第二章輸送裝置

第二章流體輸送裝置

本章學(xué)習(xí)要求1．熟練掌握的內(nèi)容

離心泵的基本結(jié)構(gòu)和工作原理、主要性能參數(shù)、特性曲線及其應(yīng)用；離心泵的工作點(diǎn)，流量調(diào)節(jié)、安裝高度、選型以及操作要點(diǎn)2．理解的內(nèi)容離心泵基本方程式；影響離心泵性能的主要因素；煙囪的工作原理和煙囪高度的計(jì)算；離心通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)、特性曲線及其選用3．了解的內(nèi)容往復(fù)泵的基本結(jié)構(gòu)、工作原理與性能參數(shù)。其它化工用泵的工作原理與特性；鼓風(fēng)機(jī)、真空泵的工作原理。概述

流體輸送裝置：用來(lái)提高或轉(zhuǎn)換流體機(jī)械能將流體從一處輸送到另一處的機(jī)械或設(shè)備。

類型：（1）按輸送流體的種類分有：泵——輸送液體風(fēng)機(jī)、真空泵、壓縮機(jī)和煙囪等—輸送氣體。（2）按工作原理分有：動(dòng)力式(葉輪式)——包括離心式、軸流式等，它們是藉高速旋轉(zhuǎn)的葉輪使流體獲得能量。容積式(正位移式)——包括往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式等，它們是利用活塞或轉(zhuǎn)子的擠壓使流體升壓以獲得能量。其他類型——如噴射式、浮升式(如煙囪)等，它們是利用設(shè)備的形狀使流體的靜壓能、位能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能等。注：（1）各種氣體輸送機(jī)械的出口終壓通風(fēng)機(jī)：終壓不大于14.7kPa（表壓）鼓風(fēng)機(jī)：終壓為14.7kPa294kPa（表壓），壓縮比4壓縮機(jī)：終壓在294kPa（表壓）以上，壓縮比4。真空泵：用于減壓，終壓為大氣壓，壓縮比由真空度決定。

（2）正位移特性

流體輸送能力僅受活塞或轉(zhuǎn)子位移的影響而與管路情況無(wú)關(guān)；壓頭與流量無(wú)關(guān)僅受管路承受能力的限制的特性第一節(jié)液體輸送機(jī)械

液體輸送機(jī)械按其工作原理通常分兩大類：

即離心泵和正位移泵（往復(fù)泵和旋轉(zhuǎn)泵）2-1-1離心泵1.1

離心泵的結(jié)構(gòu)與工作原理1.1.1離心泵的結(jié)構(gòu)離心泵主要由葉輪、泵殼、軸封裝置等構(gòu)成(1)葉輪結(jié)構(gòu)：如圖2-2所示，上有6~12片向后彎的葉片。

作用：使液體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能傳給液體，使液體的靜壓能和動(dòng)能均有所提高。

類型：

敞式葉輪半蔽式葉輪蔽式葉輪

圖2－2葉輪的類型敞式葉輪：兩側(cè)都沒(méi)有蓋板，制造簡(jiǎn)單，清洗方便。但效率較低，只適用于輸送含雜質(zhì)的懸浮液。半蔽式葉輪：葉輪吸入口一側(cè)沒(méi)有前蓋板，而另一側(cè)有后蓋板，它也適用于輸送懸浮液，但效率比敞式葉輪的高并產(chǎn)生軸向推力。蔽式葉輪：葉片兩側(cè)都有蓋板，效率較高，應(yīng)用最廣，但只適適用于輸送清潔液體并產(chǎn)生軸向推力

產(chǎn)生軸向推力原因：蔽式或半蔽式葉輪的后蓋板與泵殼之間的縫隙內(nèi)，液體的壓強(qiáng)較入口側(cè)為高，這便產(chǎn)生了指向葉輪吸入口方向的軸向推力。軸向推力的危害：

使葉輪向吸入口竄動(dòng)，引起葉輪與泵殼接觸處磨損，嚴(yán)重時(shí)造成泵振動(dòng)。

消除軸向推力辦法

:(1)在后蓋板上鉆幾個(gè)小孔，稱為平衡孔(見(jiàn)圖2－3(a))，讓一部分高壓液體漏到低壓區(qū)以降低葉輪兩側(cè)的壓力差。其缺點(diǎn)是增加了內(nèi)泄漏量，因而降低了泵的效率；(2)采用雙吸入口的葉輪（見(jiàn)圖2-3（b))。

