2-2-離心泵教學(xué)課件

1、第二節(jié) 離心泵,離心泵的外觀,動(dòng)畫演示,一、離心泵的結(jié)構(gòu)和工作原理,(1) 葉輪,葉片(+蓋板),1. 主要部件,動(dòng)畫演示,動(dòng)畫演示,4-8個(gè)葉片（前彎、后彎，徑向）,液體通道,前蓋板、后蓋板，無(wú)蓋板,閉式葉輪,半開式,開式,液體入口中心(軸向),(2) 泵殼：,泵體的外殼，包圍葉輪,截面積逐漸擴(kuò)大的蝸牛殼形通道,液體出口切線(徑向),(3) 泵軸：垂直葉輪面，葉輪中心。,按吸液方式不同，葉輪可以分為 單吸式和雙吸式葉輪兩種。,動(dòng)畫演示,動(dòng)畫演示,動(dòng)畫演示,動(dòng)畫演示,2. 離心泵的工作原理,（1）原動(dòng)機(jī)軸葉輪，旋轉(zhuǎn),離心力,葉片間液體,由中心外圍,液體被做功,動(dòng)能,高速離開葉輪,動(dòng)畫演示,（2

2、）泵殼：,液體的匯集與能量的轉(zhuǎn)換裝置,（動(dòng)靜）,（3）吸上原理與氣縛現(xiàn)象,葉輪中心低壓的形成,p,若泵內(nèi)有氣，則,泵入口壓力,液體不能吸上,氣縛現(xiàn)象,故離心泵在啟動(dòng)前必須灌泵,液體高速離開,（4）軸封的作用,（5）平衡孔的作用,消除軸向推力,（6）導(dǎo)輪的作用,減少能量損失,動(dòng)畫,工作視頻,（1）流量qv、qm：,單位時(shí)間泵輸送的液體體積或質(zhì)量,（2）壓頭(揚(yáng)程)H：,物理意義:1N流體通過泵獲得的機(jī)械能。,J/N, m,Q、葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和n有關(guān),（3）軸功率P：,單位時(shí)間原動(dòng)機(jī)輸入泵軸的能量,有效功率Pe：,單位時(shí)間液體獲得的能量,二、離心泵的基本參數(shù)及方程,1. 基本參數(shù),汽蝕余量（Net

3、 Positive Suction Head）， 也叫凈正吸入頭 。,（5）NPSH,（4）總效率：,指有效功率與軸功率的比值，其定義為,2.速度三角形,對(duì)于兩個(gè)葉片之間的任意點(diǎn)都可以定義速度三角形，如圖2-3所示。其中包含三個(gè)速度： 當(dāng)?shù)刂芟蛩俣龋?其中 為葉輪角速度， 為該處半徑。 相對(duì)速度，其方向與相對(duì)坐標(biāo)系下的流線相切。 絕對(duì)速度，即前兩個(gè)速度 和 的矢量和。,圖2-3 葉輪速度三角形,葉片形狀分三種,葉片形狀對(duì)理論壓頭的影響,圖為 葉片形狀對(duì)理論壓頭的影響,前彎葉片所產(chǎn)生的理論壓頭最大，但實(shí)際中使用的都是后彎葉片（90）。,離心泵的HTqV關(guān)系,希望得到的是靜壓頭,不是動(dòng)壓頭。液體從

4、葉輪獲得的靜壓頭與動(dòng)壓頭的比例隨2變化。,結(jié)論：為提高泵的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，采用后彎葉片有利。,3.基本方程, 連續(xù)方程 葉輪內(nèi)的一維定態(tài)流動(dòng)的連續(xù)性方程為：,若為不可壓縮流體則有：,、,式中,qm、qv 葉輪內(nèi)的質(zhì)量流率和體積流率。,A1、A2是葉輪進(jìn)出口垂直于 vm1、vm2 的有效面積。, 能量方程,不考慮流動(dòng)阻力損失，則通過Bernoulli方程， 可得液體獲得的總壓頭為：,總壓頭H包括液體的靜壓頭增量 HS和動(dòng)壓頭增量 HD。,其中靜壓頭增量又由兩部分作用組成：,離心力做功。液體獲得的這部分壓頭可表示為：,式中 F為單位體積液體所受離心力，即：,能量轉(zhuǎn)換。 因?yàn)槿~片間流通面積擴(kuò)大，導(dǎo)致的

5、動(dòng)壓能向靜 壓能轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的壓頭可以表示為 。,因而總壓頭可由下式計(jì)算：,根據(jù)速度三角形中的幾何關(guān)系：,最后得到離心泵的基本方程式為：,為提高壓頭 H,常使1=90,則有：,1.離心泵的特性曲線,HqV,PaqV,qV,廠家實(shí)驗(yàn)測(cè)定 產(chǎn)品說明書,20C清水,通常是在額定轉(zhuǎn)速和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（20C）下用清水的測(cè)定值，泵的特性曲線有三組：,將離心泵的H、Pa、與qV之間的關(guān)系曲線稱為離心泵的特性曲線。,實(shí)際特性曲線測(cè)定,三、離心泵的特性曲線,離心泵的特性曲線, qv曲線：小qv，；大qv，。,說明：,Heqv曲線， qv，He。 qv很小時(shí)可能例外,Pa qv曲線： qv，Pa。大流量大電機(jī)功率,因此，

