離心泵特性曲線

1、第一節(jié) 離心泵2-1-1 離心泵的工作原理圖 2-1 離心泵裝置簡圖1葉輪； 2泵殼； 3泵軸； 4吸入管；5底閥； 6壓出管； 7出口閥離心泵的種類很多， 但工作原理相同， 構(gòu)造大同小異。 其主要工作部件是旋轉(zhuǎn)葉輪和固 定的泵殼（圖 2-1）。葉輪是離心泵直接對液體做功的部件，其上有若干后彎葉片，一般為 48 片。離心泵工作時， 葉輪由電機驅(qū)動作高速旋轉(zhuǎn)運動（ 10003000r/min ），迫使葉片間的 液體也隨之作旋轉(zhuǎn)運動。 同時因離心力的作用， 使液體由葉輪中心向外緣作徑向運動。 液體 在流經(jīng)葉輪的運動過程獲得能量， 并以高速離開葉輪外緣進(jìn)入蝸形泵殼。 在蝸殼內(nèi)， 由于流 道的逐漸擴大

2、而減速， 又將部分動能轉(zhuǎn)化為靜 壓能，達(dá)到較高的壓強， 最后沿切向流入壓出 管道。在液體受迫由葉輪中心流向外緣的同時， 在葉輪中心處形成真空。 泵的吸入管路一端與 葉輪中心處相通， 另一端則浸沒在輸送的液體 內(nèi)，在液面壓力 （常為大氣壓） 與泵內(nèi)壓力 （負(fù) 壓）的壓差作用下， 液體經(jīng)吸入管路進(jìn)入泵內(nèi)， 只要葉輪的轉(zhuǎn)動不停， 離心泵便不斷地吸入和 排出液體。 由此可見離心泵主要是依靠高速旋 轉(zhuǎn)的葉輪所產(chǎn)生的離心力來輸送液體， 故名離 心泵。離心泵若在啟動前未充滿液體， 則泵內(nèi)存 在空氣， 由于空氣密度很小， 所產(chǎn)生的離心力 也很小。吸入口處所形成的真空不足以將液體吸入泵內(nèi)，雖啟動離心泵，但不能輸

3、送液體， 此現(xiàn)象稱為“氣縛” 。所以離心泵啟動前必須向殼體內(nèi)灌滿液體，在吸入管底部安裝帶濾網(wǎng) 的底閥。底閥為止逆閥，防止啟動前灌入的液體從泵內(nèi)漏失。濾網(wǎng)防止固體物質(zhì)進(jìn)入泵內(nèi)。 靠近泵出口處的壓出管道上裝有調(diào)節(jié)閥，供調(diào)節(jié)流量時使用。2-1-2 離心泵的理論壓頭一、離心泵的理論壓頭 從離心泵工作原理知液體從離心泵葉輪獲得能量而提高了壓強。 單位質(zhì)量液體從旋轉(zhuǎn)的 葉輪獲得多少能量以及影響獲得能量的因素， 可以從理論上來分析。 由于液體在葉輪內(nèi)的運 動比較復(fù)雜，故作如下假設(shè)：（1）葉輪內(nèi)葉片的數(shù)目無限多，葉片的厚度為無限薄，液體完全沿著葉片的彎曲表面 而流動。無任何倒流現(xiàn)象；（2）液體為粘度等于零的理

4、想液體，沒有流動阻力。 液體從葉輪中央入口沿葉片流到葉輪外緣的流動情況如圖2-2 所示。 葉輪帶動液體一起作旋轉(zhuǎn)運動時，液體具有一個隨葉輪旋轉(zhuǎn)的圓周速度u，其運動方向為所處圓周的切線圖 2-2 液體在離心泵中的流動方向； 同時，液體又具有沿葉片間通道流的相對速度w，其運動方向為所在處葉片的切線方向；液體在葉片之間任一點的絕對速度 c 為該點的圓周速度 u 與相對速度 w 的向量和。由 圖 2-2 可導(dǎo)出三者之間的關(guān)系：葉輪進(jìn)口處w12 c12 u12 2c1u1 cos 1（2-1）葉輪出口處w22 c22 u22 2c2u2 cos 2（ 2-2）泵的理論壓頭可從葉輪進(jìn)出口之間列柏努利方程求

