传热-llc x等多个文件-2.1离心泵

上章学习内容回顾1）流体在圆形直管内流动时，若雷诺数为1000，则其流动类型为（）；若流动在完全湍流区（阻力平方区），则摩擦系数是（）的函数。2）滞流和湍流的本质区别是什么？3）根据流体力学原理设计的流量（流速）计中，属于恒压差流量计是哪种流量计？4）气体的粘度随温度的升高而（），水的粘度随温度的升高而（）。上章学习内容回顾（1）在一稳定流动系统中，流体处于完全湍流区从A槽流至B槽，如果阀门开度变大，则上游压强p1和下游压强p2的变化情况？

（2）有一并联管路，a管的长度为b管长度2倍，而b管的直径为a管直径的2倍，流体处于滞流状态，则两管流速之比（ua/ub）为

。作业用水泵向高位水箱供水（如附图所示），管路流量为85m3/h，完全湍流流动，泵轴中心线距水池液面和水箱液面的垂直距离分别为2.0m和5m。泵吸入管与排出管分别为φ108×4、φ89×4（外径*壁厚mm）。吸入管管长15m（包括进口及吸入管路局部阻力的当量长度），排出管管长60m（阀门全开，包括出口及排出管路局部阻力的当量长度），圆管内湍流摩擦系数均为0.025，水的密度1000kg/m3，泵的效率为70%，试求：（1）吸入管和排出管内流体流速分别为多少？（2）泵吸入口处A点的真空表读数？（3）泵向单位质量流体所作的功？2.离心泵任课老师：李力成开式叶轮:无盖板半开式或半闭式叶轮：只有后盖板闭式叶轮：前后均有盖板主要部件包括旋转部件（叶轮和泵轴）和静止部件（泵壳、填料函、轴承）。(1)叶轮(是离心泵的心脏部件):由叶片（+盖板）组成叶片4-12个，一般为后弯叶片，也有前弯、径向叶片开式和半开式叶轮不易堵塞，但效率较低；闭式相反。一、离心泵的主要部件一、离心泵的主要部件（2）泵壳（3）轴封装置收集由叶轮流出的液体；能量转换。填料密封机械密封8泵壳：泵体的外壳，包围叶轮的截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道。液体入口在中心，出口则沿切线。泵轴：连接原动机与叶轮的一根轴，垂直叶轮面，由电机带动旋转，从而带动叶轮旋转。

泵的附属设备：单向底阀、滤网、出口调节阀、吸入管、排出管等。二、工作原理（1）叶轮被泵轴带动旋转，对位于叶片间的流体做功，流体受离心力的作用，由叶轮中心被抛向外围。当流体到达叶轮外周时，流速很大,动能很高。（2）泵壳汇集从各叶片间被抛出的液体，这些液体在壳内顺着蜗壳形通道逐渐扩大的方向流动，使流体的动能转化为静压能，减小能量损失。所以泵壳的作用不仅在于汇集液体，它更是一个能量转换装置。二、工作原理

为防止气缚，离心泵启动前要用液体将泵壳内空间灌满，这一操作称为灌泵。为防止灌入泵壳内的液体因重力流入低位槽内，在泵吸入管路的入口处装有止逆阀（底阀）；如果泵的位置低于槽内液面，则启动时无需灌泵。液体吸上原理：叶轮高速旋转迫使叶轮中心的液体以很高的速度被抛开，从而在叶轮中心形成低压（真空），低位槽中的液体因此被源源不断地吸上。

气缚现象：如果离心泵在启动前壳内充满的是气体，则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度，这样槽内液体便不能被吸上。这一现象称为气缚。一、离心泵的主要部件

对单吸闭式或半闭式叶轮，部分高压液体可能会漏入叶轮后侧，而叶轮前侧为低压，这样就会产生将叶轮推向泵入口一侧的轴向推力，从而引起叶轮与泵壳接触处的磨损，甚至损坏泵。一般是在后盖板上开平衡孔使后侧的液体漏入前侧，从而消除轴向推力。叶轮按吸入方式分为：单吸式及双吸式。一、离心泵的主要部件为了减少能量损失，有时在叶轮与泵壳之间装有导轮：

导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环，其叶片的弯曲方向与叶轮叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。三、离心泵的基本方程吸入口处：叶轮出口处：三、离心泵的基本方程泵的压头H(m)(或有效压头He)：泵对单位重量流体做的功。

泵的理论压头HT∞：在理想情况下可能达到的最大压头。理想情况：（1）叶轮内叶片的数目无穷多，即叶片的厚度为无限薄，从而可以认为液体质点完全沿着叶片的形状运动；（2）输送的是理想液体，在叶轮内的流动阻力可忽略。离心泵基本方程式的探讨泵的流量：速度三角关系：基本方程式：离心泵基本方程式的探讨（1）理论压头随着叶轮转速、直径的增加而增大；（2）流动角β2的影响：

