2-2-离心泵在管路中的运行

1、2-2-离心泵在管路中的运行知识点2-2离心泵在管路中的运行【学习指导】1学习目的：通过学习搞清楚：一台一定性能的离心泵在特定的管路系统中运行时，将会出现一些什么 问题？如何高效地满足生产工艺对泵提出的流量和能量要求？2.本知识点的重点：正确地确定离心泵的安装高度，避免汽蚀现象发生。合理地选择和操作离心泵，并根据生产工艺要求，经济有效地进行调节。3本知识点的难点对于汽蚀现象的理解。4应完成的习题：【2-3】用某离心泵以 40mt/h的流量将贮水池中 65C的热水输送到凉水塔顶，并经喷头喷 岀而落入凉水池中，以达到冷却的目的。已知在进水喷头之前需要维持49kPa的表压强，喷头入口较热水池水面高6

2、m。吸入管路和排岀管路中压头损失分别为1m和3m,管路中的动压头可以忽略不计。试选用合适的离心泵，并确定泵的安装高度。当地大气压按101.33kPa计。答：泵的型号为 IS80-65-125 型(n=2900r/min )或3B19型水泵，安装高度约为2.5m【2-4】常压贮槽内盛有石油产品，其密度为760kg/m 3，粘度小于20cSt，在贮存条件下饱和蒸汽压为80kPa，现拟用65Y-60B型油泵将此油品以 15mi/h的流量送往表压为 177kPa的设备 内。贮槽液面恒定，设备的油品入口比贮槽液面高5m,吸入管路和排岀管路的全部压头损失分别为1m和4m。试核算该泵是否合用。答：合用；能正

3、常操作 【2-5】欲用例2-2附图所示的管路系统测定离心泵的汽蚀性能参数，则需要在泵的吸入管路中安装调节阀门。适当调节泵的吸入和排岀管路上两阀门的开度，可使吸入管阻力增大而管内流量保持不变。若离心泵的吸入管直径为100mm,排岀管直径为 50mm孔板流量计孔口直径为35mm测得流量计压差计读数为0.85mHg，吸入口真空表读数为550mmHg寸，离心泵恰发生汽蚀现象，试求该流量下泵的允许汽蚀余量和允许吸上真空度。已知水温为20C，当地大气压为 760 mmHg。答：NSPH2.45m ;允许吸上真空度为7.48m【2-6】用水对某离心泵做实验，得到下列各实验数据:Q/(L/mi n)01002

4、003004005003734.31.28.H/m.23837585若泵送液体的管路系统：管径为C 76X4mm长为 355m （包括局部阻力的当量长度），吸 入和排岀空间为常压设备，两者液面间垂直距离为4.8m，摩擦系数可取为 0.03。试求该泵在运转时的流量。若排岀空间为密闭容器，其内表压为129.5kPa，再求此时泵的流量。被输送液体的性质与水的相似。答：泵的流量分别为400L/min , 310L/min【2-7】用两台离心泵从水池向高位槽送水，单台泵的特性曲线方程为用25- 1 X 106&,管路特性曲线方程可近似表示为He=10+1X 10 5q2,两式中Q的单位为 m/s，H的单

5、位为mo试问两泵如何组合才能使输液量大？（输水过程为定态流动）离心泵的安装高度离心泵在管路系统中允许安装位置是否合适，将会影响泵的运行及使用寿命。（一）离心泵的汽蚀现象1离心泵的安装高度的限制K 2-U离母泵反潅示盘图在图2-16的0-0与1-1两截面之间列柏努利方程式，得式中(2-19 )pi泵入口处可允许的最低压力，也可写作p1,min ,Pa；Hz 流体流经吸入管路的压头损失，mP0贮槽液面上的压力，若贮槽上方与大气相通，则P0即为大气压Pa，Pa于是式2 19可表示为离心泵的安装高度受吸入口附近最低允许压力的限制，其极限值为操作条件下液体的蒸汽压Pv O2.汽蚀现象产生原因：泵吸入口附

6、近压力等于或低于Pv O汽蚀现象：在图 2-16所示的输液装置中，泵的吸液作用是依靠0-0液面与泵吸入口截面1-1之间的势能（Z+p/ pg）差而实现的，也就是说在泵的吸入口附近为低压区。当叶片入口附 近的最低压力等于或小于输送温度下液体的饱和蒸汽压时，液体将在此处汽化或者是溶解在液 体中的气体析出并形成气泡。含气泡的液体进入叶轮高压区后，气泡在高压作用下急剧地缩小 而破灭，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占据的空间，造成 冲击和振动。在巨大冲击力反复作用下，使叶片表面材质疲劳，从开始点蚀到形成裂缝，导致 叶轮或泵壳破坏。这种现象称为汽蚀。汽蚀现象的标志：泵扬程较正常

