泵的能力和特性參數(shù)不僅是流體在輸送時(shí)考慮的設(shè)計(jì)依據(jù)，而且是許多流體泄漏事故、冒頂事故、錯(cuò)流或錯(cuò)配事故技術(shù)分析和鑒定的依據(jù)。
離心泵是依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪所產(chǎn)生的離心力對(duì)液體做功的流體輸送機(jī)械。由于它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便、性能適應(yīng)范圍廣、體積小、流量均勻、故障少、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在化工生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。在化工生產(chǎn)中使用的泵大約有80％為離心泵。
一、 離心泵工作原理分析
(一)? 基本結(jié)構(gòu)
離心泵的結(jié)構(gòu)如圖6—1所示，在蝸牛形泵殼內(nèi)，裝有一具葉輪，葉輪與泵軸連在一起，可以與軸一起旋轉(zhuǎn)，泵殼上有兩個(gè)接口，一個(gè)在軸向，接吸人管，一個(gè)在切向，接排出管。通常，在吸人管口裝有一個(gè)單向底閥，在排出管口裝有一調(diào)節(jié)閥，用來(lái)調(diào)節(jié)流量。
(二)、? 工作原理
在離心泵工作前，先灌滿被輸送液體。當(dāng)離心泵啟動(dòng)后，泵軸帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，受葉輪上葉片的約束，泵內(nèi)流體與葉輪一起旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，液體從葉輪中心向葉輪外緣運(yùn)動(dòng)，葉輪中心(吸入口)處因液體空出而呈負(fù)壓狀態(tài)，這樣，在吸人管的兩端就形成了一定的壓差，即吸人液面壓力與泵吸人口壓力之差，只要這一壓差足夠大，液體就會(huì)被吸人泵體內(nèi)，這就是離心泵的吸液原理。另一方面，被葉輪甩出的液體，在從中心向外緣運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，動(dòng)能與靜壓能均增加了，流體進(jìn)入泵殼后，由于泵殼內(nèi)蝸形通道的面積是逐漸增大的，液體的動(dòng)能將減少，靜壓能將增加，到達(dá)泵出口處時(shí)壓力達(dá)到最大，于是液體被壓出離心泵，這就是離心泵的排液原理。
如果在啟動(dòng)離心泵前，泵體內(nèi)沒有充滿液體，由于氣體密度比液體的密度小得多，產(chǎn)生的離心力很小，從而不能在吸入口形成必要的真空度，在吸入管兩端不能形成足夠大的壓差，于是就不能完成離心泵的吸液。這種因?yàn)楸皿w內(nèi)充滿氣體(通常為空氣)而造成離心泵不能吸液(空轉(zhuǎn))的現(xiàn)象稱為氣縛現(xiàn)象。因此，離心泵是一種沒有自吸能力的泵，在啟動(dòng)離心泵前必須灌泵。
(三)、? 主要構(gòu)件
離心泵的主要構(gòu)件有葉輪、泵殼和軸封，有些還有導(dǎo)輪。
(1)葉輪? 葉輪是離心泵的核心構(gòu)件，是在一圓盤上設(shè)置4—12個(gè)葉片構(gòu)成的，其主要功能是將原動(dòng)機(jī)械的機(jī)械能傳給液體，使液體的動(dòng)能與靜壓能均有所增加。
根據(jù)葉輪是否有蓋板可以將葉輪分為3種形式，即開式、半開(閉)式和閉式，如圖6—2所示，其中圖6—2(a)為閉式葉輪，圖6—2(b)為半開式葉輪，圖6—2(c)為開式葉輪。通常，閉式葉輪的效率要比開式高，而半開式葉輪的效率介于兩者之間，因此應(yīng)盡量選用閉式葉輪，但由于閉式葉輪在輸送含有固體雜質(zhì)的液體時(shí)，容易發(fā)生堵塞，故在輸送含有固體的液體時(shí)，多使用開式或半開式葉輪。對(duì)于閉式葉輪與半閉式葉輪，在輸送液體時(shí)，由于葉輪的吸人口一側(cè)是負(fù)壓，而在另一側(cè)則是高壓，因此在葉輪兩側(cè)存在著壓力差，從而存在對(duì)葉輪的軸向推力，將葉輪沿軸向吸人竄動(dòng)，造成葉輪與泵殼的接觸磨損，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成泵的振動(dòng)，為了避免這種現(xiàn)象，常常在葉輪的蓋板上開若干個(gè)小孔，即平衡孔。但平衡孔的存在降低了泵的效率。其他消除軸向推力的方法是安裝止推軸承或?qū)挝臑殡p吸。
根據(jù)葉輪的吸液方式可以將葉輪分為兩種，即單吸葉輪與雙吸葉輪，如圖6—3所示。顯然，雙吸葉輪完全消除了軸向推力，而且具有相對(duì)較大的吸液能力。
葉輪上的葉片是多種多樣的，有前彎葉片，徑向葉片和后彎葉片3種，但工業(yè)生產(chǎn)中主要為后彎葉片，因?yàn)楹髲澣~片相對(duì)于另外兩種葉片的效率高，更有利于動(dòng)能向靜壓能的轉(zhuǎn)換。由于兩葉片間的流動(dòng)通道是逐漸擴(kuò)大的，因此能使液體的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能，葉片是一種轉(zhuǎn)能裝置。
