第四章 泵_11.ppt

1、作业题(10月21日交),1.按工作原理分类，泵可分为哪两大类型？各有什么特点？适用于什么范围？ 2.试说明柱塞泵、隔膜泵、螺杆泵分别属于什么类型，什么形式的泵，为什么？ 3.试说明自吸泵、旋涡泵、磁力驱动泵分别属于什么类型，什么形式的泵，为什么？ 4.污水泵与清水泵的结构有何不同？ 5.什么是屏蔽泵，什么是计量泵，各自的应用范围,菜单,内容回顾,轴流式压缩机的典型级由哪些部件组成？各部分的作用是什么？ 与离心压缩机相比较，分析轴流压缩机性能的优缺点。,泵,过程流体机械,机械设备,第一节绪论,1.泵定义和用途 2.泵的分类 3.基本参数 4.名词术语 5.离心泵的汽蚀及预防措施,菜单,1 泵的

2、定义和用途,定义 泵是把机械能转换成液体的能量，用来增压输送液体的机械。 输送介质 水、油、酸、碱、浆料、有机溶液、石油产品、液态金属等。 用途 水利工程、农田灌溉、化工、石油、采矿、造船、城市给排水和环境工程、原子能发电、舰艇的喷水推进、火箭的燃料供给等方面。,菜单,用途,菜单,2 泵的分类,泵的种类很多，其分类方法也多，这里根据泵的工作原理和结构形式把泵简单分为如下几类： 按泵传送液体的压力分：低压、中压 和高压,泵,叶片式泵（透平式泵）,容积式泵,其他类型泵,菜单,其他类型泵,叶片泵,旋涡泵(regenerative),轴流泵,喷射泵 气体升液泵 水锤泵 液态金属电磁泵 可反转的离心泵

3、磁力驱动泵 旋转壳体泵,离心泵,混流泵,单吸 多吸,闭式 开式,单吸 多吸,自吸式 非自吸式,单级 多级,开式叶轮 半开式叶轮 闭式叶轮,单级 多级,菜单,转子式,往复泵,隔膜式,电动式,动力往复 直接作用 手动往复 差动泵 径向柱塞泵 轴向柱塞泵,活塞式,多转子,单转子,单螺杆泵 滑片泵 饶性件泵,齿轮泵 多螺杆泵 凸轮泵,计量泵,容积 泵,柱塞式,菜单,泵的其他分类,按泵轴位置,卧式泵 立式泵,按用途,增压泵 计量泵 比例泵 流程泵 回流泵 循环泵 成品泵 补给泵 化学反应泵 助剂注射泵,按泵体位置,液下泵 深井泵 潜水泵 管道泵,菜单,3 基本参数(Basic Performance P

4、arameters),泵流量(capacity)泵流量是指单位时间内从泵排出并进入管路的液体体积。一般指的流量均为体积流量。用符号Q表示，单位为m3/h或L/s。 扬程(head)泵的扬程是指单位质量液体通过泵后的能量增值。其值等于单位质量液体在泵出口处的能量减去泵进口处的能量。用符号H表示，单位为m。 泵转速(rotating speed)泵转速是泵轴旋转的速度，即单位时间内泵轴旋转的次数。用符号n表示，单位r/min。,菜单,泵轴功率(brake power)、泵输出功率(output power)泵轴功率通常指输入功率，即泵轴所接受的功率。用符号Pa表示，单位为W。泵传递给输出液体的功率

5、称为泵输出功率，又称为有效功率。它表示单位时间内泵输送出去的液体从泵中获得的有效能量。用符号表示，单位为W，用下式计算： Pu泵输出功率，W； 泵输送液体的密度，kg/m3； Q泵流量，m3/s； H扬程，m。,菜单,泵效率(efficiency)泵轴功率和输出功率之差是泵内的损失功率，其大小用泵效率来计量。泵效率为泵输出功率与泵轴功率之比，用符号 表示，并用小数或百分比表示，泵效率的表达式为： 汽蚀余量(net positive suction head)泵入口处，单位质量液体所具有的超过该温度下饱和蒸汽压的富裕能量，这是反映泵吸入性能的主要参数，习惯用符号 h 表示，单位为m。国外称此为净

6、正吸入压头，用NPSH表示。最近已在国内等效采用，被编入国家标准的有关部分。,菜单,4 名词术语,粘性系数（粘度） 运动粘度 冲角 失速 汽蚀 喘振 水锤（水击） 脱流 灌泵,液封 暖泵 预旋 基准面 蜗形体 比转数 轴面 轴面投影 轴面截线,菜单,喘振管路系统（包括泵）由于流量小而引起液流在泵内脱流而形成的自振，表现为压力、流量周期性变化，泵和管路产生激烈振动和低沉噪声。 水锤（水击）管路系统（包括泵）由于流量急剧变化而引起的较大压力波动。 脱流接近物体表面的液流不是沿着物体表面流动而产生逆流或死区的现象。,菜单,灌泵启动前向泵内和吸入管内注如入液体。 液封在轴封部位注入液体，以防止大气进入

