文獻(xiàn)名稱（中文）化工工業(yè)離心泵摘要：離心泵是通過葉輪的旋轉(zhuǎn)把液體的內(nèi)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能的一種旋轉(zhuǎn)裝置。液體由吸入口進(jìn)入蝸殼，通過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，液體呈放射狀加速從泵中向外輸出，這時(shí)葉輪附近留出一個(gè)真空，不斷吸引更多的流體進(jìn)入泵的葉輪附近，這樣由葉輪的旋轉(zhuǎn)來完成液體的進(jìn)出。這篇文章主要講述了關(guān)于離心泵的發(fā)展史，離心泵工作原理的分析，汽蝕的基本原理和預(yù)防汽蝕的措施等的一系列問題。從而幫助我們加深對(duì)離心泵的理解。關(guān)鍵詞：離心泵；工作原理；汽蝕；汽蝕原理；預(yù)防措施1．介紹泵的提出，最先是用于轉(zhuǎn)移或壓縮液體和氣體的設(shè)備。在所有泵中，我們一步步采取措施來防止氣蝕，氣蝕將減少流量并且破壞泵的結(jié)構(gòu)。用來處理氣體和蒸汽的泵稱為氣體壓縮機(jī)，研究流體的運(yùn)動(dòng)的科學(xué)稱為流體力學(xué)。水泵是用管子連接的機(jī)械把水從一個(gè)地方傳到另一個(gè)地方。水泵的操作壓力從一磅到一萬磅每平方英尺。日常生活中，泵是很多見的，有用于在魚池和噴泉使水循環(huán)和向水中充氣的電泵，還有用于從住宅處把水引走的污水泵。離心泵的早期形式---螺桿泵，是通過一個(gè)管子連接一根螺桿組成的，它是利用螺桿的旋轉(zhuǎn)把水提升上去。螺旋泵經(jīng)常用在污水處理廠中，因?yàn)樗鼈兛梢赃\(yùn)輸大量的水，而不會(huì)因?yàn)樗槠氯?。在遠(yuǎn)古的中東，因?yàn)閷?duì)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行灌溉的需求，所以有一種強(qiáng)大的動(dòng)力去推進(jìn)水泵的進(jìn)程。在這些區(qū)域里，早期的泵是為了將水一桶一桶的從水源或河渠中提升到容器中。古希臘的發(fā)明家和數(shù)學(xué)家阿基米德被認(rèn)為是公元前3世紀(jì)首先提出螺旋泵的發(fā)明家。之后，古希臘發(fā)明家發(fā)明了第一個(gè)提水泵。在十七世紀(jì)末和十八世紀(jì)初，英國的工程師ThomasSavory,法國的物理學(xué)家DenisPa]pin,和英國的鐵匠和發(fā)明家TomasNewcomen,它們發(fā)明了用蒸汽驅(qū)動(dòng)活塞的水泵。蒸汽驅(qū)動(dòng)的水泵首先廣泛的被應(yīng)用是在從煤礦往外輸水過程中?，F(xiàn)在離心泵使用的例子,是來自于哥倫比亞河上使用的大古利水壩。這個(gè)泵有灌溉超過一百萬英畝的土地能力。離心泵被認(rèn)為是旋轉(zhuǎn)泵,它有一個(gè)旋轉(zhuǎn)地葉輪,葉輪上有葉片,葉片是侵入液體中的。液體也是由葉輪軸向進(jìn)入泵,并且旋轉(zhuǎn)的葉輪將液體甩向葉片根部。同時(shí)葉輪也給液體一個(gè)較高的速度,這個(gè)速度通過泵的一個(gè)固定部件轉(zhuǎn)化成壓力。我們一般稱為擴(kuò)壓器。在高壓泵里,很多葉輪可以被系列選用,并且在一個(gè)葉輪后有一個(gè)擴(kuò)壓器,也可能含有導(dǎo)輪,可以逐漸的降低液體的速度。對(duì)于低壓泵來說,擴(kuò)壓泵一般就是一個(gè)螺旋形的通道,成為蝸殼,作用原理是攔截面逐漸增加可以有效降低流體的速度。在泵工作前,葉輪必須被灌注,也就是在泵啟動(dòng)時(shí),葉輪必須被液體包圍。也可以通過在吸入線上放另一個(gè)截止閥來實(shí)現(xiàn),截止閥在泵停止工作時(shí)是液體保留在泵內(nèi)。如果截止閥泄露了,泵可以通過閥的入口,從外面的水源比如說蓄水池來取水灌注。一般離心泵在排水線的

地方也有一個(gè)閥控制流體和壓力。對(duì)于小流量和高壓力來說，葉輪作用很大部分是放射狀的。對(duì)于高速流體和低壓排水壓力，泵中流體的方向可以近似于與軸的軸向平行，這時(shí)泵有一個(gè)軸流，這時(shí)葉輪就近似于螺旋推進(jìn)器。從一種流動(dòng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種流動(dòng)的狀態(tài)是漸進(jìn)的，對(duì)于中間狀態(tài)的設(shè)備可稱為混流泵。2．離心泵離心泵是化工和石油工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種泵。它能輸送性能非常廣泛的液體和固體含量高的懸浮液，像泥泥漿，可以用多種抗腐蝕材料建造。泵的整個(gè)外殼可用像聚丙烯這樣的塑料來建造，或者用腐蝕襯里加工。由于它的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，可將其直接耦合到電動(dòng)機(jī)上，由電動(dòng)機(jī)的規(guī)格大小決定流量高低。在這樣的泵中，液體被吸入到旋轉(zhuǎn)葉輪的中心，通過離心作用向外流動(dòng)。由于高速旋轉(zhuǎn)，液體在吸入口和因動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓能的出口側(cè)獲得較高的動(dòng)能和壓力差。葉輪由一系列弧形葉片組成，因此能使液體的流動(dòng)盡可能平穩(wěn)。葉輪中葉片越多，則液體的流動(dòng)方向越好控制，那么液體循環(huán)流動(dòng)時(shí)因波動(dòng)引起的損失就越少。在開式葉輪中，葉片被固定在中心輪轂上，而在閉式中葉片則是用兩塊鋼板支撐以減少漏液。由此可以看出，在很大程度上，葉片末端的角度決定了泵的工作特性。流體通常在軸向上通過葉片的上升進(jìn)入泵殼。在這種簡(jiǎn)單類型的離心泵中，液體由切向方向隨著橫截面逐步流到蝸殼中。