化工原理第二章.pdf

流体输送机械流体输送机械 向流体作功以提高流体机械能的装置向流体作功以提高流体机械能的装置向流体作功以提高流体机械能的装置 向流体作功以提高流体机械能的装置 输送液体的机械通称为输送液体的机械通称为泵 泵 例如 例如 例如 例如 离心泵离心泵离心泵 离心泵 往复泵 旋转泵和漩涡泵 往复泵 旋转泵和漩涡泵 往复泵 旋转泵和漩涡泵 往复泵 旋转泵和漩涡泵 输送气体的机械按不同的工况分别称为输送气体的机械按不同的工况分别称为 通风机 鼓风机 压缩机和真空泵通风机 鼓风机 压缩机和真空泵通风机 鼓风机 压缩机和真空泵 通风机 鼓风机 压缩机和真空泵 本章的目的 本章的目的 结合化工生产的特点 讨论各种流体输送机械的结合化工生产的特点 讨论各种流体输送机械的操作原操作原 理 基本构造与性能理 基本构造与性能 合理地 合理地选择其类型 决定规格 计选择其类型 决定规格 计 算功率消耗 正确安排在管路系统中的位置等 算功率消耗 正确安排在管路系统中的位置等 第第第第二二二二章章章章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械 第一节第一节第一节第一节 离心泵离心泵离心泵离心泵 2 1 1 2 1 1 2 1 1 2 1 1 离心泵的操作原理和主要部件离心泵的操作原理和主要部件 1 1 1 1 操作原理操作原理 由若干个弯曲的叶由若干个弯曲的叶由若干个弯曲的叶 由若干个弯曲的叶 片组成的片组成的片组成的 片组成的 叶轮叶轮叶轮 叶轮 置于置于置于 置于 具有蜗壳通道的具有蜗壳通道的具有蜗壳通道的 具有蜗壳通道的 泵泵泵 泵 壳壳壳 壳 之内 之内 之内 之内 叶轮叶轮叶轮 叶轮 紧固于紧固于紧固于 紧固于 泵轴泵轴泵轴 泵轴 上上上 上 泵轴与泵轴与泵轴与 泵轴与 电机电机电机 电机 相连 相连 相连 相连 可由电机带动旋转 可由电机带动旋转 可由电机带动旋转 可由电机带动旋转 吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连 并在吸入管底部装吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连 并在吸入管底部装 一止逆阀 一止逆阀 泵壳的侧边为排出口 与排出管路相连 装有调节阀 泵壳的侧边为排出口 与排出管路相连 装有调节阀 离心泵的工作过程离心泵的工作过程 开泵前 开泵前 先在泵内先在泵内灌满要输送的液体灌满要输送的液体 开泵后 泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力 液体在开泵后 泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力 液体在 此作用下 从叶轮中心被抛向叶轮外周 此作用下 从叶轮中心被抛向叶轮外周 压力增高压力增高 并 并以以 很高的速度 很高的速度 15 25 15 25 15 25 15 25 m sm sm s m s 流入泵壳流入泵壳 在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大 液体的在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大 液体的流速减慢流速减慢 使 使 大部分动能转化为压力能大部分动能转化为压力能 最后液体 最后液体以较高的静压强从排以较高的静压强从排 出口流入排出管道 出口流入排出管道 泵内的液体被抛出后 叶轮的中心形成了真空 泵内的液体被抛出后 叶轮的中心形成了真空 在液面压在液面压 强 大气压 与泵内压力 负压 的压差作用下 液体便强 大气压 与泵内压力 负压 的压差作用下 液体便 经吸入管路进入泵内经吸入管路进入泵内 填补了被排除液体的位置填补了被排除液体的位置 离心泵之所以能输送液体 主要是离心泵之所以能输送液体 主要是依靠高速旋转叶轮依靠高速旋转叶轮 所产生的离心力 所产生的离心力 因此称为因此称为离心泵离心泵 气气气 气 缚缚缚 缚 离心泵离心泵启动启动时 如果时 如果泵壳内存在空气泵壳内存在空气 由于空气的密度远 由于空气的密度远 小于液体的密度 叶轮旋转所产生的小于液体的密度 叶轮旋转所产生的离心力很小离心力很小 叶轮中心 叶轮中心 处产生的低压处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度不足以造成吸上液体所需要的真空度 这样 这样 离心泵就无法工作 这种现象称作离心泵就无法工作 这种现象称作气气 缚缚 为了使启动前泵内充满液体 在吸入管道底部装一为了使启动前泵内充满液体 在吸入管道底部装一止止 逆阀 逆阀 此外 在离心泵的出口管路上也装一此外 在离心泵的出口管路上也装一调节阀调节阀 用于 用于 开停车和调节流量 开停车和调节流量 2 2 2 2 基本部件和构造 基本部件和构造 1 1 1 1 叶轮 叶轮 a a a a 叶轮的作用叶轮的作用 将电动机的机械能传给液体将电动机的机械能传给液体 使液体的动能有所提高 使液体的动能有所提高 b b b b 叶轮的分类叶轮的分类 根据结构根据结构 闭式叶轮闭式叶轮 开式叶轮开式叶轮 半闭式叶轮半闭式叶轮 叶片的内侧带有叶片的内侧带有叶片的内侧带有 叶片的内侧带有 前后盖板前后盖板前后盖板 前后盖板 适于输送干 适于输送干 适于输送干 适于输送干 净流体 效率较高 净流体 效率较高 净流体 效率较高 净流体 效率较高 没有前后盖板没有前后盖板没有前后盖板 没有前后盖板 适合输送含有固体颗 适合输送含有固体颗 适合输送含有固体颗 适合输送含有固体颗 粒的液体悬浮物 