7、泵内。 暖泵对于高温用泵，启动前对泵和管路进行加热。 预旋由于不正常的进口条件和不合理的吸入流道形状，在叶轮进口前吸入管的某一位置处引起螺旋形液流的现象。,菜单,蜗形体叶轮外圆侧直接形成的具有蜗形的壳体。 比转数判断动力型泵水力特征的相似准数，是一种泵分类的准则。用下式定义：,比转数,泵的转速r/min,扬程 m,流量 m3/s,菜单,轴面通过轴心线的平面。 轴面投影将叶轮流道用圆柱投影法投影在轴面上。 轴面截线轴面与叶片的交线。,轴面投影,平面投影,菜单,内容回顾,什么是气缚？什么是汽蚀？分别分析其发生机理及引起的后果； 什么是有效汽蚀余量、必需汽蚀余量，泵汽蚀余量基本方程式；泵运转时不发生

8、汽蚀的条件； 哪些因素可以导致一台泵 运行中发生汽蚀？,5 离心泵的汽蚀与预防,5.1 概述 5.2 吸上真空度 5.3 汽蚀余量 5.4 改善泵抗汽蚀性能的措施,菜单,离心泵内压力变化图,菜单,0,汽泡的产生与溃灭,菜单,Pk Pv 时液体将发生汽化，所生成的大量蒸汽泡在随液体从叶轮进口向叶轮外周流动时，又因压强升高，气泡立即凝聚，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极大的速度冲向气泡原来所在的空间，在冲击点处产生很高的局部压强（高达几百个大气压），冲击频率高达每秒几万次之多。尤其当汽泡的凝结发生在叶轮表面时，众多的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

9、生化学腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将导致叶片过早损坏。这种现象称为泵的汽蚀现象。,液体汽化、凝结、冲击，形成高压、高温、高频冲击载荷，造成金属材料的机械剥裂与电化学腐蚀破坏的综合现象叫汽蚀。 汽蚀时的性能,菜单,离心泵在产生汽蚀条件下运转，会产生什么样的后果呢？,汽蚀的严重后果 使过流部件剥蚀破坏，起初出现麻点，继而表面呈现槽沟状、蜂窝状、鱼鳞状的裂痕，严重时造成叶片或叶轮前后盖板穿孔，甚至叶轮断裂，造成严重事故； 汽蚀使泵的性能下降； 汽蚀使泵产生噪音和振动，是水力机械向高流速发展的巨大障碍。,菜单,5.2 吸上真空度,为求得泵吸入口压力，可从吸液池液面到泵的吸入口，即图4-11中的O

10、-O至S-S。列伯努利方程。,菜单,吸液池液面处 ，所以：上式说明，由于P0与Ps的压力差作功，才使吸液池的液体能克服管道阻力上升到泵吸入口。一般，吸液池液面为大气压即P0=Pa ，由上式知Ps P0，即PsPa ，泵吸入口为真空，其真空度：,菜单,吸上真空度 由此可知：吸上真空度Hs与泵的几何安装高度zs0吸入管路中液体流速及管路阻力损失有关。当泵在恒定流量下运转时，式中后两项为定值，则Hs随安装高度zs0的增大而增大；当安装高度zs0增大至某一数值时，泵因汽蚀不能继续正常工作。对应于这一工况的吸上真空度叫最大吸上真空度，用Hsmax表示，其数值有试验得出。,菜单,为了保证泵安全运转而不发生

11、汽蚀，泵的吸上真空度要比Hsmax小，即留有安全裕量0.3m（据机械工业部标准规定），得到泵的允许吸上真空度：HS=Hsmax-0.3 所以保证泵正常运行的条件是：HsHs,菜单,安装水泵时，应根据Hs值计算安装高度。由式可得泵的允许安装高度则为：如果Zs0为负值，表示泵应安置于液体贮槽之下，使泵在进口具有灌注的正压力，避免产生汽蚀。此时称为倒灌高度。,菜单,5.3 汽蚀余量,有效汽蚀余量 必需汽蚀余量 有效汽蚀余量和必需汽蚀余量的关系 汽蚀余量与吸上真空度的关系 计算允许安装高度,菜单,1）有效汽蚀余量,有效汽蚀余量是指液流自吸液池经吸入管路到达泵吸入口后，所富余的高出汽化压力能头的那部分能

