化工原理(離心泵)講稿課件

1、第 二章 流體輸送機械第 一 節(jié) 液體輸送機械 2-1-1 離心泵離心泵的操作原理、構(gòu)造與類型 離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線 離心泵的氣蝕現(xiàn)象與允許吸上高度離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)2-1-2 其他類型的泵2022/8/9流體輸送機械：向流體作功以提高流體機械能的裝置。1. 輸送液體的機械通稱為泵； 例如：離心泵、往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵和漩渦泵。2. 輸送氣體的機械按不同的工況分別稱為: 通風(fēng)機、鼓風(fēng)機、壓縮機和真空泵。 3.按工作原理可分為： 離心式 正位移式(容積式)：往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式 其它（如噴射式）2022/8/92-1-1離心泵2022/8/9一離心泵的操作原理、構(gòu)造與類型 1、操作原理 由若

2、干個彎曲的葉片組成的葉輪置于具有蝸殼通道的泵殼之內(nèi)。 葉輪緊固于泵軸上 泵軸與電機相連， 可由電機帶動旋轉(zhuǎn)。 2022/8/9 吸入口位于泵殼中央與吸入管路相連，并在吸入管底部裝 一止逆閥。 泵殼的側(cè)邊為排出口，與排出管路相連，裝有調(diào)節(jié)閥。離心泵的工作過程： 開泵前，先在泵內(nèi)灌滿要輸送的液體。 開泵后，泵軸帶動葉輪一起高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力。液體在 此作用下，從葉輪中心被拋向葉輪外周，壓力增高，并以 很高的速度（15-25 m/s）流入泵殼。 2022/8/9 在蝸形泵殼中由于流道的不斷擴大，液體的流速減慢，使 大部分動能轉(zhuǎn)化為壓力能。最后液體以較高的靜壓強從排 出口流入排出管道。 泵內(nèi)的液體被拋

3、出后，葉輪的中心形成了真空，在液面壓 強（大氣壓）與泵內(nèi)壓力（負壓）的壓差作用下，液體便 經(jīng)吸入管路進入泵內(nèi)，填補了被排除液體的位置。 離心泵之所以能輸送液體，主要是依靠高速旋轉(zhuǎn)葉輪所產(chǎn)生的離心力，因此稱為離心泵。 2022/8/92022/8/9離心泵原理的動畫 2022/8/9 氣 縛 離心泵啟動時，如果泵殼內(nèi)存在空氣，由于空氣的密度遠小于液體的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力很小，葉輪中心處產(chǎn)生的低壓不足以造成吸上液體所需要的真空度，這樣，離心泵就無法工作，這種現(xiàn)象稱作“氣縛”。 為了使啟動前泵內(nèi)充滿液體，在吸入管道底部裝一止逆閥。此外，在離心泵的出口管路上也裝一調(diào)節(jié)閥，用于開停車和調(diào)節(jié)流量

4、。2022/8/9按離心泵的不同用途可分為 水泵 輸送清水和物性與水相近、無腐蝕性且雜質(zhì)很少的液體的泵, （B型） 耐腐蝕泵 接觸液體的部件（葉輪、泵體）用耐腐蝕材料制成。要求：結(jié)構(gòu)簡單、零件容易更換、維修方便、密封可靠、用于耐腐蝕泵的材料有：鑄鐵、高硅鐵、各種合金鋼、塑料、玻璃等。（F型）油泵 輸送石油產(chǎn)品的泵 ，要求密封完善。（Y 型）雜質(zhì)泵 輸送含有固體顆粒的懸浮液、稠厚的漿液等的泵 ，又細分為污水泵、砂泵、泥漿泵等 。要求不易堵塞、易拆卸、耐磨、在構(gòu)造上是葉輪流道寬、葉片數(shù)目少。2022/8/9二離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線 1、離心泵的性能參數(shù) 1）離心泵的流量 指離心泵在單位時間