粒的液体悬浮物 粒的液体悬浮物 粒的液体悬浮物 只有只有只有 只有 后盖板后盖板后盖板 后盖板 可用于输送浆料或含固 可用于输送浆料或含固 可用于输送浆料或含固 可用于输送浆料或含固 体悬浮物的液体 效率较低 体悬浮物的液体 效率较低 体悬浮物的液体 效率较低 体悬浮物的液体 效率较低 按吸液方式按吸液方式 单吸式叶轮单吸式叶轮 双吸式叶轮双吸式叶轮 液体只能从叶轮一侧被吸入 结液体只能从叶轮一侧被吸入 结 构简单 构简单 相当于两个没有盖板的单吸式叶相当于两个没有盖板的单吸式叶 轮背靠背并在了一起 轮背靠背并在了一起 可以从两可以从两 侧吸入液体侧吸入液体 具有较大的吸液能 具有较大的吸液能 力 而且可以较好的消除轴向推力 而且可以较好的消除轴向推 力 力 2 2 2 2 泵壳 泵壳 A A A A 泵壳的作用泵壳的作用 汇集液体 作导出液体的通道 汇集液体 作导出液体的通道 汇集液体 作导出液体的通道 汇集液体 作导出液体的通道 使液体的能量发生转换 一部分动能转变为静压能 使液体的能量发生转换 一部分动能转变为静压能 使液体的能量发生转换 一部分动能转变为静压能 使液体的能量发生转换 一部分动能转变为静压能 B B B B 导叶轮导叶轮 为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞 在叶轮与泵壳之为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞 在叶轮与泵壳之为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞 在叶轮与泵壳之 为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞 在叶轮与泵壳之 间有时还装有一个间有时还装有一个间有时还装有一个 间有时还装有一个 固定不动的带有叶片的圆盘固定不动的带有叶片的圆盘固定不动的带有叶片的圆盘 固定不动的带有叶片的圆盘 称为 称为 称为 称为 导导导 导 叶轮 叶轮 叶轮 叶轮 导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲 导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲 方向方向方向 方向 相反相反相反 相反 其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相 其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相 其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相 其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相 适应 引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向 适应 引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向 适应 引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向 适应 引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向 使能使能使能 使能 量损失减小 使动能向静压能的转换更为有效 量损失减小 使动能向静压能的转换更为有效 量损失减小 使动能向静压能的转换更为有效 量损失减小 使动能向静压能的转换更为有效 3 3 3 3 轴封装置 轴封装置 A A A A 轴封的作用轴封的作用 为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出 或者外界为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出 或者外界 空气漏入泵壳内 空气漏入泵壳内 B B B B 轴封的分类轴封的分类 轴封装置轴封装置 填料密封 填料密封 机械机械密封密封 主要由填料函壳 软填料和填料压盖组主要由填料函壳 软填料和填料压盖组 成 普通离心泵采用这种密封 成 普通离心泵采用这种密封 主要由装在泵轴上随之转动的主要由装在泵轴上随之转动的动环动环和固和固 定于泵壳上的定于泵壳上的静环静环组成 两个环形端面组成 两个环形端面 由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动 由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动 起到密封作用 起到密封作用 端面密封端面密封 3 3 3 3 离心泵的分类 离心泵的分类 1 1 1 1 按照轴上叶轮数目的多少 按照轴上叶轮数目的多少 单级泵单级泵 多级泵多级泵 轴上只有轴上只有一个叶轮一个叶轮的离心泵 适用于出口压力的离心泵 适用于出口压力 不太大的情况 不太大的情况 轴上轴上不止一个叶轮不止一个叶轮的离心泵的离心泵 可以达到较高的 可以达到较高的 压头 离心泵的压头 离心泵的级数就是指轴上的叶轮数级数就是指轴上的叶轮数 我国 我国 生产的多级离心泵一般为生产的多级离心泵一般为2 92 9级级 2 2 2 2 按叶轮上吸入口的数目 按叶轮上吸入口的数目 双吸泵双吸泵 双吸泵双吸泵 叶轮上只有叶轮上只有叶轮上只有 叶轮上只有 一个吸入口一个吸入口一个吸入口 一个吸入口 适用于输送量不大的情况 适用于输送量不大的情况 适用于输送量不大的情况 