天津大學(xué)化工原理第10講離心泵(之一)

1、第第10講講 第第2章章 流體輸送機(jī)械流體輸送機(jī)械 2.1 離心泵離心泵教學(xué)難點(diǎn)：離心泵的主要性能參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定。教學(xué)難點(diǎn)：離心泵的主要性能參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定。教學(xué)內(nèi)容：離心泵教學(xué)內(nèi)容：離心泵教學(xué)目的：掌握離心泵的構(gòu)造、操作原理、主要性能教學(xué)目的：掌握離心泵的構(gòu)造、操作原理、主要性能 參數(shù)及特性曲線。參數(shù)及特性曲線。教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：1 1、離心泵的操作原理、離心泵的操作原理；2 2、離心泵的主要性能參數(shù)。、離心泵的主要性能參數(shù)。 輸送液體的機(jī)械通稱為泵，輸送氣體的機(jī)械通稱為風(fēng)機(jī)輸送液體的機(jī)械通稱為泵，輸送氣體的機(jī)械通稱為風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)?；驂嚎s機(jī)。特殊地特殊地：負(fù)壓下氣體輸送機(jī)械負(fù)壓下氣體輸送機(jī)械

2、真空泵。真空泵。概述：概述：（1 1）流體輸送機(jī)械：為流體提供能量的機(jī)械設(shè)備。）流體輸送機(jī)械：為流體提供能量的機(jī)械設(shè)備。B B、提高流體的壓強(qiáng)（加壓。例：壓縮機(jī)）或造成真空度以滿、提高流體的壓強(qiáng)（加壓。例：壓縮機(jī)）或造成真空度以滿足工藝要求。足工藝要求。（2 2）流體輸送的目的：）流體輸送的目的：A A、將工藝流體以一定的流量從一處送到另一處（向流體作功、將工藝流體以一定的流量從一處送到另一處（向流體作功以提高機(jī)械能）；以提高機(jī)械能）；（3 3）流體輸送機(jī)械分類：按工作原理分類。）流體輸送機(jī)械分類：按工作原理分類。A、動(dòng)力式、動(dòng)力式 B、容積式、容積式 C、流體作用式、流體作用式 在泵啟動(dòng)前，

3、泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液在泵啟動(dòng)前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體；啟動(dòng)后，葉輪由泵軸帶動(dòng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，在體；啟動(dòng)后，葉輪由泵軸帶動(dòng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以高速離開葉輪外緣進(jìn)入蝸緣并獲得能量，以高速離開葉輪外緣進(jìn)入蝸形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴(kuò)形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴(kuò)大而減速，又將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最大而減速，又將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道。液體由葉輪后以較高的壓力流入排出管道。液體由葉輪中心流向外緣時(shí)，在葉輪中心形成一定的真中心流向外緣時(shí)，在葉輪中心形成一定的真空，由于貯槽液面

4、上方的壓力大于泵入口處空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中心。的壓力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中心。1 1、離心泵的工作原理、離心泵的工作原理2.1 離心泵離心泵解決措施：解決措施： 為了使泵內(nèi)充滿液體，通常在吸入管底部安裝一帶濾為了使泵內(nèi)充滿液體，通常在吸入管底部安裝一帶濾網(wǎng)的底閥，該底閥為止逆閥，也稱單向底閥。保證泵停止工作網(wǎng)的底閥，該底閥為止逆閥，也稱單向底閥。保證泵停止工作時(shí)，吸入管路中的液體不倒流。濾網(wǎng)的作用是防止固體雜質(zhì)進(jìn)時(shí)，吸入管路中的液體不倒流。濾網(wǎng)的作用是防止固體雜質(zhì)進(jìn)入泵內(nèi)損壞葉輪或防礙泵的正常操作。入泵內(nèi)損壞葉輪或防礙泵的正常操作。離心泵的離心

5、泵的“氣縛氣縛”現(xiàn)象現(xiàn)象 離心泵在啟動(dòng)時(shí)，若泵殼內(nèi)和吸入管內(nèi)未充滿液體或離心離心泵在啟動(dòng)時(shí)，若泵殼內(nèi)和吸入管內(nèi)未充滿液體或離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生漏氣，均會(huì)使泵內(nèi)積存空氣。因空氣的密泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生漏氣，均會(huì)使泵內(nèi)積存空氣。因空氣的密度比液體的密度小得多而產(chǎn)生較小的離心力。從而，貯槽液面度比液體的密度小得多而產(chǎn)生較小的離心力。從而，貯槽液面上方與泵吸入口處之壓力差不足以將貯槽內(nèi)液體壓入泵內(nèi)，即上方與泵吸入口處之壓力差不足以將貯槽內(nèi)液體壓入泵內(nèi)，即離心泵無(wú)自吸能力，使離心泵不能正常輸送液體，此種現(xiàn)象稱離心泵無(wú)自吸能力，使離心泵不能正常輸送液體，此種現(xiàn)象稱為為“氣縛現(xiàn)象氣縛現(xiàn)象”。 啟動(dòng)前進(jìn)行灌液

