语文201211发给学生的离心泵.pptx

4.2.2.24.2.2.2离心泵的工作原理及基本方程离心泵的工作原理及基本方程(1)(1)离心泵的工作原理离心泵的工作原理 灌泵灌泵启动启动叶轮叶轮旋转旋转带动液带动液体产生体产生离心力离心力 液体不断被液体不断被甩向叶轮出口甩向叶轮出口叶轮叶轮进口处压进口处压力力吸液罐和叶轮进口中心吸液罐和叶轮进口中心线处的液体之间形成线处的液体之间形成压差压差吸吸液罐的液体压差作用液罐的液体压差作用流体流体经经吸入室吸入室进入叶轮进入叶轮使泵连续地使泵连续地工作。工作。(2)(2)离心泵工作特点离心泵工作特点:利用离心力获得能量利用离心力获得能量液体连续均匀吸入液体连续均匀吸入需先灌泵，否则产生需先灌泵，否则产生气缚现象气缚现象(3)(3)离心泵的基本方程离心泵的基本方程-欧拉方程欧拉方程 表示旋转叶轮传递给单位重量液体的能表示旋转叶轮传递给单位重量液体的能量，亦称为量，亦称为理论扬程理论扬程。其数学表达式为。其数学表达式为 或或 此式也称为此式也称为欧拉第二方程式欧拉第二方程式。式中：。式中：第一项是液体在圆周运动中，由于离心力的第一项是液体在圆周运动中，由于离心力的作用使液体获得的静能头；作用使液体获得的静能头；第二项是叶片间流道扩大使液体相对速度减第二项是叶片间流道扩大使液体相对速度减小而增加的静能头；小而增加的静能头；第三项是液体经过叶轮叶片入口和出口后因第三项是液体经过叶轮叶片入口和出口后因绝对速度的变化而增加的动能，即液体获得绝对速度的变化而增加的动能，即液体获得的动能的动能头。头。对于理想叶轮有对于理想叶轮有:对于实际叶轮对于实际叶轮,考虑有限叶片数受滑移的影考虑有限叶片数受滑移的影响响,较无限多叶片数叶轮做功能力减小较无限多叶片数叶轮做功能力减小,在离在离心泵中常使用如下的两个半经验公式计算心泵中常使用如下的两个半经验公式计算:斯陀道拉公式斯陀道拉公式 如同在离心压缩机中一样，如同在离心压缩机中一样，该式表示为该式表示为普夫菜德尔公式普夫菜德尔公式4.34.3离心泵的吸入特性离心泵的吸入特性汽蚀汽蚀4.3.14.3.1汽蚀发生的机理及危害汽蚀发生的机理及危害(1)(1)汽蚀发生的机理汽蚀发生的机理4.3.1.24.3.1.2汽蚀余量及汽蚀判别汽蚀余量及汽蚀判别 泵内最低压力点：泵内最低压力点：通常位于叶轮叶片进口稍通常位于叶轮叶片进口稍后的后的K K点附近。点附近。当当pkpvpkpv时，泵发生汽蚀，故时，泵发生汽蚀，故 pk=pvpk=pv是泵是泵发生汽蚀的界限。发生汽蚀的界限。(1)(1)有效汽蚀余量（有效汽蚀余量（NPSHNPSHa a）指液流自吸液罐指液流自吸液罐(池池)经吸入管路到达泵吸经吸入管路到达泵吸入口后，高出汽化压力入口后，高出汽化压力pvpv所富余的那部分能所富余的那部分能量头，用量头，用NPSHNPSHa a表示，即表示，即 由柏努利方程可得由柏努利方程可得:有效汽蚀余量数值的大小与泵吸入装置的有效汽蚀余量数值的大小与泵吸入装置的条件条件,如吸液罐表面的压力、吸入管路的几如吸液罐表面的压力、吸入管路的几何安装高度、阻力损失、液体的性质和温度何安装高度、阻力损失、液体的性质和温度等有关，而与泵本身的结构尺寸等无关，故等有关，而与泵本身的结构尺寸等无关，故又称其为泵吸入装置的有效汽蚀余量。又称其为泵吸入装置的有效汽蚀余量。