[语文]201211发给学生的课件--离心泵.ppt

1、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 液体连续均匀吸入 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 此式也称为欧拉第二方程式。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； 第二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

2、液体经过叶轮叶片入口和出口后因绝对速度的变化而增加的动能，即液体获得的动能头。,对于理想叶轮有: 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能力减小,在离心泵中常使用如下的两个半经验公式计算:,斯陀道拉公式 如同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点附近。 当pkpv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

3、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截面上的液体绝对流速； w1-叶片进口1截面上的液体相对流速；,1为绝对流速及流动损失引起的压降能头系数，11.051.3； 2为液体绕流叶片的压降能头系数，一般情况下, 20.2

4、0.4。 显然，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,叶轮进口几何形状,及转速,流量等,与管路系统无关。 所以, NPSHr在一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 NPSHaNPSHr，泵不发生汽蚀 NPSHaNPSHr，泵开始发生汽蚀 NPSHaNPSHr，泵严重汽蚀 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, 液体开始汽化,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

5、: NPSHaNPSHcNPSHr 通过汽蚀实验确定的就是临界汽蚀余量NPSHc。,(5)允许汽蚀余量NPSH 在实际使用中,为了避免泵内发生汽蚀,常考虑一定的安全余量,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NPSHaNPSHr的条件，可得临界状态下泵开始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

6、面上压力; pv-汽化压力; cs-泵入口处速度。,为了保证离心泵安全运转而不发生汽蚀，要求吸上真空度HsHsmax,即使用允许吸上真空度: Hs=(Hs)max-0.5 m HsHs 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 NPSHaNPSH 或 HsHs 离心泵不发生汽蚀的条件确定泵的允许几何安装高度,使HgHg。,4.3.1.3提高离心泵抗汽蚀性能的措施 (1)提高离心泵本

7、身抗汽蚀性能-NPSHr 改进泵的吸入口至叶轮叶片入口附近的结构设计 增大叶片入口宽度b1，b1,则w1； 将叶片进口边向吸入口延伸,使液流提前增加能量; 采用长短叶片叶轮,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1和2有所减小。 采用前置诱导轮 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。, 采用双吸式叶轮 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

8、一倍。 采用抗汽烛的材料 选用抗汽蚀性能强的材料制造叶轮,以延长使用寿命。 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。 如果条件许可,可减少泵的转速及流量.,(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HgHg; 将吸上装置改为倒罐装置,使Hg减小; 减少泵前管路上的流动损失HA-S ;,4.3.2离心泵的性能及调节 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: 泵一定,n 一定,仅有一组H-qv,N-Qv,-qv曲线; 泵内流动复杂,性能曲线要由实验获得;

9、实验条件: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 指管路一定时,液体流过管路需要外界给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)造成泵不稳定工作需要两个条件： 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

10、放能量的部分。,4.3.2.2离心泵运行工况的调节 (1)改变泵特性曲线的调节 转速调节 切割叶轮外径调节 泵的并联或串联调节 改变前置导叶叶片角度调节 改变半开式叶轮叶片端部间隙调节 (2)改变装置特性曲线的调节 改变泵出口调节阀-闸阀调节 液位调节 旁路分流调节,4.3.4相似理论在泵中的应用 4.3.4.1泵的相似条件 两台泵流动相似应具备几何相似和运动相似, 而运动相似仅要求叶轮进口速度三角形相似。 符合相似条件的泵称为相似泵. 4.3.4.2相似定律和比例定律 二台几何相似泵,如在对应点A,A的流动相似,则该对应工况点A,A称为相似工况。 (1)相似定律 两泵在相似工况下的性能参数符

11、合相似定律表达式。,式中: l为尺寸比例系数。 相似定律表达式.,说明: 相似定律反映了二台几何相似泵,在相似条件下,性能参数H,qv,N之间的换算关系。 可用于设计新泵,即相似设计。 可进行性能换算。 相似定律只解决了性能换算的问题,而不能用于判别相似泵。 (2)比例定律 同一台泵, 在不同转速下相似工况的性能参数与转速之间的关系式为:,比例定律是相似定律的一种特例。 比例定律表示了同一台泵在不同转速下,相似工况点的qv,H,N与n的关系. (3)相似抛物线,4.3.4.4比转数 (1)比转数 比转数用来判别离心泵工况相似的相似准数。 如果在几何相似泵中能用性能参数之间的某一综合参数来判别是

12、否为相似工况，则不必证明运动相似，即可方便地应用相似定律,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; 双吸泵的叶轮流量除以2，多级泵扬程除以级数。,(3)比转数的性质 说明几何相似泵,在相似工况下,ns是相等的,所以,可作为几何相似泵的工况相似判别数。 ns是工况的函数,不同的工况,ns不同,为方便起见,取最高效率点下的H,qv值代入计算ns。 ns与叶轮形状,叶片形状及性能曲线有关,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: 说明几何相似,运动相似的泵,C是相等的,所以,可作为泵汽蚀性能的判别数。 C

13、是工况的函数,为方便起见,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,只需要研究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，可采用切割叶轮外径的办法，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化关系，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。,使用切割定律的切割量不能太大,经验表明，允许的最大相对切割量与比转数ns 有关，表4-4为叶轮