現(xiàn)代水泵設(shè)計(jì)高校講義全

1、第二章 離心泵講義主講 教師&本章的學(xué)習(xí)要點(diǎn)：熟悉各種流體輸送機(jī)械，掌握離心泵的結(jié)構(gòu)、原 理、性能、安裝及調(diào)節(jié)。1 流體輸 送機(jī) 械 的分 類一、液體輸送 泵：齒輪泵；往復(fù)泵；螺桿泵；離心泵等二、氣體輸送 鼓風(fēng)機(jī)；壓縮機(jī)2離心泵的原理及構(gòu)造一、離心泵的特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；流量均勻；調(diào)節(jié)控制方便，并可用耐腐蝕材料制造二、離心泵的原理1、離心泵的排液原理 動(dòng) 能靜 壓能2、離心泵的吸液原理 靜 壓 能位能3、離心泵的氣縛現(xiàn)象 離心泵存在氣體，致使離心力下降，離心泵不能將液體吸入泵， 葉 輪 只 是 在 泵 殼 空 轉(zhuǎn) 而 無(wú) 液 體 排 出 ， 這 種 現(xiàn) 象 稱 為 “ 氣 縛 現(xiàn) 象 ”。3離心泵

2、的構(gòu)造1、葉 輪 葉輪是泵直接對(duì)流體作功的部件。 葉輪的作用是將電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體的動(dòng)能和靜壓能。 一般 常用離 心泵 葉輪上有 612 片后彎 葉片 。 敞開式葉輪、半開式葉輪和封閉式葉輪平衡孔的作用2、減漏環(huán)3 、 泵 殼離心泵泵殼是使液體匯集及能量轉(zhuǎn)化的部件。 離心泵泵殼是蝸殼形，其目的是使流體從泵吸入口到排出口流道 面 積 逐 漸 擴(kuò) 大 ，流 體 流 速 逐 漸 降 低 ，（ 從 1525m/s 降 到 13m/s ），使 流體動(dòng)能大部分轉(zhuǎn)化為靜壓能。4、導(dǎo)輪導(dǎo)輪的作 用：1)減 小葉輪 拋出 的高 能 流體 對(duì)泵 殼 的撞 擊。2)均勻而緩慢地將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能。5 、 軸 封

3、 裝 置 泵殼與泵軸之間的密封稱為軸封。1) 填 料密 封 主要由填料套、填料環(huán)、填料、壓蓋組成。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；造價(jià)低。 缺點(diǎn)：使用壽命短；能量損失大；有泄露。2) 機(jī) 械 密 封 主要由傳動(dòng)螺釘、傳動(dòng)座、彈簧、推環(huán)、動(dòng)環(huán)密封圈、動(dòng)環(huán)、靜 環(huán)、靜環(huán)密封圈、防轉(zhuǎn)銷等部件組成。優(yōu)點(diǎn)：液體泄露量??；使用壽命長(zhǎng)；能耗低；結(jié)構(gòu)緊湊。4離心泵的主要性能參數(shù)一 、 流 量 Q 單位時(shí)間泵能夠排出液體的量。反映離心泵的輸液能力 常用 體積流量表 示， 單位： m3/s 離心泵的流量主要與泵的結(jié)構(gòu)、葉片尺寸和軸轉(zhuǎn)速有關(guān)二 、 揚(yáng) 程 H輸液過(guò)程中泵給予單位重量流體的能量。單位：m液柱 如圖揚(yáng)程包括以下各項(xiàng)：

4、1)將單 位重量液體的 位壓能提高 Z 焦耳，包括吸液 位壓頭 ZS和排 液 位 壓 頭 Zb 。2)3)4)P Pb Pa將單 位重 量 液體 的靜 壓能提 高焦耳。gg提供 了輸送管路總 阻力損失 hf 。u2將單 位重量流體的 動(dòng)能提高 焦耳。2g概念：離心泵的揚(yáng)程不是液體的升揚(yáng)高度。PH Z h fg離心泵的揚(yáng)程與葉輪的尺寸、軸轉(zhuǎn)速、葉片的數(shù)目及流量有關(guān)。三 、 功 率 N1、有效功率：泵在單位時(shí)間對(duì)流經(jīng)該泵的流體所作的功N有 Q g H2、 軸 功 率 ：電機(jī)傳給離心泵的功率N軸3、配帶功率：離心泵本身所配帶電機(jī)的功率N 配 1.11.2N軸四、效率有效功率與軸功率之比N有N軸效率的

