现代水泵设计高校讲义

1、第二章 离心泵讲义主讲教师 &&&本章的学习要点：熟悉各种流体输送机械，掌握离心泵的结构、原理、性能、安装及调节。§1流体输送机械的分类 一、液体输送泵：齿轮泵；往复泵；螺杆泵；离心泵等 二、气体输送 鼓风机；压缩机§2离心泵的原理及构造 一、离心泵的特点 结构简单；流量均匀；调节控制方便，并可用耐腐蚀材料制造。 二、离心泵的原理1、离心泵的排液原理 动能 静压能2、离心泵的吸液原理 静压能 位能3、离心泵的气缚现象 离心泵内存在气体，致使离心力下降，离心泵不能将液体吸入泵内，叶轮只是在泵壳内空转而无液体排出，这种现象称为“气缚现象”。§3

2、离心泵的构造 1、叶轮 叶轮是泵直接对流体作功的部件。 叶轮的作用是将电机的机械能转化为液体的动能和静压能。 一般常用离心泵叶轮上有612片后弯叶片。 敞开式叶轮、半开式叶轮和封闭式叶轮 平衡孔的作用2、减漏环3、泵壳 离心泵泵壳是使液体汇集及能量转化的部件。 离心泵泵壳是蜗壳形，其目的是使流体从泵吸入口到排出口流道面积逐渐扩大，流体流速逐渐降低，（从1525m/s降到13m/s），使流体动能大部分转化为静压能。4、导轮 导轮的作用：1）减小叶轮抛出的高能流体对泵壳的撞击。 2）均匀而缓慢地将动能转化为静压能。5、轴封装置 泵壳与泵轴之间的密封称为轴封。 1) 填料密封 主要由填料套、填料环、

3、填料、压盖组成。 优点：结构简单；造价低。 缺点：使用寿命短；能量损失大；有泄露。 2）机械密封 主要由传动螺钉、传动座、弹簧、推环、动环密封圈、动环、静环、静环密封圈、防转销等部件组成。 优点：液体泄露量小；使用寿命长；能耗低；结构紧凑。 缺点：零件加工要求高；成本高；装卸及更换零件不便。 §4离心泵的主要性能参数 一、流量Q单位时间内泵能够排出液体的量。反映离心泵的输液能力。常用体积流量表示，单位：m3/s离心泵的流量主要与泵的结构、叶片尺寸和轴转速有关。 二、扬程H输液过程中泵给予单位重量流体的能量。单位：m液柱如图扬程包括以下各项：1）将单位重量液体的位压能提高Z焦耳，包括吸

4、液位压头ZS和排液位压头Zb。2）将单位重量液体的静压能提高焦耳。3）提供了输送管路总阻力损失。4）将单位重量流体的动能提高焦耳。概念：离心泵的扬程不是液体的升扬高度。 离心泵的扬程与叶轮的尺寸、轴转速、叶片的数目及流量有关。 三、功率N 1、有效功率：泵在单位时间内对流经该泵的流体所作的功。 2、轴功率：电机传给离心泵的功率。 3、配带功率：离心泵本身所配带电机的功率。 四、效率 有效功率与轴功率之比。 效率的影响因素： 1、容积损失 2、水力损失 3、机械损失 离心泵的效率§5离心泵的特性曲线 一、离心泵特性曲线的测量 离心泵的铭牌： 离 心 式 清 水 泵 型号 2B31A 转

5、速 2900 r/s 扬程 25.2 m 效率 65.5 % 流量 20 m3/h 功率 2.07 kw 允许吸上真空高度 4.5 m 重量 363 N 出厂编号 791210 出厂日期 年 月 日 ×××水泵厂 实验装置： 实验原理： 近似为：实验方法：同一种泵，叶轮转速恒定下，分别测取不同流量下的H、N、，由实验数据绘制特性曲线。 二、离心泵的特性曲线 1、HQ曲线， 离心泵的扬程曲线流量Q增加；扬程H下降。2、NQ曲线， 离心泵的功率曲线 流量Q增加；功率增加。 流量为零；功率最小。3、Q曲线， 离心泵的效率曲线 曲线有最高效率点，此点为设计点。 一般，离心

