第二章_泵.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2,叶片泵,2.1,离心泵,2.2,轴流泵,2.3,旋涡泵,2.4,其他泵概述,2.5,泵的安装、运转和维护,2.1,离心泵,2.1.1,概述,2.1.1.1,泵的定义、分类和应用范围,泵的定义：,输送液体并提高液体压力的机器。,泵的分类：,根据工作原理和结分：,水锤泵,利用流动中的水被突然制动时所产生的能量,使其中一部分水压升到一定高度的一种,泵,。,沿进水管向下流动的水流至单向阀,A(,静重负载阀,),附近时,水流冲力,(,只要流动速度足够大,就有足够的冲力,),使阀迅速关闭。水流突然停止流动,水流的动能即转换成压力能,于是管内水的压力升高,将单向阀,B,冲开,一部分水即进入空气室中并沿出水管上升到一定的高度。随后,由于进水管中压力降低,阀,A,在静重力作用下自动落下,回复到开启状态。同时空气室中的压缩空气促使阀,B,关闭,整个过程遂又重复进行。,根据形成的流体压力：低压泵,(6Mpa),泵的用途很广,如水利工程、农田灌溉、石油化工、采矿、造船、城市给排水和环境工程等。,化工生产用泵,由于其工作条件要求高压、高温、输送的介质往往有腐蚀性,所以比一般的水泵复杂一些。,在各种泵中，离心泵以其流量,扬程及性能范围大,并且结构简单,体积小，重量轻,操作平稳,维修方便等优点应用最广。,泵的用途,2.1.1.2,关于泵的名词术语,（,1,）,流量,Q,：泵在单位时间内排送液体的体积。,理论流量,Q,T,：,单位时间内吸入叶轮中的液体体积。,Q,T,=,Q+,q,泄漏量,（,2,）,扬程,(H),：,单位重量的液体从泵进口到泵的出口处能量的增量，即,1N,的液体通过泵所获得的有效的能量。用,H,表示，单位,m,理论扬程,H,T,：叶轮向单位重量液体所传递的能量。,水力损失,（,3,）转速（,n,）,:,单位时间泵的转数，,r/min,。,（,4,）功率,P,：,泵的功率,P,：通常指原动机传到泵轴上的轴功率,N (KW,W),泵的有效功率,Pe,：是单位内从泵中输出去的液体在泵中获得的有效能量。,(6),效率：泵的效率即是,它表明泵中能量损失的程度。,泵中能量损失一般分三种：,.,容量损失：流量泄漏造成的能量损失。,.,水力损失（即流动损失）,机械损失：摩擦引起的能量损失。,2.1.2,离心泵的结构、工作原理与基本方程,2.1.2.1,离心泵的结构与工作原理,1.,典型结构,主要部件,:,叶轮、转轴、吸入室、蜗壳、轴封箱和密封环等。,吸入室,:,把液体从吸入管吸入叶轮，使液体流入叶轮时速度分布均匀且流动损失 小,叶轮,:,作功元件,使液体获得压力能和动能。,蜗壳,:,把从叶轮流出的液体收集起来，以便送出排出管，以减少流动损失，减速增压。,离心泵的工作过程：,离心泵在启动之前，泵内应灌满液体，即灌泵。启动电机后，原动机带动叶轮旋转，叶轮上的叶片迫使液体一起旋转而产生离心力，使液体沿叶片流到甩向叶轮出口。经叶轮送入排出管，与此同时，叶轮入口由于液体不断被甩出而形成低压，在吸液管和叶轮入口中心线处地液体之间就产生了压差，这样吸液罐中的液体便在压差的作用下，不断的进入叶轮之中，从而使泵不断地工作。,注意：倘若不灌泵的话，泵内的原有空气的密度远小于液体的密度，气体通过离心泵的压升很小，也即在入口的真空度很低，往往不足以吸进液罐中的液体，因而离心泵无法工作。