過程流體機(jī)械2-葉片泵2課件

2.1.5汽蝕現(xiàn)象及成因汽蝕的概念汽蝕余量改善汽蝕性能的途徑2.1.5.1離心泵的汽蝕現(xiàn)象

圖2－33吸入裝置1.汽蝕的概念泵吸入口截面S處的液體壓頭（2－49）汽蝕——這種汽泡不斷形成，生長和破裂崩潰以致材料受到破壞的過程，總稱為汽蝕現(xiàn)象。圖2－35液流低壓部位泵發(fā)生汽蝕時(shí)，伴隨有噪聲，汽蝕嚴(yán)重時(shí)可聽到泵內(nèi)有“劈劈”“啪啪”的爆炸聲，甚至連泵體都會產(chǎn)生振動(dòng)，使泵的壽命大大縮短，同時(shí)泵的性能也發(fā)生變化，嚴(yán)重時(shí)大量汽泡使葉輪通道堵塞，液流的連續(xù)性遭到破壞，泵的揚(yáng)程、流量和效率顯著下降，出現(xiàn)所謂“斷裂”工況，如圖2－34所示。

圖2－34汽蝕斷裂工況對離心泵來說，真正的低壓區(qū)不在泵的入口，而在葉輪進(jìn)口部位因此要控制葉輪入口附近低壓區(qū)K點(diǎn)的壓力，使，才不會出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象。

（2－50）對于液體被吸上的情況，將式（2－49）代入上式，得（2－51a）對于液體倒灌入泵的情況，Zs取負(fù)值，（2－51b）圖2－36汽蝕余量變化曲線（2）必需汽蝕余量Δhr自S－S截面至K處產(chǎn)生壓力降的原因如下：①一般從吸入管至葉輪進(jìn)口斷面稍有收縮，因之液流有加速損失。另外液流從吸入口S－S截面流向K處截面時(shí)有流動(dòng)損失；②從S－S截面流向K處截面時(shí)，由于液流速度方向和大小都發(fā)生變化，引起絕對速度分布的不均勻，壓力也會有所變化；③由于液體進(jìn)入葉輪流道時(shí)，要繞流葉片的進(jìn)口邊緣，從而造成相對速度的增大和分布的不均勻，引起壓力下降。（2－52a）第一項(xiàng)可忽略分析此圖再寫出S－S和I－I截面的柏努利方程(圖2－33)并忽略兩截面之間的阻力將上式代入式(2－52a)并移項(xiàng)，得（2－52b）如果式(2－52b)中葉輪內(nèi)的壓力PK降低到Pst時(shí)，則式(2－52b)可寫為（2－52c）因?yàn)槭?2－52c)等號的左邊就是有效汽蝕余量Δha，見式(2－50)，而等號右邊則是必需汽蝕余量Δhr，所以并不表示有效=必須必須汽蝕余量有效汽蝕余量（2－55）同樣，泵樣本上查出的[Δh]是用20℃的水實(shí)測出的。如果泵輸送的介質(zhì)為非水的其他液體，其[Δh]應(yīng)進(jìn)行修正，可參考有關(guān)資料。圖2－37為對碳?xì)浠衔锴蠓?，即式中——?0℃的水實(shí)測出的允許汽蝕余量；——碳?xì)浠衔锏脑试S汽蝕余量；——修正系數(shù)。圖2－37允許汽蝕余量修正系數(shù)離心泵汽蝕性能曲線和泵的其他性能曲線一樣，也隨泵的工作轉(zhuǎn)速n的不同而改變。根據(jù)離心泵的汽蝕相似，離心泵必需汽蝕余量間的關(guān)系為：2.1.5.3改善離心泵汽蝕性能的途徑離心泵的汽蝕由泵本身的必需汽蝕余量Δhr和吸入裝置系統(tǒng)的有效汽蝕余量Δha決定。（1）提高泵本身抗汽蝕性能措施①適當(dāng)加大葉輪入口直徑D0和葉片進(jìn)口邊寬度b1。增大D0和b1可降低葉輪入口平均速度v0和葉片進(jìn)口平均相對速度W1，使Δhr減小。②采用雙吸葉輪。葉輪每邊進(jìn)入二分之一的流量，對整個(gè)葉輪來講，相當(dāng)于維持了原單吸泵的汽蝕性能，而流量加大一倍。③采用誘導(dǎo)輪。誘導(dǎo)輪是一種類似于軸流式的葉輪，它裝在離心泵葉輪的前面，所產(chǎn)生的揚(yáng)程對葉輪的進(jìn)口進(jìn)行增壓，從而改善汽蝕性能。④采用優(yōu)質(zhì)葉輪材料。從外部條件來看，當(dāng)無法或很難避免輕度汽蝕時(shí)，則葉輪的材料要選擇強(qiáng)硬材料如高鉻不銹鋼之類，并進(jìn)行精細(xì)加工。這對減小由于汽蝕而產(chǎn)生的葉輪表面點(diǎn)蝕破壞，可起到一些緩和作用。（2）提高有效汽蝕余量Δha的措施選定合適的安裝高度,盡可能減少吸入管道的水力損失?？紤]到揚(yáng)程變化輻度的影響。(2)估算泵的流量和揚(yáng)程(3)選擇泵的類型及型號(4)核算泵的性能曲線根據(jù)流程圖的布置，計(jì)算出最困難條件下泵入口的有效汽蝕余量，與該泵的允許值相比較。（根據(jù)泵的汽蝕余量[ΔH]，計(jì)算出泵的最大允許安裝高度，與工藝流程圖中擬定的實(shí)際安裝高度相比較。）

