離心泵特性曲線

??#?H=,Z+坐+如+€H

e?g2g一般情況下，動能差Au2/2g項可以忽略，阻力損失(2-16)其中(rlU2€H=€'一+‘——fId丿2g(2-17)QU=L“/d24式中Q—管路系統(tǒng)的輸送量，m3/hC故€H=€(/、8'-+‘Id丿

“2d4g€H=KQ2fe(2-18)式中系數(shù)8('-+

\d其數(shù)值由管路特性所決定。當管內(nèi)流動已進入阻力平方區(qū)，系數(shù)K是一個與管內(nèi)流量無關的常數(shù)。將式2-18代入式2-16，得H=,Z+也+KQ2(2-19)e?ge在特定的管路系統(tǒng)中，于一定的條件下操作時，AZ與Ap/pg均為定值，上式可寫成He=A+KQe2(2-20)由式2-20看出在特定管路中輸送液體時，管路所需壓頭He隨液體流量Qe的平方而變化。將此關系描繪在坐標紙上，即為圖2-8的管路特性曲線。此線形狀與管路布置及操作條件有關，而與泵的性能無關。二、泵的工作點離心泵安裝在管路中工作時，泵的輸液量Q即管路的流量Qe，在該流量下泵提供的壓頭必恰等于管路所要求的壓頭。因此，泵的實際工作情況是由泵特性曲線和管路特性曲線共同決定的。若將離心泵特性曲線H-Q與其所在管路特性曲線H-Q繪于同一坐標紙上，如圖2-8EMHt-Q^QC3:輻UQ潛Q越Qm(JatQ圖2-9改變閥門開度調(diào)節(jié)流量示意圖圖2-8管路特性曲線與泵的工作點所示，此兩線交點M稱為泵的工作點。對所選定的離心泵在此特定管路系統(tǒng)運轉時，只能在這一點工作。選泵時，要求工作點所對應的流量和壓頭既能滿足管路系統(tǒng)的要求，又正好是離心泵所提供的，即Q=Q，H=H。ee三、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要的輸送量，應設法改變工作點的位置，即進行流量調(diào)節(jié)。（1）改變閥門的開度改變離心泵出口管線上的閥門開關，實質(zhì)是改變管路特性曲線。當閥門關小時，管路的局部阻力加大，管路特性曲線變陡，如圖2-9中曲線1所示，工作點由M移至M],流量由Qm減小到Qm1。當閥門開大時，管路阻力減小，管路特性曲線變得平坦一些，如圖中曲線2所示，工作點移至M2,流量加大到Qm2。用閥門調(diào)節(jié)流量迅速方便，且流量可以連續(xù)變化，適合化工連續(xù)生產(chǎn)的特點。所以應用十分廣泛。缺點是閥門關小時，阻力損失加大，能量消耗增多，不很經(jīng)濟。（2）改變泵的轉速改變泵的轉速實質(zhì)上是改變泵的特性曲線。泵原來轉數(shù)為n，工作點為M,如圖2-10所示，若把泵的轉速提高到幻，泵的特性曲線H-Q往上移，工作點由M移至M],流量由Qm加大到Qm1。若把泵的轉速降至n2,工作點移至M，流量降至QM2。這種調(diào)節(jié)方法能保持管路特性曲線不變。當流量隨轉速下降而減小時，阻力損失也相應降低，看來比較合理。但需要變速裝置或價格昂貴的變速原動機，且難以做到連續(xù)調(diào)節(jié)流量,故化工生產(chǎn)中很少采用。此外，減小葉輪直徑也可改變泵的特性曲線，使泵的流量減小，但可調(diào)節(jié)的范圍不大,且直徑減小不當還會降低泵的效率，故實際上很少采用。圖2-10改變轉速調(diào)節(jié)流量示意圖04312162024圖2-10改變轉速調(diào)節(jié)流量示意圖04312162024朗321【例2—2】將20°C的清水從貯例2—2附圖水池送至水塔，已知塔內(nèi)水面高于貯水池水面13m。水塔及貯水池水面恒定不變，且均與大氣相通。輸水管為140X4.5mm的鋼管，總長為200m（包括局部阻力的當量長度）?，F(xiàn)擬選用4B20型水泵，當轉速為2900r/min時，其特性曲線見附圖，試分別求泵在運轉時的流量、軸功率及效率。摩擦系數(shù)入可按0.02計算。解：求泵運轉時的流量、軸功率及效率，實際上是求泵的工作點。即應先根據(jù)本題的管路特性在附圖上標繪出管路特性曲線。（1）管路特性曲線方程

