第三章離心泵centrifugalpump教學講義

第三章離心泵

centrifugalpump

第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點第二節(jié)離心泵的一般結(jié)構(gòu)第三節(jié)離心泵的相似理論和比轉(zhuǎn)數(shù)第四節(jié)船用離心泵的自吸第五節(jié)離心泵的汽蝕第六節(jié)離心泵的管理復習思考題第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點分類：離心泵………液體軸向進入，徑向流出；軸流泵………液體軸向進入，軸向流出；混流泵………液體沿軸線的傾斜方向進入，仍然是沿軸線的傾斜方向流出。優(yōu)缺點：1.結(jié)構(gòu)簡單，易操作；2.流量大，流量均勻；3.重量輕，運動部件少，轉(zhuǎn)速高；4.泵送的液體粘度范圍廣；5.無自吸能力。第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點一、工作原理第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點一、工作原理

泵軸帶動葉輪一起旋轉(zhuǎn)，充滿葉片之間的液體也隨著旋轉(zhuǎn)，在慣性離心力的作用下液體從葉輪中心被拋向外緣的過程中便獲得了能量，使葉輪外緣的液體靜壓強提高，同時也增大了流速，一般可達15～25m/s。液體離開葉輪進入泵殼后，由于泵殼中流道逐漸加寬，液體的流速逐漸降低，又將一部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，使泵出口處液體的壓強進一步提高。液體以較高的壓強，從泵的排出口進入排出管路，輸送至所需的場所

為簡化液體在葉輪內(nèi)的復雜運動，作兩點假設(shè)：①葉輪內(nèi)葉片的數(shù)目為無窮多，即葉片的厚度為無限薄，從而可以認為液體質(zhì)點完全沿著葉片的形狀而運動，亦即液體質(zhì)點的運動軌跡與葉片的外形相重合；②輸送的是理想液體，由此在葉輪內(nèi)的流動阻力可忽略。1.液體在葉輪中的運動情況及速度三角形第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點二、離心泵的壓頭方程式*相對運動速度ω：它是以與液體一起作等角速度的旋轉(zhuǎn)坐標為參照系，液體質(zhì)點沿葉片從葉輪中心流到外緣的運動速度，即相對于旋轉(zhuǎn)葉輪的相對運動速度ω。*絕對運動速度c：它是以固定于地面的靜止坐標作為參照系的液質(zhì)點的運動，稱為絕對運動，絕對運動速度用c表示。三者關(guān)系：

速度三角形如圖示：三個速度構(gòu)成了速度Δ，α表示c與u之間的夾角，β表示ω與u反方向延長線之間的夾角，α，β稱為流動角，其大小與葉輪的結(jié)構(gòu)有關(guān)。根據(jù)余弦定理，則：1.液體在葉輪中的運動情況及速度三角形第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點二、離心泵的壓頭方程式液體質(zhì)點在葉輪內(nèi)的速度有三個：*圓周運動速度u：葉輪帶動液體質(zhì)點作圓周運動的速度，若將c分解為徑向分量Cr和圓周分量Cu，則分別為：（得出的公式結(jié)論將在后面用） 則：1.液體在葉輪中的運動情況及速度三角形第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點二、離心泵的壓頭方程式2.離心泵的揚程方程式1）理想壓頭方程式（歐拉公式）揚程等于單位重量液體通過泵后所具有的能量增值（即液體離開葉輪和進入葉輪時的壓頭之差）。勢能壓力能速度能第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點二、離心泵的壓頭方程式1）理想壓頭方程式（歐拉公式）(續(xù)）☆假設(shè)葉輪不轉(zhuǎn)，液體仍以葉輪回轉(zhuǎn)時那樣的相對速度ω通過葉輪，其能量表達式：（站在葉輪上看液體）☆實際上葉輪在轉(zhuǎn)，液體在過程中獲得離心力所作的功W，其能量表達式：（站在泵的殼體上看液體）2.離心泵的揚程方程式第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點二、離心泵的壓頭方程式☆離心力對單位重量液體所作的功W：離心力＝1）理想壓頭方程式（歐拉公式）(續(xù)）2.離心泵的揚程方程式第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點二、離心泵的壓頭方程式離心力做的功（3）壓頭公式（1）能量表達公式（2）（3）式代于（2）式后，在代于（1）式，得歐拉方程I式：Hp（靜壓頭）Hc(動壓頭)離心力的作用下葉輪旋轉(zhuǎn)所增加的靜壓頭葉片間通道面積逐漸加大使液體的相對速度減少所增加的靜壓頭液體流經(jīng)葉輪后所增加的動壓頭（在蝸殼中其中一部分將轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能）Hp用于克服裝置中的流阻、液位差和反壓。要求Hp大于這三者之和。Hc表現(xiàn)為液流的絕對速度增加。要求Hc不宜過大，因為Hc大流阻大。歐拉方程I式速度三角形和余弦定律：得：（4）（1）將（4）式代于（1）式后，得：歐拉方程II式2）對歐拉方程II式的分析歐拉方程II式①在離心泵設(shè)計中，為提高理論壓頭，一般使α1＝90°（液體徑向進入葉片間通道），cosα1＝0歐拉方程II式2.離心泵的揚程方程式第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點二、離心泵的壓頭方程式②根據(jù)速度三角形2）對歐拉方程II式的分析(續(xù)）α2c2u=c2cosα2

