0303A离心泵比转数-喷射泵

1、1,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,二、扬程和流量,1. 液体在叶轮中的流动情况,2,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,既定的泵，转速一定时，理论扬程与理论流量的函数曲线： ,后弯，2 90, Q， Ht ,Q = 0，,封闭压头,3,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,结论：(1) 离心泵扬程主要取决于叶轮的直径及转速。 (2) 扬程与流量的关系随叶片出口角2 而异。前弯叶片能量损失大而不采用。为了提高效率，一般采用后弯叶片。虽然扬程低，但能量损失低。 (3) 封闭扬程有限。 （4）理论扬程与液体的物性无关。 实际扬程？

2、 离心泵无自吸能力：空气的密度很小，离心力很小，不能在泵吸入口建立足够的真空。,4,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,3、定速特性曲线,1）. 理论定速特性曲线,在既定转速下，H、P、等与Q的关系曲线。,2 90,2 = 90,2 90,H-Q关系曲线：,理论H-Q曲线,考虑各种损失后的实际H-Q曲线,使用中，常把H、P、等与Q的实测关系曲线画在一张图上，称为离心泵的定速特性曲线,5,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,三、定速特性曲线,离心泵的水力损失：,漏泄损失：泵内部漏泄和外部漏泄 摩擦损失：液体粘性产生 撞击损失：液流方向与流道不一致造成

3、涡流损失：叶片数有限，液体在叶轮流道内涡旋流动造成。,这些损失以及机械损失使离心泵的实际定速特性曲线与理论曲线有很大差别，不能经过计算画出，只能实测画出。,6,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,2）实测的定速特性曲线,测量方法：使泵在恒定转速下工作，改变排出阀开度，测出Q-H、Q-P、Q-、Q-hr(必需汽蚀余量)曲线。,7,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,2）. 实测的定速特性曲线,(2) 对于平坦形，Q = 0时功率最小，功率随流量增大而增加，封闭扬程不很高，应封闭起动以减小起动电流和电网电压波动。但不许长时间运行，以防发热。,(3) 由Q

4、 -，额定(设计)工况效率高，因为液体进出叶轮撞击损失最小。非额定工况引液体撞击而导致效率低。（最高效率所对应的流量、压力为而定工况）,从泵的定速特性曲线上，能看出什么？ 对实际工作有什么意义？,8,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,4、管路特性曲线和工况点,管路特性曲线：液体通过管路时所需的压头与流量间的函数关系曲线。,Hst-管路静压头 h-管路阻力,9,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,5、扬程和流量估算,扬程估算公式：,流量估算公式：,K-系数(1-1.5)10-4,n-转速(r/min),D2-叶轮外径(m),D0-泵吸口直径(inch

5、)(1in25mm),问题：离心泵出口直径100mm，吸口直径125mm，叶轮外径300mm，额定流量约为( ),125m3/h,10,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,一、相似条件,二、相似定律,第三节 离心泵的相似理论和比转数,三、离心泵的比转数,11,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,一、相似条件,1. 几何相似：两泵对应的尺寸比值相等，叶片数和对应的叶片角相等。,2. 运动相似：两泵对应点的相应速度方向相同，比值相等，即速度三角形相似。运动相似必然几何相似，同时满足几何相似和运动相似称为工况相似。,3. 动力相似：两泵对应点作用于流体质点

6、上的同名力方向相同，比值相等。主要是惯性力和粘性力。只要工况相似，基本能满足动力相似。,12,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,根据相似定律,1. 额定流量：,2. 额定扬程：,3. 额定功率：,13,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,离心泵的比转数,比转数ns：离心泵相似的准则数。,注意量纲：n-r/min, Q-m3/s(双吸泵取1/2Q), H-m(多级泵取单级叶轮),14,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,不同国家计算同一离心泵的比转数算法和所用单位均不同，所得数值和量纲也不同。国际上用无量纲的型式数K代替比转数，

7、二者可换算。,几何相似的泵输送同一种液体时，比转数必然相等；而比转数相同的泵，不一定几何相似。,比转数相同的泵，具有相似的工作特性。 比转数低的泵，压头相对较高，流量相对较小； 比转数高的泵，压头相对较低，流量相对较大。,15,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,1.低比转数泵叶型“窄长”，叶片呈圆柱形；扬程相对较高，流量相对较小；Q-H线较平坦，Q-P线陡降，高效率区宽，适合节流调节，适合封闭起动。,2.高比转数泵叶型“短宽”，叶片呈扭曲形；扬程相对较低，流量相对较大；Q-H线较陡降，Q-P线缓升。,16,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,关于比

