化工原理--流体输送机械.ppt

1.2.3.漩涡泵总体及叶轮4.离心通风机5.离心鼓风机6.离心压缩机及叶轮7.2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械8概概 述述一、化工生一、化工生产中中为什么要流体什么要流体输送机械？送机械？连续流流动的各种物的各种物料或料或产品品 由低由低处送至高送至高处 由低由低压送至高送至高压设备 克服管道阻力克服管道阻力 流体流体输送机械送机械 为输送流体而送流体而提供能量提供能量的机械的机械按工作原理分：按工作原理分：动力式（叶力式（叶轮式）式）：离心式，：离心式，轴流式；流式；容容积式（正位移式）式（正位移式）：往复式，旋：往复式，旋转式；式；其它其它类型型：喷射式，流体作用式等。射式，流体作用式等。固体固体的的输送，可采用送，可采用流流态化化的方法的方法气体气体的的输送和送和压缩，主要用鼓，主要用鼓风机和机和压缩机。机。液体液体的的输送，主要用离心送，主要用离心泵、漩、漩涡泵、往复、往复泵。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械9二、二、为什么要用不同什么要用不同结构和特性的构和特性的输送机械送机械 化工厂中化工厂中输送的流体种送的流体种类繁多：繁多：1、流体种、流体种类有有强腐腐蚀性的、高粘度的、含有固体性的、高粘度的、含有固体悬浮物的、易浮物的、易挥发的、易燃易爆的以及有毒的等等；的、易燃易爆的以及有毒的等等；2、温度和、温度和压强又有高低之分；又有高低之分；3、不同生、不同生产过程所需提供的流量和程所需提供的流量和压头又各异。又各异。三、本章的目的三、本章的目的1.理解并掌握常用理解并掌握常用输送机械的操作原理、送机械的操作原理、结构与性能。构与性能。2.合理合理选型、定型、定规格、格、计算功率、安排位置。算功率、安排位置。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械102.1 离心离心泵2.1.1 离心离心泵构造、原理及主要部件构造、原理及主要部件一、构造和原理一、构造和原理1、离心、离心泵的构造：的构造：吸入口吸入口排出排出管管泵轴轴封封泵壳壳叶叶轮2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械11演示演示2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械12吸入吸入导管管压出出导管管为什么叶片弯曲？什么叶片弯曲？泵壳呈壳呈蜗壳状？壳状？思考：思考：泵轴泵壳壳叶叶轮底底阀2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械132、离心、离心泵的工作原理：的工作原理：流体在流体在泵内都内都获得了什么能量？得了什么能量？其中那种能量占主其中那种能量占主导地位？地位？思考：思考：常常压流体流体被甩出被甩出高速流体高速流体机械旋机械旋转的离心力的离心力逐逐渐扩大的大的泵壳通道壳通道高高压流体流体灌灌满液体液体叶叶轮旋旋转 离心力甩出液体离心力甩出液体蜗壳内壳内进行能量的行能量的转换流体被流体被压出出叶叶轮中心形成真空中心形成真空在在压力差的作用下流体被力差的作用下流体被压入入泵内内2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械14泵启启动前前为什么要灌什么要灌满液体？液体？思考：思考：液体未灌液体未灌满气气液液离心力甩不出气体离心力甩不出气体叶叶轮中心的真空度不中心的真空度不够吸不上液体吸不上液体泵无法正常工作无法正常工作未灌未灌满底底阀漏液漏液其它地方泄漏其它地方泄漏2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械15演演示示2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械16二、主要部件二、主要部件叶叶轮（Impeller）:离心离心泵的的关关键部件部件，是流体，是流体获得机械能的得机械能的主要部件，主要部件，作用作用是是将原将原动机的机械能机的机械能传给液体，使液体的静液体，使液体的静压能和能和动能均有所提高能均有所提高,其其转速一般可达速一般可达12003600转/min，高速高速1070020450转/min。根据其。根据其结构可分构可分为：1、叶、叶轮：思考：三种叶思考：三种叶轮中哪一种效率高？中哪一种效率高？开式开式半开式半开式闭式式2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械172024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械18 哪种形式的叶哪种形式的叶轮做功效率高？