康勇版本过程流体机械4.3离心泵的特性曲线

1、4.3 4.3 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线 4.3.1离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线 (一）一）.泵内损失、效率与功率泵内损失、效率与功率 泵内损失有：机械损失、容积损失、水力损失。泵内损失有：机械损失、容积损失、水力损失。 (1)机械损失：机械损失： 机械效率：机械效率：m=0.90.95 （单级泵）单级泵） 内功率：内功率：Ni = mN机械损失机械损失容积损失容积损失水力损失水力损失NeNiNmiNN泵轴功率： (2)容积损失：容积损失： 实际排量实际排量： qv = qt - q 容积效率：容积效率：（3）水力损失：包括流动阻力损失）水力损失：包括流动阻力损失 hhyd 和冲击

2、损失和冲击损失 hsh。 其中：流动阻力损失其中：流动阻力损失 hhyd =沿程摩擦损失沿程摩擦损失+局部阻力损失局部阻力损失 冲击损失冲击损失 hsh=叶轮进口冲击损失叶轮进口冲击损失 总损失总损失：h水水=hhyd+hsh 水力效率：水力效率：980930qq1qqvttvv.一般取：NNNNHh1HHhydihydeitthyd或叶轮功率：水mvhydeevemvhydNNNkW1000HqN90850泵输入功率：泵输出功率：一般取：总效率：. 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线 1. Hq曲线曲线 2. Nq曲线曲线 3. q 曲线曲线qhhHHgugCuHshhydT22u2u22T还

3、要考虑泄漏损失有效扬程：理论扬程：qH03vf10HqNN输入功率：HhhydhshHTHTNhydvm3veN10HqNN总效率：特性曲线分析：特性曲线分析：（1）一般离心泵的扬程）一般离心泵的扬程H随流量随流量q增大而减少。增大而减少。（2）泵的功率随流量）泵的功率随流量q 增大而升高；当增大而升高；当q =0时，时，N最小。最小。（3）泵的额定工况或设计工况对应最高效率点。）泵的额定工况或设计工况对应最高效率点。 最高效率点附近为高效率区，泵正常工作时，稳定工作点应在最高效率点附近为高效率区，泵正常工作时，稳定工作点应在泵的高效区。泵的高效区。 泵的有效扬程计算泵的有效扬程计算 H H

4、式中：计算水力损失和冲击损失较麻烦，可用伯努利方程计算：式中： PA、PB为吸液面、排液面上的压力（为吸液面、排液面上的压力（kPa)。 CA、CB为吸、排液面的升高和降低速度（为吸、排液面的升高和降低速度（m/s)。 ZA、ZB为两液面高度，或用为两液面高度，或用 Z 液面高差表示（液面高差表示（m)。 hAB 从从A到到B之间，整个管路中的流动阻力损失（之间，整个管路中的流动阻力损失（m)。shhydt22u2u22thhHHgugcuH有效扬程：理论扬程：mhgccZZgppHABABABAB2)(22管路流动阻力损失管路流动阻力损失： （整个吸入管与排出管）由流体力学手册查出沿程摩擦阻

5、力系数由流体力学手册查出沿程摩擦阻力系数，局部阻力系数局部阻力系数。mgcgcdlhBAiBAjjjiiiiAB2222ABh泵与管路泵与管路 炼油厂输油管线：炼油厂输油管线： 管路特性曲线管路特性曲线： 在伯努利方程中，除去泵的扬程在伯努利方程中，除去泵的扬程 H 外，其它项都属管路上所需能外，其它项都属管路上所需能量。量。管路所需能量头：管路所需能量头：管路特性曲线管路特性曲线：maqHhZgppH2vTABAB)(管系数。管路中流动损失综合无关。管路静压头，于流量aZgppHABT)(HHqHThAB （二）（二）. .管路特性曲线：管路特性曲线：（1）当管路中阻力增大（如阀关小），流量

6、会减小，则管路曲线变陡。）当管路中阻力增大（如阀关小），流量会减小，则管路曲线变陡。（2）当）当Z、p变化，变化，HT 将变化，则管路曲线将上下平移。将变化，则管路曲线将上下平移。（3）当管路静压头）当管路静压头HT 不变时，管路能量头不变时，管路能量头 H 随随 q 的增加而升高。的增加而升高。 HTHqHHTHqH0HT（三）（三）.联合特性曲线联合特性曲线 泵与管路联合工作，遵守质量守恒和能量守恒原理。泵与管路联合工作，遵守质量守恒和能量守恒原理。 稳定工况：稳定工况：q泵泵 = q管管 H泵泵 = H管管 稳定工况点为：稳定工况点为：A点。点。 此时的压头、流量此时的压头、流量：HA、