5、得2 p1 c1 H g 2g Hp2 gc222g（2-3）即22H H P HCp2p1c2 c1（2-4）g2g式中 H具有無窮多葉片的離心泵對理想液體所提供的理論壓頭，m；HP理想液體經(jīng)理想葉輪后靜壓頭的增量，m；HC理想液體經(jīng)理想葉輪后動壓頭的增量，m。上式?jīng)]有考慮進(jìn)、出口兩點高度不同，因葉輪每轉(zhuǎn)一周， 兩點高低互換兩次，按時均計 此高差可視為零。液體從進(jìn)口運動到出口，靜壓頭增加的原因有二：（1）離心力作功液體在葉輪內(nèi)受離心力作用，接受了外功。質(zhì)量為 m 的液體旋轉(zhuǎn)時受到的離心力為：單位重量液體從進(jìn)口到出口，因受離心力作用而接受的外功為：2 2 2 2R2 FcdrR2 Rw drw

6、22u2 u1R2 R1R1 gR1 g2g21 2g（ 2）能量轉(zhuǎn)換相鄰兩葉片所構(gòu)成的通道截面積由內(nèi)而外逐漸擴大，液體通過時速度逐漸變小， 一部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。 單位重量液體靜壓能增加的量等于其動能減小的量， 即w12 w222g 因此，單位重量液體通過葉輪后其靜壓能的增加量應(yīng)為上述兩項之和，即HP2 2 2 2p2p1u2u1w1w2g 2g 2g將式 2-5 代入式 2-4 ，得22 2 2 22u2u1w1w2c2c12g 2g 2g2-5)2-6)將式 2-1、 2-2 代入式 2-6，整理得2-7)u2c2 cos 2 u1c1 cos 1由上式看出， 當(dāng) cos1=0 時，得

7、到的壓頭最大。 故離心泵設(shè)計時 ,一般都使 1=90 °,于是 上式成為：Hu2c2 cos 2（2-8）g式 2-8 即為離心泵理論壓頭的表示式，稱為離心泵基本方程式。從圖 2-2 可知c2 cos 2 u2 cr 2ctg 2（ 2-9）如不計葉片的厚度，離心泵的理論流量QT 可表示為：QT=cr2D2b2（ 2-10）式中 cr2葉輪在出口處絕對速度的徑向分量，m/s；D2葉輪外徑， m； b2葉輪出口寬度， m。將式 2-9 及式 2-10 代入式 2-8，可得泵的理論壓頭 H 與泵的理論流量之間的關(guān)系為：2u2gu2ctg 2 QTg D2b22-11)上式為離心泵基本方程

8、式的又一表達(dá)形式， 表示離心泵的理論壓頭與流量、 葉輪的轉(zhuǎn)速 和直徑、葉片的幾何形狀之間的關(guān)系。二、離心泵理論壓頭的討論（1）葉輪的轉(zhuǎn)速和直徑對理論壓頭的影響由式 2-11 可看出，當(dāng)葉片幾何尺寸（ b，）與流量一定時，離心泵的理論壓頭隨葉輪的轉(zhuǎn)速或直徑的增加而加大。（ 2）葉片形狀對理論壓頭的影響根據(jù)式 2-11，當(dāng)葉輪的速度、直徑、葉片的寬度及流量一定時，離心泵的理論壓頭隨葉片的形狀而改變。葉片形狀可分為三種： （見圖 2-3）圖 2-3 葉片形狀對理論壓頭的影響Ne=QH g由電機輸入離心泵的功率稱為泵的軸功率，以泵的總效率 ，即NeN（ 2-12）N 表示。有效功率與軸功率之比定義為（

9、2-13）后彎葉片2<90° ,ctg 2> 02H< u2 g（a）徑向葉片2=90°,ctg2=02H =u2 g2（b）前彎葉片2>90° ,ctg 2< 0H > u2 g（c）在所有三種形式的葉片中， 前彎葉片產(chǎn)生的理論壓頭最高。 但是， 理論壓頭包括勢能的提高和動能的提高兩部分。由圖 2-3 可見，相 同流量下，前彎葉片的動能 C22 /2g 較大，而后 彎葉片的動能 C22 /2g 較小。液體動能雖可經(jīng)蝸 殼部分地轉(zhuǎn)化為勢能， 但在此轉(zhuǎn)化過程中導(dǎo)致 較多的能量損失。 因此， 為獲得較高的能量利 用率，離心泵總是采用

