现代水泵设计高校讲义全

1、第二章 离心泵讲义本章的学习要点：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存在气体，致使离心力下降，离心泵不能将液体吸入泵， 叶轮只是在泵壳空转而无液体排出，这种现象称为“气缚现象”§ 3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

2、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、半开式叶轮和圭寸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、轴圭寸装置 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、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

3、。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。§ 4离心泵的主要性能参数一、流量Q单位时间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，包括吸液位压头ZS和排 液位压头Zb 0PPbPa将单位重量液体的静压能提高二-焦耳。gg提供了输送管路总阻力损失 hf 0u 2将单位重量流体的

4、动能提高焦耳。2 g概念：离心泵的扬程不是液体的升扬高度。P H Zh fg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N1、有效功率：泵在单位时间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N 配 1.1 1.2N轴四、效率有效功率与轴功率之比N有效率的影响因素：1、容积损失 V2、水力损失 H3、机械损失 m离心泵的效率总§ 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转速2900 r/s扬程25.2 m效率65.5 %流量20 m 3/h功率2.07 kw允许吸上真

5、空高度4.5 m重量363 N出厂编号 791210出厂日期年 月日XXX水泵厂实验装置:P2流量计近似为：H Z 2Ziu22 u122gRhfg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、 ，由实验数据绘制特性曲线。离心泵的特性曲线H Q曲线， 离心泵的扬程曲线 流量Q增加；扬程H下降。2、N Q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

6、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：Q 1niH i2 niN 13 niQ 2门2H 22n2N 23n2比例定律一四、叶轮转速的影响Q iD iHiDi2NiDi3Q 2D DH 2D22N 2D 23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hfhfleu22g-d24T Q22g(I_25g d8 (Ile)2 c A 5g dZ KQ 2g管

7、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。离心泵工作点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。、离心泵工作点的调节i、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值增大一管路所需的扬程随流量增加较快一管路特性曲线变 陡一工作点沿离心泵特性曲线上移（左移）一扬程增加；流量减小。K值减小一管路所需的

8、扬程随流量增加较慢一管路特性曲线变 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。K 8 （I怯）1 /因为：K2 g d5 ，即 K 1 d 5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增加一离心泵特性曲线上移一离心泵工作点上移（右移） 一扬程增加；流量增加。转速n减小一离心泵特性曲线下移一离心泵工作点下移（左移）T扬程减小；流量减小。2

9、）改变离心泵叶轮直径d离心泵叶轮直径d减小一流量减小；扬程减小一工作点下移（左 移）。例：某离心泵在转速1480 rpm 下的特性方程为He=38.4 40.3Q 2（ Q : m3/min ）,输送管路两端的势能差为16.8m，管径为 76 x 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Z。P0 u 0Z。g 2g0; U00;heheP。P102U12ghf2U12g01hf01物理汽蚀：泵压力QP=P V f泵液体沸腾，产生大量气泡f气泡 进入高压区

10、被压碎并急剧冷凝T高压液体高速冲向气泡中心，冲击 力可达几百大气压f气泡若附在泵壁或叶片上，则冲击力会使泵产生严重破坏。化学汽蚀：物理汽蚀时，液体大量氧化性气体逸出，使泵壁及 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。、最大吸上真空高度HSmax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。H Smax与HS均由实验测出，实验条件为：输送液体为敞口水池中 20 °C的清水。则Po = Pa = 1 大气压。发生汽蚀时泵入口处的压力为Plmin o所以，发生汽蚀时的最大吸液压差为Pa Plmin，

11、以米水 柱表示， 则有：PaP1 ming单位：m H 2O所以，最大吸上真空高度 压差。H Smax即以米液柱表示的离心泵最大吸液则离心泵的最大安装高度为：2ZPaP1 minU1maxH S max9 2g许吸上真空高度Hs= H Smax 0.3 则离心泵的允许安装高度为：P1U12hf01H S max2U12ghf01HS右 hf012U12ghf 01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。Hs/HsH01、温度与压力的校正非20oC、1大气压下的清水：H S/H S H0 10.33 HV操作条件下的允许吸上真空高度。 实验条件下的允许吸上真空高度操作条件

12、下吸液面的压力。Hv操作温度下水的饱和蒸汽压10.33 与一大气压相当的水柱高10009.810.24 与20oC清水的饱和蒸汽压相当的水柱高0.24单位：m H 2O单位：P。m H 2Og单位：m H 2OPV g105单位：m H 2O10.33m H 2OOH0O1HvPV 20 o C清水g235010009 .810.24 m H 2O2、密度校正若输送液体的密度为液，则H s/H 2O汽蚀余量h有机溶剂等）时，常用汽当离心泵输送沸点较低的液体（如汽油、 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：2P1U1PKg2g g当离心泵发生汽蚀时，PKPV ； P1P1m

13、iP1 min2乩 h2gf 1 Kmin2此时则有P1U1Pkg 2g g所以，我们只要控制2U1g 2gU1 &2g gPv2UK2gR ming2Ui2gh f 1 kPlg则可以保证不发生汽蚀。,P1 m in U1因此将T 2g安装高度，称为最小汽蚀余P1 m inhmin的大小作为一个指标，来限制离心泵的Pv2g 2g g定义：在离心泵刚发生汽蚀时，泵入口处的全压头比泵最低压强 处的势能高出的值为最小汽蚀余量。片 m in U1 v由于 hmin =訂石 T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 hmin o允许汽蚀余量为 h = hmin +03

14、单位：mH 20离心泵的允许安装高度为：2P 0P1u 1I2gH g 0-hP。PvP12U1Pvgg2gghhfo1PoPvg四、实验条件下允许汽蚀余量h与允许吸上真空高度Hs的换算2h P1u1局=g2gg2P aPaP1u1&_ g g g 2g g 巳 Pw h ui=S 2?2Pl 10mH 2OU10g2； 2g所以，h 10 Hs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 kg /m 3。已知该泵的允许汽 蚀余量为4.2m，试问该泵

15、的安装是否合适？ 若不合适，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 列扬程围 5125m ，流量 围 6.3400m 3/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 列扬程围 50650m ，流 量围 10.8850m 3/h。D（DG ) 6 25 X 9D：多级离心泵DG：多级 锅炉 给水泵6：流量 6 m 3/h25：扬 程 25m9：级 数 94B35A 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

16、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 双吸式离心泵 全系列扬程围 9140m ，流量围 12013000m 3/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 围 15105m ，流 量围 2400m 3/h FH :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 °C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、 油泵 Y 型泵 特点： 轴封 要求 高 ， 全系列扬程围 60603m ， 流量围 6.25500m 3/h。适用温度围：45 °C400 °C四 、 液 下 泵 FY 型 泵特 点 ：轴 封 要 求 不 高 ，效 率