,离心泵的工作原理：,把电机高速旋转的机械能转化成被吸进、压缩液体的动能、位能和压力能。,2.1.2.2,叶轮内流体的速度三角形,2.1.2.3,离心泵的基本方程,假设：,（,1,）理想叶轮，叶片数无限多；,（,2,）安装角和方向角一致,（,3,）牵连速度在同一圆周上是均匀的,（,4,）流体粘性很小，可以忽略,依据：,理论力学动量矩定理,质点系对某轴的动量矩对时间的导数等于外力对同轴的力矩。,2.1.3,离心泵的性能曲线,由于离心泵的种类很多，前述各种泵内损失难以估计，使得离心泵的实际特性曲线关系 、只能靠实验测定，在泵出厂时列于产品样本中以供参考。,实验测出的特性曲线如图所示，图中有三条曲线，在图左上角应标明泵的型号及转速,说明该图特性曲线是指该型号泵在指定转速下的特性曲线，若泵的型号或转速不同，则特性曲线将不同。借助离心泵的特性曲线可以较完整地了解一台离心泵的性能，供合理选用和指导操作。,IS200-150-400,N=1450r/min,曲线，是选择和使用泵的主要依据，有三种形状：,a.,单调下降形或陡降形 随着,q,v,的增加，,H,下降很快。,对于输送易于堵塞管路的液体介质，常需要这类泵。例如：造纸厂生产的纸浆的输送。,b.,平坦形 随着,q,v,的变化，,H,的变化不大。,当采用阀门调节流量时，灵敏性极高，调节损失小。向锅炉内供水的泵应具有此种特性。,c.,驼峰形 这种泵易发生不稳态现象，但其效率高，成本低。,PQ,曲线，是合理选择原动机功率和操作启动泵的依据。,a.,下降型,Q=0,时，,P,有最大值。所以此类泵不宜采用封闭启动,应打开出口阀启动，而且泵配备的电机功率应大些。,b.,平坦型,c.,上升型,Q=0,时，,p,有最小值称为封闭功率。此种泵可采用关闭出口阀封闭启动，减少泵的启动功率。,曲线，泵的效率曲线一般都有最高点。,a.,高效率区窄 此类泵的流量调解范围有限。,b.,高效率区宽 此类泵有较宽的流量调解范围，适合于流量变化大的情况。,2.1.3.2,相似理论在泵中的应用,流动相似：就是指流体流经几何相似的通道或机器时，其任意对应点上同名物理量比值相等。,相似条件：,（,1,）几何相似：对应尺寸成比例，对应角相等,（,2,）运动相似：叶轮进口速度三角形相似,（,3,）动力相似：特征马赫数相等和特征雷诺数相等,（,4,）热力相似：气体等熵指数相等,1.,泵的流动相似条件,泵的流体为液体，所以对其没有热力相似的要求。两泵流动相似应具备：,a.,几何相似。,b.,运动相似。,c.,动力相似，一般不予以考虑。,2.,相似定律和比例定律,相似定律：流量关系：,扬程关系：,功率关系：,比例定律：,3.,比转数,定义：,由相似定律得两泵几何相似，则相似工况下比转相等，或者也可以说此转数相等的两几何相似的泵具有相似的工况。,规定：,最高效率点,对应的比转数代表泵的比转数。,我国规定的比转数：,式中单位流量用,m,3,/s,，扬程用,m,，转速用,r/min,，多级扬程除以级数。,按比转数的大小可以将泵进行分类：,活塞泵,离心泵,混流泵,轴流泵,4.,叶轮的切割定律,上面三式子实际上是高比转数泵的切割定律表达式。而对于低、中比转数离心泵切割定律另有其形式。,注：切割定律只是一种近似定律，如果切割量太大，就不能保证切割前后叶轮外缘的通流面积相与和叶片出口安置角不变。