第二章流體輸送機械2

Hgpa1100p1<pa,p1

有一定真空度，真空度越高，吸力越大,Hg

越大。

當(dāng)p1

小于一定值后(p1<pv,pv

為環(huán)境溫度下液體的飽和蒸汽壓)，將發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。

pv100℃=760mmHg,pv40℃=55.32mmHg五、離心泵的安裝高度和氣蝕現(xiàn)象

1氣蝕現(xiàn)象氣蝕現(xiàn)象

當(dāng)離心泵的進(jìn)口壓力小于環(huán)境溫度下的液體的飽和蒸汽壓時，將有大量的蒸汽液體中逸出，并與氣體混合形成許多小氣泡。當(dāng)氣泡到達(dá)高壓區(qū)時，蒸汽凝結(jié)，氣泡破裂，液體質(zhì)點快速沖向氣泡中心，質(zhì)點相互碰撞，產(chǎn)生很高的局部壓力。如果氣泡在金屬表面破裂凝結(jié)，則會以較大的力打擊金屬表面，使其遭到破壞，并產(chǎn)生震動，這種現(xiàn)象稱為“氣蝕現(xiàn)象”。氣蝕現(xiàn)象一旦發(fā)生，會造成很大的破壞作用，應(yīng)盡量避免。為避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，應(yīng)限制p1不能太低，或Hg不能太大，即泵的安裝高度不能太高。安裝高度Hg的計算方法一般有兩種：允許吸上真空高度法；氣蝕余量法。2安裝高度允許吸上真空高度HsP1為泵入口處所允許的最低絕對壓強。（2-8）式中pa—大氣壓，N/m2

ρ—被輸送液體密度，kg/m3

Hgp01100如何用允許吸上真空高度確定泵的安裝高度？

取截面0-0，1-1，并以截面0-0為基準(zhǔn)面，在兩截面間柏努利方程，可得Hg—泵的安裝高度；u2/2g—進(jìn)口管動能；∑Hf—進(jìn)口管阻力;Hs

—允許吸上真空高度，由泵的生產(chǎn)廠家給出。提高Hg的方法

若貯槽為敞口，則p0為大氣壓pa，則有提高Hg的方法：改變結(jié)構(gòu)(另選一Hs大的泵)；降低進(jìn)口管段流速；降低進(jìn)口管阻力(選擇較大的進(jìn)口管徑、減少進(jìn)口管路程、盡量少安裝管件、閥等)。

泵制造廠只能給出Hs值，而不能直接給出Hg值。因為每臺泵使用條件不同，吸入管路的布置情況也各異，有不同的u2/2g和∑Hf值，所以，只能由使用單位根據(jù)吸入管路具體的布置情況，由計算確定Hg。問題：泵制造廠能直接給出泵的安裝高度嗎？原因：在泵的說明書中所給出的Hs是大氣壓為10mH2O，水溫為20℃狀態(tài)下的數(shù)值。如果泵的使用條件與該狀態(tài)不同時，則應(yīng)把樣本上所給出的Hs值，按式換算成操作條件下的Hs’值。

泵允許吸上真空高度的換算Hs’=[Hs＋(Ha－10)－(Hv－0.24)](2-11)式中Hs’—操作條件下輸送水時允許吸上真空高度，mH2O；

Hs—泵樣本中給出的允許吸上真空高度，H2O；Ha—泵工作處的大氣壓，mH2O；Hv

—泵工作溫度下水的飽和蒸汽壓，mH2O；0.24—實驗條件下水的飽和蒸汽壓，mH2O。

泵安裝地點的海拔越高，大氣壓力就越低，允許吸上真空高度就越小。輸送液體的溫度越高，所對應(yīng)的飽和蒸汽壓就越高，這時，泵的允許吸上真空高度也就越小。海拔高度↑，液體溫度↑→Hg↓不同海拔高度時大氣壓力值可查表。Hs’=[Hs＋(Ha－10)－(Hv－0.24)](2-11)

汽蝕余量Δh是指離心泵入口處，液體的靜壓頭p1/ρg與動壓頭u12/2g之和超過液體在操作溫度下的飽和蒸汽壓頭pv/ρg的某一最小指定值，即汽蝕余量式中h—汽蝕余量，m；

pv—操作溫度下液體飽和蒸汽壓，N/m2。如何利用汽蝕余量確定泵的安裝高度？可導(dǎo)出汽蝕余量

Δh與允許安裝高度Hg之間關(guān)系為上式中p0為液面上方的壓力，若為敞口液面則p0=pa。

只要已知允許吸上真空高Hs與汽蝕余量中的任一個參數(shù)，均可確定泵的安裝高度。

注：泵性能表上的值也是按輸送20℃水而規(guī)定的。當(dāng)輸送其它液體時，需進(jìn)行校正。具體校正方法可參閱有關(guān)文獻(xiàn)。

例題：某離心泵在樣本中查得允許吸上真空度為6m，現(xiàn)將泵安裝在海拔高度500m處，水溫40度，問若吸入管路壓頭損失為1m，動壓頭為0.2m，該泵安裝在離水面5m高處是否合適？解：水40℃，Pv=55.32mmHg,500m處Pa=9.74mH2O，