做功效率高？闭式式叶叶轮效效率率最最高高，半半开开式式叶叶轮效效率率次次之之，开开式式叶叶轮效效率率最最低低；原原因因在在于于叶叶片片间的的流流体体倒倒流流（外外缘压力力高高，叶叶轮中中心心压力力低低）回回叶叶轮中中心心，做做了了无无用用功功；增增加加了了前前后后盖板使倒流的可能性减小。盖板使倒流的可能性减小。按照吸液方式按照吸液方式可以可以将叶将叶轮分分为单吸式吸式和和双吸式双吸式两种。两种。2.泵壳壳 从从叶叶轮中中抛抛出出的的流流体体汇集集到到泵壳壳中中，泵壳壳是是蜗壳壳形形的的,故故其其流流道道不不断断地地扩大大，高高速速的的液液体体在在泵壳壳中中将将大大部部份份的的动能能转化化为静静压能能，从从而而避避免免高高速速流流体体在在泵体体及及管管路路内内巨巨大大的的流流动阻阻力力损失失。因因此此泵壳壳不不仅是是液液体体的的汇集器集器，而且而且还是一个是一个能量能量转换装置装置。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械193.轴封装置封装置 前前面面已已提提到到泵启启动后后在在叶叶轮中中心心产生生负压（吸吸入入口口在在泵体体一一侧），故故其其会会吸吸入入外外界界的的空空气气；液液体体经过叶叶轮的的做做功功，获得得机机械械能能经过泵壳壳的的汇集集，能能量量转换成成静静压能能较高高的的流流体体进入入排排出出管管，对半半开开式式与与闭式式叶叶轮，叶叶轮四四周周的的高高压流流体体可可能能泄泄漏漏到到盖盖板板与与泵体体间的的空空隙隙（叶叶轮可可旋旋转，泵体体相相对固固定定，叶叶轮轴与与泵体体间必必有有间隙隙），故故其其会会向向外外界界漏液漏液。泵轴与与泵壳之壳之间的密封的密封称称为轴封。封。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械20密封方式密封方式有：有：填料密封填料密封与与机械密封机械密封，填料密，填料密封封适用于适用于一般液体，而机械密封一般液体，而机械密封适用于适用于有腐有腐蚀性易燃、易爆液体。性易燃、易爆液体。填料密封填料密封：简单易行，易行，维修工作量大，有一定修工作量大，有一定的泄漏，的泄漏，对燃、易爆、有毒流体不适用；燃、易爆、有毒流体不适用；机械密封机械密封：液体泄漏量小，寿命：液体泄漏量小，寿命长，功率小密，功率小密封性能好，加工要求高。封性能好，加工要求高。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械21 以以上上三三个个构构造造是是离离心心泵的的基基本本构构造造，为使使泵更更有有效效地地工工作，作，还需其它的需其它的辅助部件助部件：导轮：液液体体经叶叶轮做做功功后后直直接接进入入泵体体，与与泵体体产生生较大大冲冲击，并并产生生噪噪音音。为减减少少冲冲击损失失设置置导轮，导轮是是位位于于叶叶轮外外周周的的固固定定的的带叶叶片片的的环。弯弯曲曲方方向向与与叶叶轮叶叶片片的的弯弯曲曲方方向向相相反反，其其弯弯曲曲角角度度正正好好与与液液体体从从叶叶轮流流出出的的方方向向相相适适应，引引导液液体体在在泵壳壳通通道道内内平平稳地地改改变方方向向，使使能能量量损耗耗最最小，小，动压能能转换为静静压能的效率高。能的效率高。底底阀（单向向阀）：当当泵体体安安装装位位置置高高于于贮槽槽液液面面时，常常装装有有底底阀，它它是是一一个个单向向阀，可可防防止止灌灌泵后后，泵内内液液体体倒倒流流到到贮槽中。槽中。滤网网：防止液体中防止液体中杂质进入入泵体。体。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械22离心离心泵的分的分类吸液吸液方式方式单吸吸：液体只从一：液体只从一侧吸入吸入双吸双吸：液体同：液体同时从两从两侧吸入。具有吸入。具有较大的吸液大的吸液 能力能力 S 型单级双吸双吸离心泵IS、IR 型单级单吸吸离心泵 2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械23TSWA 型卧式多级泵单级：只有一个叶：只有一个叶轮DL 型立式多级泵DFW 型卧式离心泵ISG 型管道离心泵多多级：多个叶：多个叶轮，可可 提供更高提供更高 的的扬程程叶叶轮个数个数2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械242.1.2 2.1.2 离心离心泵的理的理论压头与与实际压头 H=he泵对单位重量流体提供的机械能位重量流体提供的机械能管路系管路系统输送送单位重量流体所需位重量流体所需的机械能的机械能2.1.2.1 2.1.2.1 理理论压头 假假设：（1 1）叶叶轮内内叶叶片片数数目目无无穷多多，叶叶片片的的厚厚度度无无穷小小,即叶片没有厚度；即叶片没有厚度；（2 2）液体）液体为粘度等于零的粘度等于零的理想流体理想流体；（3 3）泵内内为定定态流流动过程。