第9課 泵基礎(chǔ)知識

1、第9課 泵基礎(chǔ)知識第一節(jié) 泵的分類與組成一、泵的分類與組成泵的種類很多，常用的主要有有離心泵、計量泵、螺桿泵、往復(fù)泵、軸流泵、真空泵、齒輪泵等，主要介紹離心泵。二、離心泵的種類1.按葉輪數(shù)目來分類1) 單級泵：即在泵軸上只有一個葉輪。2) 多級泵：即在泵軸上有兩個或兩個以上的葉輪，這時泵的總揚程為n個葉輪產(chǎn)生的揚程之和。2.按工作壓力來分類1) 低壓泵：壓力低于100米水柱；2) 中壓泵：壓力在100650米水柱之間；3) 高壓泵：壓力高于650米水柱。3.按葉輪吸入方式來分類1) 單側(cè)進水式泵：又叫單吸泵，即葉輪上只有一個進水口；2) 雙側(cè)進水式泵：又叫雙吸泵，即葉輪兩側(cè)都有一個進水口。它的

2、流量比單吸式泵大一倍，可以近似看作是二個單吸泵葉輪背靠背地放在了一起。4.按泵殼結(jié)合來分類1) 水平中開式泵：即在通過軸心線的水平面上開有結(jié)合縫。2) 垂直結(jié)合面泵：即結(jié)合面與軸心線相垂直。5.按泵軸位置來分類1) 臥式泵：泵軸位于水平位置。2) 立式泵：泵軸位于垂直位置。6.按葉輪出方式分類1) 蝸殼泵：水從葉輪出來后，直接進入具有螺旋線形狀的泵殼。2) 導(dǎo)葉泵：水從葉輪出來后，進入它外面設(shè)置的導(dǎo)葉，之后進入下一級或流入出口管。7.按安裝高度分類1) 自灌式離心泵：泵軸低于吸水池池面，啟動時不需要灌水，可自動啟動。2) 吸入式離心泵（非自灌式離心泵）：泵軸高于吸水池池面。啟動前，需要先用水灌

3、滿泵殼和吸水管道，然后驅(qū)動電機，使葉輪高速旋轉(zhuǎn)運動，水受到離心力作用被甩出葉輪，葉輪中心形成負壓，吸水池中水在大氣壓作用下進入葉輪，又受到高速旋轉(zhuǎn)的葉輪作用，被甩出葉輪進入壓水管道。8.另外，根據(jù)用途也可進行分類，如油泵、水泵、凝結(jié)水泵、排灰泵、循環(huán)水泵等。第二節(jié) 離心泵一、離心泵的工作原理1.離心泵的工作原理葉輪安裝在泵殼2內(nèi)，并緊固在泵軸3上，泵軸由電機直接帶動。泵殼中央有一液體吸入4與吸入管5連接。液體經(jīng)底閥6和吸入管進入泵內(nèi)。泵殼上的液體排出口8與排出管9連接。在泵啟動前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體；啟動后，啟動后，葉輪由軸帶動高速轉(zhuǎn)動，葉片間的液體也必須隨著轉(zhuǎn)動。在離心力的作用

4、下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以高速離開葉輪外緣進入蝸形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴大而減速，又將部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場所。液體由葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中?？梢?，只要葉輪不斷地轉(zhuǎn)動，液體便會不斷地被吸入和排出。2.氣縛現(xiàn)象當泵殼內(nèi)存有空氣，因空氣的密度比液體的密度小得多而產(chǎn)生較小的離心力。從而，貯槽液面上方與泵吸入口處之壓力差不足以將貯槽內(nèi)液體壓入泵內(nèi)，即離心泵無自吸能力，使離心泵不能輸送液體，此種現(xiàn)象稱為“氣縛現(xiàn)象”。為了使泵內(nèi)充滿液體，通常在吸入

5、管底部安裝一帶濾網(wǎng)的底閥，該底閥為止逆閥，濾網(wǎng)的作用是防止固體物質(zhì)進入泵內(nèi)損壞葉輪或防礙泵的正常操作。二、離心泵的主要部件離心泵的主要部件有葉輪、泵殼、泵軸、軸承箱和軸封裝置。1.葉輪葉輪的作用是將原動機的機械能直接傳給液體，以增加液體的靜壓能和動能(主要增加靜壓能)。葉輪一般有612片后彎葉片。葉輪有開式、半閉式和閉式三種，如圖22所示。開式葉輪在葉片兩側(cè)無蓋板，制造簡單、清洗方便，適用于輸送含有較大量懸浮物的物料，效率較低，輸送的液體壓力不高；半閉式葉輪在吸入口一側(cè)無蓋板，而在另一側(cè)有蓋板，適用于輸送易沉淀或含有顆粒的物料，效率也較低；閉式葉輪在葉輪在葉片兩側(cè)有前后蓋板，效率高，適用于輸送

