流体机械离心泵

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1、泵,过程流体机械,机械设备,4 泵,4.1 泵的分类及用途 4.2 离心泵的典型结构及工作原理 4.3 离心泵的工作特性 4.4 其他泵的概述 4.5 泵的选用,定义： 泵是把机械能转换成液体的能量，用来增压输送液体的机械 输送介质： 水、油、酸、碱、浆料、有机溶液、石油产品、液态金属等 用途： 水利工程、农田灌溉、化工、石油、采矿、造船、城市给排水和环境工程、原子能发电、舰艇的喷水推进、火箭的燃料供给等方面。,4.1 泵的分类及用途,4.1.1、泵的定义和用途,用途,4.1.2、泵的分类,按泵的工作原理和结构形式可分为：,离心泵的基本构成,泵壳起收集液体和降速扩压的双重作用,4.2 离心泵的

2、典型结构与工作原理,1. 主要部件：,2. 过流部件：, 吸入室：, 叶 轮：,叶轮、吸入室、蜗壳（压出室）或导叶、诱导轮、 轴封、口环、轴承箱（支架）、平衡盘。,在叶轮进口前，作用是把液体从吸入管引到叶轮 要求：流动损失小、流入叶轮的流体速度分布均匀,离心泵中唯一的做功元件！,离心泵的关键部件；液体在叶轮中得到能量， 提高速度和压力，即能头。 要求：在最小流动损失的情况下使单位质量液体获得较高能头。, 蜗 壳：,位于叶轮出口之后，收集叶轮中流出的液体；并按一定要求送入下一级进口或排出口管；转换能量把叶轮中流出的高速液体的动能转化为压力能。 要求：流动损失越小越好。,4.2.1离心泵的基本构成

3、,叶轮：作功部件,结构型式：,闭式：输送不含杂质的液体，效率高；造价高 半开式：输送易于沉淀或含有固体颗粒的液体 开式：输送沙浆、污水、含纤维液体；效率低，叶片数可少到2-4片,蜗壳与导叶：离心泵转能装置,蜗壳（螺旋形泵体）是单级泵转能装置，其形状应使流体流过的损失小，并且断面逐渐扩大,3.密封装置 为了保证泵的正常工作，应当防止液体外漏、内漏或外界空气吸入泵内，因此必须在轮与泵壳间、轴与壳体间都装有密封装置。,机械密封简图 1-静环；2-动环；3-弹簧； 4-传动弹簧座；5-固定螺钉； 6、8-密封圈；7-防转销； 9-压盖,软填料密封装置 1-套筒；2-填料；3-封漏环；4-压盖；5-填料

4、盒,1. 按液体吸入叶轮方式, 单吸式泵 双吸式泵,2. 按叶轮级数, 单级泵：只有一个叶轮 多级泵：一轴上串有两个以上的叶轮,3. 按壳体剖分方式, 中开式泵：通过轴水平线水平分开多为蜗壳 。 分段式泵：垂直于轴平面分开，导叶式。,4.2.2 离心泵的分类,4. 按泵体形式, 蜗壳式 双蜗壳式：平衡径向力，双蜗壳或双层蜗室 筒式泵：双层泵壳，外层承压，内筒起蜗室的 作用。,5. 按输送介质,清水、油泵、耐腐蚀泵、液态烃泵、医药泵 冷凝水泵、油浆泵、泥浆泵、污水泵、饮料泵。,4.2.3 离心泵的命名方式,优点： 排量大、平稳均匀。 结构简单、紧凑，尺寸小，重量轻。 易损件少，检修、管理和使用方

5、便。 可与高速电机直接驱动，速度越高，压头越高。 容易实现多级，满足高压头。 如：高压水泵：11级，H=2300 m,4.2.4 离心泵的特点,缺点： 不适应小流量工况。 同功率下没有往复式泵的压力高。 输送高粘度、含砂、杂质液体的问题多。 泵吸入管与泵腔内需要灌满液体后启动。,4.2.5 离心泵的工作原理,离心泵装置简图,1 泵 2 吸液罐 3 底阀 4 吸入管路 5 吸入管调节阀 6 真空表 7 压力表 8 排出管调节阀 9 单向阀 10- 排出管路 11- 流量计 12- 排液罐,菜单,底阀的作用?,需要强调指出的是: 若在离心泵启动前没有向泵壳内灌满被输送的液体，由于空气密度低，叶轮旋