程。泵的的压头（或（或扬程程）：）：指指泵对单位重量的流体所提供的有效位重量的流体所提供的有效能量，以能量，以H H表示。表示。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械252 流体流体输送机械送机械2.1.2 2.1.2 离心离心泵的理的理论压头与与实际压头 (2-2)即即(2-2a)H 叶叶轮对液体所加的液体所加的压头，m；p1、p2 液体在液体在1、2两点两点处的的压力，力，Pa；c1、c2 液体在液体在1、2两点两点处的的绝对速度，速度，m/s；液体的密度，液体的密度，kg/m3；c2w2u2前弯前弯后弯后弯r22c1w1u1 液体液体进入与离开叶入与离开叶轮时的速度的速度122 2 1 1 12024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械262 流体流体输送机械送机械2.1.2 2.1.2 离心离心泵的理的理论压头与与实际压头 液体从点液体从点1运运动到点到点2，静静压头增加（增加（p2 p1）/g的原因的原因：质量量为1kg的液体因受离心力作用而接受的的液体因受离心力作用而接受的外功外功：质量量为1kg的液体从点的液体从点1运运动到点到点2由于通道的截面增大，一部分由于通道的截面增大，一部分动能能转变为静静压能能质量量为1kg的液体通的液体通过叶叶轮后其后其静静压能的增量能的增量：(2-3)c2w2u2r22c1w1u1122 2 1 1 12024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械272 流体流体输送机械送机械2.1.2 2.1.2 离心离心泵的理的理论压头与与实际压头 (2-4)根据余弦定律根据余弦定律(2-5)(2-6)在离心在离心泵设计中，一般都使中，一般都使设计流量下的流量下的(2-7)离心离心泵的理的理论压头2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械282 流体流体输送机械送机械2.1.2 2.1.2 离心离心泵的理的理论压头与与实际压头 泵的流量，的流量，m3/s叶叶轮周周边的的宽度，度，m叶叶轮直径，直径，m(2-10,11)(2-9)叶片装置角叶片装置角c2w2u2r22c1w1u1122 2 1 1 12024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械292 流体流体输送机械送机械2.1.2 2.1.2 离心离心泵的理的理论压头与与实际压头 根据装置角根据装置角2的大小，叶片形状可分的大小，叶片形状可分为三种：三种：(a)(a)20，Q，H (b)(b)2=90o为径向径向叶片，叶片，cot2=0，H不随不随Q变化化(c)(c)2 90o为前前弯叶片，弯叶片，cot2 0，Q，H2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械302 流体流体输送机械送机械2.1.2 2.1.2 离心离心泵的理的理论压头与与实际压头 图2-9 离心离心泵H-Q图(2-10,11)2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械31分析如下：分析如下：=位头（）+静压头（）+动压头（）而而 的的前前弯弯叶叶片片流流体体出出口口的的绝对速速度度 很很大大，此此时增增加加的的压头主主要要是是动压头，静静压头反反而而比比后后弯弯叶叶片片小小。动压头虽然然可可以以通通过蜗壳壳部部分分地地转化化为静静压头，但但由由于于 大大，液液体体在在泵壳壳内内产生生的的冲冲击剧烈烈得得多多，转换时的的能能量量损失失大大为增增加加，效效率率低低。故故为获得得较多多的的能能量量利利用用率率，离离心心泵总是采用后弯叶片是采用后弯叶片（）。）。由此可由此可见，前弯叶片，前弯叶片产生的生的 最大，似乎前弯叶片最有利，最大，似乎前弯叶片最有利，实际 情况是不是情况是不是这样呢？呢？2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械322 流体流体输送机械送机械2.1.2 2.1.2 离心离心泵的理的理论压头与与实际压头 2.1.2.2 2.1.2.2 实际压头 由于前弯叶片的由于前弯叶片的绝对速度速度c2大，液体在大，液体在泵壳内壳内产生的冲生的冲击剧烈得多，烈得多，转化化时的能量的能量损失大失大为增加，效率低。故增加，效率低。故为获得得较高的能量利用率，高的能量利用率，离心离心泵总是采用后弯叶片是采用后弯叶片。流体通。流体通过泵的的过程中程中压头损失的原因失的原因：（1）叶叶片片间的的环流流：由由于于叶叶片片数数目目并并非非无无限限多多，液液体体有有环流出流出现，产生生涡流流损失。