2流體輸送機械課件

第二章流體輸送機械2.1概述2.2離心泵操作性能方程2.3離心泵的工作點和流量調(diào)節(jié)2.4離心泵安裝高度限制2.5離心泵的類型與選型第二章流體輸送機械2.1概述12.1概述如何選用流體輸送機械？2.1.1問題的提出：機械功是如何被加入到體系中的？是什么樣的輸送機械？其原理、結(jié)構(gòu)是怎么樣的？2.1概述如何選用流體輸送機械？2.1.1問題的提出2(3)簡單了解往復泵、漩渦泵等的工作原理、特性、流量調(diào)節(jié)方法、安裝要點及適應范圍等；學習本章的基本要求：具體要求如下：了解流體輸送機械的作用原理、簡單結(jié)構(gòu)、主要性能參數(shù)、選型的依據(jù)及使用注意事項。要求能根據(jù)生產(chǎn)任務的要求和管路特性選擇合適的輸送機械，并能正確安裝使用。(1)了解流體輸送設備在化工生產(chǎn)中的地位，應用及分類；(2)掌握離心泵的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、主要特性參數(shù)、特性曲線及其應用、流體調(diào)節(jié)、串并聯(lián)特性、泵的安裝、操作注意事項及選型等；(3)簡單了解往復泵、漩渦泵等的工作原理、特性、流量調(diào)節(jié)方3流體輸送設備：對流體做功以完成輸送任務的機械或設備。流體輸送設備是化工廠和其它領域所最常用的機械設備。生產(chǎn)上對流體輸送的要求：輸送的流體流量和壓頭各不相同；流體種類繁多、性質(zhì)千差萬別；溫度、壓力等操作條件也有較大的差別。流體輸送設備：對流體做功以完成輸送任務的機生產(chǎn)上對流體輸送的4流體輸送機械分類：為液體提供能量的輸送設備稱為泵。離心泵往復泵其它類型泵為氣體提供能量的輸送設備則按不同情況分別稱為機或泵。離心通風機、鼓風機與壓縮機旋轉(zhuǎn)鼓風機與壓縮機往復壓縮機真空泵流體輸送機械分類：為液體提供能量的輸送設備稱為泵。離心泵往復52.1.2離心泵(CentrifugalPumps)簡介1.離心泵的結(jié)構(gòu)主要部件：1)葉輪：作用是將原動機的機械能傳給液體，使液體的靜壓能和動能均有所提高。蔽式：前后有蓋板，葉輪后蓋板上開有若干個平衡小孔，以平衡一部分軸向推力。半蔽式：只有后蓋板，后蓋板上開有若干個平衡小孔。敞式(開式)：前后無蓋板。2.1.2離心泵(CentrifugalPumps)簡6蔽式效率最高，適用于輸送潔凈的液體，不適于輸送漿料或含懸浮物的液體。

半蔽式和敞式效率較低，常用于輸送漿料或懸浮液。2)泵殼(蝸殼)：作用是匯集內(nèi)葉輪拋出的液體，同時將高速液體的部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。原因是殼形狀為蝸殼形，流道截面逐漸增大，u↓，p↑。4)軸封裝置：泵軸與泵殼之間的密封稱為軸封。作用是防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿軸的四周漏出，或者外界空氣以相反方向漏入泵殼內(nèi)。3)泵軸：葉輪緊固于泵軸上。蔽式效率最高，適用于輸送潔凈的液體，不適于2)泵殼(蝸殼)72.離心泵的工作原理啟動前，須灌泵，以防產(chǎn)生氣縛；啟動電機后，泵軸帶動葉輪一起旋轉(zhuǎn)；在離心慣性力的作用下，中心吸入，邊緣壓出；流體進入泵殼后，動能下降，靜壓能升高，進入管路。2.離心泵的工作原理啟動前，須灌泵，以啟動電機后，泵軸帶在83.離心泵的操作啟動：啟動前灌泵完畢后，此時關閉出口閥啟動，這時所需的泵的軸功率最小，啟動電流較小，以保護電機。啟動后漸漸開啟出口閥。停泵：要先關閉出口閥后再停機，這樣可避免排出管內(nèi)的水柱倒沖泵殼內(nèi)葉輪、葉片，以延長泵的使用壽命。3.離心泵的操作啟動：啟動前灌泵完畢后，此時關閉出口閥啟停92.2

離心泵操作性能方程2.2.1離心泵的主要性能參數(shù)1.流量V：液體在泵出口截面的流量；2.揚程He(壓頭)：離心泵對單位重量液體所提供的有效能量(出口截面總機械能與進口截面總