β2＜90°，后弯叶片，理论压头小

Β2＝90°，径向叶片，理论压头中

β2＞

90°，前弯叶片，理论压头大

似乎前弯叶片好，实际上考虑到流速大导致能量损失增大，一般采用后弯叶片。离心泵基本方程式的探讨基本方程式：基本方程式：设：例题2-1已知某离心泵叶轮外径为192mm，叶轮出口宽度为12.5mm，叶片出口流动角为35o，若泵的转速为1750r/min，试求该泵的基本方程式（即理论压头和理论流量的关系）。本节课程学习内容回顾了解离心泵的结构组成了解离心泵的工作原理掌握离心泵的基本方程式ThankYou!2.1.3离心泵的性能参数与特性曲线1．性能参数（1）(叶轮)转速n（r/min,rpm）:1000～3000,常见2900（2）(体积)流量Q(m3/s，m3/h)（3）压头（扬程）H（J/N,m）：泵对单位重量（1N）流体做的功。2.1.3离心泵的性能参数与特性曲线1．性能参数（1）(叶轮)转速n（r/min,rpm）:1000～3000,常见2900（2）(体积)流量Q(m3/s，m3/h)（3）压头（扬程）H（J/N,m）：泵对单位重量（1N）流体做的功。（4）功率（J/s，W）离心泵内的损失有：（a）容积损失由于泵的泄漏所造成的损失。泄漏可发生在密封环、平衡孔、密封压盖等处，使泵做了部分无用功。一般用容积效率ηv来反映。（b）水力损失

流体流过叶轮、泵壳时产生摩擦阻力，局部处流速大小和方向的改变引起环流和旋涡而造成能量损失，这些损失统称为水力损失。这种损失使泵的有效压头低于理论压头，可用水力效率ηh来反映。（c）机械损失

高速转动的叶轮与液体间的摩擦以及轴承、轴封等处的机械摩擦造成的损失称为机械损失。机械效率ηm一般为0.96到0.99。

离心泵的总效率：η=ηvηhηm

（6）效率：=Ne/N

（<100%）（5）轴功率N（J/s，W）：单位时间原动机输入泵轴的能量。（4）有效功率Ne（J/s，W）：单位时间内液体从泵获得的能量。H（m），Q（m3/s），ρ（kg/m3），g＝9.81（m/s2),N(w)H（m），Q（m3/s），ρ（kg/m3），g＝9.81（m/s2),N(kw)2.离心泵的特性曲线一定转速下，H～Q、N～Q、～Q关系曲线

讨论：①H～Q曲线，Q，H，Q很小时例外。②N～Q曲线：Q，N，大流量大电机，关闭出口阀启动泵，启动电流最小。③～Q曲线：小Q，；大Q，，存在max。泵的铭牌上是与max对应的性能参数，即设计点。选泵时，应该使泵在max附近运行。27p93【例2-2】采用本题附图所示的实验装置来测定离心泵的性能。泵的吸入管内径为100mm，排出管内径为80mm，两侧压口间垂直距离为0.5m。泵的转速为2900r/min，以20℃清水为介质测得以下数据：流量，l/s15泵出口处表压，Pa2.55×105泵入口处真空度，Pa2.67×104功率表测得电动机所消耗的功率，kW6.2泵由电动机直接带动，电动机的效率为93%。试求该泵在输送条件下的压头，轴功率和效率。3.离心泵性能的改变与换算

厂家给出（产品说明书）的性能：用20℃清水测定的。当流体性质、泵的转速或叶轮直径发生变化时，泵的性能参数与特性曲线也会发生变化。（1）流体密度的影响

压头H、流量Q、效率不随变，因此H～Q与～Q曲线不变；

有效功率Ne、轴功率N与成正比，即N～Q曲线变化：（2）流体粘度的影响（a）若流体运动粘度γ≤20cSt,则可忽略粘度的影响；（γ＝μ/ρ,1cSt＝10－6m2/s,20℃清水γ＝1cSt)

（b）当γ＞20cSt时,则须对压头、流量、效率进行校正：

H′=CHHQ′=CQQη′=CηηH、Q、η为输送清水的性能，H′、

Q′、η′为输送大粘度流体的性能，CH、CQ、Cη为校正系数，可由图2－13和2－14查得。有效功率、轴功率相应地发生变化：

Qs为输送清水时最高效率点下的流量，即所谓额定流量。例：Q=2.84H=30.5γ=220（3）转速的影响——比例定律（适用于转速变化小于20%）(4)叶轮直径的影响——切割定律（适用于直径变化小于5%）泵的效率不变。泵的效率不变。P95【例2-3】某离心泵输送水的特性曲线如本题附图所示，最高效率下相应的流量为2.84m3/min、压头为30.5m。若用此泵输送密度为900kg/m3、粘度为220cSt的油品，试作出该泵输送油品时的特性曲线。五、离心泵的汽(气）蚀现象与安装高度问：安装高度(贮槽液面到泵入口的垂直距离

