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第 二章 流體輸送機械,,第 一 節(jié) 液體輸送機械,,,,,一、離心泵 離心泵的操作原理、構(gòu)造與類型 離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線 離心泵的氣蝕現(xiàn)象與允許吸上高度 離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié) 二、 其他類型的泵,1,流體輸送機械：向流體作功以提高流體機械能的裝置。 流體輸送機械的分類： （一）按輸送流體的類型分： （1） 輸送液體的機械通稱為泵； 例如：離心泵、往復泵、旋轉(zhuǎn)泵和漩渦泵。 （2） 輸送氣體的機械按不同的工況分別稱為: 通風機、鼓風機、壓縮機和真空泵。,（二）按工作原理可分為： 離心式 正位移式(容積式)：往復式、旋轉(zhuǎn)式 其它（如噴射式）,2,一、離心泵,3,離心泵外形：,4,（一）．離心泵的操作原理、構(gòu)造與類型 離心泵的結(jié)構(gòu) 主要結(jié)構(gòu)：,蝸殼（外殼）； 葉輪：敞式,半蔽式,蔽式 單吸式、雙吸式。 附屬裝置：底閥、濾網(wǎng)、調(diào)節(jié)閥、平衡孔(平衡管)、排氣孔、軸封。,5,6,7,由若干個彎曲的葉片組成的葉輪置于具有蝸殼通道的泵殼之內(nèi)。,葉輪緊固于泵軸上， 泵軸與電機相連，可 由電機帶動旋轉(zhuǎn)。,(2)、操作原理,8,,吸入口位于泵殼中央與吸入管路相連，并在吸入管底部裝 一止逆閥。 泵殼的側(cè)邊為排出口，與排出管路相連，裝有調(diào)節(jié)閥。 離心泵的工作過程： 開泵前，先在泵內(nèi)灌滿要輸送的液體。 開泵后，泵軸帶動葉輪一起高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力。液體在 此作用下，從葉輪中心被拋向葉輪外周，壓力增高，并以 很高的速度（15-25 m/s）流入泵殼。,9,在蝸形泵殼中由于流道的不斷擴大，液體的流速減慢，使 大部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。最后液體以較高的靜壓強從排 出口流入排出管道。 泵內(nèi)的液體被拋出后，葉輪的中心形成了真空，在液面壓 強（大氣壓）與泵內(nèi)壓力（負壓）的壓差作用下，液體便 經(jīng)吸入管路進入泵內(nèi)，填補了被排除液體的位置。,離心泵之所以能輸送液體，主要是依靠高速旋轉(zhuǎn)葉輪所產(chǎn)生的離心力，因此稱為離心泵。,10,離心泵原理的動畫,11,氣 縛 離心泵啟動時，如果泵殼內(nèi)存在空氣，由于空氣的密度遠小于液體的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力很小，葉輪中心處產(chǎn)生的低壓不足以造成吸上液體所需要的真空度，這樣，離心泵就無法工作，這種現(xiàn)象稱作“氣縛”。,為了使啟動前泵內(nèi)充滿液體，在吸入管道底部裝一止逆閥。此外，在離心泵的出口管路上也裝一調(diào)節(jié)閥，用于開停車和調(diào)節(jié)流量。,12,按離心泵的不同用途可分為,水泵,輸送清水和物性與水相近、無腐蝕性且雜質(zhì)很少的液體的泵, （IS）,耐腐蝕泵,接觸液體的部件（葉輪、泵體）用耐腐蝕材料制成。要求：結(jié)構(gòu)簡單、零件容易更換、維修方便、密封可靠、用于耐腐蝕泵的材料有：鑄鐵、高硅鐵、各種合金鋼、塑料、玻璃等。（F型）,油泵,輸送石油產(chǎn)品的泵 ，要求密封完善。（Y 型）,雜質(zhì)泵,輸送含有固體顆粒的懸浮液、稠厚的漿液等的泵 ，又細分為污水泵、砂泵、泥漿泵等 。要求不易堵塞、易拆卸、耐磨、在構(gòu)造上是葉輪流道寬、葉片數(shù)目少。,13,離心泵的主要性能參數(shù),,,銘牌,二．離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線,14,1、離心泵的性能參數(shù) 1）離心泵的流量 指離心泵在單位時間里排到管路系統(tǒng)的液體體積，一般用Q表示，單位為m3/s。