各种泵的结构原理5

1、第2章流体输送机械，第1节流体输送机械，2-1-1离心泵的工作原理、结构和类型离心泵的基本方程离心泵的主要性能参数和特性曲线离心泵的性能变化离心泵的气蚀现象和工作点以及离心泵的流量调节允许吸入高度2-1-2其他类型的泵，流体输送机械：对流体进行工作以提高流体机械能的装置。输送液体的机器通常称为泵；例如离心泵、往复泵、旋转泵和旋涡泵。根据不同的工作条件，输送气体的机械称为：通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。本章的目的是讨论各种流体输送机械的工作原理、基本结构和性能，合理选择它们的类型，确定它们的规格，计算它们的功耗，以及正确安排它们在管道系统中的位置等。2-1-1离心泵，1离心泵的工作原理、结构和

2、类型1、工作原理，由几个弯曲叶片组成的叶轮放置在带有蜗壳通道的泵壳内。叶轮固定在泵轴上，泵轴与电机相连，可由电机驱动旋转。吸入口位于泵壳的中心，与吸入管相连，在吸入管的底部安装有止回阀。泵壳的侧面为出料口，出料口与出料管道相连，并设有调节阀。离心泵的工作过程：在启动泵之前，向泵中注入待输送的液体。泵启动后，泵轴带动叶轮高速旋转，产生离心力。在此作用下，液体从叶轮中心抛向叶轮外围，压力增加，并以高速(15-25米/秒)流入泵壳。在蜗壳内，由于流道的不断膨胀，液体的流速减慢，大部分动能转化为压力能。最后，液体以较高的静压从排放口流入排放管。泵中的液体被甩出后，叶轮中心会形成真空。在液面压力(大气压

3、)和泵内压力(负压)的压力差下，液体通过吸入管道进入泵内，充满排出液体的位置。离心泵之所以能输送液体，主要是靠高速旋转的叶轮所产生的离心力，所以被称为离心泵。当空气约束离心泵启动时，如果泵壳内有空气，由于空气的密度远远小于液体的密度，叶轮旋转产生的离心力很小，叶轮中心产生的低压不足以产生吸入液体所需的真空度，使离心泵无法工作。这种现象被称为“空中飞行”。为了在启动前给泵加注液体，在吸入管底部安装一个止回阀。此外，离心泵的出口管道上还安装了一个调节阀，用于启动/停止和调节流量。2.基本部件和结构1)叶轮A)叶轮的作用是将电机的机械能转化为液体，从而提高液体的动能。b)叶轮分类：闭式叶轮、开式叶轮

4、和半闭式叶轮，叶片内侧有前后盖板，适用于输送清洁流体，效率高。没有前后盖板，适用于输送含有固体颗粒的液体悬浮液。只有后盖板可用于低效率地输送含有悬浮固体的泥浆或液体。单吸叶轮、双吸叶轮，液体只能从叶轮的一侧吸入，结构简单。相当于两个不带盖板的单吸叶轮，可从两侧吸液，吸液能力更大，能更好地消除轴向推力。2)泵壳收集液体并作为导出液体的通道；液体的能量被转换，一部分动能被转换成静压能。导向叶轮为了减少液体直接进入蜗壳的碰撞，有时在叶轮和泵壳之间安装一个带叶片的固定盘，称为导向叶轮。导向装置上叶片的弯曲方向轴封的分类：填料密封：机械密封：主要由填料箱外壳、软填料和填料压盖组成，用于普通离心泵。它主要

5、由安装在泵轴上随其转动的动环和固定在泵壳上的静环组成。两个环形端面通过弹簧的弹力相互压紧，并相对移动，起到密封作用。端面密封、3、离心泵的分类1)根据轴上叶轮的数量，单级泵、多级泵、轴上只有一个叶轮的离心泵，适用于出口压力不太大的情况；轴上有一个以上叶轮的离心泵可以获得更高的压头。离心泵的级数是指轴上叶轮的数量，国内生产的多级离心泵一般有29级。2)根据叶轮上的吸入口数量，单吸泵和双吸泵，叶轮上只有一个吸入口，适用于输送量小的情况。叶轮上有两个吸口，适用于输送量大的情况。3)根据离心泵的不同用途，水泵、输送清水和与水物理性质相似的液体的泵、无腐蚀性和杂质少的泵(乙类)、耐腐蚀泵和与液体接触的部

