傳熱-llc x等多個(gè)文件-2.1離心泵

上章學(xué)習(xí)內(nèi)容回顧1）流體在圓形直管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，若雷諾數(shù)為1000，則其流動(dòng)類型為（）；若流動(dòng)在完全湍流區(qū)（阻力平方區(qū)），則摩擦系數(shù)是（）的函數(shù)。2）滯流和湍流的本質(zhì)區(qū)別是什么？3）根據(jù)流體力學(xué)原理設(shè)計(jì)的流量（流速）計(jì)中，屬于恒壓差流量計(jì)是哪種流量計(jì)？4）氣體的粘度隨溫度的升高而（），水的粘度隨溫度的升高而（）。上章學(xué)習(xí)內(nèi)容回顧（1）在一穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)中，流體處于完全湍流區(qū)從A槽流至B槽，如果閥門開度變大，則上游壓強(qiáng)p1和下游壓強(qiáng)p2的變化情況？

（2）有一并聯(lián)管路，a管的長度為b管長度2倍，而b管的直徑為a管直徑的2倍，流體處于滯流狀態(tài)，則兩管流速之比（ua/ub）為

。作業(yè)用水泵向高位水箱供水（如附圖所示），管路流量為85m3/h，完全湍流流動(dòng)，泵軸中心線距水池液面和水箱液面的垂直距離分別為2.0m和5m。泵吸入管與排出管分別為φ108×4、φ89×4（外徑*壁厚mm）。吸入管管長15m（包括進(jìn)口及吸入管路局部阻力的當(dāng)量長度），排出管管長60m（閥門全開，包括出口及排出管路局部阻力的當(dāng)量長度），圓管內(nèi)湍流摩擦系數(shù)均為0.025，水的密度1000kg/m3，泵的效率為70%，試求：（1）吸入管和排出管內(nèi)流體流速分別為多少？（2）泵吸入口處A點(diǎn)的真空表讀數(shù)？（3）泵向單位質(zhì)量流體所作的功？2.離心泵任課老師：李力成開式葉輪:無蓋板半開式或半閉式葉輪：只有后蓋板閉式葉輪：前后均有蓋板主要部件包括旋轉(zhuǎn)部件（葉輪和泵軸）和靜止部件（泵殼、填料函、軸承）。(1)葉輪(是離心泵的心臟部件):由葉片（+蓋板）組成葉片4-12個(gè)，一般為后彎葉片，也有前彎、徑向葉片開式和半開式葉輪不易堵塞，但效率較低；閉式相反。一、離心泵的主要部件一、離心泵的主要部件（2）泵殼（3）軸封裝置收集由葉輪流出的液體；能量轉(zhuǎn)換。填料密封機(jī)械密封8泵殼：泵體的外殼，包圍葉輪的截面積逐漸擴(kuò)大的蝸牛殼形通道。液體入口在中心，出口則沿切線。泵軸：連接原動(dòng)機(jī)與葉輪的一根軸，垂直葉輪面，由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。

泵的附屬設(shè)備：單向底閥、濾網(wǎng)、出口調(diào)節(jié)閥、吸入管、排出管等。二、工作原理（1）葉輪被泵軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，對(duì)位于葉片間的流體做功，流體受離心力的作用，由葉輪中心被拋向外圍。當(dāng)流體到達(dá)葉輪外周時(shí)，流速很大,動(dòng)能很高。（2）泵殼匯集從各葉片間被拋出的液體，這些液體在殼內(nèi)順著蝸殼形通道逐漸擴(kuò)大的方向流動(dòng)，使流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能，減小能量損失。所以泵殼的作用不僅在于匯集液體，它更是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置。二、工作原理

為防止氣縛，離心泵啟動(dòng)前要用液體將泵殼內(nèi)空間灌滿，這一操作稱為灌泵。為防止灌入泵殼內(nèi)的液體因重力流入低位槽內(nèi)，在泵吸入管路的入口處裝有止逆閥（底閥）；如果泵的位置低于槽內(nèi)液面，則啟動(dòng)時(shí)無需灌泵。液體吸上原理：葉輪高速旋轉(zhuǎn)迫使葉輪中心的液體以很高的速度被拋開，從而在葉輪中心形成低壓（真空），低位槽中的液體因此被源源不斷地吸上。

氣縛現(xiàn)象：如果離心泵在啟動(dòng)前殼內(nèi)充滿的是氣體，則啟動(dòng)后葉輪中心氣體被拋時(shí)不能在該處形成足夠大的真空度，這樣槽內(nèi)液體便不能被吸上。這一現(xiàn)象稱為氣縛。一、離心泵的主要部件

