離心泵原理部分

1、2021-12-131第九章第九章 離心泵離心泵第一節(jié)第一節(jié) 離心泵的工作原理與構(gòu)造離心泵的工作原理與構(gòu)造 一、離心泵的工作原理一、離心泵的工作原理 離心泵是利用葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)使液體產(chǎn)生離心力的方式來工作的。 見下頁(yè)工作原理圖。 1、各主要零部件及運(yùn)動(dòng)； 2、操作過程: a）打開灌泵口，灌泵排氣； b）關(guān)閉灌泵口和排液閥門； c）啟動(dòng)電機(jī)；d）緩慢打開排液閥門。 2021-12-1322021-12-133 二、離心泵的構(gòu)造二、離心泵的構(gòu)造 離心泵種類較多，常用的有：?jiǎn)渭?jí)單吸離心泵、單級(jí)雙吸離心泵、分段多級(jí)離心泵。 1 1、單級(jí)單吸離心泵、單級(jí)單吸離心泵（按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的IS型）（見結(jié)構(gòu)圖） 主要

2、由葉輪、泵體、泵蓋、泵軸、密封環(huán)、填料盒、軸承等零件組成。 葉輪葉輪 有開式、半開式、閉式葉輪三種。（見葉輪圖） 作用是：拋甩液體，使其產(chǎn)生離心力，將外界輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液能。 泵殼泵殼 由泵體和泵蓋組成。 作用是：收集葉輪拋出的液體，并引導(dǎo)其向出口流動(dòng)，并使流速降低，將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓能。2021-12-134 密封密封 有兩處密封： （見結(jié)構(gòu)圖） （a）在葉輪與泵蓋之間，其作用是防止高能液體直接流向吸入口；采用間隙式（非接觸）密封。 （b）在泵體與泵軸之間，其作用是防止液體向泵外泄漏；采用接觸式填料密封。 軸向力軸向力 單吸離心泵的葉輪都會(huì)承受指向吸入口的軸向力。 軸向力平衡方式： （a

3、）開平衡孔。在葉輪的背部增加一間隙密封，再在吸入口相對(duì)處開軸向孔。該方法簡(jiǎn)單、可靠，但泄漏有所增大。 （b）在葉輪背面增加平衡葉片。該方法簡(jiǎn)單，不增加泄漏，但效果不如開平衡孔法。 2021-12-135單級(jí)單吸離心泵單級(jí)單吸離心泵2021-12-136葉輪類型葉輪類型（a）閉式；（b）開式；（c）半開式（a）（b）（c）2021-12-137葉輪受力圖葉輪受力圖2021-12-138 軸向力的平衡軸向力的平衡a）開平衡孔；b）增加平衡葉片；c）專用平衡盤裝置2021-12-139 2 2、單級(jí)雙吸離心泵、單級(jí)雙吸離心泵 主要結(jié)構(gòu)與單級(jí)單吸離心泵相似，工作原理相同。（見結(jié)構(gòu)圖） 與單級(jí)單吸離心泵

4、的區(qū)別： （1）在結(jié)構(gòu)上左右對(duì)稱； （2）軸向力完全自平衡； （3）泵軸為兩端支撐，而不是懸臂，支撐剛度好； （4）在相同條件下，流量大，揚(yáng)程高； （5）泵體由經(jīng)泵軸軸線的水平面剖分，安裝檢修方便。 在城市給水系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。2021-12-1310單級(jí)雙吸離心泵單級(jí)雙吸離心泵2021-12-1311 3 3、分段多級(jí)離心泵、分段多級(jí)離心泵 從總體看，由多個(gè)單級(jí)單吸離心泵串聯(lián)而成。（見結(jié)構(gòu)圖） 特點(diǎn)： （1）在相同條件下，流量與單級(jí)單吸離心泵相同； （2）揚(yáng)程為單級(jí)單吸離心泵的K倍； （3）軸向力為單級(jí)單吸離心泵的K倍，故應(yīng)增設(shè)專門的軸向力平衡裝置（見圖），或采取其他分擔(dān)軸向力的方法。 （4）

5、可以根據(jù)揚(yáng)程的需要增減級(jí)數(shù)； （5）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修較難。 應(yīng)用于將液體輸送到更遠(yuǎn)更高的場(chǎng)合。2021-12-1312分段多級(jí)離心泵分段多級(jí)離心泵2021-12-1313單級(jí)單吸離心泵吸入口直徑（mm）出液口直徑（mm）葉輪出口名義直徑（mm） 三、離心泵的型號(hào)三、離心泵的型號(hào) 1 1、單級(jí)單吸離心泵、單級(jí)單吸離心泵 按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)： IS 200-150-315IS 200-150-315 2 2、單級(jí)雙吸離心泵、單級(jí)雙吸離心泵 10 Sh 19 A10 Sh 19 A吸入口直徑（英寸）單級(jí)雙吸臥式離心比轉(zhuǎn)數(shù)的1/10葉輪外徑被切削2021-12-1314 3 3、分段多級(jí)離心泵、分段多級(jí)離心

6、泵 4 DA 84 DA 86 6吸入口直徑（英寸）分段式多級(jí)離心泵比轉(zhuǎn)數(shù)的1/10級(jí)數(shù)2021-12-1315第二節(jié)第二節(jié) 離心泵的基本性能參數(shù)離心泵的基本性能參數(shù) 離心泵的基本性能參數(shù)在泵的名牌上標(biāo)定，主要有：流量、揚(yáng)程、功率、效率、轉(zhuǎn)速、允許吸上真空高度等，是正確選擇和使用離心泵的依據(jù)。 一、流量一、流量 Q Q 定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)離心泵輸出液體的體積。 單位：立方米/秒、升/分。 二、揚(yáng)程二、揚(yáng)程 H H 定義：?jiǎn)挝恢亓恳后w流經(jīng)泵后所獲得的能量。 單位：米。 三、功率三、功率 功率有兩個(gè)概念： 軸功率 ： 單位時(shí)間動(dòng)力機(jī)輸送給離心泵的能量，屬機(jī)械能； 有效功率 ：?jiǎn)挝粫r(shí)間離心泵輸出的能量