（此为切割定律得出的前提）泵的效率下降很多，切割定律就不能应用，因此，切割叶轮外径应有一个最小允许极限或者说最大相对切割量，这个值与 有关。,5.,泵的高效工作范围,为使泵有较高的运行经济性，经常规定泵的高效工作范围，我国规定效率下降,=5,8,。一般,=7,为界。如图,ABCD,所包围的面积为泵的高效率工作范围。,为切割前的外径，为最小的切割外径。,6.,泵的系列型谱,将同一类型的各种型号泵的较高效率范围内的,H,Q,曲线绘在一个总图上以方便选用。,一般条件,：以 清水为介质,影响因素：,（,1,）粘度：,H,下降，,Q,下降，效率降低,（,2,）密度：功率边变化,（,3,）浓度：影响密度和粘度，有颗粒时增加磨损,（,4,）温度：影响密度、粘度和饱和蒸汽压,2.1.3.3,输送特殊液体时性能曲线的换算,2.1.3.4,管路特性曲线,是指管路情况一定时，（管路进、出口压力，升液高度，管路长和管径，管件个数及尺寸以及阀门开启度等都已确定），使液体从吸液罐开始经过该管路到达出口，需要由外界给予单位重量液体的能量的与该管路的容积流量之间的关系曲线。,离心泵与管路联合工作时工作点的确定：,稳定工况点,A,。,不稳定工况下工作。,稳定工况点,A,。,如图扬程曲线为下降型，它与管路特性曲线交于,A,点，采用小扰动法分析，此点为稳定工况点。这种分析方法与离心式压缩机中分析稳定工作点是相同的。,不稳定工况下工作点。,如果泵的性能曲线呈驼峰型，它与特性曲线交与,K,和,N,两点。不难看出,N,点为稳定工作点。而对于,K,点，它是否稳定，也应采用小扰动法分析,。,2.1.3.5,离心泵的串、并联,并联增加流量；串联增加扬程。当泵为并联或串联工作时，为了改变流量，可以采用减少 装置中运转泵的台数的方法来适应流量变化的要求。,（,1,）串联性能曲线,流量不变时，扬程相加。,（,2,）并联性能曲线,扬程不变，流量相加。,2.1.4,离心泵的流量调节,将改变泵的运行工况点的操作称为泵的调节，泵的调节有三种途径：,2.1.4.1,改变泵的性能曲线调节。,a.,改变转速调节 当调节转速，使,时，工况点由,1,变为,2,。这种方法多用于大型泵的流量调节。,b.,切割叶轮的外径调节 泵的性能曲线向左下方平移。,D,2,为切割后的外径，当,D,2,D,2,时，工作点由,1,点变成,1,点。,此方法是不可逆过程，所以不适用于流量经常需要调节的场合。,c.,改变前置导叶叶片角度调节,在叶轮前安装可以调节叶片角度的前置导叶，即可改变叶轮进口前的液体，绝对速度进而改变扬程和流量。,d.,改变半开式叶轮叶片端部间隙的调节,间隙大则泵的流量减少，那么扬程也降低。,e.,泵的并联、串联调节,并联增加流量；串联增加扬程。当泵为并联或串联工作时，为了改变流量，可以采用减少,装置中运转泵的台数的方法来适应流量变化的要求。,上图为三台性能相同的泵并联时工作特性，,、,、,分别表示,1,台,2,台和,3,台，可以看出运转的台数不同，流量不同。,2.1.4.2,改变管路特性曲线的调节,a.,节流调节。即在排液管路中安装调节阀，改变阀的开度，管路特性曲线的斜率发生变化，阀门开度减小，工作点由,1,变成,2,。,优点：结构简单，调节方便，对,曲线较平,缓的泵，调节较灵敏。,缺点：能量损失大，调节工况下泵的效率低。,适用于小型的调节。,b.,液位调节,当液位发生变化时，,曲线发生平移，进而改变工况点，但这种液位变化不应过大，否则泵的效率低，更严重的是液位过高易发生汽蚀，使液流中断。