又稱為泵的送液能力 。 2）離心泵的壓頭泵對單位重量的液體所提供的有效能量，以H表示，單位為m。又稱為泵的揚程。,離心泵的壓頭取決于： ①泵的結(jié)構(gòu)（葉輪的直徑、葉片的彎曲情況等） ②轉(zhuǎn)速 n ③流量Q,15,如何確定轉(zhuǎn)速一定時， 泵的壓頭與流量之間 的關(guān)系呢？ 實驗測定,H的計算可根據(jù)b(進)、c(出)兩截面間的柏努利方程：,16,離心泵的壓頭又稱揚程。必須注意，揚程并不等于升舉高度△Z，升舉高度只是揚程的一部分。,3）離心泵的效率 離心泵輸送液體時，電動機對泵軸提供的功率，由于存在多方面的損失不可能全部轉(zhuǎn)化為有效功率。致使泵的有效壓頭和流量都較理論值低，通常用效率來反映能量損失。效率是指有效功率Ne與泵軸功率N之比，常用η來表示。,17,η的大小主要與以下三方面的損失有關(guān)： 容積損失:泵的液體泄漏（內(nèi)漏）所造成的 水力損失:液體的摩擦阻力和局部阻力損失 機械損失 :泵軸與軸承,泵軸與填料物之間的摩擦,小型水泵：?一般為50?70% 大型泵：?可達90%以上,泵的效率反應了這三項能量損失的總和，又稱為總效率。 與泵的大小、類型、制造精密程度和所輸送液體的性質(zhì)有關(guān),18,4）軸功率及有效功率 軸功率：,電機輸入離心泵的功率,用 N表示， N=IU 單位為 J/S , 或W 、 KW 。,有效功率：,排送到管道的液體從葉輪獲得的功率，用Ne表示,軸功率和有效功率之間的關(guān)系為 ：,有效功率可表達為,軸功率可直接利用效率計算,,19,2、離心泵的特性曲線,離心泵的 H、η 、 N 都與離心泵的 Q有關(guān)，它們之間的關(guān)系由確定離心泵壓頭的實驗來測定，實驗測出的一組關(guān)系曲線：,——離心泵的特性曲線,注意：特性曲線隨轉(zhuǎn)速而變。,各種型號的離心泵都有本身獨自的特性曲線，但形狀基本相似，具有共同的特點 。,20,21,1）H～Q曲線：表示泵的壓頭與流量的關(guān)系，離心泵的壓頭普遍是隨流量的增大而下降（流量很小時可能有例外） 2）N～ Q曲線：表示泵的軸功率與流量的關(guān)系，離心泵的軸功率隨流量的增加而上升，流量為零時軸功率最小。 離心泵啟動時，應關(guān)閉出口閥，使啟動電流最小，以保護電機。 3）η～Q曲線：表示泵的效率與流量的關(guān)系，隨著流量的增大，泵的效率將上升并達到一個最大值，以后流量再增大，效率便下降。,22,離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點。離心泵在與最高效率點相對應的流量及壓頭下工作最為經(jīng)濟。 與最高效率點所對應的Q、H、N 值稱為最佳工況參數(shù)。離心泵的銘牌上標明的就是指該泵在運行時最高效率點的狀態(tài)參數(shù)。 注意：在選用離心泵時，應使離心泵在該點附近工作。一般要求操作時的效率應不低于最高效率的92%。,23,三、 離心泵選擇與示例,【例1】某地區(qū)一化工廠， 需將60℃的熱水用泵送至高的涼水塔冷卻，如圖所示。 輸水量為80-85m3/h 輸水管內(nèi)徑為106mm，管道總長（包括局部阻力當量長度）為 100m，管道摩擦系數(shù)為0.025，試選一合適離心泵。,解：在水池液面與噴水口截面列柏努利方程,24,,代入上式得,查書本附錄， 可選IS100-80-125型離心泵,25,四、離心泵的安裝高度,1、氣蝕現(xiàn)象,氣蝕產(chǎn)生的條件 葉片入口附近K處的壓強PK等于或小于輸送溫度下液體的飽和蒸氣壓 ，液體將發(fā)生沸騰部分汽化，所生成的大量蒸汽，汽泡在隨液體從葉輪進口向葉輪外,26,圍流動時，又因壓強升高，氣泡立即凝聚，氣泡的消失產(chǎn)生局部真空，周圍的液體以極大的速度沖向氣泡原來所在的空間，在沖擊點處產(chǎn)生很高的局部壓強（高達幾百個大氣壓），沖擊頻率高達每秒幾萬次之多。尤其當氣泡的凝結(jié)發(fā)生在葉輪表面時眾多的液體質(zhì)點如細小的高頻水錘撞擊著葉片，另外氣泡中可能帶有氧氣等對金屬材料發(fā)生化學腐蝕作用。