2-2-离心泵教学课件

1、第二节 离心泵,离心泵的外观,动画演示,一、离心泵的结构和工作原理,(1) 叶轮,叶片(+盖板),1. 主要部件,动画演示,动画演示,4-8个叶片（前弯、后弯，径向）,液体通道,前盖板、后盖板，无盖板,闭式叶轮,半开式,开式,液体入口中心(轴向),(2) 泵壳：,泵体的外壳，包围叶轮,截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道,液体出口切线(径向),(3) 泵轴：垂直叶轮面，叶轮中心。,按吸液方式不同，叶轮可以分为 单吸式和双吸式叶轮两种。,动画演示,动画演示,动画演示,动画演示,2. 离心泵的工作原理,（1）原动机轴叶轮，旋转,离心力,叶片间液体,由中心外围,液体被做功,动能,高速离开叶轮,动画演示,（2

2、）泵壳：,液体的汇集与能量的转换装置,（动静）,（3）吸上原理与气缚现象,叶轮中心低压的形成,p,若泵内有气，则,泵入口压力,液体不能吸上,气缚现象,故离心泵在启动前必须灌泵,液体高速离开,（4）轴封的作用,（5）平衡孔的作用,消除轴向推力,（6）导轮的作用,减少能量损失,动画,工作视频,（1）流量qv、qm：,单位时间泵输送的液体体积或质量,（2）压头(扬程)H：,物理意义:1N流体通过泵获得的机械能。,J/N, m,Q、叶轮结构、尺寸和n有关,（3）轴功率P：,单位时间原动机输入泵轴的能量,有效功率Pe：,单位时间液体获得的能量,二、离心泵的基本参数及方程,1. 基本参数,汽蚀余量（Net

3、 Positive Suction Head）， 也叫净正吸入头 。,（5）NPSH,（4）总效率：,指有效功率与轴功率的比值，其定义为,2.速度三角形,对于两个叶片之间的任意点都可以定义速度三角形，如图2-3所示。其中包含三个速度： 当地周向速度， 其中 为叶轮角速度， 为该处半径。 相对速度，其方向与相对坐标系下的流线相切。 绝对速度，即前两个速度 和 的矢量和。,图2-3 叶轮速度三角形,叶片形状分三种,叶片形状对理论压头的影响,图为 叶片形状对理论压头的影响,前弯叶片所产生的理论压头最大，但实际中使用的都是后弯叶片（90）。,离心泵的HTqV关系,希望得到的是静压头,不是动压头。液体从

4、叶轮获得的静压头与动压头的比例随2变化。,结论：为提高泵的运转经济指标，采用后弯叶片有利。,3.基本方程, 连续方程 叶轮内的一维定态流动的连续性方程为：,若为不可压缩流体则有：,、,式中,qm、qv 叶轮内的质量流率和体积流率。,A1、A2是叶轮进出口垂直于 vm1、vm2 的有效面积。, 能量方程,不考虑流动阻力损失，则通过Bernoulli方程， 可得液体获得的总压头为：,总压头H包括液体的静压头增量 HS和动压头增量 HD。,其中静压头增量又由两部分作用组成：,离心力做功。液体获得的这部分压头可表示为：,式中 F为单位体积液体所受离心力，即：,能量转换。 因为叶片间流通面积扩大，导致的

5、动压能向静 压能转化产生的压头可以表示为 。,因而总压头可由下式计算：,根据速度三角形中的几何关系：,最后得到离心泵的基本方程式为：,为提高压头 H,常使1=90,则有：,1.离心泵的特性曲线,HqV,PaqV,qV,厂家实验测定 产品说明书,20C清水,通常是在额定转速和标准状态（20C）下用清水的测定值，泵的特性曲线有三组：,将离心泵的H、Pa、与qV之间的关系曲线称为离心泵的特性曲线。,实际特性曲线测定,三、离心泵的特性曲线,离心泵的特性曲线, qv曲线：小qv，；大qv，。,说明：,Heqv曲线， qv，He。 qv很小时可能例外,Pa qv曲线： qv，Pa。大流量大电机功率,因此，

6、启动离心泵时一定要关闭出口阀,并注意泵的铭牌与max对应的性能参数,故泵选型时需考虑He、qV与max,qV随变化曲线使泵操作条件下具有：,工程上将max点定义为泵的额定点，对应的流量称为额定 流量。一般将低于max7%以内范围的工作区域称为高效区。,max,2.特性曲线的变工况修正, 流体性质（、）：,密度：, , (Pa、Pe) ,（He，qv ，）与无关；,粘度：, 则,工作流体较20水差别大时,参数和曲线变化, 转速n比例定律：,比例定律是对用同一泵输送同种液体时，在等效率 条件下推导出的。要求：n/n 20%,Hf ，He，qv，Pa, 叶轮直径D切割定律,对用于输送同一液体的相同型

7、号的离心泵， 当叶轮直径D的切割量5%时，其效率不变。此时，特性曲线变化符合切割定律：,1. 汽蚀现象,四、离心泵的可靠运行,安装高度：,问题：,液面到泵入口处的垂直距离(Hg),安装高度有无限制？,Hg，则p1,当p1pv，,叶轮中心汽化汽泡,被抛向外围,凝结局部真空,压力升高,周围液体高速冲向汽泡中心, 撞击叶片(水锤),伴随现象,泵体振动并发出噪音,He, qv , 严重时不送液,长时间水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片,对0-01-1截面列B.E. ：,汽蚀现象,动画演示,临界汽蚀余量(NPSH)c与必需汽蚀余量(NPSH)r 1-1截面至K-K截面列B.E.,当qv一定时，p1降低， pk