6、件(叶轮和泵体)均采用耐腐蚀材料制成。要求：结构简单，零件更换容易，维护方便，密封可靠。用于耐腐蚀泵的材料包括铸铁、高硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等。(F型)、油泵、石油产品输送泵，密封良好。(Y型)、杂质泵、用于输送含有固体颗粒的悬浮液、稠浆等的泵。并细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等。该结构要求不易堵塞、易拆卸、耐磨、流道宽、叶片数少。2.离心泵的基本方程1。离心泵基本方程的推导假定了以下理想条件：1)泵叶轮的叶片数是无限的，也就是说叶片的厚度是无限薄的，液体颗粒沿叶片曲面流动，没有任何循环现象。2)理想液体的输送没有流动阻力。在高速旋转的叶轮中，液体颗粒的运动包括：(1)液体随叶轮旋转；并通过

7、叶轮通道向外流动。液体随叶轮旋转的速度u1或u2与其圆周的切向一致，其大小为：液体沿叶片表面运动的速度1或2，方向为液体颗粒所在叶片的切向。其大小与液体的流速和流动通道的形状有关。每单位重量液体从点1到点2获得的机械能为33，360，每单位重量理想液体从无数叶片旋转获得的能量称为理论压头，用h表示。两个速度的合成速度是液体粒子在点1或点2相对于静止壳的速度，称为绝对速度，用c1和c2表示。HC:液体通过叶轮后动能增加，HP:液体通过叶轮后静压能增加；静压能项HP的增加主要是由两个因素引起的：1)液体在叶轮内受到离心力的外力作用，表现为：2)叶轮内相邻的两个叶片形成一个从中心向外边缘逐渐扩展的液

8、体流道，当液体通过时，一些动能转化为静压能， 其可以表示为：流体通过叶轮后单位重量的静压能增加到33，360，(a)根据余弦定理，上述速度之间的关系可以表示为：代入公式(a)，并整理得到：(b)在一般离心泵设计中，为了增加理论压头，1=90，即cos1=0，离心泵的基本方程是离心泵理论压头的表达式， 理论压头和理论流量之间的关系可以表示为叶轮出口径向速度和出口横截面积的乘积。 从速度上可以得出结论2)离心泵理论扬程与叶片几何形状的关系根据叶片出口端的倾角2，叶片形状可分为三种类型：a)后弯叶片(20。泵的理论压头随着流量的增加而减小。图a)，ctg2=0。泵的理论压头不会随着流量QT而变化。c

9、)前弯叶片(290。图c)，ctg20。泵的理论压头随着理论流量QT的增加而增加。前弯叶片产生的理论压头最高。这种刀片是最好的刀片吗？不，静压头的增加，动压头的增加，动能的提高大于静压能的提高。由于液体的速度太高，在将动能转化为静压能的实际过程中会损失大量的机械能，这将降低泵的效率。通常使用后弯叶片。3.实际压头离心泵的实际压头与理论压头相差很大，因为流体通过泵的过程中存在压头损失，主要包括：1)叶片之间的循环；2)流体阻力损失；3)冲击损失；理论压头、实际压头以及各种压头损失与流量的关系是：三种离心泵的主要性能参数和特性曲线；1)离心泵的性能参数；1)单位时间内离心泵的流量也称为泵的液体输送

10、能力。2)离心泵的扬程泵提供给液体单位重量的有效能量用H表示，单位为m。也称为泵的扬程。离心泵的压头取决于泵的结构(叶轮直径、叶片弯曲等)。)，速度n，流量q，当速度不变时，如何确定压头和流量之间的关系？根据实验，h的计算可以基于B和C之间的伯努利方程，离心泵的扬程也称为扬程。必须注意的是，升力不等于升力高度z，而升力高度只是升力的一部分。3)离心泵的效率当离心泵输送液体时，电机的能量通过电机的叶轮传递给液体。在这个过程中，不可避免地会有能量损失，也就是说，泵轴旋转所做的所有功都不能由液体获得，而能量损失通常是由效率来反映的。这些能量损失包括：体积损失、水力损失、机械损失。泵的效率反映了这三种

