语文201211发给学生的课件-离心泵

4.2.2.2离心泵的工作原理及基本方程(1)离心泵的工作原理

灌泵→启动→叶轮旋转带动液体产生离心力→液体不断被甩向叶轮出口→叶轮进口处压力↓→吸液罐和叶轮进口中心线处的液体之间形成压差→吸液罐的液体压差作用→流体经吸入室进入叶轮→使泵连续地工作。(2)离心泵工作特点:▲利用离心力获得能量▲液体连续匀整吸入▲需先灌泵，否则产生气缚现象(3)离心泵的基本方程--欧拉方程表示旋转叶轮传递给单位重量液体的能量，亦称为理论扬程。其数学表达式为

或

此式也称为欧拉其次方程式。式中：第一项是液体在圆周运动中，由于离心力的作用使液体获得的静能头；其次项是叶片间流道扩大使液体相对速度减小而增加的静能头；第三项是液体经过叶轮叶片入口和出口后因确定速度的变更而增加的动能，即液体获得的动能头。对于志向叶轮有:

对于实际叶轮,考虑有限叶片数受滑移的影响,较无限多叶片数叶轮做功实力减小,在离心泵中常运用如下的两个半阅历公式计算:

▲斯陀道拉公式犹如在离心压缩机中一样，该式表示为▲普夫菜德尔公式4.3离心泵的吸入特性——汽蚀4.3.1汽蚀发生的机理及危害(1)汽蚀发生的机理4.3.1.2汽蚀余量及汽蚀判别泵内最低压力点：通常位于叶轮叶片进口稍后的K点旁边。当pk≤pv时，泵发生汽蚀，故pk=pv是泵发生汽蚀的界限。(1)有效汽蚀余量（NPSHa）指液流自吸液罐(池)经吸入管路到达泵吸入口后，高出汽化压力pv所富余的那部分能量头，用NPSHa表示，即

由柏努利方程可得:

有效汽蚀余量数值的大小与泵吸入装置的条件,如吸液罐表面的压力、吸入管路的几何安装高度、阻力损失、液体的性质和温度等有关，而与泵本身的结构尺寸等无关，故又称其为泵吸入装置的有效汽蚀余量。(2)泵必需的汽蚀余量（NPSHr）泵必需的汽蚀余量是表示泵入口到叶轮内最低压力点K处的静压能量头降低值，用NPSHr表示为:式中:c0--叶轮进口0截面上的液体确定流速；w1--叶片进口1截面上的液体相对流速；λ1为确定流速及流淌损失引起的压降能头系数，λ1＝1.05～1.3；λ2为液体绕流叶片的压降能头系数，一般状况下,λ2＝0.2～0.4。明显，pk比ps值降低愈少，则NPSHr值愈小，泵愈不易发生汽蚀。可见,NPSHr的主要影响因素是泵的结构,如吸入室,叶轮进口几何形态,及转速,流量等,与管路系统无关。所以,NPSHr在确定程度上表示了泵本身的抗汽蚀性能。

(3)泵发生汽蚀时的条件NPSHa＞NPSHr，泵不发生汽蚀NPSHa＝NPSHr，泵起先发生汽蚀NPSHa＜NPSHr，泵严峻汽蚀

上式即为离心泵发生汽蚀的判别式，亦称为汽蚀基本方程式。(4)临界汽蚀余量NPSHc当NPSHa降到使pk=pv时,液体起先汽化,因此,此时的NPSHa就是使泵不发生汽蚀的临界值,称为临界汽蚀余量,用NPSHc表示,即:NPSHa＝NPSHc＝NPSHr通过汽蚀试验确定的就是临界汽蚀余量NPSHc。(5)允许汽蚀余量[NPSH]在实际运用中,为了避开泵内发生汽蚀,常考虑确定的平安余量,即得允许汽蚀余量[NPSH]。[NPSH]=NPSHc+(0.3-0.5)m或[NPSH]=(1.1-1.3)NPSHc则防止汽蚀的条件为:NPSHa≥[NPSH](6)吸上真空高度如储液池液面上的压力为pa，则

式中:Hs为吸上真空高度;pa当地大气压。利用NPSHa＝NPSHr的条件，可得临界状态下泵起先发生汽蚀时的吸上真空高度,即最大吸上真空度。

即最大吸上真空度为:式中:pa-当地大气压;Pa-吸液池液面上压力;pv-汽化压力;cs-泵入口处速度。为了保证离心泵平安运转而不发生汽蚀，要求吸上真空度Hs＜Hsmax,即运用允许吸上真空度:[Hs]=(Hs)max-0.5mHs≤[Hs]Hs还可表达为

由式可以看出，减小泵前吸上装置的安装高度Hg等，可减小吸上真空度，故减小Hg是防止泵发生汽蚀的重要措施。(7)吸入特性

[NPSH]-qv曲线:向上弯曲的二次抛物线;[Hs]-qv曲线:向下弯曲的二次抛物线;(8)泵的允许几何安装高度[Hg]