泵在這種狀態(tài)下長期運轉(zhuǎn)，將導致葉片過早損壞。這種現(xiàn)象稱為泵的汽蝕現(xiàn)象。汽蝕現(xiàn)象發(fā)生時，泵體振動，發(fā)出噪音，泵的流量、揚程、效率下降 ， 嚴重時甚至吸不上液體。,27,氣蝕產(chǎn)生的后果：,氣蝕發(fā)生時產(chǎn)生噪音和震動，葉輪局部在巨大沖擊的反復作用下，表面出現(xiàn)斑痕及裂紋，甚至呈海棉狀逐漸脫落 液體流量明顯下降，同時壓頭、效率也大幅度降低，嚴重時會輸不出液體。 2、離心泵的允許吸上高度 離心泵的允許吸上高度又稱為允許安裝高度，指泵的吸入口與吸入貯槽液面間可允許達到的最大垂直距離，以Hg表示。,28,貯槽液面0-0’與入口處1-1’兩截面間列柏努利方程,若貯槽上方與大氣相通，則P0即為大氣壓強Pa,29,2、離心泵的允許吸上真空度,注意：HS’ 單位是壓強的單位，通常以m液柱來表示。在水泵的性能表里一般把它的單位寫成m（實際上應為mH2O）。,——離心泵的允許吸上真空度 定義式,——允許吸上高度的計算式,30,HS’值越大，表示該泵在一定操作條件下抗氣蝕性能好， 安裝高度Hg越高。 HS’與泵的結(jié)構(gòu)、流量、被輸送液體的物理性質(zhì)及當?shù)卮髿鈮旱纫蛩赜嘘P(guān)。 通常由泵的制造工廠試驗測定，實驗在大氣壓為10mH2O （9.81Pa）下,以20℃清水為介質(zhì)進行的。,31,HS ’ 隨 qV 增大而減小 確定離心泵安裝高度時應使用泵最大流量下的HS’ 進行計算 若輸送其它液體，且操作條件與上述實驗條件不符時，需對HS’ 進行校正。,3、氣蝕余量,為防止氣蝕現(xiàn)象發(fā)生，在離心泵入口處液柱的靜壓頭,的一個最小值。,32,——氣蝕余量定義式,△h 與Hg 的關(guān)系,當葉輪入口附近(k-k’)最小壓強等于液體的飽和蒸汽壓pv 時，泵入口處壓強(1-1’)必等于某確定的最小值p1。 在1-1’和k-k’間列柏努利方程：,33,當流量一定且流體流動為阻力平方區(qū)時，氣蝕余量僅與泵的結(jié)構(gòu)和尺寸有關(guān)，是泵抗氣蝕性能參數(shù)。,——允許吸上高度的計算式,△h隨qV增大而增大 計算允許安裝高度時應取高流量下的△h值。,34,泵性能表上所列的△h值也是按輸送20℃的清水測定的，當輸送其它液體時應乘以校正系數(shù)予以校正，但因一般校正系數(shù)小于1，故把它作為外加的安全系數(shù)，不再校正。,4、離心泵的實際安裝高度 離心泵的實際安裝高度應小于允許安裝高度，一般比允許值小0.5～1m。,35,注意： 1）離心泵的允許吸上真空度和允許氣蝕余量值是與其流量有關(guān)的，大流量下△h較大而HS’較小，因此，必須注意使用最大額定流量值進行計算。 2）離心泵安裝時，應注意選用較大的吸入管路，減少吸入管路的彎頭、閥門等管件，以減少吸入管路的阻力。 3）當液體輸送溫度較高或液體沸點較低時，可能出現(xiàn)允許安裝高度為負值的情況，此時，應將離心泵安裝于貯槽液面以下，使液體利用位差自流入泵內(nèi)。,36,例2.如圖所示,需安裝一臺泵,將流量45m3/h、溫度20℃的河水輸送到高位槽，高位槽高出河面10m，管路總長為15m。試選一臺離心泵，并確定安裝高度。,解：流量,選管內(nèi)流速u=2.5m/s，,估算管內(nèi)徑,,,，20 ℃水,37,選 φ 88.5×4mm 的水煤氣管，內(nèi)徑在此d=80.5mm,管內(nèi)流速,,,鋼管絕對粗糙度取,相對粗糙度取,,,38,查圖、局部當量長度,截止閥（全開）,兩個９０度彎頭,帶濾水器的底閥（全開）,管出口突然擴大,管路的壓頭,,,,,,,揚程,39,,泵的允許汽蝕余量,,２０℃水的飽和蒸氣壓,,吸入管長5m, 收入管為阻力,泵的最大允許安裝高度,實際安裝高度應小于2.31m取1.5m,根據(jù)流量和揚程，選取用泵的型號為,40,五、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié),1、管路特性曲線與泵的工作點 1）管路特性曲線,管路特性曲線,流體通過某特定管路時所需的壓頭與液體流量的關(guān)系曲線。