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离心泵工作原理

发布时间:2020-12-12 11:08

  离心泵工作原理_幼儿读物_幼儿教育_教育专区。能源与动力 水泵与运行 李洪峰、谢建波 编制 联系方式: 离心泵 第一节 离心泵的工作原理和性能特点 3-1-1 离心泵的工作原理 ? 主要工作部件是叶轮和泵壳。叶轮通常

  能源与动力 水泵与运行 李洪峰、谢建波 编制 联系方式: 离心泵 第一节 离心泵的工作原理和性能特点 3-1-1 离心泵的工作原理 ? 主要工作部件是叶轮和泵壳。叶轮通常是由5~7个弧形叶 片和前、后圆形盖板所构成。 ? 叶轮用键和螺母固定在泵轴的一端。固定叶轮用的螺母通 常采用左旋螺纹,以防反复起动因惯性而松动。 ? 轴的另一端穿过填料箱伸出泵壳,由原动机带动。泵壳呈 螺线形,亦称螺壳或蜗壳。 图3-1 悬臂式单级离心泵 3-1-1 离心泵的工作原理 ? 充满在泵中的液体随叶轮回转 ,产生离心力,向四周甩出 ? 在叶轮中心形成低压,液体便 在液面压力作用下被吸进叶轮 。 ? 从叶轮流出的液体,压力和速 度增大。 ? 蜗壳-汇聚并导流。扩压管A增 大,流速降低,大部分动能变 为压力能,然后排出。 ? 叶轮不停回转,吸排就连续地 进行 ? 液体通过泵时所增加的能量, 是原动机通过叶轮对液体作功 的结果。 3-1-2 液体在叶轮中的流动情况 ? 为研究简化,我们假定: (1)液体由无限多个完全相同的单元流束所组成 – 所有液体质点流动轨迹都相同,都与叶片断面相符合 ,在相同半径上各液体质点的流动状态亦均相同。 – 这只有在叶片无限多、厚度无限薄且断面形状完全相 同的理想叶轮中才可能实现。 (2)液体在流动时没有摩擦、撞击和涡流损失 – 设液体为无粘性的理想液体,液流处于无撞击、旋涡 的理想工况 3-1-2 离心泵的扬程方程式 ? 叶轮带动液体高速旋转而将机械能传给液体 (delivery lift or delivery head) ? 所产生的扬程与叶轮尺寸和转速密切相关,而流量又明显 地会随工作扬程而改变。 ? 需要研究决定离心泵扬程的各种因素以及扬程与流量的关 系 – 即研究离心泵的扬程方程式 3-1-2 液体在叶轮中的流动情况 ? 叶轮以回转时,液体 质点有两种运动: – 圆周速度 - 随叶轮运动的 速度,用u表示; – 相对速度 - 相对于叶轮的 运动速度,用w表示, 它 与叶片型线相切。 – 绝对速度 - 相对于泵壳的 运动速度;是u和w的向 量和。 ? 液体质点进出叶轮时的 绝对运动路径即可由图 中的A。C。表示。 3-1-2 液体在叶轮中的流动情况 ? 叶轮中任一质点的三个 速度向量u、w、c都构 成为一个速度三角形, 如图 ? C和u间的夹角用表示 ? w和u反方向的夹角用 表示; ? C的周向分速度用Cu表 示 ? C的径向分速度用Cr表 示 3-1-2 液体在叶轮中的流动情况 ? 各符号下角标1者, 指叶轮进口的参数 ? 加下角标2者,指在 叶轮出口的参数。 ? 在叶轮中各处,速 度三角形中u、w的 方向都已确定,而 U=nD/60 cr Q1 A Q DBv 3-1-2 液体在叶轮中的流动情况 cr Q1 A Q DBv – D——质点所处位置的叶轮直径,mm; – B——质点所处位置的叶轮宽度,m; – ——排挤系数(一般为0.75~0.95),用以考虑叶片 厚度使流道截面积减小的影响; – v——泵的容积效率。 ? 可见,当叶轮的流量、转速和尺寸既定后,叶轮 内各处的速度三角形也就确定。 3-1-2 扬程方程式 ? 