10、后彎葉片。（ 3）理論流量對理論壓頭的影響從式 2-11 可看出 2>90°時， H隨流量 QT 增 大而加大，如圖 2-4 所示。2=90°時， H與流量 QT 無關(guān)； 2<90°時， H隨流量 QT 增大而減小。2-1-3 離心泵的功率與效率一、泵的有效功率和效率 泵在運轉(zhuǎn)過程中由于存在種種能量損失， 使泵的實際 （有效） 壓頭和流量均較理論值為 低，即由原動機提供給泵軸的能量不能全部為液體所獲得，設(shè)H泵的有效壓頭，即單位重量液體從泵處獲得的能量，m ；Q泵的實際流量， m3/s；液體密度， kg/m3 ； Ne泵的有效功率，即單位時間內(nèi)液體從泵處

11、獲得的機械能，W 。有效功率可寫成般小型離心泵的效率為 50% 70%，大型泵可高達(dá) 90%。二、泵內(nèi)損失離心泵內(nèi)的損失包括容積損失、 水力損失和機械損失。 容積損失是指葉輪出口處高壓液 體因機械泄漏返回葉輪入口所造成的能量損失。 在圖 2-5 所示的三種葉輪中， 敞式葉輪的容 積損失較大， 但在泵送含固體顆粒的懸浮體時， 葉片通道不易堵塞。 水力損失是由于實際流體在泵內(nèi)有限葉片作用下各種摩擦阻力損失， 包括液體與葉片和殼體的沖擊而形成旋渦， 由 此造成的機械能損失。 機械損失則包括旋轉(zhuǎn)葉輪盤面與液體間的摩擦以及軸承機械摩擦所造 成的能量損失。離心泵的效率反映上述三項能量損失的總和。表示泵的壓

12、頭與流量的關(guān)系。圖 2-6 4B20 型離心水泵的特性曲線圖 2-5 葉輪的類型(a)敞式 (b) 半蔽式 (c)蔽式2-1-4 離心泵的特性曲線一、離心泵的特性曲線離心泵的有效壓頭 H，軸功率 N 及效率 均與輸液流量 Q 有關(guān)，均是離心泵的主要性 能參數(shù)。雖然離心泵的理論壓頭H 與理論流量 QT 的關(guān)系已如式 2-11 所示，但由于泵的水力損失難以定量計算， 因而泵的這些參數(shù)之間的關(guān)系只能通過實驗測定。 離心泵出廠前均由 泵制造廠測定 HQ，Q，NQ 三條曲線，列于產(chǎn)品樣本以供用戶參考。圖 2-6 為國產(chǎn) 4B20 型離心泵的特性曲線。各種型號的泵各有其特性曲線，形狀基本上 相同，它們都具

13、有以下的共同點：(1)HQ 曲線 離心泵的壓頭一般是隨流量的增大而降低。( 2) NQ 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增大而上升， 流量為零時軸例 2-1 附圖1流量計； 2壓強表；3真空計； 4離心泵； 5貯槽功率最小。所以離心泵啟動時，應(yīng)關(guān)閉泵的出口閥門，使起動電流減小，保護(hù)電機。（3） Q曲線表示泵的效率與流量的關(guān)系。從圖 2-6 的特性曲線看出，當(dāng) Q=0時， =0 ；隨著流量的增大，泵的效率隨之上升，并達(dá)到一最大值。以后流量再增大，效 率就下降。 說明離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點， 稱為設(shè)計點。 泵在與最高效率相對應(yīng) 的流量及壓頭下工作最經(jīng)濟，所以與最高效率

14、點對應(yīng)的Q、H 、N 值稱為最佳工況參數(shù)。離心泵的銘牌上標(biāo)出的性能參數(shù)就是指該泵在運行時效率最高點的狀況參數(shù)。 根據(jù)輸送條件的 要求， 離心泵往往不可能正好在最佳工況點運轉(zhuǎn)， 因此一般只能規(guī)定一個工作范圍， 稱為泵 的高效率區(qū)，通常為最高效率的92%左右，如圖中波折號所示范圍，選用離心泵時，應(yīng)盡可能使泵在此范圍內(nèi)工作?！纠?2 1】 離心泵特性曲線的測定 附圖為測定離心泵特性曲線的實驗裝置，實驗中已測出如下一組數(shù)據(jù)： 泵進(jìn)口處真空表讀數(shù) p1=2.67× 104Pa（真空度 ） 泵出口處壓強表讀數(shù) p2=2.55×105Pa（表壓 ） 泵的流量 Q=12.5 ×

