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泵的基本原理1、 泵的定义和分类(1)、概念:泵是把原动机(常见的原动机有柴油机、汽油机等内燃机,电动机等,消防车上的消防泵的原动机是车的柴油或汽油发动机)的机械能转换成抽送液体能量的机器。原动机通过泵轴带动叶轮旋转,对液体作功,使其能量增加,从而使需要数量的液体,由吸水池经泵输送到要求的高处或要求的压力的地方。泵吸水原理:下图所示是简单的泵装置。原动机带动叶轮旋转,将水从A处吸入泵内,排送到B处。泵中起主导作用的是叶轮,叶轮中的叶片强迫液体旋转,液体在离心力作用下向四周甩出。这种情况象转动的雨伞,雨伞上的水滴向四周甩出去的道理一样。泵内的液体甩出去后,新的液体在大气压力下进到泵内。如此连续不断地从A处向B处供水。泵在开动前,应先灌满水。如不灌满水,叶轮只能带动空气旋转,因空气的单位体积的质量很小,产生的离心力甚小,无力把泵内和排水管中的空气排出,在泵内造成真空,水也就吸不上来。泵的底阀是为灌水用的,泵出口侧的调节阀是用调节流量的。车用消防泵在开动前,可灌满水,遇到必须从自然水源吸水时,需要启动引水器,把泵室及吸水管内的空气排出,液体在大气压力下进到泵内,这样泵也可连续不断地吸水了。(2)、泵的类型
泵可以分为叶片式泵、容积式泵和其它类型泵三大类。⑴、叶片式泵:也叫动力式泵,这种泵是连续地给液体施加能量,如离心泵、混流泵、轴流泵等。
⑵、容积式泵:在这种泵中,通过封闭而充满液体容积的周期性变化,不连续地给液体施加能量,如活塞泵、齿轮泵、螺杆泵等。
⑶、其它类型泵:这些泵的作用原理各异,如射流泵、水锤泵、电磁泵等。
泵的详细分类见表1-1所示。2、 叶片泵的主要过流部件和结构形式:
(1)、叶片泵的主要过流部件有吸水室、叶轮、压水室(包括导叶)。
泵吸水室位于叶轮前面,其作用是把液体引向叶轮,有直锥形、弯管形和螺旋形三种形式。
压水室位于叶轮外围,其作用是收集从叶轮流出的液体,送入排出管。压水室主要有螺旋形压水室(涡壳)、导叶和空间导叶三种形式。
叶轮是泵最重要的工作元件,是过流部件的心脏。叶轮由盖板和中间的叶片组成。根据液体从叶轮流出的方向不同,叶轮分为离心式(径流式)、混流式(斜流式)和轴流式三种型式。离心式叶轮—液体流出叶轮的方向垂直于轴线;
混流式叶轮—液体流出叶轮的方向倾斜于轴线;泵的分类
叶片式泵
离心泵 单级(单吸、双吸、自吸、非自吸)多级(节段式、涡壳式)混流泵涡壳泵
导叶式(固定叶片、可调叶片)轴流泵 固定叶片、可调叶片
旋涡泵 单级、多级、自吸、非自吸容积式泵 往复泵 (活塞式、柱塞式)蒸汽双作用(单缸、多缸)
电动往复式—单作用、双作用(单缸、多缸)转子泵 螺杆式(单、双、三螺杆);
齿轮式(内啮合、外啮合);
环流活塞式(内环流、外环流);
滑片式;
凸轮式;
轴向柱塞式;
径向柱塞式
其它类型泵 射流泵、气体扬水泵、水锤泵、电磁泵、水轮泵等
轴流式叶轮—液体流出叶轮的方向平行于轴线。(2)、叶片式泵的结构形式
卧式:主轴水平放置;
立式:主轴垂直放置;
斜式:主轴倾斜放置。b、按叶轮种类
离心式:装离心式叶轮;
混流式:装混流式叶轮;
轴流式:装轴流式叶轮。c、按吸入方式
单吸:装单吸叶轮;
双吸:装双吸叶轮。d、按级数
单级:装一个叶轮;
多级:同一根轴上装两个或两个以上的叶轮。e、按叶片安装方法
可调叶片:叶轮叶片安放角可以调节的结构;
固定叶片:叶轮叶片安放角是固定的结构。f、按壳体剖分方式
分段式:壳体按与主轴垂直的平面剖分;
节段式:在分段式结构形式中,每一级壳体都是分开式的;
中开式:壳体在通过轴中心线的平面上分开;
水平中开式:在中开式结构中,剖分面是水平的;
垂直中开式:在中开式结构中,剖分面是与水平在面垂直的;
斜中开式:在中开式中,剖分面是倾斜的。g、按泵体形式
涡壳式:叶轮排出侧具有带涡室的壳体;
双涡壳式:叶轮排出侧具有双涡室的壳体;
透平式:带导叶的离心式泵;
筒袋式:内壳体外装有圆筒状的耐压壳体;
双层壳体式:指筒袋式之外的双层壳体泵。
h、按泵体的支承方式悬架式:泵体下有泵脚,固定在底座上,轴承体悬在一端;
托架式:轴承体下部固定在底座上,泵体被轴承体托起在一端;
中心支承式:泵体两侧在通过轴心的水平面上固定在底座上。i、特殊结构的叶片式泵
潜水电泵:驱动泵的电机与泵一起放在水中使用的泵;
