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(三)離心泵特性的理論分析2.1.2離心泵⒈速度和角度:圓周速度u:同一半徑的圓周上,任一液體質(zhì)點(diǎn)的圓周速度相同,與葉片形態(tài)無關(guān),取決于轉(zhuǎn)速和半徑。u=πDn/60=ωr相對(duì)速度ω:液體質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于葉片的運(yùn)動(dòng)速度,方向與葉片相切,大小與流體的流量和流通截面形態(tài)有關(guān)。2.1.2離心泵確定速度c:液體質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于固定泵殼的速度。α:確定速度c與圓周速度u之間的夾角;β:相對(duì)速度ω與圓周速度u反向延長線之間的夾角;葉片的傾角。2.1.2離心泵假定流體與葉輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡與葉片的形態(tài)完全一樣(即葉片數(shù)無限多的志向葉輪),從理論上可確定液流在葉輪進(jìn)、出口處的速度三角形,依據(jù)余弦定理:由于液體在葉片間的流淌截面從進(jìn)口到出口漸漸擴(kuò)大,故有:ω2<ω1。⒉理論壓頭HT:2.1.2離心泵假設(shè)液體為志向流體,沿任何一個(gè)葉片對(duì)葉輪進(jìn)出口截面列柏努利方程,可得單位重量流體從旋轉(zhuǎn)的葉輪獲得的機(jī)械能,即離心泵的理論壓頭或揚(yáng)程:整理得⒉理論壓頭HT:2.1.2離心泵液體沿葉片向葉輪出口截面流淌的過程中,由于流淌截面變更使得部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能:Hc為液體沿葉片向葉輪出口截面流淌的過程中,由于離心力作功流體所獲得的靜壓能⒉理論壓頭HT:2.1.2離心泵聯(lián)立以上公式可得單位重量流體從旋轉(zhuǎn)的葉輪獲得的機(jī)械能,即離心泵的理論壓頭或揚(yáng)程:靜壓頭:動(dòng)壓頭:⒉理論壓頭HT:2.1.2離心泵由離心泵理論壓頭H的計(jì)算公式可知凡是影響速度三角形的因素都會(huì)影響H。除葉輪的轉(zhuǎn)速等自不待言的因素外,葉片的幾何參數(shù)和泵的流量也是重要的影響因素。2.1.2離心泵─離心泵基本方程式⒊理論流量QT:2.1.2離心泵速度三角形的高(液體相對(duì)于葉輪的徑向流速)cr與葉輪側(cè)面截面面積的乘積代表泵輸液量的大小。⒊理論流量QT:2.1.2離心泵離心泵的理論流量:D1、D2為葉輪進(jìn)、出口直徑,b1、b2為葉輪進(jìn)、出口處流道寬度(葉片寬度)。⒋理論壓頭的分析:2.1.2離心泵⑴葉輪直徑和轉(zhuǎn)速的影響:u2=πDn/60D↑orn↑→u↑→HT↑⑵液體密度的影響:HT與密度ρ無關(guān),但泵的進(jìn)、出口壓差△P≈ρgH因此:離心泵啟動(dòng)之前要進(jìn)行“灌泵”,防止泵的進(jìn)、出口之間不能產(chǎn)生足夠的壓差吸入液體,產(chǎn)生“氣縛”現(xiàn)象,俗稱“不上量”。2.1.2離心泵⑶葉片形態(tài)的影響:當(dāng)入口速度三角形的夾角a1等于90o,即液體從半徑方向進(jìn)入葉輪(無預(yù)旋進(jìn)液)時(shí),理論壓頭H
最大。又依據(jù)葉輪出口處速度三角形,有于是:①徑向葉片:2=90o,cos2=0,HT=u22/g;②后彎葉片:2<90o,cos2>0,HT<
u22/g
;③前彎葉片:2>90o,cos2
<0,HT>
u22/g
。
2.1.2離心泵①徑向葉片:2=90o,cos2=0,HT=u22/g;②后彎葉片:2<90o,cos2>0,HT<
u22/g
;③前彎葉片:2>90o,cos2
<0,HT>
u22/g
。2.1.2離心泵可以將相對(duì)速度ω2表達(dá)為理論流量QT
的函數(shù):2.1.2離心泵⑷HT
~QT的關(guān)系:直線㈣離心泵的主要性能參數(shù)(CharacteristicParameters)2.1.2離心泵⒈流量:離心泵的流量是指單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際輸送的液體體積,以Q表示,其單位為m3/h。離心泵的流量與泵的結(jié)構(gòu)(如葉片的寬度、葉輪直徑等)及轉(zhuǎn)速有關(guān)。2.1.2離心泵⒉壓頭:又稱為泵的揚(yáng)程,是指泵對(duì)單位重量(1N)的液體所供應(yīng)的有效機(jī)械能,其單位為m。離心泵的壓頭與泵的結(jié)構(gòu)(如葉片的彎曲狀況、葉輪直徑等)、轉(zhuǎn)速及流量有關(guān)。對(duì)于確定的泵和轉(zhuǎn)速,壓頭與流量之間具有確定的關(guān)系。一般由試驗(yàn)測(cè)定。2.1.2離心泵⒊效率:①容積損失:由于泵的泄漏造成的損失;密封環(huán)、平衡孔及密封壓蓋等處;與泵的結(jié)構(gòu)及液體在泵進(jìn)、出口處的壓強(qiáng)差有關(guān);ηQ=實(shí)際流量/理論流量,85%~95%解決方法:運(yùn)用半開式和蔽式葉輪。(a)蔽式(b)半開式(c)開式(d)