(2)(2)泵必需的汽蚀余量（泵必需的汽蚀余量（NPSHrNPSHr）泵必需的汽蚀余量是表示泵入口到叶轮泵必需的汽蚀余量是表示泵入口到叶轮 内最低压力点内最低压力点K K处的静压能量头降低值，用处的静压能量头降低值，用NPSHrNPSHr表示为表示为:式中式中:c c0 0-叶轮进口叶轮进口0 0截面上的液体绝对流速；截面上的液体绝对流速；w w1 1-叶片进口叶片进口1 1截面上的液体相对流速；截面上的液体相对流速；1 1为绝对流速及流动损失引起的压降能头为绝对流速及流动损失引起的压降能头系数，系数，111.051.051.31.3；2 2为液体绕流叶片的压降能头系数，一般为液体绕流叶片的压降能头系数，一般情况下情况下,2,20.20.20.40.4。显然，显然，pkpk比比psps值降低愈少，则值降低愈少，则NPSHrNPSHr值愈小，值愈小，泵愈不易发生汽蚀。泵愈不易发生汽蚀。可见可见,NPSHr,NPSHr 的主要影响因素是泵的结构的主要影响因素是泵的结构,如吸入室如吸入室,叶轮进口几何形状叶轮进口几何形状,及转速及转速,流量等流量等,与管路系统无关。与管路系统无关。所以所以,NPSHr,NPSHr在一定程度上表示了泵本身的在一定程度上表示了泵本身的抗汽蚀性能。抗汽蚀性能。(3)(3)泵发生汽蚀时的条件泵发生汽蚀时的条件 NPSH NPSHa aNPSHrNPSHr，泵不发生汽蚀，泵不发生汽蚀 NPSH NPSHa aNPSHrNPSHr，泵开始发生汽蚀，泵开始发生汽蚀 NPSH NPSHa aNPSHrNPSHr，泵严重汽蚀，泵严重汽蚀 上式即为离心泵发生上式即为离心泵发生汽蚀的判别式汽蚀的判别式，亦，亦称为称为汽蚀基本方程式汽蚀基本方程式。(4)(4)临界汽蚀余量临界汽蚀余量NPSHNPSHc c 当当NPSHNPSHa a降到使降到使pk=pvpk=pv时时,液体开始汽化液体开始汽化,因此因此,此时的此时的NPSHNPSHa a就是使泵不发生汽蚀的临就是使泵不发生汽蚀的临界值界值,称为称为临界汽蚀余量临界汽蚀余量,用用NPSHNPSHc c表示表示,即即:NPSHNPSHa aNPSHNPSHc cNPSHrNPSHr 通过汽蚀实验确定的就是临界汽蚀余量通过汽蚀实验确定的就是临界汽蚀余量NPSHNPSHc c。(5)(5)允许汽蚀余量允许汽蚀余量NPSHNPSH 在实际使用中在实际使用中,为了避免泵内发生汽蚀为了避免泵内发生汽蚀,常常考虑一定的安全余量考虑一定的安全余量,即得即得允许汽蚀余量允许汽蚀余量NPSHNPSH。NPSH=NPSH=NPSHNPSHc c+(0.3-0.5)m+(0.3-0.5)m或或 NPSH=NPSH=(1.1-1.3)NPSH(1.1-1.3)NPSHc c 则防止汽蚀的条件为则防止汽蚀的条件为:NPSH NPSHa a NPSH NPSH(6)(6)吸上真空高度吸上真空高度 如储液池液面上的压力为如储液池液面上的压力为p pa a，则，则 式中式中:Hs:Hs为吸上真空高度为吸上真空高度;papa当地大气压。当地大气压。利用利用NPSHNPSHa aNPSHrNPSHr的条件，可得临界状态下的条件，可得临界状态下泵开始发生汽蚀时的吸上真空高度泵开始发生汽蚀时的吸上真空高度,即最大吸即最大吸上真空度。上真空度。即即最大吸上真空度最大吸上真空度为为:式中式中:pa-:pa-当地大气压当地大气压;Pa-Pa-吸液池液面上压力吸液池液面上压力;pv-pv-汽化压力汽化压力;cs-cs-泵入口处速度。泵入口处速度。为了保证离心泵安全运转而不发生汽蚀，为了保证离心泵安全运转而不发生汽蚀，要求吸上真空度要求吸上真空度HsHsHsmax,Hsmax,即使用即使用允许吸上允许吸上真空度真空度:Hs=(Hs)max-0.5 mHs=(Hs)max-0.5 m HsHsHsHs HsHs还可表达为还可表达为 由式可以看出，减小泵前吸上装置的安装由式可以看出，减小泵前吸上装置的安装高度高度HgHg等，可减小吸上真空度，故减小等，可减小吸上真空度，故减小HgHg是是防止泵发生汽蚀的重要措施。