液體流速在離心泵系統(tǒng)中的作用

如果你在Merriam-Webster（韋氏詞典） 中查找“泵"一詞的定義，你可能會認為泵是一種非常簡單的機器。根據(jù)這本古老的詞典，泵是“一種提升、轉(zhuǎn)移、輸送或壓縮液體的裝置"。雖然這個定義是正確的，但它并沒有反映出這種至少自公元前200年以來就開始使用的設(shè)備的復(fù)雜性。從允許的管道應(yīng)力（即接管載荷）和雷諾數(shù)到能量梯度和比轉(zhuǎn)速，泵（特別是離心泵是一種半理論半經(jīng)驗的機械 – 泵沙龍注）其實非常復(fù)雜。其中一個經(jīng)常讓最終用戶感到困惑的領(lǐng)域是液體流速。

在本篇文章中，我們將解釋為什么液體流速對離心泵系統(tǒng)如此重要、不同種類的流動、管道直徑對系統(tǒng)的影響以及如何計算泵的出口流速。

任何液體都有兩種流動方式：第一種流動是層流。想象一下，你想泵送的液體是由許多薄層組成的。在達到一定流速之前，這些層都會沿同一方向平穩(wěn)流動，保持或多或少的平行軌跡，不會垂直混合。然而，一旦液體達到一定的流速（稱為臨界速度），它就開始表現(xiàn)出不同的行為：它開始變得湍流。

這被稱為湍流，即液體的第二種流動方式。回想一下我們在上一段中提到的那些薄層。但它們并沒有都朝著同一個方向流動，而是分開了，一些向上盤旋，另一些向下折疊，還有一些向相反的方向折回。液體達到臨界速度的點取決于其粘度，湍流流動的液體會導(dǎo)致離心泵出現(xiàn)嚴重的問題，我們將在下文中更詳細地討論。

如果保持液體在整個系統(tǒng)中以層流流動對特定型式的泵很重要，那么確定管道直徑對流動的影響就很有意義。液體流速可按如下公式計算：

流速 = 1.273×（體積流量/管道內(nèi)徑）

你不需要數(shù)學(xué)學(xué)位就可以理解，當(dāng)管道內(nèi)徑減小時，液體的流速會增加。此外，如果你有許多不同尺寸的管道，則整個系統(tǒng)中的液體流速也會有所不同，這可能會導(dǎo)致問題。

為什么離心泵中的流速變化很重要？離心泵的工作原理是通過葉輪將動能轉(zhuǎn)化為液體流速。其基本原理是，葉輪是一種連接到軸上的旋轉(zhuǎn)工具，或者在我們的泵的情況下，通過使用磁鐵旋轉(zhuǎn)，它使用向外的推動運動來移動液體通過泵及其系統(tǒng)。

當(dāng)整個離心泵系統(tǒng)中的壓力開始變化時，其效率開始下降。液體在各個部分的流動變得湍流，更多的液體撞擊管道。這就導(dǎo)致了所謂的壓頭損失，即系統(tǒng)中的總壓力損失。此外，由于葉輪以恒定的轉(zhuǎn)速不斷旋轉(zhuǎn)，即使液體沒有穩(wěn)定地進入泵體內(nèi)，它也會繼續(xù)運轉(zhuǎn)。這會導(dǎo)致效率降低、磨損增加、整個系統(tǒng)的壓力增加，以及整個系統(tǒng)組件的應(yīng)力增加。

為了確保泵、管道和配件的最長使用壽命，通常，泵的入口流速不應(yīng)超過6.5英尺/秒（約2.0 m/s）。同樣，出口流速不應(yīng)超過15英尺/秒（約4.5 m/s）

你的系統(tǒng)應(yīng)該使用的確切的泵流速取決于需要泵送的液體的特性。首先需要考慮的是液體的粘度和在它開始變得湍流之前的最大流速。第二個因素涉及沉積物。如果泵送的液體含有大量沉淀物，則可能需要稍高的流速進行泵送，以避免沉淀物在泵體和/或管道內(nèi)堆積。

正如我們上面討論的，即使出現(xiàn)湍流，離心泵的葉輪也會繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，這會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的壓力增加和效率降低。從離心泵的性能曲線可以看出：泵出口壓力增加，流量將減少。如果將體積流量除以管道通徑的橫截面積，則可以輕松計算出出口流速。