8、转数与性能关系的总结(),窄长叶型ns小，,流量不大扬程高，,H线平功率陡，,高效区宽宜节流。,17,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,一、离心泵的汽蚀,二、工况调节,第三节 离心泵的管理,三、串、并联工作,四、检修,五、故障及分析,18,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,一、离心泵的汽蝕,泵在吸入真空度大于允许吸入真空度时，发生汽蚀现象。主要发生在叶轮外缘叶片及盖板、涡壳或导轮处，不会发生在叶片进口处。 流量大于设计流量时汽化发生在叶片进口靠近前盖板的叶片正面处(K1)。,危害：产生60025000Hz的噪音和振动；流量、扬程、效率降低；金属疲

9、劳破坏；汽泡凝结放热引起化学腐蚀(出口压力升高使气泡溶解，所以泵出口液体不会带气泡)。,1、汽蝕现象及其危害,19,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,2、汽蚀余量,汽蚀余量h：是指泵入口处液体所具有的总水头与液体汽化时的压力头(pv/g)之差。国外称净正吸上水头NPSH。,必需汽蚀余量hr：是指泵为了避免汽蚀所必需的汽蚀余量。取决于泵进口部分的几何形状、转速和流量，反映液体进泵后压力进一步降低的程度，与吸入条件及所吸液体的pv值无关。 hr越小，泵的汽蚀性能越好。,20,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,有效汽蚀余量ha：是泵工作时实际具有的汽蚀

10、余量，取决于吸入条件和液体饱和压力，与泵无关。它表示液体在泵进口处水头超过汽化压头的富裕能量。,必需汽蚀余量hr：是指泵为了避免汽蚀所必需的汽蚀余量。取决于泵进口部分的几何形状、转速和流量，反映液体进泵后压力进一步降低的程度，与吸入条件及所吸液体的pv值无关。 hr越小，泵的汽蚀性能越好。,21,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,泵说明书给出hr值。由图可见， hr随Q的增大而增大，因为流量增大，液体进泵后的压降也增加。,hr很难计算，用汽蚀试验确定：逐步增大吸入真空度，扬程或效率下降(2+K/2)%时的汽蚀余量称为临界汽蚀余量hc。hc加上不小于0.3m的余量定为必需

11、汽蚀余量hr。使用时ha具有比hr大于10%(不小于0.5m)的余量。,22,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,潜伏汽蚀：有效汽蚀余量ha下降接近hr但未降到很低时，汽蚀已经发生但尚未明显影响到泵性能的状态。,不稳定汽蚀： ha小于hr，气泡较多，流量、扬程脉动，振动噪音，最容易破坏部件。,稳定汽蝕：形成汽、水两相区，振动和噪音不强烈，破坏不明显。泵可以较长期工作。,中ns泵容易达到稳定汽蝕。,23,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,3、防止汽蚀的措施,容易发生汽蚀的泵(ha小)：,预防措施：() 使用中提高ha；减小hr；用抗汽蚀材料制造叶轮，

12、提高光洁度,管理中的措施：() 降低温度；减小吸高或增加流注高度；减小吸入阻力(清洗滤器)； 关小排出阀(不能关小吸入阀)或降低转速减小流量。,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,二、工况调节,第三节 离心泵的管理,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,1. 节流调节法,关小排出阀，管路阻力系数，管路曲线变陡。泵流量，工作扬程，功率，效率 ，允许吸上真空度；原管路所利用的扬程为H1， H1 - H1为关小排出阀的节流损失。,特点：操作简单，经济性差，节流引起发热。 适用场合：泵特性曲线平坦(ns小)且管路特性曲线平坦(管路阻力和节流损失小)时。 不使用

13、关小吸入阀的方法调节。,要求：动手画图说明流量扬程变化,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,2. 回流调节法,改变旁通回流阀的开度，调节主管路的流量。泵以相同的扬程向原管路和旁通管路同时供液，两并联管路流量相加等于泵的流量：泵工作在A(QA, HA)点，主管路(Q3, HA)，回流管(Q4, HA)。关小回流阀，泵流量减小，主管路流量增加。,特点：泵经济性差(泵流量和功率，有旁通回流损失)。实际吸入真空度增大，有可能汽蚀。一般用作辅助手段；回流管不宜直通泵吸口，否则回流量大时会发热。,要求：画图说明,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,3. 变速调节