15、10 3m3/s 功率表測得電動機所消耗功率為 6.2kW吸入管直徑 d1=80mm壓出管直徑 d2=60mm 兩測壓點間垂直距離 Z2 Z1=0.5m 泵由電動機直接帶動，傳動效率可視為1，電動機的效率為 0.93實驗介質(zhì)為 20的清水試計算在此流量下泵的壓頭 H、軸功率 N 和效率。解：（ 1）泵的壓頭2Z1 p1 u1 H g 2g在真空表及壓強表所在截面Z p22g2u22 H f2g f式中Z2 Z1=0.5mp1=2.67×104Pa（表壓）p2=2.55× 105Pa（表壓）4Qd124 12.5 10322.49 m/s1 1 與 22 間列柏努利方程：0.

16、084Q u2=2d224 12.5 1020.06 24.42 m/s兩測壓口間的管路很短，其間阻力損失可忽略不計，故2.55 105 2.67 104 4.42 2 2.49 2 H=0.5+1000 9.81 2 9.81 =29.88mH 2O（ 2）泵的軸功率功率表測得功率為電動機的輸入功率，電動機本身消耗一部分功率，其效率為 0.93 ，于是電動機的輸出功率（等于泵的軸功率）為：N=6.2×0.93=5.77kW（ 3）泵的效率Ne QH gNN= 3.665.770.6312.5 10 3 29.88 1000 9.815.77 1000在實驗中，如果改變出口閥門的開度

17、，測出不同流量下的有關(guān)數(shù)據(jù)，計算出相應(yīng)的 H 、 N 和 值，并將這些數(shù)據(jù)繪于坐標(biāo)紙上，即得該泵在固定轉(zhuǎn)速下的特性曲線。二、液體物理性質(zhì)的影響 泵生產(chǎn)部門所提供的特性曲線是用20時的清水作實驗求得。當(dāng)所輸送的液體性質(zhì)與水相差較大時，要考慮粘度及密度對特性曲線的影響。（ 1）密度的影響由離心泵的基本方程式看出，離心泵的壓頭、流量均與液體的密度無關(guān)， 所以泵的效率也不隨液體的密度而改變， 故 HQ 與Q 曲線保持不變。 但泵的 軸功率隨液體密度而改變。因此，當(dāng)被輸送液體的密度與水不同時，該泵所提供的N Q 曲線不再適用，泵的軸功率需重新計算。（ 2）粘度的影響所輸送的液體粘度越大，泵內(nèi)能量損失越多

18、，泵的壓頭、流量都要減小，效率下降，而軸功率則要增大，所以特性曲線發(fā)生改變。三、離心泵的轉(zhuǎn)數(shù)對特性曲線的影響離心泵的特性曲線是在一定轉(zhuǎn)速下測定的，當(dāng)轉(zhuǎn)速由 功率的近似關(guān)系為Q2Q1n2n1H2H1n2n12, N 2, N1n2n1n1 改變?yōu)?n2 時，與流量、壓頭及（2-14）式 2-14 稱為離心泵的比例定律。 當(dāng)轉(zhuǎn)速變化小于 20% 時，可認(rèn)為效率不變，用上式計算誤差不大。 四、葉輪直徑對特性曲線的影響 當(dāng)葉輪直徑變化不大，轉(zhuǎn)速不變時，葉輪直徑與流量、壓頭及功率之間的近似關(guān)系為Q2Q1D2D1H2H1D2D1N2N1D2D1式 2-15 稱為離心泵的切割定律。2-1-5 離心泵的工作點