5、影響因素：1、容 積 損 失 V2、水 力損 失 H3、機(jī) 械 損 失 mVHm離心泵的 效率 總5 離心 泵的 特性曲線 一、離心泵特性曲線的測(cè)量 離心泵的銘牌：P2Z1近 似為 ： H Z2u22 u122gP1hfN、g實(shí)驗(yàn) 方法：同 一種 泵，葉輪轉(zhuǎn)速 恒定下，分別測(cè)取 不同流量下的 H、 ，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制特性曲線。離心式清水泵型號(hào)2B31A轉(zhuǎn)速2900 r/s揚(yáng)程25.2 m效率65.5 %流量20 m 3/h功率2.07 kw允許吸上真空高度4.5 m重量363 N出廠 編號(hào) 791210出廠日期年月日水泵廠實(shí)驗(yàn)裝置：離心泵的特性曲線HQ 曲線， 離 心 泵的 揚(yáng)程 曲線 流量 Q

6、 增加；揚(yáng)程 H 下降。1、2、NQ 曲線， 離心泵的功率曲線 流量 Q 增加；功率增加。 流量為零；功率最小。3、Q 曲線， 離心泵的效率曲線 曲線有最高效率點(diǎn)，此點(diǎn)為設(shè)計(jì)點(diǎn)。一般， 離心 泵的 使 用效 率不 能低于 最高 效率點(diǎn)的 92%.三、離心泵特性曲線的影響因素1、輸送液體密度的影響 離心泵的揚(yáng)程和效率與密度無(wú)關(guān)；有效功率與密度成正比2、輸送液體粘度的影響 常溫下，輸送液體的粘度增加，最高效率點(diǎn)下的流量、揚(yáng)程和效 率均下降，軸功率增加。輸送液體粘度不大時(shí)，液體粘度對(duì)特性曲線的影響可以不計(jì)。3、葉輪轉(zhuǎn)速的影響輸送粘度與水相近的流體，轉(zhuǎn)速 變化 不大 于 20%時(shí)，可認(rèn)為 其效率不變，

7、則：Q1n1H12 n1N13 n1Q2n2H22 n2N23 n2比例定律一四、葉輪轉(zhuǎn)速的影響Q 1D 1H1D12N1D13Q 2 D DH2D22N2D 23比例定律二（切割定律）6 離心 泵的 工作點(diǎn)及流 量調(diào)節(jié) 一、管路特性曲線hfhfleu22gd24le) Q 22g設(shè)K則H(l25gd8 ( lle )25gdZ P KQ 2g管路特性方程管路特性方程反映管路所需外加功的大小與流量的關(guān)系。離心泵工作點(diǎn)的確定管路特性方程反映管路所需外加功的大小與流量的關(guān)系。離心泵特性方程反映離心泵所能提供的能量的大小與流量的關(guān)系。 則管路特性方程與離心泵特性方程的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流量與揚(yáng)程的 關(guān)系既

8、符合管路特性方程，又符合離心泵特性方程。稱該交點(diǎn)為離 心泵的工作點(diǎn)。、離心泵工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)1、改變管路特性曲線管 路 特性 曲線 的 形狀 主要 決定于 K 值，K 值意味著流體 在管路 中 的流 動(dòng) 阻力 ，阻 力 越大 ，K 值越 大。由圖中可以看到：K 值增大管路所需的揚(yáng)程隨流量增加較快 管路特性曲線變 陡工作點(diǎn)沿離心泵特性曲線上移（左移）揚(yáng)程增加；流量減小。K 值減小管路所需的揚(yáng)程隨流量增加較慢 管路特性曲線變 平工作點(diǎn)沿離心泵特性曲線下移（右移）揚(yáng)程減??；流量增加。改 變 K 值的途徑： 1）在離心泵出口處安裝調(diào)節(jié)閥門，改變管路局部阻力。優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、靈活、方便。 缺點(diǎn)：增加局部阻力

9、將增加能量損失。2）改變輸送管路管徑，改變管路沿程阻力。K 8 （ lle）1因?yàn)椋?K 2 g d5 ，即 K 1d 5所以：管徑 d；K 值。管徑 d；K 值。2、 改變 離心 泵 的特 性曲 線改變離心泵的特性曲線的途徑：1）改 變離 心 泵轉(zhuǎn) 速 n轉(zhuǎn)速 n 增加離心泵特性曲線上移離心泵工作點(diǎn)上移（右移） 揚(yáng)程增加；流量增加。轉(zhuǎn)速 n 減小離心泵特性曲線下移離心泵工作點(diǎn)下移（左移）揚(yáng)程減小；流量減小。2）改 變離 心 泵葉 輪直 徑 d 離心泵葉輪直徑 d 減小流量減??；揚(yáng)程減小工作點(diǎn)下移（左 移 ）。例 ：某 離 心 泵 在 轉(zhuǎn) 速 1480 rpm 下 的 特 性 方 程 為 He