6、泵的使用效率不能低于最高效率点的92%. 三、离心泵特性曲线的影响因素 1、输送液体密度的影响离心泵的扬程和效率与密度无关；有效功率与密度成正比。 2、输送液体粘度的影响 常温下，输送液体的粘度增加，最高效率点下的流量、扬程和效率均下降，轴功率增加。 输送液体粘度不大时，液体粘度对特性曲线的影响可以不计。 3、叶轮转速的影响 输送粘度与水相近的流体，转速变化不大于20%时，可认为其效率不变，则： 比例定律一 四、叶轮转速的影响 比例定律二（切割定律）§6离心泵的工作点及流量调节 一、管路特性曲线 设 则 管路特性方程 管路特性方程反映管路所需外加功的大小与流量的关系。二、离心泵工作点

7、的确定管路特性方程反映管路所需外加功的大小与流量的关系。离心泵特性方程反映离心泵所能提供的能量的大小与流量的关系。 则管路特性方程与离心泵特性方程的交点所对应的流量与扬程的关系既符合管路特性方程，又符合离心泵特性方程。称该交点为离心泵的工作点。 三、离心泵工作点的调节1、改变管路特性曲线 管路特性曲线的形状主要决定于K值，K值意味着流体在管路中的流动阻力，阻力越大，K值越大。由图中可以看到：K值增大管路所需的扬程随流量增加较快管路特性曲线变陡工作点沿离心泵特性曲线上移（左移）扬程增加；流量减小。K值减小管路所需的扬程随流量增加较慢管路特性曲线变平工作点沿离心泵特性曲线下移（右移）扬程减小；流量

8、增加。改变K值的途径：1） 在离心泵出口处安装调节阀门，改变管路局部阻力。优点：操作简单、灵活、方便。缺点：增加局部阻力将增加能量损失。2） 改变输送管路管径，改变管路沿程阻力。因为： ，即所以：管径d；K值。管径d；K值。2、改变离心泵的特性曲线改变离心泵的特性曲线的途径： 1）改变离心泵转速n转速n增加离心泵特性曲线上移离心泵工作点上移（右移）扬程增加；流量增加。转速n减小离心泵特性曲线下移离心泵工作点下移（左移）扬程减小；流量减小。 2）改变离心泵叶轮直径d 离心泵叶轮直径d减小流量减小；扬程减小工作点下移（左移）。例：某离心泵在转速1480 rpm下的特性方程为He=38.440.3Q

9、2（Q：m3/min），输送管路两端的势能差为16.8m，管径为76×4mm，长1360m（包括局部阻力的当量长度）=0.03。试求：1）输液量Q2）当转速为1700 rpm时的输液量Q/§7离心泵的汽蚀现象及安装高度一、汽蚀现象物理汽蚀：泵内压力P=PV泵内液体沸腾，产生大量气泡气泡进入高压区被压碎并急剧冷凝高压液体高速冲向气泡中心，冲击力可达几百大气压气泡若附在泵内壁或叶片上，则冲击力会使泵产生严重破坏。化学汽蚀：物理汽蚀时，液体内大量氧化性气体逸出，使泵内壁及叶片金属发生化学氧化而受损。规定：以泵的扬程较正常值下降3%作为发生汽蚀的标志。 二、最大吸上真空高度HSma

10、x与允许吸上真空高度HS允许吸上真空高度HS常用来限制沸点较高的液体（如水）输送时离心泵的安装高度。HSmax与HS均由实验测出，实验条件为：输送液体为敞口水池中20oC的清水。则P0 = Pa = 1大气压。发生汽蚀时泵入口处的压力为P1min。所以，发生汽蚀时的最大吸液压差为PaP1min，以米水 柱表示，则有：； 单位：m H2O 所以，最大吸上真空高度HSmax即以米液柱表示的离心泵最大吸液压差。则离心泵的最大安装高度为： 允许吸上真空高度HS = HSmax0.3 则离心泵的允许安装高度为：若操作条件与实验条件不同，则须对允许吸上真空高度HS进行校正。1、温度与压力的校正 非20oC