适用于输送量不大的情况 叶轮上有叶轮上有叶轮上有 叶轮上有 两个吸入口两个吸入口两个吸入口 两个吸入口 适用于输送量很大的情况 适用于输送量很大的情况 适用于输送量很大的情况 适用于输送量很大的情况 3 3 3 3 按离心泵的不同用途 按离心泵的不同用途 水泵水泵 输送输送输送 输送 清水和物性与水相近 无腐蚀性且杂质很清水和物性与水相近 无腐蚀性且杂质很清水和物性与水相近 无腐蚀性且杂质很 清水和物性与水相近 无腐蚀性且杂质很 少的液体少的液体少的液体 少的液体 的泵的泵的泵 的泵 B B B B 型型型 型 耐腐蚀泵耐腐蚀泵 接触液体的部件 叶轮 泵体 用接触液体的部件 叶轮 泵体 用接触液体的部件 叶轮 泵体 用 接触液体的部件 叶轮 泵体 用 耐腐蚀材料耐腐蚀材料耐腐蚀材料 耐腐蚀材料 制制制 制 成 要求 结构简单 零件容易更换 维修方便成 要求 结构简单 零件容易更换 维修方便成 要求 结构简单 零件容易更换 维修方便 成 要求 结构简单 零件容易更换 维修方便 密封可靠 用于耐腐蚀泵的材料有 铸铁 高 密封可靠 用于耐腐蚀泵的材料有 铸铁 高 密封可靠 用于耐腐蚀泵的材料有 铸铁 高 密封可靠 用于耐腐蚀泵的材料有 铸铁 高 硅铁 各种合金钢 塑料 玻璃等 硅铁 各种合金钢 塑料 玻璃等 硅铁 各种合金钢 塑料 玻璃等 硅铁 各种合金钢 塑料 玻璃等 F F F F 型型型 型 油泵油泵 输送输送输送 输送 石油产品石油产品石油产品 石油产品 的泵的泵的泵 的泵 要求密封完善 要求密封完善 要求密封完善 要求密封完善 Y Y Y Y 型型型 型 杂质泵杂质泵 输送输送输送 输送 含有固体颗粒的悬浮液 稠厚的浆液含有固体颗粒的悬浮液 稠厚的浆液含有固体颗粒的悬浮液 稠厚的浆液 含有固体颗粒的悬浮液 稠厚的浆液 等的泵等的泵等的泵 等的泵 又细分为污水泵 砂泵 泥浆泵等又细分为污水泵 砂泵 泥浆泵等又细分为污水泵 砂泵 泥浆泵等 又细分为污水泵 砂泵 泥浆泵等 要求不易要求不易要求不易 要求不易 堵塞 易拆卸 耐磨 在构造上是叶轮流道宽 堵塞 易拆卸 耐磨 在构造上是叶轮流道宽 堵塞 易拆卸 耐磨 在构造上是叶轮流道宽 堵塞 易拆卸 耐磨 在构造上是叶轮流道宽 叶片数目少 叶片数目少 叶片数目少 叶片数目少 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式 1 1 1 1 离心泵基本方程式的导出 离心泵基本方程式的导出 假设如下理想情况假设如下理想情况 1 1 1 1 泵叶轮的 泵叶轮的叶片数目为无限多个叶片数目为无限多个 也就是说叶片的厚度 也就是说叶片的厚度 为无限薄 液体质点沿叶片弯曲表面流动 不发生任为无限薄 液体质点沿叶片弯曲表面流动 不发生任 何环流现象 何环流现象 2 2 2 2 输送的是 输送的是理想液体理想液体 流动中 流动中无流动阻力无流动阻力 在高速旋转的叶轮当中 液在高速旋转的叶轮当中 液 体质点的运动包括 体质点的运动包括 液体随叶轮旋转液体随叶轮旋转 经叶轮流道向外流动 经叶轮流道向外流动 液体与叶轮一起旋转的速度液体与叶轮一起旋转的速度u u u u 1 1 1 1 或或u u u u 2 2 2 2 方向与所处圆周的切线方方向与所处圆周的切线方 向一致 大小为 向一致 大小为 60 2 1 1 nr u 60 2 2 2 nr u 液体沿叶片表面运动的速度液体沿叶片表面运动的速度 1 1 1 1 2 2 2 2 方向为液体质点所方向为液体质点所 处叶片的切线方向 大小与液体的流量 流道的形状等有关处叶片的切线方向 大小与液体的流量 流道的形状等有关 cp HHH g CC g PP 2 2 1 2 212 单位重量液体由点单位重量液体由点1 1 1 1 到点到点2 2 2 2 获得的机械能为获得的机械能为 单位重量理想液体 通过无数叶片的旋转 获得的能量单位重量理想液体 通过无数叶片的旋转 获得的能量 称作称作理论压头 理论压头 用用H H H H 表示 表示 两个速度的两个速度的合成速度合成速度就是液体质点在点就是液体质点在点1 1 1 1 或点或点2 2 2 2 处处相对于相对于 静止的壳体的速度静止的壳体的速度 称为 称为绝对速度 绝对速度 用用c c c c 1 1 1 1 c c c c 2 2 2 2 来表示来表示 H H H H C C C C 液体经叶轮后液体经叶轮后动能的增加动能的增加 H H H H P P P P 液体经叶轮后液体经叶轮后静压能的增加 静压能的增加 静压能增加项静压能增加项H H H H P P P P 主要由于两方面的因素促成 主要由于两方面的因素促成 1 1 1 1 液体在叶轮内接受离心力所作的外功液体在叶轮内接受离心力所作的外功液体在叶轮内接受离心力所作的外功 液体在叶轮内接受离心力所作的外功 单位质量液体所 单位质量液体所 单位质量液体所 单位质量液体所 接受的外功可以表示为接受的外功可以表示为接受的外功可以表示为 接受的外功可以表示为 2 2 2 1 2 2 2 1 2 2 2 2 2 1 2 1 uu rrdrrFdr r r r r 2 2 2 2 叶轮中相邻的两叶片构成自中心向外沿逐渐扩大的液体叶轮中相邻的两叶片构成自中心向外沿逐渐扩大的液体叶轮中相邻的两叶片构成自中心向外沿逐渐扩大的液体 叶轮中相邻的两叶片构成自中心向外沿逐渐扩大的液体 流道 液体通过时流道 液体通过时流道 液体通过时 流道 液体通过时 部分动能转化为静压能 部分动能转化为静压能 部分动能转化为静压能 部分动能转化为静压能 这部分静这部分静这部分静 这部分静 压能的增加可表示为 压能的增加可表示为 压能的增加可表示为 压能的增加可表示为 