機械能的差)，J/N=m；揚程與升揚高度(Δz)的區(qū)別：2.2離心泵操作性能方程2.2.1離心泵的主要性能參103.有效功率Ne：單位時間內(nèi)液體從泵處獲得的機械能，W(J/s)，Ne=(gV)He；4.軸功率Na：電機(外界)輸入泵的功率；5.效率η：有效功率與軸功率之比。η

=Ne/Na能量損失包括：(1)容積損失：漏液(2)水力損失：阻力(3)機械損失：摩擦3.有效功率Ne：單位時間內(nèi)液體從泵處獲得的4.軸功率N112.2.2離心泵的性能曲線(特征方程)1.理論曲線(基本方程式)d.入口角α1

=90°。1)假設如下的理想情況：a.定態(tài)過程；b.μ=0(輸送的是理想液體)，Hf=0(流動中無流動阻力)；c.離心泵葉輪的葉片數(shù)目無窮多個，葉片的厚度為無限薄。(液體質(zhì)點是沿葉片彎曲表面流動，不發(fā)生任何環(huán)流現(xiàn)象。)2.2.2離心泵的性能曲線(特征方程)1.理論曲線(基122)液體質(zhì)點在葉輪內(nèi)的運動情況分析：三種點速度：圓周速度u1、u2：葉輪帶動流體質(zhì)點作回旋運動的速度，方向與所處圓周的切線方向一致；相對速度w1、w2：液體沿葉片表面運動的速度，其方向為液體質(zhì)點所處葉片處的切線方向，其大小也與液體流量、流道形狀有關。絕對速度c1、c2：以上兩種速度的矢量合成速度。2)液體質(zhì)點在葉輪內(nèi)的運動情況分析：三種點速度：圓周速度u13兩個夾角：α：u與cβ(離角)：w與-uu、w、c形成“速度三角形”，由余弦定理：且有以下關系式成立：VT：通過葉輪的流量b2：葉輪出口處的寬度流量為外圓周面積乘以c2的徑向分量。兩個夾角：α：u與cβ(離角)：w與-uu、w、c形成“速143)離心泵基本方程式(歐拉方程)的推導：理論揚程HT：每牛頓液體自葉輪內(nèi)緣流至葉輪外緣其總機械能的增量。HT和VT為直線關系3)離心泵基本方程式(歐拉方程)的推導：理論揚程HT：每牛154)離心泵基本方程式的討論a.當泵葉輪葉片的幾何尺寸(b2,β2)一定，且理論流量(VT)一定時，離心泵的理論壓頭(HT)隨葉輪轉(zhuǎn)速(n或ω)或直徑(r2)的增大而增大。4)離心泵基本方程式的討論a.當泵葉輪葉片的幾何尺寸(b16b.β2對HT～V的影響出口角β2與葉片幾何形狀的關系c)前彎葉片β2>90°，ctgβ2<0。a)后彎葉片β2<90°，ctgβ2>0；b)徑向葉片β2=90°，ctgβ2=0；b.β2對HT～V的影響出口角β2與葉片幾何形狀的關系c)17后彎葉片β2<90°：對離心泵來說較為理想。徑向葉片：內(nèi)耗大；前彎葉片：電機選型困難，渦流損失大；后彎葉片β2<90°：對離心泵來說較為理想。徑向葉片：內(nèi)182.實際離心泵的性能曲線④泵內(nèi)有各種泄漏現(xiàn)象，實際的V小于VT。1)實際的H～V線實際情況為：①

葉片數(shù)目有限，葉片間流道較寬，葉片對液體流束的約束減小，使HT有所降低；②

液體在葉片間流道內(nèi)流動時存在軸向渦流，導致泵的壓頭降低；③液體具有粘性；實際的H～V曲線由實驗測定。2.實際離心泵的性能曲線④泵內(nèi)有各種泄漏現(xiàn)象，1)實際192)離心泵的特性曲線轉(zhuǎn)速n一定時，1atm、20℃的清水為工質(zhì)，由實驗測得He～V，Na～V，η～V這三條曲線稱為特性曲線。He=A-BV2最高效率對應的流量、軸功率、揚程是標在泵銘牌上的性能參數(shù)。2)離心泵的特性曲線轉(zhuǎn)速n一定時，1atm、20℃的清水為20說明：①He~V曲線：V，He，V很小時可能例外。呈拋物線He=A-BV2