(5)計(jì)算泵的軸功率和驅(qū)動(dòng)機(jī)功率根據(jù)離心泵所輸送液體的工況點(diǎn)參數(shù)(Q、H和η)，可計(jì)算得泵的軸功率

選用驅(qū)動(dòng)泵的驅(qū)動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)該考慮要有10～15％的貯備功率，則驅(qū)動(dòng)機(jī)的功率Pt為2.1.7離心泵的軸向力及其平衡（自學(xué)）2.1.8離心泵的主要零部件(了解內(nèi)容）

2.1.8.1葉輪葉輪是離心泵中最重要的零件，它將驅(qū)動(dòng)機(jī)的能量傳給液體。按有無前后蓋板，葉輪結(jié)構(gòu)可分為：閉式葉輪；開式葉輪；半開式葉輪。按吸入方式，葉輪可分為：單吸葉輪；雙吸葉輪。圖2－43離心泵葉輪型式圖2－44蝸殼圖2－45徑向式導(dǎo)輪2.1.8.3密封裝置作用：為了保證泵的正常工作，防止液體外漏，內(nèi)漏或外界空氣吸入泵內(nèi)，必須在葉輪和泵殼間，軸和泵殼體間都裝有密封裝置。常用的密封裝置：密封環(huán)、填料密封和機(jī)械密封，后二種屬轉(zhuǎn)軸的密封裝置。

（1）密封環(huán)密封環(huán)是密封裝置的一種，用來防止液體從葉輪排出口通過葉輪和泵殼間的間隙漏回吸入口。圖2－46葉輪的密封環(huán)（a）平接式；（b）直角接式圖2－48液封環(huán)圖2－49帶節(jié)流套的填料密封當(dāng)輸送含有固體顆粒的液體時(shí)，為了不使泥漿進(jìn)入填料，或在高壓泵中，為了不使高壓液體直接作用于填料，避免造成填料很快磨損，在填料前端設(shè)置減壓裝置——節(jié)流套。

2009-9-21（3）機(jī)械密封①機(jī)械密封的構(gòu)成機(jī)械密封又稱端面密封，其結(jié)構(gòu)如圖2－50所示，主要由下列三部分組成：圖2－50機(jī)械密封（a）單端面機(jī)械密封；（b）雙端面機(jī)械密封1－傳動(dòng)螺釘；2－傳動(dòng)軸；3－彈簧；4－推環(huán)；5－動(dòng)環(huán)密封圈；6－動(dòng)環(huán)；7－靜環(huán)；8－靜環(huán)密封圈；9－防轉(zhuǎn)銷a．主要密封元件由動(dòng)環(huán)(旋轉(zhuǎn)環(huán))、靜環(huán)(固定環(huán))組成。動(dòng)環(huán)和靜環(huán)一般均用不同材料制成，一個(gè)硬度較低(一般用石墨或石墨加其他充填劑)，一個(gè)硬度較高(可以用碳鋼堆焊硬質(zhì)合金、陶瓷等)但也可根據(jù)具體情況將兩個(gè)環(huán)用同一材料制成(如碳化鎢對碳化鎢)。b．輔助密封元件由動(dòng)環(huán)密環(huán)圈、靜環(huán)密封圈和其他適當(dāng)?shù)膲|片組成。根據(jù)不同的要求，輔助密封元件常采用O形環(huán)、v形環(huán)，楔形環(huán)或其他形狀的密封環(huán)。輔助密封元件除了應(yīng)具有密封能力外，還應(yīng)有一定的彈性，以便能吸收密封面受不良影響的振動(dòng)，輔助密封元件常用橡膠或塑料等材料制成。

c．壓緊元件和其他輔助元件如彈簧、推環(huán)、傳動(dòng)座、防轉(zhuǎn)銷等，以及為保證動(dòng)環(huán)和靜環(huán)工作所必需的其他零件都屬于這一類元件。