5、里排到管路系統(tǒng)的液體體積，一般用Q 表示，單位為m3/s。又稱為泵的送液能力 。2）離心泵的壓頭 泵對單位重量的液體所提供的有效能量，以H表示，單位為m。又稱為泵的揚程。2022/8/9離心泵的壓頭取決于： 泵的結(jié)構(gòu)（葉輪的直徑、葉片的彎曲情況等） 轉(zhuǎn)速 n 流量 Q ， 如何確定轉(zhuǎn)速一定時，泵的壓頭與流量之間的關(guān)系呢？ 實驗測定2022/8/9H的計算可根據(jù)b(進)、c(出)兩截面間的柏努利方程： 離心泵的壓頭又稱揚程。必須注意，揚程并不等于升舉高度Z，升舉高度只是揚程的一部分。 2022/8/93）離心泵的效率 離心泵輸送液體時，通過電機的葉輪將電機的能量傳給液體。在這個過程中，不可避免的

6、會有能量損失，也就是說泵軸轉(zhuǎn)動所做的功不能全部都為液體所獲得，通常用效率來反映能量損失。這些能量損失包括：容積損失:泵的液體泄漏所造成的 水力損失:液體的摩擦阻力和局部阻力損失 機械損失 :泵軸與軸承,泵軸與填料物之間的摩擦泵的效率反應(yīng)了這三項能量損失的總和，又稱為總效率。與泵的大小、類型、制造精密程度和所輸送液體的性質(zhì)有關(guān) 2022/8/94）軸功率及有效功率軸功率： 電機輸入離心泵的功率,用 N 表示，N=IU單位為J/s , 或 W 、 KW 有效功率：排送到管道的液體從葉輪獲得的功率，用Ne表示 軸功率和有效功率之間的關(guān)系為 ：有效功率可表達為 軸功率可直接利用效率計算2022/8/9

7、2、離心泵的特性曲線 離心泵的H、N 、 都與離心泵的 Q 有關(guān)，它們之間的關(guān)系由確定離心泵壓頭的實驗來測定，實驗測出的一組關(guān)系曲線： 離心泵的特性曲線 注意：特性曲線隨轉(zhuǎn)速而變。 各種型號的離心泵都有本身獨自的特性曲線，但形狀基本相似，具有共同的特點 2022/8/92022/8/91）HQ曲線：表示泵的壓頭與流量的關(guān)系，離心泵的壓頭普遍是隨流量的增大而下降（流量很小時可能有例外）2）N Q曲線：表示泵的軸功率與流量的關(guān)系，離心泵的軸功率隨流量的增加而上升，流量為零時軸功率最小。 離心泵啟動時，應(yīng)關(guān)閉出口閥，使啟動電流最小，以保護電機。3）Q曲線：表示泵的效率與流量的關(guān)系，隨著流量的增大，泵

8、的效率將上升并達到一個最大值，以后流量再增大，效率便下降。2022/8/9 離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點。離心泵在與最高效率點相對應(yīng)的流量及壓頭下工作最為經(jīng)濟。 與最高效率點所對應(yīng)的Q、H、N值稱為最佳工況參數(shù)。離心泵的銘牌上標明的就是指該泵在運行時最高效率點的狀態(tài)參數(shù)。 注意：在選用離心泵時，應(yīng)使離心泵在該點附近工作。一般要求操作時的效率應(yīng)不低于最高效率的92%。2022/8/9三、 離心泵選擇與示例【例1】天津地區(qū)某化工廠，需將60的熱水用泵送至高的涼水塔冷卻，如圖所示。輸水量為 輸水管內(nèi)徑為106mm，管道總長（包括局部阻力當(dāng)量長度）為 100m，管道摩擦系數(shù)為0.025，試選一合適

9、離心泵。 解：在水池液面與噴水口截面列柏努利方程2022/8/9代入上式得 查書本附錄5，可選TS100-80-125型離心泵2022/8/9四、離心泵的安裝高度 1、氣蝕現(xiàn)象 氣蝕產(chǎn)生的條件葉片入口附近K處的壓強PK等于或小于輸送溫度下液體的飽和蒸氣壓 ，液體將發(fā)生沸騰部分汽化，所生成的大量蒸汽壓泡在隨液體從葉輪進口向葉輪外圍2022/8/9流動時，又因壓強升高，氣泡立即凝聚，氣泡的消失產(chǎn)生局部真空，周圍的液體以極大的速度沖向氣泡原來所在的空間，在沖擊點處產(chǎn)生很高的局部壓強（高達幾百個大氣壓），沖擊頻率高達每秒幾萬次之多。尤其當(dāng)氣泡的凝結(jié)發(fā)生在葉輪表面時眾多的液體質(zhì)點如細小的高頻水錘撞擊著葉