19、與流量調(diào)節(jié)一、管路特性曲線 當(dāng)離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中工作時， 實 際的工作壓頭和流量不僅與離心泵本身的性能有 關(guān)，還與管路特性有關(guān)，即在輸送液體的過程中， 泵和管路是互相制約的。 所以， 在討論泵的工作情 況之前，應(yīng)先了解與之相聯(lián)系的管路狀況。在圖 2-7 所示的輸送系統(tǒng)中， 為完成從低能位1 處向高能位 2 處輸送， 單位重量流體所需要的能 量為 He，則由柏努利方程可得：圖 2-7 輸 送系統(tǒng)簡圖其中H e Z p g 般情況下，動能差Hf2u2 H f2g fu2/2g 項可以忽略，阻力損失2-16)2 u 2g2-17)Qe ud24式中故Qe管路系統(tǒng)的輸送量， m3/hHf8l

20、2dd 4g Qe2HfKQe22-18)式中系數(shù)l8dK 是一個與管內(nèi)流量無關(guān)24 dg其數(shù)值由管路特性所決定。當(dāng)管內(nèi)流動已進(jìn)入阻力平方區(qū)，系數(shù)的常數(shù)。將式 2-18 代入式 2-16，得H e Z p KQe2（2-19）g在特定的管路系統(tǒng)中，于一定的條件下操作時，Z 與p/g 均為定值，上式可寫成He=A+KQ e2（ 2-20）由式 2-20 看出在特定管路中輸送液體時，管路所需壓頭He隨液體流量 Qe 的平方而變化。將此關(guān)系描繪在坐標(biāo)紙上，即為圖 2-8 的管路特性曲線。此線形狀與管路布置及操作條 件有關(guān)，而與泵的性能無關(guān)。二、泵的工作點離心泵安裝在管路中工作時，泵的輸液量 Q 即管

21、路的流量 Qe，在該流量下泵提供的壓 頭必恰等于管路所要求的壓頭。 因此，泵的實際工作情況是由泵特性曲線和管路特性曲線共 同決定的。若將離心泵特性曲線 HQ 與其所在管路特性曲線 HeQe 繪于同一坐標(biāo)紙上， 如圖 2-8 所示，此兩線交點 M 稱為泵的工作點。對所選定的離心泵在此特定管路系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時，只能 在這一點工作。 選泵時， 要求工作點所對應(yīng)的流量和壓頭既能滿足管路系統(tǒng)的要求， 又正好 是離心泵所提供的，即 Q= Q e，H=H e。圖 2-8 管路特性曲線與泵的工作點圖 2-9 改變閥門開度調(diào)節(jié)流量示意圖三、離心泵的流量調(diào)節(jié) 如果工作點的流量大于或小于所需要的輸送量， 應(yīng)設(shè)法改變工作點

22、的位置， 即進(jìn)行流量 調(diào)節(jié)。（ 1）改變閥門的開度改變離心泵出口管線上的閥門開關(guān)，實質(zhì)是改變管路特性曲線。當(dāng)閥門關(guān)小時，管路的局部阻力加大，管路特性曲線變陡，如圖 2-9 中曲線 1 所示，工 作點由 M 移至 M1，流量由 QM 減小到 QM1。當(dāng)閥門開大時，管路阻力減小，管路特性曲線 變得平坦一些，如圖中曲線 2 所示，工作點移至 M2，流量加大到 QM2。用閥門調(diào)節(jié)流量迅速方便， 且流量可以連續(xù)變化， 適合化工連續(xù)生產(chǎn)的特點。 所以應(yīng)用 十分廣泛。缺點是閥門關(guān)小時，阻力損失加大，能量消耗增多，不很經(jīng)濟。（ 2）改變泵的轉(zhuǎn)速改變泵的轉(zhuǎn)速實質(zhì)上是改變泵的特性曲線。泵原來轉(zhuǎn)數(shù)為 n，工作點為

23、M，如圖 2-10 所示，若把泵的轉(zhuǎn)速提高到 n1，泵的特性曲線 HQ 往上移，工作 點由 M 移至 M1，流量由 QM 加大到 QM1。若把泵的轉(zhuǎn)速降至 n2，工作點移至 M2，流量降至 QM2。這種調(diào)節(jié)方法能保持管路特性曲線不變。 當(dāng)流量隨轉(zhuǎn)速下降而減小時， 阻力損失也相應(yīng) 降低，看來比較合理。 但需要變速裝置或價格昂貴的變速原動機， 且難以做到連續(xù)調(diào)節(jié)流量， 故化工生產(chǎn)中很少采用。此外，減小葉輪直徑也可改變泵的特性曲線，使泵的流量減小，但可調(diào)節(jié)的范圍不大， 且直徑減小不當(dāng)還會降低泵的效率，故實際上很少采用。圖 2-10 改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量示意圖例 2 2 附圖【例 2 2】將 20的清水從

