化工原理讲稿(中国石油大学)第2章 流体输送机械讲稿2

1、五、离心泵的特性曲线（五、离心泵的特性曲线（Characteristic curvesCharacteristic curves） (3)(3) QQ曲线曲线 1.1.离心泵特性曲线离心泵特性曲线 (1)HQ(1)HQ曲线曲线(2)(2) NQNQ曲线曲线 2.2.离心泵特性曲线的测定离心泵特性曲线的测定 离心泵的特性曲离心泵的特性曲 线是在一定转速下用线是在一定转速下用 2020的清水为工作介的清水为工作介 质通过实验测定的。质通过实验测定的。 五、离心泵的特性曲线（五、离心泵的特性曲线（Characteristic curvesCharacteristic curves） 以真空表和压力表

2、两测点为以真空表和压力表两测点为1 1，2 2截面列柏努力方程，有截面列柏努力方程，有 22 21 21 21 1 2 2 f pp uu H Hzz gg 五、离心泵的特性曲线（五、离心泵的特性曲线（Characteristic curvesCharacteristic curves） 对应的泵的效率为对应的泵的效率为 对应的泵的有效功率为对应的泵的有效功率为 HQgNe N Ne 调节流量，并重复以上的测量和计算，则可得到不同流量下调节流量，并重复以上的测量和计算，则可得到不同流量下 的特性参数，绘制特性曲线。的特性参数，绘制特性曲线。 五、离心泵的特性曲线（五、离心泵的特性曲线（Char

3、acteristic curvesCharacteristic curves） 3.3.特性曲线的影响因素特性曲线的影响因素 (1)(1)液体密度的影响液体密度的影响 离心泵的理论流量和理论压头与液体密度无关，离心泵离心泵的理论流量和理论压头与液体密度无关，离心泵 的轴功率则随液体密度的增加而增加。的轴功率则随液体密度的增加而增加。 (2)(2)液体粘度的影响液体粘度的影响 液体粘度的改变将直接改变其在离心泵内的能量损失，液体粘度的改变将直接改变其在离心泵内的能量损失， 因此，因此，HQHQ、NQNQ、 Q Q 曲线都将随之而变。液体运动粘曲线都将随之而变。液体运动粘 度度 20 20 101

4、0-6 -6 m m2 2/s /s 时影响不大，超过此值则应进行换算。时影响不大，超过此值则应进行换算。 课本课本p107p107上给出了不同条件下通过实验得到的换算系数。上给出了不同条件下通过实验得到的换算系数。 (3)(3)叶轮转速的影响叶轮转速的影响 当叶轮转速的改变不大时（当叶轮转速的改变不大时（20%20%）：）： 3.3.特性曲线的影响因素特性曲线的影响因素 32 ) ( ,) ( , n n N N n n H H n n Q Q 比例比例 定律定律 3.3.特性曲线的影响因素特性曲线的影响因素 在同一转速下，如叶轮直径的切割幅度不大时，泵的效率在同一转速下，如叶轮直径的切割幅

5、度不大时，泵的效率 不变，则泵的流量、扬程和轴功率与叶轮直径的近似关系不变，则泵的流量、扬程和轴功率与叶轮直径的近似关系 为为 : : (4)(4)叶轮直径的影响叶轮直径的影响 3 2 2 2 2 2 2 2 )( ,)( , D D N N D D H H D D Q Q 切割切割 定律定律 六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度 由离心泵的工作原理可知，从整个吸入管路到泵的吸入由离心泵的工作原理可知，从整个吸入管路到泵的吸入 口，液体的压强是不断降低的。口，液体的压强是不断降低的。 Hg 1 1 K K 0 0 p0 1.1.汽蚀现象汽蚀现象 当泵内某点的压强

6、低至液体饱和蒸汽压时部分液体将汽化，产生的当泵内某点的压强低至液体饱和蒸汽压时部分液体将汽化，产生的 汽泡被液流带入叶轮内压力较高处再凝聚。由于凝聚点处产生瞬间真空，汽泡被液流带入叶轮内压力较高处再凝聚。由于凝聚点处产生瞬间真空， 造成周围液体高速冲击该点，产生剧烈的水击。瞬间压力可高达数十个造成周围液体高速冲击该点，产生剧烈的水击。瞬间压力可高达数十个 MPaMPa，众多的水击点上水击频率可高达数十众多的水击点上水击频率可高达数十kHzkHz，且水击能量瞬时转化为且水击能量瞬时转化为 热量，水击点局部瞬时温度可达热量，水击点局部瞬时温度可达230230以上。以上。 症状：噪声大、泵体振动，流

