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1、三离心泵的主要性能参数与特性曲线三离心泵的主要性能参数与特性曲线 1、离心泵的性能参数1、离心泵的性能参数 1)离心泵的流量1)离心泵的流量 指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积,一般 用Q Q表示,单位为m3/h。又称为泵的送液能力。 2)离心泵的扬程2)离心泵的扬程 泵对单位重量的液体所提供的有效能量,以H表示,单位 为m。又称为泵的压头。 离心泵的扬程取决于: ?泵的结构(叶轮的直径、叶片的弯曲情况等) ?转速n n ?流量Q Q, 如何确定转速一定时, 泵的压头与流量之间 的关系呢? 实验测定实验测定 H的计算可根据3、2两截面间的柏努利方程: 23 2 22 2 33 )( 2
2、2 f h g u g P ZH g u g P +=+ 23 2 3 2 232 )( 2 f h g uu g PP ZH+ + += gPPZH/ )( 32 += 离心泵的压头又称扬程。必须注意,扬程并不等于升举 高度Z,升举高度只是扬程的一部分。 3)离心泵的效率3)离心泵的效率 离心泵输送液体时,通过叶轮将电机的能量传给液体。 在这个过程中,不可避免的会有能量损失,也就是说泵轴转 动所做的功不能全部都为液体所获得,通常用效率来反映 能量损失。这些能量损失包括: 容积损失 水力损失 机械损失 泵的效率反应了这三项能量损失的总和,又称为总效率。 与泵的大小、类型、制造精密程度和所输送液
3、体的性质有关 4)轴功率及有效功4)轴功率及有效功 轴功率:电机输入离心泵的功率,用N N表示,单位为J/S,W或kW 有效功率:排送到管道的液体从叶轮获得的功率,用Ne表示 轴功率和有效功率之间的关系为 :/ e NN = 有效功率可表达为 gQHNe= 轴功率可直接利用效率计算 /gQHN = 2、离心泵的特性曲线2、离心泵的特性曲线 离心泵的H H、N N都与离心泵的Q Q有关,它们之间的关系由 确定离心泵压头的实验来测定,实验测出的一组关系曲线: HQ 、Q 、 NQ HQ 、Q 、 NQ 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线 注意:特性曲线随转速而变。 各种型号的离心泵都有本身独自 的特
4、性曲线,但形状基本相似, 具有共同的特点 hmQ/, 3 mH, NQ Q 离心泵特性曲线 HQ N 1)HQ1)HQ曲线曲线:表示泵的压头与流量的关系,离心泵的压 头普遍是随流量的增大而下降(流量很小时可能有例外) 2)2)NQNQ曲线曲线:表示泵的轴功率与流量的关系,离心泵的 轴功率随流量的增加而上升,流量为零时轴功率最小。 离心泵启动时,应关闭出口阀,使启动电流最小,以保 护电机。 3)3)QQ曲线曲线:表示泵的效率与流量的关系,随着流量的 增大,泵的效率将上升并达到一个最大值,以后流量再增 大,效率便下降。 四、离心泵性能的改变四、离心泵性能的改变 1、液体性质的影响、液体性质的影响
5、1)液体密度的影响1)液体密度的影响 sin2 222 cbrQT=离心泵的流量 与液体密度无关。 离心泵的压头gcuH/cos 222 = 与液体的密度无关 HQ曲线不因输送的液体的密度不同而变曲线不因输送的液体的密度不同而变 泵的效率泵的效率不随输送液体的密度而变。不随输送液体的密度而变。 /gQHN = 离心泵的轴功率与输送液体密度有关离心泵的轴功率与输送液体密度有关 2)粘度的影响2)粘度的影响 当输送的液体粘度大于常温清水的粘度时, 泵的压头减小 泵的流量减小 泵的效率下降 泵的轴功率增大 泵的特性曲线发生改变,选泵时应根据原特性曲线进行修正 当液体的运动粘度小于20cst时,如汽油
6、、柴油、煤油等粘度 的影响可不进行修正。 2、转速对离心泵特性的影响2、转速对离心泵特性的影响 当液体的粘度不大且泵的效率不变时,泵的流量、压头、 轴功率与转速的近似关系可表示为: n n Q Q = 2 ) ( n n H H = 3 ) ( n n N N = 比例定律 3、叶轮直径的影响3、叶轮直径的影响 1)属于同一系列而尺寸不同的泵,叶轮几何形状完全相 似,b2/D2保持不变,当泵的效率不变时, 2)某一尺寸的叶轮外周经过切削而使D2变小,b2/D2变大 若切削使直径D D2 2减小的幅度在20%以内,效率可视为 不变,并且切削前、后叶轮出口的截面积也可认为大 致相等, 此时有: 2