24、貯水池送至水塔， 已知塔內(nèi)水面高于貯水池水面13m。水塔及貯水池水面恒定不變， 且均與大氣相通。輸水管為 140× 4.5mm 的鋼管，總長為 200m（包括局部阻力的當(dāng)量長度） ?，F(xiàn)擬 選用 4B20 型水泵，當(dāng)轉(zhuǎn)速為 2900r/min 時，其特性曲線見附圖，試分別求泵在運轉(zhuǎn)時的流 量、軸功率及效率。摩擦系數(shù)可按 0.02 計算。解：求泵運轉(zhuǎn)時的流量、 軸功率及效率， 實際上是求泵的工作點。 即應(yīng)先根據(jù)本題的管 路特性在附圖上標(biāo)繪出管路特性曲線。（ 1）管路特性曲線方程在貯水池水面與水塔水面間列柏努利方程HfH eZ pg式中 Z=13m p=0Q 的單位為 L/s，故輸送流量

25、Qe 的單位也為 L/s，輸送管內(nèi)流速由于離心泵特性曲線中為：HfQe21000l ledQe1000 0.13140.0742Qe22 u 2g0.02 2000.13120.0742Qe 22 9.81= 0.00857Qe2本題的管路特性方程為：2He=13+ 0.00857Qe2（2）標(biāo)繪管路特性曲線根據(jù)管路特性方程，可計算不同流量所需的壓頭值，現(xiàn)將計算結(jié)果列表如下：Qe/L·s10481216202428He/m1313.1413.5514.2315.216.4317.9419.72由上表數(shù)據(jù)可在 4B20 型水泵的特性曲線圖上標(biāo)繪出管路特性曲線HeQe。（ 3）流量、軸功

26、率及效率附圖中泵的特性曲線與管路特性曲線的交點就是泵的工泵的流量 泵的軸功率 泵的效率作點，從圖中點 M 讀得：Q=27L/s=97.2m 3/h=77%N=6.6kW2-1-6 并聯(lián)與串聯(lián)操作在實際工作中， 當(dāng)單臺離心泵不能滿足輸送任務(wù)的要求時， 有時可將泵并聯(lián)或串聯(lián)使用。 這里僅討論兩臺性能相同的泵并聯(lián)及串聯(lián)的操作情況。一、并聯(lián)操作 當(dāng)一臺泵的流量不夠時，可以用兩臺泵并聯(lián)操作，以增大流量。一臺泵的特性曲線如圖 2-11 中曲線所示，兩臺相同的泵并聯(lián)操作時，在同樣的壓頭 下，并聯(lián)泵的流量為單臺泵的兩倍， 故將單臺泵特性曲線的橫坐標(biāo)加倍， 縱坐標(biāo)不變，便 可求得兩泵并聯(lián)后的合成特性曲線。 但需

27、注意， 對于同一管路， 其關(guān)聯(lián)操作時泵的流量不 會增大一倍，因并聯(lián)后流量增大，管路阻力也增大。二、串聯(lián)操作 當(dāng)生產(chǎn)廠需要利用原有泵提高泵的壓頭時，可以考慮將泵串聯(lián)使用。 兩臺相同型號的泵串聯(lián)工作時， 每臺泵的壓頭和流量也是相同的。 因此， 在同樣的流量 下，串聯(lián)泵的壓頭為單臺泵的兩倍。 將單臺泵的特性曲線的縱坐標(biāo)加倍， 橫坐標(biāo)保持不變， 可求得兩臺泵串聯(lián)后的合成特性曲線 （圖 2-12）。由圖中可知，單臺泵的工作點為 A，串聯(lián)后移至 C 點。顯然 C 點的壓頭并不是 A 點的壓頭 H1 的兩倍。圖 2-11 離心泵的并聯(lián)操作圖 2-12 離心泵的串聯(lián)操作圖 2-13 組合方式的選擇三、組合方式

