第2 章流体输送机械_68页.ppt

2.2,离心泵,(Centrifugal pump),离心泵,电动机,2.2,离心泵,(Centrifugal pump),2.2.1,离心泵的主要构件和工作原理,叶轮：,迫使流体高速旋转，形成在中心引入低势能（低静压能）流体，在外缘输出高势能（高静压能）、高动能流体的工作环境。,蜗壳：,流道逐渐扩大，将动能的一部分转化成势能（静压能）。,离心泵的能量形式转换过程,原动机,轴,叶轮旋转,叶片间液体,旋转,受到离心力,中心,外围,液体被做功,流速减小部分,动能转换,静压能,呈,高压态离开叶轮进入蜗壳,动能,从电能到机械能形式的转换过程,（,1,）,叶轮,叶片,（,+,盖板,）,离心泵的主要部件及作用,（,2,）,泵壳,：,液体的汇集与能量的转换,（,动,静,）,（,3,）,吸上原理,与气缚现象,叶轮中心形成低压（因液体连续流动）,若泵内有气，则,小，,P,out,小，,泵入口压力,P,in,大，此处的真空度小,液体不能吸上,气缚现象。,因此，启动前需要灌泵，并且密封，防止空气吸入。,液体以高压离开叶轮,（,4,）,轴封的作用,（,5,）,平衡孔的作用,消除轴向推力,（,6,）,导轮的作用,减少能量损失,2.2.2,离心泵的性能参数,characteristic parameters,与特性曲线,离心泵的理论压头,叶片数,液体无环流,理想流体,无能量损失,离心泵的基本方程,r,叶轮半径,；,叶轮旋转角速度；,q,V,泵的体积流量；,b,叶片宽度；,叶片装置角。,假设,:,旋转坐标：,w,c,u,W,为相对运动速度，,u,为切向速度，,c,为绝对速度,。,省略,在一定的转速,n,下：,反映泵本身在一定条件下，提供能量的额定能力。,在一定的转速,n,下：,特点：压头,H,T,与密度,无关。,u,2,是外缘切向速度,说明：,（,1,）,装置角,：,90,度,前弯叶片,q,V,H,90,度,后弯叶片,q,V,H,（,线性规律）,=90,度,径向叶片,H,与,q,V,无关,（,2,）实际生产中采用,后弯叶片,90,度,流动能量损失小,b、r、,H,（,3,）,理论压头,H,(或,H,T,),与流体的性质,、,无关,（,4,）,H,（即,H,e,）,与,H,的差距,叶片间环流,；,阻力损失,；,冲击损失,若泵启动时泵体内是空气，泵启动后产生的压头为一定值，但因空气密度小，造成的压差或泵吸入口的真空度很小，不能将液体吸入泵内。“气缚”现象。,(1),叶片之间的环境：与叶片数、流体粘度有关，与流量几乎无关。,（,2,）阻力损失（摩擦损失）：约与流量的平方成正比。,（,3,）冲击损失：流体以绝对速度,c,2,进入蜗壳，虽部分转化为静压能，但亦存在着明显的能量损失。装置角,是按照所设计泵的额定流量确定的，若泵在额定流量下工作，冲击损失最小，若泵偏离额定流量工作，冲击损失增大。,在一定的转速,n,下：,直线关系,1,、,泵的有效压头,H,与,H,的差距,叶片间环流,；,阻力损失,；,冲击损失,容积损失：,压头损失：,主要由流体摩擦阻力损失造成。,灌泵后，关闭阀门，在流量等于零时启动。,主要性能参数,characteristic parameters,效率小于,100%,原因有容积损失、压头损失和机械损失。,影响到泵的效率,离心泵内液体漏回现象,离心泵的主要性能参数总结,（,1,）,(,叶轮,),转速,n,：,10003000rpm,；,2900rpm,常见,（,2,）,(,体积,),流量,q,V,:,m,3,/s,，,叶轮结构、尺寸和转速,（,3,）,压头（扬程H,（,H,e,）：,1,N,流体通过泵获得的机械能。,J/N,m,与流量、叶轮结构、尺寸和,n,有关,。