哈工程船舶辅机--04-离心泵

1、11.1.液体在叶轮中的运动情况及速度三角形液体在叶轮中的运动情况及速度三角形 为简化液体在叶轮内的复杂运动，作两点假为简化液体在叶轮内的复杂运动，作两点假设：设：叶轮内叶片的数目为无穷多，即叶片的厚度叶轮内叶片的数目为无穷多，即叶片的厚度为无限薄，从而可以认为液体质点完全沿着叶为无限薄，从而可以认为液体质点完全沿着叶片的形状而运动，亦即液体质点的运动轨迹与片的形状而运动，亦即液体质点的运动轨迹与叶片的外形相重合。叶片的外形相重合。输送的是理想液体，由此在叶轮内的流动阻输送的是理想液体，由此在叶轮内的流动阻力可忽略力可忽略。 2欧拉方程欧拉方程I I式：式： gccgguuHT22221222

2、2212122HpHp（静压头）（静压头） Hc(Hc(动压头动压头) ) 离心力的作用下离心力的作用下叶轮旋转所增加叶轮旋转所增加的静压头的静压头 叶片间通道面积逐渐加大叶片间通道面积逐渐加大使液体的相对速度减少所使液体的相对速度减少所增加的静压头增加的静压头 液体流经叶轮后所液体流经叶轮后所增加的动压头（在增加的动压头（在蜗壳中其中一部分蜗壳中其中一部分将转变为静压能）将转变为静压能）HpHp用于克服装置中的流用于克服装置中的流阻、液位差和反压。要阻、液位差和反压。要求求HpHp大于这三者之和。大于这三者之和。HcHc表现为液流的绝对速度增表现为液流的绝对速度增加。要求加。要求HcHc不宜

3、过大，因为不宜过大，因为HcHc大流阻大。大流阻大。3222111222222222111212121coscoscos2cos2ccccucucucucuu（4 4）4将（将（4 4）式代欧拉方程）式代欧拉方程I I式后，得：式后，得：欧拉方程欧拉方程IIII式式: :gcucugcucuHuuT1122111222coscosgccgguuHT222212222212122欧拉方程欧拉方程I I式：式： 52 2）对欧拉方程）对欧拉方程IIII式的分析式的分析gcucugcucuHuuT1122111222coscos在离心泵设计中，为提高理论压头，一般使在离心泵设计中，为提高理论压头，一

4、般使1 19090 （液体径向进入叶片间通道），（液体径向进入叶片间通道），coscos1 10 0gcugcuHuT22222cos6 根据速度三角形根据速度三角形w w2 22 2c c2 2u u2 2c cr2r2c c2u2u2 2222222cosurccuc ctg7将上两式代入欧拉方程将上两式代入欧拉方程IIII式后，得：式后，得：设叶轮的外径为设叶轮的外径为D D2 2，叶轮出口处的宽度为，叶轮出口处的宽度为b b2 2，理论流量理论流量Q QTOOTOO = =c cr2r2A A ，则：则：2 22 22 2222/rTcQD b2222222TTuuctgQHggD b

5、8离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式2 22 2u u2 2c c2 2w w2 22 22222222TTuuctgQHggD b2222223600TTD nn ctgQHggb22/ 60uD n9 扬程与扬程与n n有关有关n n 扬程扬程；反之相反；反之相反； 扬程与流量之间的关系扬程与流量之间的关系3)3)对离心泵基本方程式的讨论对离心泵基本方程式的讨论前弯式叶片前弯式叶片后弯式叶片后弯式叶片直叶式叶片直叶式叶片2222223600TTD nn ctgQHggb2222222TTuuctgQHggD b10 扬程和角度有关扬程和角度有关2222223600TTD nn ctgQH

6、ggb2222222TTuuctgQHggD b(a)(a)径向叶片径向叶片性能介于后弯叶片与前弯叶片之间。性能介于后弯叶片与前弯叶片之间。11(b) (b) 后弯叶片（叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相反）后弯叶片（叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相反） 静压大、动压小、噪音小、效率高、工作平稳、不会过载。静压大、动压小、噪音小、效率高、工作平稳、不会过载。12与输送的液体性质无关，公式中无液体的性能参数。与输送的液体性质无关，公式中无液体的性能参数。(c)(c)前弯叶片前弯叶片 静压小、动压大、噪音大、效率低、能量转换中损失大、适静压小、动压大、噪音大、效率低、能量转换中损失大、适宜风机工况。宜风机工