11、能量损失的总和，也称为总效率。它与尺寸、类型、制造精度和输送液体的性质有关。4)轴功率和有效功率：电机输入离心泵的功率用N表示，单位为焦耳/秒、瓦或千瓦；从叶轮排放到管道的液体所获得的功率用ne表示。轴功率与有效功率的关系为：有效功率可以表示为：轴功率可以用效率直接计算。2.离心泵的特性曲线：离心泵的氢、氮都与离心泵的质量有关，它们之间的关系是通过确定离心泵压头的实验来确定的。实验测得的一组关系曲线：离心泵的HQ、Q、NQ特性曲线注：特性曲线随转速变化。各种类型的离心泵都有自己的特性曲线，但它们的形状基本相似，具有共同的特性。1)HQ曲线显示了泵压头和流量之间的关系，通常随着流量的增加而减小(

12、当流量很小时可能会有例外)。2)NQ曲线显示了泵轴功率与流量的关系，随流量的增加而增加。离心泵启动时，出口阀应关闭，以最小化启动电流，保护电机。3)Q曲线：表示泵效率和流量之间的关系。随着流量的增加，泵的效率会上升并达到最大值，然后流量会再次增加，效率会下降。离心泵在一定速度下具有最高效率点。离心泵在对应最高效率点的流量和压头下工作最经济。q，h的值4.离心泵性能的变化1。液体性质的影响1)液体密度和离心泵流量的影响与液体密度无关。离心泵的压头与液体的密度无关，HQ曲线不随输送液体的密度而变化。泵的效率不会随着输送液体的密度而改变。离心泵的轴向功率与液体密度有关。2)粘度的影响当输送液体的粘度

13、大于常温下清水的粘度时，泵的压头降低泵的流量，泵的效率降低，泵的轴功率增加，泵的特性曲线改变。选择泵时，应根据原始特性曲线进行修正。当液体的运动粘度小于20厘沲(厘米)时，可能无法校正汽油、柴油和煤油等粘度的影响。2.转速对离心泵特性的影响当液体粘度不大且泵的效率不变时，泵的流量、压头、轴功率和转速之间的近似关系可以表示为：比例定律；3.叶轮直径的影响：1)同系列不同尺寸的泵具有完全相似的叶轮几何形状，b2/D2保持不变；2)当泵的效率不变时，一定尺寸的叶轮周边被切割，B2/D2变大，如果直径D2减小在20%以内，效率可视为不变，切割前后叶轮出口的截面积也可视为大致相等。此时，存在：-气穴现象

14、的后果：气穴现象发生时，会产生噪音和振动。在巨大冲击的反复作用下，叶轮表面出现斑点和裂纹，甚至液体流量逐渐呈海绵状下降，同时压头和效率也大大降低。在严重的情况下，不能输送液体。2.离心泵的允许吸入高度离心泵的允许吸入高度也称为允许安装高度，它是指泵的吸入口和吸入储罐的液位之间的最大允许垂直距离，用Hg表示。在储罐的两个液位0-0段和入口1-1之间建立伯努利方程。如果储罐的上部与大气相通，P0为大气压力Pa。2.离心泵的允许吸入真空度。注：HS单位是压力单位，通常用M液柱表示。在泵的性能表中，其单位通常写成m(实际上应该是mH2O)。离心泵允许吸入真空度的定义公式和允许吸入高度的计算公式。HS值

15、越大，泵在一定工况下的抗气蚀性能越好，安装高度Hg越高。HS与泵的结构、流速、输送液体的物理特性和当地大气压力有关。通常，这是由泵制造商的测试决定的。试验是在10毫升水(9.81帕)的大气压下，以20的水为介质进行的。在确定离心泵的安装高度时，应使用HS计算泵的最大流量。如果运输了其他液体，并且操作条件与上述实验条件不一致，应纠正HS。3、气蚀余量，为了防止气蚀，离心泵入口处液柱的静压头为最小值。h和Hg之间的关系，当叶轮入口附近的最小压力(k-k)等于液体的饱和蒸汽压pv时，泵入口(1-1)处的压力必须等于某个最小值p1。伯努利方程在1-1和k-k之间表述：当流速恒定且流体流量为阻力平方面积时，气蚀余量仅与泵的结构和尺寸有关，这是泵的气蚀阻力参数。允许吸入高度h的计算公式随着q的增加而增加，在计算允许安装高度时应取高流量下的h值。图纸和泵性能表中列出的h值也是根据输送的20%洁净水测量的，应将其乘以相关系数进行修正2)安装离心泵时，应注意选择较大的吸入管道，减少吸入管道的弯头、阀门等管