7、qA。 AqAqHHA 4.3.2 4.3.2 离心泵的流量调节离心泵的流量调节（1）.改变泵出口阀开度改变泵出口阀开度 改变管路特性曲线。在排出管路上安装闸阀。改变管路特性曲线。在排出管路上安装闸阀。 阀开大时：阀开大时：q，H 阀管小时：阀管小时：q，H 特点：简单、方便、灵活，普遍采用；特点：简单、方便、灵活，普遍采用； 能量损失大。能量损失大。（2）.出口旁路分流调节出口旁路分流调节 改变管路特性曲线。排出管接一支路，改变管路特性曲线。排出管接一支路， 用于泄流。支路管开启时，系统流量被泄掉。用于泄流。支路管开启时，系统流量被泄掉。 此时：此时： H、q 特点：简单、方便；不经济。特点

8、：简单、方便；不经济。ABAB（3）. 液位或出口压力调节液位或出口压力调节 改变管路特性曲线。利用排出管液位或压力的升高或降低，改变管路特性曲线。利用排出管液位或压力的升高或降低，即改变即改变Z或或pB。 使使HT 变化。变化。 液位升高时：液位升高时：H、q 液位降低时：液位降低时：H、q 特点：受供液系统影响，管路特性曲线平移。特点：受供液系统影响，管路特性曲线平移。（4）. 改变泵的转速改变泵的转速 改变泵的特性曲线。转速提高时，改变泵的特性曲线。转速提高时， 泵性能曲线升高。泵性能曲线升高。 当：当： n，H、q 特点：简单、经济、效率高，特点：简单、经济、效率高， 但需调速机构或更

9、换电机。但需调速机构或更换电机。BABA（5）. 切割叶轮切割叶轮 改变泵的特性曲线。叶轮被切小，改变泵的特性曲线。叶轮被切小， 性能曲线向下平移。性能曲线向下平移。 当：当：D2，H、q 特点：经济性好，满足稳定工作点需要；特点：经济性好，满足稳定工作点需要； 叶轮切割后不能恢复。叶轮切割后不能恢复。（6）.串、并联调节串、并联调节 为满足较高扬程或流量需要，用两台或多台泵进行为满足较高扬程或流量需要，用两台或多台泵进行 串联或并联工作。串联或并联工作。 串联工作串联工作 多泵串联，流量不变，扬程提高。多泵串联，流量不变，扬程提高。 q总总= q1 =q2 H总总=H1+H2 ABAB 并联

10、工作并联工作 多泵并联，扬程不变，流量提高。多泵并联，扬程不变，流量提高。 H总总=H1=H2 q总总= q1 +q2特点：充分利用设备，满足工况要求，方便。特点：充分利用设备，满足工况要求，方便。 增加占地和泄漏，要考虑各泵之间的匹配。增加占地和泄漏，要考虑各泵之间的匹配。 AB4.3.3 4.3.3 离心泵的相似原理及应用离心泵的相似原理及应用离心泵的相似定率及比例定律离心泵的相似定率及比例定律 几何相似几何相似 三大相似条件：三大相似条件： 运动相似运动相似 动力相似动力相似泵输送的是液体，泵输送的是液体，为不可压缩体，温度、密度可认为不变化。为不可压缩体，温度、密度可认为不变化。所以，

11、只要满足所以，只要满足几何相似和运动相似几何相似和运动相似， 则动力相似自然满足。则动力相似自然满足。（1）离心泵完全相似）离心泵完全相似必要条件必要条件：几何相似和运动相似充分条件充分条件：工况相似lDbdiDbd几何相似：cncuincu、工况相似条件工况相似条件：对应效率相等，密度相等。mmvvhydhyd几何相似：运动相似： 离心泵的主参数： （2 2）. 两泵相似关系 实物泵参数实物泵参数： 模型泵参数：qv、H、N3vehydtvtv10HgqNNHHqq/NHqv两泵尺寸不同、转速不同，但完全相似，则参数关系满足：两泵尺寸不同、转速不同，但完全相似，则参数关系满足：nnnnDDq

12、q3l3vv/35l22lnnNNnnHH/上式为上式为泵的相似定理泵的相似定理。 主要用于两台相似泵之间的参数换算，两泵大小和转速可以不主要用于两台相似泵之间的参数换算，两泵大小和转速可以不同同。（3）. 离心泵的比例定理离心泵的比例定理 相似定理的特例，即同一台泵，转速不同时同一台泵，转速不同时 泵泵的性能参数计算：1lnnDD23vvqnqnHnHnNnNn （4 4）. . 相似泵之间的参数计算相似泵之间的参数计算 同一台泵，转速不同。 已知： 利用比例定理： 不同尺寸泵，转速相等。 已知：利用相似定理：11112222NHqnNHqn,转速时的：求：在23211222112211Nn

13、nNHnnHqnnq/,bDbDqq，求：3333qqbbbbqqDDqq/, 泵的比转数泵的比转数 比转数是一个用来说明泵结构与性能特点的参数。比转数是一个用来说明泵结构与性能特点的参数。 对于同一台泵，工况相似时，自身参数的比值是一个定值，此值为相似准数。 对于几何相似、工况相似的两台泵，其响应参数比值也是一个定值。 常数常数332222nDqnDqDnHDnH/常数342342HnqHnq/43s43sHqn653nHqn653n/.或：联立消去联立消去D，得得：上式开上式开4 次方，习惯上扩大次方，习惯上扩大3.65倍，得倍，得比转数比转数 ns： 式中：n转速，r/min。 q流量，

