22离心泵剖析.pptx

西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件第二节 离心泵离心泵的外观离心泵的外观动画演示动画演示西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件一、离心泵的结构和工作原理一、离心泵的结构和工作原理(1)叶轮叶片(+盖板)1.主要部件主要部件动画演示动画演示动画演示动画演示西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件4-8个叶片（前弯、后弯，径向）液体通道前盖板、后盖板，无盖板闭式叶轮闭式叶轮半开式半开式开式开式 液体入口中心(轴向)(2)泵壳：泵体的外壳，包围叶轮截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道液体出口切线(径向)(3)泵轴：垂直叶轮面，叶轮中心。按吸液方式不同，叶轮可以分为单吸式和双吸式叶轮两种。动画演示动画演示动画演示动画演示 动画演示动画演示西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件动画演示动画演示西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件2.离心泵的工作原理离心泵的工作原理（1）原动机轴叶轮，旋转离心力 叶片间液体由中心外围液体被做功 动能高速离开叶轮动画演示动画演示（2）泵壳：液体的汇集与能量的转换装置（动静）西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件（3）吸上原理与气缚现象叶轮中心低压的形成p若泵内有气，则 泵入口压力 液体不能吸上气缚现象气缚现象故离心泵在启动前必须灌泵液体高速离开（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动画动画工作视频工作视频西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件（1）流量qv、qm：单位时间泵输送的液体体积或质量（2）压头(扬程)H：物理意义:1N流体通过泵获得的机械能。J/N,m Q、叶轮结构、尺寸和n有关（3）轴功率P：单位时间原动机输入泵轴的能量有效功率Pe：单位时间液体获得的能量二、离心泵的基本参数及方程二、离心泵的基本参数及方程1.基本参数基本参数 西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件汽蚀余量（Net Positive Suction Head），也叫净正吸入头。（5）NPSH（4）总效率：指有效功率与轴功率的比值，其定义为西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件2.速度三角形速度三角形 对于两个叶片之间的任意点都可以定义速度三角形，如图2-3所示。其中包含三个速度：当地周向速度，其中 为叶轮角速度，为该处半径。相对速度，其方向与相对坐标系下的流线相切。绝对速度，即前两个速度 和 的矢量和。图图2-3 叶轮速度三角形叶轮速度三角形西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件叶片形状分三种叶片形状对理论压头的影响叶片形状对理论压头的影响 图为图为 叶片形状对理论压头的影响叶片形状对理论压头的影响 西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件 前弯叶片所产生的理论压头最大，但实际中使用的都是后弯叶片（后弯叶片（90）。离心泵的离心泵的HTqV关系关系 西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件 希望得到的是静压头,不是动压头。液体从叶轮获得的静压头与动压头的比例随2变化。结论：为提高泵的运转经济指标，采用后弯叶结论：为提高泵的运转经济指标，采用后弯叶片有利。片有利。西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件3.3.基本方程基本方程 连续方程叶轮内的一维定态流动的连续性方程为：若为不可压缩流体则有：、式中 qm、qv 叶轮内的质量流率和体积流率。A1、A2是叶轮进出口垂直于 vm1、vm2 的有效面积。西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件 能量方程不考虑流动阻力损失，则通过Bernoulli方程，可得液体获得的总压头为：总压头H包括液体的静压头增量 HS和动压头增量 HD。其中静压头增量又由两部分作用组成：离心力做功。液体获得的这部分压头可表示为：式中 F为单位体积液体所受离心力，即：西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件能量转换。因为叶片间流通面积扩大，导致的动压能向静 压能转化产生的压头可以表示为 。因而总压头可由下式计算：根据速度三角形中的几何关系：最后得到离心泵的基本方程式为：为提高压头 H,常使1=90,则有：西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件1.