7、，屬液能。 NQHgzNN2021-12-1316 四、效率四、效率 定義：離心泵輸出功率與輸入功率之比。 五、轉(zhuǎn)速五、轉(zhuǎn)速 n n 離心泵軸的旋轉(zhuǎn)速度，轉(zhuǎn)/分。 泵名牌上標(biāo)有泵的額定轉(zhuǎn)速，一般，泵只能在額定轉(zhuǎn)速之下工作。轉(zhuǎn)速的改變，泵的性能將隨之改變。ZNN2021-12-1317 六、允許吸上真空高度六、允許吸上真空高度 HsHs 該參數(shù)反映離心泵的抗汽蝕能力，值越大，抗汽蝕能力越強(qiáng)。也表明泵的吸入性能，值越大，吸入性能越強(qiáng)。后面詳述。 離心泵的基本性能參數(shù)一般都標(biāo)注在泵的銘牌上。 例： 離心式清水泵離心式清水泵 型號(hào)型號(hào) 12SH28A 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 速速 1450r/min 揚(yáng)程揚(yáng)程 10米

8、效效 率率 78% 流量流量 684m3/h 軸功率軸功率 28KW 允許吸上真空高度允許吸上真空高度 4.5米 重重 量量 66Kg2021-12-1318第三節(jié)第三節(jié) 離心泵的基本能量方程離心泵的基本能量方程 離心泵是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液能的裝置。能量的轉(zhuǎn)換主要是在葉輪內(nèi)實(shí)現(xiàn)的。 本節(jié)的目的：研究葉輪傳遞給液體多少能量，該能量與哪些因素有關(guān)。 一、液體在葉輪中的流動(dòng)一、液體在葉輪中的流動(dòng) 在葉輪流道內(nèi)流動(dòng)的任何液體質(zhì)點(diǎn)都做復(fù)合運(yùn)動(dòng)： （1）牽連運(yùn)動(dòng)液體質(zhì)點(diǎn)跟隨葉輪做圓周運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度用 表示，其速度大小等于葉輪在該處的圓周速度，方向沿圓周方向； （2）相對(duì)速度液流質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于葉輪的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)

9、速度用 表示； （3）絕對(duì)速度液流質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度用 表示。 cwu2021-12-1319 根據(jù)矢量合成原則，三個(gè)速度矢量的關(guān)系可以用矢量平行四邊形直觀表示，三個(gè)速度矢量有大小和方向共六個(gè)參數(shù)，只要知道4個(gè)，便可作出該速度矢量平行四邊形。 如果能夠準(zhǔn)確做出速度矢量平行四邊形，則液體質(zhì)點(diǎn)在葉輪流道內(nèi)任何一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀況便清楚了(包括各速度矢量的大小、方向)。 研究液體在葉輪中的流動(dòng)，就是要研究速度矢量平行四邊形的作法。研究液體在葉輪中的流動(dòng)，就是要研究速度矢量平行四邊形的作法。三個(gè)速度的關(guān)系是： cuw2021-12-1320液體在葉輪中的流動(dòng)液體在葉輪中的流動(dòng)2021-12-1

10、321 在離心泵葉輪中，任何一點(diǎn)處的液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀況都是不同的，十分復(fù)雜，要作出任何點(diǎn)的速度矢量平行四邊形是不可能的，也是不必要的。從分析葉輪內(nèi)能量轉(zhuǎn)換的目的出發(fā)，只要搞清出葉輪流道的進(jìn)口、出口處的速度矢量平行四邊形便可以了。 為分析葉輪流道進(jìn)口、出口處的速度矢量平行四邊形，做如下規(guī)定： 水利角： 正向與 正向之間的夾角為； 正向與 反向之間的夾角為； 下 標(biāo)： 葉輪進(jìn)口處的參數(shù)加下標(biāo) 1； 葉輪出口處的參數(shù)加下標(biāo) 2； 葉輪流道結(jié)構(gòu)參數(shù)加下標(biāo) k； 按照這個(gè)規(guī)定，就可以研究葉輪流道的進(jìn)、出口速度矢量平行四邊形了。uucw2021-12-1322 1、葉輪進(jìn)口速度矢量平行四邊形、葉輪進(jìn)口速度

11、矢量平行四邊形 對(duì)于任意工況對(duì)于任意工況 1）對(duì)于 ，方向沿圓周切線，已知；大小為 ，已知； 所以 可以作出。 2）對(duì)于 ，絕大多數(shù)離心泵，設(shè)計(jì)時(shí)，液體都沿徑向進(jìn)入流道 ， 則方向已知；大?。?。 式中， 為泵的理論流量； 為葉輪入口斷面積。 可以作出。 3）由上述 和 可以唯一地確定相對(duì)速度 。這時(shí)，可以根據(jù) 是否與葉輪入口的葉片相切，判斷液體進(jìn)入葉輪流道時(shí)是否有沖擊： 若與葉片相切，離心泵處于無沖擊工況，效率最高； 若 ，液體將沖擊葉片的背面； 若 ，液體將沖擊葉片的正面。112uDn1u1c11cu11TQcFTQ1F1c1u1u1c1w1w11k11k2021-12-1323 對(duì)于無沖

12、擊工況對(duì)于無沖擊工況 已知離心泵處于無沖擊工況， 沿葉輪入口葉片的切向，即方向已知； 可以分解為沿半徑方向和沿圓周切向的兩個(gè)分量， 即： ， 其中， 的大小和方向均知， 大小為： ； 的方向知，大小不知。 沿圓周切向，方向已知； 在此情況下，根據(jù)矢量合成原則，利用 、 以及 、 的已知方向，可以作出葉輪入口的速度矢量平行四邊形。 1w1c111ruccc1rc1uc1u1rc1uc1w11FQcTr1u2021-12-1324 2、葉輪流道出口速度矢量平行四邊形、葉輪流道出口速度矢量平行四邊形 分析：分析： 1）對(duì)于 ，方向沿圓周切線，已知 ； 大小： ，已知；則 可以作出。 2）對(duì)于 ，方向