根据液体力学知识,我们能推出扬程方程式: Ht u22 g u2c2r g ctg2 由上图(叶片出口角对理论扬程的影响),和扬程 方程式,我们可以得出以下结论 扬程主要取决于叶轮的直径和转速 ? 泵的封闭扬程 (Q=0) 的理论值为: Ht=u2/g, – 要提高H,必须增大D2或提高n – D2关系到泵的外廓和重量 – n受限于泵的汽蚀性能 – 离心泵n一般不超过8000~10000r/min – 单级泵的H通常不超过150m 离心泵H的t扬程ug22随流u2g量c2r而c变tg2 ? 当用径向叶片,即2=90时, 即H与Q无关 H t u 2 2 g ? 当用后弯叶片,即2 90’时,ctg 2 0,Q增大则Ht 减小 ? 当用前弯叶片,即2 90‘时,Q增大则Ht增加 3-1-2 扬程方程式 ? 比较以上三种情况 – 尺,寸H越和高n相同的离心泵,在Q相同时,2(前弯)越大 ? 表面上,以用前弯叶片为宜 ? 实际中,考虑到各种损失,多用后弯叶片 ? Ht与所运送流体的性质无关 (character) – 如果泵内是空气,空气密度仅为水的1/800左右,泵 能在吸排口间造成的压差就很小。 – 例它如只能H为在1吸00排m口的间水产泵生,1其.26排8送kP空a的气压时差达,到在同大样气的压H气下, 这只能将水吸上约12.9cm高。 – 离心泵没有自吸能力 图3-5 离心泵定速特性曲线理论分析 ? Ht和Qt是下倾直线 ? Ht和Qt也是下倾直 线(斜率小些) ? 存在摩擦、旋涡、 撞击等水力损失 – 沿程摩擦损失与流 速(流量)的平方成正 比 – 非设计工况进、出 叶轮的撞击损失,( 设计工况 = 零) – Qt-H曲线为减除这 两部分扬程损失后 的曲线 流量-扬程曲线 ? 漏泄造成的ηv – 密封环内部漏泄和 轴封外部漏泄 – 多级泵还存在级间 漏泄 – 当泵设有平衡孔(管 )或平衡盘时,有附 加的容积损失。 – 总漏泄量一般为理 论流量的4%~10 % – Q—H曲线为考虑 了漏泄流量g后的 损失 3-1-3 流量-扬程曲线 流量-功率曲线 ? 根据Qt和Ht,求出泵的水力功率 Ph = ρgQtHt 即可作出Qt一Ph曲线。 ? 如将Ph加上机械摩擦功率损失,即可得到理论流 量与轴功率的关系曲线Qt一P。 ? 再将Qt一P曲线中的各Qt值减去相应的漏泄流量g ,即可得到实际流量与轴功率的关系曲线 流量-功率曲线 ? 机械损失包括: – 轴封及轴承的机械摩擦损失 ? 约占轴功率的1%~5%,采用机械轴封时损失较小; – 叶轮的圆盘摩擦损失 ? 是盖板使两侧液体因受离心力作用而形成回流所导致的能量损失 ? 约占轴功率的2%~10% ? 它与叶轮D2的五次方和n的平方成正比。 ? 提高n和相应减小叶轮外径(H不变时)可减小圆盘摩擦损失。 3-1-3 流量-效率曲线 ? 根据Q一H曲线和Q一P曲线,求出每一流量时的效率 η = ρgQH/P ? 然后可得关系曲线 离心泵的定速特性曲线实测的定速特性曲线 ? 实际定速特性曲线是由制 造厂通过实验测定的。 (1)离心泵都用后弯叶片, 其Q—H曲线趋势下倾。 由于叶片出口角的不同, 曲线实测的定速特性曲线 ? 陡降形(高比转数) – 叶片出口角较小,H 变化时Q变化较小 – 用于H变动又不希望Q 变化的场合(舱底水泵 压载泵等) ? 平坦形(中低比转数泵 ) – 叶片出口角稍大,H 变化时Q变化较大 – 用于那些经常需要调 节Q而又不希望节流 损失太大的场合(凝水 泵、锅炉给水泵) 3-1-3实测的定速特性曲线 ? 