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. 2-2 離心泵 離心泵結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，流量均勻，調(diào)節(jié)控制方便，且能適用于多種特殊性質(zhì)物料，因此離心泵是化工廠中最常用的液體輸送機(jī)械。近年來，離心泵正向著大型化、高轉(zhuǎn)速的方向發(fā)展。　 2.2.1 離心泵的主要部件和工作原理 圖2-1 離心泵活頁輪 一、離心泵的主要部件 1．葉輪 葉輪是離心泵的關(guān)鍵部件，它是由若干彎曲的葉片組成。葉輪的作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能直接傳給液體，提高液體的動(dòng)能和靜壓能。 根據(jù)葉輪上葉片的幾何形式，可將葉片分為后彎、徑向和前彎葉片三種，由于后彎葉片可獲得較多的靜壓能，所以被廣泛采用。 葉輪按其機(jī)械結(jié)構(gòu)可分為閉式、半閉式和開式（即敞式）三種，如圖2-1所示。在葉片的兩側(cè)帶有前后蓋板的葉輪稱為閉式葉輪（c圖）；在吸入口側(cè)無蓋板的葉輪稱為半閉式葉輪（b圖）；在葉片兩側(cè)無前后蓋板，僅由葉片和輪轂組成的葉輪稱為開式葉輪（a圖）。由于閉式葉輪宜用于輸送清潔的液體，泵的效率較高，一般離心泵多采用閉式葉輪。 葉輪可按吸液方式不同，分為單吸式和雙吸式兩種。單吸式葉輪結(jié)構(gòu)簡單，雙吸式從葉輪兩側(cè)對(duì)稱地吸入液體（見教材圖2－3）。雙吸式葉輪不僅具有較大的吸液能力，而且可以基本上消除軸向推力。 2．泵殼 泵體的外殼多制成蝸殼形，它包圍葉輪，在葉輪四周展開成一個(gè)截面積逐漸擴(kuò)大的蝸殼形通道（見圖2－2）。泵殼的作用有：①匯集液體，即從葉輪外周甩出的液體，再沿泵殼中通道流過，排出泵體；②轉(zhuǎn)能裝置，因殼內(nèi)葉輪旋轉(zhuǎn)方向與蝸殼流道逐漸擴(kuò)大的方向一致，減少了流動(dòng)能量損失，并且可以使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。 若為了減小液體進(jìn)入泵殼時(shí)的碰撞，則在葉輪與泵殼之間還可安裝一個(gè)固定不動(dòng)的導(dǎo)輪（見教材圖2-4中3）。由于導(dǎo)輪上葉片間形成若干逐漸轉(zhuǎn)向的流道，不僅可以使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，而且還可以減小流動(dòng)能量損失。 注意：離心泵結(jié)構(gòu)上采用了具有后彎葉片的葉輪，蝸殼形的泵殼及導(dǎo)輪，均有利于動(dòng)能轉(zhuǎn)換為靜壓能及可以減少流動(dòng)的能量損失。 3．軸封裝置 離心泵工作時(shí)是泵軸旋轉(zhuǎn)而泵殼不動(dòng)，泵軸與泵殼之間的密封稱為軸封。軸封的作用是防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿間隙漏出，或外界空氣漏入泵內(nèi)。軸封裝置保證離心泵正常、高效運(yùn)轉(zhuǎn)，常用的軸封裝置有填料密封和機(jī)械密封兩種。 二、離心泵的工作原理 裝置簡圖如附圖。 1．排液過程 離心泵一般由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。它在啟動(dòng)前需先向泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體（稱為灌泵），啟動(dòng)后，泵軸帶動(dòng)葉輪及葉片間的液體高速旋轉(zhuǎn)，在慣性離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外周，提高了動(dòng)能和靜壓能。進(jìn)而泵殼后，由于流道逐漸擴(kuò)大，液體的流速減小，使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為靜壓能，最終以較高的壓強(qiáng)從排出口進(jìn)入排出管路。 2．吸液過程 　　當(dāng)泵內(nèi)液體從葉輪中心被拋向外周時(shí)，葉輪中心形成了低壓區(qū)。由于貯槽液面上方的壓強(qiáng)大于泵吸入口處的壓強(qiáng)，在該壓強(qiáng)差的作用下，液體便經(jīng)吸入管路被連續(xù)地吸入泵內(nèi)。 3．氣縛現(xiàn)象 　　當(dāng)啟動(dòng)離心泵時(shí)，若泵內(nèi)未能灌滿液體而存在大量氣體，則由于空氣的密度遠(yuǎn)小于液體的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力很小，因而葉輪中心處不能形成吸入液體所需的真空度，這種雖啟動(dòng)離心泵，但不能輸送液體的現(xiàn)象稱為氣縛。