离心泵安全运行——离心泵工作原理分析

　　1  基本结构

离心泵的结构如图6—1所示，在蜗牛形泵壳内，装有一具叶轮，叶轮与泵轴  连在一起，可以与轴一起旋转，泵壳上有两个接口，一个在轴向，接吸人管，一个在切向，接排出管。通常，在吸人管口装有一个单向底阀，在排出管口装有一调节阀，用来调节流量。

 　　2  工作原理

　　在离心泵工作前，先灌满被输送液体。当离心泵启动后，泵轴带动叶轮高速旋转，受叶轮上叶片的约束，泵内流体与叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体从叶轮中心向叶轮外缘运动，叶轮中心(吸入口)处因液体空出而呈负压状态，这样，在吸入管的两端就形成了一定的压差，即吸人液面压力与泵吸人口压力之差，只要这一压差足够大，液体就会被吸人泵体内，这就是离心泵的吸液原理。另一方面，被叶轮甩出的液体，在从中心向外缘运动的过程中，动能与静压能均增加了，流体进入泵壳后，由于泵壳内蜗形通道的面积是逐渐增大的，液体的动能将减少，静压能将增加，到达泵出口处时压力达到最大，于是液体被压出离心泵，这就是离心泵的排液原理。

　　如果在启动离心泵前，泵体内没有充满液体，由于气体密度比液体的密度小得多，产生的离心力很小，从而不能在吸人口形成必要的真空度，在吸人管两端不能形成足够大的压差，于是就不能完成离心泵的吸液。这种因为泵体内充满气体(通常为空气)而造成离心泵不能吸液(空转)的现象称为气缚 现象。因此，离心泵是一种没有自吸能力的泵，在启动离心泵前必须灌泵。

　　3  主要构件

　　离心泵的主要构件有叶轮、泵壳和轴封，有些还有导轮。

　　(1)叶轮  叶轮是离心泵的核心构件，是在一圆盘上设置4—12个叶片构成的，其主要功能是将原动机械的机械能传给液体，使液体的动能与静压能均有所增加。

　　根据叶轮是否有盖板可以将叶轮分为3种形式，即开式、半开(闭)式和闭式，如图6—2所示，其中图6—2(a)为闭式叶轮，图6—2(b)为牛开式叶轮，图6—2(c)为开式叶轮。通常，闭式叶轮的效率要比开式高，而半开式叶轮的效率介于两者之间，因此应尽量选用闭式叶轮，但由于闭式叶轮在输送含有固体杂质的液体时，容易发生堵塞，故在输送含有固体的液体时，多使用开式或半开式叶轮。对于闭式叶轮与半闭式叶轮，在输送液体时，由于叶轮的吸人口一侧是负压，而在另一侧则是高压，因此在叶轮两侧存在着压力差，从而存在对叶轮的轴向推力，将叶轮沿轴向吸人窜动，造成叶轮与泵壳的接触磨损，严重时还会造成泵的振动，为了避免这种现象，常常在叶轮的盖板上开若干个小孔，即平衡孔。但平衡孔的存在降低了泵的效率。其他消除轴向推力的方法是安装止推轴承或将单吸改为双吸。

　　根据叶轮的吸液方式可以将叶轮分为两种，即单吸叶轮与双吸叶轮，如图6—3所示。显然，双吸叶轮完全消除了轴向推力，而且具有相对较大的吸液能力。

 　　叶轮上的叶片是多种多样的，有前弯叶片，径向叶片和后弯叶片3种，但工业生产中主要为后弯叶片，因为后弯叶片相对于另外两种叶片的效率高，更有利于动能向静压能的转换。由于两叶片间的流动通道是逐渐扩大的，因此能使液体的部分动能转化为静压能，叶片是一种转能装置。

　　(2)泵壳  由于泵壳的形状像蜗牛，因此又称为蜗壳。这种特殊的结构，使叶轮与泵壳之间的流动通道沿着叶轮旋转的方向逐渐增大并将液体导向排出管。 因此，泵壳的作用就是汇集被叶轮甩出的液体，并在将液体导向排出口的过程中  实现部分动能向静压能的转换。泵壳是一种转能装置，为了减少液体离开叶轮时  直接冲击泵壳造成的能量损失。常常在叶轮与泵壳之间安装一个固定不动的导  轮，如图6—4所示。导轮带有前弯叶片，叶片间逐渐扩大的通道使进入泵壳的液  体的流动方向逐渐改变，从而减少了能量损失，使动能向静压能的转换更加有  效。导轮也是一个转能装置。通常，多级离心泵均安装导轮。

　　(3)轴封装置  由于泵壳固定而泵轴是转动的，因此在泵轴与泵壳之间存在  一定的空隙，为了防止泵内液体沿空隙漏出泵外或空气沿相反方向进入泵内，需要对空隙进行密封处理。用来实现泵轴与泵壳间密封的装置称为轴封装置。常用  的密封方式有两种，即填料函密封与机械密封。

　　填料函密封是用浸没或涂有石墨的石棉绳(或其他软填料)填人泵轴与泵壳  间的空隙，来实现密封目的；机械密封是通过一个安装在泵轴上的动环与另一个  安装在泵壳上的静环来实现密封目的的，工作时借助弹力使两环密切接触达到密  封。两种方式相比较，前者结构简单，价格低，但密封效果差；后者结构复杂，  精密，造价高，但密封效果好。因此，机械密封主要用在一些密封要求较高的场  合，如输送酸、碱、易燃、易爆、有毒、有害等液体。

　　近年来，随着防磁防漏技术的日益成熟，借助加在泵内的磁性液体来达到密封与润滑作用的技术正越来越引起人们的关注。