葉輪的吸液方式：

單吸式：構(gòu)造簡(jiǎn)單，液體從葉輪一側(cè)被

(a)單吸式(b)雙吸式

吸入，存在軸向推力。圖2－3吸液方式

雙吸式：比較復(fù)雜，液體從葉輪兩側(cè)吸1－平衡孔；2－后蓋板

入，具有較大的吸液能力，基本上可以消除軸向推力。211

（2）泵殼

結(jié)構(gòu)：大多為截面逐漸擴(kuò)大的蝸牛殼形的通道，故又稱為蝸殼，葉輪在泵殼內(nèi)順著蝸形通道逐漸擴(kuò)大的方向旋轉(zhuǎn)作用：a、匯集液體引導(dǎo)液體流動(dòng)；

b、降低流速，減少能量損失；

c、使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能。（3）軸封裝置

泵軸與泵殼之間的密封稱為軸封。結(jié)構(gòu)：----見(jiàn)多媒體作用：a、防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿軸的四周而漏出，

b、外界空氣漏進(jìn)泵內(nèi)以保持離心泵的正常運(yùn)行。

1.1.2離心泵的工作原理啟動(dòng)步驟：(1)泵內(nèi)灌滿液體(2)關(guān)出口閥(3)開(kāi)泵(4)開(kāi)出口閥工作原理：

離心泵工作時(shí)，葉輪由電機(jī)驅(qū)動(dòng)作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，迫使葉片間液體也隨之作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)因離心力的作用，使液體由葉輪

中心向外緣作徑向運(yùn)動(dòng)。液體在流經(jīng)葉輪的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中獲得能量，并以高速離開(kāi)葉輪外緣進(jìn)入蝸形泵殼。在泵殼內(nèi)，由于流道的逐漸擴(kuò)大而減速，又將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能，達(dá)到較高的壓強(qiáng)，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(shí)，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(méi)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(dòng)不停，離心泵便不斷地吸入和排出液體。由此可見(jiàn)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(lái)輸送液體，故名離心泵。離心泵的氣縛現(xiàn)象離心泵啟動(dòng)時(shí)，若未充滿液體，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(dòng)離心泵，但不能輸送液體，這種現(xiàn)象就稱為“氣縛”。所以離心泵啟動(dòng)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(dòng)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)。

1.2離心泵的基本方程

推導(dǎo)離心泵的基本方程式的假設(shè)：

葉輪具有無(wú)限多葉片;理想液體

離心泵的基本方程為：

(2-11)式中：HT—

理論壓頭QT

—理論流量D2

—葉輪外徑b2

—葉輪出口寬度n—葉輪的轉(zhuǎn)速2—葉輪出口的流動(dòng)角討論：(1)則(2)葉片幾何形狀后彎葉片靜壓頭大比例大徑向葉片前彎葉片動(dòng)壓頭比例大(3)理論流量與理論揚(yáng)程

線性關(guān)系β2>90°時(shí)，HT∞隨流量的增大而加大。β2=90°時(shí)，HT∞與流量QT無(wú)關(guān)；β2<90°時(shí)，HT∞隨流量QT增大而減小。由上和下圖可見(jiàn)，前彎葉片產(chǎn)生的理論壓頭最高，但理論壓頭包括動(dòng)壓頭及靜壓頭兩部分。對(duì)后彎葉片靜壓頭提高大于動(dòng)壓頭提高，而前彎葉片則相反。離心泵希望獲得的是靜壓頭，而不是動(dòng)壓頭。雖有一部分動(dòng)壓頭可經(jīng)蝸殼部分轉(zhuǎn)化為靜壓頭，但在此轉(zhuǎn)化過(guò)程中將導(dǎo)致較多的能量損失，因此為獲得較高的能量利用率，離心泵總是采用后彎葉片。

HHT2

HCHP~β2HPβ2HT、HP與β2關(guān)系曲線

1.3離心泵的性能參數(shù)與特性曲線

離心泵的主要性能參數(shù)有流量，壓頭，軸功率，效率和氣蝕余量等。離心泵性能參數(shù)間的關(guān)系通常用特性曲線來(lái)表示

1.3.1

離心泵的主要性能參數(shù)（1）流量Q

離心泵的流量Q是指離心泵在單位時(shí)間內(nèi)排送到管路系統(tǒng)的液體體積，常用單位為L(zhǎng)/S或m3/h；

Q=f(結(jié)構(gòu)，尺寸，n,等因素）應(yīng)予指出，離心泵總是和特定的管路相連系的，因此離心泵的實(shí)際流量還與管路特性有關(guān)。（2）壓頭H

