离心泵工作原理.ppt

水泵与运行,联系方式李洪峰、谢建波 编制,能源与动力,离心泵,第一节 离心泵的工作原理和性能特点,3-1-1 离心泵的工作原理,主要工作部件是叶轮和泵壳。叶轮通常是由57个弧形叶片和前、后圆形盖板所构成。 叶轮用键和螺母固定在泵轴的一端。固定叶轮用的螺母通常采用左旋螺纹，以防反复起动因惯性而松动。 轴的另一端穿过填料箱伸出泵壳，由原动机带动。泵壳呈螺线形，亦称螺壳或蜗壳。,图3-1 悬臂式单级离心泵,3-1-1 离心泵的工作原理,充满在泵中的液体随叶轮回转，产生离心力，向四周甩出 在叶轮中心形成低压，液体便在液面压力作用下被吸进叶轮。 从叶轮流出的液体，压力和速度增大。 蜗壳-汇聚并导流。扩压管A增大，流速降低，大部分动能变为压力能，然后排出。 叶轮不停回转，吸排就连续地进行 液体通过泵时所增加的能量，是原动机通过叶轮对液体作功的结果。,3-1-2 液体在叶轮中的流动情况,为研究简化，我们假定： (1)液体由无限多个完全相同的单元流束所组成 所有液体质点流动轨迹都相同，都与叶片断面相符合，在相同半径上各液体质点的流动状态亦均相同。 这只有在叶片无限多、厚度无限薄且断面形状完全相同的理想叶轮中才可能实现。 (2)液体在流动时没有摩擦、撞击和涡流损失 设液体为无粘性的理想液体，液流处于无撞击、旋涡的理想工况,3-1-2 离心泵的扬程方程式,叶轮带动液体高速旋转而将机械能传给液体 （delivery lift or delivery head） 所产生的扬程与叶轮尺寸和转速密切相关，而流量又明显地会随工作扬程而改变。 需要研究决定离心泵扬程的各种因素以及扬程与流量的关系 即研究离心泵的扬程方程式,3-1-2 液体在叶轮中的流动情况,叶轮以回转时，液体质点有两种运动： 圆周速度 - 随叶轮运动的速度，用u表示； 相对速度 - 相对于叶轮的运动速度，用w表示, 它与叶片型线相切。 绝对速度 - 相对于泵壳的运动速度；是u和w的向量和。 液体质点进出叶轮时的绝对运动路径即可由图中的A。C。表示。,3-1-2 液体在叶轮中的流动情况,叶轮中任一质点的三个速度向量u、w、c都构成为一个速度三角形，如图 C和u间的夹角用表示 w和u反方向的夹角用表示； C的周向分速度用Cu表示 C的径向分速度用Cr表示,3-1-2 液体在叶轮中的流动情况,各符号下角标1者，指叶轮进口的参数 加下角标2者，指在叶轮出口的参数。 在叶轮中各处，速度三角形中u、w的方向都已确定，而 U=nD/60,3-1-2 液体在叶轮中的流动情况,D质点所处位置的叶轮直径，mm； B质点所处位置的叶轮宽度，m； 排挤系数(一般为0.750.95)，用以考虑叶片厚度使流道截面积减小的影响； v泵的容积效率。 可见，当叶轮的流量、转速和尺寸既定后，叶轮内各处的速度三角形也就确定。,3-1-2 扬程方程式,根据液体力学知识，我们能推出扬程方程式：,由上图（叶片出口角对理论扬程的影响），和扬程方程式，我们可以得出以下结论,扬程主要取决于叶轮的直径和转速,泵的封闭扬程 (Q=0) 的理论值为: Ht=u2g， 要提高H，必须增大D2或提高n D2关系到泵的外廓和重量 n受限于泵的汽蚀性能 离心泵n一般不超过800010000rmin 单级泵的H通常不超过150m,离心泵的扬程随流量而变,当用径向叶片，即2=90时, 即H与Q无关 当用后弯叶片，即2 0，Q增大则Ht减小 当用前弯叶片，即2 90时，Q增大则Ht增加,3-1-2 扬程方程式,比较以上三种情况 尺寸和n相同的离心泵，在Q相同时，2（前弯）越大，H越高 表面上，以用前弯叶片为宜 实际中，考虑到各种损失，多用后弯叶片 Ht与所运送流体的性质无关 （character） 如果泵内是空气，空气密度仅为水的1800左右，泵能在吸排口间造成的压差就很小。 