②Na~V曲線：V，Na。大流量大電機，當V=0，Na最小關閉出口閥啟動泵，啟動電流最小。③

η~V曲線：V，η先后，存在一最高效率點，此點稱為設計點。V與ηmax對應的He，V，Na值稱為最佳工況參數(shù)，也是銘牌所標值。泵的高效率區(qū)η大于等于92%ηmax，這一區(qū)域定為泵的運轉(zhuǎn)范圍。說明：①He~V曲線：V，He，V很小時可能例外。212.2.3離心泵性能的改變與換算密度：故ρ與VT無關；He、也與無關；Ne

=

ρgVHe故ρ，Na、Ne都。粘度：1.流體的性質(zhì)，He、V、；Na。2.2.3離心泵性能的改變與換算密度：故ρ與VT無關；H222.轉(zhuǎn)速的影響—比例定律n的變化在20%以內(nèi)時：3.葉輪直徑的影響—切割定律D的變化在-5%以內(nèi)時：2.轉(zhuǎn)速的影響—比例定律n的變化在20%以內(nèi)232.3離心泵的工作點和流量調(diào)節(jié)2.3.1管路特性曲線假設將液體從低位槽1通過離心泵送到高位槽21-1’～2-2’截面間列伯努利方程:2.3離心泵的工作點和流量調(diào)節(jié)2.3.1管路特性曲線24實際生產(chǎn)中，流速多在阻力平方區(qū)，λ為定值，所以K為常數(shù)。綜上，管路特性曲線方程為：He=H0＋KV2實際生產(chǎn)中，流速多在阻力平方區(qū)，λ為定值，綜上，管路特性曲線25由圖可見，對低阻力管路(K較小)，曲線較平坦(線1)；高阻力管路(K較大)，曲線較陡峭(線2)。VHe12管路特性曲線圖由圖可見，VHe12管路特性曲線圖262.3.2工作點(workingpoint)所謂離心泵的工作點M是指離心泵在特定的管路系統(tǒng)中運轉(zhuǎn)時所提供的揚程和流量下恰好等同于管路所需的揚程和流量。1.作圖法求M點：離心泵的性能曲線與管路特性曲線的交點即為M點。2.計算法求M點：聯(lián)立He=A-BV2

He=H0＋KV22.3.2工作點(workingpoint)所謂離心272.3.3離心泵的流量調(diào)節(jié)如果工作點的流量大于或小于所需的輸液量，則須進行流量調(diào)節(jié)，實際上是改變泵的工作點。1.調(diào)節(jié)管路特性曲線：如改變出口閥的開度2.3.3離心泵的流量調(diào)節(jié)如果工作點的流量大于或小于所需282.調(diào)節(jié)泵的性能曲線：改變泵的轉(zhuǎn)速或葉輪直徑2.調(diào)節(jié)泵的性能曲線：改變泵的轉(zhuǎn)速或葉輪直徑293.上述兩種方法的比較1)用閥門調(diào)節(jié)流量快速方便，且流量可以連續(xù)變化，化工生產(chǎn)中應用最廣。其缺點是閥門關小時，流動阻力增加，要額外消耗一部分功率，且使泵在低效率點工作，經(jīng)濟上不合理。2)第二種方法在泵給出的流量壓頭不滿足輸送壓頭時，可以換葉輪或改變轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)。不額外增加流動阻力，變化前后泵的效率幾乎不變，能量利用經(jīng)濟。但調(diào)節(jié)不方便，且變速裝置或變速電動機價格貴，一般只有在調(diào)節(jié)幅度大，時間又長的季節(jié)性調(diào)節(jié)中才使用。3.上述兩種方法的比較1)用閥門調(diào)節(jié)流量快速方便，且流量302.3.3離心泵的組合操作1.前提：離心泵型號相同，吸入管路相同，則兩泵的流量和揚程必相同。兩泵串聯(lián)的合成特性曲線：原則：流量相同，揚程相加；將單泵的特性曲線縱坐標加倍，橫坐標不變。2.泵的串聯(lián)2.3.3離心泵的組合操作1.前提：離心泵型號相同，吸31串聯(lián)工作點：串聯(lián)的合成特性曲線與管路特性曲線的交點C即為新工作點。兩泵串聯(lián)系統(tǒng)管路特性曲線不變。H串＞H單，V串＞V單，但H串＜2H單單泵在b點工作設單泵的特性曲線：H＝A-BV2兩泵串聯(lián)的合成特性曲線：H串＝2A-2BV2串聯(lián)工作點：串聯(lián)的合成特性曲線與管路特性曲線的交點C即為新工323.泵的并聯(lián)兩泵并聯(lián)的合成特性曲線：原則：揚程相同，流量相加；將單泵的特性曲線縱坐標不變，橫坐標加倍。并聯(lián)工作點：并聯(lián)的合成特性曲線與管路特性曲線的交點C即為工作點。兩泵并聯(lián)的合成特性曲線:H并＝A-B(V/2)2設單泵的特性曲線：H＝A-BV2V并＞V單，H并＞H單，但V并＜2V單單泵在b點工作3.泵的并聯(lián)兩泵并聯(lián)的合成特性曲線：并聯(lián)工作點：并聯(lián)的合成334.組合方式的選擇1)對管路特性曲線①而言，V1并=V1串，并、串聯(lián)相同。3)對管路特性曲線③而言，V3并＜V3串，采用串聯(lián)。(高阻管路)2)對管路特性曲線②而言，V2并＞V2串，采用并聯(lián)。(低阻管路)低并高串4.組合方式的選擇1)對管路特性曲線①而言，3)對管路342.4離心泵安裝高度限制2.4.1問題的提出相同的工作點(管路、泵)，泵的安裝高度不同，能否都能正常工作？泵的安裝以不發(fā)生汽蝕現(xiàn)象為依據(jù)。2.4離心泵安裝高度限制2.4.1問題的提出相同的工作352.4.2離心泵的氣蝕現(xiàn)象(Cavitation)汽蝕現(xiàn)象外在表現(xiàn)：會產(chǎn)生噪音和震動，葉輪局部地方在巨大沖擊力的反復作用下，材料表面疲勞，從點蝕到形成嚴重的蜂窩狀空洞，損壞葉片。泵的流量，壓頭和效率急劇下降，嚴重時甚至吸不上液體。2.4.2離心泵的氣蝕現(xiàn)象(Cavitation)汽蝕現(xiàn)361.氣蝕的過程：a.設泵能夠正常工作，則：Hg↑，pK↓，pK

