現(xiàn)代水泵設(shè)計(jì)高校講義全

1、第二章 離心泵講義本章的學(xué)習(xí)要點(diǎn)：熟悉各種流體輸送機(jī)械，掌握離心泵的結(jié)構(gòu)、原 理、性能、安裝及調(diào)節(jié)。§1流體輸送機(jī)械的分類一、液體輸送泵：齒輪泵；往復(fù)泵；螺桿泵；離心泵等二、氣體輸送 鼓風(fēng)機(jī)；壓縮機(jī)§ 2離心泵的原理及構(gòu)造一、離心泵的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；流量均勻；調(diào)節(jié)控制方便，并可用耐腐蝕材料制造二、離心泵的原理1、離心泵的排液原理動(dòng)能靜壓能2、離心泵的吸液原理靜壓能位能3、離心泵的氣縛現(xiàn)象離心泵存在氣體，致使離心力下降，離心泵不能將液體吸入泵， 葉輪只是在泵殼空轉(zhuǎn)而無(wú)液體排出，這種現(xiàn)象稱為“氣縛現(xiàn)象”§ 3離心泵的構(gòu)造1、葉輪葉輪是泵直接對(duì)流體作功的部件。葉輪的作用是

2、將電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體的動(dòng)能和靜壓能。一般常用離心泵葉輪上有612片后彎葉片。敞開(kāi)式葉輪、半開(kāi)式葉輪和圭寸閉式葉輪平衡孔的作用2、減漏環(huán)3、泵殼離心泵泵殼是使液體匯集及能量轉(zhuǎn)化的部件。離心泵泵殼是蝸殼形，其目的是使流體從泵吸入口到排出口流道 面積逐漸擴(kuò)大，流體流速逐漸降低，（從1525m/s降到13m/s ），使 流體動(dòng)能大部分轉(zhuǎn)化為靜壓能。4、導(dǎo)輪導(dǎo)輪的作用：1）減小葉輪拋出的高能流體對(duì)泵殼的撞擊。2）均勻而緩慢地將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能。5、軸圭寸裝置 泵殼與泵軸之間的密封稱為軸封。1）填料密封主要由填料套、填料環(huán)、填料、壓蓋組成。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；造價(jià)低。 缺點(diǎn)：使用壽命短；能量損失大；有泄露

3、。2）機(jī)械密封主要由傳動(dòng)螺釘、傳動(dòng)座、彈簧、推環(huán)、動(dòng)環(huán)密封圈、動(dòng)環(huán)、靜 環(huán)、靜環(huán)密封圈、防轉(zhuǎn)銷等部件組成。優(yōu)點(diǎn)：液體泄露量?。皇褂脡勖L(zhǎng)；能耗低；結(jié)構(gòu)緊湊。§ 4離心泵的主要性能參數(shù)一、流量Q單位時(shí)間泵能夠排出液體的量。反映離心泵的輸液能力 常用體積流量表示，單位：m3/s離心泵的流量主要與泵的結(jié)構(gòu)、葉片尺寸和軸轉(zhuǎn)速有關(guān)二、揚(yáng)程H輸液過(guò)程中泵給予單位重量流體的能量。單位：m液柱 如圖揚(yáng)程包括以下各項(xiàng)：1）將單位重量液體的位壓能提高 Z焦耳，包括吸液位壓頭ZS和排 液位壓頭Zb 0PPbPa將單位重量液體的靜壓能提高二-焦耳。gg提供了輸送管路總阻力損失 hf 0u 2將單位重量流體的

4、動(dòng)能提高焦耳。2 g概念：離心泵的揚(yáng)程不是液體的升揚(yáng)高度。P H Zh fg離心泵的揚(yáng)程與葉輪的尺寸、軸轉(zhuǎn)速、葉片的數(shù)目及流量有關(guān)。三、功率N1、有效功率：泵在單位時(shí)間對(duì)流經(jīng)該泵的流體所作的功2、軸功率:電機(jī)傳給離心泵的功率3、配帶功率：離心泵本身所配帶電機(jī)的功率N 配 1.1 1.2N軸四、效率有效功率與軸功率之比N有效率的影響因素：1、容積損失 V2、水力損失 H3、機(jī)械損失 m離心泵的效率總§ 5離心泵的特性曲線一、離心泵特性曲線的測(cè)量 離心泵的銘牌：離心:式清水泵型號(hào)2B31A轉(zhuǎn)速2900 r/s揚(yáng)程25.2 m效率65.5 %流量20 m 3/h功率2.07 kw允許吸上真

