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《离心泵基础知识》之二:离心泵的理论压头

时间:2014-06-23 00:26来源:广东肯富来泵业集团 作者:申兰平 点击:
本文介绍了离心泵的理论压头的计算公式,相似计算等知识。
一、离心泵的理论压头

从离心泵工作原理知液体从离心泵叶轮获得能量而提高了压强。单位质量液体从旋转的叶轮获得多少能量以及影响获得能量的因素,可以从理论上来分析。由于液体在叶轮内的运动比较复杂,故作如下假设:

(1)叶轮内叶片的数目无限多,叶片的厚度为无限薄,液体完全沿着叶片的弯曲表面而流动。无任何倒流现象;

(2)液体为粘度等于零的理想液体,没有流动阻力。

液体在离心泵中的流动

液体从叶轮中央入口沿叶片流到叶轮外缘的流动情况如图2-2所示。叶轮带动液体一起作旋转运动时,液体具有一个随叶轮旋转的圆周速度u,其运动方向为所处圆周的切线方向;同时,液体又具有沿叶片间通道流的相对速度w,其运动方向为所在处叶片的切线方向;液体在叶片之间任一点的绝对速度c为该点的圆周速度u与相对速度w的向量和。由图2-2可导出三者之间的关系:

叶轮中的速度计算公式
 式中  H——具有无穷多叶片的离心泵对理想液体所提供的理论压头,m;
      HP——理想液体经理想叶轮后静压头的增量,m;
      HC——理想液体经理想叶轮后动压头的增量,m。

上式没有考虑进、出口两点高度不同,因叶轮每转一周,两点高低互换两次,按时均计此高差可视为零。
液体从进口运动到出口,静压头增加的原因有二:(如需进一步了解详细知识,请与肯富来联系,网址:http://www.kenflo.com.cn

(1)离心力作功

    液体在叶轮内受离心力作用,接受了外功。质量为m的液体旋转时受到的离心力为:
     单位重量液体从进口到出口,因受离心力作用而接受的外功为:

外功计算公式

(2)能量转换

相邻两叶片所构成的通道截面积由内而外逐渐扩大,液体通过时速度逐渐变小,一部分动能转变为静压能。单位重量液体静压能增加的量等于其动能减小的量,即:

能量转化公式
因此,单位重量液体通过叶轮后其静压能的增加量应为上述两项之和,即:

离心泵的理论压头公式

如不计叶片的厚度,离心泵的理论流量QT可表示为:

离心泵的理论流量计算公式

 式中  cr2——叶轮在出口处绝对速度的径向分量,m/s;
      D2——叶轮外径,m;
      b2——叶轮出口宽度,m。

将式2-9及式2-10代入式2-8,可得泵的理论压头H与泵的理论流量之间的关系为:

离心泵理论压头与流量之间的关系

 上式为离心泵基本方程式的又一表达形式,表示离心泵的理论压头与流量、叶轮的转速和直径、叶片的几何形状之间的关系。 (如需进一步了解详细知识,请与肯富来联系,网址:http://www.kenflo.com.cn
   
二、离心泵理论压头的讨论

(1)叶轮的转速和直径对理论压头的影响

    由式2-11可看出,当叶片几何尺寸(b,β)与流量一定时,离心泵的理论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大。

(2)叶片形状对理论压头的影响

    根据式2-11,当叶轮的速度、直径、叶片的宽度及流量一定时,离心泵的理论压头随叶片的形状而改变。叶片形状可分为三种:(见图2-3)

叶片形状对理论压头的影响
 (a)径向                        (b)后弯                      (c)前弯

叶轮形状的影响

 在所有三种形式的叶片中,前弯叶片产生的理论压头最高。但是,理论压头包括势能的提高和动能的提高两部分。由图2-3可见,相同流量下,前弯叶片的动能 较大,而后弯叶片的动能 较小。

液体动能虽可经蜗壳部分地转化为势能,但在此转化过程中导致较多的能量损失。

因此,为获得较高的能量利用率,离心泵总是采用后弯叶片。

(3)理论流量对理论压头的影响

从式2-11可看出:

β2>90°时,H随流量QT增大而加大,如图2-4所示。

β2=90°时,H与流量QT无关;

β2<90°时,H随流量QT增大而减小。
离心泵的流量扬程和理论流量的关系示意图
(责任编辑:肯富来)
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