7、量、压头、效率都明显下降。症状：噪声大、泵体振动，流量、压头、效率都明显下降。 后果：高频冲击加之高温腐蚀同时作用使叶片表面产生一个个凹穴，后果：高频冲击加之高温腐蚀同时作用使叶片表面产生一个个凹穴， 严重时成海绵状而迅速破坏。严重时成海绵状而迅速破坏。 防止措施：把离心泵安装在恰当的高度位置上，确保泵内压强最低防止措施：把离心泵安装在恰当的高度位置上，确保泵内压强最低 点处的静压超过工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压点处的静压超过工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压。 六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度 2.2.安装高度安装高度 离心泵的安装高度不是任意的，而是要

8、受到气蚀现离心泵的安装高度不是任意的，而是要受到气蚀现 象的限制。反映这一限制的因素，从泵本身的吸上性能象的限制。反映这一限制的因素，从泵本身的吸上性能 考虑，常采用两种指标来表示，即离心泵的允许吸上真考虑，常采用两种指标来表示，即离心泵的允许吸上真 空高度和允许气蚀余量。空高度和允许气蚀余量。 Hg 1 1 K K 0 0 p0 (1)(1)允许吸上真空高度和允许安装高度允许吸上真空高度和允许安装高度 g pp H a S 1 允许吸上真空高度由实验测定，允许吸上真空高度由实验测定， 也可从泵样本中查得也可从泵样本中查得 。 六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高

9、度 10 2 11 2 f a g H g u g pp H 10 2 1 2 fsg H g u HH 假定离心泵在可允许的最高位置上操作，以贮液槽液面假定离心泵在可允许的最高位置上操作，以贮液槽液面 为基准水平面，列贮液槽液面为基准水平面，列贮液槽液面0-00-0与泵入口处截面与泵入口处截面1-11-1间的间的 柏努利方程式，可得柏努利方程式，可得 Hg 1 1 K K 0 0 p0 六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度 10 2 11 2 fg a H g u g p H g p 允许的允许的安装高度安装高度 六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度六、离心泵的

10、汽蚀现象与泵的安装高度 HsHs的校正的校正 泵样本中所给出的泵样本中所给出的HsHs，是在大气压力为是在大气压力为10.3310.33mHmH2 2O O下，以下，以 2020水水( (此时水的饱和蒸气压为此时水的饱和蒸气压为0.240.24mHmH2 20)0)为介质测定的数为介质测定的数 值。如果泵的操作条件与上述实验条件不同时，则应把泵值。如果泵的操作条件与上述实验条件不同时，则应把泵 样本中给出的样本中给出的HsHs值换算成操作条件下的值，即值换算成操作条件下的值，即 )24. 0()33.10( g p g p H g pp g pp HH va s vvaa ss 10 2 1

11、2 fsg H g u HH 六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度 (2)(2)实际安装高度实际安装高度 为确保离心泵在运转时不发生气蚀现象，泵的实际安装为确保离心泵在运转时不发生气蚀现象，泵的实际安装 高度还应比计算的允许安装高度高度还应比计算的允许安装高度HgHg低低0.50.51.1.OmOm。 )0 . 15 . 0( HgH实际 六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度 例例2 2：用一台离心泵在海拔高度：用一台离心泵在海拔高度400400m m处输送处输送4040的水，从泵样的水，从泵样 本中查得该泵的允许吸上真空高度本中

12、查得该泵的允许吸上真空高度Hs=7.0mHs=7.0m，若吸入管的压头损若吸入管的压头损 失约为失约为1 1mHmH2 2O,O,泵入口处的动压头为泵入口处的动压头为0.20.2mHmH2 2O O。试确定该离心泵的试确定该离心泵的 安装高度。已知海拔高度安装高度。已知海拔高度400400m m处的大气压力为处的大气压力为9.859.85mHmH2 2O O。 六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度 解：解： 10 2 1 2 fsg H g u HH )(06. 6 2 .992 2 .998 )24. 0 9.81998.2 7375.26 (-9.85)-(

