124離心泵
離心泵是最常見的一種徑向流葉輪機械。這種類型的泵有兩個主要部件:附在轉軸上的葉輪和固定在葉輪周圍的殼體或蝸殼。葉輪由許多葉片(通常是彎曲的)組成，有時也稱為葉片，沿軸以規則的方式排列。圖12.6顯示了離心泵的基本特性。隨著
放電
葉輪
中心板
放電
葉輪
中心板
■圖12.6離心泵基本部件示意圖。
擋風玻璃清洗泵
擋風玻璃清洗泵
離心泵涉及徑向向外流動。
葉輪旋轉，流體通過殼體的眼吸入並徑向向外流動。旋轉的葉片給流體增加了能量，當流體從眼向葉片周圍流動時，壓力和絕對速度都增加了。對於最簡單的離心泵，流體直接排出到一個蝸殼形的泵殼中。當流體離開葉輪時，殼體的形狀被設計成降低速度，而這種動能的降低轉化為壓力的增加。蝸殼狀的殼體，在流動方向上麵積增大，使流體在殼體周圍運動進入出料口時，形成基本均勻的速度分布。對於大型離心泵，通常采用一種不同的設計，在葉輪周圍安裝導流葉片。當流體進入泵殼時，擴散器葉片減速流動。這種類型的離心泵稱為擴散泵。
葉輪一般有兩種類型。對於一種結構，葉片設置在輪轂或背板上，並在另一側(機殼或護罩)上打開。典型的開式葉輪如圖12.7a所示。對於第二種葉輪，稱為封閉葉輪或帶冠葉輪，如圖12.7b所示，葉片被覆蓋在輪轂和帶冠的兩端。
泵葉輪也可以是單吸或雙吸。對於單吸式葉輪，流體通過葉輪一側的眼進入，而對於單吸式葉輪，流體通過葉輪一側的眼進入雙吸葉輪流體沿著葉輪的軸線從兩側進入葉輪。雙吸布置減少了軸端推力，而且，由於淨入口流量麵積更大，入口速度降低。
泵可以是單級或多級。單級泵隻有一個葉輪安裝在軸上，而多級泵有多個葉輪安裝在同一軸上。這兩級串聯運行，即第一級的排放物流入第二級的眼，第二級的排放物流入第三級的眼，以此類推。所有壓裂段的流量都是相同的，但是每一段的壓力都會增加。因此，多級泵可以產生非常大的排出壓力或揚程。
離心泵的結構有很多種(開式或帶冠式葉輪、蝸殼或擴散器殼、單吸或雙吸、單級或多級)，但基本的工作原理是一樣的。旋轉葉片對流體做功(離心作用和切向葉片力作用於流體超過一段距離)，使流體流經葉輪的動能大幅增加。當流體從葉輪流向環繞葉輪的殼體時，這種動能轉化為壓力的增加。上一節介紹了描述離心泵性能的簡化理論，下一節將對此進行擴展。
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- 英格索蘭梳妝台泵(b)公司)
12.4.1理論考慮
雖然流經泵是非常複雜的(不穩定和三維),離心泵的操作的基本理論可以通過考慮開發的平均一維流動的流體通過葉輪的進口和出口之間的部分葉片旋轉。為圖12.8所示,一個典型的葉片通道,絕對速度,流體進入通道的葉片的速度的矢量和,烏蘭巴托旋轉的圓形軌道角速度v,和相對速度,葉片通道內,V1 = W1 +美國同樣,在出口處V2 = W2 + U2。注意U1 = r1w U2 = r2v。流體速度被取為葉片通道進口和出口截麵上的平均速度。各速度之間的關係如圖12.8所示。
如12.3節所述，由動量方程可知，對於m1 = m2 = m的泵，轉動泵葉輪所需的軸轉矩Tshaft由方程12.2給出，即:
其中VB1和Vu2是絕對速度V1和V2的切向分量(見圖12)。8 b, c)。
離心泵葉輪涉及沿流動路徑葉片速度的增加。
■圖12.8速度圖在離心泵的進出口處有葉輪。
泵的理想揚程是指泵向流體中添加的單位重量的功。
對於旋轉軸，傳遞的功率Wshaft為
因此，由式12.10可知
因為U1 = r1v U2 = r2v，我們得到
公式12.11顯示了供應給泵軸的動力是如何傳遞給流動的流體的。計算得到流動流體單位質量的軸功率為
Wshaft
在第5.3.3節中，能量方程通常表示為水頭-速度水頭，壓力水頭，高度水頭。泵加到流體中的揚程是一個重要的參數。理想的或最大的揚程可能，hi，是從
將水頭損失(hL)設為零，乘以重量流量pgQ，從式5.84得到pgQhi。將此結果與式12.12結合，得到hi = g U2V2 - U1V1) (12.13)
這個理想的揚程，hi，是每單位重量的液體被泵添加到液體中的能量量。液體實現的實際水頭上升小於所遭受水頭損失的理想量。對於公式12.13的含義，可以通過使用下麵的替代版本(見公式12.8)獲得一些額外的見解。
你好= 2 - [(v2 - v2) + (U2 - U (1) + (W2 - W2)) (12.14)