13、沿葉片切向，大小不知，可作出方向線； 3）對(duì)于 ，可以分解為沿半徑方向和圓周切向兩個(gè)分量，即： 其中， 的方向圓周切向； 大小為： ，方向沿半徑向外。 根據(jù)上述條件，便可以作出葉輪流道出口速度矢量平行四邊形。 （見圖）2u22uD n2u222ruccc2uc2rc22TrQcF2w2c2021-12-1325 二、離心泵能量方程的推導(dǎo)二、離心泵能量方程的推導(dǎo) 在掌握了液流運(yùn)動(dòng)規(guī)律后，就可以討論離心泵的能量方程了。 為分析問題的方便，做如下假設(shè)假設(shè)： 1）液體為理想液體。即：液體無粘性、不可壓縮，在流動(dòng)過程中，沒有能量損失。 2）葉輪的葉片無限多、無限薄。即：液體完全按照葉片所規(guī)定的方向流動(dòng)，

14、葉片厚度不影響液體流動(dòng)斷面積。 3）液體在流道中做穩(wěn)定流動(dòng)。即：在流道內(nèi)任意點(diǎn)處，液體的流速、壓力、密度不隨時(shí)間而變化。 推導(dǎo)方法： 1）用液流動(dòng)量矩定律； 2）用伯努利方程。2021-12-1326 用液流動(dòng)量矩定律推導(dǎo)離心泵能量方程 液流動(dòng)量矩定理：液流動(dòng)量矩定理：在穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)下，單位時(shí)間流過的液體質(zhì)量，從一個(gè)斷面流到另一個(gè)斷面時(shí)，其動(dòng)量矩的變化等于作用在這兩個(gè)斷面間的液體上的外力矩。 取葉輪入口斷面為第一斷面，葉輪出口斷面為第二斷面，則：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過的液體質(zhì)量為： （Kg）式中， 泵的理論流量（ ）； 液體密度（ ）；葉輪流道入口處液流動(dòng)量矩為： 式中， 葉輪入口處液流絕對(duì)速度（m/

15、s）； 轉(zhuǎn)軸中心到絕對(duì)速度方向線的距離（m）； TmQ11 1Mmcl3/Kg m3/msTQ1c1l2021-12-1327 葉輪出口處液流動(dòng)量矩為： 式中， 葉輪入口處液流絕對(duì)速度（m/s）； 轉(zhuǎn)軸中心到絕對(duì)速度方向線的距離（m）； 由液流動(dòng)量矩定理可得：式中， 為外界輸入的力矩。 代入各動(dòng)量矩表達(dá)式，整理后得： 根據(jù)速度矢量圖的幾何關(guān)系知： 2l2c21iMMMiM2211()iMm clc l121122121212cos,cos22,coscosuuDDllcccc222Mm cl2021-12-1328 將幾何條件代入液流動(dòng)量矩定理表達(dá)式，化簡(jiǎn)得： 根據(jù)能量守衡原理，若液體流經(jīng)葉輪

16、流道過程中無能量損失，則輸入泵的機(jī)械能將全部轉(zhuǎn)化為液體能量，即： 式中， 泵軸的旋轉(zhuǎn)速度（ ）； 泵的理論揚(yáng)程（單位重量液體經(jīng)過泵后獲得的能量）。 將上兩式合并，并注意到： 整理后可得： 此就是離心泵的能量方程。221 1()2iuumMD cDcTH2iTTMnQg Hnminr,TmQ22,ucDn11,ucD n2 21 11()TuuHu cu cg2021-12-1329 為提高離心泵的揚(yáng)程，改善吸入性能，絕大多數(shù)離心泵都設(shè)計(jì)成液體沿徑向進(jìn)入葉輪，即： 則 離心泵的能量方程可以化簡(jiǎn)為：分析分析： 1）當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，葉輪直徑越大，揚(yáng)程越高； 2）當(dāng)葉輪直徑一定時(shí)，轉(zhuǎn)速越高，揚(yáng)程越大；

17、3）式中沒有任何與液體性能相關(guān)的參數(shù)，故，離心泵的揚(yáng)程與液體性質(zhì)無關(guān)。換句話說，離心泵可以用來輸送任何液體。 4）由于 當(dāng) 時(shí)， 最??； 當(dāng) 時(shí)， 居中； 當(dāng) 時(shí)， 最大； 工程中，總?cè)?，一般 ，這樣，泵運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，效率高。0190 ,10,uc221TuHucg2222,urkcucctg22,TrQcF020202909090kkk222222,uuucucucuTTTHHH0290k00220302021-12-1330葉輪出口結(jié)構(gòu)角對(duì)性能的影響葉輪出口結(jié)構(gòu)角對(duì)性能的影響2021-12-1331 三、離心泵能量方程的修正三、離心泵能量方程的修正 上述離心泵能量方程是在三個(gè)假設(shè)的前提下導(dǎo)出

18、的，與實(shí)際有一定的差距，應(yīng)加以修正： 1）當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)速不變時(shí)，可以近似認(rèn)為“液體做穩(wěn)定流動(dòng)”假設(shè)成立； 2）葉片不可能無限多、無限薄，在同一圓周上，液流速度的不相同，葉片正面流速高，而葉片背面流速低，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生渦流，影響揚(yáng)程，修正后的揚(yáng)程為： （P為修正系數(shù)）當(dāng)葉片數(shù)為6-12片時(shí)， ，葉片多時(shí)，取小值。 3）實(shí)際液體是有粘性的，流動(dòng)中有能量損失，會(huì)使揚(yáng)程下降，即： 式中， 為水力效率。,1TTHHP0.111P 1TThhHHHPh2021-12-1332第四節(jié)第四節(jié) 離心泵的性能曲線離心泵的性能曲線 泵的性能曲線反映各個(gè)性能參數(shù)之間的關(guān)系及變化規(guī)律，是選擇和正確使用泵的依據(jù)。 性能曲線：性

