職業(yè)教育加工制造專業(yè)備課資源：葉片泵的結(jié)構(gòu)與工作原理
葉片泵，是轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的葉片與泵殼(定子環(huán))相接觸，將吸入的液體由進(jìn)油側(cè)壓向排油側(cè)的泵。因?yàn)闅v史的葉片泵根據(jù)中類型的不同有兩種一）專門指容積泵中的滑片泵。二）指動(dòng)力式泵的三泵（離心泵、混流泵、軸流泵）或其他特殊的泵。這類泵產(chǎn)品一般不會(huì)叫葉片泵。但作為專著，葉片泵幾乎全部是指離心泵、混流泵、軸流泵等。根據(jù)其每轉(zhuǎn)的理論排量是固定值還是可變值，可以分為葉片式變量泵和葉片式定量泵。
離心泵結(jié)構(gòu)與工作原理
圖2-1為單級(jí)單吸式離心泵總體結(jié)構(gòu)簡圖。從圖中可以看出，離心泵包括蝸殼形的泵殼8和裝于泵軸7上旋轉(zhuǎn)的葉輪3，蝸形泵殼的吸液口與吸液管4相連接，排液口通過閥門2與排液管1相連接。
離心泵的葉輪一般是由兩個(gè)圓形蓋板組成，蓋板之間有若干片彎曲的葉片，葉片之間的槽道為液體的流道，如圖2-2所示。葉輪前蓋板中心位置有一個(gè)圓孔，即葉輪的進(jìn)液口，它裝在泵殼的吸液口內(nèi)，與離心泵吸液管相通。
離心泵在啟動(dòng)之前，先用液體灌滿泵殼和吸液管道，然后啟動(dòng)電機(jī)，使葉輪和液體作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，液體受到離心力作用被甩出葉輪，經(jīng)蝸形泵殼中的流道而進(jìn)入離心泵的出口管道，再排入管網(wǎng)中。
與此同時(shí)，離心泵葉輪中心處由于液體被甩出而形成真空區(qū)，吸液池中的液體便在內(nèi)外壓差作用下，沿吸液管連續(xù)進(jìn)入葉輪吸液口，又受到高速轉(zhuǎn)動(dòng)葉輪的作用，液體被甩出葉輪而匯入出口管道，如此循環(huán)，就實(shí)現(xiàn)了離心泵連續(xù)輸送液體的目的。
離心泵的工作過程實(shí)際上是一個(gè)能量傳遞和轉(zhuǎn)化的過程，它把電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為被輸送液體的動(dòng)能、位能和壓力能。在這個(gè)傳遞和轉(zhuǎn)化過程中，伴隨著許多能量損失，這種能量損失越大，離心泵的性能就越差，工作效率就越低。
離心泵的工作原理與后面講到的容積泵完全不同。容積泵是靠工作容積由大變小將液體強(qiáng)行排擠出去，而離心泵是靠離心力將液體從葉輪中拋出去。離心泵的流量和揚(yáng)程之間有相互對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此可以用安裝在泵出液管路上的閥門來調(diào)節(jié)流量。
但是對(duì)于容積泵，一般是不允許用這種方法來調(diào)節(jié)流量，關(guān)小排液管路上的閥門，不僅起不到調(diào)節(jié)流量的作用，反而會(huì)使泵因排壓過大而發(fā)生事故。但在離心泵工作過程中，即使完全關(guān)死排液管路上的閥門，在短時(shí)間內(nèi)一般也不會(huì)引起事故。
軸流泵的原理和結(jié)構(gòu)
軸流泵是一種低揚(yáng)程、大流量的葉片式泵。圖2-62所示為軸流泵的一般結(jié)構(gòu)，其過流部分由吸入管1.、葉輪2、導(dǎo)葉3、彎管4和排出管5組成。當(dāng)軸流泵工作時(shí)，液體沿吸入管進(jìn)入葉輪并獲得能量，然后通過導(dǎo)葉和彎管排出。軸流泵是利用葉片對(duì)繞流液體產(chǎn)生升力而輸出液體的。