7、值下降3%为标志。汽蚀的危害：1）泵体产生震动与噪音；2）泵性能（Q H n ）下降;3）泵壳及叶轮冲蚀（点蚀到裂缝）注意区别气缚现象与汽蚀现象【动画】汽蚀现象（二）离心泵的抗汽蚀性能汽蚀余量为了防止汽蚀现象发生，在离心泵的入口处液体的静压头与动压头之和（须大于操作温度下液体的饱和蒸汽压头（p/ pg）某一最小值。此最小值即离心泵的允许汽蚀余量，即(2-21)1.临界汽蚀余量（NSPH c泵内发生汽蚀的临界条件是叶轮入口附近（取作k-k截面）的最低压强等于液体的饱和蒸汽压pv，相应地泵入口处（取作1-1截面）的压强必等于确定的最小值pi,min。在泵入口 1-1截面和叶轮入口k-k截面之间列柏

8、努利方程式，并整理得到临界汽蚀余量表达式，即(2-22 )（NSPH c由泵制造厂实验测定2.必需汽蚀余量（NSPH r r，并列入泵产品样本，或绘于泵的特性曲线上G图2-圻总黄系曲线3.实际汽蚀余量（NSPH根据标准规定，取必需汽蚀余量加大0.5m以上作为实际汽蚀余量（NSPH，其值随流量增大而加大。需注意，现在工厂仍大量使用的B系列离心水泵常用允许吸上真空度来表示泵的抗汽蚀性能参数。习惯上，泵入口处允许的最高真空度（即最低压力）常以输送液体的液柱高度来计量， 称之为允许吸上真空度。即R ； = （ 2-23）H与泵的结构、被输送液体的性质及当地大气压有关，值随Q加大而增高。H值由泵生产厂家

9、于常压下（98.1kPa）用20C清水实验测得。当操作条件与该条件不一致或输送其它液体 时，对H要进行校正。（三）离心泵的允许安装高度将式2-21及式2-23分别代入式 2-19及式2-20，得到(2-24 )(2-25 )离心泵的实际安装高度应比允许安装高度减小（0.51）m离心泵的实际安装高度应以夏天当地最高温度和所需要最大用水量为设计依据。离心泵的工作点和流量调节（一）管路特性曲线和离心泵的工作点当离心泵安装在特定管路系统操作时，实际的工作压头和流量，不仅遵循特性曲线上二者的对应关系，而且还受管路特性所制约。1 管路特性方程式和特性曲线当离心泵安装到特定的管路系统中操作时，若贮槽与受液槽

10、两液面保持恒定，则泵对单位重量（1N）流体所做的净功为(2-26 )丹=Az + + 乞熠*式中H输送机械对 1N流体做的静功，J/N或m p/ pg下游与上游截面间的静压头差, U/2g下游与上游截面间的动压头差,刀Hf两截面之间压头损失，n。在特定的管路系统中，于一定条件下操作，上式中一项均为定值，令2 u /2g常可忽略，Az与 p/ P对于直径均一的管路系统，压头损失可表达为式中(2-27 )入一一摩擦系数，无因次;I 管路长度，mle局部阻力的当量长度,d管路直径，mE 局部阻力系数，无因次;3Q流体流量，m/s ；g重力加速度，m/s $。对特定的管路，若忽略入随Re的变化，且式2

11、-21中d、I、le、E均为常数，于是可令冇=G便将式2-21a代入式2-20a，得到(2-27a )(2-28)式2-22表明管路流体的压头与流量之间的关系，称为管路特性方程式。Hb与Q的关系曲线，称为管路特性曲线。此曲线的形状由管路布局和流量等条件来确定，与泵的性能无关團2-19昔雄棒性曲线与泵的工作点2离心泵的工作点离心泵在管路中正常运行时，泵所提供的流量和压头应与管路系统所要求的数值一致。此时，安装于管路中的离心泵必须同时满足管路特性方程与泵的特性方程，即管路特性方程He = K + GQ泵的特性方程 H =f(Q)联解上述两方程所得到两特性曲线的交点，即离心泵的工作点M。对所选定的泵