失。（2）阻阻力力损失失：实际流流体体从从泵进口口到出口有阻力到出口有阻力损失。失。（3）冲冲击损失失：液液体体离离开开叶叶轮周周边冲冲入入蜗壳壳四四周周流流动的的液液体体中中，产生生涡流。流。a理理论压头b环流流损失失d冲冲击损失失c阻力阻力损失失HQ2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械332 流体流体输送机械送机械2.1.2 2.1.2 离心离心泵的理的理论压头与与实际压头 实际压头的意的意义：泵提供的提供的压头必必须满足流体足流体输送的需要，而流体送的需要，而流体输送伴随着送伴随着位位压头（升（升扬高度）、高度）、静静压头、动压头的的变化和化和阻力阻力损失失（管路阻力（管路阻力损失，失，不含有不含有泵的流的流动阻力阻力损失，失，泵的阻力的阻力损失失计入入泵的的效率），因此效率），因此2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械342 流体流体输送机械送机械2.1.3 2.1.3 离心离心泵的主要性能参数的主要性能参数 2.1.3 2.1.3 离心离心泵的主要性能参数的主要性能参数bch0真空表真空表压力表力表 测定离心定离心泵性能参数的装置性能参数的装置由于两截面由于两截面间的管的管长很短，其阻力很短，其阻力损失通常可以失通常可以忽略忽略，两截面，两截面间的的动压头差一般也可以差一般也可以略去略去，则可得可得（1 1）压头和流量和流量由由b、c两截面两截面间的柏努利方程：的柏努利方程：2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械352 流体流体输送机械送机械2.1.3 2.1.3 离心离心泵的主要性能参数的主要性能参数 （2 2）有效功率有效功率Ne、轴功率功率N 和效率和效率 有效功率有效功率Ne：离心离心泵单位位时间内内对流体做的功流体做的功Ne=HQg，W 轴功率功率N：单位位时间内由内由电机机输入离心入离心泵的能量的能量，W。NeN泵的效率的效率：泵对外加能量的利用程度外加能量的利用程度，100%。为什么？什么？泵运运转过程中存在以下程中存在以下三种三种损失失：容容积损失失 该损失是指叶失是指叶轮出口出口处高高压液体因机械泄漏液体因机械泄漏返回叶返回叶轮入口所造成的能量入口所造成的能量损失。在三种叶失。在三种叶轮中，开式叶中，开式叶轮的的容容积损失失较大，但在大，但在泵送含固体送含固体颗粒的粒的悬浮液浮液时，叶片通道不，叶片通道不易堵塞；易堵塞；闭式叶式叶轮的渗漏量的渗漏量较小，但在磨小，但在磨损后渗漏便后渗漏便严重。重。水力水力损失失 该损失是由于失是由于实际流体在流体在泵内有限叶片作用内有限叶片作用下各种摩擦下各种摩擦损失（即前述失（即前述环流流损失、摩擦失、摩擦损失、冲失、冲击损失）。失）。机械机械损失失 该损失包括旋失包括旋转叶叶轮盖板外表面与液体盖板外表面与液体间的的摩擦以及摩擦以及轴承机械摩擦所造成的能量承机械摩擦所造成的能量损失。失。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械362 流体流体输送机械送机械2.1.3 2.1.3 离心离心泵的主要性能参数的主要性能参数 离心离心泵的的轴功率功率N可直接用效率来可直接用效率来计算：算：一般一般小型小型离心离心泵的效率的效率5070%，大型大型离心离心泵效率可达效率可达90%。泵的的轴功率，功率，W泵的的压头，m泵的流量，的流量，m3/s流体密度，流体密度，kg/m3泵的效率的效率2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械372 流体流体输送机械送机械2.1.3 2.1.3 离心离心泵的主要性能参数的主要性能参数 （3 3）叶叶轮转速速n10003000转/min（或（或r.p.m）；）；2900转/min最常最常见。泵在出厂前，必在出厂前，必须确定其各确定其各项性能参数，即以上各参性能参数，即以上各参数数值，并把它，并把它标在在铭牌上牌上；这些参数是在些参数是在最高效率条件下最高效率条件下用用20 的水的水测定的。定的。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械382 流体流体输送机械送机械2.1.42.1.4离心离心泵特性曲特性曲线2.1.4 2.1.4 离心离心泵特性曲特性曲线（Characteristic curves）由由于于离离心心泵的的各各种种损失失难以以定定量量计算算，使使得得离离心心泵的的特特性性曲曲线HQ、NQ、Q的的关关系系只只能能靠靠实验测定定，在在泵出出厂厂时列列于于产品品样本本中中以以供供参参考考。右右图所所示示为4B20型型离离心心泵在在转速速n2900r/min时的的特特性性曲曲线。