船舶輔助機械-離心泵ppt課件

1、1,第四章 離心泵 centrifugal pump,第一節(jié) 離心泵的工作原理和性能特點 第二節(jié) 離心泵的一般結構 第三節(jié) 離心泵的相似理論和比轉數(shù) 第四節(jié) 船用離心泵的自吸 第五節(jié) 離心泵的汽蝕 第六節(jié) 離心泵的管理,2,第一節(jié) 離心泵的工作原理和性能特點,分類：離心泵液體軸向進入，徑向流出； 軸流泵液體軸向進入，軸向流出； 混流泵液體沿軸線的傾斜方向進入， 仍然是沿軸線的傾斜方向流出。,3,優(yōu)缺點：1.結構簡單，易操作； 2.流量大，流量均勻； 3.重量輕，運動部件少，轉速高； 4.泵送的液體粘度范圍廣； 5.無自吸能力。,4,泵軸帶動葉輪一起旋轉，充滿葉片之間的液體也隨著旋轉，在慣性離心

2、力的作用下液體從葉輪中心被拋向外緣的過程中便獲得了能量，使葉輪外緣的液體靜壓強提高，同時也增大了流速，一般可達1525m/s。,一、工作原理,5,一、工作原理,液體離開葉輪進入泵殼后，由于泵殼中流道逐漸加寬，液體的流速逐漸降低，又將一部分動能轉變?yōu)殪o壓能，使泵出口處液體的壓強進一步提高。液體以較高的壓強，從泵的排出口進入排出管路，輸送至所需的場所,6,第一節(jié) 離心泵的工作原理和性能特點,二、離心泵的壓頭方程式,離心泵因能量的轉遞方式不同于容積式泵，單位液體所獲得的能量（壓頭、揚程）H與葉輪的尺寸和轉速密切相關。 先分析液體在葉輪中的流動情況再建立壓頭方程式后分析其規(guī)律,7,1.液體在葉輪中的運

3、動情況及速度三角形,為簡化液體在葉輪內的復雜運動，作兩點假設： 葉輪內葉片的數(shù)目為無窮多，即葉片的厚度為無限薄，從而可以認為液體質點完全沿著葉片的形狀而運動，亦即液體質點的運動軌跡與葉片的外形相重合。 輸送的是理想液體，由此在葉輪內的流動阻力可忽略。,8,液體質點在葉輪內的速度有三個：圓周運動速度u， 相對運動速度， 絕對運動速度c,三者關系：,9,若將c分解為徑向分量Cr和圓周分量Cu，則分別為：,，稱為流動角，其大小與葉輪的結構有關。根據(jù)余弦定理，則：,10,1）理想壓頭方程式（歐拉公式） 單位重量液體離開葉輪和進入葉輪時的壓頭之差。,2.離心泵的揚程方程式,11, 假設葉輪不轉，液體仍以

4、葉輪回轉時那樣的相對速度通過葉輪，其能量表達式：（站在葉輪上看液體）, 實際上葉輪在轉，液體在過程中獲得離心力所作的功W，其能量表達式：（站在泵的殼體上看液體）,12, 離心力對單位重量液體所作的功W： 離心力向心力Fn ,大小相等，方向相反,13,離心力做的功（3）,壓頭公式（1）,能量表達公式（2）,14,歐拉方程I式：,Hp（靜壓頭）,Hc(動壓頭),離心力的作用下葉輪旋轉所增加的靜壓頭,葉片間通道面積逐漸加大使液體的相對速度減少所增加的靜壓頭,液體流經(jīng)葉輪后所增加的動壓頭（在蝸殼中其中一部分將轉變?yōu)殪o壓能）,Hp用于克服裝置中的流阻、液位差和反壓。要求Hp大于這三者之和。,Hc表現(xiàn)為液

5、流的絕對速度增加。要求Hc不宜過大，因為Hc大流阻大。,15,（4）,16,將（4）式代歐拉方程I式后，得： 歐拉方程II式:,歐拉方程I式：,17,2）對歐拉方程II式的分析,在離心泵設計中，為提高理論壓頭，一般使190 （液體徑向進入葉片間通道），cos20,18, 根據(jù)速度三角形,19,將上兩式代入歐拉方程II式后，得：,設葉輪的外徑為D2，葉輪出口處的寬度為b2，理論流量QTOO =cr2A ，則：,20,離心泵的基本方程式,21, 揚程與n有關n 揚程；反之相反； 揚程與流量之間的關系,3)對離心泵基本方程式的討論,22, 揚程和角度有關,(a)徑向葉片,性能介于后彎葉片與前彎葉片之

