[理学]第二章-3-离心泵工作点

内容回顾1.离心泵的性能参数及特性曲线1）H～Q曲线：压头随流量的增大而下降。2）N～Q曲线：轴功率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小。离心泵启动或关闭时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保护电机。3）～Q曲线：离心泵在一定转速下有一最高效率点。此最高效率点称为离心泵的设计点。设计点对应的流量称为额定流量。在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。4）H、Q、η与液体密度无关，但轴功率N随密度增大而增加。6）离心泵转速、叶轮直径增加，其压头、流量、轴功率均增大。5）粘度增加，泵的压头减小，泵的流量减小，泵的效率下降，泵的轴功率增大。2.离心泵的安装高度1)汽蚀现象gppHaS110212fSHguHHg2)允许吸上真空度3)允许气蚀余量gpgugphv2211100fvHhgpgpHg【例】用3B33型水泵从一敞口水槽中将水送到它处，槽内液面恒定。送水量为45～55m3/h。在最大流量下吸入管路压头损失为1m，液体在吸入管路的动压头可忽略。试计算：（1）输送20℃水时泵的安装高度；（2）输送65℃水时泵的安装高度。当地大气压为9.81×104kPa。解：由附录查得3B33水泵的部分性能列于下表：流量Q(m3/h)压头H/m转速n/(r/min)允许吸上真空度Hs/m30455535.632.628.829007.05.03.0为了保证泵的正常运转，以最大流量作为设计安装高度的依据，即取式中:Hs=3.0m（1）输送20℃水时泵的安装高度此时Hs不用修正10212fSHguHHgHf,0-1=1.0m0221gumHg0.20.10.3（2）输送65℃水时泵的安装高度需对其Hs进行换算，即100024.01081.9103VSSpHaHH由附录查得65℃时水的密度ρ＝980.5kg/m3，饱和蒸汽压pv＝2.554×104Pa，则mHS65.0100024.01081.910554.20.344mHguHHgfS35.00.165.021021讨论：1）离心泵的允许吸上真空度和允许气蚀余量值是与其流量有关的，大流量下△h较大而HS较小，因此，必须注意使用最大流量值进行计算。2）离心泵安装时，应注意选用较大的吸入管路，减少吸入管路的弯头、阀门等管件，以减少吸入管路的阻力。3）当液体输送温度较高或液体沸点较低时，可能出现允许安装高度为负值的情况，此时，应将离心泵安装于贮槽液面以下，使液体利用位差自流入泵内。六.离心泵的工作点和流量调节(一)管路特性曲线和离心泵的工作点在如图所示的两截面间列柏努利方程212222211122fHgugpZHegugpZ2122fHgugpZHegpZK令：1122022gu对于直径均一的管路系统，压头损失可表达为gudllHef22224121dgdllBe令2BQeKHe注:若λ随Re的变化不能忽略,则需带入λ相应的关联式,从而得到He和Qe的关系22421dQegdlle管路特性曲线如果管路中的流动处于阻力平方区，则B为常数。例：如图，设水在光滑管内流动，吸入管路直径为0.08m，管长排出20m（包括全部阻力的当量长度），排出管路直径为0.05m，管长50m（包括全部阻力的当量长度），设Re4000,两槽均与大气相通。求管路的特性方程。(已知水的粘度为1.3mPa.s)112212m解：在1-1和2-2截面间列柏努利方程：Z2-Z1=12m,p1=0（表）,p2=0（表）u1=0,u2=02112fHHe212222211122fHgugpZHegugpZgudllHef22吸入gudllHef22排出gudleldu23164.0225.075.175.1275.125.035.269708.0481.9208.020103.1100008.03164.0QeQe75.175.1275.125.031.6287505.0481.9205.050103.1100005.03164.0QeQe75.175.175.1排出f吸入f216.655721.628755.2697QeQeQeHHHf75.16.6557212QeHe管路特性曲线：He-QeQHgpZ2．离心泵的工作点离心泵在管路中正常运行时，泵所提供的流量和压头应与管路系统所要求的数值一致。此时，安装于管路中的离心泵必须同时满足管路特性方程与泵的特性方程。