离心泵的特性曲线HqVPaqVqV厂家实验测定 产品说明书20C清水 通常是在额定转速和标准状态（20C）下用清水的测定值，泵的特性曲线有三组：将离心泵的H、Pa、与qV之间的关系曲线称为离心泵的特性曲线。实际特性曲线测定三、离心泵的特性曲线三、离心泵的特性曲线 西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件qvHeqvPaqvPaqv,离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件 qv曲线：小qv，；大qv，。说明：说明：Heqv曲线，qv，He。qv很小时可能例外Pa qv曲线：qv，Pa。大流量大电机功率 因此，启动离心泵时一定要关闭出口阀并注意泵的铭牌与max对应的性能参数故泵选型时需考虑He、qV与maxqV随变化曲线使泵操作条件下具有：工程上将max点定义为泵的额定点，对应的流量称为额定额定流量流量。一般将低于max7%以内范围的工作区域称为高效区高效区。max西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件2.特性曲线的变工况修正 流体性质（、）：密度：,(Pa、Pe)（He，qv，）与无关；粘度：则工作流体较20水差别大时 参数和曲线变化 转速n比例定律比例定律：比例定律是对用同一泵输送同种液体时，在等效率条件下推导出的。要求：n/n 20%Hf，He，qv，Pa西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件 叶轮直径D切割定律切割定律 对用于输送同一液体的相同型号的离心泵，当叶轮直径D的切割量5%时，其效率不变。此时，特性曲线变化符合切割定律：西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件 1.汽蚀现象四、离心泵的可靠运行四、离心泵的可靠运行安装高度：问题：液面到泵入口处的垂直距离(Hg)安装高度有无限制？西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件Hg，则p1当p1pv，叶轮中心汽化汽泡被抛向外围凝结局部真空压力升高周围液体高速冲向汽泡中心 撞击叶片(水锤)伴随现象泵体振动并发出噪音He,qv ,严重时不送液长时间水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片对0-01-1截面列B.E.：汽蚀现象动画演示动画演示西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件临界汽蚀余量(NPSH)c与必需汽蚀余量(NPSH)r 1-1截面至K-K截面列B.E.当qv一定时，p1降低，pk也相应降低，当泵内刚发生汽蚀时，pk=pv，p1=p1，min安装高度，汽蚀问题：如何确定Hg的上限2.汽蚀余量（汽蚀余量（NPSH）也称净正吸入压头(net positive suction head，即NPSH)西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件实际汽蚀余量：实际汽蚀余量：当qv一定而且流动已进入阻力平方区时，临界气蚀余量(NPSH)c只与泵的结构有关，即泵的一个抗汽蚀性能参数。此时必需气蚀余量：临界汽蚀余量：西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件3.最大安装高度Hg,max与最大允许安装高度Hg0-0至K-K截面列B.E.最大允许安装高度最大允许安装高度Hg西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件（5）允许吸上真空度：指泵入口处压力p1允许达到的最大真空度，通常由厂家测定。（1）汽蚀现象产生的原因：安装高度太高；被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；吸入管路阻力或压头损失太高。4.讨论（3）Hg,maxqv。qv，则Hg,max，保险 用可能的最大qv计算Hg,max；（2）计算出的Hg,max0时,低于贮槽液面安装；（4）安装泵时为保险，Hg比Hg,max还要小0.5至1米；西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件单级泵；多级泵单吸泵；双吸泵动画演示动画演示动画演示动画演示西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件问题：工作时，qv,He,Pa,=?1.离心泵的工作点 五、离心泵的工作点和调节五、离心泵的工作点和调节西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件例题2-1 某输水泵在n=1480rpm下的特性方程为：H=38 40Q2，管路特性方程为：H=18+460Q2，Q-m3/min。试求：(1)该泵的工作流量Q与扬程H (2)n=1700rpm时的流量Q与扬程H (3)n时若轴功率为3.2kW，则该泵的效率=？