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轴流泵 目录 泵的分类比转数与泵的类型及特性轴流泵的工作原理混流泵 轴流泵的特性及结构轴流泵的构造潜水电机的保护 一泵的分类 泵的种类很多 按其作用原理可分为如下三大类 二比转数与泵的类型及特性 1 比转数泵的相似定律建立了几何相似的泵 在相似工况下 性能之间的关系 也就是说 如果泵性能参数之间存在着上述关系 泵是几何相似和运动相似的 但是用相似定律来判别泵是否几何相似和运动相似 既不方便 也不直观 在相似定律的基础上 可以推出对一系列几何相似的泵 性能之间的综合数据 如果各泵的这个数据相等 则这些泵是几何相似和运动相似的 可以用相似定律换算性能之间的关系 这个综合数据就是比转数 也称比转速或简称比速 用ns表示 ns 3 65nQ1 2 H3 4我国规定计算ns的单位是 Q m3 s 对双吸泵取Q 2 H m 对双吸泵取单级扬程 n r min 二比转数与泵的类型及特性 2 关于比转数的说明 同一台泵在不同工况下具有不同的ns值 作为相似准则的ns是指对应最高效率点工况下的值 比转数是根据相似理论推得的 可以作为相似判据 即是说几何相似的泵在相似的工况下ns值相等 反之 一般说来ns值相等的泵 是几何相似和运动相似的 但不能说ns相等的泵就一定几何形状相似 这是因为构成泵几何形状的参数很多 譬如说同是ns 500的泵可以做成轴流式的 也可以作成斜流式的 同是ns 400的泵可以作成涡壳式 也可以作成导叶式的 同一低比转数泵叶轮可以用6枚叶片 也可以用7枚叶片 上述这些几何不相似的泵 ns可能相等 但是对于同一种形式泵而言 ns相等时 要想使泵的性能好 即几何形状符合客观的流动规律 其几何形状相差不会很大 所以 一般说来是几何相似的 二比转数与泵的类型及特性 比转数的因次是 m s2 3 4 比转数虽然是有因次数 但不影响它作为相似判据的实质意义 对于几何相似的泵 在相似工况下 用统一单位计算的ns相等 3 比转数与叶轮形状和性能曲线形状的关系 如下图 对于图表的说明 按比转数从小到大 泵分为离心泵 混流泵和轴流泵 低比转数泵意味着高扬程小流量 高比转数泵意味着低扬程大流量 低比转数叶轮窄而长 高比转数叶轮宽而短 D2 Dj比值随ns增加而减小 低比转数泵通常采用圆柱形叶片 高比转数叶轮进口边宽 假设轴面速度沿进口均匀分布 因进口边各点的u值不同 则进口液流角 1不同 为符合这种流动情况 应当作成扭曲叶片 低比转数泵容易出现驼峰 这是因为一方面低比转数泵内流速高 冲击损失值大 另一方面 低比转数泵为了减少圆盘摩擦损失多采用较大的 2角以减小外径D2 圆盘摩擦损失和外径的5次方成正比 2角大 理论扬程流量曲线平 高比转数混流泵和轴流泵 关死扬程高 且在曲线上出现拐点 其原因比较复杂 留在轴流泵章节中介绍 二比转数与泵的类型及特性 三轴流泵工作原理 图1 a b 分别为轴流泵外形和抽水原理示意图 在叶轮上安装着4 6个扭曲形叶片 叶轮上部装有固定不动的导轮 其上有导水叶片 下方为进水喇叭管 当叶轮旋转时 水获得能量经导水叶片流出 这种泵由于水流进叶轮和流出导叶都是沿轴向的 故称轴流泵 三轴流泵工作原理 轴流泵工作原理和离心泵不同 它是靠倾斜的翼形叶片所产生的推力而扬水的 根据机翼理论 当翼形叶片为对称 同时其对称轴和气流v的方向一致时 图1 2 a 它所受的力和气流方向相同 称之为阻力 但当其对称轴不在气流方向而成一角度 称冲角 见图1 2 b 或叶片形状不对称时 图1 2 c 它所受的力一般不在气流方向上而成某一夹角 它可分为两个分力 与气流方向一致的分力称阻力D 与气流方向垂直的分力称升力L 飞机飞行时 升力支持飞机的重量 阻力对飞行起阻碍作用 