第二章流体输送机械2

Hgpa1100p1<pa,p1

有一定真空度，真空度越高，吸力越大,Hg

越大。

当p1

小于一定值后(p1<pv,pv

为环境温度下液体的饱和蒸汽压)，将发生气蚀现象。

pv100℃=760mmHg,pv40℃=55.32mmHg五、离心泵的安装高度和气蚀现象

1气蚀现象气蚀现象

当离心泵的进口压力小于环境温度下的液体的饱和蒸汽压时，将有大量的蒸汽液体中逸出，并与气体混合形成许多小气泡。当气泡到达高压区时，蒸汽凝结，气泡破裂，液体质点快速冲向气泡中心，质点相互碰撞，产生很高的局部压力。如果气泡在金属表面破裂凝结，则会以较大的力打击金属表面，使其遭到破坏，并产生震动，这种现象称为“气蚀现象”。气蚀现象一旦发生，会造成很大的破坏作用，应尽量避免。为避免发生气蚀现象，应限制p1不能太低，或Hg不能太大，即泵的安装高度不能太高。安装高度Hg的计算方法一般有两种：允许吸上真空高度法；气蚀余量法。2安装高度允许吸上真空高度HsP1为泵入口处所允许的最低绝对压强。（2-8）式中pa—大气压，N/m2

ρ—被输送液体密度，kg/m3

Hgp01100如何用允许吸上真空高度确定泵的安装高度？

取截面0-0，1-1，并以截面0-0为基准面，在两截面间柏努利方程，可得Hg—泵的安装高度；u2/2g—进口管动能；∑Hf—进口管阻力;Hs

—允许吸上真空高度，由泵的生产厂家给出。提高Hg的方法

若贮槽为敞口，则p0为大气压pa，则有提高Hg的方法：改变结构(另选一Hs大的泵)；降低进口管段流速；降低进口管阻力(选择较大的进口管径、减少进口管路程、尽量少安装管件、阀等)。

泵制造厂只能给出Hs值，而不能直接给出Hg值。因为每台泵使用条件不同，吸入管路的布置情况也各异，有不同的u2/2g和∑Hf值，所以，只能由使用单位根据吸入管路具体的布置情况，由计算确定Hg。问题：泵制造厂能直接给出泵的安装高度吗？原因：在泵的说明书中所给出的Hs是大气压为10mH2O，水温为20℃状态下的数值。如果泵的使用条件与该状态不同时，则应把样本上所给出的Hs值，按式换算成操作条件下的Hs’值。

泵允许吸上真空高度的换算Hs’=[Hs＋(Ha－10)－(Hv－0.24)](2-11)式中Hs’—操作条件下输送水时允许吸上真空高度，mH2O；

Hs—泵样本中给出的允许吸上真空高度，H2O；Ha—泵工作处的大气压，mH2O；Hv

—泵工作温度下水的饱和蒸汽压，mH2O；0.24—实验条件下水的饱和蒸汽压，mH2O。

泵安装地点的海拔越高，大气压力就越低，允许吸上真空高度就越小。输送液体的温度越高，所对应的饱和蒸汽压就越高，这时，泵的允许吸上真空高度也就越小。海拔高度↑，液体温度↑→Hg↓不同海拔高度时大气压力值可查表。Hs’=[Hs＋(Ha－10)－(Hv－0.24)](2-11)

汽蚀余量Δh是指离心泵入口处，液体的静压头p1/ρg与动压头u12/2g之和超过液体在操作温度下的饱和蒸汽压头pv/ρg的某一最小指定值，即汽蚀余量式中h—汽蚀余量，m；

pv—操作温度下液体饱和蒸汽压，N/m2。如何利用汽蚀余量确定泵的安装高度？可导出汽蚀余量

Δh与允许安装高度Hg之间关系为上式中p0为液面上方的压力，若为敞口液面则p0=pa。

只要已知允许吸上真空高Hs与汽蚀余量中的任一个参数，均可确定泵的安装高度。

注：泵性能表上的值也是按输送20℃水而规定的。当输送其它液体时，需进行校正。具体校正方法可参阅有关文献。

例题：某离心泵在样本中查得允许吸上真空度为6m，现将泵安装在海拔高度500m处，水温40度，问若吸入管路压头损失为1m，动压头为0.2m，该泵安装在离水面5m高处是否合适？解：水40℃，Pv=55.32mmHg,500m处Pa=9.74mH2O，