6、間。,23,24,與輸送的液體性質無關，公式中無液體的性能參數(shù)。,(c)前彎葉片,靜壓小、動壓大、噪音大、效率低、能量轉換中損失大、適宜風機工況。,25,三、離心泵的定速特性曲線,離心泵的定速特性曲線,在既定的轉速下，離心泵的揚程、功率、效率等參數(shù)與流量的函數(shù)關系曲線。,1）揚程流量曲線,26,1）揚程流量曲線,葉輪上的葉片數(shù)目是有限的612片，葉片間的液流并不是由許多完全相同的單元流束組成，液體在葉片間流道內流動時存在渦流，其直接影響速度，導致泵的壓頭降低。,液體具有粘性，在泵內存在磨擦等。,非設計工況進、出葉輪的撞擊損失，(設計工況 = 零),泵內有各種泄漏現(xiàn)象，實際的Q小于理論流量。,2

7、7,漏泄造成的v 密封環(huán)內部漏泄和軸封外部漏泄 多級泵還存在級間漏泄 當泵設有平衡孔(管)或平衡盤時，有附加的容積損失。 總漏泄量一般為理論流量的410,28,陡降形 葉片出口角較小，H變化時Q變化較小 用于H變動又不希望Q變化的場合(艙底水泵壓載泵等) 平坦形 葉片出口角稍大，H變化時Q變化較大 用于那些經(jīng)常需要調節(jié)Q而又不希望節(jié)流損失太大的場合(凝水泵、鍋爐給水泵) 駝峰形 葉片出口角較大 有駝峰形QH曲線的泵，工作時可能發(fā)生喘振,應盡量避免使用 適當限制葉片出口角和葉片數(shù)，即可避免出現(xiàn)駝峰,29,2）功率流量曲線,三、離心泵的定速特性曲線,Q,H,N-Q,N,流量為零時，功率最小，適合采

8、用封閉啟動。大功率離心泵此時電機的啟動電流最小，對船舶電站沖擊最小。,30,軸封及軸承的機械摩擦損失 約占軸功率的15，采用機械軸封時損失較小； 葉輪的圓盤摩擦損失 約占軸功率的210 它與葉輪D2的五次方和n的平方成正比。 提高n和相應減小葉輪外徑(H不變時）可減小圓盤摩擦損失。,31,3）效率流量曲線,當泵轉速n一定時，由實驗可測得HQ，NQ，Q，這三條曲線稱為性能曲線，由泵制造廠提供,供泵用戶使用。 泵廠以20清水作為工質做實驗測定性能曲線。,Q，Q先后，存在一最高效率點，此點稱為設計點。與max對應的H，Q，N值稱為最佳工況參數(shù)，也是銘牌所標值。,32,離心泵定速特性曲線實用意義： 利

9、用特性曲線可查出運行工況各參數(shù)值，判斷泵的運行狀態(tài)，指導管理人員選擇合理的運行工況。 借特性曲線來指導泵的選型。 根據(jù)曲線的形狀分析泵內液體運動狀態(tài)。 指導設計人員不斷完善設計和進行新泵設計。,33,四、管路特性曲線和泵的工況點,1. 管路特性曲線,液體流過既定的管路時，它所需的壓頭H與流量之間的函數(shù)關系。,包括兩個部分: 位置頭，壓力頭，與流量沒有關系 消費于克服管道阻力,34,傾斜程度取決于阻力 縱坐標起點位置取決于管路的靜壓頭 當管路阻力變化，如K值增加，曲線變陡,35,將定速特性曲線和管路的特性曲線畫在一張圖上，QH曲線與管路特性曲線的交點即泵的工況點。 點C工況產(chǎn)生的H正好等于液體以

10、此工況的Q流過該管路時所需的壓頭。 大多數(shù)離心泵的HQ曲線是向下傾斜，其工況點是穩(wěn)定的。,36,如干擾使泵的Q增加或減少，都能回復，所以是穩(wěn)定工況點。,37,當管路特性改變時，泵特性曲線發(fā)生改變，工況點也會改變。 同一泵在管路情況改變時Q將發(fā)生較大變化。 泵在額定工況下效率最高，應盡可能使泵在額定工況點附近工作。,38,2. 離心泵的壓頭和流量的實用公式,壓頭公式：,K= 0.00010.00015 n r/min D2 葉輪外徑 m,流量公式：,D1 泵吸入口直徑,39,第二節(jié) 離心泵的一般結構,40,一、葉輪和泵殼,葉輪的型式： 開式 半開式 閉式,41,葉輪的型式： 單側吸入式 雙側吸入