12、以一定转速在此管路系统操作时，只能在此点工作。在此点，H= He，Q= Q。(二)离心泵的流量调节通常，所选择离心泵的流量和压头可能会和管路中要求的不完全一致，或生产任务发生变化，此时都需要对泵进行流量调节，实质上是改变泵的工作点。由于工作点是由泵及管路特性共同决定的，因此，改变任一条特性曲线均可达到流量调节的目的。1改变管路特性曲线-改变泵岀口阀开度改变离心泵岀口管路上阀门开度，便可改变管路特性方程式2-33中的G值。从而使管路特性曲线发生变化。例如关小阀门，使G值变大，流量变小，曲线变陡。阀门调节快捷方便，流量可连续变化，但能耗加大，泵的效率下降，不够经济。2wi总加E胚口或Q图2-20改

13、变出口阴开度叮工作点变化2 改变泵的特性曲线(2)改变叶轮直径一一切割定律，切割比例不大于5% (季节性调节)0加1Q 或 2?图2-21改变泵转速时工件点聂化3 离心泵的并联和串联操作当单台泵不能满足生产任务要求时，可采用泵的并联或串联。下面以两台性能相同的泵为 例，讨论离心泵的组合操作的特性。(1) 离心泵的并联 设将两台型号相同的泵并联于管路系统，且各自的吸入管路相同，则 两台泵的各自流量和压头必定相同。显然，在同一压头下，并联泵的流量为单台泵的两倍。并联泵的工作点由并联特性曲线与管路特性曲线的交点决定。由于流量加大使管路流动阻 力加大，因此，并联后的总流量必低于单台泵流量的两倍，而并联

14、压头略高于单台泵的压头。 并联泵的总效率与单台的效率相同。图2-22离心泵的并联（2）离心泵的串联两台型号相同的泵串联操作时，每台泵的流量和压头也各自相同。因 此，在同一流量下，串联泵的压头为单台泵压头的两倍。同样，串联泵的工作点由合成特性曲线与管路特性曲线的交点决定。两台泵串联操作的总压头必低于单台泵压头的两倍，流量大于单台泵的。串联泵的效率为Q串下单台泵的效率。0QQ圈2-23离心乘的串联（3）离心泵组合方式的选择生产中采取何种组合方式能够取得最佳经济效果，则应视管路要求的压头和特性曲线形状 而定。 如果单台泵所能提供的最大压头小于管路两端的（）值，则只能采用泵的串联操作。 对于管路特性曲

15、线较平坦的低阻型管路，采用并联组合方式可获得较串联组合为高的流 量和压头；反之，对于管路特性曲线较陡的高阻型管路，则宜采用串联组合方式。J Q图2-24离心泵组合方式的选择三.离心泵的类型与选择（一）离心泵的类型由于化工生产及石油工业中被输送液体的性质相差悬殊、对流量和扬程的要求千变万化,因而设计和制造出种类繁多的离心泵。离心泵有多种分类方法：（1）按叶轮数目一一单级泵和多级泵。（2）按叶轮吸液方式单吸泵和双吸泵。（3）按泵送液体性质和使用条件分为清水泵、油泵、耐腐蚀泵、杂质泵、高温泵、高温 高压泵、低温泵、液下泵、磁力泵等。各种类型离心泵按其结构特点自成一个系列。同一系列 中又有各种规格。泵

16、样本列有各类离心泵的性能和规格。下面仅对几种主要类型作简要介绍。1清水泵（IS型、D型、Sh型）IS型清水泵-单级单吸悬臂式离心水泵。全系列扬程范围为898m,流量范围为4.5360m3/h。一般生产厂家提供IS型水泵的系列特性曲线（或称选择曲线），以便于泵的选用。曲线上的点代表额定参数。1-泉体 A叶轮3岳對坏4-护，確 A后盖卜泵拙T-U舉A玲需由熬部卜图2-20 15/KSt的结构图【图片】IS型水泵系列特性曲线D型清水泵-若所要求的扬程较高而流量不太大时，可采用D型多级离心泵。国产多级离心泵的叶轮级数通常为29级，最多12级。全系列扬程范围为14351m,流量范围为10.83850m/

17、h。图赛级离心泵Sh型离心泵一一若泵送液体的流量较大而所需扬程并不高时,则可采用双吸离心泵。国产双吸泵系列代号为 Sh。全系列扬程范围为9140m,流量范围为12012500m/h2 油泵（Y型）6.25输送石油产品的泵称为油泵。因为油品易燃易爆，因而要求油泵有良好的密封性能。当输 送高温油品（200C以上）时，需采用具有冷却措施的高温泵。油泵有单吸与双吸、单级与多级 之分。国产油泵系列代号为丫、双吸式为YS全系列的扬程范围为 60603m,流量范围为3500m/h。3 防腐蚀泵（F型）当输送酸、碱及浓氨水等腐蚀性液体时应采用防腐蚀泵。该类泵中所有与腐蚀液体接触的部件都用抗腐蚀材料制造，其系列