7、 2 D D Q Q = 2 2 2 ) ( D D H H = 3 2 2 ) ( D D N N = -切割定律 3 2 2 ) ( D D Q Q = 2 2 2 ) ( D D H H = 5 2 2 ) ( D D N N = 五、离心泵的气蚀现象与最大安装高度五、离心泵的气蚀现象与最大安装高度 1、气蚀现象1、气蚀现象 汽蚀产生的条件 叶片入口附近K处的 压强PK等于或小于输 送温度下液体的饱和 蒸气压 汽化汽化 气蚀气蚀(cavitation;cavitation erosion):汽化后,含气泡的液体进入叶 轮后因压强升高,会突然破裂,周围的液体则以高速冲向刚刚消失的气泡中心
8、,造成很高的局部冲击压力,破坏金属表面上的保护膜,而使腐蚀速度加快。 气蚀的特征是先在金属表面形成许多细小的麻点,然后逐渐扩大成洞穴现象 :汽化后,含气泡的液体进入叶 轮后因压强升高,会突然破裂,周围的液体则以高速冲向刚刚消失的气泡中心 ,造成很高的局部冲击压力,破坏金属表面上的保护膜,而使腐蚀速度加快。 气蚀的特征是先在金属表面形成许多细小的麻点,然后逐渐扩大成洞穴现象。 气缚(air binding):简介离心泵启动时,若泵内存有空气,由于空气密 度很低,旋转后产生的离心力小,因而叶轮中心区所形成的低压不足以将 储槽内的液体吸入泵内,虽启动离心泵也不能输送液体。说明此种现象称 为气缚,表示
9、离心泵无自吸能力,所以必须在启动前向壳内灌满液体。 气蚀产生的后果: 气蚀发生时产生噪音和震动,叶轮局部在巨大冲击的反 复作用下,表面出现斑痕及裂纹,甚至呈海棉状逐渐脱落 液体流量明显下降,同时压头、效率也大幅度降低,严 重时会输不出液体。 汽蚀产生的原因 离心泵安装高度太高 00截面:储槽液面 11截面:泵入口 2 011 0 1 2 f ppu Hz ggg =+ 当叶轮入口附近(k-k)最小压强等于液体的饱和蒸汽压pv时, 泵入口处压强(1-1)必等于某确定的最小值p1,min。 2、离心泵的汽蚀余量2、离心泵的汽蚀余量 在在1-1和和k-k间列柏努利方程:间列柏努利方程: 22 11
10、1 22 kk fk pupu H gggg +=+ 22 1 min1 1 , 22 vk fk pupu H gggg +=+ 2、离心泵的汽蚀余量2、离心泵的汽蚀余量 (NPSH)C: 临界汽蚀余量临界汽蚀余量 NPSH: 实际汽蚀余量实际汽蚀余量 22 1 min1 1 , 22 vk fk pupu H gggg +=+ 22 1 min1 1 , () 22 vk Cfk pupu NPSHH gggg =+=+ 2 11 2 v ppu NPSH ggg =+ 贮槽液面0-0与入口处k-k 两截面间列柏努利方程 3、离心泵的最大安装高度3、离心泵的最大安装高度 刚刚发生汽蚀时 2
11、 0 00 11 2 kk kffk PPu zHH ggg =+ 2 0 ,max0 11 2 vk gffk PPu HHH ggg =+ 3、离心泵的最大安装高度3、离心泵的最大安装高度 2 0 ,max0 11 2 vk gffk PPu HHH ggg =+ 2 0 ,max0 11 2 vk gffk PPu HHH gg = 0 ,max0 1 () v gfC PP HHNPSH g = 22 1 min1 1 , () 22 vk Cfk pupu NPSHH gggg =+=+ 4、离心泵的实际安装高度4、离心泵的实际安装高度 离心泵的实际安装高度应小于最大(允许)安装高度
12、,一 般比允许值小0.51m。 max ,(0.5 1) gg HHm= 实 六、离心泵的工作点与流量调节六、离心泵的工作点与流量调节 1、管路特性曲线与泵的工作点、管路特性曲线与泵的工作点 1)管路特性曲线1)管路特性曲线 流体通过某特定管路时所需的压 头与液体流量的关系曲线。 离心泵安装在一定的管路系统中,以一定的转速工作时,其流 量与扬程不仅与离心泵本身特性有关,而且和管路的工作特性有 关。 fe H g u g p zH+ + += 2 2 K g p z= + 式中: 0 2 2 g u 上式简化为 fe HKH+= ) 2 1 () 4 )( 2 2 0 g d Q d ll H