2 2 2 2 1 单位重量流体经叶轮后的静压能增加为单位重量流体经叶轮后的静压能增加为 gg uu H P 22 2 2 2 1 2 1 2 2 222 2 1 2 2 2 2 2 1 2 1 2 2 g cc gg uu H a 根据余弦定理 上述速度之间的关系可表示为 根据余弦定理 上述速度之间的关系可表示为 111 2 1 2 1 2 1 cos2 ucuc 222 2 2 2 2 2 2 cos2 ucuc 代入 代入 a a a a 式 并整理可得到 式 并整理可得到 gcucuH coscos 111222 b b b b 一般离心泵的设计中 为提高理论压头 使一般离心泵的设计中 为提高理论压头 使 1 1 1 1 90 90 90 90 即 即 coscoscos cos 1 1 1 1 0 0 0 0 gcuH cos 222 离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式 离心泵理论压头的表达式离心泵理论压头的表达式 理论压头与理论流量理论压头与理论流量Q Q Q Q T T T T 关系关系 流量可表示为叶轮出口处的径向速度与出口截面积的乘积流量可表示为叶轮出口处的径向速度与出口截面积的乘积 sin2 222 cbrQ T 从点从点2 2 2 2 处的速度三角形可以得出处的速度三角形可以得出 222222 sincos ctgcuc 代入 H u2c2cos 2 g sin 2222 2 ctgcu g u 2 1 22 22 2 2 br ctgQu u g T 2 2 2 2 2 1 ctg gb Q r g T H 离心泵基本方程式 表示离心泵的表示离心泵的理论压头与理论流量 叶轮的转速和直径 叶理论压头与理论流量 叶轮的转速和直径 叶 轮的几何形状轮的几何形状间的关系 间的关系 对于某个离心泵 即其对于某个离心泵 即其 2 2 2 2 2 2 2 2 b b b b 2 2 2 2 固定 当转速固定 当转速 一定一定 时 理论压头与理论流量之间呈线形关系 可表示为 时 理论压头与理论流量之间呈线形关系 可表示为 T BQAH 2 2 2 2 离心泵基本方程式的讨论 离心泵基本方程式的讨论 1 1 1 1 离心泵的理论压头与叶轮的转速和直径的关系 离心泵的理论压头与叶轮的转速和直径的关系 当叶片几何尺寸 当叶片几何尺寸 b b b b 2 2 2 2 2 2 2 2 与理论流量一定时 离心泵的与理论流量一定时 离心泵的理理 论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大 论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大 2 2 2 2 离心泵的理论压头与叶片几何形状的关系 离心泵的理论压头与叶片几何形状的关系 根据叶片出口端倾角根据叶片出口端倾角 2 2 2 2 的大小的大小 叶片形状可分为三叶片形状可分为三种 a a a a 后弯叶片后弯叶片 2 2 2 2 90 90 90 0 0 0 0 泵的泵的理论压头随流量理论压头随流量Q Q Q Q 的增大而减小的增大而减小 b b b b 径向叶片径向叶片 2 2 2 2 90 90 90 90 图 图a a a a ctgctgctg ctg 2 2 2 2 0 0 0 0 泵的理论压头泵的理论压头 不随流量不随流量Q Q Q Q T T T T 而变化 而变化 c c c c 前弯叶片前弯叶片 2 2 2 2 90 90 90 90 图 图c c c c ctgctgctg ctg 2 2 2 2 0 0 0 0 泵的理论压头泵的理论压头 随理论流量随理论流量Q Q Q Q T T T T 的增大而增大 的增大而增大 前弯叶片产生的理论压前弯叶片产生的理论压 头最高 这类叶片是最头最高 这类叶片是最 佳形式的叶片吗 佳形式的叶片吗 NO NO NO NO H 静压头的增加 静压头的增加 g2g2 uu 2 2 2 1 2 1 2 2 动压头的增加 动压头的增加 动压头的增加 动压头的增加 g2 cc 2 1 2 2 前弯叶片 动能的提高大于静压能的提高 前弯叶片 动能的提高大于静压能的提高 由于液体的流速过大 在动能转化为静压能的实际过程由于液体的流速过大 在动能转化为静压能的实际过程 中 会有大量机械能损失 使泵的效率降低 中 会有大量机械能损失 使泵的效率降低 一般都一般都采用后弯叶片采用后弯叶片 3 3 3 3 实际压头 实际压头 离心泵的实际压头与理论压头有离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异较大的差异 原因在于原因在于 流体在通过泵的过程中流体在通过泵的过程中存在着压头损失存在着压头损失 它主要包括 它主要包括 1 1 1 1 叶片间的环流叶片间的环流 2 2 2 2 流体的流体的阻力损失阻力损失 3 3 3 3 冲击损失冲击损失 理论压头 实际压头及各种压头损失与流量的关系为理论压头 实际压头及各种压头损失与流量的关系为 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线 1 1 1 1 离心泵的性能参数 离心泵的性能参数 1 1 1 1 流量 流量 指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积 一指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积 一 般用般用QQQ Q 表示 单位为表示 单位为mmm m 3 3 3 3 h h h h 