離心泵

離心泵（Centrifugal pump  ）它是一種利用旋轉葉輪提高流體速度的旋轉動力泵，是過程工程中最常用的流體輸送機械。其具有結構簡單、流量大且均勻，操作方便等，適合有腐蝕性的運輸、含有懸浮固體和其他具有特殊性質的液體。15世紀末，倫納德·達·芬奇(Leonardo da Vinci)帕潘在1705年提出了離心的概念(Oeris Papin)發明了第一臺適用于提升液體的泵，這就是離心泵的雛形1818年，馬薩諸塞州水泵廠開始制造離心泵。1831年的黑色·康奈克斯迪丘公司將第一臺立式半開式葉輪離心泵投入市場。從1851年到1875年，帶導葉的多級離心泵相繼發明，這使高揚程離心泵的發展成為可能。1905年，蘇爾壽兄弟工廠開始批量生產帶串聯葉輪的高壓泵。20世紀初，離心泵與高速電機直接相連，這決定性地擴大了離心泵的應用范圍。20世紀40年代出現了適應高比轉速和極低揚程的軸流泵和混流泵，使離心泵逐漸成為主導泵型。20世紀50年代，中國開始仿制蘇聯產品建造離心泵。

離心泵有多種類型，如根據泵軸上葉輪的數量或系列的單級泵和多級泵，根據吸入方式的單吸泵和雙吸泵，僅在葉輪一側具有吸入口的單吸泵，在兩側具有吸入口的雙吸泵，以及根據泵軸的安裝方向的臥式泵、立式泵和斜式泵根據是否需要充氣或排水分為普通離心泵和自吸離心泵。然而，雖然離心泵的類型很多，但其工作原理主要是通過葉輪旋轉產生的離心力來驅動流體的旋轉，從而完成流體的輸送，因此它們一般由泵殼組成、葉輪、軸、吸入室、壓出室、密封裝置、平衡裝置和聯軸器等。離心泵主要應用于農業石油化工航空航天工程船舶等領域今天，代表世界離心泵先進技術水平的公司有ITT福斯KSB和嘉寶力諾。

雖然離心泵有各種類型，但它們的工作原理是相同的，因此主要部件的結構和功能基本相同，主要部件是泵殼、葉輪、軸、吸入室、壓出室、密封裝置、平衡裝置和聯軸器等。

泵軸：泵軸用于支撐離心泵中的旋轉部件，其主要功能是將原動機的旋轉運動和扭矩傳遞給葉輪并承受彎矩泵軸工作時所受的應力多為變應力，因此泵軸的失效多為疲勞，因此軸的材料應具有足夠的疲勞強度和對應力集中的低敏感性。軸的材料有很多種，比如碳鋼和合金鋼。

葉輪：葉輪是將原動機的機械能傳遞給排出液體的部件，對泵的工作性能有決定性的影響葉輪一般固定在車軸上，電機帶動轉軸帶動葉輪轉動。葉輪一般可分為閉式、有半開式葉輪和開式葉輪三種類型帶有前后蓋板的葉輪為閉式葉輪，帶有后蓋板的葉輪為半開式葉輪，帶有葉片和部分后蓋板的葉輪為開式葉輪。半開式葉輪和開式葉輪的鑄造比較方便，但由于工作中液體容易泄漏，多用于輸送固體顆粒或粘度較高的液體。此外，葉輪葉片的類型和形狀將直接影響離心泵的效率和性能。一般高揚、低流量離心泵具有圓柱形葉片，而大量低揚程離心泵具有扭曲的葉片；兩者之間具有中等比轉速離心的葉片形狀通常設計為葉輪入口處的扭曲形狀和出口處的圓柱形狀。因此，葉輪中葉片的基本形狀是圓形和扭曲的。所以才會有以上三種情況兩個葉片的基本形狀由葉輪中的流動條件決定。

葉輪材料的選擇一般應基于輸送液體的物理和化學性質、液體中含有多少機械雜質、設計機械強度的大小。一般中小型清水離心泵，由于輸送介質比較干凈，溫度、壓力不高，所以它的葉輪往往是鑄鐵或鑄鋼的。制造時可以半鑄造，也可以在加工前整體精密鑄造。運輸腐蝕性液體，如酸、堿、化工原料等離心泵應由耐腐蝕材料制成。耐酸硅鐵可根據不同的離心泵選用、塑料、青鋼、陶瓷和不銹鋼等材料。對于一些抗汽蝕要求較高的離心泵，其葉輪通常采用含鉻不銹鋼藍色鋁金屬灰色等材質。火電廠中一些在高溫高壓下工作的離心泵，如鍋爐給水泵，是用鉻鋼精密鑄造的。