例如H为100m的水泵，其排送空气时达到同样的H气，它只能在吸排口间产生1.268kPa的压差，在大气压下这只能将水吸上约12.9cm高。 离心泵没有自吸能力,图3-5 离心泵定速特性曲线理论分析,3-1-3 流量-扬程曲线,Ht和Qt是下倾直线 Ht和Qt也是下倾直线（斜率小些） 存在摩擦、旋涡、撞击等水力损失 沿程摩擦损失与流速(流量)的平方成正比 非设计工况进、出叶轮的撞击损失，(设计工况 = 零) Qt-H曲线为减除这两部分扬程损失后的曲线。,3-1-3 流量-扬程曲线,漏泄造成的v 密封环内部漏泄和轴封外部漏泄 多级泵还存在级间漏泄 当泵设有平衡孔(管)或平衡盘时，有附加的容积损失。 总漏泄量一般为理论流量的410 QH曲线为考虑了漏泄流量g后的损失,3-1-3 流量-功率曲线,根据Qt和Ht，求出泵的水力功率 Ph = gQtHt 即可作出Qt一Ph曲线。 如将Ph加上机械摩擦功率损失，即可得到理论流量与轴功率的关系曲线Qt一P。 再将Qt一P曲线中的各Qt值减去相应的漏泄流量g，即可得到实际流量与轴功率的关系曲线Q一P,3-1-3 流量-功率曲线,机械损失包括: 轴封及轴承的机械摩擦损失 约占轴功率的15，采用机械轴封时损失较小； 叶轮的圆盘摩擦损失 是盖板使两侧液体因受离心力作用而形成回流所导致的能量损失 约占轴功率的210 它与叶轮D2的五次方和n的平方成正比。 提高n和相应减小叶轮外径(H不变时）可减小圆盘摩擦损失。,3-1-3 流量-效率曲线,根据Q一H曲线和Q一P曲线，求出每一流量时的效率 = gQH/P 然后可得关系曲线Q,图36 离心泵的定速特性曲线,3-1-3实测的定速特性曲线,实际定速特性曲线是由制造厂通过实验测定的。 (1)离心泵都用后弯叶片，其QH曲线趋势下倾。由于叶片出口角的不同，曲线形状可分为三类：,3-1-3实测的定速特性曲线,陡降形(高比转数) 叶片出口角较小，H变化时Q变化较小 用于H变动又不希望Q变化的场合(舱底水泵压载泵等) 平坦形(中低比转数泵) 叶片出口角稍大，H变化时Q变化较大 用于那些经常需要调节Q而又不希望节流损失太大的场合(凝水泵、锅炉给水泵),3-1-3实测的定速特性曲线,驼峰形 叶片出口角较大 其Q一H曲线就比较平坦，而在小Q时撞击损失又大，于是QH曲线就会出现驼峰 有驼峰形QH曲线的泵，工作时可能发生喘振 应尽量避免使用 适当限制叶片出口角和叶片数，即可避免出现驼峰,3-1-3实测的定速特性曲线,(2)Q-P曲线向上倾斜 即轴功率随Q增大而增加。 