6、啟動(dòng)離心泵時(shí)一定要關(guān)閉出口閥,并注意泵的銘牌與max對(duì)應(yīng)的性能參數(shù),故泵選型時(shí)需考慮He、qV與max,qV隨變化曲線使泵操作條件下具有：,工程上將max點(diǎn)定義為泵的額定點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的流量稱為額定 流量。一般將低于max7%以內(nèi)范圍的工作區(qū)域稱為高效區(qū)。,max,2.特性曲線的變工況修正, 流體性質(zhì)（、）：,密度：, , (Pa、Pe) ,（He，qv ，）與無(wú)關(guān)；,粘度：, 則,工作流體較20水差別大時(shí),參數(shù)和曲線變化, 轉(zhuǎn)速n比例定律：,比例定律是對(duì)用同一泵輸送同種液體時(shí)，在等效率 條件下推導(dǎo)出的。要求：n/n 20%,Hf ，He，qv，Pa, 葉輪直徑D切割定律,對(duì)用于輸送同一液體的相同型

7、號(hào)的離心泵， 當(dāng)葉輪直徑D的切割量5%時(shí)，其效率不變。此時(shí)，特性曲線變化符合切割定律：,1. 汽蝕現(xiàn)象,四、離心泵的可靠運(yùn)行,安裝高度：,問題：,液面到泵入口處的垂直距離(Hg),安裝高度有無(wú)限制？,Hg，則p1,當(dāng)p1pv，,葉輪中心汽化汽泡,被拋向外圍,凝結(jié)局部真空,壓力升高,周圍液體高速?zèng)_向汽泡中心, 撞擊葉片(水錘),伴隨現(xiàn)象,泵體振動(dòng)并發(fā)出噪音,He, qv , 嚴(yán)重時(shí)不送液,長(zhǎng)時(shí)間水錘沖擊和化學(xué)腐蝕，損壞葉片,對(duì)0-01-1截面列B.E. ：,汽蝕現(xiàn)象,動(dòng)畫演示,臨界汽蝕余量(NPSH)c與必需汽蝕余量(NPSH)r 1-1截面至K-K截面列B.E.,當(dāng)qv一定時(shí)，p1降低， pk

8、也相應(yīng)降低，當(dāng)泵內(nèi)剛發(fā)生汽蝕時(shí)， pk=pv， p1= p1，min,安裝高度 ，汽蝕,問題：如何確定Hg的上限,2.汽蝕余量（NPSH）,也稱凈正吸入壓頭(net positive suction head，即NPSH),實(shí)際汽蝕余量：,當(dāng)qv一定而且流動(dòng)已進(jìn)入阻力平方區(qū)時(shí)，臨界氣蝕余量(NPSH)c只與泵的結(jié)構(gòu)有關(guān)，即泵的一個(gè)抗汽蝕性能參數(shù)。此時(shí)必需氣蝕余量：,臨界汽蝕余量：,3. 最大安裝高度Hg,max與最大允許安裝高度Hg,0-0至K-K截面列B.E.,最大允許安裝高度Hg,（5）允許吸上真空度：指泵入口處壓力p1允許達(dá)到的最大真空度，通常由廠家測(cè)定。,（1）汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因： 安

9、裝高度太高； 被輸送流體的溫度太高，液體蒸汽壓過高； 吸入管路阻力或壓頭損失太高。,4. 討論,（3） Hg,maxqv。 qv，則Hg,max，保險(xiǎn) 用可能的最大qv計(jì)算Hg,max；,（2）計(jì)算出的Hg,max0時(shí), 低于貯槽液面安裝；,（4）安裝泵時(shí)為保險(xiǎn)， Hg比Hg,max還要小0.5至1米；,單級(jí)泵；多級(jí)泵,單吸泵；雙吸泵,動(dòng)畫演示,動(dòng)畫演示,問題： 工作時(shí)，qv, He, Pa, =? 1.離心泵的工作點(diǎn),五、離心泵的工作點(diǎn)和調(diào)節(jié),例題2-1 某輸水泵在n=1480rpm下的特性方程為：H=38 40Q2，管路特性方程為：H=18+460Q2，Q-m3/min。試求： (1) 該

10、泵的工作流量Q與揚(yáng)程H (2) n=1700rpm時(shí)的流量Q與揚(yáng)程H (3) n時(shí)若軸功率為3.2kW，則該泵的效率=？,解：(1) 聯(lián)立泵與管路特性方程，可得：,H=38 40Q2,H=18+460Q2,與管路特性方程聯(lián)立，可得：Q= 0.253m3/min；H= 47.4m,(2) 根據(jù)泵流量調(diào)節(jié)比例定律，有：,則該泵在n轉(zhuǎn)速下的特性方程為：,化簡(jiǎn)，得：,故該泵的工作流量Q與揚(yáng)程H為： Q= 0.2m3/min；H= 36.4m,(3),=Pe/Pa=1.96/3.2=61.3%,泵裝于管路 工作點(diǎn)（He ,qv) qv =泵供流量=管路流量 He=泵供壓頭=流體的壓頭,說明： 工作點(diǎn)泵的