14、法,根据比例定律,将泵在不同转速下的特性曲线画在同一坐标图上，并将等效率点连成线，得到通用特性曲线。,特点：经济性最好，不会引起汽蚀。但须配可变速原动机，初投资和调速控制成本高。,将管路特性也画在同一坐标图上，可得到各转速下泵的工况点。,各转速下,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pumps,相似定律,1. 流量相似关系：,2. 扬程相似关系：,3. 功率相似关系：,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,4、叶轮切割法,如泵流量和压力超出需要，可切割叶轮外径，降低特性曲线，改变工况参数，节省功率。,最大切割量（20%7%）。中低ns叶轮车削外径，也可把盖板车掉

15、；高ns叶轮倾斜车削；导轮式泵不车削盖板。,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,二、并联、串联工作,1. 并联工作：,作图法求出工作点 原则：扬程相等，流量相加，画出两泵的共同特性曲线,若管路曲线陡，工况点可能落在KL段，泵2会向泵1倒灌，所以应采用同型号泵或扬程接近的泵并联。,但,并联工作时,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,2. 串联工作：为提高扬程，可使泵串联向管路供液,原则：流量相等，扬程相加,串联泵型号不一定相同，但额定流量应相近，否则额定流量小的泵损失大，效率低。,第五章 喷射泵种 类：按工作流体的种类，可分为液体射流泵和气体射流泵(喷

16、射泵)两种。用 途常用做冷凝器和海水淡化装置等的真空泵及锅炉给水泵、扫舱泵、舱底水泵等。 第一节 水射水泵 1. 结构组成：喷嘴、吸入室、混合室和扩压室见下2图2. 工作原理：当具有一定压力的工作流体通过喷嘴以一定速度喷出时，在喷嘴出口周围形成低压，将被输送介质吸入。然后和工作流体混合，两股流体在喉管内混合并进行能量交换，并在截面逐渐增大的扩压器中大部分动能转换为压力能，使压力进一步提高，最后经排出管排出。,喷 嘴：喷嘴采用收缩圆锥形、流线形和孔板等形式，出口处有一圆柱段长度为喷孔直径的0.25倍，使射流从喷嘴喷出时保持一定的方向。喷嘴的作用是把工作水流的压力能转变为动能。 吸入室： 喷嘴后的

17、射流流束由于其外围部分逐渐与周围介质掺混，使保持V1流速的流核区逐渐缩小，以至最终消失，形同收缩的圆锥体。当这圆锥体状的流束与混合室的壁面相遇后，流束的横截面积就不再扩大。 混合室 又称喉管：混合室的作用就在于使流体充分的进行动量交换，以使其出口外的液流速度尽可能趋于均匀。实验表明，进入扩压室时的液流速度越均匀，扩压室中的能量损失就越小。,混合室通常做成圆柱形或者是圆锥形与圆柱形的组合形式。当混合室进口部分做成圆锥形时，其进口能量损失最小。混合室长度过短，会使出口速度不均，这样，扩压室中的流动损失就会增大；而混合室长度过长，不仅没有必要，还会使摩擦损失增加。混合室的长度通常为其圆柱段直径线的6

18、7倍。 混合室圆柱段的截面积f3与喷嘴出口的截面积f1之比称为喉嘴面积比（简称面积比），用m表示。 m =圆柱段的截面积f3 /喷嘴出口的截面积f1 喉嘴面积比是决定喷射泵性能的最重要尺寸参数。实际应用的水射水泵m约在0525范围内。,喷嘴出口至混合室进口截面的距离LC叫喉嘴距，它对水射水泵的工作性能也有较大影响。 LC太大时，由于与壁面相交前的流来太长，被引射进入混合室的流量就太多，以致不能将其增压到足够的排出压力，混合室外周就会出现倒流现象，便能量损失增加； LC大小时，又会使混合室的有效长度缩短，不能充分进行动量交换，以使流束的流速更趋均匀，也同样会使能量损失增加。最佳喉嘴距太大致可按0

19、.5m1/2选取，一般多在（0.52）d1范围内。 混合室的水力损失除混合室进口损失、混合室摩擦损失外，最主要的是混合损失。它是速度相差很大的工作流体和被引射流体在混合过程中进行动量交换而引起的能量损失，是喷射泵的主要能量损失之一。,扩压室又称扩散室 ： 扩压室一般采用一段均匀扩散的锥管，扩散角为58，也可采用分段扩散，扩散角分别为2、4、13。它的作用是使液流在其中降低流速，增加压力，从而将动能转换为压力能。实验证明，扩压室的扩张角做成810时，扩压过程的能量损失最小。 3.水射水泵的性能水射水泵的特性曲线 水射水泵的特性通常用无固次特性曲线来表示。它所使用的无因次量是：流量比 u（亦称引射