7、况。2222222TTuuc tgQHggD b13三、离心泵的定速特性曲线三、离心泵的定速特性曲线离心泵的定速特性曲线离心泵的定速特性曲线 在既定的转速下，离心泵的扬程、功率、效率等在既定的转速下，离心泵的扬程、功率、效率等参数与流量的函数关系曲线。参数与流量的函数关系曲线。HQ理论理论H-QH-Q实际实际H-QH-Q1 1）扬程流量曲线）扬程流量曲线141 1）扬程流量曲线）扬程流量曲线 叶轮上的叶片数目是有限叶轮上的叶片数目是有限的的6 61212片，叶片间的液流并片，叶片间的液流并不是由许多完全相同的单元流不是由许多完全相同的单元流束组成，液体在叶片间流道内束组成，液体在叶片间流道内流

8、动时存在涡流，其直接影响流动时存在涡流，其直接影响速度，导致泵的压头降低。速度，导致泵的压头降低。 液体具有粘性，在泵内存液体具有粘性，在泵内存在磨擦等。在磨擦等。 非设计工况进、出叶轮的非设计工况进、出叶轮的撞击损失，撞击损失，( (设计工况设计工况 = = 零零) ) 泵内有各种泄漏现象，实泵内有各种泄漏现象，实际的际的Q Q小于理论流量。小于理论流量。 15n陡降形陡降形n叶片出口角较小，叶片出口角较小，H H变化时变化时Q Q变化较变化较小小n用于用于H H变动又不希望变动又不希望Q Q变化的场合变化的场合( (舱底水泵压载泵等舱底水泵压载泵等) )n平坦形平坦形n叶片出口角稍大，叶片

9、出口角稍大，H H变化时变化时Q Q变化较变化较大大n用于那些经常需要调节用于那些经常需要调节Q Q而又不希而又不希望节流损失太大的场合望节流损失太大的场合( (凝水泵、凝水泵、锅炉给水泵锅炉给水泵) )n驼峰形驼峰形n叶片出口角较大叶片出口角较大n有驼峰形有驼峰形Q QH H曲线的泵，工作时可曲线的泵，工作时可能发生喘振能发生喘振, ,应尽量避免使用应尽量避免使用n适当限制叶片出口角和叶片数，即适当限制叶片出口角和叶片数，即可避免出现驼峰可避免出现驼峰162 2）功率流量曲线）功率流量曲线三、离心泵的定速特性曲线三、离心泵的定速特性曲线QHN-QN 流量为零时，流量为零时，功率最小，适合采功

10、率最小，适合采用封闭启动。大功用封闭启动。大功率离心泵此时电机率离心泵此时电机的启动电流最小，的启动电流最小，对船舶电站冲击最对船舶电站冲击最小。小。353550%50%N N额额17n轴封及轴承的机械摩擦损失n约占轴功率的15，采用机械轴封时损失较小；n叶轮的圆盘摩擦损失n约占轴功率的210n它与叶轮D2的五次方和n的平方成正比。n提高n和相应减小叶轮外径(H不变时）可减小圆盘摩擦损失。QHN-QN353550%50%N N额额183 3）效率流量曲线）效率流量曲线HN-Q 当泵转速当泵转速n n一定时，由实验可测得一定时，由实验可测得H HQ Q，N NQ Q，Q Q，这三条曲线称为性能曲

11、线，由泵制造厂提供，这三条曲线称为性能曲线，由泵制造厂提供, ,供泵用户使用。供泵用户使用。 泵厂以泵厂以2020清水作为工质做实验测定性能曲线。清水作为工质做实验测定性能曲线。 Q Q，QQ先先后后，存在一最高效率点，此点称存在一最高效率点，此点称为设计点。与为设计点。与maxmax对应的对应的H H，Q Q，N N值称为最佳工况参数，值称为最佳工况参数，也是铭牌所标值。也是铭牌所标值。1920四、管路特性曲线和泵的工况点四、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 液体流过既定的管路时，它所需的压头液体流过既定的管路时，它所需的压头H H与流与流量之间的函数关系。量之间

