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水泵葉輪結構的分析


水泵葉輪結構型式:葉輪的結構分為四大類:葉片式(開式、閉式)、旋流式、流道式、(包括單流道和雙流道)螺旋離心式四種。  開式半開式葉輪制造方便,當葉輪內造成堵塞時,可以很容易的清理及維修,但在長期運行中,在顆粒的磨蝕下會使葉片與壓水室內側壁的間隙加大,從而使效率降低。并且間隙的加大會破壞葉片上的壓差分布。
不僅產生大量的旋渦損失,而且會使泵的軸向力加大,同時,由于間隙加大,流道中液體的流態(tài)的穩(wěn)定性受到破壞,使泵產生振動,該種型式葉輪不易于輸送含大顆粒和長纖維的介質,從性能上講,該型式葉輪效率低,最高效率約相當于普通閉式葉輪的92%左右,揚程曲線比較平坦。  旋流式葉輪:  采用該型式葉輪的泵,由于葉輪部分或全部縮離壓水室流道。所以無堵塞性能好,過顆粒能力和長纖維的通過能力較強。
顆粒在壓水室內流動靠葉輪旋轉產生的渦流的推動下運動,懸浮性顆粒本身不產生能量,只是在流道內和液體交換能量。在流動過程中,懸浮性顆;蜷L纖維不與葉片接觸,葉片多磨損的情況較輕,不存在間隙因磨蝕而加大的情況,在長期運行中不會造成效率嚴重下降的問題,采用該型式葉輪的泵適合于抽送含有大顆粒和長纖維的介質! 男阅苌现v,該葉輪效率較低,僅相當于普通閉式葉輪的70%左右,揚程曲線比較平坦。
閉式葉輪:  該型式的葉輪正常效率較高。
且在長期運行中情況比較穩(wěn)定,采用該型式葉輪的泵軸向力較小,且可以在前后蓋板上設置副葉片。
前蓋板上的副葉片可以減少葉輪進口的旋渦損失和顆粒對密封環(huán)的磨損。
后蓋板上的副葉片不僅起平衡軸向力的作用,而且可以防止懸浮性顆粒進入機械密封腔對機械密封起保護作用。但該型式葉輪的無堵性差,易于纏繞,不宜于抽送含大顆粒(長纖維)等末經處理的污水介質。
流道式葉輪:  該種葉輪屬于無葉片的葉輪,葉輪流道是一個從進口到出口的一個彎曲的流道。
所以適宜于抽送含有大顆粒和長纖維的介質。
抗堵性好。  從性能上講,該型式葉輪效率高和普通閉式葉輪相差不大,但用該型式葉輪泵揚程曲線較為陡降。功率曲線比較平穩(wěn),不易產生超功率的問題,但該型葉輪的汽蝕性能不如普通閉式葉輪,尤其適宜用在有壓進口的泵上。
螺旋離心式葉輪:  該型葉輪的葉片為扭曲的螺旋葉片,在錐形輪轂體上從吸入口沿軸向延伸。該型葉輪的泵兼具有容積泵和離心泵的作用,懸浮性顆粒在葉片中流過時,不撞擊泵內任何部位,故無損性好。
對輸送物的破壞性小。由于螺旋的推進作用,懸浮顆粒的通過性強,所以采用該型式葉輪的泵適宜于抽送含有大顆粒和長纖維的介質,以及高濃度的介質。在對輸送介質的破壞有嚴格要求的場合下具有明顯的特點。


延伸閱讀:單螺桿泵和齒輪泵相比哪個使用壽命更長
齒輪泵和單螺桿泵相比較,兩者都屬于容積式泵,因此基本性能是相差不多的。可以輸送粘度非常高的物質,都有很高的輸送壓力。單螺桿泵有一個缺點就是單螺桿泵的非流線型曲面和腔內的缺陷會使使用壽命減短,也是由于這個問題適用性不強。
不過單螺桿泵也有獨特的優(yōu)點就是可以輸送濃度非常高的液體,齒輪泵卻做不到。  齒輪泵的特點是:使用壽命長,兩個齒輪之間都會有一定的間隙,這樣兩個齒輪之間就不會產生磨損,更不會被磨損。轉子和轉子之間沒有接觸,長時間使用不會發(fā)生磨損,運行的時候穩(wěn)定,噪音低,效益高,適用的范圍廣。