11、式,42,43,44,二、離心泵的密封裝置,密封環(huán),45,填料：35圈 植物纖維、人造纖維、石棉纖維等編織物。,46,三、離心泵的軸向力,1.軸向力的產(chǎn)生：,進口壓力較低 葉輪兩側壓力不對稱 方向 由葉輪后蓋指向葉輪進口端,47,2.軸向力的平衡方法,1）止推軸承 2）平衡孔或平衡管 3）雙吸葉輪或葉輪對稱布置 4）平衡盤,48,49,50,四、離心泵的徑向力,1. 徑向力的產(chǎn)生,設計工況：徑向力為零（流出葉輪的液流不會與渦室的液流發(fā)生撞擊）； 泵流量小于額定流量 徑向力向渦室截面小的方向； 泵流量大于額定流量 徑向力向渦室截面大的方向；,51,第三節(jié) 離心泵的相似理論和比轉數(shù),相似理論的意義

12、： 離心泵中流體計算復雜，無法精確計算，縮比模型容易實現(xiàn)，需用到相似理論。 用它來推導出離心泵的相似準則數(shù)比轉數(shù)，作為對離心泵的分類。,1.分析葉輪、葉片的形狀對泵性能的影響； 2.分析、與的關系及變化趨勢； 3.作為葉輪式泵的分類標準和設計標準； 4.了解性能，選型、合理使用。,52,1、幾何相似,2、運動相似,3、動力相似,兩泵過流部分相應的幾何尺寸比值相等，葉片數(shù)及對應的葉片安裝角也相等。,兩泵各對應點的相應速度方向相同，比值相等，即對應點的速度三角形相似。,兩泵各對應點作用于流體質點上的同名力方向相同，比值相等。,慣性力、粘性力、重力、壓力等。,一、相似條件,53,二、相似定律 滿足相

13、似條件的離心泵流量、壓頭、功率存在下述關系,第三節(jié) 離心泵的相似理論和比轉數(shù),1、流量相似關系 2、壓頭相似關系 3、功率相似關系,離心泵相似三定律,54,相似三定律,將式立方，將式平方,令 即假設一個葉輪與實際泵的葉輪相似，它產(chǎn)生的 時的轉速定為實際泵的比轉數(shù)ns。,兩式相除，消去D2/D2，整理后得：,55,三、比轉數(shù)ns 只包括泵的設計參數(shù)Q、H、n，不包括幾何尺寸的相似準則,第三節(jié) 離心泵的相似理論和比轉數(shù),3.65是最早適用比轉數(shù)的水輪機的設計參數(shù)，為保持統(tǒng)一起見 ，亦沿用至今。 其它國家采用的比轉數(shù)公式中的系數(shù)不是3.65，美國是14.16，英國是12.89，日本是2.12，德國是

14、3.65。,國際標準中，以型式數(shù)K來代替比轉數(shù)ns。,56,57,第四節(jié) 船用離心泵的自吸,離心泵無自吸能力，船用離心泵實現(xiàn)自吸的方法：,采用特殊的泵殼型式或主泵自帶引水真空泵 附設用以抽氣的自動引水裝置 采用真空箱集中引水系統(tǒng),58,59,60,第五節(jié) 離心泵的汽蝕,一、氣蝕現(xiàn)象及危害,低壓區(qū)產(chǎn)生氣泡高壓區(qū)氣泡破裂產(chǎn)生局部真空水力沖擊發(fā)生振動、噪音，對部件產(chǎn)生麻點、蜂窩狀的破壞現(xiàn)象。,61,第五節(jié) 離心泵的汽蝕,62,63,64,65,66,67,68,cavitation,第五節(jié) 離心泵的汽蝕,二、防止氣蝕的措施,避免發(fā)生氣蝕的措施 ）降低液體溫度（使對應的液體飽和壓力降低）； ）減小吸上

15、高度或變凈正吸入為灌注吸入（使吸口壓力增大）； ）降低吸入管阻力（采用粗而光滑的吸管，減少管路附件等）； ）關小排出閥或降低泵轉速（降低流量）。 提高泵抗蝕性能的措施 ）改進葉輪入口處形狀（加大進口直徑、加大葉片進口邊的寬度、采用扭曲葉片、加設誘導輪）； ）采用抗蝕材料（鋁鐵青銅、2Gr13、稀土合金鑄鐵、高鎳鉻合金）； ）葉輪表面光滑，葉片流道圓滑。,69,第六節(jié) 離心泵的管理,一、離心泵工況調節(jié),70,71,72,73,74,第六節(jié) 離心泵的管理,二、離心泵串、并聯(lián)工作 1.串聯(lián)工作,流量相同 壓頭疊加,Q=Q1=Q2,H=H1+H2,注意：H提高后，末級的泵的密封和強度。,75,第六節(jié) 離心泵的管理,二、離心泵串、并聯(lián)工作 2.并聯(lián)工作,H,Q,H