離心泵的能量損失及效率

離心泵的能量損失及效率
    原動(dòng)機(jī)傳給泵軸的功率不能全部轉(zhuǎn)換為有效功率，即不能全部用來(lái)增加液體的能量。由于其中一部分能量在泵軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中消耗掉了，一部分能量在泵內(nèi)損失掉了，所以泵的有效功率總是小于軸功率。
    按離心泵能量損失形式不同，可分為：機(jī)械損失、容積損失和水力損失。
    1、機(jī)械損失及機(jī)械效率  機(jī)械損失包括兩部分：一是泵軸與軸承、軸封裝置之間的摩擦損失；二是輪阻損失，又稱圓盤(pán)摩擦損失，即原來(lái)在充滿液體的泵殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪外表面與液體之間的摩擦損失。
    在機(jī)械損失中，輪阻損失占的比例較大，而軸承的軸封裝置摩擦損失較小。用機(jī)械效率ηm表示機(jī)械損失的大小，機(jī)械效率就是軸功率Pe經(jīng)機(jī)械損失后的剩余功率與軸功率之比，即：
式中  Pm——由于機(jī)械損失而消耗的功率。
    理論與實(shí)踐表明，合理減小葉輪外徑，提高葉輪轉(zhuǎn)速，降低輪蓋板表面粗糙度，可以提高泵的機(jī)械效率。泵軸采用機(jī)械密封則軸封摩擦損失較小，若用填料密封應(yīng)注意填料壓蓋不要壓得過(guò)緊。離心泵的機(jī)械效率一般為90%~97%。
    2、容積損失及容積效率  離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，泵體內(nèi)各處的液體壓力是不同的，有高壓區(qū)也有低壓區(qū)。由于機(jī)構(gòu)上的需要在泵體內(nèi)部有很多間隙，當(dāng)間隙前后壓力不同時(shí)，有部分液體就要有高壓區(qū)流動(dòng)低壓區(qū)，如圖1所示。這部分液體雖然獲得了能量但是沒(méi)有被有效利用，在泵內(nèi)循環(huán)，而消耗于克服間隙阻力上。還有一部分液體獲得能量后從軸封處泄漏掉了，所以泵的實(shí)際流量qv比理論流量qvth小。

圖1 離心泵內(nèi)液體泄漏示意圖

    用容積效率ηv表示容積損失的大小，它是經(jīng)容積損失后的功率與未經(jīng)容積損失的功率之比，即：
    離心泵的容積效率ηv一般為90%~95%。
    對(duì)于給定的離心泵，要提高容積效率ηv，必須降低泄漏量，可采用減少密封間隙的環(huán)形面積或增加密封環(huán)間隙阻力等措施。運(yùn)轉(zhuǎn)中的離心泵應(yīng)定期檢查密封環(huán)磨損情況，及時(shí)更換，否則將使容積效率降低。
    3、水力損失及水力效率  液體流經(jīng)葉輪等過(guò)流部件時(shí)有摩擦損失，而且在液體流動(dòng)速度的大小和方向變化時(shí)有沖擊損失。這些損失都消耗一部分能量，通常把這部分能量損失稱為水力損失。
    （1）過(guò)流部件沿程摩擦損失  液體經(jīng)過(guò)吸液室、葉輪、導(dǎo)輪等過(guò)流部件時(shí)產(chǎn)生的摩擦阻力損失。由于沿程摩擦損失與流速的平方成正比，而流速又與流量成正比，故沿程摩擦損失與流量平方正比。圖2中曲線I表示沿程摩擦損失與理論流量qvth的關(guān)系曲線。

圖2 離心泵的水力損失與流量的關(guān)系

    （2）沖擊損失  液體流動(dòng)速度的大小和方向變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生阻力損失。在設(shè)計(jì)工況時(shí)，由于液流方向與葉片方向一致，所以沖擊損失較小，接近于零。在流量大于或小于設(shè)計(jì)工況時(shí)，由于液流方向的改變便使沖擊損失逐漸增大。圖2中曲線II表示沖擊損失隨qvth變化的關(guān)系曲線。
    離心泵的總水力損失為上述兩項(xiàng)之和，如圖2中曲線III所示。
    水力效率就是經(jīng)水力損失后的功率與未經(jīng)水力損失的功率之比，用符合ηh表示。ηh的大小與離心泵的構(gòu)造有關(guān)，一般為70%~90%。
    為提高水力效率，應(yīng)合理地確定葉輪流道的形狀和葉片形式，盡可能使液體流速變化平緩，以防旋渦與死角并減小過(guò)流部件的表面粗糙度。
    4、離心泵的總效率  離心泵的總效率η等于有效功率P和軸功率Pe之比，即：
    離心泵的效率和離心泵的比轉(zhuǎn)速有關(guān)，還和泵的流量、結(jié)構(gòu)有關(guān)。單級(jí)單吸離心泵輸送常溫清水、比轉(zhuǎn)速ns=120~210時(shí)，其效率值可根據(jù)流量由圖3查得。當(dāng)ns＜120或＞210時(shí)，單級(jí)單吸離心泵的效率值為由圖3查得的效率值與因比轉(zhuǎn)速ns不同而引起的效率修正值之和。當(dāng)ns=20~120時(shí)效率修正值由圖4（a）查得；當(dāng)ns=210~300時(shí)，效率修正值由圖4（b）查得。

圖3 單級(jí)單吸離心泵效率（ns=120~210）

圖4 單級(jí)單吸離心泵的效率修正值

    離心泵的效率是一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它標(biāo)志著泵的性能好壞及原動(dòng)機(jī)利用的程度。提高離心泵的效率涉及泵的設(shè)計(jì)、加工制造、安裝、運(yùn)行等問(wèn)題，必須全面考慮才能到達(dá)提高效率的目的。