驼峰形 – 叶片出口角较大 – 其Q一H曲线就比 较平坦,而在小Q 时撞击损失又大, 于是Q—H曲线就 会出现驼峰 – 有驼峰形Q—H曲 线的泵,工作时可 能发生喘振 – 应尽量避免使用 – 适当限制叶片出口 角和叶片数,即可 避免出现驼峰 3-1-3实测的定速特性曲线)Q-P曲线向上倾斜 – 即轴功率随Q增大而 增加。 – 在Q=0时 ? 轴功率最小(35%~ 50 %) ? 这时泵的H(亦称封闭 扬程)也不很高 ? 泵关闭排出阀起动电流 较低,可减小电网电压 的波动 ? 但封闭运转时,效率为 零,泵会发热 3-1-4 管道特性曲线和泵的工况点 ? 液体流过H管H 道u时 所h需z的压pd头r g与ps流r量K间2 Q 的函数关系 ? 包括两个部分 – 位置头,压力头,与流量没有关系 – 消费于克服管道阻力 ? 下图曲线A就是表明上述函数关系的管路特性曲 线 管道特性曲线和泵的工况点 ? 静压头Hu是一条水平线,是一 条二次抛物线 – 倾斜程度取决于阻力 – 纵坐标起点位置取决于 管路的静压头 – 当管路阻力变化,如K值 增加,曲线变陡 – 如静压头变化,管路曲 线 管道特性曲线和泵的工况点 ? 将特性曲线和管路的特 性曲线画在一张图上 ? Q—H曲线与管路特性曲 线的交点即泵的工况点 ? 点C工况产生的H正好等 于液体以此工况的Q流 过该管路时所需的压头 ? 大多数离心泵的H—Q曲 线是向下倾斜,其工况 点是稳定的 3-1-4 管道特性曲线和泵的工况点 ? 如干扰使泵的Q增加 – 泵工况点右移至D – 产生的HD将不能满足 较大Q流过该管路所需 的HD’, – 泵的流速和流量将随之 减少,直至回到Qc,即 工况点回到C为止。 ? 反之,Q减小,点左移 ,HD大于所需H,Q会 增加,点又回到C。 ? 可见,是稳定工况点 。 3-1-4 管道特性曲线和泵的工况点 ? 如Q一H是驼峰形,管路特 性与Q一H会有两交点,靠左 边的是不稳定工况点 ? 当管路特性改变时,例如A’ 或A”,工况点也会相应变为 C’或C” ? 如泵特性曲线发生改变,工 况点也会改变 ? 同一泵在管路情况改变时Q 将发生较大变化 ? 泵在额定工况下效率最高, 应尽可能使泵在额定工况点 附近工作。 选择题 1 下列泵中理论流量与排出压力有关的是 。 A 往复泵 B 叶片泵 C 螺杆泵 D 离心泵 2 下列泵中必须设置安全阀的是 。 A 旋涡泵 B 齿轮泵 C 离心泵 D 水环泵 3. 离心泵的理论压头与 无关。 A 泵的几何尺寸 B 叶轮的转速 C 液体的种类 D 液体的流速 思考题 4,离心泵的水力损失的含义是什么?它包括哪几部分损失? 5.为什么离心泵在设计工况运行时效率最高? 6,根据离心泵特性图说明用节流调节法如何能减少流量。 并指出节流造成的压头损失。 7.画出离心泵特性图说明回流阀开启后,回流管路与主管 路的合成特性曲线离心泵额定扬程和流量的估算 ? 离心泵的H与叶轮出口处的u2有很大关系。铭牌 失落的离心泵可H按经K验n2公D式22 估算其额定扬程 式中,系数K:(1~1.5)X10-4 D2 叶轮外径 ? 排送冷水的离心泵,设计的进口流速大约在3m/ s左右,因此其额定流量可按下面公式估算: Q5D02 式中,D。为泵吸口直径,(英寸) 3-1-6离心泵的优点 1.流量连续均匀,工作平稳 – Q容易调节。所适用的Q范围很大,常用范围5 — 20000m3/h。 2.转速高 – 可与电动机或汽轮机直接相连 – 结构简单紧凑,尺寸和重量比同样流量的往复泵小得 多,造价低。 3,对杂质不敏感,易损件少,管理和维修较方便。 ? 无论在陆上或船上,离心泵的数量和使用范围超 过了其它类型泵。 3-1-6离心泵的缺点 4.本身没有自吸能力 – 为扩大使用范围 ? 在结构上采取特殊措施制造各种自吸式离心泵 ? 在离心泵上附设抽气引水装置。 5.