泵與壓縮機(jī)第07講

在石油產(chǎn)品的儲運(yùn)中，離心泵常被用于輸送與清水性質(zhì)不同的各種液體。由于液體性質(zhì)的變化，對離心泵的性能參數(shù)會有直接影響。如液體密度與常溫清水的密度不同時，根據(jù)Ne=ρQH可知，泵的功率要變化；液體的飽和蒸氣壓改變，將會影響裝置的有效汽蝕余量Δha的大?。徽扯缺人髸r，對泵的揚(yáng)程、流量、功率、效率及汽蝕余量等都有明顯影響。一、液體的粘度對離心泵性能參數(shù)的影響一臺輸送常溫清水的離心泵，在轉(zhuǎn)速不變的情況下用來輸送粘度比水大的液體時，與該泵輸送水時的額定工況相比較，則輸送粘液時泵的揚(yáng)程和流量都要減小，而泵的軸功率將增大，泵的效率將降低，此外，液體粘度的增大，還會使泵必須的汽蝕余量Δhr增大，即吸入性能變壞?！?.8輸送粘液時離心泵性能換算產(chǎn)生上述變化的原因是因為粘度增大使泵內(nèi)液體的流動過程發(fā)生了變化。隨著液體粘度的增加，邊界層流體內(nèi)切向粘滯力的阻滯作用逐漸擴(kuò)散，使葉輪內(nèi)液體的流速降低，從而使泵的流量減少。根據(jù)歐拉公式可知，在同一流量下，離心泵的理論揚(yáng)程與介質(zhì)性質(zhì)無關(guān)。但由于粘度不同，葉輪內(nèi)因葉片數(shù)有限而引起的軸向渦流強(qiáng)弱程度不同，并且液體流經(jīng)泵時的流動摩擦阻力損失隨粘度增加而增大，所以泵的有效揚(yáng)程降低。此外，同一臺泵在輸送粘度不同的液體時，葉輪外盤面與液體摩擦所引起的輪阻損失，口環(huán)的摩擦損失等均隨粘度增加而變大，所以泵的功率消耗上升，則機(jī)械效率ηm下降。雖然泵的容積效率ηv因液體粘度的變大，通過口環(huán)和軸封處的泄漏量減少而稍有增大，但水力效率ηk也降低，故泵輸送粘液時的總效率η是降低的?！?.8輸送粘液時離心泵性能換算由于離心泵的必須汽蝕余量Δhr的大小是表示液體從泵入到葉輪葉片入口處壓力最低點(diǎn)的流動損失，顯然，液體粘度越大，損失越大，即Δhr變大，吸入性能變壞。一般來說，在液體運(yùn)動粘度大干20mm2/s時，泵的功率，流量、揚(yáng)程和效率都開始變化，則性能曲線就需要換算。二、輸送粘液時離心泵性能曲線的換算由于泵制造廣提供的離心泵出廠說明書或樣本上，都給出輸送常溫清水時的性能曲線，而不提供輸送粘度不同液體的性能曲線，所以當(dāng)選用離心泵輸送粘性液體時必須進(jìn)行性能曲線的換算。關(guān)于換算方法，目前還未有成熟的理論計算方法來確定輸送粘性液體時的性能曲線，一般是用相似準(zhǔn)數(shù)總結(jié)大量實驗數(shù)據(jù)得到換算系數(shù)K，再將已知某工作轉(zhuǎn)速下該泵的輸水性能曲線換算成輸送粘性液體時的性能曲線。§1.8輸送粘液時離心泵性能換算

1．前蘇聯(lián)國家石油機(jī)械研究設(shè)計院的換算方法當(dāng)已知某離心泵輸送常溫清水的性能曲線后，利用下列關(guān)系式換算成輸送粘性液體的性能曲線式中Hv、Qv、ηv、(Δhr)v——分別為輸送粘性液體時的揚(yáng)程、流量、效率和汽蝕余量；

H、Q、η、(Δhr)——分別為輸送20℃清水時的揚(yáng)程、流量、效率和汽蝕余量；

KH、KQ、Kη、KΔh——分別為揚(yáng)程、流量、效率和汽蝕余量的換算系數(shù)。§1.8輸送粘液時離心泵性能換算輸送粘液時的軸功率可由下式確定式中ρv——輸送粘液的密度，kg/m3。

上述各換算系數(shù)K值的大小與相似準(zhǔn)數(shù)中的雷諾數(shù)Re有關(guān)，因為雷諾數(shù)Re是決定流態(tài)變化的標(biāo)準(zhǔn)，它代表慣性力與粘滯力的比，如果兩個流動狀態(tài)中雷諾數(shù)Re相同，那么流態(tài)就相似。把這個道理用在離心泵上，可以認(rèn)為上述各換算系數(shù)K都是隨雷諾數(shù)Re而變化的。只不過泵內(nèi)流道截面與圓管不同，需要將葉輪出口截面積換算成為面積不變、直徑為De的圓形斷面積，用De求得的雷諾數(shù)Re'叫修正雷諾數(shù)?！?.8輸送粘液時離心泵性能換算葉輪出口斷面面積為πD2b2τ2，則式中De——葉輪出口斷面面積的當(dāng)量直徑，cm；