6、排氣，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)防止空氣漏入。啟動(dòng)前進(jìn)行灌液排氣，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)防止空氣漏入。2、離心泵的結(jié)構(gòu)、離心泵的結(jié)構(gòu)1、葉輪、葉輪 2、泵殼、泵殼 3、泵軸、泵軸 4、吸入口、吸入口5、吸入管、吸入管 6、底閥、底閥 7、濾網(wǎng)、濾網(wǎng) 8、排出口、排出口 9、排出管、排出管 10、調(diào)節(jié)閥、調(diào)節(jié)閥3 3、離心泵的主要部件：、離心泵的主要部件：葉輪、泵殼和軸封裝置。葉輪、泵殼和軸封裝置。（1 1）葉輪：）葉輪： 作用：將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能直接傳給液體，以增加液體的作用：將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能直接傳給液體，以增加液體的靜壓能和動(dòng)能靜壓能和動(dòng)能( (主要增加靜壓能主要增加靜壓能) )。按結(jié)構(gòu)分類：開式、半閉式和閉式按結(jié)構(gòu)分類：開式、

7、半閉式和閉式 按吸液方式分：?jiǎn)挝胶碗p吸式按吸液方式分：?jiǎn)挝胶碗p吸式（2 2） 泵殼泵殼 泵殼是將葉輪封閉在一定的空間，以便由葉輪的作用吸泵殼是將葉輪封閉在一定的空間，以便由葉輪的作用吸入和壓出液體。入和壓出液體。 泵殼作用：泵殼作用： 既是一個(gè)液體匯集裝置，同時(shí)又是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置。既是一個(gè)液體匯集裝置，同時(shí)又是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置。思考：泵殼為什么多做成蝸殼形？思考：泵殼為什么多做成蝸殼形？ 由于流道截面積逐由于流道截面積逐漸擴(kuò)大，故從葉輪四周漸擴(kuò)大，故從葉輪四周甩出的高速液體逐漸降甩出的高速液體逐漸降低流速，使部分動(dòng)能有低流速，使部分動(dòng)能有效地轉(zhuǎn)換為靜壓能。效地轉(zhuǎn)換為靜壓能。常用密封方式：

8、常用密封方式：（3 3）軸封裝置：）軸封裝置： 作用作用: 在固定不動(dòng)的泵殼與轉(zhuǎn)動(dòng)的泵軸之間進(jìn)行的密封在固定不動(dòng)的泵殼與轉(zhuǎn)動(dòng)的泵軸之間進(jìn)行的密封,防防止泵殼內(nèi)液體沿軸漏出或外界空氣止泵殼內(nèi)液體沿軸漏出或外界空氣漏入泵殼內(nèi)。漏入泵殼內(nèi)。A A、填料函密封：填料一般用、填料函密封：填料一般用浸油或涂有石墨的石棉繩。浸油或涂有石墨的石棉繩。B B、機(jī)械密封：機(jī)械密封主要是、機(jī)械密封：機(jī)械密封主要是由一個(gè)裝在轉(zhuǎn)軸上的動(dòng)環(huán)和另一由一個(gè)裝在轉(zhuǎn)軸上的動(dòng)環(huán)和另一固定在泵殼上的靜環(huán)所構(gòu)成，兩固定在泵殼上的靜環(huán)所構(gòu)成，兩環(huán)的端面借彈簧力互相貼緊而作環(huán)的端面借彈簧力互相貼緊而作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到密封的目的。相對(duì)運(yùn)動(dòng)，達(dá)

9、到密封的目的。2.1.2、離心泵基本方程式、離心泵基本方程式 離心泵基本方程從理論上表達(dá)了泵的壓頭與其結(jié)構(gòu)、尺離心泵基本方程從理論上表達(dá)了泵的壓頭與其結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速及流量等因素之間的關(guān)系，是計(jì)算離心泵理論壓頭寸、轉(zhuǎn)速及流量等因素之間的關(guān)系，是計(jì)算離心泵理論壓頭的基本公式。的基本公式。 離心泵的理論壓頭離心泵的理論壓頭H HTT：具有無(wú)限多葉片的離心泵對(duì)具有無(wú)限多葉片的離心泵對(duì)單位重量的理想液體所提供單位重量的理想液體所提供的能量。的能量。注：實(shí)際壓頭小于理論壓頭。注：實(shí)際壓頭小于理論壓頭。2 22cosTTu cHA BQg2.1.3 離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線離心泵的主要性能參數(shù)與特性