根據(jù)葉輪上葉片的安置角度是否可調(diào)，軸流泵分為固定葉片軸流泵和可調(diào)葉片軸流泵兩類。軸流泵的工作特點(diǎn)是流量大，單級(jí)揚(yáng)程低?？捎米鳠犭娬局械难h(huán)水泵、油田用供水泵或化工行業(yè)的蒸發(fā)循環(huán)泵。
為了提高泵的揚(yáng)程，軸流泵可以做成多級(jí)。多級(jí)軸流泵可以用作油田鉆井泥漿泵，大大減輕泵重，顯著改善工作性能。此外，軸流渦輪無桿抽油機(jī)就是利用了多級(jí)軸流泵的工作原理開發(fā)的采油設(shè)備。
與離心泵相比，軸流泵優(yōu)點(diǎn)是外形尺寸小、占地面積小、結(jié)構(gòu)較簡單、重量輕、制造成本低及可調(diào)葉片式軸流泵擴(kuò)大了高效工作區(qū)等；缺點(diǎn)是吸入高度小，由于低汽蝕性能，一般軸流泵的工作葉輪裝在被輸送液體的低液面以下，以便在葉輪進(jìn)口處造成一定的灌注壓力。
旋渦泵的結(jié)構(gòu)和工作原理
旋渦泵是一種小流量、高揚(yáng)程的葉片泵。流量最小的旋渦泵輸送流量為0.05L/s，流量大的旋渦泵輸送流量可達(dá)12.5L/s。單級(jí)旋渦泵輸送清水揚(yáng)程可達(dá)300m。
旋渦泵的結(jié)構(gòu)主要包括葉輪（外緣上帶有徑向葉片的圓盤）、泵體、泵蓋以及由泵蓋、泵體和葉輪組成的環(huán)形流道，如圖2-66所示。
液體由吸入管進(jìn)入流道，并經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的葉輪獲得能量，再被輸送到排出管。當(dāng)旋渦泵的葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，液體按葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向沿環(huán)形流道流動(dòng)。
進(jìn)入葉輪葉片間的液體在葉片的推動(dòng)下與葉輪一起運(yùn)動(dòng)，其圓周分速度可以認(rèn)為與葉輪的圓周速度相等。此時(shí)液體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的離心力大小與圓周速度的平方成正比。
由于葉片間的液體與環(huán)形流道內(nèi)的液體的圓周速度不同，這樣就在軸面內(nèi)形成了如圖2-67所示的環(huán)形運(yùn)動(dòng)。液體的環(huán)形流動(dòng)的向量方向垂直于軸面，指向沿流道的圓周縱長方向，這一環(huán)形運(yùn)動(dòng)稱為縱向旋渦。
液體質(zhì)點(diǎn)從葉輪葉片間流出后進(jìn)入環(huán)形流道中，將一部分動(dòng)量傳給流道中的液流，這樣就給液體一個(gè)順著葉輪旋轉(zhuǎn)方向的沖量。同時(shí)，有一部分能量較低的液體又進(jìn)入葉輪。
在環(huán)形流道中的液體依靠縱向旋渦，每經(jīng)過一次葉輪，就得到一次能量，這就是旋渦泵的揚(yáng)程高于一般葉片泵的原因?？v向旋渦的存在是旋渦泵區(qū)別于其他類型葉片泵工作過程的一個(gè)重要特點(diǎn)。
除縱向旋渦外，在葉輪葉片的進(jìn)口邊，由于液流的沖角很大，使液體產(chǎn)生脫流，脫離葉片表面和形成旋渦。這種旋渦的向量方向與葉片的進(jìn)口邊是平行的，即與葉片徑向方向相平行，所以稱為徑向旋渦。
在一般旋渦泵中，當(dāng)泵的工況為這種情形時(shí)，徑向旋渦傳遞能量作用小，可以忽略不計(jì)?？v向旋渦的大小直接與環(huán)形流道內(nèi)液體的速度有關(guān)，也就是與流量有關(guān)。隨著流量的增加，縱向旋渦減小。