=u2–cr2ctgβ2w2α2c2u2cr2c2uβ2將上兩式代入歐拉方程II式后，得：設(shè)葉輪的外徑為D2，葉輪出口處的寬度為b2，理論流量QT?=cr2A

，則：β2β22.離心泵的揚程方程式第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點二、離心泵的壓頭方程式稱為離心泵的基本方程式α2β2u2c2w2β22）對歐拉方程II式的分析(續(xù)）2.離心泵的揚程方程式第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點二、離心泵的壓頭方程式2.離心泵的揚程方程式第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點二、離心泵的壓頭方程式3)對離心泵基本方程式的討論：①HT?與轉(zhuǎn)速n有關(guān)：n↑→HT?↑；反之相反；HT?與D有關(guān),即與葉輪的直徑有關(guān)，增大葉輪直徑，揚程增加；②

HT?與β2有關(guān),即與葉片型式有關(guān)；?。┖髲澣~片（葉片彎曲方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反）

ⅱ）徑向葉片ⅲ）前彎葉片2.離心泵的揚程方程式第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點二、離心泵的壓頭方程式3)對離心泵基本方程式的討論：③與流量之間的關(guān)系前彎式葉片后彎式葉片直葉式葉片④與輸送的液體性質(zhì)無關(guān)，公式中無液體的性能參數(shù)。(pd-ps)=ρgH壓頭不變，泵送不同的液體，其產(chǎn)生的吸排壓差不同。第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點二、離心泵的壓頭方程式2.離心泵的揚程方程式3)對離心泵基本方程式的討論：?。┖髲澣~片（葉片彎曲方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反）ⅱ）徑向葉片ⅲ）前彎葉片靜壓大、動壓小、噪音小、效率高、工作平穩(wěn)、不會過載。靜壓小、動壓大、噪音大、效率低、能量轉(zhuǎn)換中損失大、適宜風機工況。介于后彎葉片與前彎葉片之間。對葉片出口角β2的討論：靜壓大、動壓小、噪音小、效率高、工作平穩(wěn)、不會過載。對葉片出口角β2的討論：三、離心泵的定速特性曲線分析

離心泵的定速特性曲線：在既定的轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚程、功率、效率等參數(shù)與流量的函數(shù)關(guān)系曲線稱之。①

葉輪上的葉片數(shù)目是有限的6～12片，葉片間的液流并不是由許多完全相同的單元流束組成，導致泵的壓頭降低。

②

液體在葉片間流道內(nèi)流動時存在軸向渦流，其直接影響速度△，導致泵的壓頭降低。

③

液體具有粘性，在泵內(nèi)存在磨擦等。

④

泵內(nèi)有各種泄漏現(xiàn)象，實際的Q小于QT∞

第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點1）揚程－流量曲線2）功率－流量曲線QHN-QN

流量為零時，功率最小，適合采用封閉啟動。大功率離心泵此時電機的啟動電流最小，對船舶電站沖擊最小。35～50%N額第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點三、離心泵的定速特性曲線分析3）效率－流量曲線當泵轉(zhuǎn)速n一定時，由實驗可測得H～Q，Na～Q，η～Q，這三條曲線稱為性能曲線，由泵制造廠提供,供泵用戶使用。泵廠以20℃清水作為工質(zhì)做實驗測定性能曲線。?。〩～Q，Q↑→H↓，呈拋物線H=A－BQ2ⅱ）Na～Q，Q↑→Na↑，當Q=0，Na最?、＃│恰玅，Q↑→η先↑后↓，存在一最高效率點，此點稱為設(shè)計點。與ηmax對應的H，Q，Na值稱為最佳工況參數(shù)，也是銘牌所標值。泵的高效率區(qū)η=92%ηmax，這一區(qū)域定為泵的運轉(zhuǎn)范圍。三、離心泵的定速特性曲線第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點HNN-QH-Qη-QηQ三、離心泵的定速特性曲線分析四、管路特性曲線和泵的工況點1.管路特性曲線液體流過既定的管路時，它所需的壓頭H與流量之間的函數(shù)關(guān)系：ZpdrpsrH=Hst+∑h＝Z+(pdr-psr)/ρg+KQ2∑h：管路阻力，等于KQ2Hst：高度差和壓力差，等于Z+(pdr-psr)/ρgZ(pdr