8-化工原理-劉雪暖-第2章流體輸送機械2解析

（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)點的圓周速度相同，與葉片形態(tài)無關，取決于轉(zhuǎn)速和半徑。u=πDn/60=ωr相對速度ω：液體質(zhì)點相對于葉片的運動速度，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。2.1.2離心泵確定速度c：液體質(zhì)點相對于固定泵殼的速度。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運動軌跡與葉片的形態(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、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口到出口漸漸擴大，故有：ω2＜ω1。⒉理論壓頭HT：2.1.2離心泵假設液體為志向流體，沿任何一個葉片對葉輪進出口截面列柏努利方程，可得單位重量流體從旋轉(zhuǎn)的葉輪獲得的機械能，即離心泵的理論壓頭或揚程：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)的葉輪獲得的機械能，即離心泵的理論壓頭或揚程：靜壓頭：動壓頭：⒉理論壓頭HT：2.1.2離心泵由離心泵理論壓頭H的計算公式可知凡是影響速度三角形的因素都會影響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、出口直徑，b1、b2為葉輪進、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，但泵的進、出口壓差△P≈ρgH因此：離心泵啟動之前要進行“灌泵”，防止泵的進、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：當入口速度三角形的夾角a1等于90o，即液體從半徑方向進入葉輪（無預旋進液）時，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離心泵可以將相對速度ω2表達為理論流量QT

的函數(shù)：2.1.2離心泵⑷HT

~QT的關系：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間內(nèi)實際輸送的液體體積，以Q表示，其單位為m3/h。離心泵的流量與泵的結構(如葉片的寬度、葉輪直徑等)及轉(zhuǎn)速有關。2.1.2離心泵⒉壓頭：又稱為泵的揚程，是指泵對單位重量（1N）的液體所供應的有效機械能，其單位為m。離心泵的壓頭與泵的結構(如葉片的彎曲狀況、葉輪直徑等)、轉(zhuǎn)速及流量有關。對于確定的泵和轉(zhuǎn)速，壓頭與流量之間具有確定的關系。一般由試驗測定。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；與泵的結構及液體在泵進、出口處的壓強差有關；ηQ=實際流量/理論流量，85%~95%解決方法：運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=不考慮機械損失時的軸功率/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計；在葉輪與泵殼間裝一固定不動的帶有葉片的導輪（diffuser），可削減此項能量損失。2.1.2離心泵③水力損失：葉輪通道和蝸殼時的摩擦阻力，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；與泵的結構、流量及液體的性質(zhì)等有關；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：單位時間內(nèi)泵對所輸送的液體所做的功軸功率N：泵軸所需的功率，即是電動機傳給泵軸的功率電動機功率：電動機（原動機）所需功率=軸功率/傳動效率√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、效率與流量關系（H～Q、N～Q、～Q）的曲線。對實際流體，這些曲線尚難以理論推導，而是由試驗測定。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系。注：一般，Q↑→H↓，這是因為接受了能量損失較小的后彎葉片；小流量時有駝峰，在駝峰旁邊操作時，同一壓頭下有兩個不同的流量，操作不穩(wěn)定，壓頭損失大，故離心泵一般不應在此區(qū)域內(nèi)操作。N～Q曲線：表示泵的軸功率與流量的關系。注：Q↑→N↑；Q=0時，N≠0→Nmin；故：離心泵起動時，應關閉泵的出口閥門，使起動電流削減，以疼惜電機。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，在與之對應的流量下工作，泵的能量損失最小。設計點離心泵銘牌上標出的H、Q、N性能參數(shù)即為最高效率時的數(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；η亦與ρ無關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。液體運動粘度<2010-6m2/s時影響不大，超過此值則應進行換算：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：液體運動粘度

>2010-6m2/s時應進行換算：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。當轉(zhuǎn)速變更小于20%時，可以認為效率不變，此時各變量之間的近似關系為：─比例定律2.1.2離心泵③葉輪轉(zhuǎn)速的影響：當轉(zhuǎn)速變更小于20%時，可以認為效率不變，此時各變量之間的近似關系為：─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，當泵的轉(zhuǎn)速確定時，其壓頭、流量與葉輪直徑有關。若對同一型號的泵，換用直徑較小的