离心特性曲线

1、船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 1 第二节第二节 离心泵的特性及特性曲线离心泵的特性及特性曲线Section 2 Characteristics and performance curve of centrifugal pump船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 2 假设假设(Hypothesis)：(1)(1)理想叶轮：理想叶轮：叶片无限多且无限薄，流体质叶片无限多且无限薄，流体质点运动轨迹与叶片型线重合。点运动轨迹与叶片型线重合。(2)(2)理想流体：理想流体：无黏性

2、、不可压缩流体。无黏性、不可压缩流体。(3)(3)定常流动：定常流动：质点的运动速度大小和方向不质点的运动速度大小和方向不随时间变化。随时间变化。一一 离心泵的扬程和流量离心泵的扬程和流量1 1 液体在叶轮中的流动情况液体在叶轮中的流动情况船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 3 液体在叶轮中的流动液体在叶轮中的流动 船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 4 速度三角形速度三角形圆周速度圆周速度u相对速度相对速度w绝对速度绝对速度v vu周向分速度周向分速度vr径向分速度径向分速

3、度vwuu方向一定方向一定w方向一定方向一定v方向一定方向一定速度角速度角液流角液流角船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 5 速度三角形速度三角形圆周速度圆周速度u相对速度相对速度w绝对速度绝对速度v vu周向分速度周向分速度vr径向分速度径向分速度vuQ Qt t- -流过叶轮的理论流量流过叶轮的理论流量D-D-质点处的叶轮直径质点处的叶轮直径B-B-质点处的叶轮宽度质点处的叶轮宽度 - -排挤系数排挤系数,0.75-0.95,0.75-0.95DBQvtr速度角速度角液流角液流角船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary M

4、achinery第五章第五章 离心泵离心泵 6 速度三角形速度三角形圆周速度圆周速度u相对速度相对速度w绝对速度绝对速度v vu周向分速度周向分速度vr径向分速度径向分速度vuDBQvtr叶轮流量、转速、尺寸叶轮流量、转速、尺寸确定后，叶轮各处的速确定后，叶轮各处的速度三角形就确定。度三角形就确定。速度角速度角液流角液流角船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 7 2 2 扬程方程式扬程方程式Wggpzggpz2222222111理论扬程即为进出叶轮的水头之差：理论扬程即为进出叶轮的水头之差：非惯性系统力加上惯性力，可采用惯性系统非惯性系

5、统力加上惯性力，可采用惯性系统力学定律：力学定律：gccgppzzgcgpzgcgpzHt2 222122121221112222(1)(1)船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 8 Wggpzggpz2222222111 guurgdrrgWrrrr2212122222121W W：离心力对单位液体所做的功。：离心力对单位液体所做的功。guuggppzz22212221221212船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 9 代入代入(1)(1)式，得离心泵扬程方程式：式，得离心泵

6、扬程方程式：222222211221222uuwwvvHgggT运用余弦定理，去掉运用余弦定理，去掉w项，则：项，则：221 1uuu vu vHgT离心泵径向吸入，离心泵径向吸入，v1u=0=0，而，而v2u=u2-v2rcot 2：222 22ouu vHggrTc t船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 10 222 22ouu vHggrTc tHtQt(c)前弯前弯(a)径向径向(b)后弯后弯u22gv2 D2b2cot 2船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 11 2

7、22 22uu vHggrTcotHtQt(c)前弯前弯(a)径向径向(b)后弯后弯u22gv2 D2b2cot 2(1)(1)扬程主要取决于叶轮直径及转速。扬程主要取决于叶轮直径及转速。提高离心提高离心泵扬程，可增大叶轮直径或转速；采用叶轮串泵扬程，可增大叶轮直径或转速；采用叶轮串联的多级泵。联的多级泵。船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 12 222 22uu vHggrTcotHtQt(c)前弯前弯(a)径向径向(b)后弯后弯u22gv2 D2b2cot 2(2)(2)扬程随流量而变，并与叶片出口角扬程随流量而变，并与叶片出口角