圖(a)所示為旋渦型泵，圖(b)中，在渦輪泵中的液體隨移動(dòng)的葉輪在一系列固定葉片中形成擴(kuò)散環(huán)。這種旋渦能逐漸改變流體的流動(dòng)方向，并有效地將動(dòng)能轉(zhuǎn)化成壓能。固定葉片前緣處的流體應(yīng)該沒有受到?jīng)_擊。沿著葉輪葉片，液體的流動(dòng)具有一定速度，同時(shí)，葉片末端相對(duì)于泵體有移動(dòng)。液體的運(yùn)動(dòng)方向相對(duì)于泵殼和固定葉片所需的角度一樣，是兩個(gè)速度的合成方向。u是液體相對(duì)于葉片的速度，u是葉片上某點(diǎn)的切vt向速度；將這兩個(gè)速度合成即可得到液體的速度u。2因此，很明顯，在擴(kuò)散環(huán)中所需要的葉輪角由葉輪的產(chǎn)量、旋轉(zhuǎn)速度和葉片的角度決定。所以，泵在很嚴(yán)格的條件下才能有最大的運(yùn)行效能。離心泵的有效壓頭當(dāng)流體所剩余的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為壓能時(shí)，壓力最大。如下文所述，有效壓頭和半徑的平方以及速度成正比，壓力更高時(shí)，必須使用多級(jí)泵?？紤]到液體在離泵中心r到r+dr的距離內(nèi)旋轉(zhuǎn)，如圖(d)這一部分流體的質(zhì)量為dM=2兀rdrdp，其中p是流體的密度，b是這部分流體的寬度。如果流體在與切向方向成0角上以速度u流動(dòng)，則這部分質(zhì)量流體的角動(dòng)量為dM(urcos0)。流體通過泵所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力等于角動(dòng)量對(duì)時(shí)間的改變量ddt=dM—(urcos0)=2兀rbpdr—(urcos0)dt dt液體的體積流速為：dQ=2兀rb—atdr=Qpd(urcos0)因此，液體在泵中受到總的扭轉(zhuǎn)力由dT在小標(biāo)1和2之間積分而得，下標(biāo)1引用的是泵入口處的條件，小標(biāo)2是出口時(shí)的條件。于是有：t=Qp(urcos0一urcos0)222111離心泵的優(yōu)缺點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)有：制造簡(jiǎn)單，可用多種材料加工。無閥門。高速運(yùn)轉(zhuǎn)(高達(dá)100赫茲)，因此可直接耦合到電動(dòng)機(jī)上。一般地，速度越大，泵和電動(dòng)機(jī)的效率越小。能平穩(wěn)傳送。維修費(fèi)用比其他類型的泵少。輸送堵塞時(shí)，只要不是長時(shí)間運(yùn)作，泵就不會(huì)被損壞。與其它泵相比，體積較小，因此可利用電動(dòng)機(jī)做成密封裝置沉浸在吸收罐中。能容易輸送含有高比例懸浮固體的液體。主要缺點(diǎn)有：?jiǎn)渭?jí)泵不能提高壓力。而多級(jí)泵能提高壓頭，但價(jià)格昂貴而且由于它們的復(fù)雜性不能用抗腐蝕的材料加工建造。通常用較高的速度來減少所需要的級(jí)數(shù)。只有在有限條件下才能以最高效能運(yùn)作，尤其是渦輪泵。它不能自動(dòng)注水。在輸送和吸收管道中，如果沒有止回閥，液體就會(huì)在泵停止工作的瞬間倒流到吸入槽內(nèi)。不能有效處理粘性液體。3．離心泵中的汽蝕（1）“汽蝕”一詞來源于拉丁語，這意味著一個(gè)中空的空間或空腔。韋氏詞典定義的字是在一個(gè)非常低的壓力區(qū)域流動(dòng)的液體腔內(nèi)迅速形成和崩潰的“腔”。在離心泵中的任何地方像蒸氣泡沫，氣體泡沫，氣體破洞，氣泡等各種條件長期作用都會(huì)造成汽蝕。這是一個(gè)各種結(jié)果同時(shí)作用的事情，不能簡(jiǎn)單地看待。汽蝕的形成討論如下。在離心泵的蝸殼中，汽蝕意味著一個(gè)氣泡內(nèi)的液體，他們的形成，成長和隨后通過泵的液體流動(dòng)崩潰所經(jīng)歷的動(dòng)態(tài)過程。一般來說，液體內(nèi)氣泡的形成有兩種類型：蒸汽氣泡或氣態(tài)空泡。1.由于一個(gè)進(jìn)程正在進(jìn)行的液體汽化而引起的泡沫的形成。蒸汽氣泡的形成和崩潰引起的汽蝕條件通常被稱為霧狀氣蝕。2.泡沫形成的過程中，由于正在往泵中輸送的液體中溶解入氣體（一般空氣的存在，但可能是系統(tǒng)中的任何氣體），由這些氣體的形成和崩潰引起的汽蝕條件通常被稱為氣態(tài)空泡。（2）重要的定義，為了使汽蝕機(jī)制有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，我們對(duì)所要遵循的重要術(shù)語的定義進(jìn)行了探討。靜態(tài)壓力，動(dòng)態(tài)壓力，總能頭，速度頭，蒸氣壓。靜態(tài)壓力：在流體中的靜態(tài)壓力是指單位面積上流體的的移動(dòng)邊界與流體的正常作用力之間的壓力差。它描述了系統(tǒng)內(nèi)部和外部的壓力之間的差異，而無視系統(tǒng)中的其他條件。例如，當(dāng)提到管道，靜壓是內(nèi)管和外管的壓力之間的差異，而不用管任何管道內(nèi)的氣流。在能源方面，靜態(tài)壓力是流體的勢(shì)能。動(dòng)態(tài)壓力：由于流體的動(dòng)能（m2）/2，—個(gè)移動(dòng)的流體流施加壓力如果高于靜態(tài)的壓v力，這種額外的壓力就被定義為動(dòng)態(tài)壓力。動(dòng)態(tài)壓力流體流的動(dòng)能將轉(zhuǎn)化為勢(shì)能。換句話說，它是在流體流已經(jīng)從它的速度V到0的速度減慢的過程中存在的壓力。總能頭：定義為總靜壓和總動(dòng)壓的總和，它是衡量運(yùn)動(dòng)流體流的總能量。