28、的選擇 如果管路兩端勢能差大于單泵所能提供的最大揚程， 則必須采用串聯(lián)操作。 但在許多情 況下， 單泵可以輸液， 只是流量達(dá)不到指定要求。 此時可針對管路的特性選擇適當(dāng)?shù)慕M合方 式，以增大流量。由圖 2-13 可見，對于低阻輸送管路 a，并聯(lián)組合輸送的流量大于串聯(lián)組合；而在高阻 輸送管路 b 中，則串聯(lián)組合的流量大于并聯(lián)組合。 對于壓頭也有類似的情況。因此，對于低 阻輸送管路，并聯(lián)優(yōu)于串聯(lián)組合；對于高阻輸送管路，則采用串聯(lián)組合更為適合。圖 2-14 離心泵的安裝高度2-1-7 離心泵的安裝高度由離心泵的工作原理可知， 在離心泵葉輪 中心（葉片入口） 附近形成低壓區(qū)。如圖 2-14 所示， 離心

29、泵的安裝位置越高， 葉片入口處壓 強愈低， 當(dāng)泵的安裝高度高至一定位置， 葉片 入口附近的壓強可能降至被輸送液體的飽和 蒸汽壓，引起液體的部分汽化并產(chǎn)生汽泡。眾多液體質(zhì)點尤如細(xì)小的高頻水錘含汽泡的液體進(jìn)入葉輪后， 因流道擴大壓 強升高， 汽泡立即凝聚， 汽泡的消失產(chǎn)生局部 真空， 周圍液體以高速涌向汽泡中心， 造成沖 擊和振動。 尤其是當(dāng)汽泡的凝聚發(fā)生在葉片表面附 撞擊著葉片； 另外汽泡中還可能帶有氧氣等對金屬材料發(fā)生化學(xué)腐蝕作用。 泵在這種狀態(tài)下 長期運轉(zhuǎn)，將導(dǎo)致葉片的過早損壞，這種現(xiàn)象稱為泵的汽蝕。離心泵在產(chǎn)生汽蝕條件下運轉(zhuǎn)，泵體振動并發(fā)生噪音，流量、揚程和效率都明顯下降， 嚴(yán)重時甚至吸不

30、上液體。 為避免汽蝕現(xiàn)象， 泵的安裝位置不能太高， 以保證葉輪中各處的壓 強高于液體的飽和蒸汽壓。二、離心泵的允許安裝高度離心泵的允許安裝高度又稱為允許吸上高度， 是指泵的入口與吸入貯槽液面間可允許達(dá) 到的最大垂直距離，以 Hg表示。我國的離心泵規(guī)格中， 采用兩種指標(biāo)對泵的允許安裝高度加以限制， 以免發(fā)生汽蝕， 現(xiàn) 將這兩種指標(biāo)介紹如下：1允許吸上真空高度允許吸上真空高度 Hs 是指泵入口處壓力 p1可允許達(dá)到的最高真空度，其表達(dá)式為：H s pa p1（2-21）g式中 H s離心泵的允許吸上真空高度， m 液柱；pa大氣壓強， Pa； 被輸送液體的密度， kg/m3。要確定允許吸上真空高度

31、與允許安裝高度Hg 之間關(guān)系，可在圖 2-14 所示的截面 00與泵進(jìn)口附近截面 11 間列柏努利方程，則2f0 12-22)p0p1 u12Hggg 2g式中 Hg泵的允許安裝高度，m；H f0 101液體從截面 0 0 到 1 1 的壓頭損失，m。由于貯槽是敞口的，p0 為大氣壓 pa，上式可寫為H gpgagp1g22u2g2Hf0 12-22a)將式 2-21 代入，2 u1 2gH f0 12-22b)由上式可知，為了提高泵的允許安裝高度，應(yīng)該盡量減小 u12/2g和 H f0 1 。為了減小 u12 /2g，在同一流量下， 應(yīng)選用直徑稍大的吸入管路， 為了減小 H f ，應(yīng)盡量減少