11、、1大气压下的清水：HS/ 操作条件下的允许吸上真空高度。单位：m H2OHS 实验条件下的允许吸上真空高度。单位：m H2OH0 操作条件下吸液面的压力。 单位：m H2OHV 操作温度下水的饱和蒸汽压。 单位：m H2O10.33 与一大气压相当的水柱高。 m H2O0.24 与20oC清水的饱和蒸汽压相当的水柱高。 m H2O 2、密度校正若输送液体的密度为，则三、汽蚀余量 当离心泵输送沸点较低的液体（如汽油、有机溶剂等）时，常用汽蚀余量作为指标来限制泵的安装高度。 1面和K面间列柏努利方程： 当离心泵发生汽蚀时， 此时则有所以，我们只要控制 则可以保证不发生汽蚀。 因此将的大小作为一个

12、指标，来限制离心泵的安装高度，称为最小汽蚀余量。 =定义：在离心泵内刚发生汽蚀时，泵入口处的全压头比泵内最低压强处的势能高出的值为最小汽蚀余量。 由于=时，离心泵已经发生汽蚀，因此，实际的汽蚀余量应大于最小汽蚀余量。允许汽蚀余量为=+03 单位：mH2O 离心泵的允许安装高度为： 四、实验条件下允许汽蚀余量与允许吸上真空高度HS的换算 = = = ； 所以，例：要将某减压精馏塔塔釜中的液体产品用离心泵输送到高位槽，釜中真空度位500mmHg（其中液体处于沸腾状态），泵位于地面上，吸入管总阻力位0.87m液柱，液体的密度为986/m3。已知该泵的允许汽蚀余量为4.2m，试问该泵的安装是否合适？若

13、不合适，应如何调节泵的安装高度？§8离心泵的型号一、离心式清水泵 1、B型或BA型离心式清水泵单级单吸悬臂式离心泵全系列扬程范围5125m，流量范围6.3400m3/h。 2、D型离心水泵多级分段式离心泵我国生产的多级泵一般为29级，最多可达12级。全系列扬程范围50650m，流量范围10.8850m3/h。D（DG）625×9 D：多级离心泵 DG：多级锅炉给水泵6：流量6 m3/h 25：扬程25m 9： 级数9 4B35A型水泵4：泵吸入口管直径（英寸） B：单级单吸悬臂式离心泵35：泵的扬程 A：叶片切割次数（A一次切割；B二次；C三次） 3、S型（或Sh型）离心泵

14、 双吸式离心泵 全系列扬程范围9140m，流量范围12013000m3/h。二、耐腐蚀泵 F型泵 特点：与液体接触部位用耐腐蚀材料制成。 全系列扬程范围15105m，流量范围2400m3/hFH：灰口铸铁，用于输送浓硫酸。FG：高硅铸铁，用于输送压强不高的硫酸或以硫酸为主的混酸。FM：铬镍钼钛合金钢，适宜输送常温高浓度硝酸。FB：铬镍合金钢，适宜输送常温低浓度硝酸、氧化性酸、碱其他弱腐蚀性液体。FS：聚四氟乙烯塑料，适用于输送90 oC以下的硫酸、硝酸、盐酸及碱液。FV：铝铁青铜FQ：硬铅FJ：耐碱铝铸铁 80FS24型泵 80：泵吸入口管直径（mm） FS：聚四氟乙烯塑料 24：扬程24m 三、油泵 Y型泵 特点：轴封要求高， 全系列扬程范围60603m，流量范围6.25500m3/h。 适用温度范围：45oC400 oC 四、液下泵 FY型泵 特点：轴封要求不高，效率较低，适