,c.,旁路分流调节。,在泵的出口没分路与吸水池相通。在此管路中装一个节流阀。相当于主管与旁通路并联工作时的情况。,L1,为主管路特性曲线,L2,为旁路性能曲线，,L,为并联合成曲线。,A,为旁路打开时的工况点，,B,为管旁路关阀时的工况点。,它适应于流量减小而扬程也要减小的场合，一般说来此法不经济从图中可以知道，旁路打开后，主管路中的流量减小（由 降至,),扬程也减少（由 降至 ）。,2.1.5,汽蚀现象及成因,（,1,）成因,离心泵运转时，由于叶片形状和液流在其中突然改变方向等特点，造成也道中的压力分布在叶片入口附近的非工作面上存在着局部低压区,K,。若,K,区的压力低与该温度下的饱和蒸汽压，则液体便在此发生剧烈的汽化而产生许多的小汽泡。它们随即被带入叶道内，外面液体的压力高于汽泡内的压力，则汽泡就会凝结溃灭而形成空穴，瞬间周围的液体一极高的速度向空穴冲击，产生相互撞击，使局部的压力骤然剧增。,汽蚀严重地阻碍流体的正常流动，尤为严重的是，若这些汽泡的溃灭是在叶轮的附近，则由于频率很高，液体就会连续敲打金属表面而使金属表面因冲击疲劳而剥裂。如果汽泡内夹杂某些活性汽体，就会因凝结时放出的热量而形成电热偶并产生电解，对金属起电化学腐蚀作用，加速了金属剥蚀的速度。,综上，这种起跑不断形成、生长和破裂崩溃，以致材料受到破坏的过程，称为汽蚀。,汽蚀产生的严重后果：,a.,使过流部件被剥蚀破坏,b.,使泵的性能下降,c.,使泵产生噪音和振动,d.,阻碍水力机械向高流速发展,2.1.5.2,汽蚀余量,由于汽蚀产生的后果很严重，因而人们便对汽蚀产生的条件进行研究来防止汽蚀。在此过程中，人们发现：当一台泵在运行中发生汽蚀时在相同条件下，换上另一台泵则不发生汽蚀；或者有时，同一台泵在此吸入装置上发生汽蚀，在彼装置上则不发生汽蚀。由此可见，泵是否发生汽蚀是由泵本身和吸入装置两方面决定的。,所以防止汽蚀应该从两方面着手：,在,A-A,面与,S-S,面之间列伯努利方程,:,泵必需的汽蚀余量：,NPSHr,是表示泵入口到叶轮内最低压力点,K,处的静压能量头降低值。,判断汽蚀产生的条件：,，泵不发生汽蚀,，泵开始发生汽蚀,，泵严重汽蚀,定义式,计算式,一般规定许用汽蚀余量：,（,4,）泵的安装高度,满足条件,采用双吸式叶轮，降低进口流速。,采用抗汽蚀的材料。,(2),提高进液装置汽蚀余量,增加泵前吸液池的压力,减小安装高度,Hg,将吸上装置改为倒罐装置时，应增加倒罐装置的安装高度。,减小流动损失，如缩短流程，减小流速，尽量减少弯道与阀门等。,2.1.5.3.,提高离心泵抗汽蚀性能的措施,总的来说：尽量,NPSHr,小，而,NPSHa,足够大。,(1),提高离心泵本身抗汽蚀的性能,改进泵的吸入口至叶轮,K,区附近的结构设计，减小流速。,采用前置诱导轮，使液流在前置诱导轮中提高接受叶片做功以提高液流的压力。,2.1.6,离心泵的选用,2.1.6.1,选用原则,根据所输送的流体性质（如清水、粘性液体、含杂质的流体等）选择不同用途、不同类型的泵。流量和扬程必须满足工作所需要的最大,额定流量一般直接采用工作中的最大流量或取（,1.1-1.15,）正常流量。,额定扬程取所需扬程的,1.05-1.1,倍。,尽可能使泵处于高效工作区内，而且泵的运行工况长期位于高效区内。,为防止汽蚀，应满足 。,按输送工质的特殊要求选泵。,所选择的泵应具有结构简单，易于操作与维修、体积小、重量轻、设备投资少等特点。