离心泵特性曲线

・・#・H=,Z+坐+如+€H

e„g2g一般情况下，动能差Au2/2g项可以忽略，阻力损失(2-16)其中(rlU2€H=€'一+‘——fId丿2g(2-17)QU=L“/d24式中Q—管路系统的输送量，m3/hC故€H=€(/、8'-+‘Id丿

“2d4g€H=KQ2fe(2-18)式中系数8('-+

\d其数值由管路特性所决定。当管内流动已进入阻力平方区，系数K是一个与管内流量无关的常数。将式2-18代入式2-16，得H=,Z+也+KQ2(2-19)e„ge在特定的管路系统中，于一定的条件下操作时，AZ与Ap/pg均为定值，上式可写成He=A+KQe2(2-20)由式2-20看出在特定管路中输送液体时，管路所需压头He随液体流量Qe的平方而变化。将此关系描绘在坐标纸上，即为图2-8的管路特性曲线。此线形状与管路布置及操作条件有关，而与泵的性能无关。二、泵的工作点离心泵安装在管路中工作时，泵的输液量Q即管路的流量Qe，在该流量下泵提供的压头必恰等于管路所要求的压头。因此，泵的实际工作情况是由泵特性曲线和管路特性曲线共同决定的。若将离心泵特性曲线H-Q与其所在管路特性曲线H-Q绘于同一坐标纸上，如图2-8EMHt-Q^QC3:輻UQ潜Q越Qm(JatQ图2-9改变阀门开度调节流量示意图图2-8管路特性曲线与泵的工作点所示，此两线交点M称为泵的工作点。对所选定的离心泵在此特定管路系统运转时，只能在这一点工作。选泵时，要求工作点所对应的流量和压头既能满足管路系统的要求，又正好是离心泵所提供的，即Q=Q，H=H。ee三、离心泵的流量调节如果工作点的流量大于或小于所需要的输送量，应设法改变工作点的位置，即进行流量调节。（1）改变阀门的开度改变离心泵出口管线上的阀门开关，实质是改变管路特性曲线。当阀门关小时，管路的局部阻力加大，管路特性曲线变陡，如图2-9中曲线1所示，工作点由M移至M],流量由Qm减小到Qm1。当阀门开大时，管路阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，如图中曲线2所示，工作点移至M2,流量加大到Qm2。用阀门调节流量迅速方便，且流量可以连续变化，适合化工连续生产的特点。所以应用十分广泛。缺点是阀门关小时，阻力损失加大，能量消耗增多，不很经济。（2）改变泵的转速改变泵的转速实质上是改变泵的特性曲线。泵原来转数为n，工作点为M,如图2-10所示，若把泵的转速提高到幻，泵的特性曲线H-Q往上移，工作点由M移至M],流量由Qm加大到Qm1。若把泵的转速降至n2,工作点移至M，流量降至QM2。这种调节方法能保持管路特性曲线不变。当流量随转速下降而减小时，阻力损失也相应降低，看来比较合理。但需要变速装置或价格昂贵的变速原动机，且难以做到连续调节流量,故化工生产中很少采用。此外，减小叶轮直径也可改变泵的特性曲线，使泵的流量减小，但可调节的范围不大,且直径减小不当还会降低泵的效率，故实际上很少采用。图2-10改变转速调节流量示意图04312162024图2-10改变转速调节流量示意图04312162024朗321【例2—2】将20°C的清水从贮例2—2附图水池送至水塔，已知塔内水面高于贮水池水面13m。水塔及贮水池水面恒定不变，且均与大气相通。输水管为140X4.5mm的钢管，总长为200m（包括局部阻力的当量长度）。现拟选用4B20型水泵，当转速为2900r/min时，其特性曲线见附图，试分别求泵在运转时的流量、轴功率及效率。摩擦系数入可按0.02计算。解：求泵运转时的流量、轴功率及效率，实际上是求泵的工作点。即应先根据本题的管路特性在附图上标绘出管路特性曲线。（1）管路特性曲线方程

在贮水池水面与水塔水面间列柏努利方程H，AZ+型+HePg/式中A式中Az=13mAp=O由于离心泵特性曲线中Q的单位为L/s,故输送流量Qe的单位也为L/s,输送管内流速为：，0.0742Qeu，，0.0742Qe-d2x10001000x-x（0.131）244200„0.0742Q…2=0.00857Q2