10、片，另外氣泡中可能帶有氧氣等對金屬材料發(fā)生化學(xué)腐蝕作用。泵在這種狀態(tài)下長期運轉(zhuǎn)，將導(dǎo)致葉片過早損壞。這種現(xiàn)象稱為泵的汽蝕現(xiàn)象。汽蝕現(xiàn)象發(fā)生時，泵體振動，發(fā)出噪音，泵的H、Q、 ， 嚴重時甚至吸不上液體。 2022/8/9氣蝕產(chǎn)生的后果： 氣蝕發(fā)生時產(chǎn)生噪音和震動，葉輪局部在巨大沖擊的反復(fù)作用下，表面出現(xiàn)斑痕及裂紋，甚至呈海棉狀逐漸脫落 液體流量明顯下降，同時壓頭、效率也大幅度降低，嚴重時會輸不出液體。2、離心泵的允許吸上高度 離心泵的允許吸上高度又稱為允許安裝高度，指泵的吸入口與吸入貯槽液面間可允許達到的最大垂直距離，以Hg表示。2022/8/9貯槽液面0-0與入口處1-1兩截面間列柏努利方程

11、若貯槽上方與大氣相通，則P0即為大氣壓強Pa 2022/8/92、離心泵的允許吸上真空度 注意：HS 單位是壓強的單位，通常以m液柱來表示。在水泵的性能表里一般把它的單位寫成m（實際上應(yīng)為mH2O）。離心泵的允許吸上真空度 定義式將 代入得允許吸上高度的計算式2022/8/9HS值越大，表示該泵在一定操作條件下抗氣蝕性能好，安裝高度Hg越高。 HS與泵的結(jié)構(gòu)、流量、被輸送液體的物理性質(zhì)及當(dāng)?shù)卮髿鈮旱纫蛩赜嘘P(guān)。通常由泵的制造工廠試驗測定，實驗在大氣壓為10mH2O（9.81Pa）下,以20清水為介質(zhì)進行的。2022/8/9HS 隨 qV 增大而減小確定離心泵安裝高度時應(yīng)使用泵最大流量下的HS 進

12、行計算若輸送其它液體，且操作條件與上述實驗條件不符時，需對HS 進行校正。 3、氣蝕余量 為防止氣蝕現(xiàn)象發(fā)生，在離心泵入口處液柱的靜壓頭 與動壓頭 之和必需大于液體在操作溫度下的飽和蒸汽壓頭 的一個最小值。 2022/8/9氣蝕余量定義式h 與Hg 的關(guān)系當(dāng)葉輪入口附近(k-k)最小壓強等于液體的飽和蒸汽壓pv 時，泵入口處壓強(1-1)必等于某確定的最小值p1。 在1-1和k-k間列柏努利方程： 2022/8/9當(dāng)流量一定且流體流動為阻力平方區(qū)時，氣蝕余量僅與泵的結(jié)構(gòu)和尺寸有關(guān)，是泵抗氣蝕性能參數(shù)。將 代入 允許吸上高度的計算式離心泵的氣蝕余量 值也是由生產(chǎn)泵的工廠通過實驗測定的h隨Q增大而

13、增大計算允許安裝高度時應(yīng)取高流量下的h值。2022/8/9泵性能表上所列的h值也是按輸送20的清水測定的，當(dāng)輸送其它液體時應(yīng)乘以校正系數(shù)予以校正，但因一般校正系數(shù)小于1，故把它作為外加的安全系數(shù)，不再校正。4、離心泵的實際安裝高度 離心泵的實際安裝高度應(yīng)小于允許安裝高度，一般比允許值小0.51m。 2022/8/9注意：1）離心泵的允許吸上真空度和允許氣蝕余量值是與其流量有關(guān)的，大流量下h較大而HS較小，因此，必須注意使用最大額定流量值進行計算。2）離心泵安裝時，應(yīng)注意選用較大的吸入管路，減少吸入管路的彎頭、閥門等管件，以減少吸入管路的阻力。3）當(dāng)液體輸送溫度較高或液體沸點較低時，可能出現(xiàn)允許

