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1、第2章 流体输送,主要内容： 1) 离心泵结构、工作原理与性能参数; 2) 离心泵基本方程; 3) 离心泵效率与压头; 离心泵特性曲线; 4) 离心泵在管路中的工况及组合运转工况分析; 5) 离心泵气蚀现象和安装高度; 6) 离心泵类型与选用简介。,2-1 液体输送机械,2-1-1 离心泵,1.离心泵的基本结构,旋转部件:叶轮 轴静止部件:涡形泵壳 填料函 轴承其他部件:底阀 调节阀 滤网,一.离心泵的工作原理与主要部件,底阀： 防止启动前所灌入的液体从泵内漏失调节阀：开泵、停泵及调节流量时使用, 装在出水管上滤网： 阻拦液体中固体物质被吸入而堵塞管道和泵壳密封环：减少离开叶轮的部分高压液体漏
2、入低压区, 同时也 减少泵内高压液体的外泻及外界空气的渗入。平衡孔：在叶轮后盖板上钻几个小孔, 使后盖板与泵壳之间 的空腔中一小部分高压液体漏回到低压区, 以减少 叶轮两侧的压力差, 平衡一部分轴向推力; 这些小 孔则称为平衡孔。,离心泵结构图,B型离心泵分解动画离心泵结构,2. 离心泵的工作原理,A. 工作原理,(a) 在启动离心泵前泵内灌满被输送的液体, 启动离心泵后, 泵轴带动叶轮一起旋转, 在离心力的作用下, 流体从叶轮中心被甩向外缘的过程中获得了能量, 以很高的速度(15-25m/s)流入泵壳, 最后由排出管输往管道。,(b) 叶轮中的液体被甩出时, 叶轮中心便形成低压, 在吸入侧液
3、面与泵吸入口之间的压差作用下, 液体经吸入管源源不断地流入泵内, 以补充被排出液体的位置。只要叶轮不停地旋转, 液体便被不断地吸入和排出。,离心泵工作原理,B. 气缚离心泵启动前一定要灌满(水) 如果泵内未充满液体，离心泵不能将液体吸入泵内，这一现象称为“气缚”。,C. 叶轮分类 根据叶轮有无盖板，将叶轮分为： 闭式、半闭式、开式 根据吸入方式分为：单吸式、双吸式,二. 离心泵的性能参数,1. 流量 Q体积流量，m3/s,叶轮型式,2. 压头He 又称 扬程 , 表达式为: He = We /g, 单位为m。,3. 有效功率 Ne Ne= QHe g,4. 泵的总效率,2) 容积效率 容积损失
4、是指泵的 液体泄漏 所造成的损失。离心泵的实际流 量与其理论流量的比值称为容积效率 , 用v表示。,1) 机械效率 由泵轴与轴承之间、轴承与填料函之间以及叶轮盖板 外表面与 液体之间产生 机械摩擦 会造成能量损失, 离心泵叶轮实际获得 的机械功与输入机械功的比值称为机械效率, 用m表示。,或 = m v h,3) 水力效率 粘性液体流经叶轮通道和涡壳时产生的摩擦阻力以及在泵局部 处因流速和方向改变引起的环流和冲击而产生的局部阻力, 统 称为水力损失。离心泵输出的流体实际获得的机械功与理想状 况下应该获得的机械功的比值称为水力效率 , 用h来表示。,N 为轴功率,总效率 =机械效率容积效率水力效
5、率, 2-1-2 离心泵基本方程式,一. 液体在叶轮中的运动及其简化假设,1. 叶片数目无限多, 且无厚度 液体被严格地控制在叶片流道内, 沿着叶片的形状而无倒流或撞击。在流道中, 同一半径上的速度相等, 压强也相等。2. 液体为理想流体 不考虑液体在叶轮内运动的能量损失。,速度多边形数量关系：,流体质点运动分析: u 牵连运动； w 相对运动； c 绝对运动。,流量-径向速度关系：,二. 离心泵的基本方程式,根据离心泵运动时的理想假设, 在叶轮的进水口-出水口之间进行机械能衡算:,1) 离心力做功 离心力对单位重量 ( 1N ) 液体所做的功静压头1,2) 能量转换 流体沿着叶片流动, 动压
6、能 转化为静压能的量静压头2,所以, 具有无穷多叶片的离心泵对理想液体所提供的理论压头HT 为,理论压头 = 静压头 + 动压头,c1, 2 绝对速度,u1, 2 牵连速度,w1, 2 相对速度,三. 离心泵基本方程式的讨论,设计时, 一般使 1= 90, HT最大 , 即,所以，理论压头可以用叶轮尺寸、转速、流量等参数表示,式中, QT 理论流量, m3/s; D2 叶轮外径, m; b2 叶轮出口宽度, m; n 叶轮转速, r/min。,因此, 叶轮的转速和直径, 叶片的几何形状等因素都影响理论压头的大小。,而 ， ，,离心泵基本方程式,后弯叶片 2 0 H 90 , ctg 2 u22
7、 / g 容易过载, 基本不用,叶片几何形状对理论压头的影响,2-1-1-3 离心泵的特性曲线,一. 离心泵的特性曲线,1. H - Q 曲线 表示泵的压头与流量的关系。,2. N - Q 曲线 表示泵的轴功率与流量的关系。 离心泵启动时, 应关闭泵的出口阀门, 以减小启动电流, 保护电机。,3. - Q 曲线 表示泵的效率与流量的关系。 离心泵运转时, 一般情况下要求 0.92 max , 以提高能量利用率。,离心泵特性测定装置,离心泵特性曲线,二. 液体物性对离心泵特性曲线的影响,1. 密度的影响 H、Q 不受密度影响； 有效功率 Ne、效率 随液体密度而改变。,2. 黏度的影响 泵的压头