19、能曲線：在轉(zhuǎn)速恒定的前提下，泵的揚(yáng)程 、軸功率 、效率 、允許吸上真空高度 與流量 之間的關(guān)系曲線。 即： 曲線、 曲線、 曲線、 曲線。 離心泵的特性曲線由實(shí)驗(yàn)得出，并附在說明書或產(chǎn)品樣本上。了解和運(yùn)用這些特性曲線，對(duì)我們正確選擇和使用離心泵有指導(dǎo)意義。 一、理論性能曲線的定性分析一、理論性能曲線的定性分析 這里討論揚(yáng)程與流量的關(guān)系曲線。 能量基本方程式： HNsHQQHzQNQsQH221TuHucg2021-12-1333 根據(jù)葉輪流道出口速度矢量圖知：將上式代入能量方程中，得：該式反映了理論揚(yáng)程與流量之間的關(guān)系。 分析分析： 當(dāng)泵以及轉(zhuǎn)速確定之后， 、 、 均為常數(shù)，揚(yáng)程與流量之間呈線

20、性關(guān)系。在 小于 的情況下，為一條傾斜向下的直線（如下頁(yè)圖所示）。 根據(jù)實(shí)際測(cè)出的離心泵的揚(yáng)程與流量關(guān)系曲線，其形狀與理論關(guān)系曲線差異很大，原因主要在以下幾方面： 1）實(shí)際泵的葉片不是無限多、無限??；）實(shí)際泵的葉片不是無限多、無限?。?222,urkcucctg22,TrQcF22222kTTu ctguHQgg F2k2F2u0902k2021-12-1334離心泵理論特性曲線離心泵理論特性曲線2021-12-1335 2）泵內(nèi)存在三種能量損失：）泵內(nèi)存在三種能量損失： a）水力損失液體在葉輪流道內(nèi)流動(dòng)，與器壁之間產(chǎn)生的流動(dòng)摩擦損失，液體進(jìn)入葉輪流道時(shí)，沒有圓滑進(jìn)入，造成水力沖擊損失。該項(xiàng)損

21、失可以用水力效率 表示其相對(duì)大小。 b）機(jī)械摩擦損失在軸承、軸與泵殼之間的接觸密封處產(chǎn)生的機(jī)械摩擦損失以及葉輪端面在液體中高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機(jī)械摩擦損失。該項(xiàng)損失可以用機(jī)械效率 表示其相對(duì)大小。 c）泄漏損失在葉輪內(nèi)獲得能量的液體，沒有從泵的排出口排出，而是由葉輪與泵蓋之間的間隙密封處直接流回吸入口，或從軸與泵殼之間的接觸密封處漏到泵外，造成泄漏損失。該項(xiàng)損失可以用容積效率 表示其相對(duì)大小。 見下頁(yè)示意圖。Jhv2021-12-1336離心泵能量平衡示意圖離心泵能量平衡示意圖 2021-12-1337二、實(shí)際性能曲線二、實(shí)際性能曲線離心泵實(shí)際性能曲線是在20，清水條件下實(shí)測(cè)得到的，出廠時(shí)在產(chǎn)品樣本

22、中給出（通常給出特性曲線的局部，即常用段）。對(duì)于大多數(shù)離心泵，性能曲線的形態(tài)基本相似。1 1、 曲線曲線（見圖）分析：1）為一條傾斜向下的弧線，隨 揚(yáng)程增加，流量下降；2）流量Q = 0時(shí)，揚(yáng)程 H 最大；3）通常在 曲線上會(huì)標(biāo)出 “高效工作區(qū)”。該曲線是選擇離心泵的重要依據(jù)。QHQH2021-12-13382 2、 曲線曲線（見圖）分析：1） 近似為一條經(jīng)過原點(diǎn)的開口向下的拋物線；2）當(dāng)流量等于設(shè)計(jì)流量時(shí)，效率最高；3）通常，將最高效率的90%作為高效工作區(qū)，泵長(zhǎng)期工作時(shí)應(yīng)處于該區(qū)。Q2021-12-13393 3、 曲線曲線（見圖）分析：1）為一條傾斜向上的斜線，流量增大，軸功率增大；2）

23、當(dāng)流量為 0 時(shí)，軸功率最小，故離心泵應(yīng)該閉 閘啟動(dòng)，以保護(hù)電機(jī)；3）當(dāng)流量為 0 時(shí)，軸功率 并不為 0，此時(shí)輸入的 功率全部用來發(fā)熱，故 離心泵不能長(zhǎng)時(shí)間處于 閉閘狀態(tài)。zQN2021-12-13404 4、三條重要特性曲線的應(yīng)用、三條重要特性曲線的應(yīng)用（見圖）揚(yáng)程流量、軸功率流量、 效率流量三條特性曲線是正確 使用和選擇離心泵的重要依據(jù)。用相同的比例尺表示三條曲 線的流量，按照縱向排列，可以 看到三者的關(guān)系。離心泵使用原則：1）長(zhǎng)期工作必須使工作點(diǎn) 處于高效工作區(qū)；2）動(dòng)力機(jī)不能超載；2021-12-1341第五節(jié)第五節(jié) 相似定理在離心泵的應(yīng)用相似定理在離心泵的應(yīng)用一、問題的引出一、問題

24、的引出在工程中，往往遇到下列問題：1）同一臺(tái)離心泵，已知其在某一轉(zhuǎn)速下的特性，能否由此得到在其它轉(zhuǎn)速下的特性？2）有兩臺(tái)離心泵為相似工況泵，其結(jié)構(gòu)完全相似，只是尺寸不同。若已知一臺(tái)泵的特性，能否由此得到另一臺(tái)泵的特性？此類問題完全可以用相似定理得到解決。因此，掌握了相似定理，就能對(duì)離心泵有更進(jìn)一步的理解，就能靈活應(yīng)用離心泵的特性，使其應(yīng)用范圍大大擴(kuò)展。2021-12-1342二、相似的概念二、相似的概念根據(jù)流體力學(xué)的知識(shí)，在兩臺(tái)離心泵中，液流的水動(dòng)力相似，應(yīng)具備三個(gè)條件：1 1）幾何相似）幾何相似（液流的幾何相似）葉輪流道的幾何形狀相似，就能達(dá)到液流的幾何相似。即：各對(duì)應(yīng)角相等，對(duì)應(yīng)尺寸成比例

