化工原理講稿(中國(guó)石油大學(xué))第2章 流體輸送機(jī)械講稿2

1、五、離心泵的特性曲線（五、離心泵的特性曲線（Characteristic curvesCharacteristic curves） (3)(3) QQ曲線曲線 1.1.離心泵特性曲線離心泵特性曲線 (1)HQ(1)HQ曲線曲線(2)(2) NQNQ曲線曲線 2.2.離心泵特性曲線的測(cè)定離心泵特性曲線的測(cè)定 離心泵的特性曲離心泵的特性曲 線是在一定轉(zhuǎn)速下用線是在一定轉(zhuǎn)速下用 2020的清水為工作介的清水為工作介 質(zhì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。質(zhì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。 五、離心泵的特性曲線（五、離心泵的特性曲線（Characteristic curvesCharacteristic curves） 以真空表和壓力表

2、兩測(cè)點(diǎn)為以真空表和壓力表兩測(cè)點(diǎn)為1 1，2 2截面列柏努力方程，有截面列柏努力方程，有 22 21 21 21 1 2 2 f pp uu H Hzz gg 五、離心泵的特性曲線（五、離心泵的特性曲線（Characteristic curvesCharacteristic curves） 對(duì)應(yīng)的泵的效率為對(duì)應(yīng)的泵的效率為 對(duì)應(yīng)的泵的有效功率為對(duì)應(yīng)的泵的有效功率為 HQgNe N Ne 調(diào)節(jié)流量，并重復(fù)以上的測(cè)量和計(jì)算，則可得到不同流量下調(diào)節(jié)流量，并重復(fù)以上的測(cè)量和計(jì)算，則可得到不同流量下 的特性參數(shù)，繪制特性曲線。的特性參數(shù)，繪制特性曲線。 五、離心泵的特性曲線（五、離心泵的特性曲線（Char

3、acteristic curvesCharacteristic curves） 3.3.特性曲線的影響因素特性曲線的影響因素 (1)(1)液體密度的影響液體密度的影響 離心泵的理論流量和理論壓頭與液體密度無(wú)關(guān)，離心泵離心泵的理論流量和理論壓頭與液體密度無(wú)關(guān)，離心泵 的軸功率則隨液體密度的增加而增加。的軸功率則隨液體密度的增加而增加。 (2)(2)液體粘度的影響液體粘度的影響 液體粘度的改變將直接改變其在離心泵內(nèi)的能量損失，液體粘度的改變將直接改變其在離心泵內(nèi)的能量損失， 因此，因此，HQHQ、NQNQ、 Q Q 曲線都將隨之而變。液體運(yùn)動(dòng)粘曲線都將隨之而變。液體運(yùn)動(dòng)粘 度度 20 20 101

4、0-6 -6 m m2 2/s /s 時(shí)影響不大，超過(guò)此值則應(yīng)進(jìn)行換算。時(shí)影響不大，超過(guò)此值則應(yīng)進(jìn)行換算。 課本課本p107p107上給出了不同條件下通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的換算系數(shù)。上給出了不同條件下通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的換算系數(shù)。 (3)(3)葉輪轉(zhuǎn)速的影響葉輪轉(zhuǎn)速的影響 當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)速的改變不大時(shí)（當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)速的改變不大時(shí)（20%20%）：）： 3.3.特性曲線的影響因素特性曲線的影響因素 32 ) ( ,) ( , n n N N n n H H n n Q Q 比例比例 定律定律 3.3.特性曲線的影響因素特性曲線的影響因素 在同一轉(zhuǎn)速下，如葉輪直徑的切割幅度不大時(shí)，泵的效率在同一轉(zhuǎn)速下，如葉輪直徑的切割幅

5、度不大時(shí)，泵的效率 不變，則泵的流量、揚(yáng)程和軸功率與葉輪直徑的近似關(guān)系不變，則泵的流量、揚(yáng)程和軸功率與葉輪直徑的近似關(guān)系 為為 : : (4)(4)葉輪直徑的影響葉輪直徑的影響 3 2 2 2 2 2 2 2 )( ,)( , D D N N D D H H D D Q Q 切割切割 定律定律 六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度 由離心泵的工作原理可知，從整個(gè)吸入管路到泵的吸入由離心泵的工作原理可知，從整個(gè)吸入管路到泵的吸入 口，液體的壓強(qiáng)是不斷降低的。口，液體的壓強(qiáng)是不斷降低的。 Hg 1 1 K K 0 0 p0 1.1.汽蝕現(xiàn)象汽蝕現(xiàn)象 當(dāng)泵內(nèi)某點(diǎn)的壓強(qiáng)