速度頭：相應(yīng)的動(dòng)態(tài)壓力的能頭稱為速度頭。蒸汽壓：蒸汽壓力必須是保持在液體狀態(tài)時(shí)液體的壓力。這適用于液體表面的壓力不夠時(shí)保持分子之間非常接近，氣體或蒸汽的分子將是自由的的分離和漫游。蒸汽壓力取決于液體的溫度。溫度越高，蒸汽壓越高。（3）汽蝕的危害：汽蝕可以摧毀泵和閥門，可立即引起泵的效率損失，并且設(shè)備會(huì)不斷增加的效率損失，加速對(duì)泵部件的侵蝕。因此，重要的是理解現(xiàn)象，充分預(yù)測(cè)和減少汽蝕產(chǎn)生的危害，也給診斷汽蝕問題找到切實(shí)可行的解決方案1.汽蝕增強(qiáng)化學(xué)腐蝕泵在汽蝕條件下變得更容易受到腐蝕和化學(xué)攻擊。金屬常用的氧化層或鈍化層，可以保護(hù)金屬的進(jìn)一步腐蝕。氣泡如果連續(xù)的產(chǎn)生，就可以去除氧化或鈍化層而暴露未受保護(hù)的金屬被進(jìn)一步氧化。然后這兩個(gè)進(jìn)程（空化及氧化）共同作用，加速腐蝕金屬泵殼和葉輪，這一進(jìn)程就是不銹鋼也無能為力。2.材料選擇金屬，塑料，或人類現(xiàn)在已知的任何其他材料，幾乎沒有能夠承受較高能量釋放的熱量和壓力產(chǎn)生的汽蝕。然而，在實(shí)踐中材料可以選擇，提高材料汽蝕作用下的承受能力，提供更長的使用壽命和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的結(jié)果，所以，注意泵的結(jié)構(gòu)材料是重要的和富有成效的。汽蝕的問題，是一個(gè)可以預(yù)測(cè)的問題，常見的材料，如鑄鐵和青銅就很適合泵的結(jié)構(gòu)。鑄鐵和青銅泵在工作20年或以上的時(shí)間，是沒有任何問題的，即使這些泵遇到一些腐蝕。PhenomenonofCavitation（4）汽蝕的機(jī)理：氣蝕現(xiàn)象是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，如圖所示（下）步驟之一，流動(dòng)液體內(nèi)氣泡的形成。PhenomenonofCavitation內(nèi)部形成氣泡的液體，當(dāng)它從液體到蒸氣揮發(fā)即發(fā)生相變。但液體汽化過程中是怎么發(fā)生的呢？任何一個(gè)封閉的容器內(nèi)的液體汽化發(fā)生在任何液體表面上產(chǎn)生的壓力減小，這樣就變成等于或小于液體的蒸汽壓力，在工作溫度下，液體溫度上升，蒸汽壓力提高，這樣就變成等于或大于在液體表面的壓力。例如，如果在室溫下的水（約77oF）保存在密閉容器中，系統(tǒng)壓力降低到它的蒸氣壓（約0.52PSIA），水迅速變?yōu)檎羝?。此外，如果工作壓力是恒定保持在約0.52PSIA和允許的溫度上升77of以上，那么水迅速變?yōu)檎羝?。試想在一個(gè)密閉容器中，液體汽化，可發(fā)生在離心泵低于液體的蒸氣壓在泵的輸送溫度時(shí)，它的靜態(tài)壓力降低。

第二步，氣泡生長，在沒有其他條件變化的情況下，新的泡沫不斷形成和舊泡沫規(guī)模的擴(kuò)大。形成的液體氣泡從葉輪眼沿葉片后緣尖流向葉輪出口。由于葉輪旋轉(zhuǎn)作用，氣泡達(dá)到非常高的速度，并最終達(dá)到葉輪內(nèi)的高壓地區(qū)，在那里他們開始崩潰。據(jù)估計(jì)，在0.003秒的時(shí)間是泡沫的生命周期。第三步，泡沫的破滅，由于蒸汽氣泡沿葉輪葉片移動(dòng)，氣泡周圍的壓力開始增加，直到達(dá)到一點(diǎn)泡沫外面的壓力大于氣泡內(nèi)部的壓力。泡沫崩潰。這個(gè)過程不是爆炸的過程，而是一個(gè)內(nèi)爆（向內(nèi)爆裂）。大約每個(gè)葉輪葉片上都有數(shù)百相同點(diǎn)會(huì)同時(shí)產(chǎn)生泡沫的破滅。泡沫的破滅是非對(duì)稱的，周圍的液體無秩序地填補(bǔ)這一空白，形成了液體微噴。微噴后泡沫破裂產(chǎn)生的力量，使氣泡爆破。曾經(jīng)有泡沫破滅的壓力大于1GPA（145106磅）的報(bào)道。高度化的爆破效果破壞了泵的葉輪。汽蝕效果示意圖在這個(gè)數(shù)字說明。泡沫崩潰后，沖擊波散發(fā)向崩潰的邊緣。這是我們稱之為“汽蝕”其實(shí)就像我們聽到的什么沖擊波。氣泡內(nèi)爆破，簡(jiǎn)而言之，汽蝕機(jī)制是所有有關(guān)泵輸送液體內(nèi)部氣泡的形成，生長和崩潰的過程。但如何才能使汽蝕機(jī)制的知識(shí)能真正幫助解決汽蝕問題。了解它的機(jī)制和概念，可以幫助確定氣泡的類型和他們的形成和崩潰的原因。作者：J.M.Coucson,J.F.Richardson出版日期（期刊號(hào)）：ChemicalEngineering,1995出版單位：Butterworth-HeinemannLtd參考文獻(xiàn)關(guān)醒凡?現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)[M].北京：宇航出版社，1995陳次昌?流體機(jī)械基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002陳乃祥?離心泵[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003文獻(xiàn)名稱(英文)CENTRIFUGALPUMPSINTHECHEMICALINDUSTRYAbstract:Acentrifugalpumpconvertstheinputpowertokineticenergyintheliquidbyacceleratingtheliquidbyarevolvingdevice-animpeller.Themostcommontypeisthevolutepump.Fluidentersthepumpthroughtheeyeoftheimpellerwhichrotatesathighspeed.Thefluidisacceleratedradiallyoutwardfromthepumpchasing.Avacuumiscreatedattheimpellerseyethatcontinuouslydrawsmorefluidintothepump.Thisarticlestressesonaseriesofcentrifugalpumps.Fromabriefintroductiontotheprinciple.Keywords:centrifugalpump;Workingprinciple;Cavitation;MechanismofCavitation;SolutionandRemedies1．