需要由螺旋桨产生的推力或喷出气体的反冲力加以克服 因此设计翼形时应尽力增大升力而减小阻力 升力的形成一方面由于倾斜叶片迫使流体改变方向 流体对叶片有一作用力 另一方面 当假设为等速平流的流体靠近叶片时 由于叶形为上面的曲度大于下面 见图1 2 c 所以形成流线 三轴流泵工作原理 向上弯曲 导致叶片上面的流线间距缩小 下面流线间距增大 因两流线间流量保持不变 则叶片上面流体流速大于下面 根据伯诺里方程式知 机翼上表面所受压力小于下表面 因此其合力指向上方 很显然 如果流体为水且静止 而叶片以匀速运动 也同样会产生向上的升力 三轴流泵工作原理 因轴流泵叶片是转动的 水流在叶道中为相对运动 进入叶轮的速度 1和流出叶轮的速度 2 相对流速 不仅数值不等 而且方向也不同 如图1 3 a 所示 我们取 1和 2向量的平均值 做为叶轮中水流的方向 图1 3 b 于是根据上述机翼绕流理论 水流作用在叶片上的合力R在 方向的分力为阻力D 在垂直 方向的分力为升力L 根据叶栅理论可用下式表之D CxA 2 2L CyA 2 2式中Cx Cy 分别为阻力系数和升力系数 当叶片一定时 主要和冲角有关 A 叶片的平面投影面积 水的密度 三轴流泵工作原理 根据作用力等于反作用原理 轴流泵叶片给流经其上的水一个大小相等 方向相反的作用力R 图1 3 c 即R R R 在圆周方向的分力R u是使水在叶轮中绕轴旋转的力 而分力R z则是使水沿泵轴上升的推力 四混流泵 轴流泵的特性及结构 混流泵从外形 结构上介于离心泵和轴流泵之间 混流泵内液体流动时斜向流出叶轮 即液体的流动方向相对叶轮既有径向速度 也有轴向速度 混流泵的性能与和离心泵比较 扬程低一些 而流量大一些 与轴流泵比较 扬程高一些 流量小一些 混流泵的性能曲线形状也是介于离心泵和轴流泵之间 对于高扬程混流泵 其流量与扬程 流量与功率的相互关系变化规律接近于离心泵 在使用上 可采用关闭阀门启动 对于低扬程混流泵 性能参数之间的变化规律接近于轴流泵 在使用上不宜采用关阀启动 而应该开阀启动 这时功率比较小 电动机不容易被烧毁 混流泵按其结构型式可分为蜗壳式和导叶式两种 蜗壳式混流泵有卧式和立式两种 目前生产和使用比较广泛的是卧式 立式多用于大型泵 蜗壳式混流泵的结构与单级单吸离心泵相似 导叶式混流泵的外形和结构与轴流泵相近 分卧式和立式两种 四混流泵 轴流泵的特性及结构 图示为单级 单吸 蜗壳混流泵 适用于输送清水或物理及化学性质类似于水的其他液体 包括轻度污水 被输送介质温度不超过50 用于农田排灌 市政工程 工业过程水处理 电厂输送循环水 城市给排水等多种领域 导叶式潜水混流式泵 适用于抽送清水或轻度污水 输送介质温度不超过50 机泵一体的结构 可潜入水中运行 故可用于水位变化大 扬程较高的工况 适用于城市排水 市政建设 工矿 船坞升降水位以及水位涨落大的江湖地区农田排灌之用 五轴流泵的构造 轴流泵就叶片固定方式和调节方法可分为固定式 半调节式和全调节式 图1 24为半调节式立式轴流泵结构图 它由叶轮 进水喇叭管 导水叶片 出水弯管和轴密封机构等主要部件组成 导水叶片间的流道呈扩散形 使从叶轮流出的水由斜向导为轴向流入出水弯管 这样一方面消除水旋转所产生的能量损失 同时也将水流的一部分动能转换为压能 从而提高了水泵的效率 为防止运行时泵轴的摆动 一般在轴的上 下端设置两个导 向 轴承 其材质多采用水润滑的橡胶或尼龙制成 当泵抽取混水时 为防止泥沙对轴承和轴的磨损 应由专门的清水系统进行润滑 以延长其使用寿命 叶轮上的叶片可根据所需流量和扬程大小调节其安放的角度 当需要调节时 将固定于轮毂上的叶片调节螺母松脱 转动叶片到所需倾角即可 五轴流泵的构造 全调节式叶轮是通过一套油压调节机构来改变叶片的安装角 不需停机即可进行 机构较复杂