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職業(yè)教育加工制造專業(yè)備課資源:葉片泵的結(jié)構(gòu)與工作原理
葉片泵,是轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的葉片與泵殼(定子環(huán))相接觸,將吸入的液體由進(jìn)油側(cè)壓向排油側(cè)的泵。因?yàn)闅v史的葉片泵根據(jù)中類型的不同有兩種一)專門指容積泵中的滑片泵。二)指動力式泵的三泵(離心泵、混流泵、軸流泵)或其他特殊的泵。這類泵產(chǎn)品一般不會叫葉片泵。但作為專著,葉片泵幾乎全部是指離心泵、混流泵、軸流泵等。根據(jù)其每轉(zhuǎn)的理論排量是固定值還是可變值,可以分為葉片式變量泵和葉片式定量泵。
離心泵結(jié)構(gòu)與工作原理
圖2-1為單級單吸式離心泵總體結(jié)構(gòu)簡圖。從圖中可以看出,離心泵包括蝸殼形的泵殼8和裝于泵軸7上旋轉(zhuǎn)的葉輪3,蝸形泵殼的吸液口與吸液管4相連接,排液口通過閥門2與排液管1相連接。
離心泵的葉輪一般是由兩個(gè)圓形蓋板組成,蓋板之間有若干片彎曲的葉片,葉片之間的槽道為液體的流道,如圖2-2所示。葉輪前蓋板中心位置有一個(gè)圓孔,即葉輪的進(jìn)液口,它裝在泵殼的吸液口內(nèi),與離心泵吸液管相通。
離心泵在啟動之前,先用液體灌滿泵殼和吸液管道,然后啟動電機(jī),使葉輪和液體作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,液體受到離心力作用被甩出葉輪,經(jīng)蝸形泵殼中的流道而進(jìn)入離心泵的出口管道,再排入管網(wǎng)中。
與此同時(shí),離心泵葉輪中心處由于液體被甩出而形成真空區(qū),吸液池中的液體便在內(nèi)外壓差作用下,沿吸液管連續(xù)進(jìn)入葉輪吸液口,又受到高速轉(zhuǎn)動葉輪的作用,液體被甩出葉輪而匯入出口管道,如此循環(huán),就實(shí)現(xiàn)了離心泵連續(xù)輸送液體的目的。
離心泵的工作過程實(shí)際上是一個(gè)能量傳遞和轉(zhuǎn)化的過程,它把電動機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為被輸送液體的動能、位能和壓力能。在這個(gè)傳遞和轉(zhuǎn)化過程中,伴隨著許多能量損失,這種能量損失越大,離心泵的性能就越差,工作效率就越低。
離心泵的工作原理與后面講到的容積泵完全不同。容積泵是靠工作容積由大變小將液體強(qiáng)行排擠出去,而離心泵是靠離心力將液體從葉輪中拋出去。離心泵的流量和揚(yáng)程之間有相互對應(yīng)的關(guān)系,因此可以用安裝在泵出液管路上的閥門來調(diào)節(jié)流量。
但是對于容積泵,一般是不允許用這種方法來調(diào)節(jié)流量,關(guān)小排液管路上的閥門,不僅起不到調(diào)節(jié)流量的作用,反而會使泵因排壓過大而發(fā)生事故。但在離心泵工作過程中,即使完全關(guān)死排液管路上的閥門,在短時(shí)間內(nèi)一般也不會引起事故。
軸流泵的原理和結(jié)構(gòu)
軸流泵是一種低揚(yáng)程、大流量的葉片式泵。圖2-62所示為軸流泵的一般結(jié)構(gòu),其過流部分由吸入管1.、葉輪2、導(dǎo)葉3、彎管4和排出管5組成。當(dāng)軸流泵工作時(shí),液體沿吸入管進(jìn)入葉輪并獲得能量,然后通過導(dǎo)葉和彎管排出。軸流泵是利用葉片對繞流液體產(chǎn)生升力而輸出液體的。