在Q=0时 轴功率最小（3550 ） 这时泵的H(亦称封闭扬程)也不很高 泵关闭排出阀起动电流较低，可减小电网电压的波动 但封闭运转时，效率为零，泵会发热,3-1-4 管道特性曲线和泵的工况点,液体流过管道时所需的压头与流量间的函数关系 包括两个部分 位置头，压力头，与流量没有关系 消费于克服管道阻力 下图曲线A就是表明上述函数关系的管路特性曲线的一般形状,3-1-4 管道特性曲线和泵的工况点,静压头Hu是一条水平线 管路阻力h=Q2，是一条二次抛物线 倾斜程度取决于阻力 纵坐标起点位置取决于管路的静压头 当管路阻力变化，如K值增加，曲线变陡 如静压头变化，管路曲线相应向上平移,3-1-4 管道特性曲线和泵的工况点,将特性曲线和管路的特性曲线画在一张图上 QH曲线与管路特性曲线的交点即泵的工况点 点C工况产生的H正好等于液体以此工况的Q流过该管路时所需的压头 大多数离心泵的HQ曲线是向下倾斜，其工况点是稳定的,3-1-4 管道特性曲线和泵的工况点,如干扰使泵的Q增加 泵工况点右移至D 产生的HD将不能满足较大Q流过该管路所需的HD， 泵的流速和流量将随之减少，直至回到Qc，即工况点回到C为止。 反之，Q减小，点左移，HD大于所需H，Q会增加，点又回到C。 可见，是稳定工况点。,3-1-4 管道特性曲线和泵的工况点,如Q一H是驼峰形，管路特性与Q一H会有两交点，靠左边的是不稳定工况点 当管路特性改变时，例如A或A”，工况点也会相应变为C或C” 如泵特性曲线发生改变，工况点也会改变 同一泵在管路情况改变时Q将发生较大变化 泵在额定工况下效率最高，应尽可能使泵在额定工况点附近工作。,选择题,1 下列泵中理论流量与排出压力有关的是 。 A 往复泵 B 叶片泵 C 螺杆泵 D 离心泵 2 下列泵中必须设置安全阀的是 。 A 旋涡泵 B 齿轮泵 C 离心泵 D 水环泵 3. 离心泵的理论压头与 无关。 A 泵的几何尺寸 B 叶轮的转速 C 液体的种类 D 液体的流速,思考题,4，离心泵的水力损失的含义是什么?它包括哪几部分损失? 5为什么离心泵在设计工况运行时效率最高? 6，根据离心泵特性图说明用节流调节法如何能减少流量。并指出节流造成的压头损失。 7画出离心泵特性图说明回流阀开启后，回流管路与主管路的合成特性曲线，并标出该,3-1-5离心泵额定扬程和流量的估算,离心泵的H与叶轮出口处的u2有很大关系。铭牌失落的离心泵可按经验公式估算其额定扬程 式中，系数K：(115)X10-4 D2 叶轮外径 排送冷水的离心泵，设计的进口流速大约在3ms左右，因此其额定流量可按下面公式估算： 式中，D。为泵吸口直径，（英寸）,3-1-6离心泵的优点,1流量连续均匀，工作平稳 Q容易调节。所适用的Q范围很大，常用范围5 20000m3h。 2转速高 可与电动机或汽轮机直接相连 结构简单紧凑，尺寸和重量比同样流量的往复泵小得多，造价低。 3，对杂质不敏感，易损件少,管理和维修较方便。 无论在陆上或船上，离心泵的数量和使用范围超过了其它类型泵。,3-1-6离心泵的缺点,4本身没有自吸能力 为扩大使用范围 在结构上采取特殊措施制造各种自吸式离心泵 在离心泵上附设抽气引水装置。 5泵的Q随工作扬程而变 H升高，Q减小 达到封闭扬程时，泵即空转而不排液 不宜作滑油泵、燃油泵等要求Q不随H而变的场合,3-1-6离心泵的缺点,6扬程由D2和n决定的，不适合小Q、高H 这要求叶轮流道窄长，以致制造困难，效率太低。 离心泵产生的最大排压有限，故不必设安全阀。,水泵系统常见故障及原因：,水泵漏水，检查漏水部位 1.外套筒连接处，紧固泵头螺母，如不能消除，建议更换外套筒密封圈 2.机械密封处漏水，更换机械密封，可能原因干转或密封质量问题。 水泵噪音: 1.泵内有异物，建议清除异物 2.流量跑位，建议关小阀门,水泵系统常见故障及原因：,电机噪音 电机缺油，加注油脂 电机轴承问题，更换轴承 水泵流量跑位，电机过载，关小水泵出口阀门,水泵系统常见故障及原因：,气蚀 1.