离心泵的工作原理和性能特点.ppt

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5 7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 思考题 31 为什么双作用叶片泵一般比齿轮泵容积效率高 P4332 为什么叶片泵所输送的油液粘度不宜太高或太低 P4433 叶片泵配油盘上的三角槽有何功用 P4134 叶片泵叶片端部与定子内壁的可靠密封 常采用哪些办法 P43 P40 P3835 在管理维修叶片泵时主要应注意些什么 P44 选择题 在船上水环泵主要用来 A压送气体B抽真空C排送液体DA B C水环泵关闭排出阀运转会使 A电机过载B安全阀开启C 泵体发热DB C属于回转式容积泵的是 A离心泵B水环泵C旋涡泵D轴流泵下列泵中效率最低的一般是 A闭式旋涡泵B水环泵 排气 C喷射泵D离心泵 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 deliveryliftordeliveryhead 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 75 0 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 u2 g 要提高H 必须增大D2或提高nD2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8000 10000r min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 20 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1 800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4 10 Q H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占轴功率的1 5 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2 10 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3 6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Q H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Q H曲线就会出现驼峰有驼峰形Q H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 35 50 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Q H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H Q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 Parallelpumping 1 Parallelpumping 2 Parallelpumping 3 Parallelpumping 4 选择题 74 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75 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76 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 36 离心泵的水力损失的含义是什么 它包括哪几部分损失 37 为什么离心泵在设计工况运行时效率最高 38 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 39 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 1 1 5 X10 4D2叶轮外径排送冷水的离心泵 设计的进口流速大约在3m s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 20000m3 h 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