,H,z,（,4,）,轴功率,N,（,P,a,）：,单位时间,原动,机输入泵轴的能量,有效功率,P,e,：,单位时间液体获得的能量,（,5,）,效率,100%,容积损失,，,水力损失，机械损失,离心泵的性能曲线测定,H,q,V,N,q,V,q,V,厂家实验测定,产品说明书,20C,清水,泵的效率：,efficiency,（,1,）,容积效率：流量损失,V,0.850.95,（,2,）,水力效率：压头损失,k,=0.80.9,（,3,）,机械效率：机械部件之间的摩擦,j,0.960.99泵的总效率：,V,k,j,离心泵的特性曲线,(characteristic curves),离心泵的操作：,1,）灌泵并保持密封，防止气缚现象；,2,）在最小流量下启动。,3,）在出口管路上安装流量调节阀门。,在某一转速,n,下,通过最简单的管路反映泵的有效压头。,轴功率,P,a,叶轮直径,D,转速为,n,的泵特性曲线上的每一点均可用这一方法转换至转速为,n,的曲线上相对应的点。因此，可得到新转速下的泵特性曲线。,泵的转速,n,变化后，泵实际特性曲线方程式如何变换？,例：某一台泵，当转速为,n,1,=1480r/min,时，,将转速变化为,n,2,=1700r/min,后,，泵的特性曲线方程式如何？,解：,根据比例定律,思考题：离心泵的压头是指（）,A,流体的升举高度；,B,流体动能的增加；,C,流体静压能的增加；,D,单位流体获得的机械能。,解：根据实际流体的机械能衡算式,H=(Z,2,-Z,1,)+(P,2,-P,1,)+(u,2,2,-u,1,2,)/2g+H,f,离心泵的压头可以表现为流体升举一定的高度（,Z,2,Z,1,）、,增加一定的静压能（,P,2,P,1,）,/,g,、增加一定的动能,(u,2,2,-u,1,2,)/2g,以及用于克服流体流动过程中产生的压头损失,H,f,。但,A,、,B,、,C,的说法都不全面。离心泵的压头是泵施加给单位牛顿流体的机械能,J,（,J/N,m),。,故答案,D,正确。,第,2,讲：,2.2.3,离心泵的工作点；离心泵的串联操作；离心泵的并联操作。,2.2.4,离心泵的汽蚀现象、汽蚀余量及安装高度。,第,2,章 流体输送机械,（,6,学时）,由,工作点读出的流量,q,v,、,压头,H,e,就是管道中实际的流量，流体在此流量下，实际所得到的有效压头。,duty point,工作点,(duty point),的求法：,（,1,）图解法；,（,2,）解析法。,注意两个方程式中,q,v,的单位一定要一致，一般都统一到,m,3,/s,2.,流量调节 （即改变泵的工作点）,调节出口阀门的开度，改变管路的特性曲线,调节泵的转速，改变泵的特性曲线,优点：调节简便,.,灵活,缺点：能耗,注意：泵特性曲线因转速变化发生了移动。若求转速变化后的工作点，还必须结合管路的特性曲线,。,等,效率方程,例：某输水管路中，离心泵在转速为,n=2900r/min,时的特性曲线方程为,管路特性方程为,q,V,的单位为,m,3,/min,试求,：,1,）,k=2.5,时的工作点（,q,VA,、,H,A,）,;,2),将阀门关小，使得,k=5,时的工作点（,q,VB,、,H,B,）,;,3,）,阀门开度由,k=2.5,关小到,k=5,，,流量由,q,VA,减小到,q,VB,，,管路阻力损失增加了多少？,4),如果改变泵的转速，将流量调整到,q,VB,管路能量消耗如何变化？,5,）若不采用改变阀门开度，而是采用改变转速的方法，使得流量由,q,VA,减小到,q,VB,，则,转速应调整到多少？,6,）比较：由流量,q,vA,减小到,q,vB,时，调整阀门开度与调整泵的转速，能量消耗的差异是多少？,解：,1,）,泵,特性曲线方程,管路特性曲线方程（此时,k=2.5),联立（,1,）、（,2,）得,（,1,）,（,2,）,2,）,管路特性曲线方程（此时,k=5),（,3,）,联立（,1,）、（,3,）得,3,）,阀门开度由,k=2.5,关小到,k=5,，,流量由,q,VA,减小到,q,VB,，,管路阻力损失增加了多少？