10、=38.4 40.3Q 2（ Q ： m 3/min ）， 輸 送 管 路 兩 端 的 勢(shì) 能 差 為 16.8m ， 管 徑 為 76 4mm ， 長(zhǎng) 1360m （包括局 部阻力的當(dāng) 量長(zhǎng) 度） =0.03 。試 求：1） 輸液 量 Q2） 當(dāng)轉(zhuǎn) 速為 1700 rpm 時(shí)的 輸液量 Q/7 離心泵 的汽 蝕 現(xiàn)象 及安 裝 高度 一、汽蝕現(xiàn)象Z0P0 u0Z0g 2g0; u0 0;heheZ1P1g2 u12ghf01Z1P0P102u12ghf01物理汽蝕：泵壓力P=PV泵液體沸騰，產(chǎn)生大量氣泡氣泡 進(jìn)入 高 壓區(qū) 被壓 碎 并急 劇冷 凝高 壓液 體高速?zèng)_向 氣泡中心，沖擊 力可

11、達(dá) 幾百 大氣 壓 氣 泡若 附在泵 壁或 葉片上，則沖擊力會(huì) 使泵產(chǎn)生嚴(yán)重破壞?；瘜W(xué)汽蝕：物 理汽蝕時(shí)，液體大量氧化性氣體逸出，使 泵壁及 葉片金屬發(fā)生化學(xué)氧化而受損 規(guī)定 ： 以泵 的揚(yáng) 程 較正 常值 下降 3%作 為發(fā) 生 汽蝕 的標(biāo) 志 。、 最大 吸 上真 空高 度 HSmax 與允許吸 上真空高度 HS允 許 吸上 真空 高 度 HS常用 來(lái)限制沸點(diǎn)較 高的液體（ 如水 ）輸送時(shí)離心泵的安裝高度。HSmax 與 HS 均由實(shí) 驗(yàn)測(cè)出，實(shí)驗(yàn) 條 件為 ：輸送液體為敞口水 池中 20oC 的清水。則 P0 = Pa = 1 大氣壓。發(fā) 生 汽 蝕 時(shí) 泵 入 口 處 的 壓 力 為

12、P1mi n。所 以，發(fā)生 汽蝕時(shí)的最 大吸液壓差為 PaP1min，以米 水 柱表示 ， 則有：H S maxPaP1min g單位：m H 2O所以，最大吸上真空高度 壓差。HSmax 即 以米 液柱表 示的 離心泵最 大吸液則離心泵的最大安裝高度為：2ZPa P1min u1maxHSmaxg 2g 許吸上真空高度 HS = H Smax0.3 則離心泵的允許安裝高度為： P1 u12hf01HSmax2 u1 2ghf01H S g 2g hf012 u1 2ghf 01若操作條件與實(shí)驗(yàn)條件不同，則須對(duì)允許吸上真空高度 HS 進(jìn)行校 正。HS/ HSH01、溫 度與 壓力 的 校正非

13、20oC、1 大氣壓下的清水：H S/ H S H 0 10.33 HV 操作條件下的允許吸上真空高度。 實(shí)驗(yàn)條件下的允許吸上真空高度操作條件下吸液面的壓力。HV操作溫度下水的飽和蒸汽壓10.33 與一大氣壓 相當(dāng)?shù)乃?000 9.810.24 與 20oC 清 水 的飽 和蒸 汽壓相 當(dāng)?shù)?水柱高0.24單位：m H 2O單位：P0m H 2Og單位：m H 2OPV g10 5單位：m H 2O10.33m H 2OH01HVPV 20 o C 清水 g23501000 9 .810 .24 m H 2O2、 密 度 校 正若輸 送 液體 的密 度 為 液 ， 則/S液HS/H2O汽蝕

14、 余 量 h當(dāng)離心泵輸送沸點(diǎn)較低的液體（ 如汽油、蝕余量作為指標(biāo)來(lái)限制泵的安裝高度。有 機(jī) 溶 劑 等 ）時(shí) ，常 用 汽1 面和 K 面間列柏 努利方程：2P1 u1PKg2g g當(dāng) 離 心 泵 發(fā) 生 汽 蝕 時(shí) ， PK PV ;P1 P1miP1min2uK 2h2gf 1 Kmin2此時(shí) 則有 P1u1PKg 2g g所以，我們只要控制P1g2u1g 2gu1PV2g gPV2 uK 2gP1ming2 u1 2gh f1 KPVg則可以保證不發(fā)生汽蝕。P1m in u1 因此 將 1mgin 21g 安裝高度，稱為最小汽蝕余P1m inhminPV g 量。的大小作為一個(gè)指標(biāo)，來(lái)限