5、空高度4.5 m重量363 N出廠編號(hào) 791210出廠日期年 月日XXX水泵廠實(shí)驗(yàn)裝置:P2流量計(jì)近似為：H Z 2Ziu22 u122gRhfg實(shí)驗(yàn)方法：同一種泵，葉輪轉(zhuǎn)速恒定下，分別測(cè)取不同流量下的H、 ，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制特性曲線。離心泵的特性曲線H Q曲線， 離心泵的揚(yáng)程曲線 流量Q增加；揚(yáng)程H下降。2、N Q曲線， 離心泵的功率曲線 流量Q增加；功率增加。 流量為零；功率最小。3、 Q曲線，離心泵的效率曲線曲線有最高效率點(diǎn)，此點(diǎn)為設(shè)計(jì)點(diǎn)。一般，離心泵的使用效率不能低于最高效率點(diǎn)的92%.三、離心泵特性曲線的影響因素1、輸送液體密度的影響離心泵的揚(yáng)程和效率與密度無(wú)關(guān)；有效功率與密度成正比

6、2、輸送液體粘度的影響常溫下，輸送液體的粘度增加，最高效率點(diǎn)下的流量、揚(yáng)程和效 率均下降，軸功率增加。輸送液體粘度不大時(shí)，液體粘度對(duì)特性曲線的影響可以不計(jì)。3、葉輪轉(zhuǎn)速的影響輸送粘度與水相近的流體，轉(zhuǎn)速變化不大于20%時(shí)，可認(rèn)為其效率不變，則：Q 1niH i2 niN 13 niQ 2門2H 22n2N 23n2比例定律一四、葉輪轉(zhuǎn)速的影響Q iD iHiDi2NiDi3Q 2D DH 2D22N 2D 23比例定律二（切割定律）§ 6離心泵的工作點(diǎn)及流量調(diào)節(jié) 一、管路特性曲線hfhfleu22g-d24T Q22g(I_25g d8 (Ile)2 c A 5g dZ KQ 2g管

7、路特性方程管路特性方程反映管路所需外加功的大小與流量的關(guān)系。離心泵工作點(diǎn)的確定管路特性方程反映管路所需外加功的大小與流量的關(guān)系。離心泵特性方程反映離心泵所能提供的能量的大小與流量的關(guān)系。則管路特性方程與離心泵特性方程的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流量與揚(yáng)程的 關(guān)系既符合管路特性方程，又符合離心泵特性方程。稱該交點(diǎn)為離 心泵的工作點(diǎn)。、離心泵工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)i、改變管路特性曲線管路特性曲線的形狀主要決定于K值，K值意味著流體在管路 中的流動(dòng)阻力，阻力越大，K值越大。由圖中可以看到：K值增大一管路所需的揚(yáng)程隨流量增加較快一管路特性曲線變 陡一工作點(diǎn)沿離心泵特性曲線上移（左移）一揚(yáng)程增加；流量減小。K值減小一管路所需的

8、揚(yáng)程隨流量增加較慢一管路特性曲線變 平工作點(diǎn)沿離心泵特性曲線下移（右移）揚(yáng)程減??；流量增加。改變K值的途徑：1）在離心泵出口處安裝調(diào)節(jié)閥門，改變管路局部阻力。優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、靈活、方便。缺點(diǎn)：增加局部阻力將增加能量損失。2）改變輸送管路管徑，改變管路沿程阻力。K 8 （I怯）1 /因?yàn)椋篕2 g d5 ，即 K 1 d 5所以：管徑d K值/。 管徑d/ ; K值。2、改變離心泵的特性曲線改變離心泵的特性曲線的途徑：1）改變離心泵轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)速n增加一離心泵特性曲線上移一離心泵工作點(diǎn)上移（右移） 一揚(yáng)程增加；流量增加。轉(zhuǎn)速n減小一離心泵特性曲線下移一離心泵工作點(diǎn)下移（左移）T揚(yáng)程減小；流量減小。2

