語文201211發(fā)給學(xué)生的課件-離心泵

4.2.2.2離心泵的工作原理及基本方程(1)離心泵的工作原理

灌泵→啟動→葉輪旋轉(zhuǎn)帶動液體產(chǎn)生離心力→液體不斷被甩向葉輪出口→葉輪進(jìn)口處壓力↓→吸液罐和葉輪進(jìn)口中心線處的液體之間形成壓差→吸液罐的液體壓差作用→流體經(jīng)吸入室進(jìn)入葉輪→使泵連續(xù)地工作。(2)離心泵工作特點(diǎn):▲利用離心力獲得能量▲液體連續(xù)勻整吸入▲需先灌泵，否則產(chǎn)生氣縛現(xiàn)象(3)離心泵的基本方程--歐拉方程表示旋轉(zhuǎn)葉輪傳遞給單位重量液體的能量，亦稱為理論揚(yáng)程。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

或

此式也稱為歐拉其次方程式。式中：第一項(xiàng)是液體在圓周運(yùn)動中，由于離心力的作用使液體獲得的靜能頭；其次項(xiàng)是葉片間流道擴(kuò)大使液體相對速度減小而增加的靜能頭；第三項(xiàng)是液體經(jīng)過葉輪葉片入口和出口后因確定速度的變更而增加的動能，即液體獲得的動能頭。對于志向葉輪有:

對于實(shí)際葉輪,考慮有限葉片數(shù)受滑移的影響,較無限多葉片數(shù)葉輪做功實(shí)力減小,在離心泵中常運(yùn)用如下的兩個半閱歷公式計(jì)算:

▲斯陀道拉公式猶如在離心壓縮機(jī)中一樣，該式表示為▲普夫菜德爾公式4.3離心泵的吸入特性——汽蝕4.3.1汽蝕發(fā)生的機(jī)理及危害(1)汽蝕發(fā)生的機(jī)理4.3.1.2汽蝕余量及汽蝕判別泵內(nèi)最低壓力點(diǎn)：通常位于葉輪葉片進(jìn)口稍后的K點(diǎn)旁邊。當(dāng)pk≤pv時，泵發(fā)生汽蝕，故pk=pv是泵發(fā)生汽蝕的界限。(1)有效汽蝕余量（NPSHa）指液流自吸液罐(池)經(jīng)吸入管路到達(dá)泵吸入口后，高出汽化壓力pv所富余的那部分能量頭，用NPSHa表示，即

由柏努利方程可得:

有效汽蝕余量數(shù)值的大小與泵吸入裝置的條件,如吸液罐表面的壓力、吸入管路的幾何安裝高度、阻力損失、液體的性質(zhì)和溫度等有關(guān)，而與泵本身的結(jié)構(gòu)尺寸等無關(guān)，故又稱其為泵吸入裝置的有效汽蝕余量。(2)泵必需的汽蝕余量（NPSHr）泵必需的汽蝕余量是表示泵入口到葉輪內(nèi)最低壓力點(diǎn)K處的靜壓能量頭降低值，用NPSHr表示為:式中:c0--葉輪進(jìn)口0截面上的液體確定流速；w1--葉片進(jìn)口1截面上的液體相對流速；λ1為確定流速及流淌損失引起的壓降能頭系數(shù)，λ1＝1.05～1.3；λ2為液體繞流葉片的壓降能頭系數(shù)，一般狀況下,λ2＝0.2～0.4。明顯，pk比ps值降低愈少，則NPSHr值愈小，泵愈不易發(fā)生汽蝕?？梢?NPSHr的主要影響因素是泵的結(jié)構(gòu),如吸入室,葉輪進(jìn)口幾何形態(tài),及轉(zhuǎn)速,流量等,與管路系統(tǒng)無關(guān)。所以,NPSHr在確定程度上表示了泵本身的抗汽蝕性能。

(3)泵發(fā)生汽蝕時的條件NPSHa＞NPSHr，泵不發(fā)生汽蝕NPSHa＝NPSHr，泵起先發(fā)生汽蝕NPSHa＜NPSHr，泵嚴(yán)峻汽蝕

上式即為離心泵發(fā)生汽蝕的判別式，亦稱為汽蝕基本方程式。(4)臨界汽蝕余量NPSHc當(dāng)NPSHa降到使pk=pv時,液體起先汽化,因此,此時的NPSHa就是使泵不發(fā)生汽蝕的臨界值,稱為臨界汽蝕余量,用NPSHc表示,即:NPSHa＝NPSHc＝NPSHr通過汽蝕試驗(yàn)確定的就是臨界汽蝕余量NPSHc。(5)允許汽蝕余量[NPSH]在實(shí)際運(yùn)用中,為了避開泵內(nèi)發(fā)生汽蝕,?？紤]確定的平安余量,即得允許汽蝕余量[NPSH]。[NPSH]=NPSHc+(0.3-0.5)m或[NPSH]=(1.1-1.3)NPSHc則防止汽蝕的條件為:NPSHa≥[NPSH](6)吸上真空高度如儲液池液面上的壓力為pa，則