=pV時，產(chǎn)生汽泡;p0—大氣壓；Hg—汲上高度(安裝高度)；pK—葉輪中心最低壓強；pV——操作溫度下液體的飽和蒸汽壓。b.汽泡隨液體沿葉片從低壓區(qū)→高壓區(qū)，這時汽泡迅速凝結(jié)或破裂。1.氣蝕的過程：a.設泵能夠正常工作，則：Hg↑，pK↓373.避免途徑：pK要高于輸送液體溫度下的飽和蒸汽壓。c.汽泡凝結(jié)后產(chǎn)生局部真空，周圍液體以極高速流向空穴(原汽泡占據(jù)空間)。并對葉輪產(chǎn)生沖擊(相當于幾百atm=幾萬kPa)，沖擊頻率高達幾萬次，使葉輪或泵殼受到損壞。2.產(chǎn)生條件：Hg變化和輸入管路的阻力。實質(zhì)：葉輪中心pK太小。3.避免途徑：pK要高于輸送液體溫度下的飽和c.汽泡凝382.4.3正常操作必須滿足的條件1.以水為工質(zhì)pK/(ρg)≥pV/(ρg)+ee—“安全余量”，約為0.3～0.5m。我國e＝0.3m。2.特殊液體pK/(ρg)≥pV/(ρg)+0.32.4.3正常操作必須滿足的條件1.以水為工質(zhì)pK/(ρ392.4.4最大安裝高度Hg,max的計算1.通過允許汽蝕余量△h允計算在1－k截面間列B’seq：指離心泵入口靜壓頭與動壓頭之和，超過輸送液體在操作溫度下的飽和蒸汽壓頭的最小允許值。2.4.4最大安裝高度Hg,max的計算1.通過允許汽蝕40最大安裝高度：一般△h允與泵的結(jié)構(gòu)和尺寸有關，由實驗測定，并同標繪于性能曲線圖上。實驗條件為大氣壓10.33mH2O，20℃清水，適用于任何液體。最大安裝高度：一般△h允與泵的結(jié)構(gòu)和尺寸有關，由實驗測定，實412.通過允許吸上真空高度Hs計算在1－2截面間列B’seq：2.通過允許吸上真空高度Hs計算在1－2截面間列B’se422.5離心泵的類型與選型2.5.1離心泵的類型1.清水泵(IS型，D型，S型)按葉輪數(shù)目劃分：單級(一般場合)，IS型，如IS50-32-125多級(高壓頭場合，葉輪級數(shù)一般為2-9級)，D型，200D-43×9按葉輪吸入方式劃分：單吸雙吸(大流量場合)，S型，100S90A2.5離心泵的類型與選型2.5.1離心泵的類型1.清432.耐腐蝕泵(F型)輸送酸、堿腐蝕液體3.油泵(Y型)輸送石油產(chǎn)品以及易燃易爆化學液體4.雜質(zhì)泵(P型)輸送稠厚漿液及懸浮液，分污水泵、砂泵和泥漿泵2.耐腐蝕泵(F型)3.油泵(Y型)4.雜質(zhì)泵(P型)442.5.2離心泵的選型1.根據(jù)液體的性質(zhì)確定類型2.確定管路流量和所需外加壓頭V生產(chǎn)任務，He管路的特性方程3.根據(jù)所需V和He確定泵的型號4.進行Na的校核2.5.2離心泵的選型1.根據(jù)液體的性質(zhì)確定類型2.確452.5.3離心泵的安裝與操作②盡量減少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少；調(diào)節(jié)閥裝于出口管路。安裝：①安裝高度應小于允許安裝高度；操作：①啟動前應灌泵，并排氣；②應在出口閥關閉的情況下啟動泵；③停泵前先關閉出口閥，以免損壞葉輪；④經(jīng)常檢查軸封情況。2.5.3離心泵的安裝與操作②盡量減少吸入管路阻力，短、46往復泵1.工作原理往復泵1.工作原理472.與離心泵的區(qū)別1)He～V曲線為一垂線，He與V無關。工作點由He～V和He’～V的交點確定。2)正位移性泵的排液能力只與活塞位移有關，而與管路情況無關，壓頭受管路的承壓能力所限制，這種特性稱為正位移性。這種泵稱為正位移泵。往復泵是正位移泵之一。4)往復泵不需灌液，具有自吸能力。但是，安裝高度過高，會發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。3)流量調(diào)節(jié)采用旁路調(diào)節(jié)，不能用出口閥來調(diào)節(jié)。2.與離心泵的區(qū)別1)He～V曲線為一垂線，He與V無關48第二章流體輸送機械2.1概述2.2離心泵操作性能方程2.3離心泵的工作點和流量調(diào)節(jié)2.4離心泵安裝高度限制2.5離心泵的類型與選型第二章流體輸送機械2.1概述492.1概述如何選用流體輸送機械？2.1.1問題的提出：機械功是如何被加入到體系中的？是什么樣的輸送機械？其原理、結(jié)構(gòu)是怎么樣的？2.1概述如何選用流體輸送機械？2.1.1問題的提出50(3)簡單了解往復泵、漩渦泵等的工作原理、特性、流量調(diào)節(jié)方法、安裝要點及適應范圍等；學習本章的基本要求：具體要求如下：了解流體輸送機械的作用原理、簡單結(jié)構(gòu)、主要性能參數(shù)、選型的依據(jù)及使用注意事項。要求能根據(jù)生產(chǎn)任務的要求和管路特性選擇合適的輸送機械，并能正確安裝使用。(1)了解流體輸送設備在化工生產(chǎn)中的地位，應用及分類；(2)掌握離心泵的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、主要特性參數(shù)、特性曲線及其應用、流體調(diào)節(jié)、串并聯(lián)特性、泵的安裝、操作注意事項及選型等；(3)簡單了解往復泵、漩渦泵等的工作原理、特性、流量調(diào)節(jié)方51流體輸送設備：對流體做功以完成輸送任務的機械或設備。流體輸送設備是化工廠和其它領域所最常用的機械設備。生產(chǎn)上對流體輸送的要求：輸送的流體流量和壓頭各不相同；流體種類繁多、性質(zhì)千差萬別；溫度、壓力等操作條件也有較大的差別。流體輸送設備：對流體做功以完成輸送任務的機生產(chǎn)上對流體輸送的52流體輸送機械分類：為液體提供能量的輸送設備稱為泵。離心泵往復泵其它類型泵為氣體提供能量的輸送設備則按不同情況分別稱為機或泵。離心通風機、鼓風機與壓縮機旋轉(zhuǎn)鼓風機與壓縮機往復壓縮機真空泵流體輸送機械分類：為液體提供能量的輸送設備稱為泵。離心泵往復532.1.2離心泵(CentrifugalPumps)簡介1.離心泵的結(jié)構(gòu)主要部件：1)葉輪：作用是將原動機的機械能傳給液體，使液體的靜壓能和動能均有所提高。蔽式：前后有蓋板，葉輪后蓋板上開有若干個平衡小孔，以平衡一部分軸向推力。半蔽式：只有后蓋板，后蓋板上開有若干個平衡小孔。敞式(開式)：前后無蓋板。2.1.2離心泵(CentrifugalPumps)簡54蔽式效率最高，適用于輸送潔凈的液體，不適于輸送漿料或含懸浮物的液體。