若若泵的的型型号号或或转速速不不同同，则特特性性曲曲线将将不不同同。借借助助离离心心泵的的特特性性曲曲线可可以以较完完整整地地了了解解一一台台离离心心泵的的性性能能，供供合合理理选用用和指和指导操作。操作。4B20离心离心泵n2900r/min302622181410020406080 100 120 1401284080%70%60%50%40%30%20%0H/mNkWQ/(m3/h)图212 4B型离心型离心泵的特性曲的特性曲线2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械39演示演示2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械402 流体流体输送机械送机械2.1.42.1.4离心离心泵特性曲特性曲线由由图212可知：可知：（1）HQ曲曲线：Q，H(Q很很小小时 可可能能例例外外)。当当Q0时，H也也只只能能达达到到一一定定值，这是是离离心心泵的一个重要特性。的一个重要特性。（2 2）N Q曲曲线：Q，N。当当Q0时，N最小。最小。这要求离心要求离心泵在启在启动时，应关关闭泵的出口的出口阀门，以，以减小启减小启动功率功率，保，保护电动机免因超机免因超载而受而受损。（3 3）Q曲曲线：有有极极值点点(最最大大值)，于于此此点点下下操操作作效效率率最最高高，能能量量损失失最最小小。在在此此点点（设计点点）对应的的流流量量称称为额定定流流量量。泵的的铭牌牌上上即即标注注额定定值，泵在在管管路路上上操操作作时，应在此点附近操作，在此点附近操作，一般不一般不应低于低于92max。4B20离心离心泵n2900r/min302622181410020406080 100 120 1401284080%70%60%50%40%30%20%0H/mNkWQ/(m3/h)图212 4B型离心型离心泵的特性曲的特性曲线2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械412 流体流体输送机械送机械2.1.5 2.1.5 离心离心泵特性曲特性曲线的影响因素的影响因素2.1.5 2.1.5 离心离心泵特性曲特性曲线的影响因素的影响因素（1 1）密度）密度对特性曲特性曲线的影响的影响理理论Q=2r2b2c2sin2 与与无无关关，实际 Q也也与与无无关关，但但ms=Q 与与有关。有关。理理论H=u2c2cos2/g与与无关，无关，实际H也与也与无关。无关。N=HQg/。教教材材附附录泵性性能能表表上上列列出出的的轴功功率率是是指指输送送20清清水水时的的N。所所选泵用用于于输送送比比水水的的大大的的液液体体应先先按按N=N/核核算算轴功功率率，若若N 表表中中的的电机机功功率率，应更更换功率大的功率大的电机，否机，否则电机会机会烧掉。掉。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械422 流体流体输送机械送机械2.1.5 2.1.5 离心离心泵特性曲特性曲线的影响因素的影响因素（2 2）流体粘度）流体粘度对特性曲特性曲线的影响的影响、h hf f、Q、H、N(的的幅幅度度超超过Q H的的幅幅度度，N)。泵厂厂家家提提供供的的特特性性曲曲线是是用用清清水水测定定的的，若若实际输送送流流体体比比清清水水大大得得较多多，特特性性曲曲线将将有有所所变化，化，应校正后再用校正后再用。校正方法可参。校正方法可参阅有关有关书刊。刊。若液体的运若液体的运动粘度小于粘度小于210-5m2/s，如汽油、煤油、，如汽油、煤油、轻柴油等，柴油等，则对粘度的影响可不粘度的影响可不进行修正。行修正。（3 3）转速速n对特性曲特性曲线的影响的影响不同不同转速下的速度三角形速下的速度三角形 泵的的特特性性曲曲线是是在在一一定定转速速下下测得得的的，实际使使用用时会会遇遇到到n改改变的的情情况况，若若n变化化20，可可认为液液体体离离开开叶叶轮时的的速速度度三三角角形形相相似似，2不不变（如如图所所示示)，则泵的的效效率率不不变（等等效率效率）。）。（2-14a）（2-14b）（2-14c）比例比例定律定律2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械44（4 4）叶叶轮直径直径D2对特性曲特性曲线的影响的影响 泵的特性曲的特性曲线是是针对某一型号的某一型号的泵(D2一定一定)而言的。一个而言的。一个过大的大的泵，若将其叶，若将其叶轮略加切削而使略加切削而使D2变小，可以降低小，可以降低Q和和H而而节省省N。若。