14、安裝高度為負值的情況，此時，應(yīng)將離心泵安裝于貯槽液面以下，使液體利用位差自流入泵內(nèi)。2022/8/9例2.如圖所示,需安裝一臺泵,將流量45m3/h、溫度20的河水輸送到高位槽，高位槽高出河面10m，管路總長為15m。試選一臺離心泵，并確定安裝高度。解：流量 ，20 水選管內(nèi)流速u=2.5m/s，估算管內(nèi)徑2022/8/9選 水煤氣管，內(nèi)徑管內(nèi)流速鋼管絕對粗糙度取相對粗糙度取2022/8/9查圖、局部當(dāng)量長度截止閥（全開）兩個度彎頭帶濾水器的底閥（全開）管出口突然擴大管路的壓頭水柱揚程2022/8/9泵的允許汽蝕余量水的飽和蒸氣壓吸入管長5m, 收入管為阻力泵的最大允許安裝高度實際安裝高度應(yīng)小

15、于2.31m取1.5m根據(jù)流量和揚程，選取用泵的型號為2022/8/9五、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié) 1、管路特性曲線與泵的工作點 1）管路特性曲線 管路特性曲線 流體通過某特定管路時所需的壓頭與液體流量的關(guān)系曲線。 在截面1-1與 2-2 間列柏努利方程式，并以1-1截面為基準水平面，則液體流過管路所需的壓頭為：2022/8/9式中：上式簡化為 而令2022/8/9管路的特性 方程2）離心泵的工作點 離心泵的特性曲線與管路的特性曲線的交點M，就是離心泵在管路中的工作點。 在特定管路中輸送液體時，管路所需的壓頭隨所輸送液體流量qV的平方而變 2022/8/9 M點所對應(yīng)的流量qe和壓頭He表示離

16、心泵在該特定管路中實際輸送的流量和提供的壓頭。2、離心泵的流量調(diào)節(jié)1）改變出口閥開度 改變管路特性曲線 閥門關(guān)小時： 管路局部阻力加大，管路特性曲線變陡，工作點由原來的M點移到M1點，流量由QM降到QM1； 2022/8/9當(dāng)閥門開大時： 管路局部阻力減小，管路特性曲線變得平坦一些，工作點由M移到M2流量加大到QM2。 優(yōu)點：調(diào)節(jié)迅速方便，流量可連續(xù)變化；缺點：流量阻力加大，要多消耗動力，不經(jīng)濟。 2）改變泵的轉(zhuǎn)速改變泵的特性曲線若把泵的轉(zhuǎn)速提高到n1：則HQ線上移，工作點由M移至M1 ，流量由QM 加大到QM1；2022/8/9六、離心泵的選用、安裝與操作 1、離心泵的選擇 1）確定輸送系統(tǒng)

17、的流量和壓頭：一般情況下液體的輸送量是生產(chǎn)任務(wù)所規(guī)定的，如果流量在一定范圍內(nèi)波動，選泵時按最大流量考慮，然后，根據(jù)輸送系統(tǒng)管路的安排，用柏努利方程計算出在最大流量下管路所需壓頭。 2）選擇泵的類型與型號：首先根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)和操作條件確定泵的類型，按已確定的流量和壓頭從泵樣本或產(chǎn)品目錄中選出適合的型號。2022/8/9若是沒有一個型號的H、qV與所要求的剛好相符，則在鄰近型號中選用H和qV都稍大的一個；若有幾個型號的H和qV都能滿足要求，那么除了考慮那一個型號的H和qV外，還應(yīng)考慮效率在此條件下是否比較大。 3)核算軸功率:若輸送液體的密度大于水的密度時，按 來計算泵的軸功率。 2、離心泵的安裝和使用 1）泵的安裝高度 為了保證不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象或泵吸不上液體，泵的實際安裝2022/8/9高度必須低于理論上計算的最大安裝高度，同時，應(yīng)盡量降低吸入管路的阻力。2）啟動前先“灌泵” 這主要是為了防止“氣傅”現(xiàn)象的發(fā)生，在泵啟動前，向泵內(nèi)灌注液體直至泵殼頂部排氣嘴處在打開狀態(tài)下有液體冒出時為止。3）離心泵應(yīng)在出口閥門關(guān)閉時啟動 為了不致啟動時電流過大而燒壞電機，泵啟動時要將出口閥完全關(guān)閉，等電機運轉(zhuǎn)正常后，再逐漸打開出口閥，并調(diào)節(jié)到所需的流量。2022/8/94）關(guān)泵的步驟 關(guān)泵時，一定要先關(guān)閉泵的出口閥，再停電機。否則，壓出管