對(duì)單吸閉式或半閉式葉輪，部分高壓液體可能會(huì)漏入葉輪后側(cè)，而葉輪前側(cè)為低壓，這樣就會(huì)產(chǎn)生將葉輪推向泵入口一側(cè)的軸向推力，從而引起葉輪與泵殼接觸處的磨損，甚至損壞泵。一般是在后蓋板上開平衡孔使后側(cè)的液體漏入前側(cè)，從而消除軸向推力。葉輪按吸入方式分為：單吸式及雙吸式。一、離心泵的主要部件為了減少能量損失，有時(shí)在葉輪與泵殼之間裝有導(dǎo)輪：

導(dǎo)輪是位于葉輪外周的固定的帶葉片的環(huán)，其葉片的彎曲方向與葉輪葉片的彎曲方向相反，其彎曲角度正好與液體從葉輪流出的方向相適應(yīng)，引導(dǎo)液體在泵殼通道內(nèi)平穩(wěn)地改變方向，使能量損耗最小，動(dòng)壓能轉(zhuǎn)換為靜壓能的效率高。三、離心泵的基本方程吸入口處：葉輪出口處：三、離心泵的基本方程泵的壓頭H(m)(或有效壓頭He)：泵對(duì)單位重量流體做的功。

泵的理論壓頭HT∞：在理想情況下可能達(dá)到的最大壓頭。理想情況：（1）葉輪內(nèi)葉片的數(shù)目無窮多，即葉片的厚度為無限薄，從而可以認(rèn)為液體質(zhì)點(diǎn)完全沿著葉片的形狀運(yùn)動(dòng)；（2）輸送的是理想液體，在葉輪內(nèi)的流動(dòng)阻力可忽略。離心泵基本方程式的探討泵的流量：速度三角關(guān)系：基本方程式：離心泵基本方程式的探討（1）理論壓頭隨著葉輪轉(zhuǎn)速、直徑的增加而增大；（2）流動(dòng)角β2的影響：

β2＜90°，后彎葉片，理論壓頭小

Β2＝90°，徑向葉片，理論壓頭中

β2＞

90°，前彎葉片，理論壓頭大

似乎前彎葉片好，實(shí)際上考慮到流速大導(dǎo)致能量損失增大，一般采用后彎葉片。離心泵基本方程式的探討基本方程式：基本方程式：設(shè)：例題2-1已知某離心泵葉輪外徑為192mm，葉輪出口寬度為12.5mm，葉片出口流動(dòng)角為35o，若泵的轉(zhuǎn)速為1750r/min，試求該泵的基本方程式（即理論壓頭和理論流量的關(guān)系）。本節(jié)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容回顧了解離心泵的結(jié)構(gòu)組成了解離心泵的工作原理掌握離心泵的基本方程式ThankYou!2.1.3離心泵的性能參數(shù)與特性曲線1．性能參數(shù)（1）(葉輪)轉(zhuǎn)速n（r/min,rpm）:1000～3000,常見2900（2）(體積)流量Q(m3/s，m3/h)（3）壓頭（揚(yáng)程）H（J/N,m）：泵對(duì)單位重量（1N）流體做的功。2.1.3離心泵的性能參數(shù)與特性曲線1．性能參數(shù)（1）(葉輪)轉(zhuǎn)速n（r/min,rpm）:1000～3000,常見2900（2）(體積)流量Q(m3/s，m3/h)（3）壓頭（揚(yáng)程）H（J/N,m）：泵對(duì)單位重量（1N）流體做的功。（4）功率（J/s，W）離心泵內(nèi)的損失有：（a）容積損失由于泵的泄漏所造成的損失。泄漏可發(fā)生在密封環(huán)、平衡孔、密封壓蓋等處，使泵做了部分無用功。一般用容積效率ηv來反映。（b）水力損失

流體流過葉輪、泵殼時(shí)產(chǎn)生摩擦阻力，局部處流速大小和方向的改變引起環(huán)流和旋渦而造成能量損失，這些損失統(tǒng)稱為水力損失。這種損失使泵的有效壓頭低于理論壓頭，可用水力效率ηh來反映。（c）機(jī)械損失

高速轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪與液體間的摩擦以及軸承、軸封等處的機(jī)械摩擦造成的損失稱為機(jī)械損失。機(jī)械效率ηm一般為0.96到0.99。

離心泵的總效率：η=ηvηhηm

（6）效率：=Ne/N

（<100%）（5）軸功率N（J/s，W）：單位時(shí)間原動(dòng)機(jī)輸入泵軸的能量。（4）有效功率Ne（J/s，W）：單位時(shí)間內(nèi)液體從泵獲得的能量。H（m），Q（m3/s），ρ（kg/m3），g＝9.81（m/s2),N(w)H（m），Q（m3/s），ρ（kg/m3），g＝9.81（m/s2),N(kw)2.離心泵的特性曲線一定轉(zhuǎn)速下，H～Q、N～Q、～Q關(guān)系曲線