τ2——葉輪出口處葉片阻塞系數(shù)，在計算圖表中取τ2

=0.9。

這樣，修正雷諾數(shù)Re'就可表示為§1.8輸送粘液時離心泵性能換算§1.8輸送粘液時離心泵性能換算因為Re'是一個無因次的比例常數(shù)，所以實際應(yīng)用時可以不寫常數(shù)4/π

，這樣并不影響Re'的性質(zhì)。因而Re'可寫成

Qopt——輸水時泵的額定流量，l/s：

v——在輸送溫度下粘液的運(yùn)動粘度，cm2/s：

103——升變成立方厘米的換算常數(shù)。經(jīng)過大量運(yùn)算，將各換算系數(shù)與Re'的關(guān)系繪制成計算圖，如圖所示，更便于從圖中直接查到各換算系數(shù)K。

§1.8輸送粘液時離心泵性能換算這種換算系數(shù)圖表的特點(diǎn)是：

(1)在換算中，假定Q=(0.8-1.2)Qopt的范圍內(nèi)各工況的換算系數(shù)大致相同，因此可以用Qopt工況由圖中查出各K值。此外，在換算中還認(rèn)為Q=0時的揚(yáng)程不隨液體的粘度而改變。

(2)這種換算方法適用于離心蝸殼泵。在液體運(yùn)動粘度低于300mm2/s時，誤差不超過5%，特別是在大型離心泵性能換算時比較準(zhǔn)確。此換算圖查得換算系數(shù)K比較全面，不僅有流量、揚(yáng)程和效率的換算系數(shù)，而且有汽蝕余量換算系數(shù)。

(3)這種換算方法的缺點(diǎn)是在非額定工況下所能換算的范圍窄，又假定各工況中的K不變，則精確性較差。此外，求換算系數(shù)時還必須知道泵的主要結(jié)構(gòu)尺寸(D2,b2)，應(yīng)用比較不便。§1.8輸送粘液時離心泵性能換算2．美國水力協(xié)會的換算方法這種換算方法是根據(jù)吸入管管徑為φ50～φ200的單級離心泵的大量實驗數(shù)據(jù)，利用修正雷諾數(shù)進(jìn)行整理，得到與換算系數(shù)KH

,KQ

和Kη的關(guān)系曲線，如后圖所示。在利用圖查換算系數(shù)K時，可以不必知道離心泵葉輪的尺寸，只需知道輸送粘性液體的運(yùn)動粘度和輸水時工況點(diǎn)的和（多級泵應(yīng)取單級葉輪的揚(yáng)程）即可，故此法求換算系數(shù)較為方便。§1.8輸送粘液時離心泵性能換算§1.8輸送粘液時離心泵性能換算§1.8輸送粘液時離心泵性能換算使用時，從作垂線，與的斜線相交，自交點(diǎn)作水平線，與所輸送粘液的運(yùn)動粘度的斜線相交，自交點(diǎn)再作垂線與各換算系數(shù)曲線相交，由交點(diǎn)便可查出各換算系數(shù)（無氣蝕余量換算系數(shù)）。由圖看出，曲線各只有一條，而曲線則在(0.6~1.2)Qopt范圍內(nèi)隨工況不同而有四條。查出換算系數(shù)K后，仍用三式進(jìn)行換算。§1.8輸送粘液時離心泵性能換算此法換算范圍較廣(0.6~1.2)Qopt

，換算誤差在運(yùn)動粘度低于855mm2/s時不超過特別是在液體運(yùn)動粘度低于400mm2/s時尤為準(zhǔn)確。應(yīng)當(dāng)指出，該圖適用于一般結(jié)構(gòu)的離心泵，且在不發(fā)生氣蝕的工況下進(jìn)行換算。它不適用于混流泵、軸流泵等，也不適用于含有雜質(zhì)的非均相液體。此外，圖中各曲線不能用外推法延伸使用?！?.8輸送粘液時離心泵性能換算

最后還應(yīng)指出，離心泵在輸送粘性液體時，相似定律及比例定律均不再適用。因此，如果帶要求得泵在n‘轉(zhuǎn)速下輸送粘性液體的性能曲線，不能直接先求出泵在n轉(zhuǎn)速下輸送粘液的Hv-Qv等曲線，再用比例定律換算出n’轉(zhuǎn)速下的(Hv-Qv)'曲線。正確的換算步驟是應(yīng)用比例定律將泵在n