6、低至液體飽和蒸汽壓時(shí)部分液體將汽化，產(chǎn)生的當(dāng)泵內(nèi)某點(diǎn)的壓強(qiáng)低至液體飽和蒸汽壓時(shí)部分液體將汽化，產(chǎn)生的 汽泡被液流帶入葉輪內(nèi)壓力較高處再凝聚。由于凝聚點(diǎn)處產(chǎn)生瞬間真空，汽泡被液流帶入葉輪內(nèi)壓力較高處再凝聚。由于凝聚點(diǎn)處產(chǎn)生瞬間真空， 造成周?chē)后w高速?zèng)_擊該點(diǎn)，產(chǎn)生劇烈的水擊。瞬間壓力可高達(dá)數(shù)十個(gè)造成周?chē)后w高速?zèng)_擊該點(diǎn)，產(chǎn)生劇烈的水擊。瞬間壓力可高達(dá)數(shù)十個(gè) MPaMPa，眾多的水擊點(diǎn)上水擊頻率可高達(dá)數(shù)十眾多的水擊點(diǎn)上水擊頻率可高達(dá)數(shù)十kHzkHz，且水擊能量瞬時(shí)轉(zhuǎn)化為且水擊能量瞬時(shí)轉(zhuǎn)化為 熱量，水擊點(diǎn)局部瞬時(shí)溫度可達(dá)熱量，水擊點(diǎn)局部瞬時(shí)溫度可達(dá)230230以上。以上。 癥狀：噪聲大、泵體振動(dòng)，流

7、量、壓頭、效率都明顯下降。癥狀：噪聲大、泵體振動(dòng)，流量、壓頭、效率都明顯下降。 后果：高頻沖擊加之高溫腐蝕同時(shí)作用使葉片表面產(chǎn)生一個(gè)個(gè)凹穴，后果：高頻沖擊加之高溫腐蝕同時(shí)作用使葉片表面產(chǎn)生一個(gè)個(gè)凹穴， 嚴(yán)重時(shí)成海綿狀而迅速破壞。嚴(yán)重時(shí)成海綿狀而迅速破壞。 防止措施：把離心泵安裝在恰當(dāng)?shù)母叨任恢蒙希_保泵內(nèi)壓強(qiáng)最低防止措施：把離心泵安裝在恰當(dāng)?shù)母叨任恢蒙?，確保泵內(nèi)壓強(qiáng)最低 點(diǎn)處的靜壓超過(guò)工作溫度下被輸送液體的飽和蒸汽壓點(diǎn)處的靜壓超過(guò)工作溫度下被輸送液體的飽和蒸汽壓。 六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度 2.2.安裝高度安裝高度 離心泵的安裝高度不是任意的，而是要

8、受到氣蝕現(xiàn)離心泵的安裝高度不是任意的，而是要受到氣蝕現(xiàn) 象的限制。反映這一限制的因素，從泵本身的吸上性能象的限制。反映這一限制的因素，從泵本身的吸上性能 考慮，常采用兩種指標(biāo)來(lái)表示，即離心泵的允許吸上真考慮，常采用兩種指標(biāo)來(lái)表示，即離心泵的允許吸上真 空高度和允許氣蝕余量?？崭叨群驮试S氣蝕余量。 Hg 1 1 K K 0 0 p0 (1)(1)允許吸上真空高度和允許安裝高度允許吸上真空高度和允許安裝高度 g pp H a S 1 允許吸上真空高度由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，允許吸上真空高度由實(shí)驗(yàn)測(cè)定， 也可從泵樣本中查得也可從泵樣本中查得 。 六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高