,应以综合指标高者为最终选定的泵的型号。,4.3.3,离心泵的启动与运行,(1),启动前的准备工作,启动前检查。,灌泵。以形成和保持吸入真空。,暖泵。输送高温液体时，启动前应暖泵。,(2),启动程序,灌泵、暖泵、关闭泵出口阀。,对于强制润滑的泵，启动油泵。,启动冷却水泵或打开冷却水阀。,全阀启动，在空转,2,4min,内，逐渐打开出口阀，增加流,量，并达到要求的负荷。,(3),运转中的注意事项,轴承,C,的温升，不应超标。,转子的不平衡性应控制在规定的范围。,4.4,其他泵的概述,4.4.1,轴流泵,特点：流量大、扬程低、效率高。,运用场合：用于水利、化工、热电站输送循环水、城市给排水、船坞升降水位，还可作为船舶喷水推进器用。,4.4.2,旋涡泵,特点：高扬程、小流量、比转数小，一般小于,40,。,结构简单、体积小、重量轻。,具有自吸能力或借助于简单装置实现自吸。,某些旋涡泵可以实现汽也混输。,效率较低，一般为,20,40,，最高不过,50,。,抗汽蚀性能差。,不适合输送粘度大的液体。,加工和装配精度高。,介质中有杂质时，性能降低。,适用场合：化工、医药等工艺流程中输送高扬程、小流量的酸、碱和其它有腐蚀性及极易挥发性的液体，也可以作消防泵、小型锅炉给水泵和一般增压泵用。,4.4.3,杂质泵,输送液固两相流体，在城市中排送各种污水，建筑业输送沙浆，化学工业中输送各种浆料等。,4.4.4,往复活塞泵,工作原理与往复式压缩机基本相同。,适用于输送压力高流量小的各种介质。当,、排出压力大于,100MPa,时，有较高的效率和良好的运行性能，并适合输送有黏度的液体。,注：计量泵是往复式容积泵。,4.4.5,螺杆泵,有单螺、,双螺,、三螺三种形式。,适用于任何粘度的液体，尤其适用于高粘度和非牛顿流体，但加工成本高。,4.4.6,滑片泵,常用于输送润滑油和液压系统，适宜于机床、压力机、制动机、提升装置和力矩放大器设备中输送高压油。,4.4.7,齿轮泵,有外齿轮泵和内齿泵两种。,用于输送粘性较大的液体，不宜输送粘性较低、含有固体杂质的流体。可作为润滑油泵和液压系统油泵，齿轮泵工艺要求较高，匹配精度很难达到。,2.1.6,离心泵的选用,2.1.6.1,选用原则,根据所输送的流体性质（如清水、粘性液体、含杂质的流体等）选择不同用途、不同类型的泵。流量和扬程必须满足工作所需要的最大,额定流量一般直接采用工作中的最大流量或取（,1.1-1.15,）正常流量。,额定扬程取所需扬程的,1.05-1.1,倍。,尽可能使泵处于高效工作区内，而且泵的运行工况长期位于高效区内。,为防止汽蚀，应满足 。,按输送工质的特殊要求选泵。,所选择的泵应具有结构简单，易于操作与维修、体积小、重量轻、设备投资少等特点。,应以综合指标高者为最终选定的泵的型号。,4.5.1.2,选用分类,按性能要求选用,按扬程的变化规律选择,按工质选用：化学性质、流体性质,粘性介质的输送。,含液体的输送。,低温液化汽的输送。,含有固体颗粒液体的输送。,不允许泄漏液体的输送。,腐蚀性介质的输送。,4.5.2,选用方法和步骤,4.5.2.1,泵的实际选择方法（两种）,利用“泵型谱”选择。,利用“泵性能表”选择。,4.5.2.2,泵的选用步骤,搜集原始数据介质等。,泵性能的选择及计算、运行参数。,选择形式。,校核。,返回,返回,返回,吸入口,返回,作业,1,作业,2,返回,双螺杆泵,返回,