防止泵发生汽蚀的重要措施。(7)(7)吸入特性吸入特性 NPSH-qvNPSH-qv曲线曲线:向上弯曲的二次抛物线向上弯曲的二次抛物线;Hs-qv Hs-qv曲线曲线:向下弯曲的二次抛物线向下弯曲的二次抛物线;(8)(8)泵的允许几何安装高度泵的允许几何安装高度HgHg 由由 NPSHNPSHa aNPSHNPSH 或或 HsHsHsHs 离心泵不发生汽蚀的条件确定泵的允许离心泵不发生汽蚀的条件确定泵的允许几何安装高度几何安装高度,使使HgHgHgHg。4.3.1.34.3.1.3提高离心泵抗汽蚀性能的措施提高离心泵抗汽蚀性能的措施(1)(1)提高离心泵本身抗汽蚀性能提高离心泵本身抗汽蚀性能-NPSHrNPSHr改进泵的吸入口至叶轮叶片入口附近的结构改进泵的吸入口至叶轮叶片入口附近的结构设计设计 增大叶片入口宽度增大叶片入口宽度b b1 1，b b1 1,则则w w1 1；将叶片进口边向吸入口延伸将叶片进口边向吸入口延伸,使液流提前使液流提前增加能量增加能量;采用长短叶片叶轮采用长短叶片叶轮,改善入口处液流分布改善入口处液流分布;适当增加叶轮前盖板进口段的曲率半径适当增加叶轮前盖板进口段的曲率半径R Ru u,以减小液流急剧加速而引起的压降；以减小液流急剧加速而引起的压降；适当减小叶片进口的厚度适当减小叶片进口的厚度,并将叶片进口修并将叶片进口修圆使其接近流线型，以减小绕流叶片头部的圆使其接近流线型，以减小绕流叶片头部的加速与降压加速与降压;减小叶轮和叶片进口部分的表面粗糙度以减小叶轮和叶片进口部分的表面粗糙度以减小阻力损失。减小阻力损失。以上措施均可使以上措施均可使11和和22有所减小。有所减小。采用前置诱导轮采用前置诱导轮 使液流在前置诱导轮中提前接受诱导叶片使液流在前置诱导轮中提前接受诱导叶片做功，以提高液流的压力。做功，以提高液流的压力。采用双吸式叶轮采用双吸式叶轮 液流从叶轮两侧同时进入叶轮，进口截面液流从叶轮两侧同时进入叶轮，进口截面增加一倍，进口流速可减小一倍。增加一倍，进口流速可减小一倍。采用抗汽烛的材料采用抗汽烛的材料 选用抗汽蚀性能强的材料制造叶轮选用抗汽蚀性能强的材料制造叶轮,以延长以延长使用寿命。使用寿命。实践证明，材料的强度实践证明，材料的强度,硬度硬度,韧性越高韧性越高,化化学稳定性越好，抗汽蚀的性能越强。学稳定性越好，抗汽蚀的性能越强。如果条件许可如果条件许可,可减少泵的转速及流量可减少泵的转速及流量.(2)(2)提高进液装置汽蚀余量的措施提高进液装置汽蚀余量的措施-NPSHaNPSHa增加泵前储液罐中液面上的压力增加泵前储液罐中液面上的压力p pA A;合理确定泵的安装高度合理确定泵的安装高度HgHg;HgHg;将吸上装置改为倒罐装置将吸上装置改为倒罐装置,使使HgHg减小减小;减少泵前管路上的流动损失减少泵前管路上的流动损失HHA-SA-S;4.3.24.3.2离心泵的性能及调节离心泵的性能及调节4.3.2.14.3.2.1离心泵的运行特性离心泵的运行特性(1)(1)泵的特性曲线泵的特性曲线(1)(1)泵的特性曲线泵的特性曲线 泵特性曲线的特点泵特性曲线的特点:泵一定泵一定,n,n 一定一定,仅有一组仅有一组H-qv,N-Qv,H-qv,N-Qv,-qv-qv曲线曲线;泵内流动复杂泵内流动复杂,性能曲线要由实验获得性能曲线要由实验获得;实验条件实验条件:一般一般2020清水作介质清水作介质,当输送流体当输送流体黏度与水相差大时黏度与水相差大时,要进行换算要进行换算.