20、系数）和扬程比 h。 流量比 （引射系数）u 为： u = Qs /Q p 式中：Qs - 被引射流体的体积流量，m3/s Q p - 工作流体的体积流量， m3/s当以质量流量表示时，称质量流量比，用um表示， um= GsGp,扬程比h h = H/ Hp H被引射流体经过泵后所增加的水头，m；Hp工作流体与被引射流体进泵时的水头之差，m。 流体的位置头和速度头与压力头相比可忽略不计，当工作流体与被引射流体是同一介质时，扬程比即为相对压差。 几种面积比m（圆柱段的截面积f3与喷嘴出口的截面积f1之比）值不同的水射水泵的无因次特性曲线（见下图） ，它给出了扬程比（相对压差）h、效率与流量比u

21、（引谢系数）的关系。,对喷射泵来说，泵的效率是指同一时间内被引射流体所能得到的能量（有效功率）与工作流体所失去的能量（输入功率）之比。即,结论：（1）m值较小时，泵的引射系数（流量比）较小，但所能达到的相对压差较高，故特性曲线比较陡峭；而m值较大时，泵的引射系数较大，但其所能达到的相对压差较小，故特性曲线比较平坦。 通常认为m3属高扬程水喷射泵，m7属低扬程水喷射泵，m=37属中扬程水喷射泵。,（2）喷射泵的效率很低。喷射泵虽不存在机械损失和容积损失，但其水力损失（包括喷嘴损失、混合室进口损失、混合室摩擦损失、混合损失和扩压室损失）很大。 m值不同的喷射泵，其最佳工况的效率及各部分损失所占的比

22、例也不同。 m值小的泵 因其引射的流体流量较小，混合损失也就相对较小，但流体在混合室和扩压室中的流速较大，故混合室摩擦损失、扩压室损失要大一些，其效率曲线比较陡峭，高效区较窄。 m值较大的泵 由于被引射的流体流量较大，混合损失较大，但其它损失相对小些，效率曲线比较平坦。 对应不同的引射系数，存在不同的最佳m值，采用最佳m值的泵效率最高，能达到的相对压差也最大。,在图下部由虚线所画出的包络线，即表示水射水泵在不同引射系数下采用最佳m值时所能达到的最高效率。 m = 35的水射水泵可达到的效率较高，其中以m = 4的水射水泵在u = 1时的效率最高。 表51给出几种m值不同的泵的效率及各项功率损失

23、在总输入功率中所占的百分比。,水射水泵的实测无因次特性曲线（图示泵的m值为6.25 ）表明，当泵所造成的扬程比h降低到一定程度后，泵的流量比u就不再增加，同时效率也急剧下降，这时泵的流量比称为临界流量比（或临界喷射系数），用ucr表示。相应的扬程比称临界扬程比，用hcr表示。,上述现象表明尺寸既定的喷射泵存在相应的极限过流能力。实践表明，水射水泵即使长期在临界扬程比下工作，仍很平稳，并无汽蚀破坏产生。,4工作参数变化对水射水泵流量的影响（1）当其它条件不变时，如果泵的排出压力pd增加，泵的扬程比h即增大，由性能曲线可见，泵的流量比u相应减小，即泵的吸入流量QS就会减小。反之亦然；但QS增大到达

24、到了临界流量比ucr，则QS将不会再增加。所以，在管理水喷射泵时应防止排出管路阻塞和单向阀卡死，避免排出压力过高而导致流量减小。 （ 2）当其它条件不变时，如工作压力PP降低，则扬程比h增大，流量比u减小，这时工作水流量QP也减小，故吸入流量QS就会迅速减小。反之亦然，但当QS增大到一定程度时，会达到极限过流能力。这时工作压力PP若进一步增大，虽会使工作水流量QP增加，但ucr却会减小，也就是说，一台泵所能达到的极限流量QS = QP ucr基本不变。 （3）当其它条件不变时，如吸入压力Ps降低，则扬程比h增大，这时流量比u减小，即吸入流量QS减小。反之亦然。 m值较大的泵，压力参数变化对泵流

25、量的影响较大。,5.喷 射 泵特 点 1）喷射泵内没有运动部件，因此结构简单，重量、尺寸较小，而且起动迅速，工作可靠，无需特殊保养,安装维护方便. 2）密封性好, 自吸能力强，能造成很高的吸入真空度。无需装设安全阀。 3）可抽吸含有杂质的液体，而且各种有压能源(如废水、废气等)都可直接用来作为它的工作流体，从而提高了它的经济效果。被水浸没也能工作。 4）射流泵内两股流体混合时产生较大的能量损失，因此，射流泵的传能效率较低。但射流泵的使用方式不同，其效率也不同。在有些场合下，它的效率并不显低。新近发展起来的多股射流、多级射流、脉冲射流等新型射流泵，其传能效率均有所提高。,6. 管理要点 1)工作

