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轴流泵

液流沿轴向进入和流出叶轮的叶片泵。其主要特点是:①流量大,扬程低,比转速一般为500~1500;流量为0.3~60米3/秒;扬程一般小于25米,通常为3~15米。②重量轻,结构简单。③叶片可调式轴流泵在停机或运行状态下,可通过改变叶片角度调节流量,以适应水位变化,使泵在较宽的范围内高效运行。④固定叶片式轴流泵的运行工况偏离最佳工况时,效率下降较快,经济性较差。

液流沿轴向进入和流出叶轮的叶片泵。其主要特点是:①流量大,扬程低,比转速一般为500~1500;流量为0.3~60米3/秒;扬程一般小于25米,通常为3~15米。②重量轻,结构简单。③叶片可调式轴流泵在停机或运行状态下,可通过改变叶片角度调节流量,以适应水位变化,使泵在较宽的范围内高效运行。④固定叶片式轴流泵的运行工况偏离最佳工况时,效率下降较快,经济性较差。

轴流泵广泛用于农田排灌、城市给排水、动力工程以及其他需要输送水量大而扬程又不高的场合。尤其是大型轴流泵在大面积的灌溉和排涝、拦海或围湖造田、开垦沼泽地、航运供水、流域间调剂水量等领域显示出较高的效能。日本、荷兰、苏联等国的大型轴流泵生产使用较多,其叶轮直径为1.6~4.6米,单机流量10~50米3/秒,扬程3~27米。中国生产的大型轴流泵口径为1.6~4.5米,单机流量8~60米3/秒,扬程3~11米,配套功率800~6000千瓦。

工作原理

叶轮在水中旋转时,水流对叶片产生绕流,由于水流沿叶片下表面的流速比沿上表面的流速大,因而产生向下的压差。其反作用力就是叶片对水的推力。轴流泵正是靠此力把能量传给水,从而实现抽水过程。

类型与结构

轴流泵按照泵轴的安装方式分为立式、卧式和斜式;按照叶片安装方式分为固定叶片式、半调节叶片式和全调节叶片式。

小型轴流泵一般为固定叶片式。图1为小型立式轴流泵的一般结构。叶轮有2~6个叶片,由主轴带动旋转,是决定水泵能量大小与汽蚀性能的关键部件。导叶体是一个装有6~12个导叶片的倒锥管,其作用是把从叶轮流出的旋转水流变为轴向水流并加以扩散,把水流的一部分动能转变为压能。吸水管的作用是使水流在损失最小的情况下均匀流入叶轮。中、小型轴流泵的吸水管一般采用逐渐收缩的喇叭管。大型轴流泵则采用肘型或钟形进水流道。

图1 小型立式轴流泵

中型轴流泵一般采用半调节叶片式,其叶片用螺栓和定位销钉紧固在轮毂上。调节时,松开紧固螺栓的螺母并拔出定位销钉,转动叶片角度后,将定位销钉插入相应的定位孔中,并将螺母旋紧。

大型轴流泵一般采用全调节叶片式,其叶片调节机构有机械式和液压式两种型式。叶片由装在叶轮轮毂体内的叶片转角机构(包括接力器及接力器活塞或蜗轮副、操作架、拐臂等零部件)驱动以改变安装角度。在泵的空心主轴的轴孔中装有调节杆或双层操作油管。在机械式全调节机构中,用杠杆或位于主轴上端的蜗轮副,或是借助伞齿轮驱动叶轮轮毂体内的蜗轮副,驱动主轴中的调节杆上下移动,并带动叶轮轮毂体内的操作架上下移动,以改变叶片角度。在液压式全调节机构中,当压力油进入下油腔,则接力器活塞上移,带动操作架也上移,从而使叶片角度向某一方向改变。反之,当压力油进入上油腔,叶片角度向反方向改变。除上述调节机构外,还可采用伺服电机来调节叶片角度。

特性曲线

图2所示的轴流泵特性曲线是在叶片安放角不变以及转速为常数时,通过试验作出的。由扬程曲线Q~H效率曲线Q~η和功率曲线Q~N组成。对于可调节叶片轴流泵的不同的叶片角度,就有一组不同的特性曲线。图3是将不同叶片角度的特性曲线以及等效率曲线、等功率曲线绘在一张图上的综合特性曲线。

图2 轴流泵的特性曲线

图3 轴流泵的综合特性曲线

轴流泵在流量为零时扬程最高,功率最大(零流量时的扬程约为设计扬程的1.5~1.7倍,输入功率约为设计点的2倍)。为此在启动轴流泵时,为减小启动负荷,压水管路上的阀门不得关闭。