一、轴流泵 (一)轴流泵的工作原理及基本构造 轴流泵的工作是以空气动力学中的升力理论为基础的。当叶轮高速旋转时,泵体中的液体质点就会受到来自叶轮的轴向升力的作用,使水流沿轴向方向流动。 轴流泵外型很像一根水管,泵壳直径与吸水口直径差不多。轴流泵按泵轴的工作位置可以分为立轴、横轴和斜轴三种结构形式。由于立轴泵占地面积小,轴承磨损均匀,叶轮淹没在水中,启动无需灌水,还可以采用分座式支承方式并且能将电机安置在较高位置上,以防被水淹没,因此大多数轴流泵都采用立式结构。图2-9(a)所示为立式半调(节)式轴流泵的外形图,图l—20(b)所示为该泵的结构图,其基本部件由吸人管1,叶轮(包括叶片2,轮毂体3),导叶4,泵轴8,出水弯管7,上下轴承5、9,填料盒l2以及叶片角度的调节机构等组成。 1.吸入管 吸人管的作用就是改善入Vl处水力条件,使来流稳定、均匀地流至叶轮进口。一般采用符合流线型的喇叭管或做成流道形式。 2.叶轮 轴流泵叶轮按其调节的可能性,可以分为固定式、半调式和全调式3种。固定式轴流泵的叶片和轮毂体是一体的,叶片的安装角度是不能调节的。半调式轴流泵的叶片是用螺母栓紧在轮毂体上,在叶片的根部上刻有基准线,而在轮毂体上刻有几个相应的安装角度的位置 线,-4°、-2°、0°、+2°、+4°等。在使用过程中,可以根据流量和扬程的变化需要,调整叶片的安装角度,确保水泵在高效区工作。但调节叶片安装角度,只能在停机的情况下完成。全调式轴流泵可以根据不同的扬程与流量要求,在停机或不停机的情况下,通过一套油压调节机构来改变叶片的安装角度,从而来改变其性能,以满足使用要求,这种全调式轴流泵调节机构比较复杂,一般应用于大型轴流泵站。 3.导叶 在轴流泵中,液体流经叶轮时,除有轴向运动以外,还随叶轮有一个旋转运动,液体流出叶轮后继续旋转,而这种旋转运动是我们不需要的。导叶的作用就是把叶轮中向上流出的水流旋转运动变为轴向运动,把旋转的动能变为压力能,从而提高了泵的效率。导叶是固定在泵壳上不动的,水流经过导叶时就消除了旋转运动。一般轴流泵中有6~12片导叶。 4.轴和轴承 泵轴是用来传递扭矩的。在大型轴流泵中,为了在轮毂体内布置调节、操作机构,泵轴常做成空心轴,里面安置调节操作油管。轴承在轴流泵中按其功能有两种。 (1)导轴承 主要是用来承受径向力,起到径向定位作用。 (2)推力轴承其主要作用是在立式轴流泵中,用来承受水流作用在叶片上的方向向下的轴向推力,水泵转动部件重量以及维持转子的轴向位置,并将这些推力传到机组的基础上去。 5.密封装置 轴流泵出水弯管的轴孔处需要设置密封装置,目前,一般仍常用压盖填料型的密封装置。 6.出水弯管 出水弯管作为轴流泵的一个过流部件起到了改变流向的作用,弯管角度一般为60°或75°。 (二)轴流泵的性能特点 轴流泵与离心泵相比,具有下列性能特点。 (1)扬程随流量的减小而剧烈增大,Q~H曲线陡降,并有转折点。其主要原因是,流量较小时,在叶轮叶片的进口和出口处产生回流,水流多次重复得到能量,类似于多级加压状态,所以扬程急剧增大。又回流使水流阻力损失增加,从而造成轴功率增大的现象,一般空转扬程Ho约为设计工况点扬程的l1.5~2倍。 (2)Q~N曲线也是陡降曲线,当Q~N(出水闸阀关闭时),其轴功率最大。因此,轴流泵应“开闸启动”。 (3)Q~H曲线呈驼峰形,高效率工作的范围很小。因此,轴流泵不宜采用闸阀调节流量,避免水泵在高效区外运行。轴流泵一般采用变角调节来改变流量,也就是通过改变叶片装置角p来改变其性能曲线。大型全调式轴流泵为了减小水泵的启动功率,通常在启动前先关小叶片的p角,待启动后再逐渐增大p角,这样,就充分发挥了全调式轴流泵的特点。 (4)轴流泵的吸水性能较差,安装高度一般为负值。设计时安装高度时,须认真考虑轴流泵的进水条件(包括吸水口淹没深度、吸水流道的形状等),运行中实际工况点与该泵设计工况点的偏离程度,叶轮叶片形状的制造质量和水泵安装质量等,避免在运行中轴流泵内部产生汽蚀。 (5)轴流泵的比转数比较高,一般用在大流量、低扬程的场合,如大型钢厂、火力发电厂、热电站的循环水泵站,城市雨水防洪泵站、大型污水泵站以及像长距离输水工程中的一些大型提升泵站等。轴流泵的扬程一般仅为4~1 5m左右。
二、混流泵 混流泵是介于离心泵与轴流泵之间的一种泵,泵体中的液体质点所受的力既有离心力,又有轴向升力,叶轮出水的水流方向是斜向的。根据其压水室的不同,通常可分为蜗壳式和导叶式两种,其中蜗壳式应用比较广泛。从外形上看,蜗壳式混流泵与单吸式离心泵相似,如图2—12所示;导叶式混流泵与立式轴流泵相似,如图2-13所示。这两种混流泵的部件无多大区别,所不同的仅是叶轮的形状和泵体的支承方式。混流泵适用于工厂、矿山、城市给水排水以及农田灌溉等。潜水泵主要是由电机、水泵和扬水管三个部分组成的,电机与水泵连在一起,完全浸没在水中工作。图2—14所示为QWB型立式潜水污水泵的结构示意图。吸入口位于泵的底部,排出口为水平设置。选用立式潜水电动机与泵体直联,过负荷保护装置和浸水保护装置保证了运转的安全。
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