机械设备（第3版）课件：液体输送机械

第一节液体输送设备概述一．离心泵工作原理和主要部件二．离心泵的基本方程式三．离心泵的主要性能参数与特性曲线四．离心泵性能参数的改变及换算五．离心泵的气蚀现象与允许吸上的高度六．泵的工作点与流量调节七．离心泵的选型及操作八．其它类型的泵第一节概述用于向流体提供能量并完成输送任务的机械叫流体输送机械用于输送液体──泵⎧风机⎩压缩机液体输送设备⎧离心泵按工作原理〈⎪⎪⎩漩涡泵泵泵转复旋往用于输送气体──〈模型一点击这里看大图动画点击这里看大图离心泵主要由旋转的叶轮和固定的泵壳组成,叶轮上有4─8片后弯的叶片,泵壳成蜗壳形。依靠高速旋转的叶轮在离心力的作用下，将能量传递给液体，

在这里主要是增加液体的静压能。一．离心泵工作原理和主要部件1．工作原理。中间水面下降──压强下降四周水面上升──压强上升回上页回首页离心泵的气缚：由于空气的密度远小于液体(水)，产生的离心力小，因此在泵的叶轮吸入中心产生的负压不高，则由液面大气压和叶轮中心的压差不足于把液体压入(吸入)叶轮内。作用：直接给液体传递能量的部件⎧闭式⎪叶轮按形式分三种〈开式

⎪⎩半开式2.离心泵的主要部件1).叶轮：动画回上页

⎧单吸⎩双吸叶轮按吸入方式分两种〈双吸单吸2)泵壳：作用：汇集液体转换能量导轮3)轴封装置：填料密封填料函填料

压盖二．离心泵的基本方程式1．液体质点在叶轮内的运动1)圆周运动uu

=

2πRn

和半径及转速有关60方向：在该点圆周切线方向2)相对运动w方向：在该点叶片的切线方向大小：与流量及叶片形状有关，

愈到外缘，流道扩大则动能下降转变为静压强。3)合速度

cc

=u

+

w4)

速度三角形α－c与u的夹角β－w和u的反向延长线夹角w

=c

2

+u

2

−2cu

cos

α2.基本方程的推导在本章习惯上用压头来表示泵对单位重量流体所提供的能量HT

——J/N

(m)假设1)理想流体，无摩擦损失2)叶片无限多，厚度无限薄，则液体质点严格沿叶片运动，根据伯努利方程，单位重量流体从叶片入口到出口获得的能量为：一

一T∞

P

C

ρg

2g

(忽略位差)Hp─静压头增量由以下两方面组成1)离心力作功j

dR

=

j

dR

=

(R

−

R12

)

=

2)能量转换：由于流道扩大，流速由w1

→w2变小而转变成静压能为

w1−

w

22g∴

HT∞

=

+

+

111111111111111111122122R1RR2RH

=

H

+

H

=

P2

−

P1

+

c

−

c

12222

2将w

=c

+u

−2c1

u

1

cos

α1w

=c

+u

−2c

2

u

2

cos

α

2

代入并整理H

=

u2c2cosα2−

u1c1cosα1g一般设计时使α1＝900

,cosα1

=

0222222121212为讨论方便，再经变换∴HT∞

=2

−2

2

QT⎨⎪b2

−−叶轮外缘宽度

⎪⎩QT

－－泵理论流量22u2

u

ctgβg

gπD2b2⎧D

−−叶轮外直径u2c2cosα2g──离心泵基本方程式∴H

=T∞T∞2)叶片形状对压头即流量的影响(1).后弯叶片β2

<90ο

ctg

β2

>0H

<

u

g则QT

↑,HT∞

↓223.基本方程式讨论

u

u2ctgβ2直径D2

↑或转速u2

↑,则HT∞

↑221)当叶片形状固定(β2

固定)HT∞

=−

QTg

gπD2b2T∞(3).前弯叶片β2

>

90ο

ctgβ2

<0H

>

u

g则QT

个,HT∞

个22(2)