13、c e f + + = 而 令0 24 8 () e c ll B dgd + += 2 BQKH e += 管路的特性方程 2)离心泵的工作点)离心泵的工作点 离心泵的特性曲线与管路的特性 曲线的交点M,就是离心泵在管路中 的工作点。M点所对应的流量Qe和压 头He表示离心泵在该特定管路中实 际输送的流量和提供的压头。 在特定管路中输送液体时,管路所需的压头随所输送液 体流量Q Q的平方而变化 2、离心泵的流量调节2、离心泵的流量调节 1)改变出口阀开度1)改变出口阀开度 改变管路特性曲线改变管路特性曲线 阀门关小时: 管路局部阻力加大,管 路特性曲线变陡,工作点 由原来的M点移到M1点,
14、流量由QM降到QM1; 2 BQKH e += 0 24 8 () e c ll B dgd + += 当阀门开大时: 管路局部阻力减小,管路特性曲线变得平坦一些,工作点由M 移到M2流量加大到QM2。 优点:调节迅速方便, 流量可连续变化; 缺点:流量阻力加大, 要多消耗动力,不经济。 2)改变泵的转速2)改变泵的转速 若把泵的转速提高到n1: 则HQ线上移,工作点 由M移至M1,流量由QM 加大到QM1; 改变泵的特性曲线改变泵的特性曲线 若把泵的转速降至n2:则 HQ线下移,工作点移至 M2,流量减小到QM2 缺点:需要变速装置或价格昂贵的变速电动机,难以做到流 量连续调节,化工生产中很
15、少采用。 优点:流量随转速下降而减小, 动力消耗也相应降低; 3、离心泵的并联和串联3、离心泵的并联和串联 1)串联组合泵的特性曲线1)串联组合泵的特性曲线 两台相同型号的离心泵串联组合,在同样的流量下,其提 供的压头是单台泵的两倍。 2)并联组合泵的特性曲线2)并联组合泵的特性曲线 两台相同型号的离心泵并联,若其各自有相同的吸入管 路,则在相同的压头下,并联泵的流量为单泵的两倍。 七、离心泵的选用、安装与操作七、离心泵的选用、安装与操作 1、离心泵的选择1、离心泵的选择 1)确定输送系统的流量和压头:1)确定输送系统的流量和压头:一般情况下液体的输送 量是生产任务所规定的,如果流量在一定范围
16、内波动,选 泵时按最大流量考虑,然后,根据输送系统管路的安排, 用机械能衡算方程式计算出在最大流量下管路所需压头。 2)选择泵的类型与型号:2)选择泵的类型与型号:首先根据被输送液体的性质和 操作条件确定泵的类型,按已确定的流量和压头从泵样本 或产品目录中选出适合的型号。 若是没有一个型号的H、Q与所要求的刚好相符,则在邻近 型号中选用H和Q都稍大的一个;若有几个型号的H和Q都 能满足要求,那么除了考虑那一个型号的H和Q外,还应考 虑效率在此条件下是否比较大。 3)核算轴功率:3)核算轴功率:若输送液体的密度大于水的密度时,按 /gQHN =来计算泵的轴功率。 2、离心泵的安装和使用2、离心泵
17、的安装和使用 1)泵的安装高度1)泵的安装高度 为了保证不发生气蚀现象或泵吸不上液体,泵的实际安装 高度必须低于理论上计算的最大安装高度,同时,应尽量降 低吸入管路的阻力。 2)启动前先)启动前先“灌泵灌泵” 这主要是为了防止“气傅”现象的发生,在泵启动前,向泵内 灌注液体直至泵壳顶部排气嘴处在打开状态下有液体冒出时 为止。 3)离心泵应在出口阀门关闭时启动)离心泵应在出口阀门关闭时启动 为了不致启动时电流过大而烧坏电机,泵启动时要将出口阀 完全关闭,等电机运转正常后,再逐渐打开出口阀,并调节 到所需的流量。 4)关泵的步骤4)关泵的步骤 关泵时,一定要先关闭泵的出口阀,再停电机。否则,压出
18、管中的高压液体可能反冲入泵内,造成叶轮高速反转,使叶 轮被损坏。 5)5)运转时应定时检查泵的响声、振动、滴露等情况,观察 泵出口压力表的读数,以及轴承是否过热等。 2-1-2其他类型泵其他类型泵 一、往复泵一、往复泵 1、往复泵的结构 及工作原理 1、往复泵的结构 及工作原理 往复泵是一种容积式 泵,它依靠作往复运 动的活塞依次开启吸 入阀和排出阀从而吸 入和排出液体。 2-1-2其他类型泵其他类型泵 工作原理: 当活塞自左向右移动时,工作室的 容积增大,形成低压,贮池内的液 体经吸入阀被吸入泵缸内,排出阀 受排出管内液体压力作用而关闭。 当活塞移到右端时,工作室的容积 最大。 泵的主要部件
