第二章输送机械

第二章输送机械第1页，共67页，2023年，2月20日，星期三2.1离心泵特点：①结构简单，操作容易，便于调节和自控②流量均匀，效率较高③流量和压头适用范围较广④适用于输送腐蚀性或含有悬浮物的液体第2页，共67页，2023年，2月20日，星期三1---叶轮2---泵壳3---泵轴4---吸入口5---吸入管6---低阀7---虑网8---排出口9---排出管10---调节阀2.1.1离心泵的工作原理和主要部件离心泵主要部件：叶轮和泵轴旋转部分；泵壳、填料函和轴承的静止部分；第3页，共67页，2023年，2月20日，星期三离心泵工作原理第4页，共67页，2023年，2月20日，星期三第5页，共67页，2023年，2月20日，星期三第6页，共67页，2023年，2月20日，星期三第7页，共67页，2023年，2月20日，星期三离心泵叶轮：ａ.封闭式ｂ.半封闭式ｃ.敞开式轴流泵叶轮1）叶轮第8页，共67页，2023年，2月20日，星期三轴流泵1.进水喇叭2.出水弯管3.联轴器4.导水叶片5.叶轮第9页，共67页，2023年，2月20日，星期三1.蜗道2.叶轮3.出水口2）泵壳第10页，共67页，2023年，2月20日，星期三3）轴封装置①填料密封装置，填料函第11页，共67页，2023年，2月20日，星期三第12页，共67页，2023年，2月20日，星期三②机械密封装置第13页，共67页，2023年，2月20日，星期三2.1.2离心泵的基本方程式从理论上表达泵的压头与结构、尺寸、转速及流量的关系，计算离心泵理论压头理论压头：在理想情况下可能达到的最大压头理想情况：①理想叶轮，液体质点将完全沿着叶片表面流动，不发生环流现象②理想液体，不存在流动阻力第14页，共67页，2023年，2月20日，星期三1）液体通过叶轮的流动①进入叶轮，C0②叶轮中心，C1液体质点相对于泵壳；③叶轮出口，C2速度三角形第15页，共67页，2023年，2月20日，星期三速度三角形离心泵基本方程式柏努利方程：离心泵叶片入口到叶片出口静压头增量动压头增量第16页，共67页，2023年，2月20日，星期三静压头增量主要由两部分组成：（1）离心力作功（2）能量转换叶轮相邻两叶片构成的流道自内向外逐渐扩大第17页，共67页，2023年，2月20日，星期三第18页，共67页，2023年，2月20日，星期三离心泵基本方程的讨论第19页，共67页，2023年，2月20日，星期三1）叶轮的转速和直径2）叶轮的几何形状理论流量和叶片几何尺寸（b2,β2）一定，理论压头随叶轮的转速、直径的增加后弯径向前弯第20页，共67页，2023年，2月20日，星期三3）理论流量几何尺寸（D2、b2、β2）和转速（n）一定4）液体的密度第21页，共67页，2023年，2月20日，星期三离心泵实际压头和实际流量第22页，共67页，2023年，2月20日，星期三扬程（压头）：泵对单位重力的液体所提供的有效能量。泵的扬程由泵的结构、尺寸和转数所决定，不同型号的泵具有不同的扬程。流量：单位时间内泵输送的液体体积，又称排液量或输送能力。流量取决于泵结构、尺寸（叶轮直径与叶片的宽度）和转速。2.1.3离心泵的主要性能参数

第23页，共67页，2023年，2月20日，星期三轴功率：由电机传送给泵的功率有效功率：液体从叶轮获得的能量轴功率及效率效率：泵轴转动所做的功不能全部为液体获得，通常用效率表示能量的损失。第24页，共67页，2023年，2月20日，星期三总效率：第25页，共67页，2023年，2月20日，星期三（3）离心泵的特性曲线流量与扬程、功率、效率之间的关系曲线称为离心泵的特性曲线（工作性能曲线）

①H～Q，Q↑→H↓，H=A－BQ2

②N～Q，Q↑→N↑Q=0，消耗的功率最小.泵启动时应关闭泵的出口阀，以降低启动功率，保护电机不至于因超负荷而损坏③η～Q存在一最高效率点，此点称为泵的设计点。泵在此点工作时最为经济，ηmax对应的H，Q，N称最佳工况参数第26页，共67页，2023年，2月20日，星期三第27页，共67页，2023年，2月20日，星期三泵的运转范围:

离心泵的特性曲线是在固定转速和常温、常压下以清水为介质测定的，若输送液体与水的物理性质差别较大时，泵的特性曲线必须进行校正。泵的高效率区η=92%ηmax第28页，共67页，2023年，2月20日，星期三（4）离心泵性能的改变和换算1）液体物性的影响（1）密度的影响第29页，共67页，2023年，2月20日，星期三例题2－3（2）黏度的影响黏度￪，能量损失￪，压头、流量、效率￬，轴功率￪第30页，共67页，2023年，2月20日，星期三2）离心泵转数的影响离心泵的比例定律第31页，共67页，2023年，2月20日，星期三3）离心泵叶轮直径的影响离心泵的切割定律叶轮直径的变化不大于10％第32页，共67页，2023年，2月20日，星期三①气蚀现象（4）离心泵的气蚀现象和允许安装高度p叶片入口≤pV，液体汽化生成大量汽泡，在高压的作用下迅速凝聚或破裂；汽泡周围的液体会以极高的速度冲向原汽泡占据的空间，在冲击点处可形成高达几万kpa的压强。若当汽泡的凝聚发生在叶片表面附近时，众多液体质点犹如细小的高频水锤撞击叶片，侵蚀叶片叶轮第33页，共67页，2023年，2月20日，星期三①泵的性能下降，流量、压头、效率均降低，最终变成气缚。气蚀的危害：②产生振动和噪音，影响离心泵的正常运行和工作环境。③泵壳和叶轮的材料遭受损坏，降低泵的使用寿命第34页，共67页，2023年，2月20日，星期三