IntroductionPump,deviceusedtoraise,transfer,orcompressliquidsandgases.Fourgeneralclassesofpumpsforliquidsaredescribedbelow.Inallofthem,stepsaretakentopreventcavitation(theformationofavacuum),whichwouldreducetheflowanddamagethestructureofthepump.Pumpsusedforgasesandvaporsareusuallyknownascompressors.Thestudyoffluidsinmotioniscalledfluiddynamics.Waterpump,devicesformovingwaterfromonelocationtoanother,usingtubesorothermachinery.Waterpumpsoperateunderpressuresrangingfromafractionofapoundtomorethan10,000poundspersquareinch.Everydayexamplesofwaterpumpsrangefromsmallelectricpumpsthatcirculateandaeratewaterinaquariumsandfountainstosumppumpsthatremovewaterfrombeneaththefoundationsofhomes.Onetypeofmodernpumpsusedtomovewateristhecentrifugalpump.Earlyversionofthecentrifugalpump,thescrewpump,consistsofacorkscrew-shapedmechanisminapipethat,whenrotated,pullswaterupward.Screwpumpsareoftenusedinwaste-watertreatmentplantsbecausetheycanmovelargeamountsofwaterwithoutbecomingcloggedwithdebris.IntheancientMiddleEasttheneedforirrigationoffarmlandwasastronginducementtodevelopawaterpump.Earlypumpsinthisregionweresimpledevicesforliftingbucketsofwaterfromasourcetoacontaineroratrench.GreekmathematicianandinventorArchimedesisthoughttohavedevisedthefirstscrewpumpinthethirdcenturyBC.LaterGreekinventorCtesibiusdevelopthefirstliftpump.Duringthelate17thandearly18thCenturiesAD,BritishengineerThomasSavery,FrenchphysicistDenisPapin,AndBritishblacksmithandinventorThomasNewcomencontributedtothedevelopmentofawaterpumpthatusedsteamtopowerthepump'piston.Thesteam-poweredwaterpump'sfirstwideusewasinpumpingwateroutofmines.Modern-dayexamplesofcentrifugalpumpsarethoseusedattheGrandCouleeDamontheColumbiaRiver.Thispumpsystemhasthepotentialtoirrigateoveronemillionacresofland.Alsoknownasrotarypumps,centrifugalpumpshavearotatingimpeller,alsoknownasablade,thatisimmersedintheliquid.Liquidentersthepumpneartheaxisoftheimpeller,andtherotatingimpellersweepstheliquidouttowardtheendsoftheimpellerbladesathighpressure.Theimpelleralsogivestheliquidarelativelyhighvelocitythatcanbeconvertedintopressureinastationarypartofthepump,knownasthediffuser.Inhigh-pressurepumps,a

numberofimpellermaybeusedinseries,andthediffusersfollowingeachimpellermaycontainguidevanestograduallyreducetheliquidvelocity.Forlower-pressurepumps,thediffuserisgenerallyaspiralpassage,knownasavolute,withitscross-sectionalareaincreasinggraduallytoreducethevelocityefficiently.Theimpellermustbeprimedbeforeitcanbeginoperation,thatistheimpellermustbesurroundedbyliquidwhenthepumpisstarted.Thiscanbedonebyplacingacheckvalveinthesuctionline,whichholdstheliquidinthepumpwhentheimpellerisnotrotating.Ifthisvalveleaks,thepumpmayneedtobeprimedbytheintroductionofliquidfromanoutsidesourcesuchasthedischargereservoir.Acentrifugalpumpgenerallyhasavalveinthedischargelinetocontroltheflowandpressure.Forlowflowsandhighpressures,theactionoftheimpellerislargelyradial.Forhigherflowsandlowerdischargepressure,thedirectionoftheflowwithinthepumpismorenearlyparalleltotheaxisoftheshaft,andthepumpissaidtohaveanaxialflow.Theimpellerinthiscaseactsasapropeller.2．TheCentrifugalPumpThecentrifugalpumpisbyfarthemostwidelyusedtypeinthechemicalandpetroleumindustries.Itwillpumpliquidswithverywiderangingpropertiesandsuspensionswithahighsolidscontentincluding,forexample,cementslurries,andmaybeconstructedfromaverywiderangofcorrosionresistantmaterials.Thewholepumpcasingmaybeconstructedfromplasticsuchaspolypropyleneoritmaybefittedwithacorrosion-resistantlining.Becauseitoperatesathighspeed,itmaybedirectlycoupledtoanelectricmotoranditwillgiveahighflowrateforitssize.Inthistypeofpump,thefluidisfedtothecentreofarotatingimpellerandisthrownoutwardbycentrifugalaction.Asaresultofthehighspeedofrotationtheliquidacquiresahighkineticenergyandthepressuredifferencebetweenthesuctionanddeliverysidesarisesfromtheconversionofkineticenergyintopressureenergy.Theimpellerconsistsofaseriesofcurvedvanessoshapedthattheflowwithinthepumpisassmoothaspossible.Thegreaterthenumberofvanesontheimpeller,thegreateristhecontroloverthedirectionoftheliquidandhencethesmallerarethelossesduetoturbulenceandcirculationbetweenthevanes.Intheopenimpeller,thevanesarefixedtoacentralhub,whereasintheclosedtypethevanesareheldbetweentwosupportingplatesandleakageacrosstheimpellerisreduced.Aswillbeseenlater,theangleofthetipsofthebladesverylargelydeterminestheoperatingcharacteristicsofthepump.Theliquidentersthecasingofthepump,normallyinanaxialdirection,andispickedupbythevanesoftheimpeller,Inthesimpletypeofcentrifugalpump,theliquiddischargesintoavolute,achamberofgraduallyincreasingcrosssectionwithatangentialoutlet.AvolutetypeofpumpisshowninFig.(a).IntheturbinepumpFig.(b)theliquidflowsfromthemovingvanesoftheimpellerthroughaseriesoffixedvanesformingadiffusionring．

Thisgivesamoregradualchangeindirectiontothefluidandmoreefficientconversionofkineticenergyintopressureenergythanisobtainedwiththevolutetype．Theangleoftheleadingedgeofthefixedvanesshouldbesuchthatthefluidisreceivedwithoutshock．Theliquidsflowsalongthesurfaceoftheimpellervanewithacertainvelocitywhilstthetipofthevaneismovingrelativetothecasingofthepump．Thedirectionofmotionoftheliquidrelativetothepumpcasingandtherequiredangleofthefixedvanes—isfoundbycompoundingthesetwovelocities．