泵殼：泵殼是離心泵的外殼，是泵體的主要部件它的作用是將葉輪密封在一定的空間內，使液體可以由葉輪引入和排出，并將液體的大部分動能有效地轉化為流體靜壓能。離心泵的泵殼大多做成蝸殼形，內部有一個橫截面逐漸擴大的蝸牛形流道葉輪在泵殼內沿蝸殼通道逐漸擴大的方向旋轉，高速甩出葉輪周圍的液體可逐漸降低流速，減少能量損失，使部分動能有效轉化為靜壓能。為了減少液體進入蝸殼時的碰撞，在葉輪和泵殼之間安裝了固定導輪這種導輪有許多逐漸轉向的通道，因此當高速液體流動時，它可以均勻而平緩地將動能轉化為流體靜力能，并將能量損失降至最低。離心泵殼體的材料不僅要考慮介質對溢流部分的腐蝕和磨損，還應具有作為壓力容器所必需的機械強度通常，離心泵殼體的材料是鑄鐵。

吸入室：離心泵的吸入管接頭與葉輪進口之間的空間稱為吸入室。它是液體進入離心泵的第一個部件。液體在進入葉輪之前流過吸入室。液體從吸入管流入葉輪的過程中，速度會發生變化，特別是速度分布會進行調整，以適應液體在葉輪中的運動。有必要在葉輪前設置一個吸入室來調節液體流速。吸入室的作用是以最小的流動損失將液體平穩地導入葉輪，要求液體流動在葉輪入口處具有相對均勻的速度分布。因此，根據離心泵的類型容量和應用場合，吸入室可分為錐形管吸入室、圓形吸入室和半螺旋形吸入室等。

離心泵

壓出室：擠壓腔是離心泵中的能量轉換裝置它的主要任務是以最小的水力損失收集從葉輪中流出的高速液體，將其引導至泵的出口或下一級，降低液體的流速，并將大部分動能轉化為壓力能，以防止排出管道的阻力損失過大。有兩種主要類型蝸殼和導輪。單級泵的擠壓腔一般為蝸殼式，多級泵為蝸殼式和導輪式。還有一種組合式，即多級泵的最后一級在導輪外增加一個蝸殼。

密封裝置：在泵軸伸出泵殼的地方，泵軸和泵殼之間有間隙，旋轉的泵軸和泵殼之間的密封稱為密封裝置。其作用是防止高壓液體沿軸向泄漏出去，防止外部空氣漏入泵內。常用的軸封裝置主要有填料密封、機械密封浮環密封和迷宮密封等。

平衡裝置：由于離心泵溢流部分液體壓力分布不均勻導致結構不對稱和制造偏差，離心泵轉子上出現不平衡力，因此在設計制造使用安裝和修理泵時必須考慮這些力、軸和軸承的影響，采取必要措施盡可能削弱和平衡這些力。為此目的而設計制造的裝置稱為離心泵平衡裝置。離心泵常用的平衡裝置主要有：平衡孔法雙吸葉輪法平衡盤法平衡盤法。根據離心泵類型的不同，平衡裝置的位置也不同。

聯軸器：聯軸器主要作用于軸之間的連接，使它們一起轉動，傳遞扭矩。聯軸器的主要形式可分為固定式和移動式。固定式要求兩個相連的軸嚴格對中，工作時不相對移動。活動式允許兩軸有一定的安裝誤差，并能補償工作時可能發生的相對位移，如溫度升高時軸因膨脹而伸長，軸承時軸的傾斜等。活動聯軸器可分為剛性和彈性兩種。其中彈性聯軸器具有吸收振動的功能、緩和沖擊的能力。

工作時，離心泵葉輪內的流體隨著葉輪的轉動產生離心力，在離心力的作用下，流體從葉輪流出，經過泵的水壓室、擴散管從泵的出口流入泵的外部管道同時，由于葉輪中的流體被甩出，葉輪中間的吸入口造成低壓，因此泵入口處的流體在壓力的作用下進入葉輪通過這種方式，當葉輪旋轉時，它不斷地吸入流體，同時給予流體能量，將其拋入水壓室并使其沿擴散管流出泵。簡單來說，離心泵的工作原理是利用葉輪在泵體內高速旋轉產生的離心力來輸送和提升液體。

蝸殼式離心泵：蝸殼離心泵是一種利用蝸殼將葉輪流出的水的動能轉化為壓力能的泵蝸殼泵殼像蝸牛殼，其特點是體積大、效率高，一般用于單級泵。蝸殼泵的液體流出葉輪后，會直接進入蝸殼的流道，由于流道的截面由小變大，液體速度減慢，一部分動能轉化為靜壓。這種擠壓方式結構簡單，所以常用于單級離心泵或多級泵的末級。并且因為蝸形泵經常使用彎曲的葉片來減少泵中的湍流和循環，所以提高了泵的效率。此外，蝸殼離心泵結構簡單，能夠抽取含有適當固體顆粒的液體。因此，主要用于輸送溫度不高于105℃的清水或物理化學性質與水相似的液體。常用于自來水廠、泵站、電站、空調循環用水、采暖用熱水循環、工業供水系統、消防系統、船舶和其他運輸液體的場合。日立集團生產的OV 蝸殼離心泵等代表品牌。