雙吸式②機(jī)械損失:由軸與軸承、泵軸與填料函之間、葉輪蓋板外表面與液體之間均產(chǎn)生摩擦而引起的能量損失;ηM=不考慮機(jī)械損失時(shí)的軸功率/考慮損失的軸功率,96%~99%解決方法:蝸殼的形態(tài)按液體離開葉輪后的自由流淌軌跡螺旋線設(shè)計(jì);在葉輪與泵殼間裝一固定不動(dòng)的帶有葉片的導(dǎo)輪(diffuser),可削減此項(xiàng)能量損失。2.1.2離心泵③水力損失:葉輪通道和蝸殼時(shí)的摩擦阻力,泵局部處因流速和方向變更引起的環(huán)流和沖擊而產(chǎn)生的局部阻力;與泵的結(jié)構(gòu)、流量及液體的性質(zhì)等有關(guān);隨流量變更而變更;ηH=H/HT,80%~95%2.1.2離心泵總效率:小型泵:50~70%大型泵:90%左右2.1.2離心泵⒋功率:有效功率Ne:?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)泵對(duì)所輸送的液體所做的功軸功率N:泵軸所需的功率,即是電動(dòng)機(jī)傳給泵軸的功率電動(dòng)機(jī)功率:電動(dòng)機(jī)(原動(dòng)機(jī))所需功率=軸功率/傳動(dòng)效率√㈤離心泵的特性曲線(Characteristiccurves)及其影響因素2.1.2離心泵⒈離心泵的特性曲線:描述壓頭、軸功率、效率與流量關(guān)系(H~Q、N~Q、~Q)的曲線。對(duì)實(shí)際流體,這些曲線尚難以理論推導(dǎo),而是由試驗(yàn)測(cè)定。離心泵的特性曲線反映了泵的基本性能,由制造廠附于產(chǎn)品樣本中,是指導(dǎo)正確選擇和操作離心泵的主要依據(jù)。2.1.2離心泵H~Q曲線:表示泵的壓頭與流量的關(guān)系。注:一般,Q↑→H↓,這是因?yàn)榻邮芰四芰繐p失較小的后彎葉片;小流量時(shí)有駝峰,在駝峰旁邊操作時(shí),同一壓頭下有兩個(gè)不同的流量,操作不穩(wěn)定,壓頭損失大,故離心泵一般不應(yīng)在此區(qū)域內(nèi)操作。N~Q曲線:表示泵的軸功率與流量的關(guān)系。注:Q↑→N↑;Q=0時(shí),N≠0→Nmin;故:離心泵起動(dòng)時(shí),應(yīng)關(guān)閉泵的出口閥門,使起動(dòng)電流削減,以疼惜電機(jī)。2.1.2離心泵2.1.2離心泵η~Q曲線:注:隨流量增大,泵的效率曲線出現(xiàn)一極大值即最高效率點(diǎn),在與之對(duì)應(yīng)的流量下工作,泵的能量損失最小。設(shè)計(jì)點(diǎn)離心泵銘牌上標(biāo)出的H、Q、N性能參數(shù)即為最高效率時(shí)的數(shù)據(jù),稱為“最佳工況參數(shù)”。一般將最高效率值的92%的范圍稱為泵的高效區(qū),泵應(yīng)盡量在該范圍內(nèi)操作。⒉離心泵性能的變更和換算-影響因素:2.1.2離心泵①密度的影響:但是泵的軸功率隨體密度而變更:H、Q與ρ無關(guān);η亦與ρ無關(guān)②粘度的影響:μ↑→能量損失↑→H↓,Q↓,η↓,N↑液體粘度的變更將干脆變更其在離心泵內(nèi)的能量損失,因此,H~Q、N~Q、~Q曲線都將隨之而變。液體運(yùn)動(dòng)粘度<2010-6m2/s時(shí)影響不大,超過此值則應(yīng)進(jìn)行換算:Q’=CQ·QH’=CH·Hη’=Cη·ηCQ、CH、Cη見P107:Fig.2-17、18。2.1.2離心泵②粘度的影響:液體運(yùn)動(dòng)粘度
>2010-6m2/s時(shí)應(yīng)進(jìn)行換算:Q’=CQ·QH’=CH·Hη’=Cη·ηCQ、
CH、
Cη見P107:Fig.2-17、18。2.1.2離心泵2.1.2離心泵③葉輪轉(zhuǎn)速的影響:變更葉輪轉(zhuǎn)速來調(diào)整離心泵的流量是一種節(jié)能的操作方式。葉輪轉(zhuǎn)速的變更將使泵內(nèi)流體流淌狀態(tài)發(fā)生變更,其特性曲線隨之而變。當(dāng)轉(zhuǎn)速變更小于20%時(shí),可以認(rèn)為效率不變,此時(shí)各變量之間的近似關(guān)系為:─比例定律2.1.2離心泵③葉輪轉(zhuǎn)速的影響:當(dāng)轉(zhuǎn)速變更小于20%時(shí),可以認(rèn)為效率不變,此時(shí)各變量之間的近似關(guān)系為:─比例定律2.1.2離心泵④葉輪直徑的影響:由離心泵的基本方程式得知,當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速確定時(shí),其壓頭、流量與葉輪直徑有關(guān)。若對(duì)同一型號(hào)的泵,換用直徑較小的
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