因此，離心泵是一種沒有自吸能力的液體輸送機(jī)械。若泵的吸入口位于貯槽液面的上方，在吸入管路應(yīng)安裝單向底閥和濾網(wǎng)。單向底閥可防止啟動(dòng)前灌入的液體從泵內(nèi)漏出，濾網(wǎng)可阻擋液體中的固體雜質(zhì)被吸入而堵塞泵殼和管路。若泵的位置低于槽內(nèi)液面，則啟動(dòng)時(shí)就無需灌泵。 　　 2.2.2 離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線 一、離心泵的主要性能參數(shù) 離心泵的性能參數(shù)是用以描述一臺(tái)離心泵的一組物理量 1． （葉輪）轉(zhuǎn)速n：1000～3000rpm；2900rpm最常見。 2． 流量Q：以體積流量來表示的泵的輸液能力，與葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速有關(guān)。泵總是安裝在管路中，故流量還與管路特性有關(guān)。 3． 壓頭（揚(yáng)程）H：泵向單位重量流體提供的機(jī)械能。與流量、葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速有關(guān)。揚(yáng)程并不代表升舉高度。一般實(shí)際壓頭由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。 4． 功率： （1）有效功率：指液體從葉輪獲得的能量——；此處Q的單位為m3/s （2）軸功率：指泵軸所需的功率。當(dāng)泵直接由電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，它就是電機(jī)傳給泵軸的功率。 5． 效率：由于以下三方面的原因，由電機(jī)傳給泵的能量不可能100%地傳給液體，因此離心泵都有一個(gè)效率的問題，它反映了泵對(duì)外加能量的利用程度： ①容積損失；②水力損失；③機(jī)械損失。 二、離心泵的特性曲線 從前面的討論可以看出，對(duì)一臺(tái)特定的離心泵，在轉(zhuǎn)速固定的情況下，其壓頭、軸功率和效率都與其流量有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，其中以壓頭與流量之間的關(guān)系最為重要。這些關(guān)系的圖形稱為離心泵的特性曲線。由于它們之間的關(guān)系難以用理論公式表達(dá)，目前一般都通過實(shí)驗(yàn)來測(cè)定。包括H～Q曲線、N～Q曲線和～Q曲線。 圖2-3 某種型號(hào)離心泵的特性曲線 離心泵的特性曲線一般由離心泵的生產(chǎn)廠家提供，標(biāo)繪于泵的樣本或產(chǎn)品說明書中，其測(cè)定條件一般是20℃清水，轉(zhuǎn)速也固定。典型的離心泵性能曲線如圖2-3所示。 1．討論 （1） 從H～Q特性曲線中可以看出，隨著流量的增加，泵的壓頭是下降的，即流量越大，泵向單位重量流體提供的機(jī)械能越小。但是，這一規(guī)律對(duì)流量很小的情況可能不適用。 （2） 軸功率隨著流量的增加而上升，流量為零時(shí)軸功率最小，所以大流量輸送一定對(duì)應(yīng)著大的配套電機(jī)。另外，這一規(guī)律還提示我們，離心泵應(yīng)在關(guān)閉出口閥的情況下啟動(dòng)，這樣可以使電機(jī)的啟動(dòng)電流最小，以保護(hù)電機(jī)。 （3） 泵的效率先隨著流量的增加而上升，達(dá)到一最大值后便下降。但流量為零時(shí)，效率也為零。根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)選泵時(shí)，應(yīng)使泵在最高效率點(diǎn)附近工作，其范圍內(nèi)的效率一般不低于最高效率點(diǎn)的92%。 （4） 離心泵的銘牌上標(biāo)有一組性能參數(shù)，它們都是與最高效率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)，稱為最佳工況參數(shù)。 三、離心泵特性的影響因素 1．液體的性質(zhì)： （1） 液體的密度：離心泵的壓頭和流量均與液體的密度無關(guān)，有效功率和軸功率隨密度的增加而增加，這是因?yàn)殡x心力及其所做的功與密度成正比，但效率又與密度無關(guān)。 （2） 液體的粘度：若粘度大于常溫下清水的粘度，則泵的流量、壓頭、效率都下降，但軸功率上升。所以，當(dāng)被輸送流體的粘度有較大變化時(shí)，泵的特性曲線也要發(fā)生變化。 2．