導葉式離心泵：導葉離心泵是在葉輪周圍的泵殼上固定導葉，起導流作用同時，液體流經導流葉片，一部分動能轉化為壓力能。導葉式尺寸小，效率低，一般用于多級泵。導葉離心泵的葉輪浸沒在水中，啟動前無需加水或抽水，很容易實現自動運行就汽蝕而言，導葉離心泵比臥式泵更有優勢，因為其汽蝕余量更大此外，導葉離心泵的安裝面積小，有利于基礎條件差，安裝場地狹窄。

密封技術

在離心泵中，當泵軸穿過泵殼時，一定會有間隙如果不采取措施，泵中的液體將從間隙中漏出。如果從泵中泄漏出的液體是飽和水，它可能會形成蒸汽，如果從泵中泄漏出的液體是易燃的、爆炸性有毒液體，可能引起火災、爆炸和中毒事故。如果泵軸和泵殼之間的間隙中的壓力是真空，大氣將從間隙中泄漏到泵中，這將降低泵的吸入性能。因此，有必要采用密封技術，在旋轉泵軸與靜止泵軸之間的間隙處設置密封裝置。應用最廣泛的密封技術主要包括填料密封、機械密封浮環密封和迷宮密封等。

填料密封技術

填料密封結構簡單，易于制造，適用于非腐蝕性和弱腐蝕性介質、密封要求不高、并允許定期維護混合設備。填料密封的工作原理是在壓蓋壓力的作用下，安裝在攪拌軸和填料箱體之間的填料對攪拌軸表面產生徑向壓緊力。由于填料中含有潤滑劑，在攪拌軸上產生徑向壓緊力的同時形成一層很薄的液膜，既潤滑了攪拌軸，又防止了設備內流體的逸出或外界流體的滲透，從而達到密封的目的。

機械密封技術

機械密封是將旋轉軸的密封面由軸向改為徑向，通過動環和靜環兩端面的相互接合而實現密封，并作相對運動的裝置，也稱為端封。該機械密封泄漏率低密封性能可靠功耗低儀器壽命長。工作原理是當旋轉軸旋轉時，動環與靜環緊密接觸，通過彈簧對軸的壓力防止容器內的介質從接觸面泄漏。

浮動環密封技術

浮動環密封取決于軸(或軸套)動環和動環之間的空間產生巨大的液壓力實現密封。其原理是高壓密封液在浮環和軸之間形成液膜，產生節流降壓，防止高壓介質泄漏到低壓。

抗氣蝕技術

空化是流體動力學、材料科學和物理化學中的復雜現象。當發生氣蝕時，泵體將損壞，并且還會產生噪音和振動。情況嚴重時，流道橫截面會被許多氣泡堵塞，使葉輪獲得的能量減少，導致泵體不能正常工作。

防氣蝕技術是在工藝條件允許時改變泵的流速、揚程、速度等操作參數，以避免氣蝕。同時，通過增加防氣蝕部件和采用半導體制冷片的高效制冷效果，可以有效降低離心泵進液口的液體溫度以防止氣蝕，同時在半導體制冷片的制冷面上采用均勻分布的導溫柱可以有效提高冷卻效果。冷卻液體，設置誘導葉輪調節強流壓，可有效減少氣蝕現象另外，誘導葉輪和雙吸葉輪為一體式，結構緊湊，懸臂比不會有太大影響過濾板設置在進水口處，可以更好地保護泵葉片，設置密封圈和密封環可以更好地提高泵的密封性能。

石油化工：因為離心泵的特點是結構簡單、流量均體積小、重量輕、可用于制造耐腐蝕材料，易于調節和控制因此，離心泵在石油化工生產中占有特殊的地位，是石油化工生產中應用最廣泛的泵。在化工作業中，離心泵是用來輸送液體的，也經常用來輸送一些有毒有害的物質。

航天：離心泵也廣泛應用于飛機設備和地面物流系統飛機在必要時使用加油泵和注水泵，以保證飛機的正常運行。在航天工程中，液體火箭發動機作為運載火箭的動力，起著舉足輕重的作用，需要由渦輪泵推進，渦輪泵主要由推進劑離心泵組成、渦輪動力源等。

供水：在供水領域，離心泵通常用于建筑物、農業、工業生產等提供了必要的水源此外，在排水方面，離心泵常被用來從管道或池塘中抽吸污水或廢水，然后通過泵體的旋轉將其排放到污水處理系統或其他處理設施中。

醫療：在醫療行業，離心泵通常用于體外肺支持 (ECMO)動脈手術期間離心泵的機械支持心內直視手術后心力衰竭的支持過度心臟移植作為心臟功能恢復期的過渡以及作為更復雜的輔助方法的過度等。在醫療行業，離心泵使用相對經濟，操作簡單，對血液傷害較小，在心臟直視手術后心力衰竭的治療中與其他復雜設備一樣有效。

船舶：因為離心機有一類是可以直接和電機連接的、流均、較小的車輪尺寸和重量以及在水中工作時足夠高的效率已廣泛應用于船舶。主要用在濰坊、壓載、疏水、排水和衛生系統。