9、度 10 2 11 2 f a g H g u g pp H 10 2 1 2 fsg H g u HH 假定離心泵在可允許的最高位置上操作，以貯液槽液面假定離心泵在可允許的最高位置上操作，以貯液槽液面 為基準(zhǔn)水平面，列貯液槽液面為基準(zhǔn)水平面，列貯液槽液面0-00-0與泵入口處截面與泵入口處截面1-11-1間的間的 柏努利方程式，可得柏努利方程式，可得 Hg 1 1 K K 0 0 p0 六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度 10 2 11 2 fg a H g u g p H g p 允許的允許的安裝高度安裝高度 六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度六、離心泵的

10、汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度 HsHs的校正的校正 泵樣本中所給出的泵樣本中所給出的HsHs，是在大氣壓力為是在大氣壓力為10.3310.33mHmH2 2O O下，以下，以 2020水水( (此時(shí)水的飽和蒸氣壓為此時(shí)水的飽和蒸氣壓為0.240.24mHmH2 20)0)為介質(zhì)測(cè)定的數(shù)為介質(zhì)測(cè)定的數(shù) 值。如果泵的操作條件與上述實(shí)驗(yàn)條件不同時(shí)，則應(yīng)把泵值。如果泵的操作條件與上述實(shí)驗(yàn)條件不同時(shí)，則應(yīng)把泵 樣本中給出的樣本中給出的HsHs值換算成操作條件下的值，即值換算成操作條件下的值，即 )24. 0()33.10( g p g p H g pp g pp HH va s vvaa ss 10 2 1

11、2 fsg H g u HH 六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度 (2)(2)實(shí)際安裝高度實(shí)際安裝高度 為確保離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，泵的實(shí)際安裝為確保離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，泵的實(shí)際安裝 高度還應(yīng)比計(jì)算的允許安裝高度高度還應(yīng)比計(jì)算的允許安裝高度HgHg低低0.50.51.1.OmOm。 )0 . 15 . 0( HgH實(shí)際 六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度 例例2 2：用一臺(tái)離心泵在海拔高度：用一臺(tái)離心泵在海拔高度400400m m處輸送處輸送4040的水，從泵樣的水，從泵樣 本中查得該泵的允許吸上真空高度本中

12、查得該泵的允許吸上真空高度Hs=7.0mHs=7.0m，若吸入管的壓頭損若吸入管的壓頭損 失約為失約為1 1mHmH2 2O,O,泵入口處的動(dòng)壓頭為泵入口處的動(dòng)壓頭為0.20.2mHmH2 2O O。試確定該離心泵的試確定該離心泵的 安裝高度。已知海拔高度安裝高度。已知海拔高度400400m m處的大氣壓力為處的大氣壓力為9.859.85mHmH2 2O O。 六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度 解：解： 10 2 1 2 fsg H g u HH )(06. 6 2 .992 2 .998 )24. 0 9.81998.2 7375.26 (-9.85)-(

13、10.33-7 )24. 0()33.10( m g p g p HH va ss 泵的實(shí)際安裝高度為泵的實(shí)際安裝高度為4.86-0.5=4.364.86-0.5=4.36m m。 )(86. 412 . 006. 6mH g 六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度 (3) (3)允許氣蝕余量和允許安裝高度允許氣蝕余量和允許安裝高度 定義定義: :為防止氣蝕現(xiàn)象，泵入口處液體的靜壓頭與動(dòng)壓頭為防止氣蝕現(xiàn)象，泵入口處液體的靜壓頭與動(dòng)壓頭 之和必須大于液體在操作條件下飽和蒸氣壓頭的某一最小允許之和必須大于液體在操作條件下飽和蒸氣壓頭的某一最小允許 值，以值，以h h表

14、示表示, ,即即 g p g u g p h v ) 2 ( 2 11 六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度 允許氣蝕余量是反映離心泵汽蝕性能的重要參數(shù)，主要允許氣蝕余量是反映離心泵汽蝕性能的重要參數(shù)，主要 與泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和輸送的流量有關(guān)。與泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和輸送的流量有關(guān)。 離心泵的允許氣蝕余量，也是由泵的生產(chǎn)部門(mén)按輸送離心泵的允許氣蝕余量，也是由泵的生產(chǎn)部門(mén)按輸送 2020清水通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。當(dāng)輸送其它液體時(shí)，同樣需要進(jìn)清水通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。當(dāng)輸送其它液體時(shí)，同樣需要進(jìn) 行校正。由于校正系數(shù)的值一般小于行校正。由于校正系數(shù)的值一般小于1 1，因此也可以不進(jìn)行，因此