8、 2 2有关。有关。前弯叶片扬程高，但水力效率低。为了提高效率，前弯叶片扬程高，但水力效率低。为了提高效率，一般采用后弯叶片。一般采用后弯叶片。船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 13 222 22uu vHggrTcotHtQt(c)前弯前弯(a)径向径向(b)后弯后弯u22gv2 D2b2cot 2(3)(3)理论扬程与流体性质无关，但实际扬程因容理论扬程与流体性质无关，但实际扬程因容积损失和水力损失而不同。积损失和水力损失而不同。H=100mH=100m的离心泵理论的离心泵理论自吸高度自吸高度12.9cm12.9cm，所以无自吸

9、能力。，所以无自吸能力。船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 14 二二 能量损失和定速特性曲线能量损失和定速特性曲线机械、容积、水力损失。机械、容积、水力损失。1 1 各种损失和效率各种损失和效率1)1)机械损失和机械效率机械损失和机械效率523314210074Dng.Pm轴封、轴承摩擦轴封、轴承摩擦损失损失 pm1轮盘摩擦损失轮盘摩擦损失 pm2mittmPPPgQ HPPPP-轴功率轴功率Pi-水力水力(指示指示)功率功率船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 15 2)2

10、)容积损失和容积效率容积损失和容积效率平衡孔平衡孔/管管内部漏泄内部漏泄外部漏泄外部漏泄平衡孔平衡孔/管管/盘漏泄盘漏泄多级泵级间漏泄多级泵级间漏泄tttttvQqQQHgQgQH1q-总漏泄量总漏泄量平衡盘平衡盘船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 16 3)3)水力损失和水力效率水力损失和水力效率(1)(1)摩阻损失摩阻损失泵内沿程摩擦阻力、泵内沿程摩擦阻力、局部阻力。局部阻力。211Qkh船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 17 3)3)水力损失和水力效率水力损失和水力效

11、率(2)(2)撞击、涡流损失撞击、涡流损失额定工况：无撞击额定工况：无撞击非额定工况：撞击非额定工况：撞击2022QQkhtthHHgQHgQH21hhHHt船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 18 机械损失机械损失机械效率机械效率容积损失容积损失容积效率容积效率 总效率总效率水力损失水力损失水力效率水力效率hvmttttttegQHgQHHgQgQHPHgQPP船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 19 2 2 理论定速特性曲线理论定速特性曲线 1)1)Q-H曲线曲线(1)(

12、1)叶片有限的实际叶片有限的实际叶轮中存在涡旋损失，叶轮中存在涡旋损失，理论扬程减小为理论扬程减小为H Ht t= =H HT TK K2u2u，K K2u2u称涡旋称涡旋系数。系数。特性线特性线Q Qt t-H-Ht t。Q Qt t-H-HT T：理论流量理论流量- -理理论扬程。论扬程。船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 20 2 2 理论定速特性曲线理论定速特性曲线 1)1)Q-H曲线曲线(2)(2)水力水力损失损失，使实，使实际扬程减小为：际扬程减小为： H=HH=Ht t-(h-(h1 1+h+h2 2) )。 特性线特性

13、线Q Qt t-H-H。Q Qt t-H-HT T：理论流量理论流量- -理理论扬程。论扬程。船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 21 2 2 理论定速特性曲线理论定速特性曲线 1)1)Q-H曲线曲线Q Qt t-H-HT T：理论流量理论流量- -理理论扬程。论扬程。(3)(3)泄漏泄漏量量 q q，随扬随扬程程H H增大增大，Q=QQ=Qt t- - q q。特性线特性线Q-HQ-H。船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 22 2 2 理论定速特性曲线理论定速特性曲线 2)

14、2)Q-P曲线曲线Q Qt t-P-Pi i：理论流量理论流量- -理理论功率。论功率。(1)(1)加机械功率损失加机械功率损失 P P，P=PP=Pi i+ + P P。 特性线特性线Q Qt t-P-P。(2)(2)理论流量减漏泄理论流量减漏泄量量 q q，Q=Qt-Q=Qt- q q。 特性线特性线Q-PQ-P。船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 23 2 2 理论定速特性曲线理论定速特性曲线 3)3)Q- 曲线曲线根据根据Q-HQ-H曲线、曲线、Q-PQ-P曲曲线计算。线计算。特性线特性线Q-Q- 。船舶辅机船舶辅机Marin