Hv=55.32/760×10.3=0.75mH2O

Ha=9.74mH2O

Hs’=Hs+(Ha-10)-(Hv-0.24)=6+(9.74-10)-(0.75-0.24)=5.23

Hg=Hs’－u21/2g－∑Hf

=5.23－0.2－1=4.03m

计算的允许安装高度值(4.03m)低于实际安装高度值(5m),因此泵安装高度不合适。

用油泵从贮罐向反应器输送异丁烷，密度530kg/m3，罐内液面恒定，且上方绝对压强为6.65kgf/cm2，吸入管压头损失为1.6m，饱和蒸汽压为6.5kgf/cm2，泵的气蚀余量为3.5m，确定泵的安装高度。（ψ=0.9）

Po=6.65×98100PaPV=6.5×98100Pa∑Hf=1.6m△h’=0.9×3.5=3.15mHg=-1.92m

泵应安装于罐液面下1.92m之下解：

离心泵在特定管路系统中工作时，液体要求泵供给的压头Ｈ可由柏努利方程式求得，即

六、离心泵的工作点

当离心泵安装在一定的管路系统中工作时，其压头和流量不仅与离心泵本身的特性有关，而且还取决于管路的工作特性。

1管路特性曲线

上式可简化为

Ｈ＝Ａ＋

∑Hf与管路中液体流量无关，在输液高度和压力不变的情况下为一常数，以符号Ａ表示。若贮槽与受槽的截面都很大，该处流速与管路相比可忽略不计.此式中压头损失为

式中Q为管路系统的流量，m3/s对于特定的管路系统，l、le、d均为定值，若流体在该管路中流动已进入阻力平方区,λ为常数则式可简化为Ｈ＝Ａ＋BQ2

上式表明：在特定管路中输送液体时，所需压头Ｈ随液体流量Q的平方而变化，此关系所描绘的Ｈ－Q曲线，称为管路特性曲线。它表示在特定的管路中，压头随流量的变化关系。

注意：管路特性曲线的形状与管路布置及操作条件有关，而与泵的性能无关。离心泵的特性曲线H-Q与其所在管路的特性曲线He-Qe的交点称为泵在该管路的工作点，如图所示。H=HeQ=QeQ或QeH-QMHe-QeH或He

工作点所对应的流量与压头既满足管路系统的要求，又为离心泵所能提供。

2工作点

（dutypoint）工作点所对应的流量Q与压头Ｈ既是管路系统所要求，又是离心泵所能提供的;若工作点所对应效率是在最高效率区，则该工作点是适宜的。泵的工作点表示某离心泵的特性曲线可用以下方程表示:H=20-2Q2(式中H单位为m，Q单位为m3／min)。若用该泵将20℃水从贮槽输送到某设备．已知管路系统中为16m,输送管路直径为140mm×4.5mm,管路总长为200m(包括所有管部阻力的当量长度，但调节阀为全开)，摩擦系数为定值,可取为0.02。试求离心泵的工作流量和压头。改变离心泵的转速或改变叶轮外径，以改变泵的特性曲线。

调节流量实质上就是改变离心泵的特性曲线或管路特性曲线，从而改变泵的工作点。离心泵的流量调节，通常从两方面考虑：两者均可以改变泵的工作点，以调节流量。在排出管线上装适当的调节阀，以改变管路特性曲线；七、