根據(jù)葉輪上葉片的安置角度是否可調(diào),軸流泵分為固定葉片軸流泵和可調(diào)葉片軸流泵兩類。軸流泵的工作特點(diǎn)是流量大,單級揚(yáng)程低。可用作熱電站中的循環(huán)水泵、油田用供水泵或化工行業(yè)的蒸發(fā)循環(huán)泵。
為了提高泵的揚(yáng)程,軸流泵可以做成多級。多級軸流泵可以用作油田鉆井泥漿泵,大大減輕泵重,顯著改善工作性能。此外,軸流渦輪無桿抽油機(jī)就是利用了多級軸流泵的工作原理開發(fā)的采油設(shè)備。
與離心泵相比,軸流泵優(yōu)點(diǎn)是外形尺寸小、占地面積小、結(jié)構(gòu)較簡單、重量輕、制造成本低及可調(diào)葉片式軸流泵擴(kuò)大了高效工作區(qū)等;缺點(diǎn)是吸入高度小,由于低汽蝕性能,一般軸流泵的工作葉輪裝在被輸送液體的低液面以下,以便在葉輪進(jìn)口處造成一定的灌注壓力。
旋渦泵的結(jié)構(gòu)和工作原理
旋渦泵是一種小流量、高揚(yáng)程的葉片泵。流量最小的旋渦泵輸送流量為0.05L/s,流量大的旋渦泵輸送流量可達(dá)12.5L/s。單級旋渦泵輸送清水揚(yáng)程可達(dá)300m。
旋渦泵的結(jié)構(gòu)主要包括葉輪(外緣上帶有徑向葉片的圓盤)、泵體、泵蓋以及由泵蓋、泵體和葉輪組成的環(huán)形流道,如圖2-66所示。
液體由吸入管進(jìn)入流道,并經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的葉輪獲得能量,再被輸送到排出管。當(dāng)旋渦泵的葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí),液體按葉輪的轉(zhuǎn)動方向沿環(huán)形流道流動。
進(jìn)入葉輪葉片間的液體在葉片的推動下與葉輪一起運(yùn)動,其圓周分速度可以認(rèn)為與葉輪的圓周速度相等。此時(shí)液體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的離心力大小與圓周速度的平方成正比。
由于葉片間的液體與環(huán)形流道內(nèi)的液體的圓周速度不同,這樣就在軸面內(nèi)形成了如圖2-67所示的環(huán)形運(yùn)動。液體的環(huán)形流動的向量方向垂直于軸面,指向沿流道的圓周縱長方向,這一環(huán)形運(yùn)動稱為縱向旋渦。
液體質(zhì)點(diǎn)從葉輪葉片間流出后進(jìn)入環(huán)形流道中,將一部分動量傳給流道中的液流,這樣就給液體一個(gè)順著葉輪旋轉(zhuǎn)方向的沖量。同時(shí),有一部分能量較低的液體又進(jìn)入葉輪。
在環(huán)形流道中的液體依靠縱向旋渦,每經(jīng)過一次葉輪,就得到一次能量,這就是旋渦泵的揚(yáng)程高于一般葉片泵的原因。縱向旋渦的存在是旋渦泵區(qū)別于其他類型葉片泵工作過程的一個(gè)重要特點(diǎn)。
除縱向旋渦外,在葉輪葉片的進(jìn)口邊,由于液流的沖角很大,使液體產(chǎn)生脫流,脫離葉片表面和形成旋渦。這種旋渦的向量方向與葉片的進(jìn)口邊是平行的,即與葉片徑向方向相平行,所以稱為徑向旋渦。
在一般旋渦泵中,當(dāng)泵的工況為這種情形時(shí),徑向旋渦傳遞能量作用小,可以忽略不計(jì)??v向旋渦的大小直接與環(huán)形流道內(nèi)液體的速度有關(guān),也就是與流量有關(guān)。隨著流量的增加,縱向旋渦減小。