  齒輪泵可以輸送高粘度、濃度和含顆粒的介質。單螺桿泵屬于容積式泵,輸送流量可以進行準確的控制,也可以方便的制作成變量泵。離心泵的輸出流量是不能進行控制的,齒輪泵具有很強的自吸能力,這個是單螺桿泵所沒有的,如果強迫單螺桿泵自吸,就會造成單螺桿泵定子受到損壞。


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泵主要用來輸送液體包括水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態(tài)金屬等,也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。
水的提升對于人類生活和生產都十分重要。
古代就已有各種提水器具,例如埃及的鏈泵(公元前17世紀),中國的桔槔(公元前17世紀)、轆轤(公元前11世紀)和水車(公元1世紀)。
比較著名的還有公元前三世紀,阿基米德發(fā)明的螺旋桿,可以平穩(wěn)連續(xù)地將水提至幾米高處,其原理仍為現(xiàn)代螺桿泵所利用。
公元前200年左右,古希臘工匠克特西比烏斯發(fā)明的滅火泵是一種最原始的活塞泵,已具備典型活塞泵的主要元件,但活塞泵只是在出現(xiàn)了蒸汽機之后才得到迅速發(fā)展。
1840~1850年,美國沃辛頓發(fā)明泵缸和蒸汽缸對置的,蒸汽直接作用的活塞泵,標志著現(xiàn)代活塞泵的形成。19世紀是活塞泵發(fā)展的高潮時期,當時已用于水壓機等多種機械中。然而隨著需水量的劇增,從20世紀20年代起,低速的、流量受到很大限制的活塞泵逐漸被高速的離心泵和回轉泵所代替。
但是在高壓小流量領域往復泵仍占有主要地位,尤其是隔膜泵、柱塞泵獨具優(yōu)點,應用日益增多;剞D泵的出現(xiàn)與工業(yè)上對液體輸送的要求日益多樣化有關。早在1588年就有了關于四葉片滑片泵的記載,以后陸續(xù)出現(xiàn)了其他各種回轉泵,但直到19世紀回轉泵仍存在泄漏大、磨損大和效率低等缺點。
20世紀初,人們解決了轉子潤滑和密封等問題,并采用高速電動機驅動,適合較高壓力、中小流量和各種粘性液體的回轉泵才得到迅速發(fā)展;剞D泵的類型和適宜輸送的液體種類之多為其他各類泵所不及。利用離心力輸水的想法最早出現(xiàn)在列奧納多·達芬奇所作的草圖中。
1689年,法國物理學家帕潘發(fā)明了四葉片葉輪的蝸殼離心泵。
但更接近于現(xiàn)代離心泵的,則是1818年在美國出現(xiàn)的具有徑向直葉片、半開式雙吸葉輪和蝸殼的所謂馬薩諸塞泵。1851~1875年,帶有導葉的多級離心泵相繼被發(fā)明,使得發(fā)展高揚程離心泵成為可能。
盡管早在1754年,瑞士數學家歐拉就提出了葉輪式水力機械的基本方程式,奠定了離心泵設計的理論基礎,但直到19世紀末,高速電動機的發(fā)明使離心泵獲得理想動力源之后,它的優(yōu)越性才得以充分發(fā)揮。在英國的雷諾和德國的普夫萊德雷爾等許多學者的理論研究和實踐的基礎上,離心泵的效率大大提高,它的性能范圍和使用領域也日益擴大,已成為現(xiàn)代應用最廣、產量最大的泵。
泵通常按工作原理分容積式泵、動力式泵和其他類型泵,如射流泵、水錘泵、電磁泵、氣體升液泵。
泵除按工作原理分類外,還可按其他方法分類和命名。