半蔽式和敞式效率較低，常用于輸送漿料或懸浮液。2)泵殼(蝸殼)：作用是匯集內(nèi)葉輪拋出的液體，同時將高速液體的部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。原因是殼形狀為蝸殼形，流道截面逐漸增大，u↓，p↑。4)軸封裝置：泵軸與泵殼之間的密封稱為軸封。作用是防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿軸的四周漏出，或者外界空氣以相反方向漏入泵殼內(nèi)。3)泵軸：葉輪緊固于泵軸上。蔽式效率最高，適用于輸送潔凈的液體，不適于2)泵殼(蝸殼)552.離心泵的工作原理啟動前，須灌泵，以防產(chǎn)生氣縛；啟動電機后，泵軸帶動葉輪一起旋轉(zhuǎn)；在離心慣性力的作用下，中心吸入，邊緣壓出；流體進入泵殼后，動能下降，靜壓能升高，進入管路。2.離心泵的工作原理啟動前，須灌泵，以啟動電機后，泵軸帶在563.離心泵的操作啟動：啟動前灌泵完畢后，此時關閉出口閥啟動，這時所需的泵的軸功率最小，啟動電流較小，以保護電機。啟動后漸漸開啟出口閥。停泵：要先關閉出口閥后再停機，這樣可避免排出管內(nèi)的水柱倒沖泵殼內(nèi)葉輪、葉片，以延長泵的使用壽命。3.離心泵的操作啟動：啟動前灌泵完畢后，此時關閉出口閥啟停572.2

