現(xiàn)代水泵設(shè)計高校講義全

1、第二章 離心泵講義本章的學(xué)習(xí)要點：熟悉各種流體輸送機械，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；壓縮機§ 2離心泵的原理及構(gòu)造一、離心泵的特點結(jié)構(gòu)簡單；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)而無液體排出，這種現(xiàn)象稱為“氣縛現(xiàn)象”§ 3離心泵的構(gòu)造1、葉輪葉輪是泵直接對流體作功的部件。葉輪的作用是

2、將電機的機械能轉(zhuǎn)化為液體的動能和靜壓能。一般常用離心泵葉輪上有612片后彎葉片。敞開式葉輪、半開式葉輪和圭寸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 面積逐漸擴大，流體流速逐漸降低，（從1525m/s降到13m/s ），使 流體動能大部分轉(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泵殼的撞擊。2）均勻而緩慢地將動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。5、軸圭寸裝置 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：結(jié)構(gòu)簡單；造價低。 缺點：使用壽命短；能量損失大；有泄露

3、。2）機械密封主要由傳動螺釘、傳動座、彈簧、推環(huán)、動環(huán)密封圈、動環(huán)、靜 環(huán)、靜環(huán)密封圈、防轉(zhuǎn)銷等部件組成。優(yōu)點：液體泄露量小；使用壽命長；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、揚程H輸液過程中泵給予單位重量流體的能量。單位：m液柱 如圖揚程包括以下各項：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 0PPbPa將單位重量液體的靜壓能提高二-焦耳。gg提供了輸送管路總阻力損失 hf 0u 2將單位重量流體的

4、動能提高焦耳。2 g概念：離心泵的揚程不是液體的升揚高度。P H Zh fg離心泵的揚程與葉輪的尺寸、軸轉(zhuǎn)速、葉片的數(shù)目及流量有關(guān)。三、功率N1、有效功率：泵在單位時間對流經(jīng)該泵的流體所作的功2、軸功率:電機傳給離心泵的功率3、配帶功率：離心泵本身所配帶電機的功率N 配 1.1 1.2N軸四、效率有效功率與軸功率之比N有效率的影響因素：1、容積損失 V2、水力損失 H3、機械損失 m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量 離心泵的銘牌：離心:式清水泵型號2B31A轉(zhuǎn)速2900 r/s揚程25.2 m效率65.5 %流量20 m 3/h功率2.07 kw允許吸上真

5、空高度4.5 m重量363 N出廠編號 791210出廠日期年 月日XXX水泵廠實驗裝置:P2流量計近似為：H Z 2Ziu22 u122gRhfg實驗方法：同一種泵，葉輪轉(zhuǎn)速恒定下，分別測取不同流量下的H、 ，由實驗數(shù)據(jù)繪制特性曲線。離心泵的特性曲線H Q曲線， 離心泵的揚程曲線 流量Q增加；揚程H下降。2、N Q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，此點為設(shè)計點。一般，離心泵的使用效率不能低于最高效率點的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程和效率與密度無關(guān)；有效功率與密度成正比

6、2、輸送液體粘度的影響常溫下，輸送液體的粘度增加，最高效率點下的流量、揚程和效 率均下降，軸功率增加。輸送液體粘度不大時，液體粘度對特性曲線的影響可以不計。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，可認為其效率不變，則：Q 1niH i2 niN 13 niQ 2門2H 22n2N 23n2比例定律一四、葉輪轉(zhuǎn)速的影響Q iD iHiDi2NiDi3Q 2D DH 2D22N 2D 23比例定律二（切割定律）§ 6離心泵的工作點及流量調(diào)節(jié) 一、管路特性曲線hfhfleu22g-d24T Q22g(I_25g d8 (Ile)2 c A 5g dZ KQ 2g管

7、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所對應(yīng)的流量與揚程的 關(guān)系既符合管路特性方程，又符合離心泵特性方程。稱該交點為離 心泵的工作點。、離心泵工作點的調(diào)節(jié)i、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 中的流動阻力，阻力越大，K值越大。由圖中可以看到：K值增大一管路所需的揚程隨流量增加較快一管路特性曲線變 陡一工作點沿離心泵特性曲線上移（左移）一揚程增加；流量減小。K值減小一管路所需的

8、揚程隨流量增加較慢一管路特性曲線變 平工作點沿離心泵特性曲線下移（右移）揚程減小；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：操作簡單、靈活、方便。缺點：增加局部阻力將增加能量損失。2）改變輸送管路管徑，改變管路沿程阻力。K 8 （I怯）1 /因為：K2 g d5 ，即 K 1 d 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增加一離心泵特性曲線上移一離心泵工作點上移（右移） 一揚程增加；流量增加。轉(zhuǎn)速n減小一離心泵特性曲線下移一離心泵工作點下移（左移）T揚程減?。涣髁繙p小。2

9、）改變離心泵葉輪直徑d離心泵葉輪直徑d減小一流量減??；揚程減小一工作點下移（左 移）。例：某離心泵在轉(zhuǎn)速1480 rpm 下的特性方程為He=38.4 40.3Q 2（ Q : m3/min ）,輸送管路兩端的勢能差為16.8m，管徑為 76 x 4mm ,長 1360m （包括局部阻力的當量長度） =0.03。試求：1）輸液量Q2）當轉(zhuǎn)速為1700 rpm 時的輸液量Q/§7離心泵的汽蝕現(xiàn)象及安裝高度 一、汽蝕現(xiàn)象Z。P0 u 0Z。g 2g0; U00;heheP。P102U12ghf2U12g01hf01物理汽蝕：泵壓力QP=P V f泵液體沸騰，產(chǎn)生大量氣泡f氣泡 進入高壓區(qū)