例如,按驅動方法可分為電動泵和水輪泵等;按結構可分為單級泵和多級離心泵;按用途可分為鍋爐給水泵和計量泵等;按輸送液體的性質可分為水泵、油泵和泥漿泵等。容積式泵是依靠工作元件在泵缸內作往復或回轉運動,使工作容積交替地增大和縮小,以實現(xiàn)液體的吸入和排出。
工作元件作往復運動的容積式泵稱為往復泵,作回轉運動的稱為回轉泵。
前者的吸入和排出過程在同一泵缸內交替進行,并由吸入閥和排出閥加以控制;后者則是通過齒輪、螺桿、葉形轉子或滑片等工作元件的旋轉作用,迫使液體從吸入側轉移到排出側。
容積式泵在一定轉速或往復次數下的流量是一定的,幾乎不隨壓力而改變;往復泵的流量和壓力有較大脈動,需要采取相應的消減脈動措施;回轉泵一般無脈動或只有小的脈動;具有自吸能力,泵啟動后即能抽除管路中的空氣吸入液體;啟動泵時必須將排出管路閥門完全打開;往復泵適用于高壓力和小流量;回轉泵適用于中小流量和較高壓力;往復泵適宜輸送清潔的液體或氣液混合物?偟膩碚f,容積泵的效率高于動力式泵。
動力式泵靠快速旋轉的葉輪對液體的作用力,將機械能傳遞給液體,使其動能和壓力能增加,然后再通過泵缸,將大部分動能轉換為壓力能而實現(xiàn)輸送。動力式泵又稱葉輪式泵或葉片式泵。離心泵是最常見的動力式泵。
動力式泵在一定轉速下產生的揚程有一限定值,揚程隨流量而改變;工作穩(wěn)定,輸送連續(xù),流量和壓力無脈動;一般無自吸能力,需要將泵先灌滿液體或將管路抽成真空后才能開始工作;適用性能范圍廣;適宜輸送粘度很小的清潔液體,特殊設計的泵可輸送泥漿、污水等或水輸固體物。動力式泵主要用于給水、排水、灌溉、流程液體輸送、電站蓄能、液壓傳動和船舶噴射推進等。
其他類型的泵是指以另外的方式傳遞能量的一類泵。
例如噴射泵是依靠高速噴射出的工作流體,將需要輸送的流體吸入泵內,并通過兩種流體混合進行動量交換來傳遞能量;水錘泵是利用流動中的水被突然制動時產生的能量,使其中的一部分水壓升到一定高度;電磁泵是使通電的液態(tài)金屬在電磁力作用下,產生流動而實現(xiàn)輸送;氣體升液泵通過導管將壓縮空氣或其他壓縮氣體送至液體的最底層處,使之形成較液體輕的氣液混合流體,再借管外液體的壓力將混合流體壓升上來。泵的性能參數主要有流量和揚程,此外還有軸功率、轉速和必需汽蝕裕量。流量是指單位時間內通過泵出口輸出的液體量,一般采用體積流量;揚程是單位重量輸送液體從泵入口至出口的能量增量,對于容積式泵,能量增量主要體現(xiàn)在壓力能增加上,所以通常以壓力增量代替揚程來表示。
泵的效率不是一個獨立性能參數,它可以由別的性能參數例如流量、揚程和軸功率按公式計算求得。反之,已知流量、揚程和效率,也可求出軸功率。泵的各個性能參數之間存在著一定的相互依賴變化關系,可以通過對泵進行試驗,分別測得和算出參數值,并畫成曲線來表示,這些曲線稱為泵的特性曲線。
每一臺泵都有特定的特性曲線,由泵制造廠提供。通常在工廠給出的特性曲線上還標明推薦使用的性能區(qū)段,稱為該泵的工作范圍。泵的實際工作點由泵的曲線與泵的裝置特性曲線的交點來確定。
選擇和使用泵,應使泵的工作點落在工作范圍內,以保證運轉經濟性和安全。此外,同一臺泵輸送粘度不同的液體時,其特性曲線也會改變。
通常,泵制造廠所給的特性曲線大多是指輸送清潔冷水時的特性曲線。對于動力式泵,隨著液體粘度增大,揚程和效率降低,軸功率增大,所以工業(yè)上有時將粘度大的液體加熱使粘性變小,以提高輸送效率。


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