解：(1)联立泵与管路特性方程，可得：H=38 40Q2H=18+460Q2与管路特性方程联立，可得：Q=0.253m3/min；H=47.4m (2)根据泵流量调节比例定律，有：则该泵在n转速下的特性方程为：化简，得：故该泵的工作流量Q与扬程H为：Q=0.2m3/min；H=36.4m (3)=Pe/Pa=1.96/3.2=61.3%西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件泵装于管路 工作点（He,qv)qv=泵供流量=管路流量 He=泵供压头=流体的压头说明：说明：工作点泵的特性&管路的特性 工作点确定：联解两特性方程作图，两曲线交点工作点（qv,He,Pa,）泵的实际工作状态西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件【例例2-2】如例题附图所示，某供液系统的输水量为40m3/h，输水管均为894.5mm的钢管，已知水泵吸入管路的阻力损失为0.47m水柱，压出管路的阻力损失为0.8m水柱，压力表的读数为0.245MPa，两表间高度差为0.3m且阻力损失可忽略，泵距输水液面的垂直距离为5m。若当地大气压为750mmHg，试求：（1）该泵吸入管路上真空表的读数；（2）该泵的扬程；（3）若该泵的效率65，求其轴功率。例2-2附图解：（1）由题意，知管内流速为：西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件对1-1截面至2-2截面之间列机械能衡算式，可得：以1-1截面为基准面，则：z1=0，z2=5m，p1=0（表），u10，u2=2.21m/s，Hf(1-2)=0.47m。则有：因此，吸入管路上真空表读数为：p2=56.0kPa=420mmHg（2）在压力表22截面与真空表33截面列Bernoulli方程，若以1-1截面为基准面，则：z2=5m，z3=5.3m，p2=56.0kPa，p3=245kPa（表），u2=u3=u，故泵的扬程为：（3）根据泵轴功率的定义，当泵效率为65时，则所求 泵的轴功率为：西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件 关小出口阀 le 管特线变陡 工作点左上移 He，qv 开大出口阀 le 管特线变缓 工作点右下移 He，qv2.流量调节流量调节改变流量改变泵的特性改变工作点改变管路特性（3）车削叶轮直径（2）改变叶轮转速改变泵的特性 n泵Heqv曲线上移工作点右上移，He，qv泵的流量Q额时，为节能采用（1）改变出口阀开度管路特性西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件3、泵的串联与并联、泵的串联与并联 并联泵的合成特征曲线 He 并联泵 单台泵 ABCqv0 两台完全相同的泵并联，在相同扬程H的条件下，并联组合泵的流量qv为单台泵的2倍，即：西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件 串联泵的合成特征曲线He 0串联泵 A 单台泵 qVCB 两台完全相同的泵串联，在相同qv的条件下，串联组合泵的压头为单台泵的2倍，即：西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件 泵的组合方式的选择 若以增大流量为目的，对低低阻阻管管路路，并联比串联获得的qV增量多，并并联联优优于串联；反之对高高阻阻管管路路，串串联联则优则优于并联。西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件六、离心泵的类型与选用六、离心泵的类型与选用1.离心泵的类型离心泵的类型 按输送液体的性质不同，可分为：清水泵：输送清水或相近、无腐蚀、杂质较少的液体。特点：结构简单，造价低。最常用的清水泵是单级单吸式的，系列代号为IS，如：泵 IS 50-32-250 表示：吸入管直径吸入管直径 压出管直径压出管直径叶轮尺寸叶轮尺寸清水泵标准的另一形式,如:4B91-2900-55输水管直径输水管直径扬程扬程转速转速 电机功率电机功率动画演示动画演示西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件 杂质泵：输送含有固体颗粒的液体、及稠厚的浆液，叶轮流道宽，叶片数少。系列代号P 油泵：输送石油产品的泵，要求有良好的密封性。系列代号Y2.离心泵的选用离心泵的选用(1)根据液体的性质确定泵的类型；(2)确定管路流量和所需外加压头；qV最大生产任务要求，He管路的特性方程 耐腐蚀泵：输送酸、碱、盐等腐蚀性的液体，用耐腐蚀材料制成，要求密封可靠。系列代号 F西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件(3)根据所需qv和He确定泵的型号；查性能表或曲线，要求泵的HT和qv与管路所需相适应；若需qv有变，以最大qv为准，He应以最大qv值查找；若泵的HT和qv与管路所需不符，在相邻型号中找HT和qv都稍大一点的。(4)若几个型号都行，应选在操作条件下最高者；(6)为保险，所选泵可以稍大；但若太大，能量利用程度低。(5)若液体性质与清水相差大，则应对所选泵的特性曲线和参数进行校正，看是否能满足要求；西北大学化工原理课件西北大学化工原理课件3.离心泵的安装及使用离心泵的安装及使用 安装安装高度应小于允许安装高度；尽量减少吸入管路阻力，短、直、粗且管件少；调节阀应装于出口管路。使用 启动前应灌泵，并排气；应在出口阀关闭的情况下启动泵；停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮；经常检查轴封情况。