核电厂通用机械设备之二——泵PPT课件.ppt

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1、核电厂通用机械设备之二泵教员吕云彪 核电站员工基础理论培训教材 1 2 1 泵的功能 2 1 1提升作用 提高液体势能 静压能 和动能 流速 即扬程 2 1 2抽吸作用 可将低液位贮槽或水池的液体吸入泵中即吸程 2 2 2 泵的类型 2 2 1叶片式泵 1 离心泵 2 轴流泵和混流泵 3 漩涡泵 4 屏蔽泵2 2 2容积式泵 1 往复泵 2 回转泵 3 计量泵2 2 3其它非机械能转换泵 1 喷射泵 2 扬液器 3 2 3 离心泵 离心泵的工作原理 由于离心泵有 汽缚 现象 因此离心泵在启动前应向泵壳内要灌满液体 泵叶轮高速旋转 充满在叶片之间的液体也随着转动 在离心力 的作用下 液体从叶轮中

2、心被抛向外缘 使叶轮外缘的液体静压强提高 同时也增大了流速 一般可达15 25m s 即液体的动能也有所增加 液体离开叶轮进入泵壳后 由于泵壳中流道逐渐加宽 液体的流速逐渐降低 又将一部分动能转变为静压能 使泵出口处液体的压强进一步提高 于是液体以较高的压强 从泵的排出口进入排出管路 输送至所需的场所 4 离心泵 离心泵的工作原理 当泵内液体从叶轮中心被抛向外缘时 在中心处形成了低压区 当贮槽液面上方的压强大于泵吸入口处的压强后 在压强差的作用下 液体便经吸入管路连续地被吸入泵内 以补充被排出液体的位置 只要叶轮不断地转动 液体便不断地被吸入和排出 由此可见 离心泵之所以能输送液体 主要是依靠

3、高速旋转的叶轮 液体在离心力的作用下获得了能量以提高压强 气缚 叶轮 泵壳 轴封 轴 驱动 电机 基本组成部件 5 2 3 1离心泵的结构 离心泵由以下部件构成 1 叶轮2 泵壳和导叶装置3 轴和轴承4 密封装置 6 2 3 1 1叶轮 1 a 闭式叶轮 叶片两侧带有前盖板2及后盖板3的叶轮 液体从叶轮中央的入口进入后 经两盖板与叶片之间的流道而流向叶轮外缘 在这过程中液体从旋转叶轮获得了能量 并由于叶片间流道的逐渐扩大 故也有一部分动能转变为静压能 b 半闭式叶轮 吸入口侧无前盖板的叶轮 c 开式叶轮 没有前 后盖板的叶轮 半闭式与开式叶轮可用于输送浆料或含有固体悬浮物的液体 因取消盖板后叶

4、轮流道不容易堵塞 但由于没有盖板 液体在叶片间运动时容易产生倒流 故效率也较低 7 2 3 1 1叶轮 2 单级双吸叶轮 8 2 3 1 2泵壳和导叶 离心泵的泵壳 壳内有一截面逐渐扩大的蜗牛壳形通道 如图2 2 4的1所示 又称蜗壳泵壳不仅作为一个汇集由叶轮抛出液体的部分 而且本身又是一个转能装置 叶轮在壳内顺着蜗形通道逐渐扩大的方向旋转 愈接近液体出口 通道截面积愈大 因此 液体从叶轮外缘以高速被抛出后 沿泵壳的蜗牛形通道而向排出口流动 流速便逐渐降低 减少了能量损失 且使部分动能有效地转变为静压能 所以导轮 在叶轮与泵壳之间有时还装有一个固定不动而带有叶片的圆盘 如图2 2 4中的3所示

5、 由于导轮具有很多逐渐转向的流道 使高速液体流过时能均匀而缓和地将动能转变为静压能 减少了液体直接进入蜗壳时的碰撞 因而减小能量损失 9 2 3 1 3密封装置 泵轴与泵壳之间的密封称为轴封 轴封的作用是防止高压液体从泵壳内沿轴向外泄漏 或者外界空气以相反方向向泵内流入 轴封有填料密封和机械密封两种 叶轮与泵壳之间的密封称为密封环 主要通过两者之间的间隙来形成水密封环 密封环 10 轴封装置 泵轴与泵体之间的密封 轴封装置有填料密封和机械密封两种 压力填料密封 真空填料密封 编织物填料的材料 1 输送冷水时 使用棉花 或涂油的麻做编织物 2 输送热水时 使用石墨石棉 或浸有二硫化钼的石棉做编织