當(dāng)環(huán)形流道內(nèi)液體的速度接近于葉輪的圓周速度時(shí)，由于流道內(nèi)和葉輪葉片間液體的離心力相同，不會(huì)產(chǎn)生縱向旋渦。
而當(dāng)流量越小，則液體在葉輪內(nèi)的圓周速度和在環(huán)形流道內(nèi)的圓周速度相差越大，離心力相差也越大，縱向旋渦也隨之變大，壓頭也越高。圖2-68和圖2-69為旋渦泵性能曲線及其實(shí)例。由兩圖可見，流量減小時(shí)，壓頭就增加。
旋渦泵和其他類型泵相比，旋渦泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，體積小，重量輕，揚(yáng)程高，比同尺寸、同轉(zhuǎn)速的離心泵要高2~4倍，陡降式H-Q性能曲線，對(duì)系統(tǒng)中壓力波動(dòng)不敏感，有自吸能力，或借助于簡單裝置來實(shí)現(xiàn)自吸，某些旋渦泵可實(shí)現(xiàn)氣液混輸。缺點(diǎn)是：效率較低，最高不超過50%，大多數(shù)在20%~40%；汽蝕性能較差，適合抽送純凈的液體介質(zhì)，黏度不能太大。
漩渦泵屬于離心泵的一種特殊形式。葉輪是個(gè)外周面上銑出葉片的圓盤，它裝在具有等截面環(huán)形流道的殼體內(nèi)，葉輪的軸線和環(huán)形流道同心，流道的一端接吸入口，而另一端則與排出口相聯(lián)，吸排口間裝有隔板，隔板與葉輪的間隙很小，以防液體漏泄。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，事先充入泵內(nèi)的液體，就被迫隨葉輪一起旋轉(zhuǎn)，并因而產(chǎn)生一定的離心力，向葉輪的外周拋出，進(jìn)入泵殼的環(huán)形流道。液體進(jìn)入環(huán)形流道后，因受流道的限制，又被迫回流，并自葉片根部重新進(jìn)入的另一葉道中，因此液體在葉片與環(huán)形流道之間的運(yùn)動(dòng)跡線，對(duì)固定的泵殼來說，是一種前進(jìn)的螺旋線，而對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪來說，則是一種后退的螺旋線，正是由于流體在泵內(nèi)作上述漩渦運(yùn)動(dòng)，因此就能使液體連續(xù)多次的進(jìn)入葉片之間，多次的從葉輪獲得能量，直到最后達(dá)到出口為止，因此漩渦泵能產(chǎn)生較大的壓頭。
構(gòu)造上的差異： 旋渦泵(也稱渦流泵)是一種葉片泵。主要由葉輪、泵體和泵蓋構(gòu)成。葉輪是一個(gè)圓盤，圓周上的葉片呈放射狀均勻擺放。泵體和葉輪間構(gòu)成環(huán)形流道，吸進(jìn)口和排出口均在葉輪的外圓周處。吸進(jìn)口與排出口之間有隔板，由此將吸進(jìn)口和排出口隔脫離。 離心泵的主要過流部件有吸水室、葉輪和壓水室。吸水室坐落葉輪的進(jìn)水口前面，起到把液體引向葉輪的效果;壓水室主要有螺旋形壓水室(蝸殼式)、導(dǎo)葉和空間導(dǎo)葉三種方式;葉輪是泵的最重要的作業(yè)元件，是過流部件的心臟，葉輪由蓋板和中心的葉片構(gòu)成。
原理上的差異： 離心泵作業(yè)前，先將泵內(nèi)充溢液體，然后發(fā)動(dòng)離心泵，葉輪疾速滾動(dòng)，葉輪的葉片唆使液體滾動(dòng)，液體滾動(dòng)時(shí)依托慣性向葉輪外緣流去，一起葉輪從吸入室吸進(jìn)液體，在這一過程中，葉輪中的液體繞流葉片，在繞流運(yùn)動(dòng)中液體效果一升力于葉片，反過來葉片以一個(gè)與此升力巨細(xì)持平、方向相反的力效果于液體，這個(gè)力對(duì)液體做功，使液體得到能量而流出葉輪，這時(shí)液體的動(dòng)能與壓能均增大。
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