若D2变化化20%，可以，可以认为液体离开叶液体离开叶轮时的速度的速度三角形相似，三角形相似，2不不变，不不变，D2b2不不变，则根据以上各式可得离心根据以上各式可得离心泵的的切割定律切割定律如下：如下：，2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械452 流体流体输送机械送机械2.1.6 2.1.6 离心离心泵的工作点与流量的工作点与流量调节2.1.6 2.1.6 离心离心泵的工作点与流量的工作点与流量调节（1 1）管路特性曲管路特性曲线方程方程令令而而令令 若指定解若指定解题时 ，所求，所求H仍仍为（m）。）。注意注意：也有用也有用 形式表示的，等于上式形式表示的，等于上式 阀门关小，关小，管路特性曲，管路特性曲线变陡，陡，在同在同样流量流量 下所需下所需补加能量加能量 。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械472 流体流体输送机械送机械2.1.6 2.1.6 离心离心泵的工作点与流量的工作点与流量调节（2 2）离心离心泵的工作点的工作点 将将 泵 的的 HQ线 和和 管管 路路 的的heQ线画画在在一一张图上上，得得到到交交点点A如如图2-13所所示示，该点点称称为泵在在管管路路上上的的工工作作点点，此此时H=he。在在工工作作点点处泵的的输液液量量即即为管管路路的的流流量量Q，泵提提供供的的压头（扬程程）H必必恰恰等等于于管管路路所所要要求求的的压头he。当当工工作作点点是是在在高高效效区区（不不低低于于92max），则该工工作作点点是是适适宜宜工作点工作点，说明明泵选择得得较好好。OQQHH1管路管路heQ图2-13 离心离心泵的工作点的工作点泵HQ泵 QA2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械482 流体流体输送机械送机械2.1.6 2.1.6 离心离心泵的工作点与流量的工作点与流量调节注意：注意：管管路路特特性性曲曲线he=A+BQ2为开开口口向向上上的的抛抛物物线，它它在在纵轴截截距距反反映映了了管管路路上上下下游游总势能能差差；B反反映映了了管管路路阻阻力力的的大大小小；B，同同样流流量量下下管管路路的的阻阻力力越越大大。B较大大的的管管路路称称为高阻管路高阻管路，反之，反之则称称为低阻管路低阻管路；泵特特性性曲曲线中中流流量量的的单位位可可能能是是m3/s或或m3/h；求求工工作作点点时，管管路路特特性性曲曲线的的整整理理应注意保持注意保持单位一致；位一致；离离心心泵工工作作点点的的求求法法：解解析析法法即即当当泵的的特特性性曲曲线已已知知，可可与与管管路路特特性性曲曲线联立立求求工工作作点点；若若泵特特性性曲曲线未未知知，只只有有特特性性曲曲线图，则用用图解解法法即即将将管管路路特特性性曲曲线画画在在泵特特性曲性曲线图上，两上，两线的交点即的交点即为工作点。工作点。OQQHH1管路管路heQ图2-13 离心离心泵的工作点的工作点泵HQ泵 QA2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械492 流体流体输送机械送机械2.1.6 2.1.6 离心离心泵的工作点与流量的工作点与流量调节（3 3）流量流量调节 流量流量调节就是就是设法改法改变工作点的位工作点的位置，有以下置，有以下两种方法两种方法：改改变管路特性曲管路特性曲线 在离心在离心泵出口出口处的管路上的管路上安装安装调节阀。改。改变出口出口阀门的开度即改的开度即改变管路阻管路阻力系数可改力系数可改变管路特性曲管路特性曲线的位置，达的位置，达到到调节流量的目的。流量的目的。OQ2Q1Qhe2H221低阻低阻高阻高阻H1 优点点：操操作作简便便、灵灵活活，应用用范范围广广。对于于调节幅幅度度不不大大而而经常需要改常需要改变流量的流量的场合，此法尤合，此法尤为适用。适用。缺缺点点：不不仅增增加加了了管管路路阻阻力力损失失（在在阀门关关小小时），且且使使泵在在低低效效率率点点工工作作，在在经济上上很很不不合合理理。因因阀门关关小小多多消消耗耗的的功率功率为2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械502 流体流体输送机械送机械2.1.6 2.1.6 离心离心泵的工作点与流量的工作点与流量调节改改变泵的特性曲的特性曲线 由由前前述述比比例例定定律律、切切削削定定律律可可知知，改改变泵的的转速速、切切削削叶叶轮都都可可以以达达到到改改变泵的的特特性性曲曲线的的目目的的。如如图2 21414所所示示，泵的的转速速由由n1减减小小至至n2时，泵的的HQ线下下移移，工工作作点点由点由点A A1 1移至点移至点A A2 2，流量由，流量由Q1减小至减小至Q2。