作用与其中心的力矩的增量。”

  为了说明离心泵的工作原理,把式2-8作进一步的变换。将式2-1代入2-8,并整理得:

  式2-9为离心泵基本方程式另一表达形式,说明离心泵的理论压头由两部分所组成:一部分是液体流经叶轮后所增加的静压头,简称为静压头,以Hp表示;另一部分是液体流经叶轮后所增加的动压头,简称为动压头,以Hc表示,即:

  由上可见,前弯叶片所产生的理论压头最大。但是离心泵实际上多采用后弯叶片,其原因如下:离心泵的理论压头包括静压头和动压头两部分,而对输送液体而言,希望获得的是

  静压头,而不是动压头,虽在蜗壳和导轮中有部分动压头可转换为静压头,但由于液体流速过大,转换过程中必然伴随有较大的能量损失。理论压头中静压头和动压头的比例随β2而变,图2-7表示 、HP与β2的关系曲线加大,

  离心泵的理论压头是指在理想情况下离心泵可能达到的最大压头。所谓理想情况就是:(1)叶轮为具有无限多叶片(叶片的厚度当然为无限薄)的理想叶轮,因此液体质点将完全沿着叶片表面而流动;(2)被输送的液体是理想液体,因此无粘性的液体在叶轮内流动时不存在流动阻力。这样,离心泵的理论压头就是具有无限多叶片的离心泵对单位重量的理想液体所提供的能量。显然,上述假设是为了便于分析研究液体在叶轮内的运动情况,从而导出离心泵的基本方程式。

  在化工生产中,为了满足工艺条件的要求,常需把流体从一处送到另一处,有时还需提高流体的压强或将设备造成真空,这就需采用为流体提供能量的输送设备。为液体提供能量的输送设备称为泵为气体提供能量的输送设备称为风机及压缩机。它们都是化工厂最常用的通用设备,因此又称为通用机械。为气体提供能量的输送设备称为风机及压缩机。它们都是化工厂最常用的通用设备,因此又称为通用机械。化工生产中被输送的流体是多种多样的,且在操作条件、输送量等方面也有较大的差别,所用的输送设备必须能满足生产上不同的要求。化工生产又多为连续过程,如果过程骤然中断,可能会导致严重事故,因此要求输送设备在操作上安全可靠。输送设备运行时要消耗动力,动力费用直接影响产品的成本,故要求各种输送设备能在较高的效率下运转,以减少动力消耗。为此,必须了解流体输送设备的操作原理、主要结构与性能,以便合理地选择和使用这些通用机械。

  叶轮按其吸液方式不同可分为单吸式和双吸式两种。如图2-3所示,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。

  离心泵的泵壳通常制成蜗牛形,故又称蜗壳,如图中的1所示.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。

  从力矩定定义知:在稳态流动中,单位时间内叶轮对液体所作的功等于同一时间内液体从叶片进口处流到叶片出口处的动量矩变化和叶轮旋转角速度的乘积,即:

  式2-8称为离心泵基本方程式。在离心泵的设计中,为了提高理论压头,一般使α1=900,则cosα1=0,故式2-8可简化为:

  由式2-13与式2-14可看出,当叶片几何尺寸(b2、β2)与理论流量一定时,离心泵的理论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大。

  根据流动角的大小,叶片形状分为后弯,径向和前弯三种。由式2-8a可知,单叶轮的直径和转速、叶片的宽度及理论流量一定时,离心泵的理论压头随叶片的形状而变。

  式2-10中等号右侧的第一是代表由叶轮旋转运动所增加静压头,第二项是由叶面间的流道截面逐渐扩大、致使液体相对速度减小所增加的静压头。而HC中将有一部分动压头在液体流蜗壳和导轮后转变为静压头。

  为了能明显地看出影响离心泵理论压头的因素,需将式2-8a作进一步变换。理论流量可表示为在叶轮出口处的液体径向速度和叶片末端圆周出口面积之成积,即:

  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。

  上图为一台离心泵。它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.

  由上诉三个速度所组成的矢量图,称为速度三角形。如图2-5中出口速度三角线所示, 表示绝对速度与圆周速度两矢量之间的夹角, 表示相对速度与圆周速度反方向沿线的夹角。 及 的大小与叶片的形状有关。根据速度三角形可确定各速度间的数量关系。由余玄定律得知:

  应予指出,前面所讨论的是理想液体通过理论叶轮时的 -- 关系曲线,称为离心泵的理论特性曲线。实际上,叶轮的叶片都是有限的,且输送的是实际液体。因此,液体并非完全沿叶片弯曲形状运动,而且在流道中产生与叶轮旋转方向不一致的旋转运动,称为轴向涡流。于是,实际的圆周速度u2和绝对速度c2都较理想叶轮的为小,致使泵的压头降低。同时实际液体流过叶片的间隙和泵内通道时必然伴随有各种能量损失,因此离心泵的实际压头H小于其理论压头 。另外由于泵内存在由各种泄漏损失,离心泵的实际流量Q也低于理论流量 。所以离心泵的实际压头与实际流量(简称为离心泵的压头和流量)的关系曲线应在 -- 关系曲线所示。离心泵的H-Q关系曲线通常由实验测定。

  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,如图2-4中的3所示。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.

  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。

  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.

  离心泵基本方程式从理论是表达了泵的压头与其结构,尺寸.转速及流量等因素之间的关系,它是用于计算离心泵理论压头的基本功式.