25、。 式中，用有、無下標(biāo) m 區(qū)分不同的泵；下標(biāo)“1”、“2”分別代表葉輪進(jìn)口和出口。z 為葉片數(shù)； 為相似比（某個(gè)常數(shù)）。 分別代表葉輪直徑、流道寬度、葉片結(jié)構(gòu)角。 212121211122,mmmmkkkkmmmDDbbDDbbzz, ,kD b2021-12-13432 2）運(yùn)動(dòng)相似）運(yùn)動(dòng)相似（液流的運(yùn)動(dòng)相似）即：相似泵中，葉輪流道內(nèi)各對(duì)應(yīng)點(diǎn)處的液流速度大小成比例，方向相同。式中，用有、無下標(biāo) m 區(qū)分不同的泵；下標(biāo)“1”、“2”分別代表葉輪進(jìn)口和出口。 分別代表絕對(duì)流速、相對(duì)流速、牽連速度。 分別代表兩泵的轉(zhuǎn)速。 分別絕對(duì)流速正向與牽連速度正向的夾角、相對(duì)流速正向與牽連速度反向的夾角。

26、12121212121211221122,mmmmmmmmmccwwuunccwwuun, ,c w u,mn n, 2021-12-13443 3）動(dòng)力相似）動(dòng)力相似（液流的動(dòng)力相似）即：相似泵中，葉輪流道內(nèi)各對(duì)應(yīng)點(diǎn)處的液流所受的外力（重力、壓力、粘滯力、慣性力等）大小成比例，方向相同。 滿足“幾何相似”、“運(yùn)動(dòng)相似”、“動(dòng)力相似”的工作狀態(tài)，稱作“工況相似”，工況相似的兩臺(tái)離心泵，就稱之為“相似工況泵”。 “相似工況泵”一定滿足相似定理。 實(shí)際工程中，要做到動(dòng)力相似幾乎是不可能的。因此，近似認(rèn)為只要滿足“幾何相似”、“運(yùn)動(dòng)相似” ，就認(rèn)為是“工況相似”。2021-12-1345三、相似定理

27、三、相似定理在相似理論中，有三條相似定理：1 1、第一相似定理、第一相似定理為兩相似工況泵流量之間的關(guān)系。利用“量剛分析”的方法，可以得到兩相似工況泵流量之間的關(guān)系：式中，用有、無下標(biāo) m 區(qū)分不同的泵； 分別代表泵的流量、容積效率、相似比、轉(zhuǎn)速。, ,Qn mmvvmnnQQ3)(2021-12-13462 2、第二相似定理、第二相似定理為兩相似工況泵揚(yáng)程之間的關(guān)系。利用“量剛分析”的方法，可以得到兩相似工況泵揚(yáng)程之間的關(guān)系：式中，用有、無下標(biāo) m 區(qū)分不同的泵； 分別代表泵的揚(yáng)程、水力效率、相似比、轉(zhuǎn)速。, ,sHn 22)()(mmssmnnHH2021-12-13473 3、第三相似定

28、理、第三相似定理為兩相似工況泵軸功率之間的關(guān)系。利用“量剛分析”的方法，可以得到兩相似工況泵揚(yáng)程之間的關(guān)系： 式中，用有、無下標(biāo) m 區(qū)分不同的泵； 分別代表泵的軸功率、機(jī)械效率、相似比、轉(zhuǎn)速。, ,zJNn35)()()(mmJJmzznnNN2021-12-13484 4、相似定理的簡(jiǎn)化、相似定理的簡(jiǎn)化在上述三條相似定理中，泵的三個(gè)“分效率”機(jī)械效率、容積效率、水力效率并不好得到，使得應(yīng)用起來很不方便。工程中往往加以簡(jiǎn)化，以便應(yīng)用。簡(jiǎn)化條件：1）兩泵幾何尺寸相差不太大；2）兩泵的轉(zhuǎn)速相差不太大。則認(rèn)為： “兩泵的分效率近似相等”。從而得簡(jiǎn)化相似定理： ； ；利用簡(jiǎn)化相似定理，可以解決工程中

29、提出的“第二個(gè)問題”。35)()(mmzznnNN22)(mmnnHHmmnnQQ32021-12-13495 5、相似定理的特例、相似定理的特例比例定理比例定理在上述“簡(jiǎn)化相似定理”中，令： ，則得比例定理：利用“比例定理”，可以解決工程中提出的“第一個(gè)問題”同一臺(tái)泵，在不同轉(zhuǎn)速下，流量、揚(yáng)程、軸功率的變化。11122QnQn21122HnHn31122zzNnNn2021-12-1350例題 有一輸水的離心泵，當(dāng)轉(zhuǎn)速為1450 r/min時(shí)，其流量為180 L/min，揚(yáng)程為10 M。若泵的效率為70%，該泵此時(shí)的軸功率為多少？ 若轉(zhuǎn)速降為1000 r/min，其流量、揚(yáng)程、軸功率又為多少

30、？解：1）求該泵在1450 r/min時(shí)的軸功率 有效功率為： 軸功率為： 31180 1010 1000 9.860294( )NQHgw294420( )0.7zNNw2021-12-13512）利用比例定理求變速后的流量、揚(yáng)程 由 得： 由 得： 1122QnQn21122HnHn22111000180120( /min)1450nQQLn2222111000104.8( )1450nHHmn2021-12-13523）求變速后的軸功率（有兩種求法）a）用比例定理求由 得： b）用功率計(jì)算式求注：兩種算法有一定的差異，原因在于舍入誤差。31122zzNnNn322113100042013