6、转后产生的离心力小，叶轮中心区不足以形成吸入贮槽内液体的低压，因而虽启动离心泵也不能输送液体。这表明离心泵无自吸能力，此现象称为气缚。（容积泵每次运行前是否需要灌泵？） 吸入管路安装单向底阀是为了防止启动前灌入泵壳内的液体从泵壳内流出。空气从吸入管道进到泵壳中都会造成气缚。,1. 启动前：灌泵。,2. 启动后：,泵启动前为什么要灌满液体？,思考：,液体未灌满,气液,离心力甩不出气体,叶轮中心的真空度不够,吸不上液体,泵无法正常工作,未灌满 底阀漏液 其它地方泄漏,流量 Q 扬程 H 转速 n 功率 N 效率 其他（hr、Hs、ns）,4.2.6 离心泵的主要工作参数,1. 流量：单位时间内输送

7、的液体量。,用的较多,2.扬程：单位质量的液体经过泵压获得的有效能头，,即总扬程。常用H，单位 J/kg、m液柱。 （J=Nm）, 在已知管路中输送一定的流量时，计算泵所需要的扬程。,扬程的工程计算：两种情形,泵给出的扬程（能头）H = 输送液体消耗的能头。,（1-1 ）,pB,pA：进出口管液面压力 pa；：液体密度 kg/m3 进出口相同 cA,cB：进出口管液面平均流速 m/s；hf：阻力损失J/kg。（不计泵内损失）, 计算运转中的泵的实际扬程。泵出入口的能量方程：,J/kg （1-2）,进出口直径相同或相差很少时cS=cD,J/kg （1-3）,pS,pD：泵进出口液面压力，pa；Z

8、SD：进出口垂直距离m ； cS,cD：泵进出口罐液面平均流速 m/s；进出口直径相同或相差很少时cS=cD,pB,pA : pa。 : kg/m3 进出口相同 cA,cB: 进出口罐液面平均流速 m/s； hf : 阻力损失J/kg。(不计泵内损失),pS,pD ZSD：进出口垂直距离 cS,cD：进出口罐液面平均流速 m/s 进出口直径相同或相差很少时cS=cD,CUPC 2019/11/10,pS,pD ；ZSD：进出口垂直距离 cS,cD：进出口罐液面平均流速 m/s 进出口直径相同或相差很少时cS=cD, 实际工程应用中，泵的扬程常用“米液柱”来表示。,米液柱 ：每公斤重量液体获得的

9、能量。,即：, 国际单位制：泵的扬程用“J/kg ”来表示。,则以上（1-1）、（1-2）、（1-3）为：,扬程与压差关系 ：,m （1-3）,m （1-1）,m （1-2）, 提高位高； 克服阻力； 增加液体静压能和速度能,H是液体获得的能量，不是简单的排送高度！,特别注意！,H,由能量方程显然可以看出,m （1-1）,3. 转速n：每分钟旋转速次数,单位：rpm，或r/s,一般离心泵转速970 rpm、1450 rpm、2950 rpm； 高速离心泵的转速可达 30000 rpm以上。,4. 功率：单位时间内所做的功。,单位：,工程单位：1 kW=1000 W,单位时间内泵输送出去的液体有

10、效能头。,kW （1-4）,泵轴输入的功率。,轴功率N:原动机传送给泵轴的功率,有效功率Ne：是指液体从叶轮获得的能量,有效功率Ne,轴功率N,指示功率Ni,指示功率Ni：泵轴传给叶轮的功率,N：泵输入功率 （轴功率） Ne：液体得到功率（有效功率）,离心泵的基本性能参数一般都标注在泵的铭牌上。 例： 离心式清水泵 型号 12SH28A 转 速 1450r/min 扬程 10米 效 率 78% 流量 684m3/h 轴功率 28KW 允许吸上真空高度 4.5米 重 量 66Kg,4.2.7 离心泵的基本方程,一、液体在叶轮中的流动规律速度三角形 二、描述离心泵内液体流动的三个基本方程式 三、泵