由NPSHa≥[NPSH]或Hs≤[Hs]离心泵不发生汽蚀的条件确定泵的允许几何安装高度,使Hg≤[Hg]。

4.3.1.3提高离心泵抗汽蚀性能的措施(1)提高离心泵本身抗汽蚀性能-NPSHr↓▲改进泵的吸入口至叶轮叶片入口旁边的结构设计●增大叶片入口宽度b1，b1↑,则w1↓；●将叶片进口边向吸入口延长,使液流提前增加能量;●接受长短叶片叶轮,改善入口处液流分布;●适当增加叶轮前盖板进口段的曲率半径Ru,以减小液流急剧加速而引起的压降；●适当减小叶片进口的厚度,并将叶片进口修圆使其接近流线型，以减小绕流叶片头部的加速与降压;●减小叶轮和叶片进口部分的表面粗糙度以减小阻力损失。以上措施均可使λ1和λ2有所减小。▲接受前置诱导轮使液流在前置诱导轮中提前接受诱导叶片做功，以提高液流的压力。▲接受双吸式叶轮液流从叶轮两侧同时进入叶轮，进口截面增加一倍，进口流速可减小一倍。▲接受抗汽烛的材料选用抗汽蚀性能强的材料制造叶轮,以延长运用寿命。实践证明，材料的强度,硬度,韧性越高,化学稳定性越好，抗汽蚀的性能越强。▲假如条件许可,可削减泵的转速及流量.(2)提高进液装置汽蚀余量的措施-NPSHa↑▲增加泵前储液罐中液面上的压力pA;▲合理确定泵的安装高度Hg≤[Hg];▲将吸上装置改为倒罐装置,使Hg减小;▲削减泵前管路上的流淌损失ΔHA-S;4.3.2离心泵的性能及调整4.3.2.1离心泵的运行特性(1)泵的特性曲线(1)泵的特性曲线泵特性曲线的特点:▲泵确定,n确定,仅有一组H-qv,N-Qv,η-qv曲线;▲泵内流淌困难,性能曲线要由试验获得;▲试验条件:一般20℃清水作介质,当输送流体黏度与水相差大时,要进行换算.(2)管路特性曲线指管路确定时,液体流过管路须要外界赐予单位重量液体的能量L与流量qv间的关系曲线,由柏努利方程可得:(3)离心泵与管路联合工作--工作点的确定满足能量平衡,流量平衡的条件.(4)泵的不稳定工况泵的特性曲线为驼峰型曲线时,可能和管路特性曲线相交于K和N两点。其中N点为稳定工况，而K点为不稳定工况,当泵在K点工作时，会因某种扰动因素而离开K点。(5)泵在不稳定工况下工作的判别(6)造成泵不稳定工作须要两个条件：其一，是泵具有驼峰状的性能曲线；其二，是管路中有能自由升降的液面或其他能储存和释放能量的部分。

4.3.2.2离心泵运行工况的调整(1)变更泵特性曲线的调整▲转速调整

▲切割叶轮外径调整

▲泵的并联或串联调整▲变更前置导叶叶片角度调整

▲变更半开式叶轮叶片端部间隙调整(2)变更装置特性曲线的调整▲变更泵出口调整阀--闸阀调整

▲液位调整

▲旁路分流调整

4.3.4相像理论在泵中的应用4.3.4.1泵的相像条件两台泵流淌相像应具备几何相像和运动相像,而运动相像仅要求叶轮进口速度三角形相像。符合相像条件的泵称为相像泵.4.3.4.2相像定律和比例定律二台几何相像泵,如在对应点A,A’的流淌相像,则该对应工况点A,A’称为相像工况。(1)相像定律两泵在相像工况下的性能参数符合相像定律表达式。

式中:λl为尺寸比例系数。

相像定律表达式.说明:▲相像定律反映了二台几何相像泵,在相像条件下,性能参数H,qv,N之间的换算关系。▲可用于设计新泵,即相像设计。▲可进行性能换算。▲相像定律只解决了性能换算的问题,而不能用于判别相像泵。(2)比例定律同一台泵,在不同转速下相像工况的性能参数与转速之间的关系式为:比例定律是相像定律的一种特例。比例定律表示了同一台泵在不同转速下,相像工况点的qv,H,N与n的关系.

(3)相像抛物线4.3.4.4比转数(1)比转数

比转数用来判别离心泵工况相像的相像准数。假如在几何相像泵中能用性能参数之间的某一综合参数来判别是否为相像工况，则不必证明运动相像，即可便利地应用相像定律,为此建立了比转数的概念。(2)比转数的计算式

式中:qV--流量,m3/s;H--扬程,m;n--转速,rpm;双吸泵的叶轮番量除以2，多级泵扬程除以级数。(3)比转数的性质▲说明几何相像泵,在相像工况下,ns是相等的,所以,可作为几何相像泵的工况相像判别数。▲ns是工况的函数,不同的工况,ns不同,为便利起见,取最高效率点下的H,qv值代入计算ns。▲ns与叶轮形态,叶片形态及性能曲线有关,故ns可作为分类泵的依据。(4)汽蚀比转数

汽蚀比转数的说明:▲说明几何相像,运动相像的泵,C是相等的,所以,可作为泵汽蚀性能的判别数。▲C是工况的函数,为便利起见,取最高效率点下的参数值代入计算。▲C值可表示泵汽蚀性能的好坏,NPSHr↓,则汽蚀比转数C↑,表示泵抗汽蚀性能↑。▲C值的大小与泵扬程无关,即与泵出口参数无关,所以提高泵的抗汽蚀性能,只须要探讨泵入口部分的几何参数即可。4.3.4.5切割定律及泵的高效工作范围(1)切割定律转速固定的泵，仅有一条扬程流量曲线。为了扩大其工作范围，可接受切割叶轮外径的方法，使工作范围由一条线变成一个面，切割叶轮前后的性能参数变更关系，可近似的由切割定律来表达。

式中右上角打撇的参数为切割后的参数，D2为叶轮外径。运用切割定律的切割量不能太大,阅历表明，允许的最大相对切割量与比转数ns有关，表4-4为叶轮外径允