离心泵基础知识

。2-2离心泵离心泵结构简单，操作方便，流量均匀，调节控制方便，适用于各种特殊性质的物料。因此，离心泵是化工厂最常用的液体输送机械。近年来，离心泵正朝着大型化、高速化方向发展。2.2.1离心泵的主要部件和工作原理图2-1离心泵活叶轮一、离心泵的主要部件1.叶轮叶轮是离心泵的关键部件，由几个弯曲的叶片组成。叶轮的作用是将原动机的机械能直接传递给液体，提高液体的动能和静压能。根据叶片在叶轮上的几何形状，叶片可分为三种类型：后弯叶片、径向弯叶片和前弯叶片。由于后弯叶片可以获得更多的静压能，因此被广泛使用。叶轮根据其机械结构可分为封闭型、半封闭型和开放型(即开放型)，如图2-1所示。叶片两侧带有前盖和后盖的叶轮称为封闭叶轮(图C)；吸入侧没有盖板的叶轮称为半封闭叶轮(图B)；刀片两侧没有前后盖。仅由叶片和轮毂组成的叶轮称为开式叶轮(图A)。由于闭式叶轮适用于输送清洁液体，泵的效率相对较高，因此闭式叶轮通常用于离心泵。根据吸液方式的不同，叶轮可分为单吸式和双吸式。单吸式叶轮结构简单，双吸式叶轮从叶轮两侧对称吸取液体(见教科书中的图2-3)。双吸叶轮不仅吸液量大，而且能基本消除轴向推力。2.泵壳泵体的壳体大部分呈蜗壳形状，蜗壳围绕叶轮并形成蜗壳形通道，叶轮周围的横截面积逐渐增大(见图2-2)。泵壳的功能是：(1)收集液体，即从叶轮外周甩出的液体，然后流经泵壳内的通道排出泵体；(2)能量转换装置，由于叶轮在壳体内的旋转方向与蜗壳流道逐渐扩大的方向一致，减少了流动能量的损失，可以将部分动能转换成静压能。如果为了减少液体进入泵壳时的碰撞，可以在叶轮和泵壳之间安装一个固定的导向轮(见教科书中的图2-4、3)。由于导向轮上的叶片之间形成了多个逐渐转向的流动通道，不仅可以将部分动能转化为静压能，还可以减少流动能量损失。注：离心泵在结构上装有后弯叶片叶轮、蜗壳和导向轮，有利于动能转化为静压能，并能减少流量的能量损失。3.轴封装置离心泵工作时，泵轴旋转，但泵壳不移动。泵轴和泵壳之间的密封称为轴封。轴封的功能是防止高压液体沿着间隙从泵壳中泄漏出来，或者防止外部空气泄漏到泵中。轴封装置确保离心泵正常高效运行。常用的轴封装置包括填料密封和机械密封。二、离心泵的工作原理该装置的原理图如图所示。1.排放过程离心泵通常由电动机驱动。在启动之前，它需要用输送的液体填充泵壳(称为泵填充)。启动后，泵轴驱动叶轮和叶片之间的液体高速旋转。在惯性离心力的作用下，液体从叶轮中心抛向外围，提高了动能和静压能。此外，在泵壳之后，由于流动通道的逐渐膨胀，液体的流速降低，使得一部分动能被转换成静压能，并最终以较高的压力从排放口进入排放管道。2.液体吸收过程当p当启动离心泵时，如果泵没有充满液体并且有大量气体，由于叶轮旋转产生的惯性产生的离心力非常小，因为空气的密度远小于液体的密度，因此抽吸液体所需的真空度不能在叶轮的中心形成。这种启动离心泵但不输送液体的现象称为气体粘结。因此，离心泵是一种没有自吸能力的液体输送机械。如果泵的吸入口位于储罐的液位之上，应在吸入管线中安装一个单向底阀和一个过滤网。单向底阀可防止注入的液体在启动前从泵中漏出，滤网可防止液体中的固体杂质被吸入并堵塞泵壳和管道。如果泵的位置低于油箱中的液位，启动时无需泵送。2.2.2离心泵的主要性能参数和特性曲线一、离心泵的主要性能参数离心泵的性能参数用来描述离心泵的一组物理量。1.(叶轮)速度n:1000 3000 rpm；2900转/分是最常见的。2.流量Q:用体积流量表示的泵的注入容量与叶轮结构、尺寸和转速有关。