6、不含雜質(zhì)的清潔液體。一般的離心泵葉輪多為此類。葉輪有單吸和雙吸兩種吸液方式。2.泵殼作用是將葉輪封閉在一定的空間，以便由葉輪的作用吸入和壓出液體。泵殼多做成蝸殼形，故又稱蝸殼。由于流道截面積逐漸擴大，故從葉輪四周甩出的高速液體逐漸降低流速，使部分動能有效地轉(zhuǎn)換為靜壓能。泵殼不僅匯集由葉輪甩出的液體，同時又是一個能量轉(zhuǎn)換裝置。3.泵軸的作用是借聯(lián)軸器和電動機相連接，將電動機的轉(zhuǎn)矩傳給葉輪，所以它是傳遞機械能的主要部件。4.軸封裝置作用是防止泵殼內(nèi)液體沿軸漏出或外界空氣漏入泵殼內(nèi)。常用軸封裝置有填料密封和機械密封兩種。填料一般用浸油或涂有石墨的石棉繩。機械密封主要的是靠裝在軸上的動環(huán)與固定在泵殼上

7、的靜環(huán)之間端面作相對運動而達到密封的目的。5.軸承箱主要是安裝軸承并起承載泵軸力的作用。三、離心泵的主要性能參數(shù)1.流量Q(m3/h或m3/s)離心泵的流量即為離心泵的送液能力，是指單位時間內(nèi)泵所輸送的液體體積。泵的流量取決于泵的結(jié)構(gòu)尺寸(主要為葉輪的直徑與葉片的寬度)和轉(zhuǎn)速等。操作時，泵實際所能輸送的液體量還與管路阻力及所需壓力有關(guān)。2.揚程H(m)離心泵的揚程又稱為泵的壓頭，是指單體重量流體經(jīng)泵所獲得的能量。泵的揚程大小取決于泵的結(jié)構(gòu)(如葉輪直徑的大小，葉片的彎曲情況等、轉(zhuǎn)速。目前對泵的壓頭尚不能從理論上作出精確的計算，一般用實驗方法測定。泵的揚程可同實驗測定，即在泵進口處裝一真空表，出口

8、處裝一壓力表，若不計兩表截面上的動能差(即u2/2g=0),不計兩表截面間的能量損失(即f1-2=0)，則泵的揚程可用下式計算注意以下兩點：(1)式中p2為泵出口處壓力表的讀數(shù)(Pa)；p1為泵進口處真空表的讀數(shù)(負表壓值，Pa)。(2) 注意區(qū)分離心泵的揚程(壓頭)和升揚高度兩個不同的概念。揚程是指單位重量流體經(jīng)泵后獲得的能量。在一管路系統(tǒng)中兩截面間(包括泵)列出柏努利方程式并整理可得式中H為揚程，而升揚高度僅指z一項。例2-1現(xiàn)測定一臺離心泵的揚程。工質(zhì)為20清水，測得流量為60m/h時，泵進口真空表讀數(shù)為-0.02Mpa,出口壓力表讀數(shù)為0.47Mpa(表壓)，已知兩表間垂直距

9、離為0.45m若泵的吸入管與壓出管管徑相同，試計算該泵的揚程。解由式查20， h=0.45m           p=0.47Mpa=4.7*10Pa           p=-0.02Mpa=-2*10Pa           H=0.45+ &#

10、160;          =50.5m3.效率泵在輸送液體過程中，軸功率大于排送到管道中的液體從葉輪處獲得的功率，因為容積損失、水力損失物機械損失都要消耗掉一部分功率，而離心泵的效率即反映泵對外加能量的利用程度。泵的效率值與泵的類型、大小、結(jié)構(gòu)、制造精度和輸送液體的性質(zhì)有關(guān)。大型泵效率值高些，小型泵效率值低些。4.軸功率N(W或kW)泵的軸功率即泵軸所需功率，其值可依泵的有效功率Ne和效率計算，即(kW)四、離心泵特特性曲線及其應(yīng)用離心泵的特性曲線是將由實驗測定的Q、H、N、等數(shù)據(jù)標繪而成的一