離心泵的壓頭H又稱揚(yáng)程，它是指離心泵對(duì)單位重量(1N)的液體所能提供的有效能量，其單位為[J/N]=[m]H=f(結(jié)構(gòu),n,Q)對(duì)于一定的泵和轉(zhuǎn)速H=f(Q)H一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。(3)功率與效率

類型：軸功率和有效功率；

軸功率N：泵軸所需的功率，即電機(jī)傳給泵軸的功率，單位為W或kW。

有效功率Ne：液體從葉輪獲得的能量,單位為W或kW。Ne=HQρg[W]=HQρ/102[KW]軸功率大于有效功率，二者之比稱為效率，用表示，即=(Ne/N)×100%小于1=f(類型，尺寸，制造精度，Q，液體性質(zhì)等)泵設(shè)計(jì)點(diǎn)的效率:小型泵為50～70%，大型泵可達(dá)90%左右。離心泵在輸送液體過(guò)程中存在能量損失，主要有三種：(1)容積損失容積損失是指泵的泄漏所造成的損失，容積損失可由容積效率ηv表示。(2)機(jī)械損失由機(jī)械摩擦而引起的能量損失稱為機(jī)械損失；用機(jī)械效率η

m來(lái)反映這種損失；η

m一般為0.96到0.99。(3)水力損失粘性液體流經(jīng)葉輪通道和蝸殼時(shí)產(chǎn)生的摩擦阻力以及在泵局部處而產(chǎn)生的局部阻力，統(tǒng)稱為水力損失。這種損失可用水力效率ηh來(lái)反映。額定流量下離心泵的水力效率ηh一般為0.8到0.9。離心泵的效率反映上述三項(xiàng)能量損失的總和，故又稱為總效率

η=ηv

ηm

ηh

離心泵的效率在某一流量下為最高，而小于或大于該流量時(shí),都將降低。通常將最高效率下的流量稱為額定流量。離心泵輸送液體中的能量傳遞、變化過(guò)程：1.3.2離心泵的特性曲線離心泵的特性曲線或工作性能曲線:

壓頭H、軸功率N及效率與流量Q之間的關(guān)系曲線.此曲線由實(shí)驗(yàn)測(cè)定(1)H-Q曲線

表示泵的壓頭與流量的關(guān)系。QH(在流量極小時(shí)可能有例外)

圖2-7離心泵的特性曲線

（2)N-Q曲線

表示泵的軸功率與流量的關(guān)系。QNQ=0

時(shí),

N=最小

故離心泵啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)關(guān)閉泵的出口閥門，使啟動(dòng)電流減少，以保護(hù)電機(jī)。

(3)—Q曲線表示泵的效率與流量的關(guān)系

當(dāng)Q=0時(shí)，=0，隨著Q泵的效率η

當(dāng)Q到某一值時(shí)，=max,

此后隨著Q

η即離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點(diǎn)，通常稱該點(diǎn)為設(shè)計(jì)點(diǎn)．(泵銘牌上標(biāo)明的參數(shù)為設(shè)計(jì)點(diǎn)的值)泵的高效率區(qū):η0.92max

的區(qū)域泵工作時(shí)的效率:為降低操作費(fèi)用,節(jié)省能量,泵工作時(shí)的效率應(yīng)在泵的高效率區(qū).1.3.3轉(zhuǎn)速、葉輪直徑和液體性質(zhì)對(duì)離心泵特性曲線的影響

泵的生產(chǎn)部門所提供的離心泵特性曲線一般都是在一定轉(zhuǎn)速和常壓下，以常溫的清水為介質(zhì)做實(shí)驗(yàn)測(cè)得的，所輸送的液體不同、泵的轉(zhuǎn)速或葉輪直徑發(fā)生變化時(shí)特性曲線應(yīng)當(dāng)重新進(jìn)行換算。1.3.3.1離心泵的轉(zhuǎn)速對(duì)特性曲線的影響離心泵的特性曲線是在一定轉(zhuǎn)速下測(cè)定的，在液體的粘度不大,假設(shè)泵的效率不變的前提下，當(dāng)轉(zhuǎn)速由n1改變?yōu)閚2時(shí)，與流量、壓頭及功率的近似關(guān)系為:

(比例定律)當(dāng)轉(zhuǎn)速變化小于20%時(shí)，可認(rèn)為效率不變，用上式計(jì)算誤差不大。1.3.3.2葉輪直徑對(duì)特性曲線的影響當(dāng)葉輪直徑變化不大，轉(zhuǎn)速不變時(shí)，葉輪直徑與流量、壓頭及功率之間的近似關(guān)系為:(切割定律)當(dāng)切割量小于10%D2時(shí),用上式計(jì)算誤差不大。1.3.3.3液體物理性質(zhì)的影響（1）密度的影響由離心泵的基本方程式可知，離心泵的壓頭、流量均與液體的密度無(wú)關(guān)，所以效率也不隨液體的密度而改變，但軸功率會(huì)隨著液體密度而變化。(2)粘度的影響影響的規(guī)律：粘度增加，能量損失增大，因此泵的壓頭，流量都要減小，效率下降，而軸功率增大，亦即泵的特性曲線發(fā)生改變。粘度變化時(shí)性能參數(shù)的計(jì)算式：當(dāng)液體的運(yùn)動(dòng)粘度大于20cSt(厘沲)時(shí)，離心泵的性能需按下式進(jìn)行換算，即：

Q’=CQQH’=CHHη’=Cηη

Q、H、η—常溫清水的性能參數(shù)值CQ、CH、C—換算系數(shù)，由右圖查取。例2-1已知：吸入管內(nèi)徑100mm、排出管內(nèi)徑80mm、△Z=0.5m、n=2900r/min、介質(zhì)為20℃清水。求H、N和η

數(shù)據(jù)：v=15L/S,P2=2.55105pa,P1=-2.67104pa,N電=6.2KW電=0.93。解：（1）泵的壓頭

其中:Z2-Z1=0.5m;p1=-2.67×104pa(表)

p2=2.55×105pa(表)

（2）泵的軸功率

N=η電

N電=6.20.93=5.77KW

（3）泵的效率1.4離心泵的氣蝕現(xiàn)象與允許安裝高度

1.4.1氣蝕現(xiàn)象(1)氣蝕現(xiàn)象的概念：離心泵在工作時(shí)出現(xiàn)大量氣泡的生成和破裂，從而造成葉片的腐蝕和泵體的振動(dòng)的現(xiàn)象。---多媒體

氣蝕現(xiàn)象的特點(diǎn)：泵體振動(dòng)并發(fā)出噪音，流量、揚(yáng)程和效率都明顯下降，嚴(yán)重時(shí)甚至吸不上液體。

（2）氣蝕形成的過(guò)程與原因或條件：為了說(shuō)明氣蝕形成的過(guò)程與原因或條件我們先來(lái)了解一下離心泵內(nèi)壓強(qiáng)的分布規(guī)律。離心泵內(nèi)壓強(qiáng)的分布規(guī)律如下圖所示

氣泡形成和破裂的過(guò)程與原因：液體的壓強(qiáng)隨著從泵吸入口向葉輪入口而下降，葉片入口附近K處的壓強(qiáng)為最低，此后，由于葉輪對(duì)液體作功，壓強(qiáng)很快又上升。當(dāng)K處的最低壓強(qiáng)等于或小于被輸送液體溫度下的飽和蒸汽壓即Pk≤Pv時(shí)，部分液體開(kāi)始汽化，產(chǎn)生氣泡，同時(shí)，原來(lái)溶于液體中的某些活潑氣體如水中氧氣，也會(huì)逸出，成為氣泡，并被液體帶入泵的葉片間的流道向外緣方向流動(dòng)，隨著液體壓強(qiáng)升高，氣泡又被壓縮突然凝結(jié)消失。腐蝕振動(dòng)的過(guò)程與原因：在氣泡凝結(jié)的一瞬間，周圍液體以極大的速度沖向氣泡原來(lái)所在空間，產(chǎn)生高達(dá)幾百大氣壓的局部壓力，沖擊頻率可高達(dá)每秒幾萬(wàn)次之多，尤其當(dāng)氣泡凝聚發(fā)生在葉片表面附近時(shí)，眾多液體質(zhì)點(diǎn)如細(xì)小的高頻水錘撞擊著葉片。此外，氣泡中的活潑氣體如氧氣等與金屬材料發(fā)生化學(xué)腐蝕作用，使葉輪表面很快破壞成蜂窩狀或海綿。同時(shí)在沖擊力的作用下，泵體發(fā)生振動(dòng)。形成氣蝕的條件:Pk≤Pv(3)