6、物 3 输送酸时 使用涂石蜡石棉做编织物 11 轴封装置 机械密封 静环固定在泵体上 并与泵体密封 动环环固定在泵轴上 并与泵轴密封 密封面 靠动环后的弹簧压紧 动环一般用硬材料 如高硅铸铁或由堆焊硬质合金制成 静环用非金属材料 一般由浸渍石墨 酚醛塑料等制成 这样 在动环与静环的相互摩擦中 静环较易磨损 但从机械密封装置的结构看来 静环易于更换 动环与静环的密封圈常用合成橡胶或塑料制成 机械密封装置安装时 要求动环与静环严格地与轴中心线垂直 摩擦面要很好地研合 并通过调整弹簧压力 使端面密封机构能在正常工作时 于两摩擦面间形成一薄层液膜 以造成较好的密封和润滑作用 12 2 3 2离心泵的轴

7、向推力 2 8 1离心泵轴向推力产生的原因 主要是由于离心泵的叶轮结构所致 其前后盖板的几何形状不对称而产生轴向力 假设液体压力为 叶轮出口处的压力 P2 4bar 叶轮进口处的压力 P1 0 5bar 及 S1 2000cm2S2 1300cm2S3 400cm2 则最终向左的轴向力为2600kg2 8 2离心泵轴向推力危害 将使轴承和叶轮产生不正常的磨损而导致离心泵的损坏 离心泵轴向推力的平衡方法 1 采用平衡小室 见图2 5 33 2 采用双面叶轮平衡 3 采用平衡盘装置 见图2 5 35 4 采用平衡鼓装置 见图2 5 36 13 2 3 2离心泵的轴向推力 续 14 2 8离心泵的轴

8、向推力 续 平衡盘装置和平衡鼓装置一般用于多级泵上 设置在最后一级的叶轮上以平衡多级泵的轴向力 采用双面叶轮平衡 双面叶轮一般用在多级泵轴向尺寸不受限制的场合 每级叶轮的外形完全对称 使受压面积相等 叶轮吸入口处的压力用平衡小室进行平衡 因此每级叶轮都没有轴向推力产生 15 2 4 离心泵的基础理论 16 2 4 1离心泵的理论方程式 假设 1 叶轮内叶片的数目为无限多 因此叶片的厚度就为无限薄 从而可以认为液体质点完全沿着叶片的形状而运动 即液体质点的运动轨迹与叶片的外形曲线相重合 2 输送的是理想液体 因此在叶轮内的流动阻力可以忽略 17 2 4 1 1速度三角形 w 液体质点有在叶片间作

9、相对于旋转叶轮的相对运动u 液体质点具有一个随叶轮旋转的圆周速度c 流体质点相对于泵壳 固定于地面 的运动速度 绝对速度 18 2 4 1 2力矩定义 以速度三角形为基础 以力矩定义为依据的推导离心泵理论方程式 力矩定义 在稳定流动中 单位时间内叶轮对液体所作的功等于同一时间内液体从叶片进口处流到叶片出口处的力矩变化和叶轮旋转角速度的乘积 稳定流动 是指当水泵的流量和速度不随时间而变化时 叶轮前后的流动为稳定流动 力矩 质量流量 绝对速度 绝对速度对旋转中心的距离 2 3 6 C2 19 2 4 1 3离心泵基本方程式 离心泵基本方程式 2 3 9 C2 20 2 4 1 4离心泵基本方程式的

10、变换1 21 离心泵基本方程式的变换2 2 3 9b Hp 由于叶轮作旋转运动所增加的静压头 由于叶片间的流道截面积逐渐加大 致使液体的相对速度减小所增加的静压头 Hp 液体流经叶轮后所增加的动压头 2 3 9c 22 离心泵基本方程式的变换2 2 3 9d C2 表示离心泵的理论压头与理论流量 叶轮的转速和直径 叶片的几何形状之间的关系 23 2 4 1 5离心泵基本方程式分析1 离心泵的理论压头与叶轮的转速和直径的关系 当叶片几何尺寸 b2 2 与理论流量一定时 离心泵的理论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大 24 离心泵基本方程式分析2 离心泵的理论压头与叶片几何形状的关系 当叶轮的转速

11、与直径 叶片的宽度 理论流量一定时 离心泵的理论压头随叶片的形状而改变 后弯叶片 20 如图2 3 3 a 所示 后弯叶片 2 90 ctg 2 0 如图2 3 3 所示 后弯叶片 2 90 ctg 2 0 如图2 3 3 c 所示 25 离心泵基本方程式分析3 对于离心泵来说 希望获得的是静压头 而不是动压头 虽有一部分动压头可在蜗壳与导轮中转换为静压头 但由于液体流速过大 转换过程中必然伴随有较大的能量损失 为提高泵的运转经济指标 采用后弯叶片 2 90有利 26 离心泵基本方程式分析4 离心泵的理论压头与理论流量的关系 若离心泵的几何尺寸与转速一定时 则式2 3 9d中b2 2 u2 D