优点点：不不额外增加管路阻力，在一定范外增加管路阻力，在一定范围内可保持内可保持泵在高在高效率区工作（效率区工作（n改改变 n2图2-14 改改变泵的特性曲的特性曲线A A2 2Q22024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械512 流体流体输送机械送机械2.1.6 2.1.6 离心离心泵的工作点与流量的工作点与流量调节OQ2=90QH2H(m)A2关小关小阀门改改变泵的工作点的工作点A1he2Q(m3/h)OQ2=90Q1H2H(m)减小减小转速并速并辅以以阀门调节流量流量A1he2=64A1Q(m3/h)Q1A22024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械52-改改变转速、叶速、叶轮切割切割2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械53离心离心泵的的联合操作合操作（1）两台同型）两台同型泵并并联 如如图所示，两台同型所示，两台同型泵并并联，则两两泵的各的各自流量和自流量和压头必定相同，必定相同，则在同一在同一压头下，并下，并联泵的流量的流量为单台台泵的两倍。的两倍。当并当并联泵置于管路中置于管路中时，由于流量加大使，由于流量加大使管路流管路流动阻力加大，阻力加大，则并并联后的后的总流量必低于流量必低于单台台泵流量的两倍，而并流量的两倍，而并联压头也高于也高于单泵压头但小于两倍但小于两倍压头。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械542、串、串联2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械55（3）离心）离心泵组合方式的合方式的选择如果如果单台台泵所能提供的最大所能提供的最大压头小于小于管管路两端的（路两端的（）值，则只能只能采用采用泵的的串串联操作。操作。对于管路特性曲于管路特性曲线较平坦的低阻型管平坦的低阻型管路，采用路，采用并并联组合方式可合方式可获得得较高的流高的流量和量和压头；反之，反之，对于管路特性曲于管路特性曲线较陡的陡的高阻型管路，高阻型管路，则宜采用宜采用串串联组合方式。合方式。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械562 流体流体输送机械送机械2.1.7 2.1.7 离心离心泵的安装高度的安装高度2.1.7 2.1.7 离心离心泵的安装高度的安装高度zspsKe图2-15 离心离心泵的安装高度的安装高度s 如如图2-15所所示示，液液面面较低低的的液液体体能能被被吸吸入入泵的的进口口，是是由由于于叶叶轮将将液液体体从从其其中中央央甩甩向向外外周周，在在叶叶轮中中心心进口口处形形成成负压（真真空空），从从而而在在液液面面与与叶叶轮进口口之之间形形成成一一定定的的压差差，液液体体籍籍此此压差差被被吸吸入入泵内内。现在在的的问题是是离离心心泵的的安安装装高高度度zs（zs即即叶叶轮进口口与与液液面面间的的垂垂直直距距离离）是是否否可可以以取任意取任意值？2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械572 流体流体输送机械送机械2.1.7 2.1.7 离心离心泵的安装高度的安装高度2.1.7.1 2.1.7.1 汽汽蚀（Cavitation）现象象 在液面在液面s与与泵内内压强最低最低处即叶即叶轮中心中心进口口处K-K面之面之间列机械能衡算式并整理得：列机械能衡算式并整理得：zspsKe图2-15 离心离心泵的安装高度的安装高度s若若液液面面压强ps一一定定，吸吸入入管管路路流流量量一一定定（即即uk一一定定），安安装装高高度度zs，hf(s-k)，pk，当当pk至至等等于于操操作作温温度度下下被被输送送液液体体的的饱和和蒸蒸汽汽压pv时（即即pkpv），液液体体将将发生生什什么么现象象？又会使？又会使泵产生什么生什么现象？象？2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械582 流体流体输送机械送机械2.1.7 2.1.7 离心离心泵的安装高度的安装高度 液液体体将将发生生部部分分汽汽化化现象象，所所生生成成的的大大量量蒸蒸汽汽泡泡在在随随液液体体从从叶叶轮进口口向向叶叶轮外外周周流流动时，又又因因压强升升高高，气气泡泡立立即即凝凝聚聚，气气泡泡的的消消失失产生生局局部部真真空空，周周围的的液液体体以以极极大大的的速速度度冲冲向向气气泡泡原原来来所所在在的的空空间，在在冲冲击点点处产生生很很高高的的局局部部压强（高高达达几几百百个个大大气气压），冲冲击频率率高高达达每每秒秒几几万万次次之之多多。尤尤其其当当汽汽泡泡的的凝凝结发生生在在叶叶轮表表面面时，众众多多的的液液体体质点点尤尤如如细小小的的高高频水水锤撞撞击着着叶叶片片；另另外外汽汽泡泡中中还可可能能带有有氧氧气气等等对金金属属材材料料发生生化化学学腐腐蚀作作用用。泵在在这种种状状态下下长期期运运转，将将导致致叶片叶片过早早损坏。