19、有泵缸、活塞、活塞杆、吸入单向阀和排出单向 阀。活塞经传动和机械在外力作用下在泵缸内作往复运动。活 塞与单向阀之间的空隙称为工作室。 工作原理:工作原理: 活塞由右向左移动时,泵缸 内液体受挤压,压强增大, 使吸入阀关闭而推开排出阀 将液体排出,活塞移到左端 时,排液完毕,完成了一个 工作循环,此后开始另一个 循环。 活塞从左端点到右端点的距离叫行程或冲程。 活塞在往复一次中,只吸入和排出液体各一次的泵,称为单 动泵。 由于单动泵的吸入阀和排出阀均装在活塞的一侧,吸液时不 能排液,因此排液不是连续的。 为了改善单动泵流量的不均匀性,多采用双动泵或三联泵。 往复泵的工作原理与离心泵不同,具有以下
20、特点: 1)往复泵的流量只与泵本身的几何形状和活塞的往复次数有 关,而与泵的压头无关。无论在什么压头下工作,只要往复 一次,泵就排出一定的液体。 其理论流量: 对单动泵 rT ASnQ = 对双动泵 rT SnaAQ)2(= 2)往复泵的压头与泵的几何尺寸无关,只要泵的机械强度 及原动机的功率允许,输送系统要求多高的压头,往复泵就 能提供多大的压头。 3)往复泵的吸上真空度也随泵安装地区的大气压强、输送 液体的性质和温度而变,所以往复泵的吸上高度也有一定的 限制。但往复泵的低压是靠工作室的扩张来造成的,所以在 开动之前,泵内无须充满液体,往复泵有自吸作用。 4)往复泵不能简单地用排出管路阀门来
21、调节流量,一般采 用回路调节。 往复泵适用于小流量、高压强的场合,输送高粘度液体 时的效果也比离心泵好,但不能输送腐浊性液体和固体粒 子的悬浮液。 二、计量泵二、计量泵 计量泵就是往复泵的一种。通过偏心轮把电机的旋转运动 变成柱塞的往复运动。偏心轮的偏心距离可以调整,使柱 塞的冲程随之改变。这样就达到控制和调节流量的目的 三、旋转泵三、旋转泵 旋转泵靠泵内一个或多个转子的旋转来吸入或排出液 体, 又称转子泵 1、齿轮泵1、齿轮泵 泵壳内有两个齿轮。一个用电机带动旋转,另一个被啮 合着向相反方向旋转,吸入腔内两轮的齿互相拨开,形成 低压而吸入液体,被吸入的液体被齿嵌住,随齿轮转动而 达到排出腔
22、,排出腔内两轮的齿互相合拢,形成高压而排 出液体。 齿轮泵可以产生较高的压头,但流量较小,用于输送粘稠 的液体,但不能输送含颗粒的悬浮液。 2、螺杆泵2、螺杆泵 螺杆泵分为单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵、五螺杆泵等 图(a)为单螺杆泵,螺杆在具有内罗纹的泵壳中偏心转 动,将液体沿轴向推进,最终沿排出口排出。(b)为双螺 杆泵,工作原理与齿轮泵十分相似,利用两根相互啮合的螺 杆来输送液体。 螺杆泵的压头高,效率高,无噪音,适用于高粘度液体的 输送。 往复泵、旋转泵均属于正位移泵。 3、旋涡泵3、旋涡泵 旋涡泵是一种特殊类型的离心泵,它是由叶轮和泵体组 成。叶轮是一个圆盘,四周由凹槽构成的叶片成辐射
23、状排列 。叶轮在泵壳内转动,其间有引水道,吸入管接头和排出管 接头之间为间壁,间壁与叶轮只有很小的缝隙,用来分隔吸 腔和排出腔。泵内液体在随叶轮旋转的同时,又在引水道与 各叶片间作漩涡形运动。因而,被叶片拍击多次,获得较多 的能量。液体在叶片与引水道之间的反复迂回是靠离心力的 作用。因此,旋涡泵在开动前也要灌满液体。旋涡泵适用于 要求输送量小,压头高而粘度不大的液体。 作业作业 1、某离心泵性能实验中,当泵入口处真空表读数为56KPa时,恰好出现气蚀现象, 求在操作条件下的气蚀余量NPSH和允许吸上真空度Hs。当地大气压为100KPa, 20时水的饱和蒸气压为2.238KPa。动压头可忽略。 2、离心泵在一定输送流量范围和转速下,压头和流量间关系可表示为H252.0Q2 (式中H单位为m,Q单位为m3/min)。若将该泵安装在特定管路内,该管路特性方程 可表示为。(式中H单位为m,Qe为m3/min)。试求: (1)输送常温下清水时,该泵的流量、压头和轴功率。 (2)输送密度为1200Kg/m3的水溶液时,该泵的流量、压头和轴功率。假设该泵的效 率为60。 2 86. 120 ee QH+=
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