11、組曲線。此圖由泵的制造廠家提供，供使用部門選泵和操作時參考。不同型號泵的特性曲線不同，但均有以下三條曲線：(1) H-Q線  表示壓頭和流量的關(guān)系；(2) N-Q線  表示泵軸功率和流量的關(guān)系；(3) -Q線   表示泵的效率和流量的關(guān)系；(4) 泵的特性曲線均在一定轉(zhuǎn)速下測定，故特性曲線圖上注出轉(zhuǎn)速n值。離心泵特性曲線上的效率最高點稱為設(shè)計點，泵在該點對應(yīng)的壓頭和流量下工作最為經(jīng)濟。離心泵銘牌上標出的性能參數(shù)即為最高效率點上的工況參數(shù)。離心泵的性能曲線可作為選擇泵的依據(jù)。確定泵的類型后，再依流

12、量和壓頭選泵。例2-2用清水測定一臺離心泵的主要性能參數(shù)。實驗中測得流量為10m/h,泵出口處壓力表的讀數(shù)為0.17MPa（表壓），入口處真空表的讀數(shù)為-0.021Mpa,軸功率為1.07KW，電動機的轉(zhuǎn)速為2900r/min，真空表測壓點與壓力表測壓點的垂直距離為0.2m。試計算此在實驗點下的揚程和效率。解泵的主要性能參數(shù)包括轉(zhuǎn)速n、流量Q、揚程H、軸功率N和效率。直接測出的參數(shù)為轉(zhuǎn)速n=2900r/min         流量Q10m/h=0.00278m/s   

13、60;     軸功率N1.07KW需要進行計算的有揚程H和效率。用式計算揚程H，即已知：h=0.5m                                     &#

14、160;=              m于是=20*0.00278*1000.9.81         =545W=0.545KW                    

15、          =51%五、影響離心泵性能的主要因素1.液體物理性質(zhì)對特性曲線的影響生產(chǎn)廠所提供的特性曲線是以清水作為工作介質(zhì)測定的，當輸送其它液體時，要考慮液體密度和粘度的影響。(1)粘度 當輸送液體的粘度大于實驗條件下水的粘度時，泵體內(nèi)的能量損失增大，泵的流量、壓頭減小，效率下降，軸功率增大。(2) 密度  離心泵的體積流量及壓頭與液體密度無關(guān)，功率則隨密度增大而增加。2.離心泵的轉(zhuǎn)速對特性曲線的影響當液體粘度不大，泵的效率不變時，泵的流量、壓頭、

16、軸功率與轉(zhuǎn)速可近似用比例定律計算，即式中：Q1、H1、N1離心泵轉(zhuǎn)速為n1時的流量、揚程和功率。Q2、H2、N2離心泵轉(zhuǎn)速為n2時的流量、揚程和功率。上面的一組公式稱為比例定律。當轉(zhuǎn)速變化小于20%時，可認為效率不變，用上工進行計算誤差不大。若在轉(zhuǎn)速為n1的特性曲線上多選幾個點，利用比例定律算出轉(zhuǎn)速為n2時相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并將結(jié)果標繪在坐標紙上，就可以得到轉(zhuǎn)速為n2時的特性曲線。3 葉輪直徑對特性曲線的影響當泵的轉(zhuǎn)速一定時，其揚程、流量與葉輪直徑有關(guān)。下面為切割定律。式中：Q1、H1、N1離心泵轉(zhuǎn)速為在D1時的流量、揚程和功率。Q2、H2、N2離心泵轉(zhuǎn)速為D2時的流量、揚程和功率。六、離

17、心泵的汽蝕現(xiàn)象與安裝高度1.離心泵的汽蝕現(xiàn)象離心泵的汽蝕現(xiàn)象是指被輸送液體由于在輸送溫度下飽和蒸汽壓等于或低于泵入口處(實際為葉片入口處的)的壓力而部分汽化，引起泵產(chǎn)生噪音和震動，嚴重時，泵的流量、壓頭及效率的顯著下降，顯然，汽蝕現(xiàn)象是離心泵正常操作所不允許發(fā)生的。避免汽蝕現(xiàn)象發(fā)生的關(guān)鍵是泵的安裝高度要正確，尤其是當輸送溫度較高的易揮發(fā)性液體時，更要注意。2.離心泵的安裝高度Hg允許吸上真空高度Hs是指泵入口處壓力p1可允許達到的最大真空度根據(jù)Hs計算的安裝高度公式為而實際的允許吸上真空高度Hs值并不是根據(jù)式計算的值，而是由泵制造廠家實驗測定的值，此值附于泵樣本中供用戶查用。位應(yīng)注意的是泵樣本