討論：①H～Q曲線，Q，H，Q很小時(shí)例外。②N～Q曲線：Q，N，大流量大電機(jī)，關(guān)閉出口閥啟動(dòng)泵，啟動(dòng)電流最小。③～Q曲線：小Q，；大Q，，存在max。泵的銘牌上是與max對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)，即設(shè)計(jì)點(diǎn)。選泵時(shí)，應(yīng)該使泵在max附近運(yùn)行。27p93【例2-2】采用本題附圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來測(cè)定離心泵的性能。泵的吸入管內(nèi)徑為100mm，排出管內(nèi)徑為80mm，兩側(cè)壓口間垂直距離為0.5m。泵的轉(zhuǎn)速為2900r/min，以20℃清水為介質(zhì)測(cè)得以下數(shù)據(jù)：流量，l/s15泵出口處表壓，Pa2.55×105泵入口處真空度，Pa2.67×104功率表測(cè)得電動(dòng)機(jī)所消耗的功率，kW6.2泵由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的效率為93%。試求該泵在輸送條件下的壓頭，軸功率和效率。3.離心泵性能的改變與換算

廠家給出（產(chǎn)品說明書）的性能：用20℃清水測(cè)定的。當(dāng)流體性質(zhì)、泵的轉(zhuǎn)速或葉輪直徑發(fā)生變化時(shí)，泵的性能參數(shù)與特性曲線也會(huì)發(fā)生變化。（1）流體密度的影響

壓頭H、流量Q、效率不隨變，因此H～Q與～Q曲線不變；

有效功率Ne、軸功率N與成正比，即N～Q曲線變化：（2）流體粘度的影響（a）若流體運(yùn)動(dòng)粘度γ≤20cSt,則可忽略粘度的影響；（γ＝μ/ρ,1cSt＝10－6m2/s,20℃清水γ＝1cSt)

（b）當(dāng)γ＞20cSt時(shí),則須對(duì)壓頭、流量、效率進(jìn)行校正：

H′=CHHQ′=CQQη′=CηηH、Q、η為輸送清水的性能，H′、

Q′、η′為輸送大粘度流體的性能，CH、CQ、Cη為校正系數(shù)，可由圖2－13和2－14查得。有效功率、軸功率相應(yīng)地發(fā)生變化：

Qs為輸送清水時(shí)最高效率點(diǎn)下的流量，即所謂額定流量。例：Q=2.84H=30.5γ=220（3）轉(zhuǎn)速的影響——比例定律（適用于轉(zhuǎn)速變化小于20%）(4)葉輪直徑的影響——切割定律（適用于直徑變化小于5%）泵的效率不變。泵的效率不變。P95【例2-3】某離心泵輸送水的特性曲線如本題附圖所示，最高效率下相應(yīng)的流量為2.84m3/min、壓頭為30.5m。若用此泵輸送密度為900kg/m3、粘度為220cSt的油品，試作出該泵輸送油品時(shí)的特性曲線。五、離心泵的汽(氣）蝕現(xiàn)象與安裝高度問：安裝高度(貯槽液面到泵入口的垂直距離

)有無限制？1.離心泵的汽蝕現(xiàn)象離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，液體在泵內(nèi)壓強(qiáng)（靜壓頭）的變化如圖所示。

壓強(qiáng)由泵吸入口到葉輪入口逐漸下降,葉片入口附近K—K處壓強(qiáng)pK最低,此后由于葉輪對(duì)液體作功,壓強(qiáng)很快上升。

若pK≤pv（液體在輸送溫度下的飽和蒸汽壓），則液體汽化，產(chǎn)生汽泡，汽泡隨同液體從低壓區(qū)流向高壓區(qū)，在高壓的作用下迅速凝聚或破裂，與此同時(shí)，汽泡周圍的液體會(huì)以極高的速度沖向原汽泡所占據(jù)的空間，在沖擊點(diǎn)處可形成高達(dá)幾萬kPa的壓強(qiáng)，沖擊頻率可高達(dá)每秒幾萬次之多。由于沖擊作用使泵產(chǎn)生噪音和震動(dòng)，同時(shí)葉輪局部地方在巨大沖擊力的反復(fù)作用下，材料表面疲勞，從點(diǎn)蝕到形成裂縫，受到破壞。這種不正?，F(xiàn)象稱為汽蝕現(xiàn)象。（注意汽蝕現(xiàn)象與氣縛現(xiàn)象的區(qū)別）汽蝕發(fā)生時(shí)，泵的流量，壓頭和效率急劇下降。

為保證泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)避免汽蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生，即須使pK﹥pv。如何保證不產(chǎn)生汽蝕,也即使pK﹥pv？通過控制安裝高度.在0－0至1－1間列柏努利方程：2.允許安裝高度（允許吸上高度):安裝高度的上限