11、特性&管路的特性 工作點(diǎn)確定：聯(lián)解兩特性方程作圖，兩曲線交點(diǎn),工作點(diǎn)（qv,He,Pa,） 泵的實(shí)際工作狀態(tài),【例2-2】 如例題附圖所示，某供液系統(tǒng)的輸水量為40m3/h，輸水管均為894.5mm的鋼管，已知水泵吸入管路的阻力損失為0.47m水柱，壓出管路的阻力損失為0.8m水柱，壓力表的讀數(shù)為0.245MPa，兩表間高度差為0.3m且阻力損失可忽略，泵距輸水液面的垂直距離為5m。若當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?50mmHg，試求： （1）該泵吸入管路上真空表的讀數(shù)； （2）該泵的揚(yáng)程； （3）若該泵的效率65，求其軸功率。,例2-2附圖,解：（1）由題意，知管內(nèi)流速為：,對(duì)1-1截面至2-2截面之間列機(jī)械

12、能衡算式，可得：,以1-1截面為基準(zhǔn)面，則：z1=0，z2=5m，p1= 0（表）， u10，u2=2.21m/s，Hf(1-2)=0.47m。則有：,因此，吸入管路上真空表讀數(shù)為：p2= 56.0kPa=420mmHg,（2）在壓力表22截面與真空表33截面列Bernoulli方程， 若以1-1截面為基準(zhǔn)面，則：z2=5m，z3=5.3m，p2= 56.0kPa， p3=245kPa（表），u2=u3=u，,故泵的揚(yáng)程為：,（3）根據(jù)泵軸功率的定義，當(dāng)泵效率為65時(shí)，則所求 泵的軸功率為：,關(guān)小出口閥 le 管特線變陡 工作點(diǎn)左上移 He，qv 開大出口閥 le 管特線變緩 工作點(diǎn)右下移 H

13、e，qv,2. 流量調(diào)節(jié),改變流量,改變泵的特性,改變工作點(diǎn),改變管路特性,（3）車削葉輪直徑,（2）改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速改變泵的特性 n泵Heqv曲線上移工作點(diǎn)右上移，He，qv,泵的流量Q額時(shí)，為節(jié)能采用,（1）改變出口閥開度管路特性,3、泵的串聯(lián)與并聯(lián) 并聯(lián)泵的合成特征曲線,兩臺(tái)完全相同的泵并聯(lián)，在相同揚(yáng)程H的條件下，并聯(lián)組合泵的流量qv為單臺(tái)泵的2倍，即：, 串聯(lián)泵的合成特征曲線,兩臺(tái)完全相同的泵串聯(lián)，在相同qv的條件下，串聯(lián)組合泵的壓頭為單臺(tái)泵的2倍，即：, 泵的組合方式的選擇,若以增大流量為目的，對(duì)低阻管路，并聯(lián)比串聯(lián)獲得的qV增量多，并聯(lián)優(yōu)于串聯(lián)；反之對(duì)高阻管路，串聯(lián)則優(yōu)于并聯(lián)。,六、離

14、心泵的類型與選用,1.離心泵的類型,按輸送液體的性質(zhì)不同，可分為：,清水泵：輸送清水或相近、無(wú)腐蝕、雜質(zhì)較少的液體。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低。最常用的清水泵是單級(jí)單吸式的，系列代號(hào)為IS，如：,泵 IS 50 - 32 - 250 表示：,吸入管直徑,壓出管直徑,葉輪尺寸,清水泵標(biāo)準(zhǔn)的另一形式,如:4B91-2900-55,輸水管直徑,揚(yáng)程,轉(zhuǎn)速,電機(jī)功率,動(dòng)畫演示,雜質(zhì)泵：輸送含有固體顆粒的液體、及稠厚的漿液， 葉輪流道寬，葉片數(shù)少。 系列代號(hào)P,油泵：輸送石油產(chǎn)品的泵，要求有良好的密封性。 系列代號(hào)Y,2.離心泵的選用,(1)根據(jù)液體的性質(zhì)確定泵的類型；,(2)確定管路流量和所需外加壓頭； qV最大生產(chǎn)任務(wù)要求，He管路的特性方程,耐腐蝕泵：輸送酸、堿、鹽等腐蝕性的液體，用耐腐蝕材料制成，要求密封可靠。 系列代號(hào) F,(3)根據(jù)所需qv和He確定泵的型號(hào)； 查性能表或曲線，要求泵的HT和qv與管路所需相適應(yīng)； 若需qv有變，以最大qv為準(zhǔn)，He應(yīng)以最大qv值查找； 若泵的HT和qv與管路所需不符，在相鄰型號(hào)中找HT和qv都