18、代号为F。F型泵多采用机械密封装置，以保证高度密封要求3F泵全系列扬程范围为 15105m,流量范围为 2400m/h。4 杂质泵（P型）用于输送悬浮液及稠厚的浆液时用杂质泵，其系列代号为P。这类泵的特点是叶轮流道宽、叶片数目少、常采用半闭式或开式叶轮，泵的效率低。5 屏蔽泵近年来，输送易燃、易爆、剧毒及具有放射性液体时，常采用一种无泄漏的屏蔽泵。其结构特点是叶轮和电机联为一个整体封在同一泵壳内，不需要轴封装置，又称无密封泵。1-吸入口 A叶轮A集液室團2-29屏毎泵6.磁力泵（C型）100m，磁力泵是高效节能的特种离心泵。采用永磁联轴驱动，无轴封，消除液体渗漏，使用极为 安全；在泵运转时无摩

19、擦，故可节能。主要用于输送不含固体颗粒的酸、碱、盐溶液和挥发性、 剧毒性液体等。特别适用于易燃、易爆液体的输送。C型磁力泵全系列扬程范围为1.2 /流量范围为 0.1100m3/h。(二) 离心泵的选择离心泵种类齐全，能适应各种不同用途，选泵时应注意以下几点：(1) 根据被输送液体的性质和操作条件，确定适宜的类型。(2) 根据管路系统在最大流量下的流量 Q和压头H确定泵的型号。在选泵的型号时, 使所选泵所能提供的流量 Q和压头H比管路要求值可稍大一点，选出泵的型号后，应列出泵的 有关性能参数和转速。(3) 当单台泵不能满足管路要求时，要考虑泵的并联和串联。(4) 核算泵的轴功率 若输送液体的密

20、度大于水的密度，则要核算泵的轴功率。另外，要会利用泵的系列特性曲线。(三) 离心泵的安装与操作(1) 实际安装高度要小于允许安装高度，并尽量减小吸入管路的流动阻力。(2) 启动泵前要灌泵，并关闭岀口阀；停泵前也应先关岀口阀。(3) 定期检查和维修。(4) 注意IS系列和B系列泵的性能参数例题与解题指导【例2-4】用离心泵从贮罐向反应器输送液态异丁烷。贮罐内异丁烷液面恒定。其上方绝对压力为6065kgf/cm 2。泵位于贮罐液面以下 1.5m处，吸入管路的全部压头损失为1.6m。异丁烷在输32送条件下的密度为 530kg/m，饱和蒸汽压为 6.5kgf/cm 。在泵的性能表上查得，输送流量下泵

21、的允许汽蚀余量为 3.5m。试确定该泵能否正常操作。解：该例为操作型计算，即核算泵的安装高度是否合适。泵的安装高度为Hg=屈 -(NSPH)- H fa =烦心.*1-3.5- 1.6=-2.27m v实际安装咼度-1.5m该泵安装不合适，可能发生汽蚀现象。讨论：当输送温度较高或沸点较低的液体时，由于pv较高，此时求得的 Hg较低，可采取如下措施避免汽蚀现象：(1) 尽量降低，即加大吸入管径，减少长度，少装不必要的管件。(2) 泵安装在液面下，使液体利用位差自动灌入泵体内一一并称之为“倒灌”槽内液面恒定。 送水量为4555m/h【例2-5】用3B33型水泵从一敞口水槽中将水送到它处,在最大流量

22、下吸入管路压头损失为1m,液体在吸入管路的动压头可忽略。试计算：(1)输送20C水时泵的安装高度；(2)输送65C水时泵的安装高度当地大气压为 9.81 X 10 4kPa。解：由附录查得 3B33水泵的部分性能列于下表：为了保证泵的正常运转，以最大流量作为设计安装高度的依据，即取HS =3.0m; Ha =1.0m; 2g =o例2-5附表流量Qm3/h)压头H/m转速 n/(r/min)允许吸上真空度 H /m3035.67.04532.629005.05528.83.0(1)输送20C水时泵的安装高度根据式2-25计算泵的允许安装高度，即Hg= Hs- - 二-H,o-1 =3.0-1.