設(shè)p1為泵入口處允許的最小壓強(qiáng)，則有

如何確定泵入口處允許的最小壓強(qiáng)p1，有兩種方法（指標(biāo)）。可見Hg

，則p1

，所以安裝高度要限制。（1）允許吸上真空度法定義允許吸上真空度（泵入口處允許達(dá)到的最高真空度）：則若貯槽通大氣，則實(shí)際安裝高度：為安全起見，應(yīng)比允許安裝高度小0.5－1.0m若計(jì)算出的Hg<0,則泵要安裝在貯槽液面之下。Hs和Hs’分別為操作條件下和出廠時(shí)的允許吸上真空度

Ha為安裝地區(qū)的大氣壓（m水柱）

pV為操作溫度下液體的飽和蒸汽壓（Pa）

0.24為20℃水的飽和蒸汽壓（m水柱）

此外，允許吸上真空度一般隨流量的增大而減小，所以確定安裝高度時(shí)要用最大流量下的數(shù)值。

泵出廠時(shí)給出的允許吸上真空度是在大氣壓為10m水柱（應(yīng)是10.33m水柱即1atm？)用20℃清水做實(shí)驗(yàn)得到的，當(dāng)大氣壓或流體性質(zhì)變化時(shí)，則須校正：（2）允許汽蝕余量法定義允許汽蝕余量則

泵出廠使給出的允許汽蝕余量是用20℃清水得到的，輸送條件改變時(shí)也應(yīng)校正。但實(shí)際應(yīng)用中一般不校正，而是作為安全因素考慮。

此外，Δh隨流量的增大而增大，所以確定安裝高度時(shí)要用最大流量下的數(shù)值。實(shí)際安裝高度：應(yīng)比允許安裝高度小0.5－1.0m。P102【例2-6】用3B33型水泵從一敞口水槽中將水送到它處，槽內(nèi)液面恒定。輸水量為45～55m3/h，在最大流量下吸入管路的壓頭損失為1m，液體在吸入管路的動(dòng)壓頭可忽略。試計(jì)算：（1）輸送20℃水時(shí)泵的安裝高度。（2）輸送65℃水時(shí)泵的安裝高度。泵安裝地區(qū)的大氣壓為9.81×104Pa。由附錄二十五查得3B33型水泵的部分性能列于下表：流量，Q壓頭，H轉(zhuǎn)速，n允許吸上真空度，HS’m3/hmr/minm3035.6

7.04532.629005.05528.8

3.0（1）Hg＝2m（2）Hg＝-0.35m四、離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)1.管路特性曲線：管路所需的壓頭He與流量Qe的關(guān)系對(duì)輸送系統(tǒng)列柏努利方程得：令（設(shè)流動(dòng)在完全湍流區(qū)，λ與流速無關(guān))而說明：為曲線在H軸上的截距.（2）設(shè)在阻力平方區(qū)，與Q無關(guān)，并忽略動(dòng)能差。（3）高阻管路，B大，曲線較陡；低阻管路，B小，曲線較平緩?！苈诽匦郧€方程則（1）2．離心泵的工作點(diǎn)

為泵實(shí)際工作時(shí)的壓頭、流量，是泵的特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)（圖中M點(diǎn)）。泵的特性管路特性泵特性方程：管路特性方程：3.離心泵的流量調(diào)節(jié)(即工作點(diǎn)的改變)(1)改變出口閥開度:

改變管路特性關(guān)小出口閥le管路特性曲線變陡工作點(diǎn)左上移H,Q。(2)改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速：改變泵的特性轉(zhuǎn)速n泵的特性曲線上移工作點(diǎn)右上移，H,Q。

4.

泵的并聯(lián)（1）

兩泵并聯(lián)的合成特性曲線若兩臺(tái)型號(hào)相同的泵并聯(lián)工作，且吸入管路相同，則在同樣的揚(yáng)程下，將單泵特性曲線的橫坐標(biāo)加倍，可得到兩泵并聯(lián)的合成特性曲線。（2）

兩泵并聯(lián)系統(tǒng)的工作點(diǎn)對(duì)兩泵并聯(lián)系統(tǒng)，管路特性曲線保持不變，并聯(lián)的合成特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)a即為工作點(diǎn)（Q并，H并）。兩泵并聯(lián)時(shí)每一臺(tái)泵在b點(diǎn)狀態(tài)下工作（Q’，H并），Q并=2Q’。若只有一臺(tái)泵,則工作點(diǎn)在C（Q，H),Q并＜2Q，且Q并與2Q的差別取決于管路特性曲線的陡緩程度。所以兩泵并聯(lián)時(shí)的流量并不是原來一臺(tái)泵流量的兩倍。

5.泵的串聯(lián)