泵总是安装在管道中，因此流量也与管道特性有关。3.压头(扬程)H:单位重量泵提供给流体的机械能。它与流量、叶轮结构、尺寸和转速有关。头部不代表举升高度。通常，实际压头由实验确定。4.功率：(1)有效功率：指液体从叶轮获得的能量；这里q的单位是m3/s。(2)轴功率：指泵轴所需的功率。当泵由电机直接驱动时，它是电机传递给泵轴的动力。5.效率：由于以下三个原因，从马达传递到泵的能量不能100%传递到液体。因此，离心泵都有效率问题，这反映了泵对所施加能量的利用程度：(1)体积损失；(2)水力损失；机械损失。二、离心泵特性曲线从前面的讨论可以看出，对于一个特定的离心泵，在固定转速的条件下，其扬程、轴功率和效率与其流量有一一对应的关系，其中扬程和流量的关系最为重要。这些关系的图形称为离心泵的特性曲线。由于它们之间的关系很难用理论公式来表示，目前一般是通过实验来确定。包括一条氢-氧曲线、一条氮-氧曲线和一条氮-氧曲线。图2-3某型离心泵特性曲线离心泵的特性曲线通常由离心泵制造商提供，并绘制在泵的样品或产品规格中。测量条件通常是20的清水，转速也是固定的。典型的离心泵性能曲线如图2-3所示。1.讨论(1)从H Q特性曲线可以看出，随着流量的增加，泵的压头降低，即流量越大，泵提供给单位重量流体的机械能越小。然而，该规则可能不适用于小流量的情况。(2)轴功率随着流量的增加而增加。当流量为零时，轴功率最小，因此大流量传动必须对应于大匹配电机。此外，这条规则还提醒我们，离心泵应该在出口阀关闭时启动，这样可以最小化电机的启动电流，保护电机。(3)泵的效率随着流量的增加先增加，达到最大值后再降低。但是当流量为零时，效率也为零。根据生产任务选择泵时，泵应在最高效率点附近运行，其范围内的效率一般不低于最高效率点的92%。(4)离心泵铭牌上标有一组性能参数，这些参数都对应最高效率点，被称为最佳工况参数。三、离心泵的特性在当离心泵转速变化时，其流量、压头、轴功率和效率都会发生变化，泵的特性曲线也会发生变化。如果离心泵的速度变化不大(小于20%)，可以假设：速度变化前后离开叶轮的液体的出口速度三角形相似；离心泵的效率在变速前后不会改变。可以导出以下关系：(比例定律)(2-2)3.叶轮外径当泵速不变时，压头和流量与叶轮的外径有关。对于同一类型的离心泵，如果其叶轮的外径被“切割”，而其他尺寸保持不变，当叶轮外径的减小不超过5%时，离心泵的性能可近似转换。此时，可以假定：(1)叶轮外径变化前后的叶轮出口速度三角形相似；(2)叶轮直径变化前后，离心泵的效率不变；(3)叶轮外径变化前后，叶轮出口横截面积基本不变。可以导出以下关系：(切割法)(2-3)就像比例定律一样，我们应该注意使用公式的条件。实施例2-1:当以20oC水为介质，以2900转/分钟的泵速测量离心泵的性能时，实验数据如下：流量为12m3/h，泵出口压力表读数为0.37兆帕，泵入口真空计读数为0.027兆帕，轴功率为2.3千瓦.如果压力表和真空计的测压口之间的垂直距离为0.4m，并且泵的吸入管道和排出管道的直径相同。测量装置如图所示。提问：本实验中泵的压头和效率。解决方法：(1)泵压头通过真空计和压力表41-1和2-2部分，列出了基于单位重量的伯努利方程，即其中，P1=-2.7104帕(表压)和p2=3.7105Pa帕(表压)由于测压口之间的距离较短，流动阻力可以忽略不计，即Hf1-20；因此，泵的压头为：H=(2)泵效率这是58.1%。