,即,管路特性曲线不变，通过改变转速改变泵的特性曲线，将工作点由,A,点移动到,C,点。,4),如果改变泵的转速，将流量调整到,q,VB,，管路能量消耗如何变化？,将,代入,（,2,）中，得,即,在原来的阀门开度下，即,k=2.5,时，输送流量为,q,VC,=,q,VB,时，管路所需要的压头为,H,C,利用相等效率下的比例定律：,该式,称为离心泵在一定范围内不同转速下的等效率方程。,方法,1,：等效率方程,5,）,若不采用改变阀门开度，而是采用改变转速的方法，使得流量由,q,VA,减小到,q,VB,，,则转速应调整到多少？,离心泵在转速为,n,1,=2900r/min,时的特性曲线方程为,方法,2,：根据比例定律，得到离心泵改变转速为,n,2,时的特性曲线方程,（,4,）,5,）,若不采用改变阀门开度，而是采用改变转速的方法，使得流量由,q,VA,减小到,q,VB,，,则转速应调整到多少？,管路特性曲线不变，通过改变转速改变泵的特性曲线，将工作点由,A,点移动到,C,点。将,C,点坐标,代入（,4,）式,得到：,如果改变泵的转速，将流量调整到,q,VB,，即,在原来的阀门开度下，即,k=2.5,时，输送流量为,q,VB,时，管路所需要的压头为,H,C,如果关小阀门将流量调整到,q,vB,管路所需要的压头为,H,B,6,）比较：由流量,q,vA,减小到,q,vB,时，调整阀门开度与调整泵的转速，能量消耗的差异是多少？,调整到同样的流量,调整阀门开度与调整泵的转速，能量消耗的差异是,两台相同泵的组合，如何根据单台泵的特性曲线方程式写出组合泵的特性曲线方程式？,例：某台泵的特性曲线方程为,H,e,的单位为,m,，,q,v,的单位为,m,3,/s,1,）,2,）,3,）,管路特性不变，则此时流量将（）,A,增大,B,减少,C,不变,D,不确定,点，其中任何一条特性曲线发生变化，均会引起工作点的变动，现泵及其转速不变，故泵的特性曲线不变。将管路的特性曲线方程式列出,思考：对于上题，若仍然保持原流量，应采取什么措施？,改变的是什么特性曲线？,例,1,：用离心泵敞口水池中的水送往一敞口高位槽，高位槽液面高出水池液面,5m,管径为,50mm,。,当泵出口管路中阀门全开（,0.17,）,时，泵入口管中真空表读数为,52.6KPa,泵出口管中压力表读为,155.9KPa,。,已知该泵的特性曲线方程,H,e,=23.1-1.4310,5,q,2,v,式中：,H,e,的单位为,m,；,q,v,的,单位为,m,3,/s.,试,求：,（,1,）阀门全开时泵的有效功率；,（首先找出此时的工作点）,（,2,）当阀门关小（,80,）,时，其他条件不变，流动状态处在阻力平方区，则泵的流量为多少？,（寻找新的工作点）,真空表,压力表,解,：（,1,）忽略出口管压力表接口与入口管真空表接口垂直高度差，自真空表接口管截面至压力表接口管截面列机械能衡算式。并且忽略此间入口管与出口管段的流体阻力损失。,真空表,压力表,例,2,：现需用两台相同的离心泵将河水送入一密闭的高位槽，高,位槽液面上方压强为,1.5at(,表,压强），高位槽液面与河水水面之间的垂直高度为,10m,，,已知整个管路长度为,50m(,包括全部局部阻力当量长度），管径均为,50mm,，,直管阻力摩擦系数,0.025,。,单泵的特性曲线方程为,H,e,=50-1.010,6,q,v,2,(,式中,H,e,的单位为,m;q,v,的单位为,m,3,/s),。,试通过计算比较：该两台泵如何组合所输送的水流量更大？,根据管路特性曲线，流量大，同时所需压头亦大。是因为管路中流量大，流速大，流体的压头损失亦大，则所需泵提供的压头亦要大。,为了明显的发挥组合泵能够增加流量，增加压头的优势，对于低,阻管路，并联优于串联；对于高阻管路，串联优于并联。