在貯水池水面與水塔水面間列柏努利方程H，AZ+型+HePg/式中A式中Az=13mAp=O由于離心泵特性曲線中Q的單位為L/s,故輸送流量Qe的單位也為L/s,輸送管內(nèi)流速為：，0.0742Qeu，，0.0742Qe-d2x10001000x-x（0.131）244200?0.0742Q…2=0.00857Q2

e

本題的管路特性方程為：He=13+0.00857Q2（2）標繪管路特性曲線根據(jù)管路特性方程,可計算不同流量所需的壓頭值,現(xiàn)將計算結果列表如下Qe/L?s-10481216202428He/me1313.1413.5514.2315.216.4317.9419.72由上表數(shù)據(jù)可在4B20型水泵的特性曲線圖上標繪出管路特性曲線H廠Qe。（3）流量、軸功率及效率附圖中泵的特性曲線與管路特性曲線的交點就是泵的工作點，從圖中點M讀得：泵的流量Q=27L/s=97.2m3/h泵的軸功率N=6.6kW泵的效率n=77%2-1-6并聯(lián)與串聯(lián)操作在實際工作中，當單臺離心泵不能滿足輸送任務的要求時，有時可將泵并聯(lián)或串聯(lián)使用。這里僅討論兩臺性能相同的泵并聯(lián)及串聯(lián)的操作情況。一、并聯(lián)操作當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。一臺泵的特性曲線如圖2-11中曲線I所示，兩臺相同的泵并聯(lián)操作時，在同樣的壓頭下，并聯(lián)泵的流量為單臺泵的兩倍，故將單臺泵特性曲線I的橫坐標加倍，縱坐標不變，便可求得兩泵并聯(lián)后的合成特性曲線II。但需注意，對于同一管路，其關聯(lián)操作時泵的流量不會增大一倍，因并聯(lián)后流量增大，管路阻力也增大。二、串聯(lián)操作當生產(chǎn)廠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。因此，在同樣的流量

下，串聯(lián)泵的壓頭為單臺泵的兩倍。將單臺泵的特性曲線I的縱坐標加倍，橫坐標保持不變,

可求得兩臺泵串聯(lián)后的合成特性曲線II（圖2-12）。由圖中可知，單臺泵的工作點為A，串聯(lián)后移至C點。顯然C點的壓頭并不是A點的壓頭H的兩倍。OQiQ2Q1OQiQ2Q1圖2-11離心泵的并聯(lián)操作圖2-12離心泵的串聯(lián)操作圖2-13組合方式的選擇三、組合方式的選擇如果管路兩端勢能差大于單泵所能提供的最大揚程，則必須采用串聯(lián)操作。但在許多情況下，單泵可以輸液，只是流量達不到指定要求。此時可針對管路的特性選擇適當?shù)慕M合方式，以增大流量。由圖2-13可見，對于低阻輸送管路a,并聯(lián)組合輸送的流量大于串聯(lián)組合；而在高阻輸送管路b中，則串聯(lián)組合的流量大于并聯(lián)組合。對于壓頭也有類似的情況。因此，對于低阻輸送管路，并聯(lián)優(yōu)于串聯(lián)組合；對于高阻輸送管路，則采用串聯(lián)組合更為適合。2-1-7離心泵的安裝高度由離心泵的工作原理可知，在離心泵葉輪中心（葉片入口）附近形成低壓區(qū)。如圖2-14所示，離心泵的安裝位置越高，葉片入口處壓強愈低，當泵的安裝高度高至一定位置，葉片入口附近的壓強可能降至被輸送液體的飽和蒸汽壓，引起液體的部分汽化并產(chǎn)生汽泡。含汽泡的液體進入葉輪后，因流道擴大壓強升高，汽泡立即凝聚，汽泡的消失產(chǎn)生局部真空，周圍液體以咼速涌向汽泡中心，造成沖擊和振動。尤其是當汽泡的凝聚發(fā)生在葉片表面附近時，眾多液體質(zhì)點尤如細小的高頻水錘撞擊著葉片；另外汽泡中還可能帶有氧氣等對金屬材料發(fā)生化學腐蝕作用。泵在這種狀態(tài)下長期運轉，將導致葉片的過早損壞，這種現(xiàn)象稱為泵的汽蝕。離心泵在產(chǎn)生汽蝕條件下運轉，泵體振動并發(fā)生噪音，流量、揚程和效率都明顯下降,嚴重時甚至吸不上液體。為避免汽蝕現(xiàn)象，泵的安裝位置不能太高，以保證葉輪中各處的壓強高于液體的飽和蒸汽壓。二、離心泵的允許安裝高度離心泵的允許安裝高度又稱為允許吸上高度,是指泵的入口與吸入貯槽液面間可允許達到的最大垂直距離，以Hg表示。我國的離心泵規(guī)格中:采用兩種指標對泵的允許安裝高度加以限制，以免發(fā)生汽蝕，現(xiàn)將這兩種指標介紹如下：