Hv=55.32/760×10.3=0.75mH2O

Ha=9.74mH2O

Hs’=Hs+(Ha-10)-(Hv-0.24)=6+(9.74-10)-(0.75-0.24)=5.23

Hg=Hs’－u21/2g－∑Hf

=5.23－0.2－1=4.03m

計算的允許安裝高度值(4.03m)低于實際安裝高度值(5m),因此泵安裝高度不合適。

用油泵從貯罐向反應(yīng)器輸送異丁烷，密度530kg/m3，罐內(nèi)液面恒定，且上方絕對壓強為6.65kgf/cm2，吸入管壓頭損失為1.6m，飽和蒸汽壓為6.5kgf/cm2，泵的氣蝕余量為3.5m，確定泵的安裝高度。（ψ=0.9）

Po=6.65×98100PaPV=6.5×98100Pa∑Hf=1.6m△h’=0.9×3.5=3.15mHg=-1.92m

泵應(yīng)安裝于罐液面下1.92m之下解：

離心泵在特定管路系統(tǒng)中工作時，液體要求泵供給的壓頭Ｈ可由柏努利方程式求得，即

六、離心泵的工作點

當(dāng)離心泵安裝在一定的管路系統(tǒng)中工作時，其壓頭和流量不僅與離心泵本身的特性有關(guān)，而且還取決于管路的工作特性。

1管路特性曲線

上式可簡化為

Ｈ＝Ａ＋

∑Hf與管路中液體流量無關(guān)，在輸液高度和壓力不變的情況下為一常數(shù)，以符號Ａ表示。若貯槽與受槽的截面都很大，該處流速與管路相比可忽略不計.此式中壓頭損失為

式中Q為管路系統(tǒng)的流量，m3/s對于特定的管路系統(tǒng)，l、le、d均為定值，若流體在該管路中流動已進(jìn)入阻力平方區(qū),λ為常數(shù)則式可簡化為Ｈ＝Ａ＋BQ2

上式表明：在特定管路中輸送液體時，所需壓頭Ｈ隨液體流量Q的平方而變化，此關(guān)系所描繪的Ｈ－Q曲線，稱為管路特性曲線。它表示在特定的管路中，壓頭隨流量的變化關(guān)系。

注意：管路特性曲線的形狀與管路布置及操作條件有關(guān)，而與泵的性能無關(guān)。離心泵的特性曲線H-Q與其所在管路的特性曲線He-Qe的交點稱為泵在該管路的工作點，如圖所示。H=HeQ=QeQ或QeH-QMHe-QeH或He

工作點所對應(yīng)的流量與壓頭既滿足管路系統(tǒng)的要求，又為離心泵所能提供。

2工作點

（dutypoint）工作點所對應(yīng)的流量Q與壓頭Ｈ既是管路系統(tǒng)所要求，又是離心泵所能提供的;若工作點所對應(yīng)效率是在最高效率區(qū)，則該工作點是適宜的。泵的工作點表示某離心泵的特性曲線可用以下方程表示:H=20-2Q2(式中H單位為m，Q單位為m3／min)。若用該泵將20℃水從貯槽輸送到某設(shè)備．已知管路系統(tǒng)中為16m,輸送管路直徑為140mm×4.5mm,管路總長為200m(包括所有管部阻力的當(dāng)量長度，但調(diào)節(jié)閥為全開)，摩擦系數(shù)為定值,可取為0.02。試求離心泵的工作流量和壓頭。改變離心泵的轉(zhuǎn)速或改變?nèi)~輪外徑，以改變泵的特性曲線。

調(diào)節(jié)流量實質(zhì)上就是改變離心泵的特性曲線或管路特性曲線，從而改變泵的工作點。離心泵的流量調(diào)節(jié)，通常從兩方面考慮：兩者均可以改變泵的工作點，以調(diào)節(jié)流量。在排出管線上裝適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)閥，以改變管路特性曲線；七、

流量調(diào)節(jié)

當(dāng)閥門關(guān)小時，管路局部阻力加大，管路特性曲線變陡，泵的工作點由M移到M1。流量由QM減小到QM1。

改變閥門開度以調(diào)節(jié)流量，實質(zhì)是用開大或關(guān)小閥門的方法來改變管路特性曲線。M1M

M2QM1

QM

QM2

Q或QeH或HeH-Q12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，工作點移到M2，流量加大到QM2。1改變閥門的開度

要把泵的轉(zhuǎn)數(shù)提高到n1，泵的特性曲線就上移到nM1位置，工作點由M移到M1，流量和壓頭都相應(yīng)加大;