9、）改變離心泵葉輪直徑d離心泵葉輪直徑d減小一流量減小；揚(yáng)程減小一工作點(diǎn)下移（左 移）。例：某離心泵在轉(zhuǎn)速1480 rpm 下的特性方程為He=38.4 40.3Q 2（ Q : m3/min ）,輸送管路兩端的勢(shì)能差為16.8m，管徑為 76 x 4mm ,長(zhǎng) 1360m （包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度） =0.03。試求：1）輸液量Q2）當(dāng)轉(zhuǎn)速為1700 rpm 時(shí)的輸液量Q/§7離心泵的汽蝕現(xiàn)象及安裝高度 一、汽蝕現(xiàn)象Z。P0 u 0Z。g 2g0; U00;heheP。P102U12ghf2U12g01hf01物理汽蝕：泵壓力QP=P V f泵液體沸騰，產(chǎn)生大量氣泡f氣泡 進(jìn)入高壓區(qū)

10、被壓碎并急劇冷凝T高壓液體高速?zèng)_向氣泡中心，沖擊 力可達(dá)幾百大氣壓f氣泡若附在泵壁或葉片上，則沖擊力會(huì)使泵產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。化學(xué)汽蝕：物理汽蝕時(shí)，液體大量氧化性氣體逸出，使泵壁及 葉片金屬發(fā)生化學(xué)氧化而受損 規(guī)定：以泵的揚(yáng)程較正常值下降3%作為發(fā)生汽蝕的標(biāo)志。、最大吸上真空高度HSmax與允許吸上真空高度HS允許吸上真空高度HS常用來(lái)限制沸點(diǎn)較高的液體（如水）輸送時(shí)離心泵的安裝高度。H Smax與HS均由實(shí)驗(yàn)測(cè)出，實(shí)驗(yàn)條件為：輸送液體為敞口水池中 20 °C的清水。則Po = Pa = 1 大氣壓。發(fā)生汽蝕時(shí)泵入口處的壓力為Plmin o所以，發(fā)生汽蝕時(shí)的最大吸液壓差為Pa Plmin，

11、以米水 柱表示， 則有：PaP1 ming單位：m H 2O所以，最大吸上真空高度 壓差。H Smax即以米液柱表示的離心泵最大吸液則離心泵的最大安裝高度為：2ZPaP1 minU1maxH S max9 2g許吸上真空高度Hs= H Smax 0.3 則離心泵的允許安裝高度為：P1U12hf01H S max2U12ghf01HS右 hf012U12ghf 01若操作條件與實(shí)驗(yàn)條件不同，則須對(duì)允許吸上真空高度Hs進(jìn)行校 正。Hs/HsH01、溫度與壓力的校正非20oC、1大氣壓下的清水：H S/H S H0 10.33 HV操作條件下的允許吸上真空高度。 實(shí)驗(yàn)條件下的允許吸上真空高度操作條件

12、下吸液面的壓力。Hv操作溫度下水的飽和蒸汽壓10.33 與一大氣壓相當(dāng)?shù)乃?0009.810.24 與20oC清水的飽和蒸汽壓相當(dāng)?shù)乃?.24單位：m H 2O單位：P。m H 2Og單位：m H 2OPV g105單位：m H 2O10.33m H 2OOH0O1HvPV 20 o C清水g235010009 .810.24 m H 2O2、密度校正若輸送液體的密度為液，則H s/H 2O汽蝕余量h有機(jī)溶劑等）時(shí)，常用汽當(dāng)離心泵輸送沸點(diǎn)較低的液體（如汽油、 蝕余量作為指標(biāo)來(lái)限制泵的安裝高度。1面和K面間列柏努利方程：2P1U1PKg2g g當(dāng)離心泵發(fā)生汽蝕時(shí)，PKPV ； P1P1m