15、也可以不進(jìn)行 校正，而把高出的數(shù)值作為防止氣蝕現(xiàn)象所外加的安全系數(shù)。校正，而把高出的數(shù)值作為防止氣蝕現(xiàn)象所外加的安全系數(shù)。 六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度 Hg 1 1 K K 0 0 p0 10 2 110 10 2 110 ) 2 ( 2 f vv fg H g p g u g p g pp H g u g p g p H 泵的實(shí)際安裝高度還應(yīng)比計(jì)算的允許安裝高度泵的實(shí)際安裝高度還應(yīng)比計(jì)算的允許安裝高度HgHg低低0.50.51.1.OmOm。 泵的允許安裝高度泵的允許安裝高度 10 0 f v g Hh g pp H 六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高

16、度六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度 例題：用一臺(tái)離心油泵從貯槽向反應(yīng)器輸送液態(tài)異丁烷，從例題：用一臺(tái)離心油泵從貯槽向反應(yīng)器輸送液態(tài)異丁烷，從 泵樣本中查得在輸送流量下該泵的允許氣蝕余量泵樣本中查得在輸送流量下該泵的允許氣蝕余量h h3.53.5m m。 貯罐內(nèi)液面上方的壓力為貯罐內(nèi)液面上方的壓力為6.526.52l0l05 5PaPa。異丁烷在輸送溫度下異丁烷在輸送溫度下 的飽和蒸氣壓為的飽和蒸氣壓為6.386.38l0l05 5PaPa，密度為密度為530530kg/mkg/m3 3。吸入管路的壓吸入管路的壓 頭損失為頭損失為1.21.2m m。試問(wèn)，當(dāng)泵的入口處位于貯罐內(nèi)液面以下試問(wèn)，當(dāng)

17、泵的入口處位于貯罐內(nèi)液面以下1.51.5m m 時(shí)，該泵能否正常操作。時(shí)，該泵能否正常操作。 六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度 解：允許安裝高度為解：允許安裝高度為 0 . 2 2 . 15 . 3 807. 9530 10)38. 652. 6( 5 0 f v g Hh g pp H 已知泵的實(shí)際安裝高度為已知泵的實(shí)際安裝高度為-1.5-1.5m m大于計(jì)算結(jié)果。說(shuō)明泵在大于計(jì)算結(jié)果。說(shuō)明泵在 輸送異丁烷過(guò)程中會(huì)發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，不能確保泵的正常操作。輸送異丁烷過(guò)程中會(huì)發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，不能確保泵的正常操作。 將泵的安裝高度降至將泵的安裝高度降至-2.0-0.5

18、-2.0-0.5-2.5-2.5m m才能確保其正常操作。才能確保其正常操作。 查取允許吸上真空高度（允許汽蝕余量查取允許吸上真空高度（允許汽蝕余量 h h ） 校正校正 計(jì)算出允許安裝高度計(jì)算出允許安裝高度 實(shí)際安裝高度應(yīng)小于實(shí)際安裝高度應(yīng)小于HgHg。 六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度 總結(jié)總結(jié) 安裝高度的計(jì)算：安裝高度的計(jì)算： 減少吸入管路的阻力，可提高泵的安裝高度。故離心泵減少吸入管路的阻力，可提高泵的安裝高度。故離心泵 的入口管徑都大于出口管徑。的入口管徑都大于出口管徑。 六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度 液體溫

19、度越高，飽和蒸汽壓液體溫度越高，飽和蒸汽壓p pv v就越高，允許安裝高度則越就越高，允許安裝高度則越 低。在輸送較高溫度的液體時(shí)尤其要注意安裝高度。低。在輸送較高溫度的液體時(shí)尤其要注意安裝高度。 當(dāng)離心泵在某一定的管路系統(tǒng)當(dāng)離心泵在某一定的管路系統(tǒng) 中工作時(shí)，其壓頭和流量不僅與離中工作時(shí)，其壓頭和流量不僅與離 心泵本身的性能有關(guān)，而且還與管心泵本身的性能有關(guān)，而且還與管 路的特性路的特性( (指流量、管徑、管長(zhǎng)和指流量、管徑、管長(zhǎng)和 管件、端點(diǎn)條件等管件、端點(diǎn)條件等) )有關(guān)。有關(guān)。 七、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)七、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié) 1.1.管路特性曲線管路特性曲線 21 2 1 2