15、e Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 24 3 3 实际定速特性曲线实际定速特性曲线() 制作厂、实验、转速恒定制作厂、实验、转速恒定时测定的特性曲线。时测定的特性曲线。(1)Q-H(1)Q-H线是选择和使线是选择和使用离心泵的主要依据；用离心泵的主要依据；并决定了所适用的工并决定了所适用的工况调节方法。况调节方法。Q-HQ-H线具有三种形式。线具有三种形式。船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 25 ABCKHQ0(1)(1)陡降型陡降型-A-A线线扬程变化大，流量变化小。扬程变化大，流量变化小。适用静

16、扬程常波动、又需保适用静扬程常波动、又需保持流量：压力柜水泵。持流量：压力柜水泵。(2)(2)平坦型平坦型-B-B线线流量变化大，静扬程变化小。流量变化大，静扬程变化小。适用常调节流量、又需扬程适用常调节流量、又需扬程稳定：锅炉给水泵。稳定：锅炉给水泵。(3)(3)驼峰型驼峰型-C-C线线易喘振，易喘振，K K点左面不稳定。船点左面不稳定。船上较少使用。上较少使用。船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 26 3 3 实际定速特性曲线实际定速特性曲线() 制作厂、实验、转速恒定制作厂、实验、转速恒定时测定的特性曲线。时测定的特性曲线。(2

17、)Q-P(2)Q-P线是选择原动线是选择原动机功率和泵起动方式机功率和泵起动方式的依据。的依据。封闭起动封闭起动( (短时运行短时运行) )不设安全阀。不设安全阀。船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 27 3 3 实际定速特性曲线实际定速特性曲线() 制作厂、实验、转速恒定制作厂、实验、转速恒定时测定的特性曲线。时测定的特性曲线。(3)Q-(3)Q- 线是判断泵工线是判断泵工作经济性的依据。作经济性的依据。额定工况效率最高，额定工况效率最高，泵应有较宽的高效区。泵应有较宽的高效区。船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Ma

18、chinery第五章第五章 离心泵离心泵 28 3 3 实际定速特性曲线实际定速特性曲线() 制作厂、实验、转速恒定制作厂、实验、转速恒定时测定的特性曲线。时测定的特性曲线。(4)Q-(4)Q- h hr r线是抗汽蚀线是抗汽蚀性能的表现。性能的表现。必需汽蚀余量随流量必需汽蚀余量随流量增加而增加。增加而增加。船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 29 三三 管路特性曲线和泵的工况点管路特性曲线和泵的工况点1 1 管路特性曲线管路特性曲线管路特性曲线管路特性曲线(Pipeline characteristic curve)：液体流过管路

19、所需扬程与流量的关系曲线。液体流过管路所需扬程与流量的关系曲线。 2KQHhgppzHstacH Hstst- -静扬程静扬程K-K-比例常数比例常数zpapa船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 30 三三 管路特性曲线和泵的工况点管路特性曲线和泵的工况点1 1 管路特性曲线管路特性曲线zpapa管路特性曲线管路特性曲线(Pipeline characteristic curve)：液体流过管路所需扬程与流量的关系曲线。液体流过管路所需扬程与流量的关系曲线。 QHstHgppac2KQRzAA R R 船舶辅机船舶辅机Marine A

20、uxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 31 2 2 离心泵的工况点离心泵的工况点泵泵Q-HQ-H与管路与管路Q-HQ-H交点称交点称泵的工况点泵的工况点(Operation point)。工况点的参数工况点的参数(Q(Q、H H、P P、hhr r) )即即是离心泵在该管路工作的性能参数。是离心泵在该管路工作的性能参数。Q QH HststH HCH H0 0H HA AQ QA AAQ QH HststH HCH H0 0H HA AQ QA AAC CAA离心泵工作点的确定离心泵工作点的确定稳定工况的工稳定工况的工况点自动调节况点自动调节管路特性改变导致管路特性改变导致工况点变化工况点变化Q QH HststH HCH H0 0H HA AQ QA AADDQ QD D船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵 32 四四 离心泵的特性变换离心泵的特性变换1 1 变速变速1122QnQn21122HnHn31122PnPn转速增加，转速增加，Q Q、H H、P P均增加。均增加。转速变化大时，关系不适用。转速变化大时，关系不适用。船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery第五章第五章 离心泵离心泵