1.允許吸上真空高度允許吸上真空高度Hs是指泵入口處壓力P］可允許達到的最高真空度，其表達式為：H，Pa—p（2-21）s€g式中H———離心泵的允許吸上真空高度，m液柱；pa大氣壓強，Pa；P——被輸送液體的密度，kg/m3。要確定允許吸上真空高度與允許安裝高度H之間關系，可在圖2-14所示的截面0—0g與泵進口附近截面1—1間列柏努利方程，則H，厶-H，厶-件-佯-SHgPgPg2g九式中H——泵的允許安裝高度，m；gSH――液體從截面0—0到1—1的壓頭損失，mof0-1由于貯槽是敞口的，p0為大氣壓pa，上式可寫為H，作-件-借-XHgPgPg2g九將式2-21代入，得u2H，H-f-2Hgs2gf0-i2-22)2-22a)2-22b)由上式可知，為了提咼泵的允許安裝咼度,應該盡量減小u2/2g和工H。為了減小u2/2g，1f0-11在同一流量下，應選用直徑稍大的吸入管路，為了減小SH，應盡量減少阻力元件如彎頭、厶-1截止閥等，吸入管路也盡可能地短。由于每臺泵使用條件不同，吸入管路的布置情況也各異，故u2/2g和工H值也不同，1f0-1泵制造廠只能給出H值，而H值需根據(jù)管路的具體情況通過計算確定。sg在泵的產(chǎn)品樣本中給出的Hs是指大氣壓為9.807X104Pa，水溫為20°C下的數(shù)值，如果泵的使用條件與該狀態(tài)不同時，則應把樣本上給出的H值換算成操作條件下的H'值，其換ss算公式為：H'，sH+H'，sH+(H-10)-1—p—sa(9.81'103—0.24丿1000P2-23)式中H'—――操作條件下輸送液體時的允許吸上真空高度，m液柱；H———泵樣本中給出的允許吸上真空高度，mH2O；Ha——泵安裝處的大氣壓強，mH2O。其值隨海拔高度不同而異。pv操作溫度下被輸送液體的飽和蒸汽壓，Pa；10——實驗條件下的大氣壓，mH2O；0.24——實驗溫度（20C）下水的飽和蒸汽壓，mH2O；1000——實驗溫度下水的密度，kg/m3；P操作溫度下液體的密度，kg/m3。將H's代入式2-22代替Hs，便可求出在操作條件下輸送液體時泵的允許安裝高度。不同海拔高度的大氣壓如表2-1所示，表中1mH2O相應為9.807X103Pa。表2-1不同海拔高度的大氣壓強海拔高度/m01002003004005006007008001000150020002500大氣壓強/mH2O10.3310.2010.099.959.859.749.69.59.369.168.648.157.622.臨界汽蝕余量汽蝕余量Ah是指離心泵入口處，液體的靜壓頭p1/Pg與動壓頭U2/2g之和大于液體在操作溫度下的飽和蒸汽壓頭p/Pg的某一最小指定值，即AhJ厶+侏?IPg2g丿—作(2-24)Pg將式2-24與2-22合并，可得出汽蝕余量與允許安裝高度之間的關系H=厶-作-Ah—<H(2-25)g€g€gfo—i式中P0為液面上方的壓強，若液位槽為敞口，則P0=Pa。應當注意，泵產(chǎn)品樣本上的Ah值也是按輸送20°C水而規(guī)定的。當輸送其他液體時，需進行校正。具體方法可參閱有關文獻。通常為安全起見，離心泵的實際安裝高度應比允許安裝高度小0.5~1m?！纠?