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循环泵的工作原理及特性认识实验

  
热水供暖循环系统综合实训装置
 
循环泵的工作原理及特性认识实验

循环泵是化工生产、生活中应用最广泛的泵,本套装置同样采用的是循环泵,其特点是结构简单、流量均匀、操作方便,易于控制等,循环泵的流量在额定下大于3.0 /h,为满足流量计满量程设计需要,在经过计算和实际使用后,当扬程为5米时它的流量上限为2.0 /h,循环泵的出口流量由电动调节阀进行调节。
1.1 循环泵的工作原理和主要部件
1、 工作原理:
循环泵启动前,应先向泵内充液体使泵壳和吸入管路充满被输送液体。启动后,泵轴带动叶轮高速旋转,叶片间的液体也随之作圆周运动。同时在循环力的作用下,液体又由叶轮中心向外缘做径向运动。液体在此运动过程中获得能量,使静压能和动能均有所提高。液体离开叶轮进入泵壳后,由于泵壳中流道逐渐加宽,流速逐渐降低,又将一部分动能转变为静压能,使液体的静压能进一步提高,最后由出口以高压沿切线方向排出。当液体从叶轮中心流向外缘后,叶轮中心呈现低压,贮槽内液体在其液面与叶轮中心压力差的作用下进入泵内,再由叶轮中心流向外缘。叶轮如此连续旋转,液体便会不断地吸入和排出,达到输送的目的。
若循环泵启动前未充液,则泵壳内存在空气,由于空气的密度远小于液体的密度,产生的循环力很小,因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内液体吸入泵内,此时虽启动循环泵,也不能输送液体,此种现象称为气缚(air binding),表明循环泵无自吸能力。因此,在启动前必须灌泵。在本套装置中,循环泵的下边缘高出大储水箱的下边缘50cm,故只要保证大储水箱中的液面高度高于循环泵进水口位置,便可始终保持泵室中冲满液体水,而无须灌泵。
若循环泵的吸入口位于贮槽液面的上方,在吸入管路的进口处应安装带滤网的底阀,该底阀为止逆阀(单向阀),可防止吸入管路中的液体外流,滤网可以阻挡液体中的固体物质被吸入而堵塞管路或泵壳。若循环泵的吸入口位于贮槽液面的下方,液体借位差自动流入泵内,无须人工灌泵。本套装置的大储水箱中安装有一只白色的滤网,它不是用于止逆,而是为了单纯的过滤自来水中较大的杂质使用,以免误入泵室而损坏叶轮。如上所述,本套装置无须灌泵,所以不用安装止逆阀防止水的倒流。
2、主要部件:
循环泵的主要部件有3个,即叶轮、泵壳及轴封装置,以下分别介绍其结构与作用。
2.1、 叶轮:
叶轮通过高速旋转将原动机的能量传给液体,以提高液体的静压能与动能(主要为静压能)。
叶轮上一般有4~12片后弯叶片(叶片弯曲方向与旋转方向相反,其目的是为了提高静压能)。按叶片两侧有无盖板,叶轮可分为开式,半开式和闭式3种。在3种叶轮中,闭式叶轮效率较高,应用广泛,但结构复杂,适于输送清洁液体。开式和半开式叶轮的效率较低,结构简单,一般用于输送浆液或含悬浮物的料液。
闭式和半开式叶轮在运行时,部分高压液体漏入叶轮后侧,使叶轮后盖板所受压力高于吸入口侧,这样,对叶轮产生轴向推力。该轴向推力会造成叶轮与泵壳间的摩擦,严重时使泵震动。为了减小轴向推力,可在后盖板上钻一些小孔,称为平衡孔,使部分高压液体漏至低压区,以减小叶轮两侧的压力差。平衡孔可以有效地减小轴向推力,但同时也降低了泵的效率。
按吸液方式的不同,叶轮还可以分为单吸和双吸两种。单吸式叶轮构造简单,液体从叶轮一侧吸入;双吸式叶轮可以从两侧同时吸入液体,因而吸液量大,并较好地消除轴向推力。
2.2、 泵壳:
循环泵的外壳呈蜗壳形,故又称为蜗壳,壳内通道截面逐渐扩大,从叶轮外缘高速抛出的液体沿泵壳的蜗壳形通道向排出口流动,其流速逐渐降低,减少了能量损失,且使一部分动能有效地转变为静压能。显然,泵壳具有汇集液体和能量转换的双重功能。
在较大的泵中,叶轮与泵壳之间还装有固定不动的导轮,其目的是为减缓液体直接进入蜗壳时的冲击作用。由于导轮具有很多逐渐转向的通道,使高速液体流过时均匀而缓和地将动能转变为静压能,从而减少能量损失。
2.3、 轴封装置:
轴封是指泵轴与泵壳之间的密封,其作用是防止泵壳内高压液体沿轴漏出或外界空气吸入泵的低压区。常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种。 填料密封结构简单,加工方便,但功率消耗较大,且有一定的泄漏,需定期更换。
与填料密封相比,机械密封具有较好的密封性能,且结构紧凑,功率消耗小,使用寿命长,广泛用于输送高温、高压、有毒或腐蚀性液体的循环泵中。

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