8、也相应降低，当泵内刚发生汽蚀时， pk=pv， p1= p1，min,安装高度 ，汽蚀,问题：如何确定Hg的上限,2.汽蚀余量（NPSH）,也称净正吸入压头(net positive suction head，即NPSH),实际汽蚀余量：,当qv一定而且流动已进入阻力平方区时，临界气蚀余量(NPSH)c只与泵的结构有关，即泵的一个抗汽蚀性能参数。此时必需气蚀余量：,临界汽蚀余量：,3. 最大安装高度Hg,max与最大允许安装高度Hg,0-0至K-K截面列B.E.,最大允许安装高度Hg,（5）允许吸上真空度：指泵入口处压力p1允许达到的最大真空度，通常由厂家测定。,（1）汽蚀现象产生的原因： 安

9、装高度太高； 被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高； 吸入管路阻力或压头损失太高。,4. 讨论,（3） Hg,maxqv。 qv，则Hg,max，保险 用可能的最大qv计算Hg,max；,（2）计算出的Hg,max0时, 低于贮槽液面安装；,（4）安装泵时为保险， Hg比Hg,max还要小0.5至1米；,单级泵；多级泵,单吸泵；双吸泵,动画演示,动画演示,问题： 工作时，qv, He, Pa, =? 1.离心泵的工作点,五、离心泵的工作点和调节,例题2-1 某输水泵在n=1480rpm下的特性方程为：H=38 40Q2，管路特性方程为：H=18+460Q2，Q-m3/min。试求： (1) 该

10、泵的工作流量Q与扬程H (2) n=1700rpm时的流量Q与扬程H (3) n时若轴功率为3.2kW，则该泵的效率=？,解：(1) 联立泵与管路特性方程，可得：,H=38 40Q2,H=18+460Q2,与管路特性方程联立，可得：Q= 0.253m3/min；H= 47.4m,(2) 根据泵流量调节比例定律，有：,则该泵在n转速下的特性方程为：,化简，得：,故该泵的工作流量Q与扬程H为： Q= 0.2m3/min；H= 36.4m,(3),=Pe/Pa=1.96/3.2=61.3%,泵装于管路 工作点（He ,qv) qv =泵供流量=管路流量 He=泵供压头=流体的压头,说明： 工作点泵的

11、特性&管路的特性 工作点确定：联解两特性方程作图，两曲线交点,工作点（qv,He,Pa,） 泵的实际工作状态,【例2-2】 如例题附图所示，某供液系统的输水量为40m3/h，输水管均为894.5mm的钢管，已知水泵吸入管路的阻力损失为0.47m水柱，压出管路的阻力损失为0.8m水柱，压力表的读数为0.245MPa，两表间高度差为0.3m且阻力损失可忽略，泵距输水液面的垂直距离为5m。若当地大气压为750mmHg，试求： （1）该泵吸入管路上真空表的读数； （2）该泵的扬程； （3）若该泵的效率65，求其轴功率。,例2-2附图,解：（1）由题意，知管内流速为：,对1-1截面至2-2截面之间列机械

12、能衡算式，可得：,以1-1截面为基准面，则：z1=0，z2=5m，p1= 0（表）， u10，u2=2.21m/s，Hf(1-2)=0.47m。则有：,因此，吸入管路上真空表读数为：p2= 56.0kPa=420mmHg,（2）在压力表22截面与真空表33截面列Bernoulli方程， 若以1-1截面为基准面，则：z2=5m，z3=5.3m，p2= 56.0kPa， p3=245kPa（表），u2=u3=u，,故泵的扬程为：,（3）根据泵轴功率的定义，当泵效率为65时，则所求 泵的轴功率为：,关小出口阀 le 管特线变陡 工作点左上移 He，qv 开大出口阀 le 管特线变缓 工作点右下移 H

13、e，qv,2. 流量调节,改变流量,改变泵的特性,改变工作点,改变管路特性,（3）车削叶轮直径,（2）改变叶轮转速改变泵的特性 n泵Heqv曲线上移工作点右上移，He，qv,泵的流量Q额时，为节能采用,（1）改变出口阀开度管路特性,3、泵的串联与并联 并联泵的合成特征曲线,两台完全相同的泵并联，在相同扬程H的条件下，并联组合泵的流量qv为单台泵的2倍，即：, 串联泵的合成特征曲线,两台完全相同的泵串联，在相同qv的条件下，串联组合泵的压头为单台泵的2倍，即：, 泵的组合方式的选择,若以增大流量为目的，对低阻管路，并联比串联获得的qV增量多，并联优于串联；反之对高阻管路，串联则优于并联。,六、离

14、心泵的类型与选用,1.离心泵的类型,按输送液体的性质不同，可分为：,清水泵：输送清水或相近、无腐蚀、杂质较少的液体。特点：结构简单，造价低。最常用的清水泵是单级单吸式的，系列代号为IS，如：,泵 IS 50 - 32 - 250 表示：,吸入管直径,压出管直径,叶轮尺寸,清水泵标准的另一形式,如:4B91-2900-55,输水管直径,扬程,转速,电机功率,动画演示,杂质泵：输送含有固体颗粒的液体、及稠厚的浆液， 叶轮流道宽，叶片数少。 系列代号P,油泵：输送石油产品的泵，要求有良好的密封性。 系列代号Y,2.离心泵的选用,(1)根据液体的性质确定泵的类型；,(2)确定管路流量和所需外加压头； qV最大生产任务要求，He管路的特性方程,耐腐蚀泵：输送酸、碱、盐等腐蚀性的液体，用耐腐蚀材料制成，要求密封可靠。 系列代号 F,(3)根据所需qv和He确定泵的型号； 查性能表或曲线，要求泵的HT和qv与管路所需相适应； 若需qv有变，以最大qv为准，He应以最大qv值查找； 若泵的HT和qv与管路所需不符，在相邻型号中找HT和qv都