影響Pk的主要因素------泵的安裝高度：泵吸入口與吸液面間的垂直距離即Hg為了看出Hg對(duì)Pk的影響,現(xiàn)自吸液面0—0至K—K截面列柏努利方程得到：由上式可知，在液面壓強(qiáng)、管路情況和流量一定時(shí)，P0、均為定值，因此安裝高度Hg

越大，同時(shí)ΣHf0-1

也越大，Pk則越小。反之Pk則越大。當(dāng)安裝高度增大到某一值時(shí)，Pk則降至Pv，離心泵即發(fā)生汽蝕現(xiàn)象；當(dāng)安裝高度小于某一允許值時(shí)，則始終有Pk＞Pv，此時(shí)離心泵不會(huì)發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。因此，通過(guò)控制離心泵的安裝高度即可避免汽蝕現(xiàn)象發(fā)生。而此關(guān)鍵是要知道不發(fā)生汽蝕現(xiàn)象泵所允許的安裝高度值。

1.4.2離心泵允許安裝高度的計(jì)算1.4.2.1安裝高度計(jì)算的基本公式在圖2—8中，自0—0～1—1截面列柏努利方程可得安裝高度計(jì)算的基本公式：（2-22）1.4.2.2允許安裝高度、吸上真空高度、最大吸上真空高度和允許吸上真空高度的概念（1）允許安裝高度（又稱允許吸上高度）Hg允：

(P0-P1)/ρg達(dá)到某一允許值即達(dá)到允許吸上真空高度或氣蝕余量達(dá)到允許氣蝕余量時(shí)泵的安裝高度（2）吸上真空高度HS：HS=(P0-P1)/ρg泵吸入口的吸上真空度：P0為大氣壓時(shí)的HS（3）最大吸上真空高度Hmax：P1=P1min時(shí)的HS

Pk=Pv時(shí)P1=P1min

（4）允許吸上真空高度HS允:HS允=Hmax–0.3泵樣本給出的HS允是實(shí)驗(yàn)條件（常壓200C清水）下的值1.4.2.3允許安裝高度的計(jì)算方法和計(jì)算公式（1）計(jì)算方法：兩種允許吸上真空高度法：根據(jù)泵的允許吸上真空高度來(lái)計(jì)算離心泵允許安裝高度的方法。允許汽蝕余量法：根據(jù)泵的允許汽蝕余量來(lái)計(jì)算離心泵允許安裝高度的方法(2)計(jì)算公式允許吸上真空高度法：

.（2-27）允許汽蝕余量法：

汽蝕余量NPSH：指離心泵入口處，液體的靜壓頭與動(dòng)壓頭之和超過(guò)液體在操作溫度下的飽和蒸汽壓頭的富余能量，即（2-29）最小汽蝕余量NPSHc:P1=P1min

時(shí)的汽蝕余量即（2-31）允許汽蝕余量NPSHr：NPSHr=NPSHc+0.3（2-31）泵樣本給出的NPSHr是實(shí)驗(yàn)條件（常壓200C清水）下的值

用NPSH計(jì)算泵安裝高度的公式：由式（2-29）可得

代入式(2—22)得用NPSH表示的泵安裝高度的計(jì)算公式（2-30）用允許汽蝕余量法對(duì)允許安裝高度的計(jì)算公式：由允許安裝高度的定義知：當(dāng)NPSH=NPSHr時(shí)Hg=Hg允故（2-33）例2—2今某車間有一臺(tái)離心水泵，銘牌上標(biāo)著流量為468m3/h，揚(yáng)程為38.5m，轉(zhuǎn)數(shù)為2900轉(zhuǎn)/分，允許吸上真空高度為6m。現(xiàn)流量和揚(yáng)程均符合要求，且已知吸入管路的全部阻力損失和動(dòng)壓頭之和約為2.5mH2O。泵位于吸液面以上2m處。試確定車間位于海平面、輸送水溫為20℃時(shí)泵的允許幾何安裝高度解：已知海平面處大氣壓為10.33mH2O，輸送水溫為20℃，操作條件與泵的Hs允測(cè)定條件相同，故Hs允=6將已知條件代入式（2-27）得：