－3】選用某臺離心泵，從樣本上查得其允許吸上真空高度Hs=7.5m，現(xiàn)將該泵安裝在海拔高度為500m處，已知吸入管的壓頭損失為1mH2O，泵入口處動壓頭為0.2mH2O，夏季平均水溫為40C，問該泵安裝在離水面5m高處是否合適？解：使用時的水溫及大氣壓強與實驗條件不同，需校正：當水溫為40C時pv=7377Pa在海拔500m處大氣壓強可查表2-1得Ha=9.74mH2Oa2TOC\o"1-5"\h\zH'=H+(H—10)——匕0.24ssa(9.81x103丿=7.5+(9.74—10)—(0.75—0.24)=6.73mH2O泵的允許安裝高度為：H二H'—作—<H(2-22b)\o"CurrentDocument"gs2gf0-1=6.73—0.2—1=5.53m>5m故泵安裝在離水面5m處合用。2-1-8離心泵的類型與選用一、離心泵的類型離心泵的種類很多，化工生產(chǎn)中常用離心泵有清水泵、耐腐蝕泵、油泵、液下泵、屏蔽泵、雜質(zhì)泵、管道泵和低溫用泵等。以下僅對幾種主要類型作簡要介紹。1．清水泵清水泵是應用最廣的離心泵，在化工生產(chǎn)中用來輸送各種工業(yè)用水以及物理、化學性質(zhì)類似于水的其它液體。最普通的清水泵是單級單吸式，其系列代號為“B”如3B33A型水泵，第一個數(shù)字表示該泵的吸入口徑為3英寸（76.2mm）,字母B表示單吸懸臂式，33表示泵的揚程33m，最后的字母A表示該型號泵的葉輪外徑比基本型號小一級，即葉輪外周經(jīng)過一次切削。如果要求壓頭較高，可采用多級離心泵，其系列代號為“D”如要求的流量很大，可采用雙吸式離心泵，其系列代號為“Sh”2．耐腐蝕泵輸送酸堿和濃氨水等腐蝕性液體時，必須用耐腐蝕泵。耐腐蝕泵中所有與腐蝕性液體接觸的各種部件都須用耐腐蝕材料制造，如灰口鑄鐵、高硅鑄鐵、鎳鉻合金鋼、聚四氟乙烯塑料等。其系列代號為“F”但是用玻璃、橡膠、陶瓷等材料制造的耐腐蝕泵，多為小型泵，不屬于“F”系列。3．油泵輸送石油產(chǎn)品的泵稱為油泵。因油品易燃易爆，因此要求油泵必須有良好的密封性能。輸送高溫油品（200°C以上）的熱油泵還應具有良好的冷卻措施，其軸承和軸封裝置都帶有冷卻水夾套，運轉時通冷水冷卻。其系列代號為“Y”雙吸式為“YS”4．屏蔽泵屏蔽泵是一種無泄漏泵，它的葉輪和電機聯(lián)為一整體并密封在同一泵殼內(nèi)，不需要軸封裝置。近年來屏蔽泵發(fā)展很快，在化工生產(chǎn)中常用以輸送易燃、易爆、劇毒及具有放射性的液體。其缺點是效率較低。二、離心泵的選用離心泵的選用原則上可分為兩步：（1）根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)和操作條件，確定泵的類型；（2）根據(jù)具體管路布置情況對泵提出的流量、壓頭要求，確定泵的型號。在泵樣本中，各種類型的離心泵都附有系列特性曲線，以便于泵的選用。圖2-15為B型離心泵的系列特性曲線。此圖以H和Q標繪，圖中每一小塊面積，表示某型號離心泵的最佳（即效率較高）工作范圍。利用此圖，根據(jù)管路要求的流量Qe和壓頭He，可方便的決定泵的具體型號。有時會有幾種型號的泵同時在最佳工作范圍內(nèi)滿足流量Q及壓頭H