改變離心泵的轉(zhuǎn)數(shù)以調(diào)節(jié)流量，實質(zhì)上是維持管路特性曲線不變，而改變泵的特性曲線。M1M

M2Q或QeH或HeH-QHe-Qen1nn2若把泵的轉(zhuǎn)數(shù)降到n2，泵的特性曲線就移到nM2位置，工作點移到M2，流量和壓頭都相應(yīng)地減小。2改變泵的轉(zhuǎn)數(shù)

車削葉輪的外徑是離心泵調(diào)節(jié)流量的一種獨特方法。在車床上將泵葉輪的外徑車小，流量變小,但調(diào)節(jié)范圍不大,且直徑減小不當(dāng)會降低泵的效率,生產(chǎn)上很少采用。3車削葉輪的外徑采用什么方法來調(diào)節(jié)流量，關(guān)系到能耗問題。

改變閥門開度調(diào)節(jié)流量方法簡便，應(yīng)用廣泛。但關(guān)小閥門會使阻力加大，因而需要多消耗一部分能量以克服附加的阻力，該法不經(jīng)濟的。

改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量可保持管路特性曲線不變，流量隨轉(zhuǎn)速下降而減小，動力消耗也相應(yīng)降低，因節(jié)能效果顯著，但需要變速裝置，難以做到流量連續(xù)調(diào)節(jié)。

4幾種流量調(diào)節(jié)方法的比較改變?nèi)~輪直徑可改變泵的特性曲線，但可調(diào)節(jié)流量范圍不大，且直徑減小不當(dāng)還會降低泵的效率。

在輸送流體量不大的管路中，一般都用閥門來調(diào)節(jié)流量，只有在輸液量很大的管路才考慮使用調(diào)速的方法。

在實際工作中，當(dāng)單臺離心泵不能滿足輸送任務(wù)的要求或者為適應(yīng)生產(chǎn)大幅度變化而動用備用泵時，都會遇到泵的并聯(lián)與串聯(lián)使用問題。這里僅討論二臺性能相同泵的并聯(lián)與串聯(lián)的操作情況。八、

并聯(lián)與串聯(lián)操作聯(lián)合特性曲線的作法：在每一個壓頭條件下，使一臺泵操作時的特性曲線上的流量增大一倍而得出。

當(dāng)一臺泵的流量不夠時，可以用兩臺泵并聯(lián)操作，以增大流量。1并聯(lián)操作He-Qe0HHH并ⅠⅡQQQ并曲線Ｉ表示一臺泵的特性曲線曲線Ⅱ表示兩臺相同的泵并聯(lián)操作時的聯(lián)合特性曲線注意：對于同一管路，其并聯(lián)操作時泵的流量不會增大一倍，如圖所示。因為兩臺泵并聯(lián)后，流量增大，管路阻力亦增大。Q并<2Q

當(dāng)生產(chǎn)上需要利用原有泵提高泵的壓頭時，可以考慮將泵串聯(lián)使用。

兩臺相同型號的泵串聯(lián)工作時，每臺泵的壓頭和流量也是相同的。在同樣的流量下，串聯(lián)泵的壓頭為單臺泵的兩倍。0HHH串QQQ串ⅠⅡ

聯(lián)合特性曲線的作法：將單臺泵的特性曲線Ｉ的縱坐標(biāo)加倍，橫坐標(biāo)保持不變，可求得兩臺泵串聯(lián)后的聯(lián)合特性曲線

Ⅱ

，

H串<2H2串聯(lián)操作九、離心泵的類型、選擇與使用1類型（1）水泵（2）耐腐蝕泵（3）油泵（2）雜質(zhì)泵（1）確定輸送系統(tǒng)的流量與壓頭

流量一般為生產(chǎn)任務(wù)所規(guī)定。根據(jù)輸送系統(tǒng)管路的安排，用柏努利方程式計算管路所需的壓頭。

選擇離心泵的基本原則，是以能滿足液體輸送的工藝要求為前提的。選擇步驟為：2離心泵的選擇（2）選擇泵的類型與型號根據(jù)輸送液體性質(zhì)和操作條件確定泵的類型；按確定的流量Qe和壓頭Qe從泵樣本產(chǎn)品目錄選出合適的型號，點(QeHe)的坐標(biāo)位置應(yīng)靠在泵的高效率范圍所對應(yīng)的H-Q。如果沒有適合的型號，則應(yīng)選定泵的壓頭和流量都稍大的型號；如果同時有幾個型號適合，則應(yīng)列表比較選定；按所選定型號，進(jìn)一步查出其詳細(xì)性能數(shù)據(jù)。

（3）校核泵的特性參數(shù)如果輸送液體的粘度和密度與水相差很大，則應(yīng)核算泵的流量與壓頭及軸功率。3離心泵的安裝與操作（1）安裝：①安裝高度不能太高，應(yīng)小于允許安裝高度。②設(shè)法