=6―2.5=3.5m

(3)允許吸上真空高度和允許汽蝕余量的修正及之間關(guān)系

由Hs允和NPSHr的定義式可知，Hs允和NPSHr的值除與泵的類型和流量有關(guān)外，還和操作條件（密度、飽和蒸汽壓和大氣壓即溫度和大氣壓）有關(guān)。當(dāng)操作條件與實(shí)驗(yàn)條件不同時(shí)，Hs允和NPSHr的值與泵樣本給出的不一樣。這時(shí)允許安裝高度計(jì)算公式中的Hs允和NPSHr必須代實(shí)際操作條件下的值。實(shí)際操作條件下的值可通過(guò)泵樣本的值和實(shí)際操作條件進(jìn)行換算。具體換算公式為：允許吸上真空高度的修正式為

（2-28）HS’允——操作條件下的允許吸上真空高度，m；HS允——實(shí)驗(yàn)條件下的允許吸上真空高度，m；P0——吸液面壓強(qiáng)，為當(dāng)?shù)卮髿鈮篜a，N/m2；不同海拔高度的大氣壓強(qiáng)見(jiàn)書表2-1Pv——操作溫度下液體的飽和蒸汽壓，N/m2；10.33——實(shí)驗(yàn)條件下的大氣壓強(qiáng)，mH2O；0.24——實(shí)驗(yàn)溫度(20℃)下水的飽和蒸汽壓，mH2O；

ρ——操作條件下

輸送液體的密度，kg/m3。

允許汽蝕余量的修正式為（2-34）式中[NPSHr’]——輸送其它液體時(shí)的允許汽蝕余量，m；

φ——允許汽蝕余量校正系數(shù)，為輸送液體的密度與飽和蒸汽壓之函數(shù)。因φ

<1，故為安全和簡(jiǎn)便計(jì)，也可不校正。

HS允與NPSHr之間的換算式：比較式(2—27)與(2—33)可得(2—35)實(shí)驗(yàn)條件時(shí)，，若忽略動(dòng)壓頭則有：

Hs允10-NPSHr

或Hs允10-NPSHr+u12/2g(2—36)例2-3條件與例2-2相同，求車間位于海拔1000m的高原處，輸送水溫為80℃時(shí)，泵的允許幾何安裝高度并判斷泵能否正常工作。解：由于操作條件與實(shí)驗(yàn)條件不同，實(shí)際的HS允與實(shí)驗(yàn)條件下給出的HS‘允不同，須進(jìn)行換算后才能代入公式計(jì)算。由表2-1查得海拔1000m處的大氣壓Pa為9.16mH2O即8.99104N/m2由附錄查得80℃水的飽和蒸汽壓Pv為

4.74×104N/m2

，密度為ρ=971.8kg/m3。因此

另一種算法是先按式(2—36)算得NPSHr

NPSHr

10-HS允+u12/2g=10－6+u12/2g=4+u12/2g再按式(2—33)計(jì)算Hg允

其次判斷泵能否正常工作：正常工作即不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象泵不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象的條件是：實(shí)際安裝高度小于或等于允許安裝高度

?，F(xiàn)實(shí)際安裝高度為2m大于允許的安裝高度-2.04m故泵不能正常工作

說(shuō)明：（1）在一定條件下，增大流量與Pk=Pv對(duì)應(yīng)的P1min增大因此由式(2—26)與(2—32)可知，在一定條件下流量增大，HS允減小，而NPSHr則增大。故在計(jì)算Hg允

時(shí)，必須按使用過(guò)程中可能達(dá)到的最大流量進(jìn)行計(jì)算。

（2）國(guó)際上使用臨界氣蝕余量（NPSH）C、必需氣蝕余量（NPSH）r、實(shí)際氣蝕余量（NPSH）p的概念，它們與最小氣蝕余量、允許氣蝕余量的關(guān)系為:

（NPSH）C=△hmin,（NPSH）p=[△h]+0.5（NPSH）r=△hmin+安全余量=[△h]

(3)為了防止氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生，離心泵的實(shí)際安裝高度應(yīng)小于允許安裝高度。為安全起見(jiàn)實(shí)際安裝高度一般應(yīng)低于允許安裝高度0.5~1m。

（4）防止氣蝕發(fā)生的方法提高允許安裝高度的值使其大于或等于實(shí)際安裝高度的值即：盡量減小吸入管的阻力損失，如選用較大的吸入管徑；泵的安裝盡量靠近液源；縮短管道長(zhǎng)度，減少不必要的管件和閥門等。