對公式12.14的物理解釋的詳細考察將揭示以下內容。右邊第一項在括號中表示液體的動能增加,和其他兩個術語代表的壓頭上升發展整個葉輪由於離心效應,U2, U1,和相對的擴散流葉片通道,Wj - W2。
流量與泵理想揚程之間的適當關係如下所示。當流體進入葉輪時，通常沒有速度Vu1的切向分量，也就是渦流;即，絕對速度與切向方向的夾角為90°(圖12.8中a = 90°)。在這種情況下，式12.13可簡化為
從圖12.8攝氏度
理想揚程可以用歐拉渦輪-機方程計算。
使式12.15可以表示為
流量Q通過方程與絕對速度的徑向分量有關
式中，b2為半徑r2處的葉輪葉片高度。因此，將等式12.16和12.17組合在一起就能產生收益
h = U2 _ U2 cot b2 Q ' g 2p^g
該方程表明，在給定的葉片幾何形狀和角速度下，離心泵的理想揚程或最大揚程與Q呈線性變化。實際泵的葉片角在15°-35°範圍內，正常範圍20°< 6 25°，15°< b1 < 50°(參考文獻10)。3 2 < 90°的葉片稱為後彎葉片，而≥> 90°的葉片稱為前彎葉片。泵通常不設計前彎葉片，因為這種泵容易遭受不穩定的流動條件。
以12.2
水以1400 gpm的速度通過離心泵以1750 rpm的轉速運行。葉輪具有2英寸的均勻葉高b。r1 = 1.9英寸。r2 = 7.0英寸。，出口葉片角b2為23°(見圖12.8)。假設理想的流動條件，進入葉片的水的切向速度分量Vu1為零(a = 90°)。確定(a)出口處的切向速度分量Vu2， (b)理想揚程h，和(c)傳遞給流體的功率Wshaft。
^解決
(a)出口處流體的流速，W peller與
因為流量是給定的，所以它等於或
問1400流量
從圖12.8c我們可以看出
U2 - Vr2 cot ^2 (107 - 5.11 cot 23°)英尺/秒95.0英尺/秒
(b)由式12.15給出的理想揚程為
U2VB2 _(107英尺/秒)(95.0英尺/秒)g
316英尺
或者，根據公式12.16，理想的抬頭是
U2Vr2 cot b2 (107 ft/s)2 (107 ft/s)(5.11 ft/s) cot 23°
01_ 0時，傳遞給流體的動力由公式_(1.94段/立方英尺)(1400 gpm)(107 ft/s)(95.0 ft/s)給出。
Wshaft _ pQUlVei _ [1(slug•ft/s2)/lb](7.48 gal/ft3)(60 s/min)
請注意，理想的升勢和權力轉移是通過這種關係聯係在一起的
Whaft _ pgQhi
需要強調的是，上式給出的結果涉及到理想的揚程。泵的實際揚程特性通常是由測試實驗室獲得的實驗測量結果來確定的。
理想的和實際的水頭上升水平因水頭損失的不同而不同。
圖12.9顯示了帶有後彎葉片(b2 < 90°)的離心泵的理想揚程與流量曲線(公式12.18)。由於hi的方程有簡化的假設(即零損失)，我們可以預期實際的水頭上升，ha，將小於理想的水頭上升，這確實是事實。如圖12.9所示，ha - Q曲線位於理想水頭上升曲線下方，並隨Q呈非線性變化。兩條曲線之間的差異(由曲線之間的陰影區域表示)有幾個來源。這些差異包括葉片流道中流體表皮摩擦造成的損失(隨Q2而變化)，以及流動分離、葉輪葉殼間隙流動和其他三維流動影響等因素造成的其他損失。在設計流量附近，一些其他損失被最小化。
離心泵設計是一個高度發達的領域，對泵的理論和設計程序有很多了解(參見參考文獻10、11、12、13)。ob体育赛事但是，由於離心泵的流量一般都比較複雜，因此，從圖12.9的數據可以看出，在完全理論的基礎上，無法準確地預測泵的實際性能。通過對該泵的試驗，通過實驗確定了該泵的實際性能。從
其他損失p理論水頭h
摩擦損失p理論揚程，h
摩擦損失
其他損失
實際的頭,h
流量
實際的頭,h
流量
圖12.9損失對泵揚程-流量曲線的影響
這些測試,泵的特點以泵性能曲線的形式確定並呈現。正是這些信息對負責將泵納入給定流量係統的工程師最有幫助。
該能量方程可用於計算泵的實際揚程。
12.4.2泵性能特性
實際上升,哈,得到流體流經泵可以確定的實驗安排類型顯示在圖12.10中,使用能量方程(Eq。5.84公頃= hs - hL hs是軸工作頭和h,相同和hL是泵的壓頭損失)
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