,若采用串联，联立方程（,1,）（,3,）得,q,v,串,=5.710,-3,(m,3,/s),若采用并联，联立方程（,2,）（,3,）得,q,e,并,=6610,-3,(m,3,/s),因此，应采用泵的并联方式。,汽蚀现象,cavitations phenomena,汽蚀现象,当汽蚀现象发生时，泵的扬程明显减小。,流量大，临界汽蚀余量大。,3.,安装要求,：,吸入管径常大于压出管径,吸入管不装调节阀,实际安装高度H,g,H,g,最大允许安装高度,H,g,为,H,g,例,1,：分析离心泵的安装高度,H,g,与所,输送流体温度之间的关系。,例：用某型号离心泵将水由贮槽输送至高位槽，已知在工作转速下泵的特性方程为,H=45-0.15q,v,2,，式中,H,的单位为,m,，,q,v,的单位为,m,3,/h,。贮槽和高位槽的直径分别为,8m,与,5m,。输水初时，两槽间的垂直高度差为,20m,，两液槽间用长,200m,（包括全部局部阻力的当量长度）的,3.5mm,的钢管相连。管路中的摩擦因数为,0.025,。贮槽与高位槽的容量足够，且忽略因液位变化而引起的阻力损失的变化。试求：（,1,）初始输水量；（,2,）完成,100m,3,输水任务所需要的时间。,解：（）即确定初始的工作点,初始时的管路特性方程：,（）设在开始输水后的某时刻,t,，贮槽液面下降了,x,，同时，高位槽液面上长了,h,，管内流速为,u,，则有,在某时刻,t,，贮槽液面至高位槽液面列机械能衡算方程式,反映了,x,与,t,的关系。,反映了,x,与,t,的关系。,当完成总输水量,100m,3,时，贮槽液位,x,为,（）定态；（）拟定态处理方法。,第,3,讲：,2.2.5,离心泵的选型参数；离心泵的操作。,2.3,往复泵,2.3.1,往复泵的构造、工作原理和性能参数；,2.3.2,往复泵的操作。,2.5,气体输送机械离心式风机的选型参数。第,2,章 流体输送机械,（,6,学时）,2.2.5,离心泵的类型与选用,1.,类型,清水泵,耐腐蚀泵,油泵,2.,选用,步骤：,定性选型：根据泵的工作条件，如腐蚀性、潜水等；,生产要求,q,v,值，计算管路所需要的,H,e,，,选定泵的具体型号；,计算泵的允许安装高度；,计算功率，再配电机。,例,2-3,如图所示，需要安装一台离心泵，将流量,45m,3,/h,、,温度,20,o,C,的河水输送到敞口高位槽，高位槽水面高出河水水面,10m,，,管路总长度,15m,。,试选一台离心泵，并确定泵的安装高度。,解：,选,管内流速,u=2.5m/s,估算管内径,截面,1-1,至截面,2-2,之间列机械能方程式,根据,Q,、,H,e,数值选择泵，,IS80-65-125 ,其允许汽蚀余量,接讲往复泵,例,2,：选泵的设计型问题,分馏塔,解吸塔,储罐,管内流动时的动压头很小，可以忽略。设泵的效率为,60%,，求泵的轴功率。,分馏塔,解吸塔,储罐,解：泵的功率要保证在三通,3,处的总压头能够同时按所要求的流量将粗汽油分送到两个塔内。,显然，应按照所需压头较大的分支管路，确定,3,处的压头。,三通,3,处的总压头,分馏塔,解吸塔,储罐,显然，供给,3-4,分支管路的压头过剩，流量便比所要求的值为大。操作时，将这一支管中的阀门关小，增大这一支管中的压头损失，从而达到减小流量达到设计值的要求。因为，在供给压头一定时，阻力增加，流量减小。,例,:,图示为一冷冻盐水循环系统。流体流经,AB,管段的能量损失为,98.1J/kg,。已知泵供给流体的压头为,30m,盐水柱，则,BA,段的压头损失为（）,m,盐水柱。,例,3,：用同一台离心泵由水池,A,向高位槽,B,和,C,供水，高位槽,B,和,C,的水面高出水池水面,A,分别为,Z,B,=25m,Z,e,=20m.,当阀门处于某一开度时，各,B,和,C,槽的代水量恰好相等，即,V,B,=V,C,=41/s,。,管段长度，管径及管内摩擦阻力系数如下：,（,2,）计算,DG,管段中阀门的阻力系数,液下泵,管道式屏蔽泵,