降低實(shí)際安裝高度的值使其等于或小于允許安裝高度的值即：將泵安裝在貯液池液面以下，使液體自動(dòng)灌入泵體內(nèi)。1.5離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)1.5.1管路特性曲線與泵的工作點(diǎn)（1）管路特性曲線:管路中輸送的流量Qe與需要的能量He間的關(guān)系曲線對(duì)右圖所示的管路輸送系統(tǒng)，在1-1‘與2-2’間列柏努利方程得：

對(duì)于一定的管路系統(tǒng)，上式中的△Z與△p/g均為定值，即：

△Z+△p/

g=A

一般△u2/2g≈

0,

上式可簡(jiǎn)化為：

He=A+ΣHf若輸送管路的直徑均一，則：

(2-37)式中:

Qe—管路系統(tǒng)的輸送量，m3/s;A—管路截面積，m2。

對(duì)特定的管路，上式中的d、L、Le等均為定值，湍流時(shí)變化不大，于是令：

則上式可簡(jiǎn)化成：

He=A+BQe2

(2-38)

式2-38即為管路特性方程，表示管路所需壓頭He與液體流量Qe的平方成正比；將其標(biāo)繪在相應(yīng)的坐標(biāo)圖上稱為管路特性曲線，如圖所示。

(2)泵的工作點(diǎn)

管路特性曲線與泵特性曲線交點(diǎn)M稱為泵在管路上的工作點(diǎn)。在M點(diǎn)處：Q=Qe

H=He；1.5.2離心泵的流量調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)即改變工作點(diǎn)的位置，采用的方法有：（1）改變管路特性曲線即改變閥門的開(kāi)度

改變泵出口閥門的開(kāi)度，即可改變管路特性曲線；

A、閥門關(guān)小，特性曲線變陡，工作點(diǎn)由M移至M1

點(diǎn)，流量由QM降至QM1；

B、反之流量加大。(2)改變泵的特性曲線

A、改變泵的轉(zhuǎn)速：改變泵的轉(zhuǎn)速，即可改變泵的特性曲線，轉(zhuǎn)速提高，H-Q線向上移，Q增大，反之則Q減小。設(shè)轉(zhuǎn)速變化前離心泵的特性曲線方程為

H=A0–B0Q2(A)

當(dāng)轉(zhuǎn)速由n變化到n’的變化不超過(guò)20時(shí)，轉(zhuǎn)速變化后的泵的特性曲線方程可根據(jù)比例定律導(dǎo)出。據(jù)比例定律有：注：轉(zhuǎn)速改變后的工作點(diǎn)的流量和揚(yáng)程不解出Q和H代入式（A）可得能用此式計(jì)算即（B）B、改變泵的葉輪直徑：改變泵的葉輪直徑與改變泵的轉(zhuǎn)速的情況相類似用類似方法可導(dǎo)出葉輪直徑變化不超過(guò)20%直徑變化后泵的特性曲線方程。其形式與轉(zhuǎn)速變化的相同只是將轉(zhuǎn)速比改為直徑比(3)旁路調(diào)節(jié)A、開(kāi)大旁路閥門，回流量，主管路流量B、關(guān)小旁路閥門，回流量，主管路流量

1.5.3離心泵的并、串聯(lián)H單=A0–B0Q單2

(A)(1)并聯(lián)操作泵并聯(lián)后有H并=H單，Q并=2Q單

代入式（A）得

H并=A0–B0（Q并/2）2(B)注意：對(duì)于同一管路，并聯(lián)操作時(shí)泵的流量不會(huì)增大一倍，因并聯(lián)后流量增大，管路阻力也增大。(2)串聯(lián)操作泵串聯(lián)后有H串=2H單，Q單=Q串代入式（A）得H串=2A–2B0Q串2(C)

例2-4如圖所示的循環(huán)管路系統(tǒng)，管內(nèi)徑均為40mm，管路摩擦因素=0.02，吸入管長(zhǎng)=10m（包括所有局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度在內(nèi)），閥門全開(kāi)時(shí)泵入口處真空表讀數(shù)為40kPa，泵出口處壓力表讀數(shù)為107.5kPa，泵的特性曲線方程為H=22-B0Q2,式中，H單位為m；Q單位為m3/h；B0為待定常數(shù)。試求（1）閥門全開(kāi)時(shí)泵的輸水量和揚(yáng)程；（2）轉(zhuǎn)速增為原來(lái)的1.2倍時(shí)泵的輸送水量和揚(yáng)程。解（1）求閥門全開(kāi)時(shí)泵的輸水量和揚(yáng)程