泵的Q随工作扬程而变 – H升高,Q减小 – 达到封闭扬程时,泵即空转而不排液 – 不宜作滑油泵、燃油泵等要求Q不随H而变的场合 3-1-6离心泵的缺点 6.扬程由D2和n决定的,不适合小Q、高H – 这要求叶轮流道窄长,以致制造困难,效率太低。 – 离心泵产生的最大排压有限,故不必设安全阀。 水泵系统常见故障及原因: ? 水泵漏水,检查漏水部位 1.外套筒连接处,紧固泵头螺母,如不能消除,建议更换 外套筒密封圈 2.机械密封处漏水,更换机械密封,可能原因干转或密封 质量问题。 水泵噪音: 1.泵内有异物,建议清除异物 2.流量跑位,建议关小阀门 水泵系统常见故障及原因: ? 电机噪音 ? 电机缺油,加注油脂 ? 电机轴承问题,更换轴承 ? 水泵流量跑位,电机过载,关小水泵出口阀门 水泵系统常见故障及原因: ? 气蚀 1.泵内或系统内气未排尽,解决办法排尽泵内的气 2.流量跑位,解决办法关小出口阀门 3.吸程过高或底阀漏,解决办法检查系统并整改 水泵系统常见故障及原因: ? 电机跳闸 1.检查电机对地及相间绝缘是否良好 2.电机控制相关元器件是否可靠正常 3.负荷是否过载 水泵系统常见故障及原因: ? 扬程流量达不到要求 ? 1.泵内有气,对水泵排气 2.水泵进口或出口堵塞,清除堵塞杂物 ? 电机温度高或电流大 1.电机接线.水泵是否在工作曲线范围内 离心泵的汽蚀 一.离心泵汽蚀的危害 低压区→产生气泡→高压区→气 泡破裂→产生局部真空→水力冲 击→发生振动、噪音,对部件产 生麻点、蜂窝状的破坏现象。 离心泵的汽蚀 一、气蚀现象及危害 泵的流量大于设计流量时,压 力最低的部位在此。 泵的流量小于设计流量时,压 力最低的部位在此。 4 离心泵的汽蚀 cavitation 二、气蚀余量Δh 指泵的入口处的液体具有的压头与液体汽化时的压头(饱和蒸汽压头pv /ρg )之差。又称NPSH 静正吸上水头(Net Positive Suction Head) 有效气蚀余量Δha ……泵工作时,实际具有的气蚀余量。 必需气蚀余量Δhr ……为避免气蚀所必需的气蚀余量。 必需气蚀余量Δhr很难用理论准确求得,均用试验确定。等于试验中的临界气 蚀余量Δhc 加上0.3m。( Δhr= Δhc+ 0.3m) 必需气蚀余量Δhr取决于泵的结构型式和流量。 必需气蚀余量Δhr和允许吸上真空高度Hs均由试验得出,均来表示泵的吸入 性能好坏。 第五节 离心泵的汽蚀 cavitation 三、气蚀特性曲线 H 当有效气蚀Δha降到低于必需气蚀余 量Δhr时,产生噪音、振动、压头明 显降低,称不稳定气蚀区。 当有效气蚀Δha进一步降低,噪音和 振动并不强烈,压头和流量脉动消 失,特性曲线呈一条下垂线,称“断 裂工况”,也称“稳定气蚀”。 H Δhr Δha Q 第五节 离心泵的汽蚀 cavitation 三、气蚀特性曲线 H 不同的吸高Zs(Zs3 Zs3 Zs3) 吸高Zs越大,有效气蚀余量Δha越小 , 断裂工况向小流量的方向移动泵,不发 生气蚀的流量范围越小。 Zs3 Zs2 Zs1 H Δhr } ΔhaΔ3 ha2 Δha1 有效气蚀余量Δha Q 离心泵的汽蚀 cavitation 四、防止气蚀的措施 1.避免发生气蚀的措施 1)降低液体温度(使对应的液体饱和压力降低); 2)减小吸上高度或变净正吸入为灌注吸入(使吸口压力增大); 3)降低吸入管阻力(采用粗而光滑的吸管,减少管路附件等); 4)关小排出阀或降低泵转速(降低流量)。 2.提高泵抗蚀性能的措施 1)改进叶轮入口处形状(加大进口直径、加大叶片进口边的宽度、 增大叶轮前盖板转弯处的曲率半径、采用扭曲叶片、加设诱导轮); 2)采用抗蚀材料(铝铁青铜、2Gr13、稀土合金铸铁、高镍铬合 金); 3)叶轮表面光滑,叶片流道圆滑。 