坏。这种种现象称象称为泵的的汽汽蚀现象。象。zspsKe图2-15 离心离心泵的安装高度的安装高度s离心离心泵在在产生汽生汽蚀条件下运条件下运转，会，会产生什么生什么样的后果呢？的后果呢？2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械59演示演示2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械60泵的性能下降，流量、的性能下降，流量、压头、效率均降低，、效率均降低，最最终变成气成气缚。汽蚀的危害：产生振生振动和噪音，影响离心和噪音，影响离心泵的正常运行的正常运行和工作和工作环境。境。泵壳和叶壳和叶轮的材料遭受的材料遭受损坏，降低坏，降低泵的使的使用寿命用寿命2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械61发生汽蚀的原因：泵的安装高度超过允许值；泵输送液体的温度过高；泵吸入管路的局部阻力过大。P叶片入口过低的原因:*吸入管路尽量短，少走弯路；吸入管路尽量短，少走弯路；*进口管路直径一般大于出口管路直径；口管路直径一般大于出口管路直径；*进口口管管路路上上避避免免不不必必要要的的管管件件，如如泵装装于于液液面面下下可可免免装装止止逆逆阀（并并且且启启动前前不不用用灌灌泵），流流量量调节阀装装于于出出口管路；口管路；2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械62离心泵的抗汽蚀性能1）汽蚀余量临界汽蚀余量p叶轮入口处压强（最低）p液体的饱和蒸汽压指泵入口处单位重量水所具有的、超过当时温度下汽化压力的富裕能量，h，m液柱2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械632024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械6411和kk列柏努利方程临界汽蚀余量发生汽蚀的临界条件：汽蚀性能试验时，水泵开始发生汽蚀时测得的泵进口处的汽蚀余量称为临界汽蚀余量。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械65临界汽蚀余量的测定在在固固定定的的流流量量下下，通通过关关小小泵吸吸入入管管路路的的阀门，逐逐渐降低降低p1，直至，直至泵内内刚好好发生汽生汽蚀，测得相得相应的的p1,min必需汽蚀余量为确保离心泵的正常操作，将临界汽蚀余量加上一定的安全量反映液体从泵入口处到叶片进口能量的降低值，因此越小抗汽蚀性能越好2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械66在离心泵样本性能表中给出的是必需汽蚀余量2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械67离心离心泵的允的允许吸上真空度吸上真空度 Hs值的大小与的大小与泵的的结构、流量、被构、流量、被输送液体的性送液体的性质及当及当地大气地大气压等因素有关。通常由等因素有关。通常由泵的制造工厂在的制造工厂在98.1kPa下，下，用用20 20 清水清水为介介质进行行测定。若定。若输送其他液体，或操作送其他液体，或操作条件与上述的条件与上述的实验条件不同条件不同时，应按下式按下式进行行换算算，即，即若以若以输送液体的液柱高度来送液体的液柱高度来计算离心算离心泵入口入口处的最高真空的最高真空度，度，则此真空度此真空度称称为离心离心泵的允的允许吸上真空度吸上真空度，以，以Hs 来来表示，即表示，即2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械68最大吸上真空高度当当泵的汽的汽蚀现象象刚发生生时，所，所对应的吸上真空高度的吸上真空高度为保保证泵在在运运转中中不不发生生汽汽蚀现象象，而而又又尽尽可可能能有有最最大的吸上真空度，大的吸上真空度，规定留有定留有0.30.3米的安全量米的安全量。2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械69（5）离心泵的允许安装高度2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械70用必需汽蚀余量表示的安装高度用允许吸上真空度表示的安装高度离心泵实际的安装高度比允许安装高度低0.51m2024/5/26 周日第 2 章流 体 输 送 机 械71某某台台离离心心泵从从样本本上上查得得允允许吸吸上上真真空空高高度度H Hs s =6m=6m，现将将该泵安安装装在在海海拔拔高高度度为500m500m处(Ha=9.74m)，若若夏夏季季平平均均水水温温为4040，问修修正正后后的的H H