忽略泵進(jìn)、出口高度差，在泵的進(jìn)、出口間列柏努力方程，則閥門全開(kāi)時(shí)泵的揚(yáng)程為在1-1‘面與e間列柏努力方程：或?qū)懗墒街?，Qe和單位為m3/h。將ze=1m，p1=–40×103Pa，=1000kg/m2，d=0.04m，l1=10m，λ=0.02代入上式，得閥門全開(kāi)時(shí)泵的輸水量

Qe=Q=14.34m3/h(2)求轉(zhuǎn)速增為1.2倍時(shí)泵的輸水量和揚(yáng)程將閥門全開(kāi)時(shí)的Q、H代入泵的特性曲線方程H=22–B0Q2

中，得15.04=22–B0×14.342解得B0=0.034于是泵的特性方程為H=22–0.034Q2

轉(zhuǎn)速提高后泵的特性方程為

H=22(1.22)–0.034Q2(1)從水槽液面開(kāi)始

，沿整個(gè)循環(huán)管路即從面1-1‘到1-1’列柏努利方程，得管路特性方程為He=BQe2（為什么？）

將原工作點(diǎn)Q=Qe=14.34m3/h，He=H=15.04m代入上式得閥門全開(kāi)時(shí)，B=0.073于是，閥門全開(kāi)時(shí)管路特性曲線方程為

He=0.073Qe2（2）新工作點(diǎn)時(shí)，H=He，Q=Qe,所以聯(lián)解式（1）、（2）得

Q=17.2m3/hH=21.6m錯(cuò)誤解法：Q=1.2×14.34，H=1.22×15.04例2-5有兩臺(tái)不同型號(hào)的離心泵，其特性曲線方程分別為H1=37.2-0.0083Q2和H2=40-0.07Q2（H單位為m，Q單位為m3/h)。在出口調(diào)節(jié)閥半開(kāi)時(shí)，管路特性曲線方程為He=10+0.0897Qe2（He單位為m，Qe單位為m3/h)。（1）將兩泵串聯(lián)后在管路系統(tǒng)中輸水。試求出口調(diào)節(jié)閥半開(kāi)時(shí)管內(nèi)的流量。（2）若將出口調(diào)節(jié)閥逐漸開(kāi)大至全開(kāi)，試分析會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象。解(1)兩臺(tái)不同型號(hào)的泵串聯(lián)后，泵組的特性曲線方程為

H=H1+H2=(37.2–0.0083Q2)+(40–0.07Q2)=77.2–0.0783Q2(1)

出口調(diào)節(jié)閥半開(kāi)時(shí)，管路特性曲線方程為He=10+0.0897Qe2(2)工作點(diǎn)時(shí)，H=He，Q=Qe

聯(lián)解（1)、（2）Q=20m3/h

(2)為便于分析，將每臺(tái)泵以及串聯(lián)泵組H-Q曲線繪于右圖中將出口調(diào)節(jié)閥逐漸開(kāi)大，管路特性曲線在縱軸上的截距不變，但曲線逐漸變平坦。當(dāng)出口閥開(kāi)大到某一程度時(shí)，管路特性曲線通過(guò)泵組特性曲線與泵1特性曲線的交點(diǎn)M1，此時(shí)，泵2的揚(yáng)程減為零，表明泵2提供的能量全部用于克服泵2內(nèi)流體的各種阻力損失，而泵2內(nèi)的流體未獲得任何有效能量。如果出口閥繼續(xù)開(kāi)大直至全開(kāi)，管路特性曲線將通過(guò)圖中的陰影部分，這時(shí)泵2向流體提供的能量不足以克服流體經(jīng)過(guò)泵2時(shí)的各種阻力損失，尚需外界向泵2供能，此時(shí)表明泵2在管路中不是能量的提供者而是能量的消耗者，若泵2安裝在泵1的前面則會(huì)增大泵1的吸入管路阻力，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致泵1產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。討論：(1)不同型號(hào)的泵并聯(lián)時(shí)，泵組的特性曲線方程分別為：H1=A1-B01Q12和H2=A2-B02Q22

則H并=H1=H2Q1=Q并-Q2

(2)不同型號(hào)的泵并聯(lián)時(shí)因?yàn)镠并=H1+H2Q并=Q1=Q2

所以H并=H1+H2=A1+A2-(B01+B