e

本题的管路特性方程为：He=13+0.00857Q2（2）标绘管路特性曲线根据管路特性方程,可计算不同流量所需的压头值,现将计算结果列表如下Qe/L•s-10481216202428He/me1313.1413.5514.2315.216.4317.9419.72由上表数据可在4B20型水泵的特性曲线图上标绘出管路特性曲线H厂Qe。（3）流量、轴功率及效率附图中泵的特性曲线与管路特性曲线的交点就是泵的工作点，从图中点M读得：泵的流量Q=27L/s=97.2m3/h泵的轴功率N=6.6kW泵的效率n=77%2-1-6并联与串联操作在实际工作中，当单台离心泵不能满足输送任务的要求时，有时可将泵并联或串联使用。这里仅讨论两台性能相同的泵并联及串联的操作情况。一、并联操作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。一台泵的特性曲线如图2-11中曲线I所示，两台相同的泵并联操作时，在同样的压头下，并联泵的流量为单台泵的两倍，故将单台泵特性曲线I的横坐标加倍，纵坐标不变，便可求得两泵并联后的合成特性曲线II。但需注意，对于同一管路，其关联操作时泵的流量不会增大一倍，因并联后流量增大，管路阻力也增大。二、串联操作当生产厂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。因此，在同样的流量

下，串联泵的压头为单台泵的两倍。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合成特性曲线II（图2-12）。由图中可知，单台泵的工作点为A，串联后移至C点。显然C点的压头并不是A点的压头H的两倍。OQiQ2Q1OQiQ2Q1图2-11离心泵的并联操作图2-12离心泵的串联操作图2-13组合方式的选择三、组合方式的选择如果管路两端势能差大于单泵所能提供的最大扬程，则必须采用串联操作。但在许多情况下，单泵可以输液，只是流量达不到指定要求。此时可针对管路的特性选择适当的组合方式，以增大流量。由图2-13可见，对于低阻输送管路a,并联组合输送的流量大于串联组合；而在高阻输送管路b中，则串联组合的流量大于并联组合。对于压头也有类似的情况。因此，对于低阻输送管路，并联优于串联组合；对于高阻输送管路，则采用串联组合更为适合。2-1-7离心泵的安装高度由离心泵的工作原理可知，在离心泵叶轮中心（叶片入口）附近形成低压区。如图2-14所示，离心泵的安装位置越高，叶片入口处压强愈低，当泵的安装高度高至一定位置，叶片入口附近的压强可能降至被输送液体的饱和蒸汽压，引起液体的部分汽化并产生汽泡。含汽泡的液体进入叶轮后，因流道扩大压强升高，汽泡立即凝聚，汽泡的消失产生局部真空，周围液体以咼速涌向汽泡中心，造成冲击和振动。尤其是当汽泡的凝聚发生在叶片表面附近时，众多液体质点尤如细小的高频水锤撞击着叶片；另外汽泡中还可能带有氧气等对金属材料发生化学腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将导致叶片的过早损坏，这种现象称为泵的汽蚀。离心泵在产生汽蚀条件下运转，泵体振动并发生噪音，流量、扬程和效率都明显下降,严重时甚至吸不上液体。为避免汽蚀现象，泵的安装位置不能太高，以保证叶轮中各处的压强高于液体的饱和蒸汽压。二、离心泵的允许安装高度离心泵的允许安装高度又称为允许吸上高度,是指泵的入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，以Hg表示。我国的离心泵规格中:采用两种指标对泵的允许安装高度加以限制，以免发生汽蚀，现将这两种指标介绍如下：