12、量，用符号(NPSH)a表示，则又因为：所以：,菜单,泵入口压力低于大气压时，常用真空度表示，即式 由此看到，有效汽蚀余量数值的大小与泵装置的操作条件（如吸液灌内压力或吸液池液面大气压、吸入管路的几何安装高度、阻力损失、液体性质和温度等）和管路中的流量有关，而与泵本身的结构尺寸无关，故又称为装置的汽蚀余量；同时看到，当 P0和Zso一定时，流量增加，吸入管路阻力损失增大，有效汽蚀余量（NPSH）a也就越小，发生汽蚀的可能性就大。,菜单,2）必需汽蚀余量,菜单,液体从-断面至-断面压头下降值 。 将它的数值定为泵的必需汽蚀余量。用（NPSH）r表示。即有 阻力损失系数； vo叶轮进口处平均流速。

13、,菜单,令：为速度压降系数。上式称汽蚀基本方程式。 1 1.21.4，低比转数的泵取大值,绝对速度压降能头系数； 20.150.4，低比速转数的泵取小值。 必需汽蚀余量只与泵吸入室及叶轮进口的几何形状和流速有关，而与吸入管路系统、液体性质等参数无关。因它只与泵本身的结构有关，所以又叫泵的汽蚀余量。,(NPSH)r=(k/s)2-1 12/2g+ (v1/v0)2v02/2g+v02/2g,1=(v1/v0)2+, 2=(k/1)2-1,菜单,3）有效汽蚀余量和必须汽蚀余量的关系,必需汽蚀余量是标志泵本身汽蚀性能的基本参数。 （必需汽蚀余量越小，说明泵本身的抗汽蚀性能好）因此要提高泵的抗汽蚀性能

14、，应使必须汽蚀余量减小。 有效汽蚀余量标志泵使用时的装置汽蚀性能，为避免发生汽蚀，就必须增大有效汽蚀余量。,菜单,泵正常运转不发生汽蚀的 必要条件是：(NPSH)a NPSH 式中NPSH为规定的允许汽蚀余量，它是由汽蚀试验求出临界汽蚀余量，再加以适当的安全量0.3m（有的用0.5m）。即 NPSH=(NPSH)c+0.3,菜单,NPSH与流量关系曲线,Q: 1，2两条曲线哪条是有效汽蚀余量线，哪一条是必需汽蚀余量线？A,B哪一区为汽蚀区？,随着流量增加有效汽蚀余量减少，必需汽蚀余量增大 流量越大越容易发生汽蚀，因此计算安装高度时应按最大流量计算,临界汽蚀余量(NPSH)c是在给定流量下第一级

15、内引起的第一级扬程或效率下降(2+K/2)%时的NPSH值；或在给定扬程下，在第一级内引起流量或效率下降(2+K/2)%时的NPSH值，单位为m。其中K为型式数。,图为由泵的汽蚀试验得出的断裂特性 （此时的(NPSH)c (NPSH)r ),菜单,4）汽蚀余量与吸上真空度的关系,又知，当（NPSH）a=（NPSH）r时，便发生汽蚀。通过试验可确定允许汽蚀余量NPSH，这时便得到对应的Hs，即,菜单,5）计算允许安装高度,例： 用离心泵输送一种石油产品，已知该泵的允许汽蚀余量为2.6m，该石油产品在输送温度下的饱和蒸汽压为2.67X104Pa，密度为900kg/m3，吸入管路的阻力损失估计为1m

16、，试确定泵的安装高度？ 解：由上面公式，设液面为大气压，p0=9.81X104Pa为安全起见，泵的实际安装高度还应比算出值再低一些，可取3.5-4m。,菜单,5.4改善泵抗汽蚀性能的途径,1）提高离心泵本身抗汽蚀性能 2）提高吸入系统装置的有效汽蚀余量 3）运行中可采取的措施,菜单,1）提高泵的抗汽蚀性能,改善泵吸入口至叶片入口的结构设计；减小进口流速 加大叶轮进口直径Do，使Vo减小； 加大叶片进口宽度b2，使w1减小； 增大前盖板曲率半径 提高叶轮和叶片进口表面加工精度 采用双吸叶轮 合理选取叶片进口冲角,菜单,改变叶片进口边位置和进口端形状,加装诱导轮,菜单,1）提高泵的抗汽蚀性能-续,

17、轴流式螺旋叶片，增加圆周速度减少叶轮进口处相对速度,超汽蚀泵,菜单,1）提高泵的抗汽蚀性能-续,轴流式薄而尖的叶片，诱导固定型的气泡，,1）提高泵的抗汽蚀性能-续,在汽蚀不可避免的情况下，对叶轮或容易被汽蚀破坏的地方采用耐汽蚀的材料，以提高泵的使用寿命。脆性材料是最不耐汽蚀的，所以用铸铁作为泵流道的材料，一旦发生汽蚀就很快损坏；较细密和具有韧性的材料，如青铜、不锈钢等，抗汽蚀性能较好。 过流表面涂层处理 采用环氧树脂,菜单,2）提高吸入系统装置的有效汽蚀余量,合理确定几何安装高度及吸入管道流动损失为了减小流动损失，应尽可能减少吸入系统的附件，如弯头、阀门等；应合理加大吸入管直径，以减小流速；同时应使管路尽可能缩短