離心泵操作性能方程2.2.1離心泵的主要性能參數(shù)1.流量V：液體在泵出口截面的流量；2.揚程He(壓頭)：離心泵對單位重量液體所提供的有效能量(出口截面總機械能與進口截面總

機械能的差)，J/N=m；揚程與升揚高度(Δz)的區(qū)別：2.2離心泵操作性能方程2.2.1離心泵的主要性能參583.有效功率Ne：單位時間內(nèi)液體從泵處獲得的機械能，W(J/s)，Ne=(gV)He；4.軸功率Na：電機(外界)輸入泵的功率；5.效率η：有效功率與軸功率之比。η

=Ne/Na能量損失包括：(1)容積損失：漏液(2)水力損失：阻力(3)機械損失：摩擦3.有效功率Ne：單位時間內(nèi)液體從泵處獲得的4.軸功率N592.2.2離心泵的性能曲線(特征方程)1.理論曲線(基本方程式)d.入口角α1

=90°。1)假設如下的理想情況：a.定態(tài)過程；b.μ=0(輸送的是理想液體)，Hf=0(流動中無流動阻力)；c.離心泵葉輪的葉片數(shù)目無窮多個，葉片的厚度為無限薄。(液體質(zhì)點是沿葉片彎曲表面流動，不發(fā)生任何環(huán)流現(xiàn)象。)2.2.2離心泵的性能曲線(特征方程)1.理論曲線(基602)液體質(zhì)點在葉輪內(nèi)的運動情況分析：三種點速度：圓周速度u1、u2：葉輪帶動流體質(zhì)點作回旋運動的速度，方向與所處圓周的切線方向一致；相對速度w1、w2：液體沿葉片表面運動的速度，其方向為液體質(zhì)點所處葉片處的切線方向，其大小也與液體流量、流道形狀有關。絕對速度c1、c2：以上兩種速度的矢量合成速度。2)液體質(zhì)點在葉輪內(nèi)的運動情況分析：三種點速度：圓周速度u61兩個夾角：α：u與cβ(離角)：w與-uu、w、c形成“速度三角形”，由余弦定理：且有以下關系式成立：VT：通過葉輪的流量b2：葉輪出口處的寬度流量為外圓周面積乘以c2的徑向分量。兩個夾角：α：u與cβ(離角)：w與-uu、w、c形成“速623)離心泵基本方程式(歐拉方程)的推導：理論揚程HT：每牛頓液體自葉輪內(nèi)緣流至葉輪外緣其總機械能的增量。HT和VT為直線關系3)離心泵基本方程式(歐拉方程)的推導：理論揚程HT：每牛634)離心泵基本方程式的討論a.當泵葉輪葉片的幾何尺寸(b2,β2)一定，且理論流量(VT)一定時，離心泵的理論壓頭(HT)隨葉輪轉(zhuǎn)速(n或ω)或直徑(r2)的增大而增大。4)離心泵基本方程式的討論a.當泵葉輪葉片的幾何尺寸(b64b.β2對HT～V的影響出口角β2與葉片幾何形狀的關系c)前彎葉片β2>90°，ctgβ2<0。a)后彎葉片β2<90°，ctgβ2>0；b)徑向葉片β2=90°，ctgβ2=0；b.β2對HT～V的影響出口角β2與葉片幾何形狀的關系c)65后彎葉片β2<90°：對離心泵來說較為理想。徑向葉片：內(nèi)耗大；前彎葉片：電機選型困難，渦流損失大；后彎葉片β2<90°：對離心泵來說較為理想。徑向葉片：內(nèi)662.實際離心泵的性能曲線④泵內(nèi)有各種泄漏現(xiàn)象，實際的V小于VT。1)實際的H～V線實際情況為：①