10、曲線 離心泵的主要性能參數(shù)有：轉(zhuǎn)速離心泵的主要性能參數(shù)有：轉(zhuǎn)速n、流量、流量Q、壓頭、壓頭H、軸、軸功率功率Ne、效率、效率和氣蝕余量。和氣蝕余量。 （2）壓頭）壓頭H：離心泵的壓頭又稱揚(yáng)程，指離心泵對(duì)單位重：離心泵的壓頭又稱揚(yáng)程，指離心泵對(duì)單位重量（量（1N）液體所能提供的有效能量。單位：）液體所能提供的有效能量。單位：m。1 1、離心泵的主要性能參數(shù)、離心泵的主要性能參數(shù) （1）流量）流量Q：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)泵所輸送的液體體積。單位：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)泵所輸送的液體體積。單位：m3/s或或m3/h。 注：注： 與泵的結(jié)構(gòu)（如葉片的彎曲情況、葉輪直徑與泵的結(jié)構(gòu)（如葉片的彎曲情況、葉輪直徑等）、轉(zhuǎn)速及流量等

11、）、轉(zhuǎn)速及流量有關(guān)。實(shí)際壓頭一般用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定。有關(guān)。實(shí)際壓頭一般用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定。ewHg 泵的軸功率泵的軸功率N是指泵軸運(yùn)轉(zhuǎn)所需功率，即電機(jī)輸入是指泵軸運(yùn)轉(zhuǎn)所需功率，即電機(jī)輸入到泵軸的功率。單位：到泵軸的功率。單位：W或或kW。（3 3）軸功率）軸功率N N、有效功率、有效功率NeNe和效率和效率：有效功率有效功率NeNe液體從泵獲得的實(shí)際功率。液體從泵獲得的實(shí)際功率。效率效率反映泵對(duì)外加能量的利用程度。反映泵對(duì)外加能量的利用程度。 注：注：值與泵的類型、大小、結(jié)構(gòu)、制造精度、液體值與泵的類型、大小、結(jié)構(gòu)、制造精度、液體的流量和輸送液體的性質(zhì)有關(guān)。的流量和輸送液體的性質(zhì)有關(guān)。 B B、機(jī)械損

12、失：機(jī)械效率、機(jī)械損失：機(jī)械效率A A、容積損失：容積效率、容積損失：容積效率vhmvhm eseNwWQgHHQ geNNC C、水力損失：水力效率、水力損失：水力效率且有：且有：相互關(guān)系：相互關(guān)系：說(shuō)明：說(shuō)明：能量損失的三種主要形式：能量損失的三種主要形式：2 2、離心泵的特性曲線、離心泵的特性曲線（1）HQ曲線曲線（2）NQ曲線曲線（3）Q曲線曲線 注：注：特性曲線是對(duì)特性曲線是對(duì)特定的離心泵在固定轉(zhuǎn)特定的離心泵在固定轉(zhuǎn)速下于常壓下用速下于常壓下用20的的清水實(shí)驗(yàn)得到的。清水實(shí)驗(yàn)得到的。 離心泵的銘牌上標(biāo)出的性能參數(shù)是指泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)效離心泵的銘牌上標(biāo)出的性能參數(shù)是指泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)效率最高點(diǎn)的參

13、數(shù)。率最高點(diǎn)的參數(shù)。3 3、離心泵主要性能參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法：、離心泵主要性能參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法：（1）實(shí)驗(yàn)裝置：如右圖示。在泵吸）實(shí)驗(yàn)裝置：如右圖示。在泵吸入口裝一真空表，排出口裝一壓力表。入口裝一真空表，排出口裝一壓力表。（2）實(shí)驗(yàn)步驟：）實(shí)驗(yàn)步驟： 出口閥關(guān)閉，啟動(dòng)泵，出口閥關(guān)閉，啟動(dòng)泵，測(cè)測(cè)Q=0時(shí)的時(shí)的H封閉壓頭。封閉壓頭。開啟出口閥，維持某一流量開啟出口閥，維持某一流量Q，測(cè)定其相應(yīng)的壓頭測(cè)定其相應(yīng)的壓頭H（需計(jì)算），（需計(jì)算），同時(shí)可測(cè)得輸入泵的軸功率同時(shí)可測(cè)得輸入泵的軸功率N。 改變流量改變流量Q，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，即可得到一定，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，即可得到一定n下的一系列下的一系列Q、H、N及