13、iP1 min2乩 h2gf 1 Kmin2此時(shí)則有P1U1Pkg 2g g所以，我們只要控制2U1g 2gU1 &2g gPv2UK2gR ming2Ui2gh f 1 kPlg則可以保證不發(fā)生汽蝕。,P1 m in U1因此將T 2g安裝高度，稱為最小汽蝕余P1 m inhmin的大小作為一個(gè)指標(biāo)，來(lái)限制離心泵的Pv2g 2g g定義：在離心泵剛發(fā)生汽蝕時(shí)，泵入口處的全壓頭比泵最低壓強(qiáng) 處的勢(shì)能高出的值為最小汽蝕余量。片 m in U1 v由于 hmin =訂石 T時(shí)，離心泵已經(jīng)發(fā)生汽蝕，因此，實(shí)際的汽蝕余量應(yīng)大于最小汽蝕余量 hmin o允許汽蝕余量為 h = hmin +03

14、單位：mH 20離心泵的允許安裝高度為：2P 0P1u 1I2gH g 0-hP。PvP12U1Pvgg2gghhfo1PoPvg四、實(shí)驗(yàn)條件下允許汽蝕余量h與允許吸上真空高度Hs的換算2h P1u1局=g2gg2P aPaP1u1&_ g g g 2g g 巳 Pw h ui=S 2?2Pl 10mH 2OU10g2； 2g所以，h 10 Hs例：要將某減壓精餾塔塔釜中的液體產(chǎn)品用 離心泵輸送到高位槽，釜中真空度位 500mmHg （其中液體處于沸騰狀態(tài)），泵位 于地面上，吸入管總阻力位0.87m液柱，液 體的密度為986 kg /m 3。已知該泵的允許汽 蝕余量為4.2m，試問(wèn)該泵

15、的安裝是否合適？ 若不合適，應(yīng)如何調(diào)節(jié)泵的安裝高度？§8離心泵的型號(hào) 一、離心式清水泵1、B 型或 BA 型離 心式清水泵 單級(jí)單吸懸臂式離心泵 全系 列揚(yáng)程圍 5125m ，流量 圍 6.3400m 3/h。2、D 型離 心水泵 多級(jí)分段式離心泵 我國(guó)生產(chǎn)的多級(jí)泵一般為 29 級(jí)，最多可達(dá) 12 級(jí) 全系 列揚(yáng)程圍 50650m ，流 量圍 10.8850m 3/h。D（DG ) 6 25 X 9D：多級(jí)離心泵DG：多級(jí) 鍋爐 給水泵6：流量 6 m 3/h25：揚(yáng) 程 25m9：級(jí) 數(shù) 94B35A 型 水 泵4：泵吸入口 管直徑（ 英 寸）B:單級(jí)單吸懸臂式離心泵35： 泵的揚(yáng)

16、程 A： 葉片 切 割次數(shù)（ A 一次 切 割； B 二次;C三次）3、S型（或Sh型）離心泵 雙吸式離心泵 全系列揚(yáng)程圍 9140m ，流量圍 12013000m 3/h。二、耐腐蝕泵F型泵 特點(diǎn)：與液體接觸部位用耐腐蝕材料制成。 全系列 揚(yáng)程 圍 15105m ，流 量圍 2400m 3/h FH :灰口鑄鐵，用于輸送濃硫酸。 FG： 高硅鑄鐵， 用于輸送壓強(qiáng)不高的硫酸或以硫酸為主的混酸。 FM: 鉻鎳鉬鈦合金鋼， 適宜輸送常溫高濃度硝酸。FB: 鉻鎳合金鋼， 適宜輸送常溫低濃度硝酸、 氧化性酸、 堿其他 弱腐蝕性液體。FS :聚四氟乙烯塑料，適用于輸送90 °C以下的硫酸、硝酸、鹽酸 及堿液。FV :鋁鐵青銅 FQ： 硬 鉛 FJ： 耐 堿鋁 鑄鐵 80FS24 型 泵80 :泵吸入口管直徑（mm ） FS :聚四氟乙烯塑料24 ： 揚(yáng) 程 24m、 油泵 Y 型泵 特點(diǎn)： 軸封 要求 高 ， 全系列揚(yáng)程圍 60603m ， 流量圍 6.25500m 3/h。適用溫度圍：45 °C400 °C四 、 液 下 泵 FY 型 泵特 點(diǎn) ：軸 封 要 求 不 高 ，效 率