13、10.33-7 )24. 0()33.10( m g p g p HH va ss 泵的实际安装高度为泵的实际安装高度为4.86-0.5=4.364.86-0.5=4.36m m。 )(86. 412 . 006. 6mH g 六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度 (3) (3)允许气蚀余量和允许安装高度允许气蚀余量和允许安装高度 定义定义: :为防止气蚀现象，泵入口处液体的静压头与动压头为防止气蚀现象，泵入口处液体的静压头与动压头 之和必须大于液体在操作条件下饱和蒸气压头的某一最小允许之和必须大于液体在操作条件下饱和蒸气压头的某一最小允许 值，以值，以h h表

14、示表示, ,即即 g p g u g p h v ) 2 ( 2 11 六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度 允许气蚀余量是反映离心泵汽蚀性能的重要参数，主要允许气蚀余量是反映离心泵汽蚀性能的重要参数，主要 与泵的内部结构和输送的流量有关。与泵的内部结构和输送的流量有关。 离心泵的允许气蚀余量，也是由泵的生产部门按输送离心泵的允许气蚀余量，也是由泵的生产部门按输送 2020清水通过实验测定的。当输送其它液体时，同样需要进清水通过实验测定的。当输送其它液体时，同样需要进 行校正。由于校正系数的值一般小于行校正。由于校正系数的值一般小于1 1，因此也可以不进行，因此

15、也可以不进行 校正，而把高出的数值作为防止气蚀现象所外加的安全系数。校正，而把高出的数值作为防止气蚀现象所外加的安全系数。 六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度 Hg 1 1 K K 0 0 p0 10 2 110 10 2 110 ) 2 ( 2 f vv fg H g p g u g p g pp H g u g p g p H 泵的实际安装高度还应比计算的允许安装高度泵的实际安装高度还应比计算的允许安装高度HgHg低低0.50.51.1.OmOm。 泵的允许安装高度泵的允许安装高度 10 0 f v g Hh g pp H 六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高

16、度六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度 例题：用一台离心油泵从贮槽向反应器输送液态异丁烷，从例题：用一台离心油泵从贮槽向反应器输送液态异丁烷，从 泵样本中查得在输送流量下该泵的允许气蚀余量泵样本中查得在输送流量下该泵的允许气蚀余量h h3.53.5m m。 贮罐内液面上方的压力为贮罐内液面上方的压力为6.526.52l0l05 5PaPa。异丁烷在输送温度下异丁烷在输送温度下 的饱和蒸气压为的饱和蒸气压为6.386.38l0l05 5PaPa，密度为密度为530530kg/mkg/m3 3。吸入管路的压吸入管路的压 头损失为头损失为1.21.2m m。试问，当泵的入口处位于贮罐内液面以下试问，当

17、泵的入口处位于贮罐内液面以下1.51.5m m 时，该泵能否正常操作。时，该泵能否正常操作。 六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度 解：允许安装高度为解：允许安装高度为 0 . 2 2 . 15 . 3 807. 9530 10)38. 652. 6( 5 0 f v g Hh g pp H 已知泵的实际安装高度为已知泵的实际安装高度为-1.5-1.5m m大于计算结果。说明泵在大于计算结果。说明泵在 输送异丁烷过程中会发生气蚀现象，不能确保泵的正常操作。输送异丁烷过程中会发生气蚀现象，不能确保泵的正常操作。 将泵的安装高度降至将泵的安装高度降至-2.0-0.5

18、-2.0-0.5-2.5-2.5m m才能确保其正常操作。才能确保其正常操作。 查取允许吸上真空高度（允许汽蚀余量查取允许吸上真空高度（允许汽蚀余量 h h ） 校正校正 计算出允许安装高度计算出允许安装高度 实际安装高度应小于实际安装高度应小于HgHg。 六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度 总结总结 安装高度的计算：安装高度的计算： 减少吸入管路的阻力，可提高泵的安装高度。故离心泵减少吸入管路的阻力，可提高泵的安装高度。故离心泵 的入口管径都大于出口管径。的入口管径都大于出口管径。 六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度 液体温