又称为泵的送液能力又称为泵的送液能力 2 2 2 2 压头 压头 泵对单位重量的液体所提供的有效能量 以泵对单位重量的液体所提供的有效能量 以H H H H 表示 单表示 单 位为位为m m m m 又称为泵的又称为泵的扬程扬程 离心泵的压头取决于 离心泵的压头取决于 泵的结构泵的结构 叶轮的直径 叶片的弯曲情况等 叶轮的直径 叶片的弯曲情况等 转速转速 n n n n 流量流量 Q Q Q Q 如何确定转速一定时 如何确定转速一定时 泵的泵的压头压头与与流量流量之间之间 的关系呢 的关系呢 实验测定实验测定 H H H H 的计算可根据的计算可根据b b b b c c c c 两截面间的柏努利方程 两截面间的柏努利方程 bcf ccbb h g u g P ZH g u g P 22 22 bcf bcbc h g uu g PP ZH 2 22 gPPZH bc 离心泵的压头又称扬程 必须注意 离心泵的压头又称扬程 必须注意 扬程并不等于升举扬程并不等于升举 高度高度 Z Z Z Z 升举高度只是扬程的一部分升举高度只是扬程的一部分 3 3 3 3 效率 效率 离心泵输送液体时 通过电机的叶轮将电机的能量传给离心泵输送液体时 通过电机的叶轮将电机的能量传给 液体 在这个过程中 不可避免的会有能量损失 也就是说液体 在这个过程中 不可避免的会有能量损失 也就是说 泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得 通常用泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得 通常用效率效率 来反映能量损失来反映能量损失 这些能量损失包括 这些能量损失包括 容积损失容积损失 水力损失水力损失 机械损失机械损失 泵的效率反应了这三项能量损失的总和 又称为总效率 泵的效率反应了这三项能量损失的总和 又称为总效率 与泵的与泵的大小 类型 制造精密程度和所输送液体的性质大小 类型 制造精密程度和所输送液体的性质有关有关 4 4 4 4 轴功率及有效功率 轴功率及有效功率 轴功率 轴功率 电机输入离心泵的功率电机输入离心泵的功率 用用N N N N 表示 单位为表示 单位为J S WJ S WJ S W J S W 或或k k k k W W W W 有效功率 有效功率 排送到管道的液体从叶轮获得的功率 用排送到管道的液体从叶轮获得的功率 用NeNeNe Ne 表示表示 轴功率和有效功率之间的关系为轴功率和有效功率之间的关系为 e NN 有效功率可表达为有效功率可表达为 gQHNe 轴功率可直接利用效率计算轴功率可直接利用效率计算 gQHN 2 2 2 2 离心泵的特性曲线 离心泵的特性曲线 离心泵的离心泵的H H N N都与离心泵的都与离心泵的Q Q有关 它们之间的有关 它们之间的 关系由确定关系由确定离心泵压头的实验离心泵压头的实验来测定 实验测出的一组关来测定 实验测出的一组关 系曲线系曲线 H H Q Q Q Q N N Q Q 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线 注意 特性曲线随转速而变注意 特性曲线随转速而变 各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线 但形状各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线 但形状 基本相似 具有共同的特点基本相似 具有共同的特点 1 1 1 1 H H H H Q Q Q Q 曲线曲线 表示泵的压头与流量的关系 离心泵的 表示泵的压头与流量的关系 离心泵的压压 头普遍是随流量的增大而下降头普遍是随流量的增大而下降 流量很小时可能有例外 流量很小时可能有例外 2 2 2 2 N N N N Q Q Q Q 曲线 曲线 表示泵的轴功率与流量的关系 表示泵的轴功率与流量的关系 离心泵的轴离心泵的轴 功率随流量的增加而上升功率随流量的增加而上升 流量为零时轴功率最小 流量为零时轴功率最小 离心泵启动时 应关闭出口阀 离心泵启动时 应关闭出口阀 使启动电流最小 以保使启动电流最小 以保 护电机 护电机 3 3 3 3 Q Q Q Q 曲线 曲线 表示泵的效率与流量的关系 表示泵的效率与流量的关系 随着流量的随着流量的 增大 泵的效率将上升并达到一个最大值 以后流量再增增大 泵的效率将上升并达到一个最大值 以后流量再增 大 效率便下降 大 效率便下降 离心泵在一定转速下有一最高效率点 离心泵在一定转速下有一最高效率点 离心泵在与最离心泵在与最 高效率点相对应的流量及压头下工作最为经济 高效率点相对应的流量及压头下工作最为经济 与最高效率点所对应的与最高效率点所对应的Q Q Q Q H H H H N N N N 值称为最佳工况参数值称为最佳工况参数 离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的 状态参数 状态参数 注意 注意 在选用离心泵时 应使离心泵在该点附近工作 在选用离心泵时 应使离心泵在该点附近工作 一般要求操作时的效率应不低于最高效率的一般要求操作时的效率应不低于最高效率的92 92 92 92 3 3 3 3 离心泵性能的改变 离心泵性能的改变 1 1 1 1 液体物性的影响液体物性的影响 1 1 1 1 密度的影响 密度的影响 sin2 222 cbrQ T 离心泵的流量离心泵的流量 与液体密度无关 与液体密度无关 离心泵的压头离心泵的压头 gcuH cos 222 与液体的密度无关与液体的密度无关 H H H H Q Q Q Q 