uisthevelocityoftheliquidrelativetothevaneanduisthetangentialvelocityofthevttipofthevane;compoundingthesetwovelocitiesgivestheresultantvelocityuoftheliquid.Itisapparent,therefore,thattherequiredvaneangleinthediffuserisdependentonthethroughput,thespeedofrotation，andtheangleoftheimpellerblades.Thepumpwillthereforeoperateatmaximumefficiencyonlyoveranarrowrangeofconditions．VirtualheadofacentrifugalpumpThemaximumpressureisdevelopedwhenthewholeoftheexcesskineticenergyofthefluidisconvertedintopressureenergy.Asindicatedbelow,theheadisproportionaltothesquareoftheradiusandtothespeed,andisoftheorderof60mforasingle—stagecentrifugalpump;forhigherpressures,multistagepumpsmustbeused.Considertheliquidwhichisrotatingatadistanceofbetweenrandr+drfromthecentreofthepump.Themassofthiselementoffluiddmisgivenby2冗rdrdp，wherepisthedensityofthefluidandbisthewidthoftheelementoffluid。Ifthefluidistravelingwithavelocityuandatanangle9tothetangentialdirection.TheangularmomentumofthismassoffluidisdM(urcos9).ThetorqueactingonthefluiddTisequaltotherateofchangeofangularmomentumwithtime，asitgoesthroughthepumpddt=dM—(urcos0)=2兀rbpdr—(urcos0)dt dtThevolumetricrateofflowofliquidthroughthepump：dQ=2兀rb—atdr=Qpd(urcos0)Thetotaltorqueactingontheliquidinthepumpisthereforeobtainedintegratingdtbetweenthelimitsdenotedbysuffix1andsuffix2，wheresuffix1referstotheconditionsattheinlettothepumpandsuffix2referstotheconditionatthedischarge．Thus，t=Qp(urcos0一urcos0)222111TheadvantagesanddisadvantagesofthecentrifugalpumpThemainadvantagesare：Itissimpleinconstructionandcan，therefore，bemadeinawiderangeofmaterials.Thereisacompleteabsenceofvalves．Itoperatesathighspeed(upto100Hz)and，therefore，canbecoupleddirectlytoanelectricmotor.Ingeneral，thehigherthespeedthesmallerthepumpandmotorforagivenduty．Itgivesasteadydelivery．Maintenancecostsarelowerthanforanyothertypeofpump．Nodamageisdonetothepumpifthedeliverylinebecomesblocked，provideditisnotruninthisconditionforaprolongedperiod．Itismuchsmallerthanotherpumpsofequalcapacity．Itcan，therefore，bemadeintoasealedunitwiththedrivingmotorandimmersedinthesuctiontank．Liquidscontaininghighproportionsofsuspendedsolidsarereadilyhandled．Themaindisadvantagesare：Thesingle—stagepumpwillnotdevelopahighpressure．Multistagepumpswilldevelopgreaterheadsbattheyareverymuchmoreexpensiveandcannotreadilybemadeincorrosion—resistantmaterialbecauseoftheirgreatercomplexity．Itisgenerallybettertouseveryhighspeedsinordertoreducethenumberofstagesrequired．Itoperatesatahighefficiencyoveronlyalimitedrangeofconditions;thisappliesespeciallytoturbinepumps．Itisnotusuallyself-priming.Ifanon-returnvalveisnotincorporatedinthedeliveryorsuctionline,theliquidwillrunbackintothesuctiontankassoonasthepumpstops．