31、7.8( )1450zznNNnw2223/1120 104.8 1000 9.8/0.760134.4( )zNQ Hgw2021-12-1353四、離心泵的比轉(zhuǎn)數(shù)及其應(yīng)用四、離心泵的比轉(zhuǎn)數(shù)及其應(yīng)用1 1、比轉(zhuǎn)數(shù)的確定、比轉(zhuǎn)數(shù)的確定對(duì)于一批相似工況泵（其中有一臺(tái)模型泵，其參數(shù)加下標(biāo)m），利用簡(jiǎn)化的第一和第二相似定理，消去相似比 ，可以推出：該式表明：不同尺寸的相似工況泵，其在“最優(yōu)工況”下的流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速之間存在一個(gè)相同的關(guān)系。為了表達(dá)相似工況泵的這一共性，我國(guó)規(guī)定了一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)模型泵”，用該模型泵最優(yōu)工況下的轉(zhuǎn)速作為它的所有相似工況泵的“比轉(zhuǎn)數(shù)”。標(biāo)準(zhǔn)模型泵：標(biāo)準(zhǔn)模型泵：轉(zhuǎn)速為 ，揚(yáng)程 ，

32、 流量 ，水功率 11223 43 43 412mmmnQnQnQconstHHHmsnn1( )mHm30.075(/ )mQms735( )mmmNQ Hgw水2021-12-1354 將模型泵的參數(shù)代入上式，則可得出相似工況泵比轉(zhuǎn)數(shù)比轉(zhuǎn)數(shù)的計(jì)算式：注：1）式中的參數(shù)都是泵的設(shè)計(jì)參數(shù)（最優(yōu)工況下的參數(shù)）； 2）上式用于單級(jí)單吸離心泵。 對(duì)于單級(jí)雙吸離心泵，取 ； 對(duì)多級(jí)單吸離心泵，取 ， 為級(jí)數(shù)。 3）各參數(shù)的量綱必須按規(guī)定： 揚(yáng)程：米（ ）；流量： ；轉(zhuǎn)速： 4）比轉(zhuǎn)數(shù)的單位為 ，但一般不標(biāo)出。3 43.65sn QnH2QH kkm33m s米秒minrminr2021-12-1355

33、2 2、比轉(zhuǎn)數(shù)的應(yīng)用、比轉(zhuǎn)數(shù)的應(yīng)用由于相似工況泵都具有相同的比轉(zhuǎn)數(shù)，因此比轉(zhuǎn)數(shù)在葉片泵的研究中有重要的作用。1 1）對(duì)速度型泵進(jìn)行分類）對(duì)速度型泵進(jìn)行分類隨比轉(zhuǎn)數(shù)的變化，速度型泵的結(jié)構(gòu)、葉輪形狀、性能發(fā)生有規(guī)律的變化，為我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)速度型泵的本質(zhì)提供了依據(jù)。見圖。2021-12-1356比轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)速度型泵的影響比轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)速度型泵的影響2021-12-13572）進(jìn)行泵的選型根據(jù)工程實(shí)際需要，已知所需的流量、揚(yáng)程，在選定電機(jī)后，則轉(zhuǎn)速已知，則可初步計(jì)算出比轉(zhuǎn)數(shù)，再按照“速度型泵分類圖”，初步選出泵型，再進(jìn)一步查產(chǎn)品樣本，得到具體泵的具體型號(hào)。根據(jù)要求，求流量、揚(yáng)程根據(jù)電機(jī)系列，求轉(zhuǎn)速計(jì)算比轉(zhuǎn)數(shù) 根

34、據(jù)泵圖譜、產(chǎn)品樣本選出泵型根據(jù)產(chǎn)品樣本選泵型號(hào)查出具體性能參數(shù)2021-12-13583）進(jìn)行速度型泵的類比設(shè)計(jì)為給某現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)專用泵，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求，已知泵的流量、揚(yáng)程，根據(jù)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有電機(jī)系列，確定出常用的電機(jī)轉(zhuǎn)速。由此可以算出一個(gè)比轉(zhuǎn)數(shù)。然后在現(xiàn)有速度型泵中選出其比轉(zhuǎn)數(shù)與所需比轉(zhuǎn)數(shù)相近、效率高、抗汽蝕性能好、運(yùn)行可靠的泵作為“模型泵”，再根據(jù)相似原則，求出新泵的尺寸、和特性。根據(jù)要求，求流量、揚(yáng)程根據(jù)電機(jī)系列，求轉(zhuǎn)速計(jì)算比轉(zhuǎn)數(shù)根據(jù)泵圖譜、產(chǎn)品樣本選出“模型泵”根據(jù)相似原則設(shè)計(jì)新泵實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證新泵性能結(jié)束2021-12-1359第六節(jié)第六節(jié) 離心泵與管路聯(lián)合工作離心泵與管路聯(lián)合工作前面講的“離心泵特性

35、”，是指離心泵自身的特性。在實(shí)際中，離心泵總是要與管路連接在一起才能工作，即：泵與管路聯(lián)合工作。離心泵的實(shí)際工作點(diǎn)（即：實(shí)際的流量和揚(yáng)程）是在聯(lián)合工作狀態(tài)下自然確定的。一、管路特性曲線一、管路特性曲線管路特性：?jiǎn)挝恢亓恳后w在從管路的一端流到另一端，管路消耗的能量 與管路中液體的流量 之間的關(guān)系。根據(jù)流體力學(xué)，管路消耗的能量由沿程阻力損失、局部阻力損失兩部分組成。即：考慮到： ，上式可以簡(jiǎn)化為：其中，A 是與管路結(jié)構(gòu)、管道性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)。H管Q管2222L vvHhhdgg局沿管24Qvd2HAQ管管2021-12-1360離心泵管路特性曲線離心泵管路特性曲線2021-12-1361二、泵二、泵