曲线不因输送的液体的密度不同而变曲线不因输送的液体的密度不同而变 泵的效率泵的效率 不随输送液体的密度而变 不随输送液体的密度而变 gQHN 离心泵的轴功率与输送液体密度有关离心泵的轴功率与输送液体密度有关 2 2 2 2 粘度的影响 粘度的影响 当输送的液体当输送的液体粘度大于常温清水的粘度粘度大于常温清水的粘度时 时 泵的泵的压头减小压头减小 泵的泵的流量减小流量减小 泵的泵的效率下降效率下降 泵的泵的轴功率增大轴功率增大 泵的特性曲线发生改变 泵的特性曲线发生改变 选泵时应根据原特性曲线进行修正选泵时应根据原特性曲线进行修正 当液体的运动粘度小于当液体的运动粘度小于20cst20cst20cst 20cst 厘池 时 如汽油 柴油 煤厘池 时 如汽油 柴油 煤 油等粘度的影响可不进行修正 油等粘度的影响可不进行修正 2 2 2 2 转速对离心泵特性的影响 转速对离心泵特性的影响 当液体的粘度不大且泵的效率不变时 泵的流量 压头 当液体的粘度不大且泵的效率不变时 泵的流量 压头 轴功率与转速的近似关系可表示为 轴功率与转速的近似关系可表示为 n n Q Q 2 n n H H 3 n n N N 比例定律 3 3 3 3 叶轮直径的影响 叶轮直径的影响 1 1 1 1 属于同一系列而尺寸不同的泵 叶轮几何形状完全 属于同一系列而尺寸不同的泵 叶轮几何形状完全 相似 相似 b b b b 2 2 2 2 D D D D 2 2 2 2 保持不变 当泵的效率不变时 保持不变 当泵的效率不变时 2 2 2 2 某一尺寸的叶轮外周经过切削而使 某一尺寸的叶轮外周经过切削而使D D D D 2 2 2 2 变小 变小 b b b b 2 2 2 2 D D D D 2 2 2 2 变大变大 若切削使直径若切削使直径D D D D 2 2 2 2 减小的幅度在减小的幅度在20 20 20 20 以内 效率可视为不变以内 效率可视为不变 并且切削前 后叶轮出口的截面积也可认为大致相等 并且切削前 后叶轮出口的截面积也可认为大致相等 此时有此时有 2 2 D D Q Q 2 2 2 D D H H 3 2 2 D D N N 切割定律 2 1 4 2 1 4 2 1 4 2 1 4 2 1 4 2 1 4 2 1 4 2 1 4 离心泵的气蚀现象与允许吸上高度离心泵的气蚀现象与允许吸上高度离心泵的气蚀现象与允许吸上高度离心泵的气蚀现象与允许吸上高度 1 1 1 1 气蚀现象 气蚀现象 气蚀产生的条件气蚀产生的条件 叶片入口附近叶片入口附近K K K K 处的压强处的压强P P P P K K K K 等于等于 或小于输送温度或小于输送温度 下液体的饱和蒸下液体的饱和蒸 气压 气压 气蚀气蚀产生的后果 产生的后果 气蚀发生时产生噪音和震动 叶轮局部在巨大冲击的反气蚀发生时产生噪音和震动 叶轮局部在巨大冲击的反 复作用下 表面出现斑痕及裂纹 甚至呈海棉状逐渐脱落复作用下 表面出现斑痕及裂纹 甚至呈海棉状逐渐脱落 液体流量明显下降 同时压头 效率也大幅度降低 严液体流量明显下降 同时压头 效率也大幅度降低 严 重时会输不出液体 重时会输不出液体 2 2 2 2 离心泵的抗气蚀性能 离心泵的抗气蚀性能 通常离心泵的抗气蚀性能 即吸上性能 可用气蚀余量通常离心泵的抗气蚀性能 即吸上性能 可用气蚀余量 和允许吸上真空度来表示 它们也是离心泵的基本特性 和允许吸上真空度来表示 它们也是离心泵的基本特性 1 1 1 1 气蚀余量 气蚀余量 为防止气蚀现象发生 在离心泵入口处液柱的静压头为防止气蚀现象发生 在离心泵入口处液柱的静压头 g p 1 与动压头与动压头 g u 2 2 1 之和必需大于液体在操作温度下的饱和蒸汽压头之和必需大于液体在操作温度下的饱和蒸汽压头 g pv 的一个最小值 的一个最小值 g p g u g p h v 2 2 11 气蚀余量定义式 h h h h 与与HgHgHg Hg 的关系的关系 当叶轮入口附近当叶轮入口附近 k k k k k k k k 最小压强等于液体的饱和蒸汽压最小压强等于液体的饱和蒸汽压p p p p v v v v 时 时 泵入口处压强泵入口处压强 1 1 1 1 1 1 1 1 必等于某确定的最小值必等于某确定的最小值p p p p 1 1 1 1 在在1 11 11 1 1 1 和和k kk kk k k k 间列柏努利方程 间列柏努利方程 kf kv H g u g p g u g p 1 22 11 22 kf k H g u h 1 2 2 2 2 2 2 离心泵的允许吸上真空度 离心泵的允许吸上真空度 g pP H 1aS 注意注意 H HS S 单位是压强的单位 通常以单位是压强的单位 通常以m m液柱液柱来表示 在水来表示 在水 泵的性能表里一般把它的单位写成泵的性能表里一般把它的单位写成m m 实际上应为实际上应为mHmH2 2O O 离心泵的允许吸上真空度 定义式 将 gpPH aS 1 代入 10 2 11 2 f a H g u g PP Hg 得 10 2 1 2 fS H g u HHg 允许吸上高度的计算式允许吸上高度的计算式 H H H H S S S S 值越大值越大 表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能好 表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能好 安安 装高度装高度H H H H g g g g 越高 越高 H H H H S S S S 与泵的与泵的结构 流量 被输送液体的物理性质及当地大气结构 流量 被输送液体的物理性质及当地大气 压压等因素有关 等因素有关 通常由泵的制造工厂通常由泵的制造工厂 