11、使液体获得能头的分析 四、叶片形式对能头的影响 五、有限叶片下液体理论扬程,内容：研究叶轮与流体之间的能量传递过程； 确定泵使液体获得有效能头,4.2.7.1液体在叶轮中的流动速度三角形,两点假设：, 通过叶轮的液体为理想液体，即液体在叶轮内流 动时无能量损失。, 液体在叶片中间流动是轴对称： 每个液体质点在流道内相对运动轨迹与叶片曲线形状一致，在同一半径上液体质点的相对速度大小相同，液流角相等。,(a) 相对运动,液体在叶轮中的流动较为复杂，根据理论力学，液体在叶轮中的复杂运动可以通过相对运动和牵连运动来合成。,(c) 绝对运动,(a) 相对运动,(b) 圆周运动,由此做出叶轮中任一液体质点

12、的三个速度矢量，组成一个封闭的三角形，称速度三角形。,图4-8 速度三角形,(c) 绝对运动,图4-8 速度三角形,符号说明（教材上都有）,A又叫叶片入口角； 理想情况下A=； 叶轮出口2A叫叶片离角。,速度三角形是研究叶轮内流体流动的重要工具，是重要的研究对象。分析泵的性能、确定叶轮进出口几何参数都要用到它。,如何作出速度三角形？,入口： c1u=0 出口：2=2A,阻塞系数 0.90.95,符号说明（教材上都有）,图1-11 叶轮叶片进出口速度三角形,4.2.7.3描述离心泵内液体流动的三个的基本方程式,连续性方程 欧拉方程 伯努利方程,在泵中用体积流量Q表示的 连续性方程如下：,fi 、

13、 fj 任意过流截面的面积； ci 、cj 液流绝对速度在垂直于该过流 截面的投影，m/s。,叶轮进出口截面的体积流量为：,进口,出口, 连续性方程式,利用动量矩定理推导基本能量方程，从而建立叶轮对液体所做的功与液体运动状态之间的关系。,据动量矩定理：,外力对O轴的力矩之和,液流对O轴的动量矩,二 欧拉方程式,取轴O为叶轮轴，求：,分析对象,由连续性方程，有,二 欧拉方程式,CUPC 2019/11/10,定常流动条件下，应有：,二 欧拉方程式,将动量矩对时间求导：,由动量矩定理：,二 欧拉方程式,合并,二 欧拉方程式,欧拉公式 （重要！）,轴向吸入的离心泵， 液流在叶轮入口无预旋：,蜗形吸入

14、的离心泵 ：,简化,二 欧拉方程式,结 论,二 欧拉方程式,与进出口速度有关，即D、n、QT有关；,与液体性质无关，对每公斤质量的介质所给能量相同水，汽，油。,叶片进出口伯努利方程：,（1-8）,即：,二伯努利方程,泵扬程是什么意义？说泵扬程50m，是否可把介质送到高50m？, 复习力学中的动量矩定理。, 扬程与压差的关系，分别以m表示、J/kg。, 泵效率的含义。, 熟练掌握速度三角形，u，c，cr，cu。, 欧拉公式几种表示：,思考题,4.2.8 液体获得能头分析,内容：结合速度三角形，利用三个基本方程式来对泵内液体所获得的能头进行分析。,泵使液体获得能头的分析,叶片进出口伯努利方程：,静

15、压能头,速度能头,位高能头,能头 增量, 离心泵的理论能头,（1-8）,叶片进出口位高,一般取z1z2,伯努利方程,速度能头,能头 增量,伯努利方程：,欧拉方程：,分析：,Hpot：,Hdyn：,速度损失,希望 pot、Hdyn。,potential dynamic,速度提高。,克服流动阻力，提高位高及压力。,69,4.8.1.2 离心泵的理论能头影响因素分析,（1-7b）,欧拉方程式的近似形,前述：,70,（1）叶轮直径、转速对能头影响分析,当叶片尺寸（b2、2）和理论流量QT一定时，,分析：,分析：,（2）叶片的几何形状对能头影响分析,(a)后弯型叶片,(b)径向叶片,(a)前弯型叶片,与QT成向下的斜直线,与QT是一水平线,与QT成向上的斜直线,2.2A=900, B=0 =A(常数)：,1. 2A900 , B0：,3. 2A0：,A,B,分析：,（2）叶片的几何形状对能头影响分析,分析结果：在三种叶片中，前弯型叶片产生的能头最高。,？,但在实际工业应用中，离心泵绝大多数都不采用前弯而是采用后弯型叶片。,前述：,其中：,入口无预旋,轴面速度 变化不大,速度分解定理（直角分解）,相对而言,QT、D、n不变,分析：,可知,2A,R, 液体所获静压能头