(2)(2)管路特性曲线管路特性曲线 指管路一定时指管路一定时,液体流过管路需要外界给予液体流过管路需要外界给予单位重量液体的能量单位重量液体的能量L L与流量与流量qvqv间的关系曲线间的关系曲线,由柏努利方程可得由柏努利方程可得:(3)(3)离心泵与管路联合工作离心泵与管路联合工作 -工作点的确定工作点的确定 满足能量平衡满足能量平衡,流量平衡的条件流量平衡的条件.(4)(4)泵的不稳定工况泵的不稳定工况 泵的特性曲线为驼峰型曲线时泵的特性曲线为驼峰型曲线时,可能和管可能和管路特性曲线相交于路特性曲线相交于K K和和N N两点。其中两点。其中N N点为稳点为稳定工况，而定工况，而K K点为不稳定工况点为不稳定工况,当泵在当泵在K K点工点工作时，会因某种扰动因素而离开作时，会因某种扰动因素而离开K K点。点。(5)(5)泵在不稳定工况下工作的判别泵在不稳定工况下工作的判别(6)(6)造成泵不稳定工作需要两个条件：造成泵不稳定工作需要两个条件：其一，是泵具有驼峰状的性能曲线；其一，是泵具有驼峰状的性能曲线；其二，是管路中有能自由升降的液面或其其二，是管路中有能自由升降的液面或其他能储存和释放能量的部分。他能储存和释放能量的部分。4.3.2.24.3.2.2离心泵运行工况的调节离心泵运行工况的调节(1)(1)改变泵特性曲线的调节改变泵特性曲线的调节 转速调节转速调节 切割叶轮外径调节切割叶轮外径调节 泵的并联或串联调节泵的并联或串联调节 改变前置导叶叶片角度调节改变前置导叶叶片角度调节 改变半开式叶轮叶片端部间隙调节改变半开式叶轮叶片端部间隙调节(2)(2)改变装置特性曲线的调节改变装置特性曲线的调节 改变泵出口调节阀改变泵出口调节阀-闸阀调节闸阀调节 液位调节液位调节 旁路分流调节旁路分流调节4.3.44.3.4相似理论在泵中的应用相似理论在泵中的应用4.3.4.14.3.4.1泵的相似条件泵的相似条件 两台泵流动相似应具备几何相似和运动相两台泵流动相似应具备几何相似和运动相似似,而运动相似仅要求叶轮进口速度三角形而运动相似仅要求叶轮进口速度三角形相似。相似。符合相似条件的泵称为符合相似条件的泵称为相似泵相似泵.4.3.4.24.3.4.2相似定律和比例定律相似定律和比例定律 二台几何相似泵二台几何相似泵,如在对应点如在对应点A,AA,A的流动的流动相似相似,则该对应工况点则该对应工况点A,AA,A称为称为相似工况相似工况。(1)(1)相似定律相似定律 两泵在相似工况下的性能参数符合相似定两泵在相似工况下的性能参数符合相似定律表达式。律表达式。式中式中:l l为尺寸比例为尺寸比例系数。系数。相似定律表达式相似定律表达式.说明说明:相似定律反映了二台几何相似泵相似定律反映了二台几何相似泵,在相似条在相似条件下件下,性能参数性能参数H,qv,NH,qv,N之间的换算关系。之间的换算关系。可用于设计新泵可用于设计新泵,即相似设计。即相似设计。可进行性能换算。可进行性能换算。相似定律只解决了性能换算的问题相似定律只解决了性能换算的问题,而不能而不能用于判别相似泵。用于判别相似泵。(2)(2)比例定律比例定律 同一台泵同一台泵,在不同转速下相似工况的性能在不同转速下相似工况的性能参数与转速之间的关系式参数与转速之间的关系式为为:比例定律是相似定律的比例定律是相似定律的一种特例。一种特例。比例定律表示了同一台比例定律表示了同一台泵在不同转速下泵在不同转速下,相似工相似工况点的况点的qv,H,Nqv,H,N与与n n的关系的关系.(3)相似抛物线相似抛物线4.3.4.44.3.4.4比转数比转数(1)(1)比转数比转数 比转数用来判别离心泵工况相似的相似准比转数用来判别离心泵工况相似的相似准数。数。