式中:Hs為吸上真空高度;pa當(dāng)?shù)卮髿鈮骸＠肗PSHa＝NPSHr的條件，可得臨界狀態(tài)下泵起先發(fā)生汽蝕時的吸上真空高度,即最大吸上真空度。

即最大吸上真空度為:式中:pa-當(dāng)?shù)卮髿鈮?Pa-吸液池液面上壓力;pv-汽化壓力;cs-泵入口處速度。為了保證離心泵平安運(yùn)轉(zhuǎn)而不發(fā)生汽蝕，要求吸上真空度Hs＜Hsmax,即運(yùn)用允許吸上真空度:[Hs]=(Hs)max-0.5mHs≤[Hs]Hs還可表達(dá)為

由式可以看出，減小泵前吸上裝置的安裝高度Hg等，可減小吸上真空度，故減小Hg是防止泵發(fā)生汽蝕的重要措施。(7)吸入特性

[NPSH]-qv曲線:向上彎曲的二次拋物線;[Hs]-qv曲線:向下彎曲的二次拋物線;(8)泵的允許幾何安裝高度[Hg]

由NPSHa≥[NPSH]或Hs≤[Hs]離心泵不發(fā)生汽蝕的條件確定泵的允許幾何安裝高度,使Hg≤[Hg]。

4.3.1.3提高離心泵抗汽蝕性能的措施(1)提高離心泵本身抗汽蝕性能-NPSHr↓▲改進(jìn)泵的吸入口至葉輪葉片入口旁邊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)●增大葉片入口寬度b1，b1↑,則w1↓；●將葉片進(jìn)口邊向吸入口延長,使液流提前增加能量;●接受長短葉片葉輪,改善入口處液流分布;●適當(dāng)增加葉輪前蓋板進(jìn)口段的曲率半徑Ru,以減小液流急劇加速而引起的壓降；●適當(dāng)減小葉片進(jìn)口的厚度,并將葉片進(jìn)口修圓使其接近流線型，以減小繞流葉片頭部的加速與降壓;●減小葉輪和葉片進(jìn)口部分的表面粗糙度以減小阻力損失。以上措施均可使λ1和λ2有所減小。▲接受前置誘導(dǎo)輪使液流在前置誘導(dǎo)輪中提前接受誘導(dǎo)葉片做功，以提高液流的壓力。▲接受雙吸式葉輪液流從葉輪兩側(cè)同時進(jìn)入葉輪，進(jìn)口截面增加一倍，進(jìn)口流速可減小一倍?！邮芸蛊麪T的材料選用抗汽蝕性能強(qiáng)的材料制造葉輪,以延長運(yùn)用壽命。實(shí)踐證明，材料的強(qiáng)度,硬度,韌性越高,化學(xué)穩(wěn)定性越好，抗汽蝕的性能越強(qiáng)。▲假如條件許可,可削減泵的轉(zhuǎn)速及流量.(2)提高進(jìn)液裝置汽蝕余量的措施-NPSHa↑▲增加泵前儲液罐中液面上的壓力pA;▲合理確定泵的安裝高度Hg≤[Hg];▲將吸上裝置改為倒罐裝置,使Hg減小;▲削減泵前管路上的流淌損失ΔHA-S;4.3.2離心泵的性能及調(diào)整4.3.2.1離心泵的運(yùn)行特性(1)泵的特性曲線(1)泵的特性曲線泵特性曲線的特點(diǎn):▲泵確定,n確定,僅有一組H-qv,N-Qv,η-qv曲線;▲泵內(nèi)流淌困難,性能曲線要由試驗(yàn)獲得;▲試驗(yàn)條件:一般20℃清水作介質(zhì),當(dāng)輸送流體黏度與水相差大時,要進(jìn)行換算.(2)管路特性曲線指管路確定時,液體流過管路須要外界賜予單位重量液體的能量L與流量qv間的關(guān)系曲線,由柏努利方程可得:(3)離心泵與管路聯(lián)合工作--工作點(diǎn)的確定滿足能量平衡,流量平衡的條件.(4)泵的不穩(wěn)定工況泵的特性曲線為駝峰型曲線時,可能和管路特性曲線相交于K和N兩點(diǎn)。其中N點(diǎn)為穩(wěn)定工況，而K點(diǎn)為不穩(wěn)定工況,當(dāng)泵在K點(diǎn)工作時，會因某種擾動因素而離開K點(diǎn)。(5)泵在不穩(wěn)定工況下工作的判別(6)造成泵不穩(wěn)定工作須要兩個條件：其一，是泵具有駝峰狀的性能曲線；其二，是管路中有能自由升降的液面或其他能儲存和釋放能量的部分。