Veryviscousliquidscannothehandledefficiently．3.Cavitationincentrifugalpump(1)Theterm‘cavitation'comesfromtheLatinwordcavus,whichmeansahollowspaceoracavity.Webster'sDictionarydefinestheword‘cavitation'astherapidformationandcollapseofcavitiesinaflowingliquidinregionsofverylowpressure.Inanydiscussiononcentrifugalpumpsvarioustermslikevaporpockets,gaspockets,holes,bubbles,etc.areusedinplaceofthetermcavities.Theseareoneandthesamethingandneednotbeconfused.Thetermbubbleshallbeusedhereafterinthediscussion.Inthecontextofcentrifugalpumps,thetermcavitationimpliesadynamicprocessofformationofbubblesinsidetheliquid,theirgrowthandsubsequentcollapseastheliquidflowsthroughthepump.Generally,thebubblesthatforminsidetheliquidareoftwotypes:VaporbubblesorGasbubbles.1.Vaporbubblesareformedduetothevaporisationofaprocessliquidthatisbeingpumped.ThecavitationconditioninducedbyformationandcollapseofvaporbubblesiscommonlyreferredtoasVaporousCavitation.2.Gasbubblesareformedduetothepresenceofdissolvedgasesintheliquidthatisbeingpumped(generallyairbutmaybeanygasinthesystem).ThecavitationconditioninducedbytheformationandcollapseofgasbubblesiscommonlyreferredtoasGaseousCavitation.ImportantDefinitions:Toenableaclearunderstandingofmechanismofcavitation,definitionsoffollowingimportanttermsareexplored.Staticpressure;Dynamicpressure;Totalpressure;Velocityhead;Vapourpressure.Staticpressure：Thestaticpressureinafluidstreamisthenormalforceperunitareaonasolidboundarymovingwiththefluid.Itdescribesthedifferencebetweenthepressureinsideandoutsideasystem,disregardinganymotioninthesystem.Forinstance,whenreferringtoanairduct,staticpressureisthedifferencebetweenthepressureinsidetheductandoutsidetheduct,disregardinganyairflowinsidetheduct.Inenergyterms,thestaticpressureisameasureofthepotentialenergyofthefluid.Dynamicpressure：Amovingfluidstreamexertsapressurehigherthanthestaticpressureduetothekineticenergy(丄m2)ofthefluid.Thisadditionalpressureisdefinedasthedynamic2vpressure.Thedynamicpressurecanbemeasuredbyconvertingthekineticenergyofthefluidstreamintothepotentialenergy.Inotherwords,itispressurethatwouldexistinafluidstreamthathasbeendeceleratedfromitsvelocity‘v'to‘zero'velocity.Totalpressure：Thesumofstaticpressureanddynamicpressureisdefinedasthetotalpressure.Itisameasureoftotalenergyofthemovingfluidstream.i.e.bothpotentialandkineticenergy.Velocityhead：Vaporpressureisthepressurerequiredtokeepaliquidinaliquidstate.If