泵内或系统内气未排尽，解决办法排尽泵内的气 2.流量跑位，解决办法关小出口阀门 3.吸程过高或底阀漏，解决办法检查系统并整改,水泵系统常见故障及原因：,电机跳闸 1.检查电机对地及相间绝缘是否良好 2.电机控制相关元器件是否可靠正常 3.负荷是否过载,水泵系统常见故障及原因：,扬程流量达不到要求 1.泵内有气，对水泵排气 2.水泵进口或出口堵塞，清除堵塞杂物 电机温度高或电流大 1.电机接线星三角是否接错 2.水泵是否在工作曲线范围内,低压区产生气泡高压区气泡破裂产生局部真空水力冲击发生振动、噪音，对部件产生麻点、蜂窝状的破坏现象。,离心泵的汽蚀 离心泵汽蚀的危害,离心泵的汽蚀,一、气蚀现象及危害,二、气蚀余量h,指泵的入口处的液体具有的压头与液体汽化时的压头(饱和蒸汽压头pv /g）之差。又称NPSH 静正吸上水头（Net Positive Suction Head）,有效气蚀余量ha 泵工作时，实际具有的气蚀余量。 必需气蚀余量hr 为避免气蚀所必需的气蚀余量。,必需气蚀余量hr很难用理论准确求得，均用试验确定。等于试验中的临界气蚀余量hc 加上0.3m。（ hr hc+ 0.3m）,必需气蚀余量hr取决于泵的结构型式和流量。,必需气蚀余量hr和允许吸上真空高度均由试验得出，均来表示泵的吸入性能好坏。,4,离心泵的汽蚀 cavitation,三、气蚀特性曲线,第五节 离心泵的汽蚀 cavitation,ha3,hr,H,H,Q,ha2,ha1,不同的吸高Zs（Zs3 Zs3 Zs3） 吸高Zs越大，有效气蚀余量ha越小， 断裂工况向小流量的方向移动泵，不发 生气蚀的流量范围越小。,三、气蚀特性曲线,第五节 离心泵的汽蚀 cavitation,四、防止气蚀的措施,避免发生气蚀的措施 ）降低液体温度（使对应的液体饱和压力降低）； ）减小吸上高度或变净正吸入为灌注吸入（使吸口压力增大）； ）降低吸入管阻力（采用粗而光滑的吸管，减少管路附件等）； ）关小排出阀或降低泵转速（降低流量）。 提高泵抗蚀性能的措施 ）改进叶轮入口处形状（加大进口直径、加大叶片进口边的宽度、增大叶轮前盖板转弯处的曲率半径、采用扭曲叶片、加设诱导轮）； ）采用抗蚀材料（铝铁青铜、2Gr13、稀土合金铸铁、高镍铬合金）； ）叶轮表面光滑，叶片流道圆滑。,离心泵的汽蚀 cavitation,第三章 离心泵 第三节 离心泵的相似理论和比转数,1.离心泵的相似理论的作用： 对泵设计、研究和使用有重要意义，新产品设计时需要在其指导下进行模型试验，以便验证和改进设计。在现有的产品资料基础上，利用相似关系来设计新泵，是快捷、可靠的设计方法； 根据相似理论，可以了解泵在改变转速或线性尺寸时性能参数的变化关系； 用相似理论可推导出离心泵的相似准则数比转数，作为离心泵进行分类的依据。,确定两台泵液体流动相似，必须满足三个条件： （1） 几何相似 两泵过流部分各相应的几何尺寸比值相等:,离心泵的相似理论和比转数,两泵同名安装角、叶片数、和厚度相等：,2.离心泵的相似条件,（2）运动相似 两泵各对应点的相应速度方向相同，比值相等：,2.离心泵的相似条件, 几何相似是运动相似的前提，几何相似不一定运动相似,而运动相似则必 定几何相似；如果几何相似，又运动相似，即两泵工况相似。,两泵叶轮同名点速度三角形相似：,离