贯流式泵:泵体内装有电动机等驱动装置;
屏蔽泵:泵与电动机直连(共用一根轴),电动机定子内侧装有屏蔽套,以防液体进入定子。
磁力泵:电动机带动外磁旋转,通过磁感应使和泵叶轮连在一起的内磁钢旋转,内外磁钢间有隔离套,完全杜绝液体外漏;
自吸式泵:泵再次起动时无需灌水的泵;
管道泵:泵作为管道的一部分,无需特别改变管路即可安装;
无堵塞泵:泵抽送液体中所含固体物质不会在泵内造成堵塞。3、 泵的用途
泵是一种通用机械,种类甚多,应用极广,可以说,在国民经济各部门中,凡是有液体流动的地方,说有泵在工作。其主要应用范围是:农田排灌、石油化工、动力工业、城市给排水、采矿和船舶工业等。另外,泵在火箭燃料供给、船舶推进方面也得到应用。
水泵电机一般为交流电机,各种交流电动机的旋转原理:
目前较常用的交流电动机有两种:1、三相异步电动机。2、单相交流电动机。第一种多用在工业上,而第二种多用在民用电器上。
一、三相异步电动机的旋转原理
三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场,三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道,但相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的,三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度,这样,当在定子绕组中通入三相电源时,定子绕组就会产生一个旋转磁场,其产生的过程如图1所示。图中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程。电流每变化一个周期,旋转磁场在空间旋转一周,即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速为:n=60f/P 式中f为电源频率、P是磁场的磁极对数、n的单位是:每分钟转数。根据此式我们知道,电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关,为此,控制交流电动机的转速有两种方法:1、改变磁极法;2、变频法。以往多用第一种方法,现在则利用变频技术实现对交流电动机的无级变速控制。
观察图1还可发现,旋转磁场的旋转方向与绕组中电流的相序有关。相序A、B、C顺时针排列,磁场顺时针方向旋转,若把三根电源线中的任意两根对调,例如将B相电流通入C相绕组中,C相电流通入B相绕组中,则相序变为:C、B、A,则磁场必然逆时针方向旋转。利用这一特性我们可很方便地改变三相电动机的旋转方向。 定子绕组产生旋转磁场后,转子导条(鼠笼条)将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流,转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力,电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向以n1的转速旋转起来。一般情况下,电动机的实际转速n1低于旋转磁场的转速n。因为假设n=n1,则转子导条与旋转磁场就没有相对运动,就不会切割磁力线,也就不会产生电磁转矩,所以转子的转速n1必然小于n。为此我们称三相电动机为异步电动机。
二、单相交流电动机的旋转原理
单相交流电动机只有一个绕组,转子是鼠笼式的。当单相正弦电流通过定子绕组时,电动机就会产生一个交变磁场,这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化,但在空间方位上是固定的,所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场,当转子静止时,这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩,使得合成转矩为零,所以电动机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时(如顺时针方向旋转),这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小;转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了,转子所产生的总的电磁转矩将不再是零,转子将顺着推动方向旋转起来。