19、度越高，饱和蒸汽压液体温度越高，饱和蒸汽压p pv v就越高，允许安装高度则越就越高，允许安装高度则越 低。在输送较高温度的液体时尤其要注意安装高度。低。在输送较高温度的液体时尤其要注意安装高度。 当离心泵在某一定的管路系统当离心泵在某一定的管路系统 中工作时，其压头和流量不仅与离中工作时，其压头和流量不仅与离 心泵本身的性能有关，而且还与管心泵本身的性能有关，而且还与管 路的特性路的特性( (指流量、管径、管长和指流量、管径、管长和 管件、端点条件等管件、端点条件等) )有关。有关。 七、离心泵的工作点与流量调节七、离心泵的工作点与流量调节 1.1.管路特性曲线管路特性曲线 21 2 1 2

20、 212 12 2 )( fe H g uu g pp ZZH 当离心泵安装在特定的管路中工作时，在一定的流当离心泵安装在特定的管路中工作时，在一定的流 量量Q Q下，管路需要泵提供的压头下，管路需要泵提供的压头HeHe，可以通过列截面可以通过列截面1-11-1 与截面与截面2-22-2间的柏努利方程式求得，即间的柏努利方程式求得，即 21 2 22 2 1 2 1 1 22 fe H g u g p ZH g p g u Z 七、离心泵的工作点与流量调节七、离心泵的工作点与流量调节 一般，取一般，取 0 2 2 1 2 2 g uu ZZZ)( 12 ppp 12 又又 2 5 9 2 2

21、2 21 1037. 6 3600 4 2 1 2 e e f Q d l d Q gd l g u d l H 2 5 9 1037. 6 ee Q d l g p ZH 当管路端点条件和液体一定时，当管路端点条件和液体一定时，A A为定值，与流量无关。为定值，与流量无关。 g p ZA 令令5 9 1037. 6 d l B 当管路情况一定，湍流时摩擦系数变化很小，可视为当管路情况一定，湍流时摩擦系数变化很小，可视为 常数，则常数，则B B也为定值，与流量无关。则也为定值，与流量无关。则 2 BQAH e 七、离心泵的工作点与流量调节七、离心泵的工作点与流量调节 管路特性曲线方程式管路特性

22、曲线方程式 七七、离心泵的工作点与流量调节、离心泵的工作点与流量调节 2.2.离心泵的工作点离心泵的工作点 当工作点当工作点P P正好落在泵的高效区时，说明对该管路系统正好落在泵的高效区时，说明对该管路系统 所选择的离心泵是适宜的。所选择的离心泵是适宜的。 七七、离心泵的工作点与流量调节、离心泵的工作点与流量调节 例题：如图所示，将例题：如图所示，将2020的清水从贮水池输送到高位槽。已知高的清水从贮水池输送到高位槽。已知高 位槽内水面高于贮水池水面位槽内水面高于贮水池水面1313m m。高位槽及贮水池中水面恒定不变，且高位槽及贮水池中水面恒定不变，且 均与大气连通。输送管为的钢管，总长度均与

23、大气连通。输送管为的钢管，总长度( (包括局部阻力的当量长度包括局部阻力的当量长度) ) 为为200200米。现拟选用米。现拟选用4 4B20B20型水泵，当转速为型水泵，当转速为2900 2900 r rminmin时，其特性曲时，其特性曲 线如下图所示。试分别求泵在运转时的流量、轴功率及效率。在本题线如下图所示。试分别求泵在运转时的流量、轴功率及效率。在本题 情况下，摩擦系数可取情况下，摩擦系数可取0.020.02 七七、离心泵的工作点与流量调节、离心泵的工作点与流量调节 解：管路特性曲线可以通过列截面解：管路特性曲线可以通过列截面1-11-1与截面与截面2-22-2间的柏间的柏 努利方程式求得，即努利方程式求得，即 21 2 1 2 212 12 2 )( fe H g uu g pp ZZH 13)( 12 ZZ 2 5 9 2 2 2 21 131. 0 02. 02001037. 6 3600 4 2 1 2 e e f Q d Q gd l g u d l H 24 1061. 613 ee QH 七七、离心泵的工作点与流量调节、离心泵的工作点