15、制離心泵的2u12 g 2g g定 義 ：在 離 心 泵 剛 發(fā) 生 汽 蝕 時(shí) ，泵 入 口 處 的 全 壓 頭 比 泵 最 低 壓 強(qiáng) 處的勢(shì)能高出的值為最小汽蝕余量。P1m in u1PV由于 hmin = 1mgin 21gVg 時(shí) ，離心 泵已 經(jīng)發(fā) 生 汽蝕 ，因 此，實(shí)際的汽蝕余量應(yīng)大于最小汽蝕余量 hmin 。允許汽蝕余量為 h= hmin +03 單位：mH2O 離心泵的允許安裝高度為：2P0 P1 u1H g 01 1hPV2gf 01P0 PVP12 u1PVgg2ggP0 PV gh h f 01hf 01四、實(shí)驗(yàn)條件下允許汽蝕余量 h 與 允許吸上真 空高 度 HS的

16、 換算2hP1u1PVh = g2 gg2PaPaP1u1PVg g g 2 g gPa PV H u1= g H S 2g2Pa PV 10 mH 2Ou10g 2 ； 2 g所 以 ， h 10 H S例 ：要 將 某 減 壓 精 餾 塔 塔 釜 中 的 液 體 產(chǎn) 品 用 離心泵輸送到高位槽，釜中真空度位 500mmHg （ 其 中 液 體 處 于 沸 騰 狀 態(tài) ）， 泵 位 于地面 上，吸 入管 總阻力位 0.87m 液柱，液 體 的密 度為 986 /m3。已 知該 泵的允許汽 蝕 余 量 為 4.2m ，試 問(wèn) 該 泵 的 安 裝 是 否 合 適 ？ 若不合適，應(yīng)如何調(diào)節(jié)泵的安裝

17、高度？8離心泵的型號(hào) 一、離心式清水泵1、 B 型或 BA 型 離 心 式 清 水 泵 單級(jí)單吸懸臂式離心泵 全 系 列 揚(yáng) 程 圍 5125m ， 流 量 圍 6.3400m 3/h。2、 D 型離 心 水 泵 多級(jí)分段式離心泵 我 國(guó) 生 產(chǎn) 的 多 級(jí) 泵一 般 為 29 級(jí) ， 最 多 可 達(dá) 12 級(jí) 全 系 列 揚(yáng) 程 圍 50650m ，流 量 圍 10.8850m 3/h。D（DG ) 6259D：多級(jí)離心泵DG：多級(jí)鍋爐給水泵6：流量 6 m 3/h25：揚(yáng) 程 25m9：級(jí) 數(shù) 94B35A 型水 泵4：泵吸入口管直徑（英寸）B：?jiǎn)渭?jí)單吸懸臂式離心泵35： 泵 的 揚(yáng) 程A

18、： 葉 片 切 割 次 數(shù) （ A 一 次 切 割 ； B二次 ； C 三次 ）3、 S 型（ 或 Sh 型） 離 心泵 雙吸式離心泵 全 系 列 揚(yáng)程 圍 9140m ，流 量圍 12013000m 3/h。二、 耐腐 蝕 泵 F 型 泵 特點(diǎn)：與液體接觸部位用耐腐蝕材料制成。 全 系 列 揚(yáng)程 圍 15105m ， 流 量圍 2400m 3/h FH ： 灰 口 鑄 鐵 ， 用 于 輸 送 濃 硫 酸 。 FG：高硅鑄鐵，用于輸送壓強(qiáng)不高的硫酸或以硫酸為主的混酸。 FM ： 鉻鎳 鉬 鈦 合 金鋼 ， 適 宜 輸 送 常 溫 高 濃 度 硝 酸 。FB：鉻鎳合金鋼，適宜輸送常溫低濃度硝酸、氧化性酸、堿其他 弱腐蝕性液體。FS：聚 四氟 乙 烯 塑 料，適 用 于 輸 送 90 oC 以 下 的 硫 酸 、硝 酸、鹽 酸 及堿液。FV ： 鋁 鐵 青 銅 FQ：硬鉛 FJ： 耐 堿鋁 鑄鐵 80FS24 型 泵80： 泵 吸 入 口 管 直 徑（ mm） FS： 聚 四 氟 乙 烯 塑 料 24： 揚(yáng) 程 24m、 油 泵 Y 型泵 特點(diǎn)：軸封要求高，全 系 列 揚(yáng)程 圍 60603m ， 流 量 圍 6.25500m 3/h。 適 用 溫 度圍 ： 45 oC400 oC四 、 液 下 泵 FY 型 泵特 點(diǎn) ：軸 封 要 求 不 高 ，效 率 較 低 ，適 用