.径向叶片

HT∞

=

−

QTβ2

=

90ο

ctg

β2

=0H

=

u

g则HT∞与QT

无关22T∞T∞由上似乎前弯叶片最好,在同一QT

下，HT∞最大，且随QT

个,HT∞

个但实际离心泵都是采用后弯叶片及β2

<

90ο因为HT∞

=HP

+HCP如果HC

大，则在泵体中能量损失大，泵输出的有效能量反而较小可用右图表示离心泵主要想得到静压头H

，点击这里看大图回上页在β2

<90ο

时,HP

>HC

β2

=90ο

,HP

=

HCβ2

>90ο

,HP

<

HC对离心泵采用β2

<

90ο

的

后弯叶片，其流量和理论

压头关系如图点击这里看大图点击这里看大图回上页

回上页基本方程式中没有ρ出现，因此ρ对HT∞无影响(p∞离心力＝ω2

Rm

=ω2

RQ

ρ)u

u2ctgβ2T∞

g

gπD2b2

T223)密度ρ对H

T∞

的关系H

=−

Q=ρgHP三．离心泵的主要性能参数与特性曲线1.主要性能参数1)流量Q：(l/s)或(m

3

/h).决定于泵的结构尺寸和转速2)压头(扬程)H

：(m)离心泵对单位重量流体所提供的有效能量。由实验测定3)效率η容积损失水力损失机械损失4)轴功率N

—泵轴所需的功有效功率Ne

−−液体所得到的功N

=

Ne

N

=

HQ

ρg

=

HQ

ρ×

9

.81

=

HQ

ρη

e

10001000

102：N

=(KW

)2.离心泵的特性曲线它反映了离心泵各个参数之间的关系，由试验测定1)H−Q曲线(1).当n

一定Q

个

,H

↓(2).当Q

=0,H

≠0

2)N−Q曲线(1).当Q

=0,N

≠0(2).随Q

个,N

个,在Q

=0时，N最小如图点击这里看大图回上页回上页3)η

−Q曲线(1).当Q

=0,η

=0(2).随Q

个,η有一最大值

——设计点泵应该在设计点附近工作

四．离心泵性能参数的改变及换算离心泵的特性曲线是在常压下(1at)、

20ºC清水，在一定转速下测定的，如果使用条件与上不符，则性能参数将发生变化。故在离心泵启动时，应先关闭出口阀，使泵在最小N下启动，以防止电机超负荷，保护电机。1.密度ρ密度对H无影响、对Q

、η也无影响但ρ

个，则N

个,(Q

N

=)2.粘度的影响当输送液体的粘度大于常温水的粘度时则µ

个，而H,Q

，η

都下降，N

上升当ν

=>20(厘沲)时需换算Q

'

=C

Q

Q

H

'

=C

H

H

η

'

=

C

ηη3.转速的影响由比例律得

=

4.

叶

=

=

232：响得影律的定D2割径切直由轮=========33=Q1

n1=Q2

n2

=

22五．离心泵的气蚀现象与允许吸上高度1.气蚀现象(1).虹吸现象(2).气蚀现象当叶轮吸入口处的压强低于所输送液体的饱和蒸汽压时液体在该处液化，产生气泡随着液体在离心力的作用下从低压区进入高压区，因受到高压而聚凝破裂，产生局部真空，周围液体以极高速度冲向这些气泡中心形成的真空点，产生巨大的冲击速度和冲击力，如果这些气泡是发生在叶片表面，则叶片会受到高压高速流体的冲击，久而久之，则会被剥蚀──气蚀作用因此必须使叶轮入口处最低压强大于所输送液体的饱和蒸汽压。气蚀现象在实际操作中，因叶轮入口处的压强不易测出，而往往以泵入口处1─1截面的压强为准，

考虑一个安全量设p1为泵不发生气蚀时的最低压强，在0→1

列方程

=

+

Hg

+

+

∑Hf

0→12.离心泵的允许吸上高度(最大安装高度)Hg

=

H

−

−

∑

Hf

0

→

1Hg

−−泵的允(最大)安装高度注意:1)p1是一个实验值，其值p1

>pV

,它

和泵的构造、流量、液体的密度、饱和蒸汽压pV

有关S'令

=

H

－－允许吸上真空度S'H

g

=−−∑

H

f

0

→

1

|

吸上的真空度,

m

蒸m汽3压,

m〈〈〈〈〈((〈g和密度,kC水饱的0o体，2液下下件件条条验作试操－Pa许--试验条件时大气压,

m--泵操作条件时液面上方压强,S'--泵样本上查到试验条件下允10P0HHS

=「|H

+

(

P0

-

10)