18、中給出的Hs值是用清水為工作介質(zhì)，操作條件為20及及壓力為1.013×105Pa時的值，當操作條件及工作介質(zhì)不同時，需進行換算。(1) 輸送清水，但操作條件與實驗條件不同，可依下式換算Hs1Hs(Ha10.33)  (H0.24)(2) 輸送其它液體當被輸送液體及反派人物條件均與實驗條件不同時，需進行兩步換算：第一步依上式將由泵樣本中查出的Hs1；第二步依下式將Hs1換算成HsHs=最后再將Hs代入Hg=HsHf 0-1計算出安裝高度。3.汽蝕余量h對于油泵，計算安裝高度時用汽蝕余量h來計算，即用汽蝕余量h由油泵樣本中查取，其值也用2

19、0清水測定。若輸送其它液體，亦需進行校正，詳查有關(guān)書籍。從安全角度考慮，泵的實際安裝高度值應(yīng)小于計算值。又，當計算之Hg為負值時，說明泵的吸入口位置應(yīng)在貯槽液面之下。例2-3 某離心泵從樣本上查得允許吸上真空高度Hs=5.7m。已知吸入管路的全部阻力為1.5mH2O，當?shù)卮髿鈮簽?.81×104Pa，液體在吸入管路中的動壓頭可忽略。試計算：(1) 輸送20清水時泵的安裝；(2) 改為輸送80水時泵的安裝高度。解：(1) 輸送20清水時泵的安裝高度已知：Hs=5.7m      Hf0-

20、1=1.5m      u12/2g0當?shù)卮髿鈮簽?.81×104Pa，與泵出廠時的實驗條件基本相符，所以泵的安裝高度為Hg=5.7-0-1.5=4.2 m。(2) 輸送80水時泵的安裝高度輸送80水時，不能直接采用泵樣本中的Hs值計算安裝高度，需按下式對Hs時行換算，即Hs1Hs(Ha10.33)  (H0.24)已知Ha=9.81×104Pa10mH2O，由附錄查得80水的飽和蒸汽壓為47.4kPa。Hv=47.4×103 Pa4.83 mH2OHs15.7+1

21、010.334.83+0.24=0.78m將Hs1值代入式中求得安裝高度Hg=Hs1Hf0-1=0.781.5=0.72mHg為負值，表示泵應(yīng)安裝在水池液面以下，至少比液面低0.72m。汽蝕余量計算例2-4用油泵從密閉容器里送出30的丁烷。容器內(nèi)丁烷液面上的絕對壓力為。液面降到最低時，在泵入口中心線以下2.8m。丁烷在30時密度為580Kg/m，飽和蒸汽壓為。泵吸入管路的壓頭損失為1.5m。所選用的泵汽蝕余量為3m。試問這個泵能否正常工作？解按所給條件考慮這個泵能否正常操作，就必須計算出它的安裝高度，再與題中所給數(shù)值相比較主，看它是否發(fā)生汽蝕。已知    

22、;                  將以上數(shù)據(jù)代入式中得=2.4m題中指出，容器內(nèi)液面降到最低時，實際安裝高度為2.8m，而泵的允許安裝高度為2.4m，說明泵安裝位置太高，不能保證整個輸送過程中不產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。為了保證泵正常操作的，應(yīng)使泵入口中心線不高于最低液面2.4m，即從原來的安裝位置到少降低0.4m；或者提高容器的壓力。七、離心泵的工作點和流量調(diào)節(jié)1.管路特性曲線當離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中時，泵應(yīng)提供的流

23、量和壓頭應(yīng)依管路的要求而定。管路所需壓頭與流量的關(guān)系曲線稱為管路特性曲線，其方程用下式表示He=A+BQe22.離心泵的工作點當泵安裝在一定管路系統(tǒng)中時，泵的特性曲線與管路與曲線的交點即為泵的工作點。工作點所示的流量與壓頭既是泵提供的流量和壓頭，又是管路所需要的流量和壓頭。離心泵只有在工作點工作，管中流量才能穩(wěn)定。泵的工作點以在泵的效率最高區(qū)域內(nèi)為宜。3.離心泵的流量調(diào)節(jié)對一臺泵而言，特性曲線不會變，而管路特性曲線可變。當泵的工作點所提供的流量不能滿足新條件下所需要的流量時，即應(yīng)設(shè)法改變泵工作點的位置，即需要進行流量調(diào)節(jié)。流量調(diào)節(jié)的方法有：(1)在離心泵出口管路上裝一調(diào)節(jié)閥，改變閥門開度，即改

