泵与压缩机第07讲

在石油产品的储运中，离心泵常被用于输送与清水性质不同的各种液体。由于液体性质的变化，对离心泵的性能参数会有直接影响。如液体密度与常温清水的密度不同时，根据Ne=ρQH可知，泵的功率要变化；液体的饱和蒸气压改变，将会影响装置的有效汽蚀余量Δha的大小；粘度比水大时，对泵的扬程、流量、功率、效率及汽蚀余量等都有明显影响。一、液体的粘度对离心泵性能参数的影响一台输送常温清水的离心泵，在转速不变的情况下用来输送粘度比水大的液体时，与该泵输送水时的额定工况相比较，则输送粘液时泵的扬程和流量都要减小，而泵的轴功率将增大，泵的效率将降低，此外，液体粘度的增大，还会使泵必须的汽蚀余量Δhr增大，即吸入性能变坏。§1.8输送粘液时离心泵性能换算产生上述变化的原因是因为粘度增大使泵内液体的流动过程发生了变化。随着液体粘度的增加，边界层流体内切向粘滞力的阻滞作用逐渐扩散，使叶轮内液体的流速降低，从而使泵的流量减少。根据欧拉公式可知，在同一流量下，离心泵的理论扬程与介质性质无关。但由于粘度不同，叶轮内因叶片数有限而引起的轴向涡流强弱程度不同，并且液体流经泵时的流动摩擦阻力损失随粘度增加而增大，所以泵的有效扬程降低。此外，同一台泵在输送粘度不同的液体时，叶轮外盘面与液体摩擦所引起的轮阻损失，口环的摩擦损失等均随粘度增加而变大，所以泵的功率消耗上升，则机械效率ηm下降。虽然泵的容积效率ηv因液体粘度的变大，通过口环和轴封处的泄漏量减少而稍有增大，但水力效率ηk也降低，故泵输送粘液时的总效率η是降低的。§1.8输送粘液时离心泵性能换算由于离心泵的必须汽蚀余量Δhr的大小是表示液体从泵入到叶轮叶片入口处压力最低点的流动损失，显然，液体粘度越大，损失越大，即Δhr变大，吸入性能变坏。一般来说，在液体运动粘度大干20mm2/s时，泵的功率，流量、扬程和效率都开始变化，则性能曲线就需要换算。二、输送粘液时离心泵性能曲线的换算由于泵制造广提供的离心泵出厂说明书或样本上，都给出输送常温清水时的性能曲线，而不提供输送粘度不同液体的性能曲线，所以当选用离心泵输送粘性液体时必须进行性能曲线的换算。关于换算方法，目前还未有成熟的理论计算方法来确定输送粘性液体时的性能曲线，一般是用相似准数总结大量实验数据得到换算系数K，再将已知某工作转速下该泵的输水性能曲线换算成输送粘性液体时的性能曲线。§1.8输送粘液时离心泵性能换算

1．前苏联国家石油机械研究设计院的换算方法当已知某离心泵输送常温清水的性能曲线后，利用下列关系式换算成输送粘性液体的性能曲线式中Hv、Qv、ηv、(Δhr)v——分别为输送粘性液体时的扬程、流量、效率和汽蚀余量；

H、Q、η、(Δhr)——分别为输送20℃清水时的扬程、流量、效率和汽蚀余量；

KH、KQ、Kη、KΔh——分别为扬程、流量、效率和汽蚀余量的换算系数。§1.8输送粘液时离心泵性能换算输送粘液时的轴功率可由下式确定式中ρv——输送粘液的密度，kg/m3。

上述各换算系数K值的大小与相似准数中的雷诺数Re有关，因为雷诺数Re是决定流态变化的标准，它代表惯性力与粘滞力的比，如果两个流动状态中雷诺数Re相同，那么流态就相似。把这个道理用在离心泵上，可以认为上述各换算系数K都是随雷诺数Re而变化的。只不过泵内流道截面与圆管不同，需要将叶轮出口截面积换算成为面积不变、直径为De的圆形断面积，用De求得的雷诺数Re'叫修正雷诺数。§1.8输送粘液时离心泵性能换算叶轮出口断面面积为πD2b2τ2，则式中De——叶轮出口断面面积的当量直径，cm；

τ2——叶轮出口处叶片阻塞系数，在计算图表中取τ2

=0.9。

这样，修正雷诺数Re'就可表示为§1.8输送粘液时离心泵性能换算§1.8输送粘液时离心泵性能换算因为Re'是一个无因次的比例常数，所以实际应用时可以不写常数4/π

，这样并不影响Re'的性质。因而Re'可写成

Qopt——输水时泵的额定流量，l/s：

v——在输送温度下粘液的运动粘度，cm2/s：

103——升变成立方厘米的换算常数。经过大量运算，将各换算系数与Re'的关系绘制成计算图，如图所示，更便于从图中直接查到各换算系数K。

§1.8输送粘液时离心泵性能换算这种换算系数图表的特点是：

(1)在换算中，假定Q=(0.8-1.2)Qopt的范围内各工况的换算系数大致相同，因此可以用Qopt工况由图中查出各K值。此外，在换算中还认为Q=0时的扬程不随液体的粘度而改变。

(2)这种换算方法适用于离心蜗壳泵。在液体运动粘度低于300mm2/s时，误差不超过5%，特别是在大型离心泵性能换算时比较准确。此换算图查得换算系数K比较全面，不仅有流量、扬程和效率的换算系数，而且有汽蚀余量换算系数。

(3)这种换算方法的缺点是在非额定工况下所能换算的范围窄，又假定各工况中的K不变，则精确性较差。此外，求换算系数时还必须知道泵的主要结构尺寸(D2,b2)，应用比较不便。§1.8输送粘液时离心泵性能换算2．美国水力协会的换算方法这种换算方法是根据吸入管管径为φ50～φ200的单级离心泵的大量实验数据，利用修正雷诺数进行整理，得到与换算系数KH

,KQ

和Kη的关系曲线，如后图所示。在利用图查换算系数K时，可以不必知道离心泵叶轮的尺寸，只需知道输送粘性液体的运动粘度和输水时工况点的和（多级泵应取单级叶轮的扬程）即可，故此法求换算系数较为方便。§1.8输送粘液时离心泵性能换算§1.8输送粘液时离心泵性能换算§1.8输送粘液时离心泵性能换算使用时，从作垂线，与的斜线相交，自交点作水平线，与所输送粘液的运动粘度的斜线相交，自交点再作垂线与各换算系数曲线相交，由交点便可查出各换算系数（无气蚀余量换算系数）。由图看出，曲线各只有一条，而曲线则在(0.6~1.2)Qopt范围内随工况不同而有四条。查出换算系数K后，仍用三式进行换算。§1.8输送粘液时离心泵性能换算此法换算范围较广(0.6~1.2)Qopt

，换算误差在运动粘度低于855mm2/s时不超过特别是在液体运动粘度低于400mm2/s时尤为准确。应当指出，该图适用于一般结构的离心泵，且在不发生气蚀的工况下进行换算。它不适用于混流泵、轴流泵等，也不适用于含有杂质的非均相液体。此外，图中各曲线不能用外推法延伸使用。§1.8输送粘液时离心泵性能换算

最后还应指出，离心泵在输送粘性液体时，相似定律及比例定律均不再适用。因此，如果带要求得泵在n‘转速下输送粘性液体的性能曲线，不能直接先求出泵在n转速下输送粘液的Hv-Qv等曲线，再用比例定律换算出n’转速下的(Hv-Qv)'曲线。正确的换算步骤是应用比例定律将泵在n