32、阻力元件如彎頭、 截止閥等，吸入管路也盡可能地短。由于每臺泵使用條件不同，吸入管路的布置情況也各異，故u12/2g 和 H f0 1 值也不同，泵制造廠只能給出 Hs值，而 Hg 值需根據(jù)管路的具體情況通過計算確定。在泵的產(chǎn)品樣本中給出的 Hs 是指大氣壓為 9.807×104Pa，水溫為 20下的數(shù)值，如果 泵的使用條件與該狀態(tài)不同時， 則應(yīng)把樣本上給出的 Hs值換算成操作條件下的 H' s值，其換 算公式為：H 's H s H a 109.81pv103 0.24 10002-23)式中 H' s操作條件下輸送液體時的允許吸上真空高度，m 液柱；Hs泵樣

33、本中給出的允許吸上真空高度，mH 2O；Ha泵安裝處的大氣壓強， mH2O 。其值隨海拔高度不同而異。 pv操作溫度下被輸送液體的飽和蒸汽壓，Pa；10實驗條件下的大氣壓， mH 2O； 0.24實驗溫度（ 20）下水的飽和蒸汽壓， mH 2O；1000實驗溫度下水的密度， kg/m3；操作溫度下液體的密度， kg/m3。將 H' s代入式 2-22 代替 Hs，便可求出在操作條件下輸送液體時泵的允許安裝高度。 不同海拔高度的大氣壓如表 2-1 所示，表中 1 mH2O 相應(yīng)為 9.807× 103Pa。表 2-1 不同海拔高度的大氣壓強海拔高度 /m010020030040

34、05006007008001000150020002500大氣壓強 / mH2O10.3310.2010.099.959.859.749.69.59.369.168.648.157.622臨界汽蝕余量汽蝕余量 h 是指離心泵入口處，液體的靜壓頭p1/g 與動壓頭u12 /2g之和大于液體在操作溫度下的飽和蒸汽壓頭pv/g 的某一最小指定值，即2 p1 u1 g 2gpvg2-24)將式 2-24 與 2-22 合并，可得出汽蝕余量與允許安裝高度之間的關(guān)系f0 12-25)p0pvgg式中 p0 為液面上方的壓強，若液位槽為敞口，則p0=pa。應(yīng)當(dāng)注意， 泵產(chǎn)品樣本上的 h 值也是按輸送 20水

35、而規(guī)定的。 當(dāng)輸送其他液體時， 需 進(jìn)行校正。具體方法可參閱有關(guān)文獻(xiàn)。通常為安全起見，離心泵的實際安裝高度應(yīng)比允許安裝高度小0.51m?！纠?23】 選用某臺離心泵，從樣本上查得其允許吸上真空高度H s=7.5m ，現(xiàn)將該泵安裝在海拔高度為 500m 處，已知吸入管的壓頭損失為 1 mH2O，泵入口處動壓頭為 0.2 mH2O，夏季平均水溫為 40，問該泵安裝在離水面 5m 高處是否合適？解：使用時的水溫及大氣壓強與實驗條件不同，需校正：當(dāng)水溫為 40 時 pv=7377Pa 在海拔 500m 處大氣壓強可查表 2-1 得Ha=9.74 mH 2OH's=Hs+(Ha10)pv 3 0

36、.249.81 103=7.5+ ( 9.74 10)( 0.750.24)=6.73 mH2O 泵的允許安裝高度為：HgH's2u12gHf012-22b)=6.73 0.2 1=5.53m >5m 故泵安裝在離水面 5m 處合用。2-1-8 離心泵的類型與選用、離心泵的類型離心泵的種類很多，化工生產(chǎn)中常用離心泵有清水泵、耐腐蝕泵、油泵、液下泵、屏蔽 泵、雜質(zhì)泵、管道泵和低溫用泵等。以下僅對幾種主要類型作簡要介紹。1清水泵清水泵是應(yīng)用最廣的離心泵，在化工生產(chǎn)中用來輸送各種工業(yè)用水以及物理、化學(xué)性質(zhì)類似于水的其它液體。最普通的清水泵是單級單吸式，其系列代號為“B”，如 3B33A 型水泵，第一個數(shù)字表示該泵的吸入口徑為 3 英寸（ 76.2mm），字母 B 表示單吸懸臂式， 33 表示泵的揚程 33m ， 最后的字母 A 表示該型號泵的葉輪外徑比基本型號小一級，即葉輪外周經(jīng)過一次切削。如果要求壓頭較高，可采用多級離心泵，其系列代號為“ D ”。如要求的流量很大，可 采用雙吸式離心泵，其系列代號為“ Sh”。2耐腐