24、變管路特性曲線He=A+BQe2中之B值，閥門開大，工作點遠離縱軸；閥門關(guān)小，工作點靠近縱軸。這種調(diào)節(jié)方法的優(yōu)點是，操作簡便、靈活。其缺點是，閥門關(guān)小時，管路中阻力增大，能量損失增大，從而使泵不能在最高效率區(qū)域內(nèi)工作，是不經(jīng)濟的。用改變閥門開度的方法來調(diào)節(jié)流量多用在流量調(diào)節(jié)幅度不大、而經(jīng)常需要調(diào)節(jié)的場合。(2) 改變泵的轉(zhuǎn)速，即改變泵的特性曲線。(3) 車削葉輪外徑也改變泵的特性曲線。采用以上兩種方法均可改變泵的我曲線。用這些方法調(diào)節(jié)流量在一定范圍內(nèi)可保證泵在高效率區(qū)內(nèi)工作，能量利用較經(jīng)濟，但不方便，流量調(diào)節(jié)范圍也不大，故應(yīng)用不廣泛。圖215泵的并聯(lián)操作八、離心泵的聯(lián)用1.

25、并聯(lián)操作兩臺型號相同的泵并聯(lián)后，其特性曲線可用單泵特性曲線合成，見圖2-15。當管路特性曲線不變時，并聯(lián)后的流量增加，但小于兩臺單泵的流量之和，即Q2Q而 H并H單2.串聯(lián)操作兩臺型號相同的泵串聯(lián)后，其特性曲線亦可用單泵特性曲線合成，見圖2-16。當管路特性曲線不變時，串聯(lián)后的壓頭增加，但亦小于兩臺單泵的壓頭之和，即H串2H單而Q并Q單圖216泵的串聯(lián)操作3.組合方式的選擇若管路兩端的()項值大于泵所能提供的最大壓頭，則必須用串聯(lián)操作。對低阻型管路(即管路特性曲線比較平緩)，并聯(lián)泵輸送的流量、壓頭均大于串聯(lián)泵。對高阻型管路(即管路特性曲線比較陡峭)，串聯(lián)泵輸送的流量、壓頭均大于并聯(lián)泵，見圖2-

26、17。圖217組合方式的選擇 4.離心泵的安裝和運轉(zhuǎn)離心泵的安裝高度應(yīng)低于允許的安裝高度(即計算的安裝高度)，以免產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。為減少吸入管段的流體阻力，吸入管徑不應(yīng)小于泵入口直徑，吸入管應(yīng)短而直，不裝閥門，但當泵的吸入口高于液面時應(yīng)加一止逆底閥。離心泵啟動前應(yīng)灌滿液體，以免產(chǎn)生氣縛現(xiàn)象；關(guān)閉出口閥門，以減小啟動功率。離心泵停泵前應(yīng)先關(guān)閉出口閥門。離心泵運轉(zhuǎn)時，應(yīng)定期檢查軸封有無泄漏，軸承、填料函等發(fā)熱情況，軸承應(yīng)注意潤滑。九、離心泵的類型和選用1.離心泵的類型按被輸送液體的性質(zhì)可分為：(1) 水泵(B型、D型、sh型)用于輸送清水及物理、化學(xué)性質(zhì)類似于水的清潔液體。(2) 

27、;耐腐蝕泵(F型)用于輸送酸、堿等腐蝕性液體。(3) 油泵(Y型)用于輸送石油產(chǎn)品。2.離心泵的選用(1) 根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)及操作條件確定類型；(2) 根據(jù)流量(一般由生產(chǎn)任務(wù)定)及計算管路中所需壓頭，確定泵的型號(從樣本或產(chǎn)品目錄中選取)；(3) 若被輸送液體的粘度和密度與水相差較大時， 應(yīng)核算泵的特性參數(shù)：流量、壓頭和軸功率。選擇離心泵時，可能有幾種型號的泵同時滿足在最佳范圍內(nèi)操作這一要求，此時，可分別確定各泵的工作點，比較工作點上的效率，擇優(yōu)選取。離心泵的特點是，送液能力大，流量均勻，但產(chǎn)生的壓頭不高，且壓頭隨著流量的改變而變化。 十、泵的流量和流速1.流量單位時間內(nèi)流過管道任一截面的流體量，稱為流量。流