36、管路聯(lián)合工作點(diǎn)的確定管路聯(lián)合工作點(diǎn)的確定泵與管路聯(lián)合工作時(shí)，泵的作用是為液體提供能量，管路則消耗能量。在正常情況下，必須遵循以下原則：1）能量守恒泵提供的能量等于管路消耗的能量與液體能量增量之和。即：式中， 是單位重量液體進(jìn)入管道前、流出管道后能量的增量，通常是比位能（或稱“靜揚(yáng)程”）。2）質(zhì)量守恒單位時(shí)間內(nèi)，泵輸出的液體質(zhì)量等于流過管路的液體質(zhì)量。若不計(jì)液體的壓縮性，則： stHHH管stHQQ管2021-12-1362用相同的比例尺繪制離心泵自身特性曲線、管路特性曲線（含能量增量），然后將它們重合，兩曲線必然有一個(gè)交點(diǎn)，該交點(diǎn)必然滿足“能量守恒”和“質(zhì)量守恒”原則，因此該點(diǎn)就是泵與管路的聯(lián)

37、合工作點(diǎn)。聯(lián)合工作點(diǎn)的確定2021-12-1363三、泵三、泵管路聯(lián)合工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)管路聯(lián)合工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)在實(shí)際工程中，往往要進(jìn)行流量的調(diào)節(jié)，一方面滿足實(shí)際工作需要，另一方面，保證泵長(zhǎng)時(shí)間處于高效工作區(qū)。調(diào)節(jié)流量，實(shí)際上就是調(diào)節(jié)泵管路聯(lián)合工作點(diǎn)。根據(jù)聯(lián)合工作點(diǎn)確定原則可以得到調(diào)節(jié)方法： a）改變泵自身的特性；b）改變管路特性。1 1、改變泵自身的特性、改變泵自身的特性 1 1）調(diào)速調(diào)節(jié)）調(diào)速調(diào)節(jié) 依據(jù)：比例定理注：a）通常泵的轉(zhuǎn)速不得超過其額定轉(zhuǎn)速，故采用降速調(diào)節(jié)； b）速度下降， 向下平移；反之，向上平移； c）變速調(diào)節(jié)被認(rèn)為是“等效率調(diào)節(jié)”。1122QnQn21122HnHn31122zzNn

38、NnQH2021-12-1364由于泵的轉(zhuǎn)速改變，使得泵自身的特性改變。管路特性不變，聯(lián)合工作點(diǎn)的位置改變，泵的流量得到調(diào)節(jié)。（見圖）2021-12-13652 2）變徑調(diào)節(jié)）變徑調(diào)節(jié)通過改變?nèi)~輪的直徑來調(diào)節(jié)（更換不同外徑的葉輪）。依據(jù)：切割定理注：a）離心泵出廠配有三個(gè)葉輪，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)葉輪，兩個(gè)外徑進(jìn)行過不同切削的葉輪；根據(jù)實(shí)際需要，可以計(jì)算出所需的葉輪直徑，自己切割；b）葉輪直徑減小， 特性曲線下移；c）葉輪切割量越大，泵的效率下降的越多，故要限制切割率 ： 22DQQD222DHHD322zzNDND222100%DDDQH2021-12-1366泵葉輪外徑的改變，泵自身的特性改變，而管路

39、特性不變，使得聯(lián)合工作點(diǎn)的位置改變，泵的流量得到調(diào)節(jié)。（見圖） 比轉(zhuǎn)數(shù) 60 120 200 300 350 350最大切削量 20% 15% 11% 9% 7% 0效率下降值每切削10%，下降1%每切削4%，下降1%2021-12-13672 2、改變管路特性、改變管路特性所謂改變管路特性，就是通過改變管路的結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)系數(shù)A得到改變，從而改變管路特性。1 1）調(diào)節(jié)排出閘閥的開啟度）調(diào)節(jié)排出閘閥的開啟度開啟度減小，阻力增大，管路特性曲線上翹變陡；反之，曲線變緩；注：該方法操作方便，用于實(shí)驗(yàn)室研究。2 2）改變管路結(jié)構(gòu)）改變管路結(jié)構(gòu)通過改變管道長(zhǎng)度、部分管段管徑、彎道結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)系數(shù)A得到改變

40、，從而改變管路特性。注：該方法適用于泵站管路系統(tǒng)建設(shè)中或建成后，目的在于保證離心泵長(zhǎng)期處于高效工作區(qū)。2021-12-1368四、泵四、泵管路聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，泵實(shí)際揚(yáng)程的確定管路聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，泵實(shí)際揚(yáng)程的確定通常，為監(jiān)測(cè)泵的工作狀態(tài)，泵的排出口裝有壓力表，吸入口裝有真空表。利用兩表的讀數(shù)，可以確定泵的實(shí)際揚(yáng)程。列泵吸入口、排出口之間的伯努力方程，以吸入口為基準(zhǔn)面：吸入口液體比能：排出口液體比能：則：由于 ，考慮到則： （ 分別是真空表、壓力表讀數(shù)） 211102pvEgg22222pvEZgg222121212ppvvHEEZgg12,avadppppppdvppHg12,vvZ 很小,vdpp20

41、21-12-1369離心泵工作裝置2021-12-1370通過壓力表、真空表讀數(shù)，計(jì)算出泵的實(shí)際揚(yáng)程后，結(jié)合泵的 和 特性曲線，便可知道此時(shí)泵的流量、是否工作在高效區(qū)。QHQH2021-12-1371第七節(jié)第七節(jié) 離心泵與串并聯(lián)工作離心泵與串并聯(lián)工作 在工程實(shí)際中，一般用單臺(tái)泵工作，往往不能滿足要求，經(jīng)常采用多臺(tái)泵聯(lián)合工作。泵聯(lián)合工作分為并聯(lián)、串聯(lián)兩種。一、離心泵并聯(lián)工作一、離心泵并聯(lián)工作1 1、定義、定義：兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的泵同時(shí)向同一條管路輸液，稱作泵的并聯(lián)。2 2、目的、目的：1）增加供液量。管路總流量等于各泵流量之和； 2）通過開、停泵的臺(tái)數(shù)來調(diào)節(jié)總供液量，以適應(yīng)管網(wǎng)中流量 的變化； 3