(2)泵殼? 由于泵殼的形狀像蝸牛，因此又稱為蝸殼。這種特殊的結(jié)構(gòu)，使葉輪與泵殼之間的流動(dòng)通道沿著葉輪旋轉(zhuǎn)的方向逐漸增大并將液體導(dǎo)向排出管。
因此，泵殼的作用就是匯集被葉輪甩出的液體，并在將液體導(dǎo)向排出口的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)部分動(dòng)能向靜壓能的轉(zhuǎn)換。泵殼是一種轉(zhuǎn)能裝置，為了減少液體離開葉輪時(shí)直接沖擊泵殼造成的能量損失。常常在葉輪與泵殼之間安裝一個(gè)固定不動(dòng)的導(dǎo)輪，如圖6—4所示。導(dǎo)輪帶有前彎葉片，葉片間逐漸擴(kuò)大的通道使進(jìn)入泵殼的液體的流動(dòng)方向逐漸改變，從而減少了能量損失，使動(dòng)能向靜壓能的轉(zhuǎn)換更加有效。導(dǎo)輪也是一個(gè)轉(zhuǎn)能裝置。通常，多級(jí)離心泵均安裝導(dǎo)輪。
(3)軸封裝置? 由于泵殼固定而泵軸是轉(zhuǎn)動(dòng)的，因此在泵軸與泵殼之間存在一定的空隙，為了防止泵內(nèi)液體沿空隙漏出泵外或空氣沿相反方向進(jìn)人泵內(nèi)，需要對(duì)空隙進(jìn)行密封處理。用來(lái)實(shí)現(xiàn)泵軸與泵殼間密封的裝置稱為軸封裝置。常用的密封方式有兩種，即填料函密封與機(jī)械密封。
填料函密封是用浸沒或涂有石墨的石棉繩(或其他軟填料)填入泵軸與泵殼間的空隙，來(lái)實(shí)現(xiàn)密封目的；機(jī)械密封是通過(guò)一個(gè)安裝在泵軸上的動(dòng)環(huán)與另一個(gè)安裝在泵殼上的靜環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)密封目的的，工作時(shí)借助彈力使兩環(huán)密切接觸達(dá)到密封。兩種方式相比較，前者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，但密封效果差；后者結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精密，造價(jià)高，但密封效果好。因此，機(jī)械密封主要用在一些密封要求較高的場(chǎng)合，如輸送酸、堿、易燃、易爆、有毒、有害等液體。
近年來(lái)，隨著防磁防漏技術(shù)的日益成熟，借助加在泵內(nèi)的磁性液體來(lái)達(dá)到密封與潤(rùn)滑作用的技術(shù)正越來(lái)越引起人們的關(guān)注。
二、? 離心泵的主要性能
(一)? 主要性能參數(shù)
(1)送液能力? 指單位時(shí)間內(nèi)從泵內(nèi)排出的液體體積，用Qv表示，單位m3／s，也稱生產(chǎn)能力或流量。離心泵的流量與離心泵的結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速有關(guān)，在操作中可以變化，其大小可以由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。離心泵銘牌上的流量是離心泵在最高效率下的流量，稱為設(shè)計(jì)流量或額定流量。
(2)揚(yáng)程? 是離心泵對(duì)lN流體所做的功。它是1N流體在通過(guò)離心泵時(shí)所獲得的能量，用H表示，單位m，也叫壓頭，離心泵的揚(yáng)程與離心泵的結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速和流量有關(guān)。通常，流量越大，揚(yáng)程越小，兩者的關(guān)系由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。離心泵銘牌上的揚(yáng)程是離心泵在額定流量下的揚(yáng)程。
(3)功率? 離心泵在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)流體所做的功稱為離心泵的有效功率，用Pe表示，單位W，有效功率由下式計(jì)算，即戶e＝HQρg??? 。
離心泵從原動(dòng)機(jī)械那里所獲得的能量稱為離心泵的軸功率，用戶表示，單位W，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，是選取電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。離心泵銘牌上的軸功率是離心泵在額定狀態(tài)下的軸功率。
(4)效率? 是反映離心泵利用能量情況的參數(shù)，由于機(jī)械摩擦、流體阻力和泄漏等原因，離心泵的軸功率總是大于其有效功率的，兩者的差別用效率來(lái)表示，用，η表示，其定義式為