试验测定 实验在大试验测定 实验在大 气压为气压为101010 10 mHmHmH mH 2 2 2 2 O O O O 9 81P9 81P9 81P 9 81P a a a a 下下 以以202020 20 清水为介质清水为介质 进行的 进行的 H H H H S S S S 随随Q Q Q Q 增大而减小增大而减小 确定离心泵安装高度时应使用泵确定离心泵安装高度时应使用泵最大流量下的最大流量下的H H H H S S S S 进行计算 进行计算 若输送其它液体 且操作条件与上述实验条件不符时 需对若输送其它液体 且操作条件与上述实验条件不符时 需对H H H H S S S S 进行校正 进行校正 1000 24 0 1081 9 10 3 v aSS P HHH 3 3 3 3 离心泵的允许安装高度 又称允许吸上高度 离心泵的允许安装高度 又称允许吸上高度 离心泵的允许吸上高度又称为允许安装高度 指泵的离心泵的允许吸上高度又称为允许安装高度 指泵的 吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离 以吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离 以 HgHgHg Hg 表示 表示 贮槽液面贮槽液面0 00 00 0 0 0 与入口处与入口处1 11 11 1 1 1 两截面间列柏努利方程两截面间列柏努利方程 10 2 110 2 f H g u g PP Hg 若贮槽上方与大气相通 则若贮槽上方与大气相通 则 P P P P 0 0 0 0 即为大气压强即为大气压强P P P P a a a a 10 2 11 2 f a H g u g PP Hg 当流量一定且流体流动为阻力平方区时 当流量一定且流体流动为阻力平方区时 气蚀余量仅与泵气蚀余量仅与泵 的结构和尺寸的结构和尺寸有关 是泵抗气蚀性能参数 有关 是泵抗气蚀性能参数 将 g p g u g p h v 2 2 11 代入 kfg H g u g pp H 1 2 110 2 10 0 f v g Hh g p g p H 允许吸上高度的计算式允许吸上高度的计算式 离心泵的气蚀余量离心泵的气蚀余量 h 值也是由生产泵的工厂通过实验测定的值也是由生产泵的工厂通过实验测定的 h h h h 随随Q Q Q Q 增大而增大增大而增大 计算允许安装高度时应取高流量下的计算允许安装高度时应取高流量下的 h h h h 值 值 离心泵的实际安装高度离心泵的实际安装高度 离心泵的实际安装高度应小于允许安装高度 一般比允离心泵的实际安装高度应小于允许安装高度 一般比允 许值许值小小0 50 50 5 0 5 1 1 1 1 m m m m 注意 注意 1 1 1 1 离心泵的允许吸上真空度和允许气蚀余量值是与其流量 离心泵的允许吸上真空度和允许气蚀余量值是与其流量 有关的 大流量下有关的 大流量下 h h h h 较大而较大而H H H H S S S S 较小 因此 必须注意较小 因此 必须注意使用使用 最大额定流量值最大额定流量值进行计算 进行计算 2 2 2 2 离心泵安装时 应注意 离心泵安装时 应注意选用较大的吸入管路 减少吸入选用较大的吸入管路 减少吸入 管路的弯头 阀门等管件 管路的弯头 阀门等管件 以减少吸入管路的阻力 以减少吸入管路的阻力 3 3 3 3 当液体输送温度较高或液体沸点较低时 可能出现 当液体输送温度较高或液体沸点较低时 可能出现允许允许 安装高度为负值安装高度为负值的情况 此时 应的情况 此时 应将离心泵安装于贮槽液面将离心泵安装于贮槽液面 以下以下 使液体利用位差自流入泵内 使液体利用位差自流入泵内 2 1 5 2 1 5 2 1 5 2 1 5 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节 1 1 1 1 管路特性与泵的工作点管路特性与泵的工作点 1 1 1 1 管路特性方程和特性曲线 管路特性方程和特性曲线 管路特性曲线管路特性曲线 流体通过某特定管路时流体通过某特定管路时所需的压头与液体所需的压头与液体 流量流量的关系曲线 的关系曲线 在截面在截面1 11 11 1 1 1 与与 2 22 22 2 2 2 间列柏努间列柏努 利方程式 并以利方程式 并以1 11 11 1 1 1 截面为基截面为基 准水平面 则液体流过管路所准水平面 则液体流过管路所 需的压头为 需的压头为 fe H g u g p zH 2 2 K g p z 式中 式中 0 2 2 g u 上式简化为上式简化为 fe HKH 2 1 4 2 2 0 g d Q d ll H c e f 而而 B gdd ll c e 42 0 1 令令 2 BQKH e 管路的特性管路的特性 方程方程 2 2 2 2 离心泵的工作点 离心泵的工作点 离心泵的特性曲线与管离心泵的特性曲线与管 路的特性曲线路的特性曲线的的交点交点MMM M 就是离心泵在管路中的就是离心泵在管路中的工工 作点 作点 在特定管路中输送液体时 管路所需的压头随所输送液体流在特定管路中输送液体时 管路所需的压头随所输送液体流 量量Q Q的平方而变的平方而变 MMM M 点所对应的流量点所对应的流量Q Q Q Q e e e e 和压头和压头H H H H e e e e 表示离心泵在该特定管路中表示离心泵在该特定管路中 实际输送的流量和提供的压头实际输送的流量和提供的压头 2 2 2 2 离心泵的流量调节 离心泵的流量调节 1 1 1 1 改变阀门开度 出口阀 改变阀门开度 出口阀 改变管路特性曲线改变管路特性曲线 阀门关小时 阀门关小时 管路局部阻力加大 