葉片數(shù)目有限，葉片間流道較寬，葉片對液體流束的約束減小，使HT有所降低；②

液體在葉片間流道內(nèi)流動時存在軸向渦流，導致泵的壓頭降低；③液體具有粘性；實際的H～V曲線由實驗測定。2.實際離心泵的性能曲線④泵內(nèi)有各種泄漏現(xiàn)象，1)實際672)離心泵的特性曲線轉(zhuǎn)速n一定時，1atm、20℃的清水為工質(zhì)，由實驗測得He～V，Na～V，η～V這三條曲線稱為特性曲線。He=A-BV2最高效率對應的流量、軸功率、揚程是標在泵銘牌上的性能參數(shù)。2)離心泵的特性曲線轉(zhuǎn)速n一定時，1atm、20℃的清水為68說明：①He~V曲線：V，He，V很小時可能例外。呈拋物線He=A-BV2

②Na~V曲線：V，Na。大流量大電機，當V=0，Na最小關閉出口閥啟動泵，啟動電流最小。③

η~V曲線：V，η先后，存在一最高效率點，此點稱為設計點。V與ηmax對應的He，V，Na值稱為最佳工況參數(shù)，也是銘牌所標值。泵的高效率區(qū)η大于等于92%ηmax，這一區(qū)域定為泵的運轉(zhuǎn)范圍。說明：①He~V曲線：V，He，V很小時可能例外。692.2.3離心泵性能的改變與換算密度：故ρ與VT無關；He、也與無關；Ne

=

ρgVHe故ρ，Na、Ne都。粘度：1.流體的性質(zhì)，He、V、；Na。2.2.3離心泵性能的改變與換算密度：故ρ與VT無關；H702.轉(zhuǎn)速的影響—比例定律n的變化在20%以內(nèi)時：3.葉輪直徑的影響—切割定律D的變化在-5%以內(nèi)時：2.轉(zhuǎn)速的影響—比例定律n的變化在20%以內(nèi)712.3離心泵的工作點和流量調(diào)節(jié)2.3.1管路特性曲線假設將液體從低位槽1通過離心泵送到高位槽21-1’～2-2’截面間列伯努利方程:2.3離心泵的工作點和流量調(diào)節(jié)2.3.1管路特性曲線72實際生產(chǎn)中，流速多在阻力平方區(qū)，λ為定值，所以K為常數(shù)。綜上，管路特性曲線方程為：He=H0＋KV2實際生產(chǎn)中，流速多在阻力平方區(qū)，λ為定值，綜上，管路特性曲線73由圖可見，對低阻力管路(K較小)，曲線較平坦(線1)；高阻力管路(K較大)，曲線較陡峭(線2)。VHe12管路特性曲線圖由圖可見，VHe12管路特性曲線圖742.3.2工作點(workingpoint)所謂離心泵的工作點M是指離心泵在特定的管路系統(tǒng)中運轉(zhuǎn)時所提供的揚程和流量下恰好等同于管路所需的揚程和流量。1.作圖法求M點：離心泵的性能曲線與管路特性曲線的交點即為M點。2.計算法求M點：聯(lián)立He=A-BV2