第三章 离心泵 第三节 离心泵的相似理论和比转数 1.离心泵的相似理论的作用: ☆对泵设计、研究和使用有重要意义,新产品设计时需要在其指导下进 行模型试验,以便验证和改进设计。在现有的产品资料基础上,利用相似 关系来设计新泵,是快捷、可靠的设计方法; ☆根据相似理论,可以了解泵在改变转速或线性尺寸时性能参数的变 化关系; ☆用相似理论可推导出离心泵的相似准则数—比转数,作为离心泵进 行分类的依据。 离心泵的相似理论和比转数 2.离心泵的相似条件 确定两台泵液体流动相似,必须满足三个条件: (1) 几何相似 两泵过流部分各相应的几何尺寸比值相等: D1D2 D3 D4 常数 D1 D2 D3 D4 两泵同名安装角、叶片数、和厚度相等: zz 1A 1A 2A 2A 离心泵的相似理论和比转数 2.离心泵的相似条件 (2)运动相似 两泵各对应点的相应速度方向相同,比值相等: c c1 1 c c2 2 w w 1 1 w w 2 2 u u1 1 u u2 2 D D 1 1 n n 两泵叶轮同名点速度三角形相似: 1 1 2 2 1 1 2 2 ☆ 几何相似是运动相似的前提,几何相似不一定运动相似,而运动相似则 必 定几何相似;如果几何相似,又运动相似,即两泵工况相似。 离心泵的相似理论和比转数 2.离心泵的相似条件 (3)动力相似 ? 两台泵在对应流体质点上同名力方向相同,比值相等。 ? 流体主要受惯性力、粘性力、重力和压力的作用 ? 只要前两种力相似就认为满足了动力相似的要求 ? 由流体力学,惯性力和粘性力的相似准则是雷诺数Re。 ? 离心泵的Re=D2u2/。 ? 试验证明,在输送水或粘度不是特别大的油时,一般Re105,阻力系数与Re 无关。 ? 两台泵只要几何相似和运动相似一般都认为能满足动力相似的要求。 离心泵的相似理论和比转数 ★两台满足相似三条件的离心泵,存在以下关系。 1.流量相似关系 如果尺寸比值不是很大,满足相似三条件的离心泵ηv = η’v ,可得: Q Q D 2DB 2B 2222cc2r2rvv Q Q D2 D2 3 n n 离心泵的相似理论和比转数 ★两台满足相似三条件的离心泵,存在以下关系。 2. 扬程相似关系 2 2 H H D2 D2 n2 n2 3. 功率相似关系 5 3 P P D2 D2 n2 n2 以上三式表达了满足相似三条件的离心泵各主要性能参数间的关系, 称为相似三定律。 4.比例定律:对于一台泵,若输送的液体介质不变,其流量、扬程和功率随 转速的变化规律,称为比例定律。 Q1 n1 Q2 n2 H1 ( n1 )2 H 2 n2 N1 ( n1 )3 N2 n2 第三节 离心泵的相似理论和比转数 4.离心泵的比转数 一个只包含泵的设计参数Q、H、n,而不包括几何尺寸的离心泵相似准 则数,称为比转数ns,即: nQ ns 3.65H3/4 ? 比转数通常指其额定工况的比转数。 我国所用的单位是: 转速n—r/min;流量Q — m3/s:扬程H — m 国际标准中,以型式数K来代替比转数ns。 K 2π 60 nQ 3 gH 4 ns19.2K 3; K0.005n 1s 759 1)ns小的泵,叶片 较“窄长”,反之相 反; 2)ns小的泵,H/Q 的比值较大,365bet反之 相反; 3)ns小的泵,H~Q 曲线较平坦,反之相 反; 4)ns增大,H-Q曲 线变陡、P-Q曲线 变平、高效区变 窄。 ? THE END ? THANKS EVERYONE

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