4.3.2.2離心泵運(yùn)行工況的調(diào)整(1)變更泵特性曲線的調(diào)整▲轉(zhuǎn)速調(diào)整

▲切割葉輪外徑調(diào)整

▲泵的并聯(lián)或串聯(lián)調(diào)整▲變更前置導(dǎo)葉葉片角度調(diào)整

▲變更半開式葉輪葉片端部間隙調(diào)整(2)變更裝置特性曲線的調(diào)整▲變更泵出口調(diào)整閥--閘閥調(diào)整

▲液位調(diào)整

▲旁路分流調(diào)整

4.3.4相像理論在泵中的應(yīng)用4.3.4.1泵的相像條件兩臺泵流淌相像應(yīng)具備幾何相像和運(yùn)動相像,而運(yùn)動相像僅要求葉輪進(jìn)口速度三角形相像。符合相像條件的泵稱為相像泵.4.3.4.2相像定律和比例定律二臺幾何相像泵,如在對應(yīng)點(diǎn)A,A’的流淌相像,則該對應(yīng)工況點(diǎn)A,A’稱為相像工況。(1)相像定律兩泵在相像工況下的性能參數(shù)符合相像定律表達(dá)式。

式中:λl為尺寸比例系數(shù)。

相像定律表達(dá)式.說明:▲相像定律反映了二臺幾何相像泵,在相像條件下,性能參數(shù)H,qv,N之間的換算關(guān)系?！捎糜谠O(shè)計(jì)新泵,即相像設(shè)計(jì)?！蛇M(jìn)行性能換算?！嘞穸芍唤鉀Q了性能換算的問題,而不能用于判別相像泵。(2)比例定律同一臺泵,在不同轉(zhuǎn)速下相像工況的性能參數(shù)與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系式為:比例定律是相像定律的一種特例。比例定律表示了同一臺泵在不同轉(zhuǎn)速下,相像工況點(diǎn)的qv,H,N與n的關(guān)系.

(3)相像拋物線4.3.4.4比轉(zhuǎn)數(shù)(1)比轉(zhuǎn)數(shù)

比轉(zhuǎn)數(shù)用來判別離心泵工況相像的相像準(zhǔn)數(shù)。假如在幾何相像泵中能用性能參數(shù)之間的某一綜合參數(shù)來判別是否為相像工況，則不必證明運(yùn)動相像，即可便利地應(yīng)用相像定律,為此建立了比轉(zhuǎn)數(shù)的概念。(2)比轉(zhuǎn)數(shù)的計(jì)算式

式中:qV--流量,m3/s;H--揚(yáng)程,m;n--轉(zhuǎn)速,rpm;雙吸泵的葉輪番量除以2，多級泵揚(yáng)程除以級數(shù)。(3)比轉(zhuǎn)數(shù)的性質(zhì)▲說明幾何相像泵,在相像工況下,ns是相等的,所以,可作為幾何相像泵的工況相像判別數(shù)?！鴑s是工況的函數(shù),不同的工況,ns不同,為便利起見,取最高效率點(diǎn)下的H,qv值代入計(jì)算ns?！鴑s與葉輪形態(tài),葉片形態(tài)及性能曲線有關(guān),故ns可作為分類泵的依據(jù)。(4)汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)

汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)的說明:▲說明幾何相像,運(yùn)動相像的泵,C是相等的,所以,可作為泵汽蝕性能的判別數(shù)?！鳦是工況的函數(shù),為便利起見,取最高效率點(diǎn)下的參數(shù)值代入計(jì)算?！鳦值可表示泵汽蝕性能的好壞,NPSHr↓,則汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)C↑,表示泵抗汽蝕性能↑?！鳦值的大小與泵揚(yáng)程無關(guān),即與泵出口參數(shù)無關(guān),所以提高泵的抗汽蝕性能,只須要探討泵入口部分的幾何參數(shù)即可。4.3.4.5切割定律及泵的高效工作范圍(1)切割定律轉(zhuǎn)速固定的泵，僅有一條揚(yáng)程流量曲線。為了擴(kuò)大其工作范圍，可接受切割葉輪外徑的方法，使工作范圍由一條線變成一個面，切割葉輪前后的性能參數(shù)變更關(guān)系，可近似的由切割定律來表達(dá)。

式中右上角打撇的參數(shù)為切割后的參數(shù)，D2為葉輪外徑。運(yùn)用切割定律的切割量不能太大,閱歷表明，允許的最大相對切割量與比轉(zhuǎn)數(shù)ns有關(guān)，表4-4為葉輪外徑允