轉(zhuǎn)速 離心泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，其流量、壓頭、軸功率和效率都要發(fā)生變化，泵的特性曲線也將發(fā)生變化。 若離心泵的轉(zhuǎn)速變化不大（小于20％），則可以假設(shè)：①轉(zhuǎn)速改變前后液體離開葉輪處的出口速度三角形相似；②轉(zhuǎn)速改變前后離心泵的效率不變。從而可導(dǎo)出以下關(guān)系： 　　　　　，　　，　　　?。ū壤桑? （2-2） 3．葉輪外徑 　　當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速一定時(shí)，壓頭、流量與葉輪的外徑有關(guān)。對(duì)于某同一型號(hào)的離心泵，若對(duì)其葉輪的外徑進(jìn)行“切割”，而其他尺寸不變，在葉輪外徑的減小變化不超過5％時(shí)，離心泵的性能可進(jìn)行近似換算。此時(shí)可以假設(shè)：（1） 葉輪外徑變化前后，葉輪出口速度三角形相似；（2） 葉輪外徑變化前后，離心泵的效率不變；（3）葉輪外徑變化前后，葉輪出口截面積基本不變。從而可以導(dǎo)出以下關(guān)系： 　　　　　，　　，　　　?。ㄇ懈疃桑? （2-3） 與比例定律同樣，要注意公式使用的條件。 [例2-1]：以20oC的水為介質(zhì)，在泵的轉(zhuǎn)速為2900r/min時(shí)，測(cè)定某臺(tái)離心泵性能時(shí)，某次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)如下： 流量12m3/h,泵出口處壓強(qiáng)表的讀數(shù)為0.37MPa，泵入口處真空表讀數(shù)為0.027MPa，軸功率為2.3Kw。若壓強(qiáng)表和真空表兩測(cè)壓口間垂直距離為0.4m，且泵的吸入管路和排出管路直徑相同。測(cè)定裝置如附圖。求：這次實(shí)驗(yàn)中泵的壓頭和效率。 解：（1）泵的壓頭 以真空表和壓強(qiáng)表所在的截面為41－1和2－2，列出以單位重量為衡算基準(zhǔn)的伯努利方程，即 　　　　　　　　　　　 其中，，p1=-2.7104Pa（表壓）， p2=3.7105Pa（表壓） 因測(cè)壓口之間距離較短，流動(dòng)阻力可忽略，即Hf1-20；故泵的壓頭為： 　　　　　　　　　　　　　　　H＝ （2）泵的效率 ，即58.1％。 分析說明：在本實(shí)驗(yàn)中，若改變出口閥的開度，測(cè)出不同流量下的若干組有關(guān)數(shù)據(jù)，可按上述方法計(jì)算出相應(yīng)的H及η值，并將H-Q、N-Q、η-Q關(guān)系標(biāo)繪在坐標(biāo)紙上，即可得到該泵在n＝2900r/min下的特性曲線。 2.2.3 離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié) 一、管路特性曲線 　　前面介紹的離心泵特性曲線，表示一定轉(zhuǎn)速下泵的壓頭、功率、效率與流量的關(guān)系。在特定管路中運(yùn)行的離心泵，其實(shí)際工作的壓頭和流量不僅取決于離心泵本身的特性，而且還與管路特性有關(guān)。即在泵送液體的過程中，泵和管路是互相聯(lián)系和制約的。因此在討論泵的工作情況前，應(yīng)先了解管路特性。 管路特性曲線表示液體通過特定管路系統(tǒng)時(shí)，所需的壓頭與流量的關(guān)系。如圖所示的送液系統(tǒng)，若液體貯槽與受液槽的液面均維持恒定，輸送管路的直徑均一，在圖2-4中1－1和2-2間列伯努利方程式，則可求得液體流過管路系統(tǒng)所需的壓頭（即要求離心泵提供的壓頭），即： 　 　　　　　　 （2-4） 該管路輸送系統(tǒng)的壓頭損失可表示為： 　　　　　 　　　　　 因　　　　　　　　　　 故　　　　　　　　 （2-5） 式中　　　Qe－管路中液體流量，m3/s； 　　　　　d－管路直徑，m； 　　　　　L－管路長度，m； 　　　　　λ－摩擦系數(shù)，無因次。 式中Le和分別表示局部阻力的當(dāng)量長度和阻力系數(shù)。 對(duì)特定的管路系統(tǒng)，上式中等式右邊各物理量中，除了λ和Qe外，其它各物理量為定值。且 　，　　　　　則 （2-6） 將上式代入，可得：，即為管路特性方程。 （2-7） 對(duì)特定的管路，且在一定條件下操作，則?z和均為定值，并令： 　　　　　　　　　　　　　 （2-8） 若液體在管路中的流動(dòng)已進(jìn)入阻力平方區(qū)，則此時(shí)λ與Qe無關(guān)，并令： 　　　　　　　　　　　　 （2-9） 則可得特定管路的特性方程： （2-10） 它表示在特定管路中輸送液體時(shí)，在管內(nèi)流動(dòng)處于高度湍流狀態(tài)下，管路所需的壓頭He隨液體流量Qe的平方而變。