管路局部阻力加大 管路特性曲线变陡 工作管路特性曲线变陡 工作 点由原来的点由原来的MMM M 点移到点移到MMM M 1 1 1 1 点点 流量由 流量由Q Q Q Q MMM M 降到降到Q Q Q Q M1M1M1 M1 当阀门开大时 当阀门开大时 管路局部阻力减小 管路特性曲线变得平坦一些 工作点管路局部阻力减小 管路特性曲线变得平坦一些 工作点 由由MMM M 移到移到MMM M 2 2 2 2 流量加大到流量加大到Q Q Q Q M2M2M2 M2 优点 优点 调节迅速方便 流量可连续变化 调节迅速方便 流量可连续变化 缺点 缺点 流量阻力加大 要多消耗动力 不经济 流量阻力加大 要多消耗动力 不经济 2 2 2 2 改变泵的转速 改变泵的转速 改变泵的特性曲线改变泵的特性曲线 若把泵的转速提高到若把泵的转速提高到n n1 1 则则H QH QH Q H Q 线上移 工作点由线上移 工作点由MMM M 移至移至 MMM M 1 1 1 1 流量由流量由Q Q Q Q MMM M 加大到加大到Q Q Q Q M1M1M1 M1 若把泵的转速降至若把泵的转速降至n n2 2 则则H QH QH Q H Q 线下移 工作点线下移 工作点 移至移至MMM M 2 2 2 2 流量减小到流量减小到Q Q Q Q M2 M2 M2 M2 优点 优点 流量随转速下降而减流量随转速下降而减 小 动力消耗也相应降低小 动力消耗也相应降低 缺点 缺点 需要变速装置或价格昂贵的变速需要变速装置或价格昂贵的变速电电动机 难以做到流动机 难以做到流 量连续调节 化工生产中很少采用量连续调节 化工生产中很少采用 1 1 1 1 并联组合泵的特性曲线 并联组合泵的特性曲线 两台相同型号的两台相同型号的离心泵并联离心泵并联 若其各自有相同的吸入管 若其各自有相同的吸入管 路 则在相同的压头下 并联泵的路 则在相同的压头下 并联泵的流量为单泵的两倍流量为单泵的两倍 3 3 3 3 离心泵的并联和串联 离心泵的并联和串联 2 2 2 2 串联组合泵的特性曲线 串联组合泵的特性曲线 两台相同型号的两台相同型号的离心泵串联离心泵串联组合 在同样的流量下 组合 在同样的流量下 其提供的其提供的压头是单台泵的两倍压头是单台泵的两倍 3 3 3 3 离心泵组合方式的选择 离心泵组合方式的选择 对于低阻输送管路对于低阻输送管路a a a a 并联并联 组合泵流量的增大幅度大于组合泵流量的增大幅度大于 串联组合泵 串联组合泵 对于高阻输送管路对于高阻输送管路b b b b 串联串联 组合泵的流量增大幅度大于组合泵的流量增大幅度大于 并联组合泵 并联组合泵 低阻输送管路低阻输送管路低阻输送管路 低阻输送管路 并联优于串联 并联优于串联 并联优于串联 并联优于串联 高阻输送管路高阻输送管路高阻输送管路 高阻输送管路 串联优于并联串联优于并联串联优于并联 串联优于并联 2 1 6 2 1 6 2 1 6 2 1 6 2 1 6 2 1 6 2 1 6 2 1 6 离心泵的类型 选择与使用离心泵的类型 选择与使用离心泵的类型 选择与使用离心泵的类型 选择与使用 1 1 1 1 离心泵的 离心泵的类型类型 单级 单级 B B B B 型型 单吸单吸 水泵水泵 双级 双级 D D D D 型 扬程高型 扬程高 双吸 双吸 ShShSh Sh 型 流量大型 流量大 耐腐蚀泵 耐腐蚀泵 F F F F 型 耐腐蚀型 耐腐蚀 油泵 油泵 Y Y Y Y 型 密封性好型 密封性好 污水泵 污水泵 PWPWPW PW 型型 杂质泵 杂质泵 P P P P 型 型 砂泵 砂泵 PSPSPS PS 型型 防堵 耐磨防堵 耐磨 泥浆泵 泥浆泵 PNPNPN PN 型型 低温泵 隔热性好低温泵 隔热性好 型号举例型号举例 3 B 33 A3 B 33 A3 B 33 A 3 B 33 A 叶轮外径比基本型号小一级叶轮外径比基本型号小一级 扬程为扬程为33mH33mH33mH 33mH 2 2 2 2 O O O O 单级单吸水泵单级单吸水泵 入口直径为入口直径为3in 3in 3in 3in 英寸英寸 系列特性曲线系列特性曲线 将同一类型的各种型号泵的较高效率范围内的将同一类型的各种型号泵的较高效率范围内的 H QH QH Q H Q 曲线绘曲线绘 在一个总图上 在一个总图上 如图如图2 272 272 27 2 27 以方便选用 以方便选用 2 2 2 2 离心泵的选择 离心泵的选择 1 1 1 1 确定输送系统的流量和压头 确定输送系统的流量和压头 一般情况下液体的输送一般情况下液体的输送 量是生产任务所规定的 如果流量在一定范围内波动 选量是生产任务所规定的 如果流量在一定范围内波动 选 泵时按泵时按最大流量最大流量考虑 然后 根据输送系统管路的安排 考虑 然后 根据输送系统管路的安排 用柏努利方程计算出在最大流量下管路所需压头用柏努利方程计算出在最大流量下管路所需压头 2 2 2 2 选择泵的类型与型号 选择泵的类型与型号 首先根据被输送液体的性质和首先根据被输送液体的性质和 操作条件确定泵的类型 按已确定的流量和压头从泵样本操作条件确定泵的类型 按已确定的流量和压头从泵样本 或产品目录中选出适合的型号 或产品目录中选出适合的型号 若是没有一个型号的若是没有一个型号的H H H H Q Q Q Q 与所要求的刚好相符 则在邻近与所要求的刚好相符 则在邻近 型号中型号中选用选用H H H H 和和Q Q Q Q 都稍大的一个都稍大的一个 若有几个型号的 若有几个型号的H H H H 和和Q Q Q Q 都能都能 满足要求 那么除了考虑那一个型号的满足要求 那么除了考虑那一个型号的H H H H 和和Q Q Q Q 外 还外 还应