有一個(gè)動(dòng)環(huán)和一個(gè)靜環(huán)的機(jī)械密封叫單端面機(jī)械密封。如圖2－50(a)所示。有兩個(gè)動(dòng)環(huán)和兩個(gè)靜環(huán)的密封叫雙端面機(jī)械密封，如圖2－50(b)所示2.2軸流泵

2.2.1軸流泵的原理和結(jié)構(gòu)軸流泵是一種低揚(yáng)程，大流量的葉片式泵，過流部分如圖所示，液體沿吸入管進(jìn)入葉輪，它和葉輪葉片相互作用，獲得能量，然后通過導(dǎo)葉和彎管，進(jìn)入排出管。軸流泵是利用葉片對繞流液體產(chǎn)生升力而輸出液體的圖2－65軸流泵結(jié)構(gòu)簡圖1－吸入管；2－葉輪；3－導(dǎo)葉；4－彎管；5－排出2.2.2軸流泵的基本方程（2－68）上式表明：在軸流泵中沒有離心力而引起的揚(yáng)程增值的作用。圖2－67軸流泵特性曲線圖2－68軸流泵的通用特性曲線2.3旋渦泵2.3.1旋渦泵的結(jié)構(gòu)和工作原理旋渦泵是一種小流量，高揚(yáng)程的泵。流量最小的旋渦泵輸送流量為0.05L／s或更小。流量大的旋渦泵輸送流量可達(dá)12.5L／s。單級揚(yáng)程可達(dá)300m液柱。旋渦泵的結(jié)構(gòu)主要包括葉輪(外緣上帶有徑向葉片的圓盤)、泵體、泵蓋以及由泵蓋，泵體和葉輪組成的環(huán)形流道，如圖2－69所示。圖2－69旋渦泵示意圖1－泵蓋；2－葉輪；3－泵體；4－吸入口；5－隔板；6－排出口圖2－71旋渦泵性能曲線圖2－71和圖2－72為旋渦泵性能曲線及其舉例。由圖可見，流量減小時(shí)，壓頭就增加。旋渦泵和其他類型泵相比，優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，體積小，重量輕，揚(yáng)程高，比同尺寸、同轉(zhuǎn)速的離心泵要高2～4倍，陡降式H－Q性能曲線，對系統(tǒng)中壓力波動(dòng)不敏感；有自吸能力，或藉助于簡單裝置來實(shí)現(xiàn)自吸，某些旋渦泵可實(shí)現(xiàn)氣液混輸。缺點(diǎn)是：效率較低，最高不超過50％，大多數(shù)在20~40％；汽蝕性能較差，抽送的介質(zhì)要純凈的，粘度不能過大(限制在1.14×10－4m2／s)。圖2－72旋渦泵特性曲線示例2.3.3旋渦泵的汽蝕和流量調(diào)節(jié)旋渦泵輸送的液體流量變大時(shí)，泵入口處的壓力即降低。例如，以葉輪直徑為φ105mm,在4000r／min下運(yùn)轉(zhuǎn)的旋渦泵液體流道中壓力的分布為例，如圖2－73所示，由圖可以看到，當(dāng)流量較小時(shí)(Q＝0.255L／s)，壓力幾乎沿流道直線上升，在流量較大時(shí)(Q＝0.435L／s)，自入口開始一度有壓力下降，當(dāng)通過某一長度后，壓力才開始上升。由于流量變大時(shí)，泵入口開始時(shí)壓力有一度下降，如果此時(shí)壓力低于液體的飽和蒸汽壓以下，隨即產(chǎn)生汽蝕。如果發(fā)生汽蝕，盡管再開大閥門使揚(yáng)程降低，流量也不再增加。由于旋渦泵的性能特點(diǎn)是當(dāng)流量下降時(shí)，揚(yáng)程功率反而增加，因而這種泵不能在遠(yuǎn)離正常流量的小流量情況下運(yùn)轉(zhuǎn)。流量調(diào)節(jié):不能用簡單的節(jié)流調(diào)節(jié)法而只能用旁路調(diào)節(jié)法，如圖2－74所示。液體經(jīng)吸入管路進(jìn)入泵內(nèi)，經(jīng)排出管路閥門排出，并有一部分經(jīng)旁通管路流回吸入管路。排出流量由排出閥門和旁通閥門配合調(diào)節(jié)，在泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，這兩個(gè)閥至少有一個(gè)是開啟的，以保證泵送出的液體有去處，若下游壓力超過一定限度時(shí)，安全閥即自動(dòng)開啟，泄回一部分液體，以減輕泵及管路所承受的壓力。當(dāng)旋渦泵流量為零時(shí)，軸功率最大，所以，泵啟動(dòng)時(shí)，出口閥必須全開。

圖2－73泵內(nèi)液體流道中壓力的上升圖2－74旋渦泵流量調(diào)節(jié)17．某化工廠用離心泵將池中的常溫