將此關(guān)系方程標(biāo)繪在相應(yīng)的坐標(biāo)圖上，即可得到He-Qe曲線。這條曲線稱為管路特性曲線。此線的形狀由管路布置和操作條件來確定，與離心泵性能無關(guān)。 二、離心泵的工作點(diǎn) 將泵的H～Q曲線與管路的～Qe曲線繪在同一坐標(biāo)系中，兩曲線的交點(diǎn)稱為泵的工作點(diǎn)M。如圖2-4所示。 圖2-4 管路特性曲線和泵的工作點(diǎn) 1．說明 （1） 泵的工作點(diǎn)由泵的特性和管路的特性共同決定，可通過聯(lián)立求解泵的特性方程和管路的特性方程得到； （2） 安裝在管路中的泵，其輸液量即為管路的流量；在該流量下泵提供的揚(yáng)程也就是管路所需要的外加壓頭。因此，泵的工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的泵壓頭和流量既是泵提供的，也是管路需要的； （3） 工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的各性能參數(shù)（）反映了一臺(tái)泵的實(shí)際工作狀態(tài)。 三、離心泵的流量調(diào)節(jié) 由于生產(chǎn)任務(wù)的變化，管路需要的流量有時(shí)是需要改變的，這實(shí)際上就是要改變泵的工作點(diǎn)。由于泵的工作點(diǎn)由管路特性和泵的特性共同決定，因此改變泵的特性和管路特性均能改變工作點(diǎn)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。 1．改變出口閥的開度——改變管路特性 出口閥開度與管路局部阻力當(dāng)量長度有關(guān)，后者與管路的特性有關(guān)。所以改變出口閥的開度實(shí)際上是改變管路的特性。 圖2-5 改變閥門開度時(shí)工作點(diǎn)變化 關(guān)小出口閥，增大，曲線變陡，工作點(diǎn)由M變?yōu)镸1，流量下降，泵所提供的壓頭上升；相反，開大出口閥開度，減小，曲線變緩，工作點(diǎn)由M變?yōu)镸2，流量上升，泵所提供的壓頭下降。如圖2-5所示。 　　采用閥門調(diào)節(jié)流量快速簡便，且流量可連續(xù)變化，適合化工連續(xù)生產(chǎn)的要求，因此應(yīng)用很廣泛。其缺點(diǎn)是當(dāng)關(guān)小閥門時(shí)，管路阻力增加，消耗部分額外的能量，實(shí)際上是人為增加管路阻力來適應(yīng)泵的特性。且在調(diào)節(jié)幅度較大時(shí)，往往使離心泵不在高效區(qū)下工作，不是很經(jīng)濟(jì)。 2．改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速——改變泵的特性 如圖2-6所示，，轉(zhuǎn)速增加，流量和壓頭均能增加。這種調(diào)節(jié)流量的方法合理、經(jīng)濟(jì)，但曾被認(rèn)為是操作不方便，并且不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)。但隨著的現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，無級(jí)變速設(shè)備在工業(yè)中的應(yīng)用克服了上述缺點(diǎn)。是該種調(diào)節(jié)方法能夠使泵在高效區(qū)工作，這對(duì)大型泵的節(jié)能尤為重要。 圖2-6 改變泵轉(zhuǎn)速時(shí)工作點(diǎn)變化 3．車削葉輪直徑 這種調(diào)節(jié)方法實(shí)施起來不方便，且調(diào)節(jié)范圍也不大。葉輪直徑減小不當(dāng)還可能降低泵的效率，因此生產(chǎn)上很少采用。在生產(chǎn)中單臺(tái)離心泵不能滿足輸送任務(wù)要求時(shí)，可采用離心泵并聯(lián)或串聯(lián)操作。 [例2-2] 確定泵是否滿足輸送要求。 將濃度為95%的硝酸自常壓貯槽輸送至常壓設(shè)備中去，要求輸送量為36m3/h,液體的升揚(yáng)高度為7m。輸送管路由內(nèi)徑為80mm的鋼化玻璃管構(gòu)成，總長為160m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長度）。輸送條件下管路特性曲線方程為： （Qe單位為L/s）。現(xiàn)采用某種型號(hào)的耐酸泵，其性能列于下表中。 問： （1） （1） 該泵是否合用？ （2） （2） 實(shí)際的輸送量、壓頭、效率及功率消耗各為多少？ Q(L/s) 0 3 6 9 12 15 H(m) 19.5 19 17.9 16.5 14.4 12 h(%) 0 17 30 42 46 44 已知：酸液在輸送溫度下粘度為1.1510-3Pas；密度為1545kg/m3。摩擦系數(shù)可取為0.015。 解：（1）對(duì)于本題，管路所需要壓頭通過在貯槽液面（1-1’）和常壓設(shè)備液面（2-2’）之間列柏努利方程求得： 式中 管內(nèi)流速： 管路壓頭損失： 管路所需要的壓頭： 以（L/s）計(jì)的管路所需流量： 由附表可以看出，該泵在流量為12 L/s時(shí)所提供的壓頭即達(dá)到了14.4m，當(dāng)流量為管路所需要的10 L/s，它所提供的壓頭將會(huì)更高于管路所需要的13.06m。因此我們說該泵對(duì)于該輸送任務(wù)是可用的。 另一個(gè)值得關(guān)注的問題是該泵是否在高效區(qū)工作。由附表可以看出，該泵的最高效率為46%；流量為10 L/s時(shí)該泵的效率大約為43%，為最高效率的93.5％，因此我們說該泵是在高效區(qū)工作的。 （2）實(shí)際的輸送量、功率消耗和效率取決于泵的工作點(diǎn)，而工作點(diǎn)由管路特性和泵的特性共同決定。 題給管路的特性曲線方程為： （其中流量單位為L/s） 據(jù)此可以計(jì)算出各流量下管路所需要的壓頭，如下表所示： Q(L/s) 0 3 6 9 12 15 H(m) 7 7.545 9.181 11.91 15.72 20.63 可以作出管路的特性曲線和泵的特性曲線，如圖所示。兩曲線的交點(diǎn)為工作點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的壓頭為14.8m；流量為11.4L/s；效率0.45；軸功率可計(jì)算如下： 分析說明：（1）判斷一臺(tái)泵是否合用，關(guān)鍵是要計(jì)算出與要求的輸送量對(duì)應(yīng)的管路所需壓頭，然后將此輸送量與壓頭和泵能提供的流量與壓頭進(jìn)行比較，即可得出結(jié)論。另一個(gè)判斷依據(jù)是泵是否在高效區(qū)工作，即實(shí)際效率不低于最高效率的92% （2）泵的實(shí)際工作狀況由管路的特性和泵的特性共同決定，此即工作點(diǎn)的概念。它所對(duì)應(yīng)的流量（如本題的11.4L/s）不一定是原本所需要的（如本題的10L/s）。此時(shí)，還需要調(diào)整管路的特性以適用其原始需求。 思考題： 1、是不是所有情況下離心泵啟動(dòng)前都要灌泵？ 2、離心泵結(jié)構(gòu)中有哪些是轉(zhuǎn)能部件？ 3、離心泵銘牌（標(biāo)牌）上標(biāo)出的性能參數(shù)是指該泵的最大值嗎？ 4、離心泵的揚(yáng)程和升揚(yáng)高度有什么不同？ 2.2.4 離心泵的氣蝕現(xiàn)象與安裝高度 　　離心泵在管路系統(tǒng)中安裝高度是否合適，將直接影響離心泵的性能、運(yùn)行及使用壽命，因此在管路計(jì)算中應(yīng)正確確定泵的安裝高度。 一、離心泵的氣蝕現(xiàn)象 　　由離心泵工作原理可知，在離心泵葉輪中心附近形成低壓，這一壓強(qiáng)的高低與泵的吸上高度密切相關(guān)。 　　1．泵的吸上高度是指貯槽液面與離心泵吸入口之間的垂直距離。 　　當(dāng)貯槽上方壓強(qiáng)一定時(shí)，若泵吸入口的壓強(qiáng)越低，則吸上高度就越高，但是泵吸入口的低壓是有限制的。當(dāng)在泵的流通（一般在葉輪入口附近）中液體的靜壓強(qiáng)等于或低于該液體在工作溫度下的飽和蒸汽壓pV時(shí)，液體將部分氣化，產(chǎn)生氣泡。含氣泡的液體進(jìn)入高壓區(qū)后，氣泡就急劇凝結(jié)或破裂。因氣泡的消失而產(chǎn)生了局部真空，周圍的液體就以極高的速度流向原氣泡中心，瞬間產(chǎn)生了極大的局部沖擊壓力，造成對(duì)葉輪和泵殼的沖擊，使材料受到破壞。 2．氣蝕現(xiàn)象：通常把泵內(nèi)氣泡的形成和破裂而使葉輪材料受到損壞的過程，稱為氣蝕現(xiàn)象。 離心泵在汽蝕狀態(tài)下工作： （1）泵體振動(dòng)并發(fā)出噪音；（2）壓頭、流量效率大幅度下降，嚴(yán)重時(shí)不能輸送液體；（3）時(shí)間長久，在水錘沖擊和液體中微量溶解氧對(duì)金屬化學(xué)腐蝕的雙重作用下，葉片表面出現(xiàn)斑痕和裂縫，甚至呈海綿狀逐漸脫落。 　　離心泵在正常運(yùn)行時(shí)，必須避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。為此，葉輪入口附近處液體的絕對(duì)壓強(qiáng)必須高于該液體在工作溫度下的飽和蒸汽壓。這就要求離心泵有適宜的安裝高度。通常由離心泵的抗氣蝕性能（又稱吸上性能）來確定其安裝高度。 