)有无限制？1.离心泵的汽蚀现象离心泵运转时，液体在泵内压强（静压头）的变化如图所示。

压强由泵吸入口到叶轮入口逐渐下降,叶片入口附近K—K处压强pK最低,此后由于叶轮对液体作功,压强很快上升。

若pK≤pv（液体在输送温度下的饱和蒸汽压），则液体汽化，产生汽泡，汽泡随同液体从低压区流向高压区，在高压的作用下迅速凝聚或破裂，与此同时，汽泡周围的液体会以极高的速度冲向原汽泡所占据的空间，在冲击点处可形成高达几万kPa的压强，冲击频率可高达每秒几万次之多。由于冲击作用使泵产生噪音和震动，同时叶轮局部地方在巨大冲击力的反复作用下，材料表面疲劳，从点蚀到形成裂缝，受到破坏。这种不正常现象称为汽蚀现象。（注意汽蚀现象与气缚现象的区别）汽蚀发生时，泵的流量，压头和效率急剧下降。

为保证泵正常运转，应避免汽蚀现象的产生，即须使pK﹥pv。如何保证不产生汽蚀,也即使pK﹥pv？通过控制安装高度.在0－0至1－1间列柏努利方程：2.允许安装高度（允许吸上高度):安装高度的上限

设p1为泵入口处允许的最小压强，则有

如何确定泵入口处允许的最小压强p1，有两种方法（指标）。可见Hg

，则p1

，所以安装高度要限制。（1）允许吸上真空度法定义允许吸上真空度（泵入口处允许达到的最高真空度）：则若贮槽通大气，则实际安装高度：为安全起见，应比允许安装高度小0.5－1.0m若计算出的Hg<0,则泵要安装在贮槽液面之下。Hs和Hs’分别为操作条件下和出厂时的允许吸上真空度

Ha为安装地区的大气压（m水柱）

pV为操作温度下液体的饱和蒸汽压（Pa）

0.24为20℃水的饱和蒸汽压（m水柱）

此外，允许吸上真空度一般随流量的增大而减小，所以确定安装高度时要用最大流量下的数值。

泵出厂时给出的允许吸上真空度是在大气压为10m水柱（应是10.33m水柱即1atm？)用20℃清水做实验得到的，当大气压或流体性质变化时，则须校正：（2）允许汽蚀余量法定义允许汽蚀余量则

泵出厂使给出的允许汽蚀余量是用20℃清水得到的，输送条件改变时也应校正。但实际应用中一般不校正，而是作为安全因素考虑。

此外，Δh随流量的增大而增大，所以确定安装高度时要用最大流量下的数值。实际安装高度：应比允许安装高度小0.5－1.0m。P102【例2-6】用3B33型水泵从一敞口水槽中将水送到它处，槽内液面恒定。输水量为45～55m3/h，在最大流量下吸入管路的压头损失为1m，液体在吸入管路的动压头可忽略。试计算：（1）输送20℃水时泵的安装高度。（2）输送65℃水时泵的安装高度。泵安装地区的大气压为9.81×104Pa。由附录二十五查得3B33型水泵的部分性能列于下表：流量，Q压头，H转速，n允许吸上真空度，HS’m3/hmr/minm3035.6

7.04532.629005.05528.8

3.0（1）Hg＝2m（2）Hg＝-0.35m四、离心泵的工作点和流量调节1.管路特性曲线：管路所需的压头He与流量Qe的关系对输送系统列柏努利方程得：令（设流动在完全湍流区，λ与流速无关)而说明：为曲线在H轴上的截距.（2）设在阻力平方区，与Q无关，并忽略动能差。（3）高阻管路，B大，曲线较陡；低阻管路，B小，曲线较平缓。——管路特性曲线方程则（1）2．离心泵的工作点

为泵实际工作时的压头、流量，是泵的特性曲线与管路特性曲线的交点（图中M点）。泵的特性管路特性泵特性方程：管路特性方程：3.离心泵的流量调节(即工作点的改变)(1)改变出口阀开度:

改变管路特性关小出口阀le管路特性曲线变陡工作点左上移H,Q。(2)改变叶轮转速：改变泵的特性转速n泵的特性曲线上移工作点右上移，H,Q。

4.

泵的并联（1）

两泵并联的合成特性曲线若两台型号相同的泵并联工作，且吸入管路相同，则在同样的扬程下，将单泵特性曲线的横坐标加倍，可得到两泵并联的合成特性曲线。（2）

两泵并联系统的工作点对两泵并联系统，管路特性曲线保持不变，并联的合成特性曲线与管路特性曲线的交点a即为工作点（Q并，H并）。两泵并联时每一台泵在b点状态下工作（Q’，H并），Q并=2Q’。若只有一台泵,则工作点在C（Q，H),Q并＜2Q，且Q并与2Q的差别取决于管路特性曲线的陡缓程度。所以两泵并联时的流量并不是原来一台泵流量的两倍。

5.泵的串联