流量调节

当阀门关小时，管路局部阻力加大，管路特性曲线变陡，泵的工作点由M移到M1。流量由QM减小到QM1。

改变阀门开度以调节流量，实质是用开大或关小阀门的方法来改变管路特性曲线。M1M

M2QM1

QM

QM2

Q或QeH或HeH-Q12当阀门开大时，管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，工作点移到M2，流量加大到QM2。1改变阀门的开度

要把泵的转数提高到n1，泵的特性曲线就上移到nM1位置，工作点由M移到M1，流量和压头都相应加大;

改变离心泵的转数以调节流量，实质上是维持管路特性曲线不变，而改变泵的特性曲线。M1M

M2Q或QeH或HeH-QHe-Qen1nn2若把泵的转数降到n2，泵的特性曲线就移到nM2位置，工作点移到M2，流量和压头都相应地减小。2改变泵的转数

车削叶轮的外径是离心泵调节流量的一种独特方法。在车床上将泵叶轮的外径车小，流量变小,但调节范围不大,且直径减小不当会降低泵的效率,生产上很少采用。3车削叶轮的外径采用什么方法来调节流量，关系到能耗问题。

改变阀门开度调节流量方法简便，应用广泛。但关小阀门会使阻力加大，因而需要多消耗一部分能量以克服附加的阻力，该法不经济的。

改变转速调节流量可保持管路特性曲线不变，流量随转速下降而减小，动力消耗也相应降低，因节能效果显著，但需要变速装置，难以做到流量连续调节。

4几种流量调节方法的比较改变叶轮直径可改变泵的特性曲线，但可调节流量范围不大，且直径减小不当还会降低泵的效率。

在输送流体量不大的管路中，一般都用阀门来调节流量，只有在输液量很大的管路才考虑使用调速的方法。

在实际工作中，当单台离心泵不能满足输送任务的要求或者为适应生产大幅度变化而动用备用泵时，都会遇到泵的并联与串联使用问题。这里仅讨论二台性能相同泵的并联与串联的操作情况。八、

并联与串联操作联合特性曲线的作法：在每一个压头条件下，使一台泵操作时的特性曲线上的流量增大一倍而得出。

当一台泵的流量不够时，可以用两台泵并联操作，以增大流量。1并联操作He-Qe0HHH并ⅠⅡQQQ并曲线Ｉ表示一台泵的特性曲线曲线Ⅱ表示两台相同的泵并联操作时的联合特性曲线注意：对于同一管路，其并联操作时泵的流量不会增大一倍，如图所示。因为两台泵并联后，流量增大，管路阻力亦增大。Q并<2Q

当生产上需要利用原有泵提高泵的压头时，可以考虑将泵串联使用。

两台相同型号的泵串联工作时，每台泵的压头和流量也是相同的。在同样的流量下，串联泵的压头为单台泵的两倍。0HHH串QQQ串ⅠⅡ

联合特性曲线的作法：将单台泵的特性曲线Ｉ的纵坐标加倍，横坐标保持不变，可求得两台泵串联后的联合特性曲线

Ⅱ

，

H串<2H2串联操作九、离心泵的类型、选择与使用1类型（1）水泵（2）耐腐蚀泵（3）油泵（2）杂质泵（1）确定输送系统的流量与压头

流量一般为生产任务所规定。根据输送系统管路的安排，用柏努利方程式计算管路所需的压头。

选择离心泵的基本原则，是以能满足液体输送的工艺要求为前提的。选择步骤为：2离心泵的选择（2）选择泵的类型与型号根据输送液体性质和操作条件确定泵的类型；按确定的流量Qe和压头Qe从泵样本产品目录选出合适的型号，点(QeHe)的坐标位置应靠在泵的高效率范围所对应的H-Q。如果没有适合的型号，则应选定泵的压头和流量都稍大的型号；如果同时有几个型号适合，则应列表比较选定；按所选定型号，进一步查出其详细性能数据。

（3）校核泵的特性参数如果输送液体的粘度和密度与水相差很大，则应核算泵的流量与压头及轴功率。3离心泵的安装与操作（1）安装：①安装高度不能太高，应小于允许安装高度。②设法