二、離心泵的抗氣蝕性能 一般采用兩種指標(biāo)來表示離心泵的抗氣蝕性能（又稱吸上性能） 1．離心泵的允許吸上真空度 　　允許吸上真空度是指為避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，離心泵入口處可允許達(dá)到的最高真空度（即最低的絕對(duì)壓強(qiáng)）。其值通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定。由于實(shí)驗(yàn)中不易測(cè)出葉輪入口附近處的最低壓強(qiáng)的位置，因此以測(cè)定泵入口處的壓強(qiáng)代替。 如圖所示，假設(shè)大氣壓強(qiáng)為pa，泵的入口處的液體靜壓強(qiáng)為p1，則允許吸上真空度的定義為： 　　　　　　　　　 （2-11） 式中　?。x心泵的允許吸上真空度，m液柱； 　　　　pa－當(dāng)?shù)卮髿鈮海糍A槽為密封槽，則應(yīng)為槽內(nèi)液面上方的壓強(qiáng)，Pa； 　　　　p1－泵入口處的靜壓強(qiáng)，Pa； 　　　　ρ－液體的密度，Kg/m3?！? 圖2-7 離心泵的吸液示意圖 注意：離心泵的允許吸上真空度值越大，表示該泵在一定操作條件下抗氣蝕性能越好。值大小與泵的結(jié)構(gòu)、流量、被輸送液體的性質(zhì)及當(dāng)?shù)卮髿鈮旱纫蛩赜嘘P(guān)，通常由泵的制造工廠實(shí)驗(yàn)測(cè)定。實(shí)驗(yàn)值列在泵的樣本或說明書的性能表上。應(yīng)注意，該實(shí)驗(yàn)是在大氣壓為10mHgH2O（9.81104Pa）下，以20oC清水為介質(zhì)進(jìn)行的。因此若輸送其它液體，或操作條件與上述的實(shí)驗(yàn)條件不同時(shí)，應(yīng)按下式進(jìn)行換算： 　　　　　　　 （2-12） 式中 －操作條件下，輸送液體時(shí)允許吸上真空度，m液柱； －實(shí)驗(yàn)條件下，輸送清水時(shí)的允許吸上真空度，m水柱； Ha－當(dāng)?shù)卮髿鈮海琺H2O； pv－操作溫度下液體的飽和蒸氣壓，Pa； ρ－操作溫度下液體的密度，Kg/m3； 10－實(shí)驗(yàn)條件下的大氣壓強(qiáng)，mH2O； 0.24－實(shí)驗(yàn)條件下水的飽和蒸氣壓，mH2O； 1000－實(shí)驗(yàn)條件下水的密度，Kg/m3 不同海拔高度的大氣壓強(qiáng)見教材表2－1 應(yīng)予指出，由允許吸上真空度定義可知，它不僅具有壓強(qiáng)的意義，此時(shí)單位為m液柱，又具有靜壓頭的概念，因此一般泵性能表中把它的單位寫成m，兩者數(shù)值上是相等的。 　　允許吸上真空度也是泵的性能之一，一些離心泵的特性曲線圖中也畫出Hs－Q曲線。應(yīng)注意在確定離心泵安裝高度時(shí)應(yīng)按泵最大流量下的Hs值來進(jìn)行計(jì)算。 2．離心泵的氣蝕余量 為防止氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生，在離心泵的入口處液體的靜壓頭和動(dòng)壓頭之和必須大于操作溫度下的液體飽和蒸汽壓頭某一數(shù)值，此數(shù)值即定義為離心泵的氣蝕余量Δh，其定義為 或 m （2-13） 式中： pv－在操作溫度下液體的飽和蒸氣壓，Pa。 目前在國產(chǎn)泵樣本的性能表中，離心油泵中的氣蝕余量用符號(hào)Δh表示，離心水泵的氣蝕余量用NPSH表示，本節(jié)中為簡化均用Δh表示。而允許吸上真空度即將被停止使用。 而臨界汽蝕余量 m （2-14） 當(dāng)流量一定且流體流動(dòng)進(jìn)入阻力平方區(qū)時(shí)，氣蝕余量Δh僅與泵的結(jié)構(gòu)及尺寸有關(guān)，它是泵的抗氣蝕性能參數(shù)。 離心泵的Δhc由泵制造廠實(shí)驗(yàn)測(cè)定，其值隨流量增大而增大。為確保離心泵的正常操作，將所測(cè)得的臨界汽蝕余量Δhc加上一定的安全量后，稱為必需氣蝕余量Δhr，并且列入泵產(chǎn)品樣本性能表中。離心水泵用（NPSH）r表示，離心油泵用Δhr表示。在一些離心泵的特性曲線圖上，也繪出Δhr－Q曲線。也應(yīng)注意在確定離心泵安裝高度時(shí)應(yīng)取可能出現(xiàn)的最大流量為計(jì)算依據(jù)。 三、離心泵的允許安裝高度 由離心泵的吸液示意圖2-7，列出伯努力方程式，可求得離心泵的允許安裝高度Hg： m （2-15） 若已知離心泵的必需氣蝕余量Δhr，則有： （2-16） 若已知離心泵的允許吸上真空度，則有： （2-17） 四、討論 1．