如果在几何相似泵中能用性能参数之间的如果在几何相似泵中能用性能参数之间的某一综合参数来判别是否为相似工况，则不某一综合参数来判别是否为相似工况，则不必证明运动相似，即可方便地应用相似定律必证明运动相似，即可方便地应用相似定律,为此建立了比转数的概念。为此建立了比转数的概念。(2)(2)比转数的计算式比转数的计算式 式中式中:q:qV V-流量流量,m3/s;,m3/s;H-H-扬程扬程,m;,m;n-n-转速转速,rpm;,rpm;双吸泵的叶轮流量除以双吸泵的叶轮流量除以2 2，多级泵扬程除以，多级泵扬程除以级数。级数。(3)(3)比转数的性质比转数的性质说明几何相似泵说明几何相似泵,在相似工况下在相似工况下,ns,ns是相等的是相等的,所以所以,可作为几何相似泵的工况相似判别数。可作为几何相似泵的工况相似判别数。nsns是工况的函数是工况的函数,不同的工况不同的工况,ns,ns不同不同,为方便为方便起见起见,取最高效率点下的取最高效率点下的H,qvH,qv值代入计算值代入计算nsns。nsns与叶轮形状与叶轮形状,叶片形状及性能曲线有关叶片形状及性能曲线有关,故故nsns可作为分类泵的依据。可作为分类泵的依据。(4)(4)汽蚀比转数汽蚀比转数汽蚀比转数的说明汽蚀比转数的说明:说明几何相似说明几何相似,运动相似的泵运动相似的泵,C,C是相等的是相等的,所以所以,可作为泵汽蚀性能的判别数。可作为泵汽蚀性能的判别数。CC是工况的函数是工况的函数,为方便起见为方便起见,取最高效率点取最高效率点下的参数值代入计算。下的参数值代入计算。CC值可表示泵汽蚀性能的好坏值可表示泵汽蚀性能的好坏,NPSHr,NPSHr,则则汽蚀比转数汽蚀比转数C,C,表示泵抗汽蚀性能表示泵抗汽蚀性能。CC值的大小与泵扬程无关值的大小与泵扬程无关,即与泵出口参数即与泵出口参数无关无关,所以提高泵的抗汽蚀性能所以提高泵的抗汽蚀性能,只需要研只需要研究泵入口部分的几何参数即可。究泵入口部分的几何参数即可。4.3.4.54.3.4.5切割定律及泵的高效工作范围切割定律及泵的高效工作范围(1)(1)切割定律切割定律 转速固定的泵，仅有一条扬程流量曲线。转速固定的泵，仅有一条扬程流量曲线。为了扩大其工作范围，可采用切割叶轮外径为了扩大其工作范围，可采用切割叶轮外径的办法，使工作范围由一条线变成一个面，的办法，使工作范围由一条线变成一个面，切割叶轮前后的性能参数变化关系，可近似切割叶轮前后的性能参数变化关系，可近似的由切割定律来表达。的由切割定律来表达。式中右上角打撇的参数为切割后的参数，式中右上角打撇的参数为切割后的参数，D2D2为叶轮外径。为叶轮外径。使用切割定律的切割量不能太大使用切割定律的切割量不能太大,经验表明，经验表明，允许的最大相对切割量与比转数允许的最大相对切割量与比转数ns ns 有关，有关，表表4-44-4为叶轮外径允许的最大相对切割量。为叶轮外径允许的最大相对切割量。(2)(2)切割抛物线切割抛物线(3)(3)泵的高效工作范围泵的高效工作范围 考虑到泵运行的经济性，要求泵应在较高考虑到泵运行的经济性，要求泵应在较高效率范围内工作。效率范围内工作。规定以最高效率下降规定以最高效率下降为界，中国规定为界，中国规定5 58 8，一般取，一般取7 7。4.4.24.4.2轴向力的平衡措施轴向力的平衡措施（1 1）单级泵轴向力的平衡）单级泵轴向力的平衡 采用双吸式叶轮采用双吸式叶轮 开平衡孔开平衡孔 采用平衡叶片采用平衡叶片 采用平衡管采用平衡管（2 2）多级泵轴向力的平衡）多级泵轴向力的平衡多级泵平衡轴向力主要有用叶轮对称布置或多级泵平衡轴向力主要有用叶轮对称布置或采用专门的平衡轴向力装置。如平衡鼓和自采用专门的平衡轴向力装置。如平衡鼓和自动平衡盘。动平衡盘。离心机部分离心机部分见书见书