分析表明，在本实验中，如果改变出口阀的开度，测量几组不同流量下的相关数据，可根据上述方法计算出相应的H和值，并在坐标纸上绘制出H-Q、N-Q、-Q的关系，从而得到泵在N=2900 r/min时的特性曲线。2.2.3离心泵的工作点和流量调节一、管道特性曲线前面介绍的离心泵特性曲线显示了在一定速度下，泵的压头、功率、效率和流量之间的关系。对于在特定管道中运行的离心泵，实际工作压头和流量不仅取决于离心泵本身的特性，还取决于管道的特性。也就是说，在泵送液体的过程中，泵和管道是相互联系和相互制约的。因此，在讨论泵的运行之前，我们应该首先了解管道的特性。管道特性曲线表示当液体通过特定管道系统时所需压头和流量之间的关系。对于图中所示的液体输送系统，如果贮液罐和受液罐中的液位保持恒定，输送管道的直径是均匀的，则在图2-4中伯努利方程列在1-1和2-2之间，则可以得到液体流过管道系统所需的压头(即离心泵所需的压头)，即：(2-4)管道运输系统的水头损失可表示为：因为因此(2-5)其中QE是管道中的液体流量，m3/s；d-管道直径，m；l-管道长度，m；-摩擦系数，无量纲。在公式中，Le sum分别表示局部阻力的等效长度和阻力系数。对于特定的管道系统，在上述等式右侧的物理量中，除了和Qe，其他物理量都是固定值。和，然后(2-6)代入上述公式，我们可以得到：这是管道特性方程。(2-7)对于特定的管道和歌剧这表明当液体在特定的管道中输送时，当管道中的流体处于高度湍流状态时，管道所需的压头he随着液体流量Qe的平方而变化。He-Qe曲线可以通过在相应的坐标图上绘制该关系方程来获得。这条曲线被称为管道特性曲线。这条线的形状由管道布置和运行条件决定，与离心泵的性能无关。二。离心泵的工作点泵的H Q曲线和管道的 QE曲线在同一坐标系中绘制，两条曲线的交点称为泵的工作点M。如图2-4所示。图2-4管道特性曲线和泵工作点1.描述(1)泵的工作点由泵和管道的特性决定，这可以通过同时求解泵特性方程和管道特性方程来获得。(2)安装在管道中的泵的输液量是管道的流量；在此流速下，泵提供的扬程也是管道所需的外部压头。因此，与泵的工作点相对应的泵头和流量都是由泵提供的，也是管道所需要的。(3)工作点对应的各性能参数()反映了泵的实际工作状态。三、离心泵流量调节由于生产任务的变化，管道所需的流量有时需要改变，这实际上是为了改变泵的工作点。由于泵的工作点是由管道和泵的特性共同决定的，改变泵和管道的特性可以改变工作点，从而达到调节流量的目的。1.改变出口阀的开度以改变管道特性出口阀的开度与管道的等效局部阻力长度有关，后者与管道的特性有关。因此，改变出口阀的开度实际上是改变管道的特性。图2-5阀门开度变化时工作点的变化关闭出口阀，增加，曲线变陡，工作点从m变为M1，流量减小，泵提供的压头上升；相反，如果出口阀的开度增加，开度减小，曲线变得更慢，工作点从m变为M2，流量增加，泵提供的压头减小。如图2-5所示。利用阀门调节流量快速简单，且流量可以连续变化，适合化工行业连续生产的要求，因此得到广泛应用。缺点是，当阀门关闭时，管道阻力增加，消耗部分额外的能量。事实上，管道阻力是人为增加的，以适应泵的特性。此外，当调节范围较大时，离心泵通常不在高效区工作，这不是很经济。2.改变叶轮速度以改变泵的特性如图2-6所示，流速和压头会随着转速的增加而增加。这种调节流量的方法是合理和经济的，但是它曾经被认为是不方便操作的，并且不能实现连续调节。然而，随着现代工业技术的发展，无级变速器设备在工业中的应用克服了上述缺点。正是这种调节方式使水泵工作在高效区，这对于大型水泵的节