從前面的討論中容易使人獲得這樣一種認(rèn)識(shí)，即汽蝕是由于安裝高度太高引起的，事實(shí)上汽蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生可以有以下三方面的原因：①離心泵的安裝高度太高；②被輸送流體的溫度太高，液體蒸氣壓過高；③吸入管路的阻力或壓頭損失太高。允許安裝高度這一物理量正是綜合了以上三個(gè)因素對(duì)汽蝕的貢獻(xiàn)。由此，我們又可以有這樣一個(gè)推論：一個(gè)原先操作正常的泵也可能由于操作條件的變化而產(chǎn)生汽蝕，如被輸送物料的溫度升高，或吸入管線部分堵塞。 2．有時(shí)，計(jì)算出的允許安裝高度為負(fù)值，這說明該泵應(yīng)該安裝在液體貯槽液面以下。 3．允許安裝高度Hg的大小與泵的流量有關(guān)。由其計(jì)算公式可以看出，流量越大，計(jì)算出的Hg越小。因此用可能使用的最大流量來計(jì)算Hg是最保險(xiǎn)的。 4．安裝泵時(shí)，為保險(xiǎn)計(jì)，實(shí)際安裝高度比允許安裝高度還要小0.5至1米。（如考慮到操作中被輸送液體的溫度可能會(huì)升高；或由于貯槽液面降低而引起的實(shí)際安裝高度的升高）。 5．當(dāng)液體的操作溫度較高或其沸點(diǎn)較低時(shí)，應(yīng)注意盡量減小吸入管路的壓頭損失（如可以選用較大的吸入管徑，減少管件和閥門，縮短管長等）；或?qū)㈦x心泵安裝在貯槽液面以下，使液體利用位差自動(dòng)流入泵體內(nèi)。 2.2.5 離心泵的選用、安裝與操作 一、 離心泵的類型： 1．清水泵：適用于輸送清水或物性與水相近、無腐蝕性且雜質(zhì)較少的液體。結(jié)構(gòu)簡單，操作容易。（IS型、B型、D型、sh型） 2．耐腐蝕泵：用于輸送具有腐蝕性的液體，接觸液體的部件用耐腐蝕的材料制成，要求密封可靠。（F型） 3．油泵：輸送石油產(chǎn)品的泵，要求有良好的密封性和冷卻系統(tǒng)。（Y型） 4．雜質(zhì)泵：輸送含固體顆粒的液體、稠厚的漿液，葉輪流道寬，葉片數(shù)少。（P型） 單吸泵；雙吸泵； 單級(jí)泵；多級(jí)泵； 二、 離心泵的選用 1．根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)和操作條件確定泵的類型。 2．確定輸送系統(tǒng)的流量和所需壓頭。流量由生產(chǎn)任務(wù)來定，所需壓頭由管路的特性方程來定。 3．根據(jù)所需流量和壓頭確定泵的型號(hào) （1）查性能表或特性曲線，要求流量和壓頭與管路所需相適應(yīng)。 （2）若生產(chǎn)中流量有變動(dòng)，以最大流量為準(zhǔn)來查找，壓頭也應(yīng)以最大流量對(duì)應(yīng)值查找。 （3）若H和Q與所需要不符，則應(yīng)在鄰近型號(hào)中找H和Q都稍大一點(diǎn)的。 （4）若幾個(gè)型號(hào)都滿足，應(yīng)選一個(gè)在操作條件下效率最高的 （5）為保險(xiǎn)，所選泵可以稍大；但若太大，工作點(diǎn)離最高效率點(diǎn)太遠(yuǎn)，則能量利用程度低。 泵的類型和型號(hào)選出后，應(yīng)列出該泵的性能參數(shù)。 4．核算泵的軸功率。若輸送液體的密度大于水的密度時(shí)，則要核算泵的軸功率，重新配置電動(dòng)機(jī)。 三、離心泵的安裝與操作 1．安裝： （1） 安裝高度不能太高，應(yīng)小于允許安裝高度。 （2） 盡量設(shè)法減小吸入管路的阻力，以減少發(fā)生汽蝕的可能性。主要考慮：吸入管路應(yīng)短而直；吸入管路的直徑可以稍大；吸入管路減少不必要的管件和閥門，調(diào)節(jié)閥應(yīng)裝于出口管路。 2．操作： （1） 啟動(dòng)前應(yīng)灌泵，并排氣。 （2） 應(yīng)在出口閥關(guān)閉的情況下啟動(dòng)泵，使啟動(dòng)功率最小，以保護(hù)電動(dòng)機(jī)。 （3） 停泵前先關(guān)閉出口閥，以免損壞葉輪。 （4） 泵運(yùn)轉(zhuǎn)中應(yīng)定時(shí)檢查、維修等，特別要經(jīng)常檢查軸封的泄漏情況和發(fā)熱與否；經(jīng)常檢查軸承是否過熱，注意潤滑。 [例2-3]：用IS80－65－125型離心泵從常壓貯槽中將溫度為50oC的清水輸送到他處，槽內(nèi)水面恒定，輸送量為50m3/h。已知泵吸入管路的壓頭損失為2m，動(dòng)壓頭可忽略，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?.81104Pa。求：該離心泵的安裝高度Hg。 解：由附錄可查出：對(duì)IS80－65－125型離心泵來講，轉(zhuǎn)速為2900r/min，流量為50m3/h時(shí)的必需氣蝕余量為Δhr＝3.0m。 