23、0=2.0m(2)输送65 C水时泵的安装高度此时不能直接采用泵性能表中的HS 值计算泵的允许安装高度，需对其H进行换算，即H = HS +(H-10)-(9. mil了 -0.24)乂1000HS =3+(10-10)-(1一 -0.24) H= 0.65m将式2-25中的HZ换以H，以计算泵的允许安装高度，得Hg = Hs - Ho-i =0.65-1.0=-0.35mH为负值，表示泵应安装在水面以下，至少比贮槽水面低0.35m。由上面的计算可知，介质温度升高，泵的安装高度降低。【例2-6】采用例2-1中的离心泵，将 20C清水从贮水池输送到指定位置，已知输送管岀口端与贮水池液面垂直距离为

24、8.75m,输水管内径为114mm的光滑管，管长为 60m (包括局部阻力的当量长度)，贮水池与输水管岀口端均与大气相通，贮水池液面保持恒定。该离心泵的特性如下：试求该泵在运转时的流量、压头、轴功率和总效率水的物性：p = 999kg/m3 卩=1.005mPa?s例2-6附表13Q(m /s)0.000.010.020.030.040.05H/m20.6319.9917.814.4610.335.71n /%0.0036.156.061.054.137.0解：求泵在运转时的流量、压头、轴功率和总效率，实际上是要找出该泵在管路上的工作 点。泵的工作点由泵的特性曲线和管路特性曲线的交点所决定。根

25、据该泵的特性，在本题附图上绘岀泵的H-Q和n -Q曲线。管路特性曲线应根据管路条件，先求出管路特性方程，再在本题附图上标绘出管路特性曲线。(1) 管路特性方程 在贮水池液面和输水管岀口内侧列柏努利方程式，得 Ai_He = a z +aE+g+(入 d )其中a1 +le ；He = A z + (1 +入 -)-B.75 +?r(0J14y x 9.31riO0.114x 0.3164x-0.25E Y. 0 IN xl 109 xlO3J-0.252=8.75 + 489.2 ( 1 + 2.96 Qe) Q(2) 标绘管路特性曲线由下表数据，即可在本题附图上绘岀管路特性曲线H-Q。例2-

26、6附表2Q/(m 3/s)0.000.010.020.030.040.05He/m8.759.2610.4912.3214.7117.63(3) 泵在运转时的流量、压头、轴功率和总效率本题附图中泵的特性曲线与管路特性曲线的交点就是泵的工作点，该点对应的各性能数值即为泵在运转条件下的流量、压头和效率。由图中工作点读得流量 Q=0.0336m3/s 压头 H=13.1m 效率 n =0.599轴功率应按下式计算求得，即HQpg 0.03死汰门疋幻亨址9.呂1N= 口 =口-刃9 xiDDij= 7.20kW【例2-7】某离心泵(其特性曲线为本题附图中的曲线I)所在管路的特性曲线方程式为H =40+

27、15Q：当两台或三台此型号的泵并联操作时，试分别求管路中流量增加的百分数。若管路特性曲线方程式变为40+100Q2时，试再求上述条件下流量增加的百分数。特性方程式中Q的单位为m/s， He的单位为m。解：离心泵并联工作时，管路中的输水量可由相应的泵的合成特性曲线与管路特性曲线的 交点来决定。按题给管路特性方程式，计算岀不同Q下所对应的计算结果列于本题附表中,然后在本题附图中标绘岀管路特性曲线。例2-7附表1QL/s020040060080010001200m/s00.20.40.60.81.01.22He= 40+15 Qe ,m4040.642.445.449.655.061.62He= 4

28、0+100 Qe ,m4044.056.076.0两种管路特性下，两台和三台并联操作参数见本例附表2例2-7附表2流量单台两台并联三台并联管路特性Q/(L/s)Q/(L/s) Q %Q/(L/s)增加%2He= 40+15 Qe,m4808407510801252He= 40+100 Qe ,m3905103156044由以上数据可知：_ 333解得 Q=4.83 X 10m/s=417.4m /d为原来送水量(340.4m3/d )的1.23倍(2)两台泵串联操作此情况下，单台泵的送水量和管路内的总流量一致，泵的压头加倍，则有12+0.5 X 10 ge = 2( 26- 0.4 X 10 6Q 2解得 Q=5.547 X 10 _3m/s=479.3m 3/d为原来送水量(340.4m /d )的1.41倍由上面计算结果看岀，在本例条件下，两台泵串联操作对增加送水量效果更明显。【例2-9】用离心泵将敞口水池的清水送至表压为98.1kPa的密闭容器，两液面维持恒差20m送水量为45ni/h。此工况下管路特性方程式为He= 30+2.432 X 10