10、被壓碎并急劇冷凝T高壓液體高速沖向氣泡中心，沖擊 力可達幾百大氣壓f氣泡若附在泵壁或葉片上，則沖擊力會使泵產(chǎn)生嚴重破壞?；瘜W(xué)汽蝕：物理汽蝕時，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：以泵的揚程較正常值下降3%作為發(fā)生汽蝕的標志。、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常用來限制沸點較高的液體（如水）輸送時離心泵的安裝高度。H Smax與HS均由實驗測出，實驗條件為：輸送液體為敞口水池中 20 °C的清水。則Po = Pa = 1 大氣壓。發(fā)生汽蝕時泵入口處的壓力為Plmin o所以，發(fā)生汽蝕時的最大吸液壓差為Pa Plmin，

11、以米水 柱表示， 則有：PaP1 ming單位：m H 2O所以，最大吸上真空高度 壓差。H Smax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：2ZPaP1 minU1maxH S max9 2g許吸上真空高度Hs= H Smax 0.3 則離心泵的允許安裝高度為：P1U12hf01H S max2U12ghf01HS右 hf012U12ghf 01若操作條件與實驗條件不同，則須對允許吸上真空高度Hs進行校 正。Hs/HsH01、溫度與壓力的校正非20oC、1大氣壓下的清水：H S/H S H0 10.33 HV操作條件下的允許吸上真空高度。 實驗條件下的允許吸上真空高度操作條件

12、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?shù)乃?0009.810.24 與20oC清水的飽和蒸汽壓相當?shù)乃?.24單位：m H 2O單位：P。m H 2Og單位：m H 2OPV g105單位：m H 2O10.33m H 2OOH0O1HvPV 20 o C清水g235010009 .810.24 m H 2O2、密度校正若輸送液體的密度為液，則H s/H 2O汽蝕余量h有機溶劑等）時，常用汽當離心泵輸送沸點較低的液體（如汽油、 蝕余量作為指標來限制泵的安裝高度。1面和K面間列柏努利方程：2P1U1PKg2g g當離心泵發(fā)生汽蝕時，PKPV ； P1P1m

13、iP1 min2乩 h2gf 1 Kmin2此時則有P1U1Pkg 2g g所以，我們只要控制2U1g 2gU1 &2g gPv2UK2gR ming2Ui2gh f 1 kPlg則可以保證不發(fā)生汽蝕。,P1 m in U1因此將T 2g安裝高度，稱為最小汽蝕余P1 m inhmin的大小作為一個指標，來限制離心泵的Pv2g 2g g定義：在離心泵剛發(fā)生汽蝕時，泵入口處的全壓頭比泵最低壓強 處的勢能高出的值為最小汽蝕余量。片 m in U1 v由于 hmin =訂石 T時，離心泵已經(jīng)發(fā)生汽蝕，因此，實際的汽蝕余量應(yīng)大于最小汽蝕余量 hmin o允許汽蝕余量為 h = hmin +03

14、單位：mH 20離心泵的允許安裝高度為：2P 0P1u 1I2gH g 0-hP。PvP12U1Pvgg2gghhfo1PoPvg四、實驗條件下允許汽蝕余量h與允許吸上真空高度Hs的換算2h P1u1局=g2gg2P aPaP1u1&_ g g g 2g g 巳 Pw h ui=S 2?2Pl 10mH 2OU10g2； 2g所以，h 10 Hs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 kg /m 3。已知該泵的允許汽 蝕余量為4.2m，試問該泵

15、的安裝是否合適？ 若不合適，應(yīng)如何調(diào)節(jié)泵的安裝高度？§8離心泵的型號 一、離心式清水泵1、B 型或 BA 型離 心式清水泵 單級單吸懸臂式離心泵 全系 列揚程圍 5125m ，流量 圍 6.3400m 3/h。2、D 型離 心水泵 多級分段式離心泵 我國生產(chǎn)的多級泵一般為 29 級，最多可達 12 級 全系 列揚程圍 50650m ，流 量圍 10.8850m 3/h。D（DG ) 6 25 X 9D：多級離心泵DG：多級 鍋爐 給水泵6：流量 6 m 3/h25：揚 程 25m9：級 數(shù) 94B35A 型 水 泵4：泵吸入口 管直徑（ 英 寸）B:單級單吸懸臂式離心泵35： 泵的揚

16、程 A： 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 全系列揚程圍 9140m ，流量圍 12013000m 3/h。二、耐腐蝕泵F型泵 特點：與液體接觸部位用耐腐蝕材料制成。 全系列 揚程 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 °C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 程 24m、 油泵 Y 型泵 特點： 軸封 要求 高 ， 全系列揚程圍 60603m ， 流量圍 6.25500m 3/h。適用溫度圍：45 °C400 °C四 、 液 下 泵 FY 型 泵特 點 ：軸 封 要 求 不 高 ，效 率