He=H0＋KV22.3.2工作點(workingpoint)所謂離心752.3.3離心泵的流量調(diào)節(jié)如果工作點的流量大于或小于所需的輸液量，則須進行流量調(diào)節(jié)，實際上是改變泵的工作點。1.調(diào)節(jié)管路特性曲線：如改變出口閥的開度2.3.3離心泵的流量調(diào)節(jié)如果工作點的流量大于或小于所需762.調(diào)節(jié)泵的性能曲線：改變泵的轉(zhuǎn)速或葉輪直徑2.調(diào)節(jié)泵的性能曲線：改變泵的轉(zhuǎn)速或葉輪直徑773.上述兩種方法的比較1)用閥門調(diào)節(jié)流量快速方便，且流量可以連續(xù)變化，化工生產(chǎn)中應用最廣。其缺點是閥門關小時，流動阻力增加，要額外消耗一部分功率，且使泵在低效率點工作，經(jīng)濟上不合理。2)第二種方法在泵給出的流量壓頭不滿足輸送壓頭時，可以換葉輪或改變轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)。不額外增加流動阻力，變化前后泵的效率幾乎不變，能量利用經(jīng)濟。但調(diào)節(jié)不方便，且變速裝置或變速電動機價格貴，一般只有在調(diào)節(jié)幅度大，時間又長的季節(jié)性調(diào)節(jié)中才使用。3.上述兩種方法的比較1)用閥門調(diào)節(jié)流量快速方便，且流量782.3.3離心泵的組合操作1.前提：離心泵型號相同，吸入管路相同，則兩泵的流量和揚程必相同。兩泵串聯(lián)的合成特性曲線：原則：流量相同，揚程相加；將單泵的特性曲線縱坐標加倍，橫坐標不變。2.泵的串聯(lián)2.3.3離心泵的組合操作1.前提：離心泵型號相同，吸79串聯(lián)工作點：串聯(lián)的合成特性曲線與管路特性曲線的交點C即為新工作點。兩泵串聯(lián)系統(tǒng)管路特性曲線不變。H串＞H單，V串＞V單，但H串＜2H單單泵在b點工作設單泵的特性曲線：H＝A-BV2兩泵串聯(lián)的合成特性曲線：H串＝2A-2BV2串聯(lián)工作點：串聯(lián)的合成特性曲線與管路特性曲線的交點C即為新工803.泵的并聯(lián)兩泵并聯(lián)的合成特性曲線：原則：揚程相同，流量相加；將單泵的特性曲線縱坐標不變，橫坐標加倍。并聯(lián)工作點：并聯(lián)的合成特性曲線與管路特性曲線的交點C即為工作點。兩泵并聯(lián)的合成特性曲線:H并＝A-B(V/2)2設單泵的特性曲線：H＝A-BV2V并＞V單，H并＞H單，但V并＜2V單單泵在b點工作3.泵的并聯(lián)兩泵并聯(lián)的合成特性曲線：并聯(lián)工作點：并聯(lián)的合成814.組合方式的選擇1)對管路特性曲線①而言，V1并=V1串，并、串聯(lián)相同。3)對管路特性曲線③而言，V3并＜V3串，采用串聯(lián)。(高阻管路)2)對管路特性曲線②而言，V2并＞V2串，采用并聯(lián)。(低阻管路)低并高串4.組合方式的選擇1)對管路特性曲線①而言，3)對管路822.4離心泵安裝高度限制2.4.1問題的提出相同的工作點(管路、泵)，泵的安裝高度不同，能否都能正常工作？泵的安裝以不發(fā)生汽蝕現(xiàn)象為依據(jù)。2.4離心泵安裝高度限制2.4.1問題的提出相同的工作832.4.2離心泵的氣蝕現(xiàn)象(Cavitation)汽蝕現(xiàn)象外在表現(xiàn)：會產(chǎn)生噪音和震動，葉輪局部地方在巨大沖擊力的反復作用下，材料表面疲勞，從點蝕到形成嚴重的蜂窩狀空洞，損壞葉片。泵的流量，壓頭和效率急劇下降，嚴重時甚至吸不上液體。2.4.2離心泵的氣蝕現(xiàn)象(Cavitation)汽蝕現(xiàn)841.氣蝕的過程：a.設泵能夠正常工作，則：Hg↑，pK↓，pK

=pV時，產(chǎn)生汽泡;p0—大氣壓；Hg—汲上高度(安裝高度)；pK—葉輪中心最低壓強；pV——操作溫度下液體的飽和蒸汽壓。b.汽泡隨液體沿葉片從低壓區(qū)→高壓區(qū)，這時汽泡迅速凝結(jié)或破裂。1.氣蝕的過程：a.設泵能夠正常工作，則：Hg↑，pK↓853.避免途徑：pK要高于輸送液體溫度下的飽和蒸汽壓。c.汽泡凝結(jié)后產(chǎn)生局部真空，周圍液體以極高速流向空穴(原汽泡占據(jù)空間)。并對葉輪產(chǎn)生