當(dāng)環(huán)形流道內(nèi)液體的速度接近于葉輪的圓周速度時(shí),由于流道內(nèi)和葉輪葉片間液體的離心力相同,不會產(chǎn)生縱向旋渦。
而當(dāng)流量越小,則液體在葉輪內(nèi)的圓周速度和在環(huán)形流道內(nèi)的圓周速度相差越大,離心力相差也越大,縱向旋渦也隨之變大,壓頭也越高。圖2-68和圖2-69為旋渦泵性能曲線及其實(shí)例。由兩圖可見,流量減小時(shí),壓頭就增加。
旋渦泵和其他類型泵相比,旋渦泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,體積小,重量輕,揚(yáng)程高,比同尺寸、同轉(zhuǎn)速的離心泵要高2~4倍,陡降式H-Q性能曲線,對系統(tǒng)中壓力波動不敏感,有自吸能力,或借助于簡單裝置來實(shí)現(xiàn)自吸,某些旋渦泵可實(shí)現(xiàn)氣液混輸。缺點(diǎn)是:效率較低,最高不超過50%,大多數(shù)在20%~40%;汽蝕性能較差,適合抽送純凈的液體介質(zhì),黏度不能太大。
漩渦泵屬于離心泵的一種特殊形式。葉輪是個(gè)外周面上銑出葉片的圓盤,它裝在具有等截面環(huán)形流道的殼體內(nèi),葉輪的軸線和環(huán)形流道同心,流道的一端接吸入口,而另一端則與排出口相聯(lián),吸排口間裝有隔板,隔板與葉輪的間隙很小,以防液體漏泄。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí),事先充入泵內(nèi)的液體,就被迫隨葉輪一起旋轉(zhuǎn),并因而產(chǎn)生一定的離心力,向葉輪的外周拋出,進(jìn)入泵殼的環(huán)形流道。液體進(jìn)入環(huán)形流道后,因受流道的限制,又被迫回流,并自葉片根部重新進(jìn)入的另一葉道中,因此液體在葉片與環(huán)形流道之間的運(yùn)動跡線,對固定的泵殼來說,是一種前進(jìn)的螺旋線,而對于轉(zhuǎn)動的葉輪來說,則是一種后退的螺旋線,正是由于流體在泵內(nèi)作上述漩渦運(yùn)動,因此就能使液體連續(xù)多次的進(jìn)入葉片之間,多次的從葉輪獲得能量,直到最后達(dá)到出口為止,因此漩渦泵能產(chǎn)生較大的壓頭。
構(gòu)造上的差異: 旋渦泵(也稱渦流泵)是一種葉片泵。主要由葉輪、泵體和泵蓋構(gòu)成。葉輪是一個(gè)圓盤,圓周上的葉片呈放射狀均勻擺放。泵體和葉輪間構(gòu)成環(huán)形流道,吸進(jìn)口和排出口均在葉輪的外圓周處。吸進(jìn)口與排出口之間有隔板,由此將吸進(jìn)口和排出口隔脫離。 離心泵的主要過流部件有吸水室、葉輪和壓水室。吸水室坐落葉輪的進(jìn)水口前面,起到把液體引向葉輪的效果;壓水室主要有螺旋形壓水室(蝸殼式)、導(dǎo)葉和空間導(dǎo)葉三種方式;葉輪是泵的最重要的作業(yè)元件,是過流部件的心臟,葉輪由蓋板和中心的葉片構(gòu)成。
原理上的差異: 離心泵作業(yè)前,先將泵內(nèi)充溢液體,然后發(fā)動離心泵,葉輪疾速滾動,葉輪的葉片唆使液體滾動,液體滾動時(shí)依托慣性向葉輪外緣流去,一起葉輪從吸入室吸進(jìn)液體,在這一過程中,葉輪中的液體繞流葉片,在繞流運(yùn)動中液體效果一升力于葉片,反過來葉片以一個(gè)與此升力巨細(xì)持平、方向相反的力效果于液體,這個(gè)力對液體做功,使液體得到能量而流出葉輪,這時(shí)液體的動能與壓能均增大。
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