,在截面1-1′與 2-2′ 間列柏努利方程式，并以1-1′截面為基準水平面，則液體流過管路所需的壓頭為：,41,式中：,上式簡化為,而,令,42,——管路的特性 方程,2）離心泵的工作點 離心泵的特性曲線與管路的特性曲線的交點M，就是離心泵在管路中的工作點。,在特定管路中輸送液體時，管路所需的壓頭隨所輸送液體流量qV的平方而變,43,M點所對應的流量qe和壓頭He表示離心泵在該特定管路中實際輸送的流量和提供的壓頭。 2、離心泵的流量調(diào)節(jié) 1）改變出口閥開度 ——改變管路特性曲線,閥門關(guān)小時： 管路局部阻力加大，管路特性曲線變陡，工作點由原來的M點移到M1點，流量由QM降到QM1；,44,當閥門開大時： 管路局部阻力減小，管路特性曲線變得平坦一些，工作點由M移到M2流量加大到QM2。,優(yōu)點：調(diào)節(jié)迅速方便，流量可連續(xù)變化；,缺點：流量阻力加大，要多消耗動力，不經(jīng)濟。,2）改變泵的轉(zhuǎn)速——改變泵的特性曲線,若把泵的轉(zhuǎn)速提高到n1：則H~Q線上移，工作點由M移至M1 ，流量由QM 加大到QM1；,45,若把泵的轉(zhuǎn)速降至n2：則H~Q線下移，工作點移至M2,流量減小到QM2,優(yōu)點：流量隨轉(zhuǎn)速下降而減小，動力消耗也相應降低；,缺點：需要變速裝置或價格昂貴的變速電動機，難以做到流量連續(xù)調(diào)節(jié)，化工生產(chǎn)中很少采用。,46,六、離心泵的選用、安裝與操作,1、離心泵的選擇,1）確定輸送系統(tǒng)的流量和壓頭：一般情況下液體的輸送量是生產(chǎn)任務所規(guī)定的，如果流量在一定范圍內(nèi)波動，選泵時按最大流量考慮，然后，根據(jù)輸送系統(tǒng)管路的安排，用柏努利方程計算出在最大流量下管路所需壓頭。 2）選擇泵的類型與型號：首先根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)和操作條件確定泵的類型，按已確定的流量和壓頭從泵樣本或產(chǎn)品目錄中選出適合的型號。,47,若是沒有一個型號的H、qV與所要求的剛好相符，則在鄰近型號中選用H和qV都稍大的一個；若有幾個型號的H和qV都能滿足要求，那么除了考慮那一個型號的H和qV外，還應考慮效率η在此條件下是否比較大。 3)核算軸功率:若輸送液體的密度大于水的密度時，按,來計算泵的軸功率。,2、離心泵的安裝和使用 1）泵的安裝高度 為了保證不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象或泵吸不上液體，泵的實際安裝,48,高度必須低于理論上計算的最大安裝高度，同時，應盡量降低吸入管路的阻力。 2）啟動前先“灌泵” 這主要是為了防止“氣傅”現(xiàn)象的發(fā)生，在泵啟動前，向泵內(nèi)灌注液體直至泵殼頂部排氣嘴處在打開狀態(tài)下有液體冒出時為止。 3）離心泵應在出口閥門關(guān)閉時啟動 為了不致啟動時電流過大而燒壞電機，泵啟動時要將出口閥完全關(guān)閉，等電機運轉(zhuǎn)正常后，再逐漸打開出口閥，并調(diào)節(jié)到所需的流量。,49,4）關(guān)泵的步驟 關(guān)泵時，一定要先關(guān)閉泵的出口閥，再停電機。否則，壓出管中的高壓液體可能反沖入泵內(nèi)，造成葉輪高速反轉(zhuǎn)，使葉輪被損壞。 5）運轉(zhuǎn)時應定時檢查泵的響聲、振動、滴露等情況，觀察泵出口壓力表的讀數(shù)，以及軸承是否過熱等。,50,二、其他類型泵,（一）、往復泵 1、往復泵的結(jié)構(gòu) 及工作原理,往復泵是一種容積式泵，它依靠作往復運動的活塞依次開啟吸入閥和排出閥從而吸入和排出液體。,51,52,53,54,（三）、旋轉(zhuǎn)泵,55,螺桿泵,56,旋渦泵,57,58,59,60,61,液環(huán)壓縮機,62,63,A,D,D,B,B,64,B,C,D,D,C,采用出口閥調(diào)節(jié),采用旁路閥調(diào)節(jié),65,√,√,×,×,66,67,