8、、流量、效率均受黏度影响。,Q = QCQ H =HCH = C,Q,H, 分别为清水实验的流量扬程和效率；CQ, CH, C分别为粘度对流量、压头、效率的修正系数。见图2-14(大流量), 图2-15(小流量)。 应用见【例2-3】P95，自学,三. 叶轮直径和转速对特性曲线的影响,1. 叶轮直径的影响,2. 离心泵转速的影响,适用范围: D 10%,【例题2-1】P91 计算离心泵的理论压头 又称流动角,【例题2-2】P93 离心泵的性能测定，计算He, N, 应用伯努利方程时，注意截面的选取,适用范围: n20%,【作业】P133-134 习题 2- 1,2. 气蚀现象的结果,如果离心泵
9、的进口处压力过低, 导致在叶轮入口处的压力ppv , 这时部分水将变为蒸汽; 伴随气泡形成-合并-受压破裂的过程，泵内产生频率高、瞬时压力大的冲击, 这种现象称为“气蚀”。,2-1-1-4 离心泵的气蚀现象和允许安装高度,一. 离心泵的气蚀现象,1. 气蚀现象,汽蚀出现经一定时间后, 可使叶轮和泵壳的表面出现斑痕及裂纹, 甚至呈海绵状逐步脱落; 液体实际流量、出口压强和效率都明显下降, 严重时不能输出液体。,气蚀现象的外部症状工作噪声大, 出水量小, 长时间达不到正常值。,1. 气蚀余量 NPSH,气蚀余量是指为防止气蚀现象发生, 在离心泵入口处液体的静压头与动压头之和必须比操作温度下的液体饱
10、和蒸汽压头 高出某一最小值, (? ?) 即,根据气蚀现象的定义, 易知泵内发生气蚀的临界条件是叶轮入口附近 (截面k-k) 最低压强等于液体的饱和蒸汽压, 此时泵入口处 ( 截面1-1 ) 压强等于某确定的最低值 p1,min。,在截面 1-1 和k-k 间列柏努利方程式 , 得,二. 离心泵的抗汽蚀性能汽蚀余量和允许吸上真空度,定义式,当流量一定且流动进入阻力平方区时, 气蚀余量仅与泵的结构和尺寸有关。 NPSH 随Q增大而增大, 因此在计算允许安装高度时应取高流量下的 (NPSH)r值。 教材P362-364, 附录24,依据定义,临界汽蚀余量,必须汽蚀余量 (NPSH)r = (NPS
11、H)c+ 安全余量 离心泵性能参数表上列出的都是必须汽蚀余量(NPSH)r,临界汽蚀余量_汽蚀余量的最小理论值,【注意】计算汽蚀余量时，由于查得的饱和蒸汽压 pv 的数值都是绝压， p1或p1, min也应用绝压。,2. 允许吸上真空度 H s,当输送液体工况与泵实验操作条件不符时, 离心泵的允许吸上真空度修正公式为：( 式中各符号意义 见教材 P56),离心泵性能实验操作条件：20, 大气压 98.1kPa (10mH2O), 清水水泵性能表中的数据均是在该条件下测得的。(离心泵类的油泵也是!),大气压修正项 蒸汽压修正项 密度修正项,为避免气蚀现象, 泵入口处压强 p1 p1,min, 习
12、惯上把 p1表示为真空度，并以输送液体的液柱高度Hs 表示。,m液柱,在离心泵的安装示意图中, 自贮槽液面至泵入口截面间列柏努利方程式, 可得,p0=pa 时,整理, 得,离心泵允许安装高度方程,三. 允许安装高度 Hg 泵吸入口处高出贮槽液面的允许最大值,若已知离心泵的必须汽蚀余量, 则 (P362附录24),若已知允许吸上真空度, 则,【注意】为安全起见, 泵的实际安装高度应比允许安装高度降低 0.51m.,【解】IS80-65-125型泵的参数 附录24 P362 (NPSH)r = 3.5 m 选择公式 (2-20) 50水的密度，饱和蒸汽压 附录7 P331 结果：泵的实际安装高度H
13、 3.5m,【例2-4】教材 p101 求汽蚀余量 (NPSH)c ，允许吸上真空度,【解】IS80-65-125型泵的参数 附录24 P362 (NPSH)r = 3.5 m 选择公式 (2-25) 50水的密度，饱和蒸汽压 附录7 P331 结果：泵的实际安装高度 Hg 4.04 m,【例2-5】教材 p102 求允许安装高度,一. 管路特性与泵的工作点,在右图所示的输送系统中,若贮槽与受液槽的液面均保持恒定,液体流过管路系统时所需的压头(即要求泵提供的压头), 可由图中所示的截面1-1与2-2间列柏努利方程式求得, 即,2-1-1-5 离心泵的工作点与流量调节,在特定管路系统中, 操作条件一定时, 上式中的 z 与 均为定值, 即,若贮槽与受液槽的截面都很大, 该处流速与管路的相比可以忽略不计, 则,若输送管路的直径均一, 则：,上式可简化为,注意： 式中, Qe 泵的流量, m3/s,