-

(

PV

-

0

.24)]|

1000S'L

9

.81〉1000

9

.81〉1000

」

ρ2)H

是在20o

C,一个at压力,用清水做实验得出，可在泵的说明书中查出，如果使用条件与此不符，则H

必须校正S'S'则H

g

＝H

S

-

-

x

H

f

0

-

13.气蚀余量对于输送某些沸点较低的油类的泵，为防止发生气蚀，又规定了令一个参数──气蚀余量

∆h即

+

−

=

∆h规定为防止气蚀，离心泵入口处，液体的静压头和动压头之和应大于操作条件下液体饱和蒸汽压一个数值：

+

=

∆h

+

而由0−1列方程：Hg

=

−

−

−

∑

Hf

0

−

1

=

−

(

+

)

−

∑

Hf

0

−

1∴

Hg

=

−

−

∆h

−∑

Hf

0

−

1

△h可由泵的说明书中查到说明:1)泵的允许安装高度有两种计算方法，即按允许吸上真空度HS

和允许气蚀余量∆h两种计算，泵的实际安装高度应小于允许(最大)安装高度。如计算出Hg

为负值，则表示泵应安装在液面以下2)为防止泵发生气蚀，可采用下列办法①尽量减少吸入管路的阻力，如采用较大吸入管径，泵尽量靠近液源，减少弯管、管件，泵吸入管一般不装阀门。②把泵安装在液面以下。六．泵的工作点与流量调节1．离心泵的工作点将一台离心泵安装在一管路中，则此工艺过程对离心泵提出了压头需要为HeHe

=∆Z

+++

∑

Hf对于工艺条件固定，管道也固定∆Z

+=K(常数)

=

0∑

Hf

=(λ

+∑ζ),

而u

=对于一定管路l,∑

le

,∑ζ,d均为常数，而λ也是常数

Hf

=

BQ2∴He

=K

+BQ

2

──管路特性曲线(二次函数曲线)泵的特性曲线与管路特性曲线的交点──离心泵的工作点(H,Q)2．离心泵的流量调节1)改变泵的特性曲线①改变转速nn

个,曲线上移n

↓,曲线下移H−QMHe−Qe

eH=HeQ=Qe

Q或Qe②改变叶轮直径D2只可切削D2

↓,曲线下移2)改变管路特性曲线He

=K

+BQ2

K

=∆Z

+

不可改变B

=

(λ

+

∑ζ)

,

d

,

l不可改变只可改变ζ—阀门开度变化，改变局部阻力系数ζ

使B变化，从而使曲线变化，而工作点移动阀门关小ζ

个,B

个,Q

↓,H

个阀门开大，ζ

↓,B

↓,Q

个,H

↓点击这里看大图回上页3．离心泵的串联，并联操作1)并联作图法：同一H下，Q加倍数学法：单泵H

=A

−BQ2并联H

'

=H

A'

=

AB'

(2Q)2

=BQ2

,B'

4Q2

=BQ2

,'

1：B

=

4

B：H

=A

−Q

2点击这里看大图,

,回上页数学法：单泵H

=A

−BQ2串联H

'

=2A−2BQ22)串联作图法：同一Q下，H加倍点击这里看大图回上页七．离心泵的选型即操作1.离心泵的类型1)清水泵(1)B型泵——单级、单吸悬臂式离心泵3B33A3——泵吸入口直径(英寸)，即3×25=200mmB

——系列代号33——泵的扬程(m)A

——对叶轮第一次切割(2)D型泵——多级泵

150D30

×5150——泵吸入口直径(mm)D——D型泵30——单级扬程(m)5——级数(3)sh型泵——双吸泵3.Sh型泵－－双吸泵点击这里看大图回上页(4)F型泵——耐腐蚀泵25F

−−1625——泵吸入口直径mmF——F型泵16——扬程m3)油泵－－Y型泵100Y

−−20

×

2100——泵吸入口直径mmY