(a) (b)分別為鹽邦立式軸流泵外形和抽水原理示意圖,在葉輪上安裝著4~6個扭曲形葉片, 葉輪上部裝有固定不動的導輪,其上有導水葉片;下方為進水喇叭管。當葉輪旋轉時,水獲得能量經(jīng)導水葉片流出。這種泵由于水流進葉輪和流出導葉都是沿軸向的,故稱軸流泵。
軸流泵工作原理和離心泵不同,它是靠傾斜的翼形葉片所產(chǎn)生的推力而揚水的。根據(jù)機翼理論,當翼形葉片為對稱,同時其對稱軸和氣流v的方向一致時[圖1-2(a)],它所受的力和氣流方向相同,稱之為阻力。但當其對稱軸不在氣流方向而成一角度α(稱沖角),見圖1-2(b)或葉片形狀不對稱時[圖1-2(c)],它所受的力一般不在氣流方向上而成某一夾角,它可分為兩個分力。與氣流方向一致的分力稱阻力D;與氣流方向垂直的分力稱升力L。飛機飛行時,升力支持飛機的重量,阻力對飛行起阻礙作用,需要由螺旋槳產(chǎn)生的推力或噴出氣體的反沖力加以克服,因此設計翼形時應盡力增大升力而減小阻力。
升力的形成一方面由于傾斜葉片迫使流體改變方向,流體對葉片有一作用力;另一方面, 當假設為等速平流的流體靠近葉片時,由于葉形為上面的曲度大于下面,見圖1-2'(c),所以形成流線向上彎曲,導致葉片上面的流線間距縮小,下面流線間距增大,因兩流線間流量保持不變,則葉片上面流體流速大于下面,根據(jù)伯諾里方程式知,機翼上表面所受壓力小于下表面,因此其合力指向上方。很顯然,如果流體為水且靜止,而葉片以勻速運動,也同樣會產(chǎn)生向上的升力。
因軸流泵葉片是轉動的,水流在葉道中為相對運動。進入葉輪的速度ω1和流出葉輪的速度 ω2(相對流速)不僅數(shù)值不等,而且方向也不同,如圖1-3(a)所示。我們?nèi)ˇ?和ω2 向量的平均值ω∞做為葉輪中水流的方向[圖1-3(b)],于是根據(jù)上述機翼繞流理論,水流作用在葉片上的合力R在ω∞方向的分力為阻力D,在垂直ω∞方向的分力為升力L,根據(jù)葉柵理論可用下式表之
D=CxAρω2 ∞/2
L=CyAρω2 ∞/2
式中Cx,Cy—分別為阻力系數(shù)和升力系數(shù),當葉片一定時,主要和沖角有關;
A—葉片的平面投影面積;
ρ—水的密度。
根據(jù)作用力等于反作用原理,軸流泵葉片給流經(jīng)其上的水一個大小相等、方向相反的作用力R'[圖1-3(c)], 即R'=R,R'在圓周方向的分力R' u是使水在葉輪中繞軸旋轉的力, 而分力R' z則是使水沿泵軸上升的推力。