離心泵的基本原理
工業(yè)中的很多流程都需要將流體從一個位置輸送到另一個位置,扮演者重要的角色。涵蓋的工業(yè)很廣泛,從大型核電廠和普通電廠、輸油管線、石化廠、市政廢水處理廠、水廠,到大小型建筑物,到輪船和海上石油平臺等等。
一般來說,泵在旋轉(zhuǎn)機械中是那種皮實、可靠的一類設(shè)備。但在很多流程中,泵是關(guān)鍵設(shè)備,一旦故障宕機,后果往往是嚴重的,甚至是災難性的。除直接經(jīng)濟損失外,安全問題也是不容小視,甚至超過經(jīng)濟損失,如泵失效導致放射性物質(zhì)或有毒液體泄露,會殃及工廠相關(guān)人員的生命,甚至包括周邊百姓。此外環(huán)保因素也一樣,有害流體因為泵的泄露等失效,會嚴重污染空氣、水和土壤,甚至導致環(huán)境的不可逆危害,治理起來費時、費力、費錢。所以,雖然泵常常沒有歸入關(guān)鍵機組,但對它的重視,按關(guān)鍵機組對待并不為過。
什么是泵?
幾乎所有人都都熟悉泵及其基本原理,如汽車發(fā)動機的冷卻液通過泵在散熱器和水套中循環(huán)。泵克服流體的重力、摩擦力,將流體加速到一定的出口速度,送到一定的***度。
克服重力的影響不難理解,但對于克服流體的阻尼 – 摩擦力的概念可能未必盡人皆知。流體流經(jīng)管道,流體分子間會產(chǎn)生“摩擦”,因為分子間在運動過程中速度不一樣,之間就會有相對運動,摩擦自然就產(chǎn)生了。流體間運動速度不一樣可以通過特殊情況理解,在管道壁流體的流速為零,在管道中心的流速***大,也就是所謂的流場梯度。所以,重力和摩擦力是泵運行中需要克服的阻力。
摩擦力有流體和管壁間的摩擦力,以及分子間的摩擦力。因此,簡言之,管壁光滑的摩擦力比粗糙的小,大直徑管比小直徑管摩擦力小;流體的特性影響摩擦力,內(nèi)聚力大的流體,也就是粘度大的流體摩擦力大。當然實際情況可能要復雜得多,但足夠去理解泵的阻力了。
泵是一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備,是將驅(qū)動機械的旋轉(zhuǎn)動能,轉(zhuǎn)換成所泵流體的能量。
克服流體運動過程中的重力,提***揚程、克服流體內(nèi)、外摩擦力。
流體出口速度比入口速度提***。
下圖是流體流過泵和管道,流體能量的變化圖
能量梯度線 (EGL) 顯示流體流經(jīng)管道和泵并送到一定的揚程后的能量的變化
能量梯度線表示了能量的損失大小。是泵必須克服的。
上圖并沒有討論流體凈增加的能量。
泵作為一種能量轉(zhuǎn)換的設(shè)備,目標是能量轉(zhuǎn)換效率***,耗能小。