42、）提高泵站工作的可靠性。當(dāng)某臺(tái)泵壞了，開啟備用泵，仍能保證泵站可靠供液。2021-12-13723 3、并聯(lián)工作時(shí)，工作點(diǎn)的確定、并聯(lián)工作時(shí)，工作點(diǎn)的確定并聯(lián)工作時(shí)，從泵的型號(hào)、水位、管路布置等幾方面看，有多種情況， 比較復(fù)雜。這里只介紹最簡(jiǎn)單的情況：泵型號(hào)相同、管路對(duì)稱布置泵型號(hào)相同、管路對(duì)稱布置。1）繪制兩臺(tái)泵并聯(lián)的 特性曲線（見圖）方法：由于是管路對(duì)稱、同水位，兩支路阻力損失相同，又因?yàn)楸孟嗤?，則：由上式，利用同揚(yáng)程流 量迭加原理，可以繪出總的 特性曲線。1 2()QH121212QQQHHHCHstoBA1 2()QH2021-12-1373HQ02021-12-13742）繪制管路特

43、性曲線式中， 是管路系數(shù)。由此可以繪制管路特性曲線。 QH管管221214AOOCAOOCAOOCHhhA QA QAAQ管管管管11()2QQ管管,AOOCAACHstoBAHQ0QH管管2021-12-13753）確定泵并聯(lián)工作點(diǎn)以及各泵工作點(diǎn)根據(jù) ，在 曲線上迭加能量增量 ，考慮到 ，便可得出泵并聯(lián)工作點(diǎn)。過并聯(lián)工作點(diǎn)做等揚(yáng)程線（水平線），與單泵的 特性曲線相交，便得到此時(shí)各泵的工作點(diǎn)。注：1）總流量等于此時(shí)兩泵實(shí)際流量之和； 2）若管路系統(tǒng)不變，只用單泵工作，該泵的流量大于兩泵并聯(lián)工作時(shí)的流量。 stHHH管QH管管stHQQ管QHHQ0stH2021-12-1376HQ0stHQ1Q

44、2021-12-1377二、離心泵串聯(lián)工作二、離心泵串聯(lián)工作1 1、定義、定義：前一臺(tái)泵的排液口與后一臺(tái)泵的吸入口相通，以此類推，該輸液方式稱作泵的串聯(lián)。2 2、目的、目的：增加總揚(yáng)程?？倱P(yáng)程等于各泵揚(yáng)程之和。3 3、串聯(lián)工作點(diǎn)的確定、串聯(lián)工作點(diǎn)的確定此處只討論最簡(jiǎn)單的同型號(hào)泵的串聯(lián)問題。1）繪制兩泵串聯(lián)特性曲線串聯(lián)時(shí)，按“等流量下?lián)P程迭加”的原理，可得到 。 Hst1212HHHQQQ1 2()QH1 2()QH2021-12-13782）繪制管路特性曲線 繪制方法與前相似。QH管管HQ0stH兩相同泵串聯(lián)特性曲線管路特性曲線0QH2021-12-1379HQ0stHA3）求聯(lián)合工作點(diǎn)將用相

45、同比例繪制的兩泵串聯(lián)特性曲線與管路特性曲線重合，便可以直接看到聯(lián)合工作點(diǎn)A。2021-12-1380 第八節(jié)第八節(jié) 離心泵的汽蝕現(xiàn)象離心泵的汽蝕現(xiàn)象 一、離心泵的汽蝕現(xiàn)象及危害一、離心泵的汽蝕現(xiàn)象及危害 1 1、汽蝕現(xiàn)象、汽蝕現(xiàn)象 含義：含義：由于液體在泵內(nèi)汽化，從而導(dǎo)致泵內(nèi)產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，并且伴隨著流量、效率、揚(yáng)程下降，甚至導(dǎo)致過流部件破壞的現(xiàn)象。 原因：原因：由于泵吸入口壓力低于液體在工作溫度下的汽化壓力，從而導(dǎo)致液體大量汽化形成汽泡。 過程：過程：在泵吸入口形成的汽泡，當(dāng)隨著流體進(jìn)入葉輪流道并到達(dá)高壓區(qū)后，汽泡凝結(jié)為液體而迅速破滅，原來汽泡周圍的液體向汽泡中心會(huì)聚，形成巨大的沖擊（水擊）

46、。實(shí)驗(yàn)表明，局部水擊產(chǎn)生的沖擊頻率可達(dá)幾萬次；由于作用面積小，瞬時(shí)局部壓力可達(dá)幾百到幾千大氣壓。對(duì)于那些附著在器壁的汽泡，破滅時(shí)，巨大壓力作用在金屬材料表面，使材料疲勞剝蝕，形成蜂窩壯孔洞。2021-12-1381 2、汽蝕的危害、汽蝕的危害 1）產(chǎn)生振動(dòng)噪音； 2）流量下降、效率降低，甚至斷流，嚴(yán)重影響泵的正常工作； 3）造成葉輪、殼體的機(jī)械破壞。二、防止汽蝕的措施二、防止汽蝕的措施 1、影響汽蝕的因素、影響汽蝕的因素 建立泵吸入口到吸液池液面之間的百努利方程：整理得：吸hZgvgpgpEEXa)2(21110)2(211吸hZgvgpgpXa2021-12-13822021-12-1383為使泵不發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，必須保證：即：由于：gvgvdLh2222吸吸吸所以：化壓力）液體在工作溫度下的汽vavappp(1vaXaphZgvgpp)2(211吸vaXapgvgvdLZgvgp)222(2221吸吸2021-12-1384 由上式可以得到影響汽蝕的因素： 1）泵的安裝高度Zx。安裝高度越大，越容易發(fā)生汽蝕； 2）吸入管的長(zhǎng)