要使单相电动机能自动旋转起来,我们可在定子中加上一个起动绕组,起动绕组与主绕组在空间上相差90度,起动绕组要串接一个合适的电容,使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度,即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组,将会在空间上产生(两相)旋转磁场,如图2所示。在这个旋转磁场作用下,转子就能自动起动,起动后,待转速升到一定时,借助于一个安装在转子上的离心开关或其他自动控制装置将起动绕组断开,正常工作时只有主绕组工作。因此,起动绕组可以做成短时工作方式。但有很多时候,起动绕组并不断开,我们称这种电动机为电容式单相电动机,要改变这种电动机的转向,可由改变电容器串接的位置来实现。
在单相电动机中,产生旋转磁场的另一种方法称为罩极法,又称单相罩极式电动机。此种电动机定子做成凸极式的,有两极和四极两种。每个磁极在1/3--1/4全极面处开有小槽,如图3所示,把磁极分成两个部分,在小的部分上套装上一个短路铜环,好象把这部分磁极罩起来一样,所以叫罩极式电动机。单相绕组套装在整个磁极上,每个极的线圈是串联的,连接时必须使其产生的极性依次按N、S、N、S排列。当定子绕组通电后,在磁极中产生主磁通,根据楞次定律,其中穿过短路铜环的主磁通在铜环内产生一个在相位上滞后90度的感应电流,此电流产生的磁通在相位上也滞后于主磁通,它的作用与电容式电动机的起动绕组相当,从而产生旋转磁场使电动机转动起来。
1、水环式真空泵动态原理图:
当水环式真空泵叶轮按图中顺时针方向旋转时,水被叶轮抛向四周,由于离心力的作用,水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。
水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切,水环的上部内表面刚好与叶片顶端接触(实际上叶片在水环内有一定的插入深度)。
此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间,而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部0°为起点,那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大,且与端面上的吸气口相通,此时气体被吸入,当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝;
当叶轮继续旋转时,小腔由大变小,使气体被压缩;当小腔与排气口相通时,气体便被排出泵外。
水环真空泵内装有带固定叶片的偏心转子,是将水(液体)抛向定子壁,水(液体)形成与定子同心的液环,液环与转子叶片一起构成可变容积的一种旋转变容积真空泵。
2、蒸汽喷射泵
蒸汽喷射泵工作时蒸汽进入喷嘴后,高速喷出,产生低压,将气体吸入并在混合室混合,经扩大管后,动能转变为压强能。如果吸入的气体来自容器,容器减压,即可称作喷射真空泵。
3、气动隔膜泵动态原理:
4、自吸泵的动态原理:
自吸泵的工作原理是:水泵启动前先在泵壳内灌满水(或泵壳内自身存有水)。启动后叶轮高速旋转使叶轮槽道中的水流向涡壳,这时入口形成真空,使进水逆止门打开,吸入管内的空气进入泵内,并经叶轮槽道到达外缘。
5、离心泵动态原理:
离心泵(centrifugal pump)是指靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体的泵。
6、螺杆泵动态原理:
螺杆泵是容积式转子泵,它是依靠由螺杆和衬套形成的密封腔的容积变化来吸入和排出液体的。
7、罗茨真空泵的动态工作原理
罗茨真空泵是指泵内装有两个相反方向同步旋转的叶形转子,转子间、转子与泵壳内壁间有细小间隙而互不接触的一种变容真空泵。
8、旋片式真空泵的动态原理:
旋片式真空泵(简称旋片泵)是一种油封式机械真空泵。属于低真空泵。它可以单独使用,也可以作为其它高真空泵或超高真空泵的前级泵。
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