12、2均为常数 则 2 90 2 90 2 90 2 90 2 90 离心泵的理论特性曲线 27 2 4 1 6离心泵的实际压头与实际流量的关系曲线 实际叶轮的叶片都是有限的 液体在两叶片之间的流道内流动时 除紧靠叶片的液体沿叶片弯曲形状运动外 大量液体不能随叶片形状而运动 而是在流道中产生与叶轮旋转方向不一致的旋转运动 这运动称为轴向涡流 直接影响到速度三角形 从而导致泵的压头降低 所以有限叶片的理论压头小于无限多叶片的理论压头 而且泵输送的是实际液体 在泵内流过时必然伴随有各种能量损失 也导致泵的实际压头降低由于泵内有各种泄漏现象 离心泵的实际流量小于理论流量 离心泵的实际压头与实际流量的关系

13、曲线在理论特性曲线的下方 28 2 4 2离心泵的主要性能参数 1 流量离心泵的流量又称为泵的送液能力 是指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积 以Q表示 单位常为l s或m3 h 离心泵的流量取决于泵的结构 尺寸 主要为叶轮的直径与叶片的宽度 和转速 2 压头离心泵的压头又称为泵的扬程 是指泵对单位重量的液体所提供的有效能量 以H表示 单位为N m N m 离心泵的压头取决于泵的结构 如叶轮的直径 叶片的弯曲情况等 转速和流量 对于一定的泵 在指定的转速下 压头与流量之间具有一定的关系 由于液体在泵内的流动情况比较复杂 目前尚不能从理论上对压头作精确的计算 一般用实验测定 3 效率在输送

14、液体过程中 外界能量通过叶轮传给液体时 不可避免地会有能量损失 故泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得 通常用效率 来反映能量损失 4 轴功率离心泵的轴功率是泵轴所需的功率 当泵直接由电动机带动时 也就是电动机传给泵轴的功率 以N表示 单位为J s W或kW 有效功率是排送到管道的液体从叶轮所获得的功率 以Ne表示 5 转速离心泵的转速是指叶轮的旋转速度 用n表示 转速不同所对应的Q H N也不同 29 效率 离心泵的效率是三种能量损失的总和 容积损失容积损失是由于泵的泄漏所造成的 离心泵在运转过程中 有一部分获得能量的高压液体通过叶轮与泵壳之间的间隙漏回吸入口 或从填料函处漏至泵壳处 也有

15、时从平衡孔漏回低压区 如图2 3 7所示 致使泵排出管道的液体量小于吸入的液体量 并消耗一部分能量 容积损失与泵的结构 液体在泵进出口处的压强差及流量有关 水力损失这种损失发生在泵的吸入室 叶轮流道和泵壳中 一般分为两种 一是由于粘性液体流过叶轮和泵壳时的流速和方向都在改变 产生流动阻力而引起能量损失 另一种是由于输送流量与设计流量不一致时 液体在泵体内产生冲击而损失能量 这两部分损失总称为水力损失 机械损失泵在运转时 泵轴与轴承之间 泵轴与填料之间 叶轮盖板外表面与液体之间均产生摩擦 从而引起的能量损失称为机械损失 30 功率 式中 Q 泵的流量 m3 s H 泵的压头 m 被输送液体的密度

16、 g m3 g 重力加速度 m s2 N Ne 功率 W 31 2 4 3离心泵的特性曲线 离心泵 多为后弯叶片 的压头普遍是随流量的增大而下降 离心泵的轴功率随流量的增大而上升 流量为零时轴功率最小 所以离心泵起动时 应关闭泵的出口阀门 使起动电流减少 以保护电机 离心泵在一定转速下有一最高效率点 称为设计点 泵在与最高效率相对应的流量及压头下工作最为经济 所以与最高效率点对应的N Q H值称为最佳工况参数 离心泵的铭牌上标出的性能参数就是指该泵在运行时效率最高点的状况参数 根据输送条件的要求 离心泵往往不可能正好在最佳工况点下运转 因此一般只能规定一个工作范围 称为泵的高效率区 通常为最高效率的92 左右 32 2 4 4离心泵的比转速 比转速ns是在相似理论的基础上引入的一个表征水泵在效率最高工况下对应的流量Q 扬程H和转速n的特征参数用于新选用或新设计离心泵时的方案的比较 以及确定泵性能的模型实验 这样就可以用几何相似的模型来进行实验 以减少实验规模和费用 定义 比转速ns是指标准模型水泵 效率最高 的转速 标准模型水泵的条件是 H 1m Q 0 075m3 s N 1马力 0