thepressureappliedtothesurfaceoftheliquidisnotenoughtokeepthemoleculesprettyclosetogether,themoleculeswillbefreetoseparateandroamaroundasagasorvapor.Thevaporpressureisdependentuponthetemperatureoftheliquid.Higherthetemperature,higherwillbethevaporpressure.CavitationDamage：Cavitationcandestroypumpsandvalves,andcavitationcausesalossofefficiencyinpumpsimmediately,andalsoacontinuouslyincreasinglossofefficiencyastheequipmentdegradesduetoerosionofthepumpcomponentsbycavitation.ThereforeItisimportanttounderstandthephenomenasufficientlytopredictandthereforereducecavitationanddamagefromcavitation,andalsotodiagnoseandfindpracticalsolutionstocavitationproblems。1.CavitationEnhancedChemicalErosionPumpsoperatingundercavitationconditionsbecomemorevulnerabletocorrosionandchemicalattack.Metalscommonlydevelopanoxidelayerorpassivatedlayerwhichprotectsthemetalfromfurthercorrosion.Cavitationcanremovethisoxideorpassivelayeronacontinuousbasisandexposeunprotectedmetaltofurtheroxidation.Thetwoprocesses(cavitation&oxidation)thenworktogethertorapidlyremovemetalfromthepumpcasingandimpeller.Stainlesssteelsarenotinvulnerabletothisprocess.2.MaterialsSelectionThereisnometal,plastic,oranyothermaterialknowntoman,thatcanwithstandthehighlevelsofenergyreleasedbycavitationintheformsofheatandpressure.Inpracticehowever,materialscanbeselectedthatresultinlongerlifeandcustomervalueintheirabilitytowithstandcavitationenergies,sothatattentiontopumpconstructionmaterialsisvaluableandproductive.Wherecavitationisnotaproblemornotpredictedtobeaproblem,commonmaterialssuchascastironandbronzearesuitableforpumpconstruction.Therearemillionsofcastironandbronzepumpsthatworkfinefor20yearsormorewithoutanyproblemeventhoughmanyofthosepumpsexperiencesomecavitation.MechanismofCavitation:ThephenomenonofcavitationisastepwisecrocessasshownPhenomenonofCavitationinFigure(below).PhenomenonofCavitationStepOne,Formationofbubblesinsidetheliquidbeingpumped.Thebubblesforminsidetheliquidwhenitvaporisesi.e.phasechangefromliquidtovapor.Buthowdoesvaporizationoftheliquidoccurduringapumpingoperation?Vaporizationofanyliquidinsideaclosedcontainercanoccurifeitherpressureontheliquidsurfacedecreasessuchthatitbecomesequaltoorlessthantheliquidvaporpressureattheoperatingtemperature,orthetemperatureoftheliquidrises,raisingthe

vaporpressuresuchthatitbecomesequaltoorgreaterthantheoperatingpressureattheliquidsurface.Forexample,ifwateratroomtemperature(about77。f)iskeptinaclosedcontainerandthesystempressureisreducedtoitsvaporpressure(about0.52psia),thewaterquicklychangestoavapor.Also,iftheoperatingpressureistoremainconstantatabout0.52psiaandthetemperatureisallowedtoriseabove77。f,thenthewaterquicklychangestoavapor.Justlikeinaclosedcontainer,vaporizationoftheliquidcanoccurincentrifugalpumpswhenthelocalstaticpressurereducesbelowthatofthevaporpressureoftheliquidattheCollapseofaVaporBubblepumpingtemperature.CollapseofaVaporBubbleStepTwo,GrowthofbubblesUnlessthereisnochangeintheoperatingconditions,newbubblescontinuetoformand