12、的函数关系。2KQgppzhHHsrdru包括两个部分包括两个部分: :位置头，压力头，与流量没有关系位置头，压力头，与流量没有关系消费于克服管道阻力消费于克服管道阻力Z Zp pdrdrp psrsr21H HQ Q管路阻力增加管路阻力增加阻力曲线变陡阻力曲线变陡静压头增加静压头增加静压线上移静压线上移n倾斜程度取决于阻力n纵坐标起点位置取决于管路的静压头n当管路阻力变化，如K值增加，曲线变陡22n将定速特性曲线和管路的特性曲线画在一张图上，QH曲线与管路特性曲线的交点即泵的工况点。n点C工况产生的H正好等于液体以此工况的Q流过该管路时所需的压头。n大多数离心泵的HQ曲线是向下倾斜，其工况点

13、是稳定的。H HQ Q管路阻力增加管路阻力增加阻力曲线变陡阻力曲线变陡23H HQ Q管路阻力增加管路阻力增加阻力曲线变陡阻力曲线变陡n如干扰使泵的Q增加或减少，都能回复，所以是稳定工况点。24n当管路特性改变时，泵特性曲线发生改变，工况点也会改变。n同一泵在管路情况改变时Q将发生较大变化。n泵在额定工况下效率最高，应尽可能使泵在额定工况点附近工作。H HQ Q管路阻力增加管路阻力增加阻力曲线变陡阻力曲线变陡2526见下见下2 2图图 27282930 313233343536相似理论的意义：相似理论的意义：离心泵中流体计算复杂，无法精确计算，缩离心泵中流体计算复杂，无法精确计算，缩比模型容易

14、实现，需用到相似理论。比模型容易实现，需用到相似理论。用它来推导出离心泵的相似准则数用它来推导出离心泵的相似准则数比转比转数数，作为对离心泵的分类。，作为对离心泵的分类。37121212121122 DDBDDDBD 常数， ，一、相似条件一、相似条件两泵过流部分相应的几何尺寸比值相等，两泵过流部分相应的几何尺寸比值相等，叶片数及对应的叶片安装角也相等。叶片数及对应的叶片安装角也相等。3822221122112211nDnDuuuuwwwwcccc3940二、相似定律二、相似定律 满足相似条件的离心泵流量、压头、功率存在下述关系满足相似条件的离心泵流量、压头、功率存在下述关系1 1、流量相似关

15、系、流量相似关系2 2、压头相似关系、压头相似关系3 3、功率相似关系、功率相似关系322DDnnQQ222222DDnnHH522322DDnnPP离心泵相似三定律离心泵相似三定律41322DDnnQQ222222DDnnHH6226223DDnnHH62222DDnnQQ42令令 : :即假设一个叶轮与实际泵的叶轮相似，它产生即假设一个叶轮与实际泵的叶轮相似，它产生的的 时的转速定为时的转速定为实实际泵的比转数际泵的比转数ns s。 434324HHQQHHQQnnnsmQmH3075. 01smQmH3075. 014344 (1)(1)分析叶轮、叶片的形状对泵性能的影响；分析叶轮、叶片的形状对泵性能的影响；(2)(2)分析、分析、与的关系及变化趋势；与的关系及变化趋势；(3)(3)作为叶轮式泵的分类标准和设计标准；作为叶轮式泵的分类标准和设计标准；(4)(4)了解性能，选型、合理使用。了解性能，选型、合理使用。45464748hahrhc 0.3m hahrhc临界临界汽蚀汽蚀余量余量49505152()。53545556HRA。Q性性 能能 不不 同同RH。QRA性性 能能 相相 同同57实际情况多数属于单泵工作，只是流量达不到实际情况多数属于单泵工作，只是流量达不到指定要求，因此，若以增大流量