1.允许吸上真空高度允许吸上真空高度Hs是指泵入口处压力P］可允许达到的最高真空度，其表达式为：H，Pa—p（2-21）s€g式中H———离心泵的允许吸上真空高度，m液柱；pa大气压强，Pa；P——被输送液体的密度，kg/m3。要确定允许吸上真空高度与允许安装高度H之间关系，可在图2-14所示的截面0—0g与泵进口附近截面1—1间列柏努利方程，则H，厶-H，厶-件-佯-SHgPgPg2g九式中H——泵的允许安装高度，m；gSH――液体从截面0—0到1—1的压头损失，mof0-1由于贮槽是敞口的，p0为大气压pa，上式可写为H，作-件-借-XHgPgPg2g九将式2-21代入，得u2H，H-f-2Hgs2gf0-i2-22)2-22a)2-22b)由上式可知，为了提咼泵的允许安装咼度,应该尽量减小u2/2g和工H。为了减小u2/2g，1f0-11在同一流量下，应选用直径稍大的吸入管路，为了减小SH，应尽量减少阻力元件如弯头、厶-1截止阀等，吸入管路也尽可能地短。由于每台泵使用条件不同，吸入管路的布置情况也各异，故u2/2g和工H值也不同，1f0-1泵制造厂只能给出H值，而H值需根据管路的具体情况通过计算确定。sg在泵的产品样本中给出的Hs是指大气压为9.807X104Pa，水温为20°C下的数值，如果泵的使用条件与该状态不同时，则应把样本上给出的H值换算成操作条件下的H'值，其换ss算公式为：H'，sH+H'，sH+(H-10)-1—p—sa(9.81'103—0.24丿1000P2-23)式中H'—――操作条件下输送液体时的允许吸上真空高度，m液柱；H———泵样本中给出的允许吸上真空高度，mH2O；Ha——泵安装处的大气压强，mH2O。其值随海拔高度不同而异。pv操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压，Pa；10——实验条件下的大气压，mH2O；0.24——实验温度（20C）下水的饱和蒸汽压，mH2O；1000——实验温度下水的密度，kg/m3；P操作温度下液体的密度，kg/m3。将H's代入式2-22代替Hs，便可求出在操作条件下输送液体时泵的允许安装高度。不同海拔高度的大气压如表2-1所示，表中1mH2O相应为9.807X103Pa。表2-1不同海拔高度的大气压强海拔高度/m01002003004005006007008001000150020002500大气压强/mH2O10.3310.2010.099.959.859.749.69.59.369.168.648.157.622.临界汽蚀余量汽蚀余量Ah是指离心泵入口处，液体的静压头p1/Pg与动压头U2/2g之和大于液体在操作温度下的饱和蒸汽压头p/Pg的某一最小指定值，即AhJ厶+侏„IPg2g丿—作(2-24)Pg将式2-24与2-22合并，可得出汽蚀余量与允许安装高度之间的关系H=厶-作-Ah—<H(2-25)g€g€gfo—i式中P0为液面上方的压强，若液位槽为敞口，则P0=Pa。应当注意，泵产品样本上的Ah值也是按输送20°C水而规定的。当输送其他液体时，需进行校正。具体方法可参阅有关文献。通常为安全起见，离心泵的实际安装高度应比允许安装高度小0.5~1m。【例2－3】选用某台离心泵，从样本上查得其允许吸上真空高度Hs=7.5m，现将该泵安装在海拔高度为500m处，已知吸入管的压头损失为1mH2O，泵入口处动压头为0.2mH2O，夏季平均水温为40C，问该泵安装在离水面5m高处是否合适？解：使用时的水温及大气压强与实验条件不同，需校正：当水温为40C时pv=7377Pa在海拔500m处大气压强可查表2-1得Ha=9.74mH2Oa2TOC\o"1-5"\h\zH'=H+(H—10)——匕0.24ssa(9.81x103丿=7.5+(9.74—10)—(0.75—0.24)=6.73mH2O泵的允许安装高度为：H二H'—作—<H(2-22b)\o"CurrentDocument"gs2gf0-1=6.73—0.2—1=5.53m>5m故泵安装在离水面5m处合用。2-1-8离心泵的类型与选用一、离心泵的类型离心泵的种类很多，化工生产中常用离心泵有清水泵、耐腐蚀泵、油泵、液下泵、屏蔽泵、杂质泵、管道泵和低温用泵等。以下仅对几种主要类型作简要介绍。1．清水泵清水泵是应用最广的离心泵，在化工生产中用来输送各种工业用水以及物理、化学性质类似于水的其它液体。最普通的清水泵是单级单吸式，其系列代号为“B”如3B33A型水泵，第一个数字表示该泵的吸入口径为3英寸（76.2mm）,字母B表示单吸悬臂式，33表示泵的扬程33m，最后的字母A表示该型号泵的叶轮外径比基本型号小一级，即叶轮外周经过一次切削。如果要求压头较高，可采用多级离心泵，其系列代号为“D”如要求的流量很大，可采用双吸式离心泵，其系列代号为“Sh”2．耐腐蚀泵输送酸碱和浓氨水等腐蚀性液体时，必须用耐腐蚀泵。耐腐蚀泵中所有与腐蚀性液体接触的各种部件都须用耐腐蚀材料制造，如灰口铸铁、高硅铸铁、镍铬合金钢、聚四氟乙烯塑料等。其系列代号为“F”但是用玻璃、橡胶、陶瓷等材料制造的耐腐蚀泵，多为小型泵，不属于“F”系列。3．油泵输送石油产品的泵称为油泵。因油品易燃易爆，因此要求油泵必须有良好的密封性能。输送高温油品（200°C以上）的热油泵还应具有良好的冷却措施，其轴承和轴封装置都带有冷却水夹套，运转时通冷水冷却。其系列代号为“Y”双吸式为“YS”4．屏蔽泵屏蔽泵是一种无泄漏泵，它的叶轮和电机联为一整体并密封在同一泵壳内，不需要轴封装置。近年来屏蔽泵发展很快，在化工生产中常用以输送易燃、易爆、剧毒及具有放射性的液体。其缺点是效率较低。二、离心泵的选用离心泵的选用原则上可分为两步：（1）根据被输送液体的性质和操作条件，确定泵的类型；（2）根据具体管路布置情况对泵提出的流量、压头要求，确定泵的型号。在泵样本中，各种类型的离心泵都附有系列特性曲线，以便于泵的选用。图2-15为B型离心泵的系列特性曲线。此图以H和Q标绘，图中每一小块面积，表示某型号离心泵的最佳（即效率较高）工作范围。利用此图，根据管路要求的流量Qe和压头He，可方便的决定泵的具体型号。有时会有几种型号的泵同时在最佳工作范围内满足流量Q及压头H