又查出50oC時(shí)水的物理性質(zhì)為： 故離心泵的允許安裝高度可用下式計(jì)算： 為安全起見，離心泵的實(shí)際安裝高度應(yīng)比允許安裝高度Hg低0.5～1m。 [例2-4]：用某離心泵從貯槽向反應(yīng)器輸送液態(tài)異丁烷，貯槽內(nèi)異丁烷液面恒定，液面上方壓強(qiáng)為652.37KPa（絕壓），泵位于貯槽液面以下1.5m處，吸入管路的全部壓頭損失為1.6m。異丁烷在輸送條件下的密度為530Kg/m3，飽和蒸氣壓為637.65 KPa。在泵的性能表上查得輸送流量下泵必需氣蝕余量為3.5m。 試問：該泵能否正常操作？ 分析：要判斷該泵能否正常操作，應(yīng)根據(jù)已知條件，核算泵的安裝高度是否合適，即能否避免汽蝕現(xiàn)象。 解：先用公式計(jì)算允許安裝高度，以便和該離心油泵的實(shí)際安裝高度-1.5m進(jìn)行比較。 由題意知：，代入上式得： 說明：已知泵的實(shí)際安裝高度為-1.5m，大于允許安裝高度-2.27m，即表明泵的實(shí)際安裝高度偏高，可能發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，故該泵不能正常操作。 思考：若要使該泵能夠正常操作，則應(yīng)該采取什么措施？ 措施1：必須使該泵的安裝位置向下移動(dòng)，至少移動(dòng)（2.27-1.5）＝0.77m，但為了安全起見，應(yīng)向下移動(dòng)：0.77+0.5＝1.27m以上，才能保證安全操作。 措施2：請(qǐng)讀者回答：若泵的安裝位置不能移動(dòng)，還可以采取什么措施，以保證該離心油泵能正常操作？ [例2-5]：某車間有一冷卻塔，需用離心泵將地面下水池中20oC的水送至塔頂水槽內(nèi)，然后再壓入塔內(nèi)。水池和水槽內(nèi)液面高度均維持恒定，兩液面上方均為大氣壓。已知塔頂水槽液面比地面高15m，水池液面又比地面低1.5m。已估計(jì)出管路計(jì)算總長度為52m（包括直管長度和所有局部阻力的當(dāng)量長度），摩擦系數(shù)λ為0.018，管路系統(tǒng)要求送水量為72m3/h。試由教材附錄中選用一臺(tái)適宜的離心泵。 解：（1）確定輸送水管的規(guī)格及水在管內(nèi)的實(shí)際流速。 據(jù)教材表1-1中可查出，輸送自來水時(shí)，可選取，故可求出管徑d， 由附錄可選用熱軋無縫鋼管合適，此管的實(shí)際內(nèi)徑 管徑確定后應(yīng)重新核定流速，水在管內(nèi)實(shí)際流速為： （2）確定壓頭損失Hf1-2 由題給 則 （3）確定管路所需的外加壓頭He 選取水池液面為1-1’截面，高位槽液面為2-2’截面，以地平面為基準(zhǔn)面，在兩截面間列出伯努利方程： 已知： Z1=-1.5m , Z2=15m , P1=P2=0(表壓) , u1=0 ,u2=0 , Hf 1-2 = 0.80m , 代入柏努利方程中,可求出He He =15+1.5+0.80 = 17.3 m 據(jù) Qe=72m3/h, He=17.3m, 查附錄(教材)二十四，可選用IS100-80-125型離心泵，其性能如下： 轉(zhuǎn)速n=2900r/min，Q=100m3/h，H=20m，=78%，N軸=7KW，N電機(jī)=11KW，（NPSH）r=4.5m [例2-6]用泵將混酸（以硫酸為主），從常壓貯槽運(yùn)送到表壓為196.2KPa的設(shè)備中，要求流量為10m3/h，升揚(yáng)高度為6m，全部壓頭損失為5m，混酸的密度為1600Kg/m3。 試選用適宜的離心泵。 解：輸送以硫酸為主的腐蝕性混酸，宜用F型泵。參考手冊(cè)及有關(guān)資料得知，其材質(zhì)宜用高硅鑄鐵（材料代號(hào)為G），即選用FG型離心泵。現(xiàn)計(jì)算管路所需的外加壓頭He ： 由公式 已知：，，， ，，代入上式，可得： 又管路所需流量為10m3/h，可查有關(guān)資料或本教材（第1版）上冊(cè)附錄中F型泵性能表，知 50F-40A泵能符合要求。該泵的全部代號(hào)為50FG-40A，其主要性能如下； ，，，，， 此題應(yīng)校核軸功率，并重新配置電動(dòng)機(jī)。（因輸送以硫酸為主的混酸，其密度大于水的密度）具體計(jì)算如下： 實(shí)際所需軸功率，而所配電動(dòng)機(jī)的功率為5.5KW。 說明：在化工廠中輸送酸、堿等腐蝕性液體相當(dāng)普遍，也就是說，耐腐蝕泵在化工廠中也是常見的。故列上本例題供讀者參考。 思考題 1．氣縛現(xiàn)象與氣蝕現(xiàn)象有什么區(qū)別？ 2．在參觀化工廠車間泵房時(shí)，你是否注意到：在離心泵排出管路調(diào)節(jié)閥上，經(jīng)常掛著一個(gè)警示牌。上面寫著：在啟動(dòng)和停止泵前，必須先關(guān)此閥。這是為什么？ .