14、 H扬程，m。对于两台相似泵，无论尺寸大小，上式关系式相同，即比转数相等。对于两台相似泵，无论尺寸大小，上式关系式相同，即比转数相等。比转数比转数 ns ：它是相似泵间的一个相似准数，只要两泵所标出的比它是相似泵间的一个相似准数，只要两泵所标出的比转数相同，则此两泵必相似。转数相同，则此两泵必相似。比转数的含义：比转数的含义： 泵的几何相似，工况相似时，比转数必相同。反之已然。泵的几何相似，工况相似时，比转数必相同。反之已然。 泵的比转数对应最高效率点工况，是一个定值。泵的比转数对应最高效率点工况，是一个定值。 比转数是判别离心泵相似的相似准数，具有因次（单位）。比转数是判别离心泵相似的相似准

15、数，具有因次（单位）。 比转数大小与叶轮形状和泵性能曲线形状密切相关，与输送液体比转数大小与叶轮形状和泵性能曲线形状密切相关，与输送液体的性质无关。的性质无关。(5)比转数在泵的分类、泵谱、设计、选泵中有重要作用。比转数在泵的分类、泵谱、设计、选泵中有重要作用。sm3同比转数下的泵分类：泵分为三大类泵分为三大类（1）.离心泵离心泵 液体沿叶轮径向排除的泵。液体沿叶轮径向排除的泵。 低比转数：低比转数： ns=3080 D2/D1=2.53.0 此类泵：此类泵：H 高；高； q 小。小。 中比转数：中比转数： ns=80150 D2/D1=2.02.3 此类泵：此类泵：H 、 q正常，常规泵。正

16、常，常规泵。 高比转数：高比转数： ns=150300 D2/D1=1.41.8 此类泵：此类泵：q增大；增大；H减小。减小。（2）. 混流泵混流泵 液流流线与叶轮轴呈一夹角。流量提高，扬程减小。液流流线与叶轮轴呈一夹角。流量提高，扬程减小。 更高比转数：更高比转数： ns=300500 D2/D1=1.11.2 此类泵：此类泵： q 、 H 。 性能性能 界于离心泵与轴流泵之间，称为混流泵。界于离心泵与轴流泵之间，称为混流泵。（3）.轴流泵轴流泵 液流流线与叶轮轴平行。大流量，低扬程。液流流线与叶轮轴平行。大流量，低扬程。 特高特高 比转数：比转数：ns=5001000 D2/D1=1 此类

17、泵：此类泵：q ；H。 叶轮为开式叶轮，启动功率很大，启动时不能关闭排出闸阀。叶轮为开式叶轮，启动功率很大，启动时不能关闭排出闸阀。总之：比转数相对全面的反映出泵的性能与特点，总之：比转数相对全面的反映出泵的性能与特点， 是一个很有价值的性能参数，在泵的选择、是一个很有价值的性能参数，在泵的选择、 设计、系列化等方面都有实用意义。设计、系列化等方面都有实用意义。叶轮切割定律叶轮切割定律一般泵在高效点工作，即 A点, q , H。 若实际供液系统长期在 B 点工作，即 q H 。解决方法： 泵转速 n 改变，泵性能曲线下降。 切割叶轮，使叶轮外径减小。 当 D2 减小时， q , H叶轮切割的目

18、的：叶轮切割的目的： 满足工况要求。满足工况要求。 扩大泵工作范围，确定泵谱。扩大泵工作范围，确定泵谱。 切割条件：切割量不能太大，保证切割条件：切割量不能太大，保证 A2A2 ns 60 60120 120200 222DDD 20% 15% 11%ABHq0qH 叶轮切割定律： 已知切割后D2 尺寸，求： q H N 。 已知 q 和 q 求： D2 切割定律是一个近似定律。 叶轮切割后，泵效率会降低。 32222222vvDDNNDDHHDDqq切割前切割后4.3.4 离心泵的选用已知工况条件：已知工况条件： q , H 和介质情况，要求选择泵。和介质情况，要求选择泵。 选泵选泵原则：原则： 依据输送的介质性质选择不同用途和不同类型的泵。依据输送的介质性质选择不同用途和不同类型的泵。 如：容积泵、离心泵、混流泵、轴流泵等如：容积泵、离心泵、混流泵、轴流泵等 由流量由流量q和扬程和扬程H 选择泵的型号。选择泵的型号。 选泵参数：要在泵的高效区，留出富裕量。选泵参数：要在泵的高效区，留出富裕量。 满足泵的汽蚀要求，防止发生汽蚀。满足泵的汽蚀要求，防止发生汽蚀。 按输送介质的特殊要求考虑结构上的特殊需要。按输送介质的特殊要求考虑结构上的特殊需要。 如：易燃、易爆、有毒、腐蚀、低温、高温、含气、含沙等。如：易燃、易爆、有毒、腐蚀、低温、高温、含气、含沙等。 考