20、 212 12 2 )( fe H g uu g pp ZZH 當(dāng)離心泵安裝在特定的管路中工作時(shí)，在一定的流當(dāng)離心泵安裝在特定的管路中工作時(shí)，在一定的流 量量Q Q下，管路需要泵提供的壓頭下，管路需要泵提供的壓頭HeHe，可以通過(guò)列截面可以通過(guò)列截面1-11-1 與截面與截面2-22-2間的柏努利方程式求得，即間的柏努利方程式求得，即 21 2 22 2 1 2 1 1 22 fe H g u g p ZH g p g u Z 七、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)七、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié) 一般，取一般，取 0 2 2 1 2 2 g uu ZZZ)( 12 ppp 12 又又 2 5 9 2 2

21、2 21 1037. 6 3600 4 2 1 2 e e f Q d l d Q gd l g u d l H 2 5 9 1037. 6 ee Q d l g p ZH 當(dāng)管路端點(diǎn)條件和液體一定時(shí)，當(dāng)管路端點(diǎn)條件和液體一定時(shí)，A A為定值，與流量無(wú)關(guān)。為定值，與流量無(wú)關(guān)。 g p ZA 令令5 9 1037. 6 d l B 當(dāng)管路情況一定，湍流時(shí)摩擦系數(shù)變化很小，可視為當(dāng)管路情況一定，湍流時(shí)摩擦系數(shù)變化很小，可視為 常數(shù)，則常數(shù)，則B B也為定值，與流量無(wú)關(guān)。則也為定值，與流量無(wú)關(guān)。則 2 BQAH e 七、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)七、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié) 管路特性曲線方程式管路特性

22、曲線方程式 七七、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié) 2.2.離心泵的工作點(diǎn)離心泵的工作點(diǎn) 當(dāng)工作點(diǎn)當(dāng)工作點(diǎn)P P正好落在泵的高效區(qū)時(shí)，說(shuō)明對(duì)該管路系統(tǒng)正好落在泵的高效區(qū)時(shí)，說(shuō)明對(duì)該管路系統(tǒng) 所選擇的離心泵是適宜的。所選擇的離心泵是適宜的。 七七、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié) 例題：如圖所示，將例題：如圖所示，將2020的清水從貯水池輸送到高位槽。已知高的清水從貯水池輸送到高位槽。已知高 位槽內(nèi)水面高于貯水池水面位槽內(nèi)水面高于貯水池水面1313m m。高位槽及貯水池中水面恒定不變，且高位槽及貯水池中水面恒定不變，且 均與大氣連通。輸送管為的鋼管，總長(zhǎng)度均與

23、大氣連通。輸送管為的鋼管，總長(zhǎng)度( (包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度) ) 為為200200米。現(xiàn)擬選用米?，F(xiàn)擬選用4 4B20B20型水泵，當(dāng)轉(zhuǎn)速為型水泵，當(dāng)轉(zhuǎn)速為2900 2900 r rminmin時(shí)，其特性曲時(shí)，其特性曲 線如下圖所示。試分別求泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的流量、軸功率及效率。在本題線如下圖所示。試分別求泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的流量、軸功率及效率。在本題 情況下，摩擦系數(shù)可取情況下，摩擦系數(shù)可取0.020.02 七七、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié) 解：管路特性曲線可以通過(guò)列截面解：管路特性曲線可以通過(guò)列截面1-11-1與截面與截面2-22-2間的柏間的柏 努利方程式求得，即努利方程式求得，即 21 2 1 2 212 12 2 )( fe H g uu g pp ZZH 13)( 12 ZZ 2 5 9 2 2 2 21 131. 0 02. 02001037. 6 3600 4 2 1 2 e e f Q d Q gd l g u d l H 24 1061. 613 ee QH 七七、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)、離心泵的工作點(diǎn)