26、流体的压力要适中； 2)排出口背压不能过大； 3)工作流体与被输送流体的温度不易过高； 4)喷嘴出口至混合室口的距离要合适。过大使引射量太多，以至排不出去；过小使引射量减少，泵效率降低； 5)注意喷嘴、混合室与扩压室三者间的同心度； 6)喷嘴出口截面冲蚀变大后要及时换新。,第二节 其它喷射器一.水射抽气器 水射抽气器是以压力通常为 02504 MPa的水为工作流体，用来抽除空气或空气与水蒸气的混合物。当用来产生真空时，亦称为水射真空泵。水射抽气器的工作流体和被引射流体的密度相差悬殊，为能提高被引射气体的质量流量，有些水射抽气器设计成多喷嘴（喷嘴数可达1218个）的型式，以便增加工作水与吸入室中

27、气体的接触面积。见下图 水射抽气器的工作水与所吸空气接触时，将会蒸发出水蒸气，并因此而使实际的抽气量和所能达到的真空度降低。可见工作水温越高，水蒸气的饱和分压力就越大，于是，泵的实际抽气量和所能达到的真空度也就越低。在水射抽气器抽吸蒸汽和空气的混合物时，由于水流和蒸汽之间的换热强度较大，可使绝大部分蒸汽凝结成水，因而其抽气量也就明显增大。当射水抽气器抽吸纯蒸汽时其流量比抽吸干空气时约大10倍。,二、蒸汽喷射器和空气喷射器 蒸汽喷射器的工作压力通常为 0410 MPa。考虑到蒸汽压力可能出现波动，故工作压力需比额定压力再高 007 MPa左右。蒸汽喷射器应避免使用湿蒸汽工作。因为工作蒸汽含水会使

28、喷射器的性能变得不稳定，故一般使用有1020 过热度的蒸汽作为工作蒸汽，使用过热度太高的蒸汽是不经济的。 蒸汽喷射器也可以用来抽水，下图所示即为蒸汽射水器。 空气喷射器的尺寸和流量都较小。船上常用空气喷射器作为离心水泵的引水装置。空气喷射器用来输送液体是不可取的，只有某些输送不允许被稀释的液体的小型装置才选用空气喷射器。 气体喷射器与液体喷射泵不同的是喷嘴都做成缩放形的拉伐尔喷嘴，以便能在较大的压降下使喷嘴出口的工作气流速度达到超音速。 各类船用泵性能比较 见下第2图,蒸汽空气喷射器,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,四、管理和检修,1. 使用(启动、运行、停车),(1

29、)盘车,(2)润滑：采用油环润滑的轴承，油环浸没15mm；采用润滑脂Grease润滑，润滑脂占轴承室容积1/21/3。500 Working hrs换油。轴承温升不超过35C，外表面温度不超过75C。,(3)冷却：填料函水封管、水冷轴承、水冷机械轴封、平衡管或平衡盘的冷却管路通畅。,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,(4)封闭起停：功率最低，对电网冲击最小。封闭运转时间不超过23min，否则发热。,(5)转向：反转不能建立排压，检查电机接线。,(6)避免干转：干转导致发热。自吸泵初次也需引水，自带真空泵的应限制引水时间。,(7)防冻防锈Antifreeze & anti

30、rust：冬季长期停用放空，外露金属加工面涂防锈油。,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,(1)叶轮Impeller：换新或修理Renew or Repair,2. 检修Maintenance,修理方法：补焊Welding、打磨Polish、光车Lathing，静平衡试验Static Balance Test,(2)泵轴Shaft：裂纹、磨损、弯曲严重时换新，弯曲不严重可校直Alignment。,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,使用手动螺杆校直机,使用铜棒打轴的凹部,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,(3)泵体Shell：出现裂纹。可通过敲击声、放大镜、煤油白粉法具体判断。,可用钻止裂孔或焊补方法修理。焊补后应进行水压试验，为1.7倍最高工作压力(正常的水压试验压力为1.5倍)。,(4)轴承Bearing：,常用轴承形式：滚动轴承、滑动轴承、水润滑轴承。,滚动轴承：最常用，如使用径向止推轴承应背靠背安装。轴承内圈和轴过渡配合，轴承外圈和安装处为过渡配合或滑动配合。,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump,船舶辅机第3章 离心泵 Centrifugal Pump