14、及值。值。首先首先:灌液排氣灌液排氣(3)(3)計(jì)算方法計(jì)算方法 可由實(shí)驗(yàn)直接測(cè)定的有：流量（流量計(jì)測(cè)定）；軸功率可由實(shí)驗(yàn)直接測(cè)定的有：流量（流量計(jì)測(cè)定）；軸功率（功率表測(cè)定）；泵的轉(zhuǎn)速（功率表測(cè)定）；泵的轉(zhuǎn)速n n同電機(jī)轉(zhuǎn)速（同步運(yùn)轉(zhuǎn)）。同電機(jī)轉(zhuǎn)速（同步運(yùn)轉(zhuǎn)）。需計(jì)算的有：需計(jì)算的有：H H、NeNe和和 。 以真空表和壓力表兩測(cè)點(diǎn)為以真空表和壓力表兩測(cè)點(diǎn)為1-11-1、2-22-2截面，對(duì)單位重量流體列柏努利方截面，對(duì)單位重量流體列柏努利方程：程： 22212121,1 2()2fppuuHzzHgg若：若： u2/2g=0 ，Hf,1-2=0 則：則：2121()ppHzzgeNHQ g

15、eNN 例例22：用附圖所示的裝置測(cè)定離心泵的性能。泵的吸入管內(nèi)用附圖所示的裝置測(cè)定離心泵的性能。泵的吸入管內(nèi)徑為徑為100mm，排出管內(nèi)徑為，排出管內(nèi)徑為80mm，兩測(cè)壓口間垂直距離為，兩測(cè)壓口間垂直距離為0.5m。泵的轉(zhuǎn)速為泵的轉(zhuǎn)速為2900r/min，以，以20的清水為介質(zhì)測(cè)得以下數(shù)據(jù)：的清水為介質(zhì)測(cè)得以下數(shù)據(jù)：流量：流量：15 L/s泵出口處表壓：泵出口處表壓：2.55105 Pa泵入口處真空度：泵入口處真空度：2.67104 Pa 功率表測(cè)得電動(dòng)機(jī)所消耗的功率功率表測(cè)得電動(dòng)機(jī)所消耗的功率:6.2 kW 泵由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的效泵由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的效率為率為93%。試求該

16、泵在輸送條件下的壓。試求該泵在輸送條件下的壓頭，軸功率和效率。頭，軸功率和效率。解：（解：（1）泵的壓頭）泵的壓頭H： 以真空表和壓力表所在處的截面分別為以真空表和壓力表所在處的截面分別為1-1、2-2截面，截面，以以1-1處管截面為基準(zhǔn)水平面，在兩截面間列柏努利方程：處管截面為基準(zhǔn)水平面，在兩截面間列柏努利方程： 22212121,1 2()2efWppuuHzzHggg已知：已知：z2-z1=0.5m d1=0.1m d2=0.08m Hf,1-20 p1= -2.67104Pa（表壓）（表壓） p2=2.55105Pa(表壓）表壓） 3122115 101.91/ ;0.785 0.14

17、Qum sd代入：代入：54222.55 102.67 102.981.910.529.51000 9.812 9.81Hm3222215 102.98/0.785 0.084Qum sd1122（2）泵的軸功率）泵的軸功率Ne已知：已知： 電電=93% ，一般，一般 傳傳=100%泵的軸功率為泵的軸功率為 N=6.20.93=5.77kW(3) 泵的效率泵的效率:4.34100%75.2%5.77eNN315 101000 29.5 9.814.34eNQHgkW效率效率:有效功率有效功率:3 3、離心泵性能的改變和換算、離心泵性能的改變和換算 （1）密度：離心泵的體積流量）密度：離心泵的體

18、積流量Q、壓頭、壓頭H及效率及效率均與液體均與液體密度無(wú)關(guān)，而功率則隨密度增大而增加。密度無(wú)關(guān)，而功率則隨密度增大而增加。eNHQ g1）、液體物性的影響）、液體物性的影響 （2）粘度）粘度 ：當(dāng)輸送液體的粘度大于實(shí)驗(yàn)條件下清水的粘度：當(dāng)輸送液體的粘度大于實(shí)驗(yàn)條件下清水的粘度時(shí)，泵體內(nèi)的能量損失增大，泵的流量、壓頭減小，效率下降，時(shí)，泵體內(nèi)的能量損失增大，泵的流量、壓頭減小，效率下降，軸功率增大。當(dāng)軸功率增大。當(dāng) 20cSt時(shí)，離心泵的性能需進(jìn)行換算。時(shí)，離心泵的性能需進(jìn)行換算。QQC QHHC HC;HQQHCCC見圖215、216.換算過(guò)程換算過(guò)程查圖過(guò)程如下：查圖過(guò)程如下：QH（CH、CQ、C）例例2-3附圖附圖：先在圖上查取一定：先在圖上查取一定Q（1.0QS，2.84m3/min）下的）下的H（30.5m）、）、（0.82），），2.8430.52201.0QsCH=0.94H=0.9430.5=28.67mCQ=0.96Q=0.962.84=2.73m3/minC=0.64=0.640.82=0.52其他流量下依次進(jìn)行，重新繪圖。其他流量下依次進(jìn)行