熱水供暖循環系統綜合實訓裝置
循環泵的工作原理及特性認識實驗
循環泵是化工生產、生活中應用最廣泛的泵,本套裝置同樣采用的是循環泵,其特點是結構簡單、流量均勻、操作方便,易于控制等,循環泵的流量在額定下大于3.0 /h,為滿足流量計滿量程設計需要,在經過計算和實際使用后,當揚程為5米時它的流量上限為2.0 /h,循環泵的出口流量由電動調節閥進行調節。
1.1 循環泵的工作原理和主要部件
1、 工作原理:
循環泵啟動前,應先向泵內充液體使泵殼和吸入管路充滿被輸送液體。啟動后,泵軸帶動葉輪高速旋轉,葉片間的液體也隨之作圓周運動。同時在循環力的作用下,液體又由葉輪中心向外緣做徑向運動。液體在此運動過程中獲得能量,使靜壓能和動能均有所提高。液體離開葉輪進入泵殼后,由于泵殼中流道逐漸加寬,流速逐漸降低,又將一部分動能轉變為靜壓能,使液體的靜壓能進一步提高,最后由出口以高壓沿切線方向排出。當液體從葉輪中心流向外緣后,葉輪中心呈現低壓,貯槽內液體在其液面與葉輪中心壓力差的作用下進入泵內,再由葉輪中心流向外緣。葉輪如此連續旋轉,液體便會不斷地吸入和排出,達到輸送的目的。
若循環泵啟動前未充液,則泵殼內存在空氣,由于空氣的密度遠小于液體的密度,產生的循環力很小,因而葉輪中心處所形成的低壓不足以將貯槽內液體吸入泵內,此時雖啟動循環泵,也不能輸送液體,此種現象稱為氣縛(air binding),表明循環泵無自吸能力。因此,在啟動前必須灌泵。在本套裝置中,循環泵的下邊緣高出大儲水箱的下邊緣50cm,故只要保證大儲水箱中的液面高度高于循環泵進水口位置,便可始終保持泵室中沖滿液體水,而無須灌泵。
若循環泵的吸入口位于貯槽液面的上方,在吸入管路的進口處應安裝帶濾網的底閥,該底閥為止逆閥(單向閥),可防止吸入管路中的液體外流,濾網可以阻擋液體中的固體物質被吸入而堵塞管路或泵殼。若循環泵的吸入口位于貯槽液面的下方,液體借位差自動流入泵內,無須人工灌泵。本套裝置的大儲水箱中安裝有一只白色的濾網,它不是用于止逆,而是為了單純的過濾自來水中較大的雜質使用,以免誤入泵室而損壞葉輪。如上所述,本套裝置無須灌泵,所以不用安裝止逆閥防止水的倒流。
2、主要部件:
循環泵的主要部件有3個,即葉輪、泵殼及軸封裝置,以下分別介紹其結構與作用。
2.1、 葉輪:
葉輪通過高速旋轉將原動機的能量傳給液體,以提高液體的靜壓能與動能(主要為靜壓能)。
葉輪上一般有4~12片后彎葉片(葉片彎曲方向與旋轉方向相反,其目的是為了提高靜壓能)。按葉片兩側有無蓋板,葉輪可分為開式,半開式和閉式3種。在3種葉輪中,閉式葉輪效率較高,應用廣泛,但結構復雜,適于輸送清潔液體。開式和半開式葉輪的效率較低,結構簡單,一般用于輸送漿液或含懸浮物的料液。
閉式和半開式葉輪在運行時,部分高壓液體漏入葉輪后側,使葉輪后蓋板所受壓力高于吸入口側,這樣,對葉輪產生軸向推力。該軸向推力會造成葉輪與泵殼間的摩擦,嚴重時使泵震動。為了減小軸向推力,可在后蓋板上鉆一些小孔,稱為平衡孔,使部分高壓液體漏至低壓區,以減小葉輪兩側的壓力差。平衡孔可以有效地減小軸向推力,但同時也降低了泵的效率。
按吸液方式的不同,葉輪還可以分為單吸和雙吸兩種。單吸式葉輪構造簡單,液體從葉輪一側吸入;雙吸式葉輪可以從兩側同時吸入液體,因而吸液量大,并較好地消除軸向推力。
2.2、 泵殼:
循環泵的外殼呈蝸殼形,故又稱為蝸殼,殼內通道截面逐漸擴大,從葉輪外緣高速拋出的液體沿泵殼的蝸殼形通道向排出口流動,其流速逐漸降低,減少了能量損失,且使一部分動能有效地轉變為靜壓能。顯然,泵殼具有匯集液體和能量轉換的雙重功能。
在較大的泵中,葉輪與泵殼之間還裝有固定不動的導輪,其目的是為減緩液體直接進入蝸殼時的沖擊作用。由于導輪具有很多逐漸轉向的通道,使高速液體流過時均勻而緩和地將動能轉變為靜壓能,從而減少能量損失。
2.3、 軸封裝置:
軸封是指泵軸與泵殼之間的密封,其作用是防止泵殼內高壓液體沿軸漏出或外界空氣吸入泵的低壓區。常用的軸封裝置有填料密封和機械密封兩種。 填料密封結構簡單,加工方便,但功率消耗較大,且有一定的泄漏,需定期更換。
與填料密封相比,機械密封具有較好的密封性能,且結構緊湊,功率消耗小,使用壽命長,廣泛用于輸送高溫、高壓、有毒或腐蝕性液體的循環泵中。