不灌液，泵内存有空气，ρ空气<<ρ液，产生的离心力很小，叶轮中心处形成低压不足以将液体吸入泵内，达不到输液目的关闭出口阀后启动泵，这时所需泵的轴功率最小，启动电流较小，以保护电机。停泵前先关闭出口阀后再停机，这样可避免水柱倒冲泵壳内的叶轮叶片，以延长泵使用寿命启动与停泵：气缚：第35页，共67页，2023年，2月20日，星期三发生气蚀的原因：泵的安装高度超过允许值；泵输送液体的温度过高；泵吸入管路的局部阻力过大。P叶片入口过低的原因:第36页，共67页，2023年，2月20日，星期三②离心泵的抗气蚀性能1）气蚀余量临界气蚀余量p叶轮入口处压强（最低）＝p液体的饱和蒸汽压指泵入口处单位重量水所具有的、超过当时温度下汽化压力的富裕能量，△h，m液柱第37页，共67页，2023年，2月20日，星期三第38页，共67页，2023年，2月20日，星期三1－1’和k－k’列柏努利方程临界气蚀余量发生气蚀的临界条件：气蚀性能试验时，水泵开始发生气蚀时测得的泵进口处的气蚀余量称为临界气蚀余量。第39页，共67页，2023年，2月20日，星期三临界气蚀余量的测定在固定的流量下，通过关小泵吸入管路的阀门，逐渐降低p1，直至泵内刚好发生气蚀，测得相应的p1,min必需气蚀余量为确保离心泵的正常操作，将临界气蚀余量加上一定的安全量反映液体从泵入口处到叶片进口能量的降低值，因此越小抗气蚀性能越好第40页，共67页，2023年，2月20日，星期三在离心泵样本性能表中给出的是必需气蚀余量第41页，共67页，2023年，2月20日，星期三2）离心泵的允许吸上真空度当地大气压泵吸入口压强泵入口处可允许达到的最高真空度，m液柱允许吸上真空高度越高，说明泵的吸水性能越好，即抗气蚀性能越好。第42页，共67页，2023年，2月20日，星期三最大吸上真空高度当泵的气蚀现象刚发生时，所对应的吸上真空高度为保证泵在运转中不发生汽蚀现象，而又尽可能有最大的吸上真空度，规定留有0.3米的安全量。第43页，共67页，2023年，2月20日，星期三允许吸上真空度的测定Hs’的值是以清水在温度为20℃、大气压为98.1kPa（10mH2O）的条件下所测定的数值。实验值列在泵样本或说明书的性能表中Hs’的换算第44页，共67页，2023年，2月20日，星期三（5）离心泵的允许安装高度——允许吸上高度第45页，共67页，2023年，2月20日，星期三用必需气蚀余量表示的安装高度用允许吸上真空度表示的安装高度离心泵实际的安装高度比允许安装高度低0.5~1m第46页，共67页，2023年，2月20日，星期三离心泵性能实验装置中，流量为15m3/s下测得泵入口真空度为60kPa时恰发生气蚀，试求临界气蚀余量和允许吸上真空度已知：例题1第47页，共67页，2023年，2月20日，星期三用IS80-65-125型离心泵从一敞口水槽中将清水输送到它处，槽内水面恒定。输水量为50~60m3/h。已知泵吸入管路的压头损失为1.5m。试求输送50℃清水时泵的安装高度。例题2当地大气压为100kPa解：（1）流量（60m3/h）：第48页，共67页，2023年，2月20日，星期三☺求安装高度时以最大流量下的必需气蚀余量为准（2）流量（50m3/h）：第49页，共67页，2023年，2月20日，星期三例题3用3B33型水泵从一敞口水槽中将水送到它处，槽内水面恒定。输水量为45~55m3/h。在最大流量下吸入管路的压头损失为1m，液体在吸入管路的动压头可忽略。试计算（1）输送20℃水时泵的安装高度？（2）输送65℃水时泵的安装高度？已知：安装地区的大气压为9.81×104；在流量范围内允许吸上真空度为5.0m和3.0m第50页，共67页，2023年，2月20日，星期三解：☺求安装高度时，以最大输送量所对应的允许吸上真空度为准（2）输送65℃水时泵的安装高度（1）输送20℃水时泵的安装高度第51页，共67页，2023年，2月20日，星期三☺当液体的输送温度较高或沸点较低时，由于液体的饱和蒸气压较高，要特别注意泵的安装高度若泵的允许安装高度较低，可采用的措施①尽量减小吸入管路的压头损失②把泵安装在贮液面以下，使液体利用位差自动灌入泵体内，“倒灌”第52页，共67页，2023年，2月20日，星期三（6）离心泵的工作点与流量调节1.管路特性方程和特性曲线第53页，共67页，2023年，2月20日，星期三第54页，共67页，2023年，2月20日，星期三若流体在该管路中流动已进入阻力平方区第55页，共67页，2023年，2月20日，星期三管路特性曲线：表示在特定管路系统中，流体流经该管路时所需的压头与流量的关系，由管路布局和操作条件确定，与泵的性能无关第56页，共67页，2023年，2月20日，星期三2.离心泵的工作点泵特性方程：管路特性方程：方程联立求解离心泵的工作点泵提供流量和压头=管路所需要流量和压头第57页，共67页，2023年，2月20日，星期三第58页，共67页，2023年，2月20日，星期三例题：采用离心泵将常温清水从贮水池输送到指定位置，已知输送管出口端与池液面垂直距离为8.75m，输水管内径为114mm光滑管，管长为60m（包括局部阻力的当量长度），贮水池与输水管出口端均与大气相通。贮水池液面保持恒定。该离心泵的特性如下。求该泵在运转时的流量、压头、轴功率、总效率？Q/(m3/s)0.000.010.020.030.040.05H/(m)20.619.917.814.410.35.7η/(%)0.0036.156.061.054.137.0第59页，共67页，2023年，2月20日，星期三3.离心泵的流量调节——改变两种特性曲线之一1）改变阀门的开度阀门关小阀门开大第60页，共67页，2023年，2月20日，星期三2）改变泵的转数转数提高转数降低第61页，共67页，2023年，2月20日，星期三3）离心泵的并联和串联并联流量并联=2×流量单第62页，共67页，2023年，2月20日，星期三串联压头串联=2×压头单Q串H串第63页，共67页，2023年，2月20日，星期三离心泵组合方式的选择第64页，共67页，2023年，2月20日，星期三（7）离心泵的类型、选择输送液体性质：清水泵、耐腐蚀泵、油泵等；叶轮吸入方式：单吸泵、双吸泵；