两方程所得到两特性曲线的交点，即离心泵的工作点M对所选定的泵以一定转速在此管路系统操作时，只能在此点工作。在此点，H＝He，Q＝Qe。H=HeQ=QeMH-QHe-Qe（二）离心泵的流量调节1．改变管路特性曲线----改变泵出口阀开度关小阀门，使B值变大，流量变小，曲线变陡。开大阀门，使B值变大，流量变大，曲线变平缓。2BQeKHeM11QM1MH-QQMM22QM2优点：调节迅速方便，流量可连续变化；缺点：流量阻力加大，要多消耗动力，不经济。224121dgdllBe2．改变泵的特性曲线QM1M1M2QM2MH-QQMHe-Qe泵的转速提高，则H~Q线上移，工作点由M移至M2，流量由QM加大到QM2；泵的转速降低，则H~Q线下移，工作点移至M1,流量减小到QM1；优点：流量随转速下降而减小，动力消耗也相应降低；缺点：需要变速装置或价格昂贵的变速电动机，难以做到流量连续调节，化工生产中很少采用。3．离心泵的组合操作(1)离心泵的并联在同一压头下，两台同样的泵并联所提供的流量为单台泵提供流量的两倍。并联后的总流量必低于单台泵流量的两倍。H-QQMHMHe-QeM并QM并H-QQMHMHe-QeQ（2）离心泵的串联在同一流量下，两台相同的泵串联所提供的压头为单台泵所提供压头的两倍。两台泵串联操作的总压头必低于单台泵压头的两倍，流量大于单台泵的。H串-Q串Q串3）离心泵组合方式的选择•对于低阻输送管路，并联组合泵流量的增大幅度大于串联组合泵；•对于高阻输送管路，串联组合泵的流量增大幅度大于并联组合泵。低阻输送管路----并联优于串联；高阻输送管路----串联优于并联。并串单泵QQ并Q串高阻Q并Q串低阻Q【例】用离心泵将20℃清水从贮水池输送到指定位置，已知输送管出口端与贮水池液面垂直距离为8.75m,输水管内径为114mm的光滑管，管长为60m（包括局部阻力的当量长度），贮水池与输水管出口端均与大气相通，贮水池液面保持恒定。已知泵的特性曲线：H=20.7-6.5×103Q2试求该泵在运转时的流量、压头、轴功率。已知:泵效率0.6;=0.02;水的密度：＝999kg/m3解：8.75m1122以贮槽液面做上游截面1-1,以管出口外侧做下游截面2-2,在两截面间列柏努利方程:(1)求管路特性曲线fHgugpZHegugpZ2222222111由已知:Z1=0,p1=0,u10,Z2=8.75m,p2=0,u20gudllHef22已知:l+le=60m,d=0.114m2244dQdQueefHHe75.8232221015.5114.0421114.06002.0eefQQgH泵的特性曲线:H=20.7-6.5×103Q2管路特性方程:He=8.75+5.0518×104Qe2Q=0.032m3/sH=14.03m102HQNkW33.76.0102999032.003.14【例】某离心泵特性曲线为:H=75-145Q2所在管路的特性曲线方程式为He＝40+15Qe2,当两台或三台此型号的泵并联操作时，试分别求管路中流量增加的百分数。若管路特性曲线方程式变为He＝40+100Qe2时，试再求上述条件下流量增加的百分数。特性方程式中流量的单位为m3/s，压头的单位为m。解：（1）当He＝40+15Qe2时He＝40+15Qe2H=75-145Q2Q=467.7×10-3m3/s(b)两台泵并联：先求两台泵并联的特性方程在同一压头下，两台泵并联所提供压头是单台泵的两倍即：当H=H时，Q=2Q(其中,H,Q为并联泵的流量和压头）Q=Q/2,H=HH=75-145(Q/2)2H=75-145/4(Q)2单台泵：(a)H=75-145/4(Q)2He＝40+15Qe2Q=826.4×10-3m3/s%7.767.4767.4764.826QQQ(c)三台泵并联：三台泵并联的特性方程当H=H时，Q=3Q(其中,H,Q为三台泵并联的流量和压头）Q=Q/3,H=HH=75-145(Q/3)2H=75-145/9(Q)2He＝40+15Qe2Q=1060.7×10-3m3/s%8.1267.4767.4767.1060QQQ（2）当He＝40+100Qe2时单台泵：He＝40+100Qe2H=75-145Q2Q=378×10-3m3/s两台泵：He＝40+100Qe2Q=506.8×10-3m3/sH=75-145/4(Q)2%1.347.4767.4768.506QQQ三台泵：He＝40+100Qe2Q=549×10-3m3/sH=75-145/9(Q)2%2.457.4767.476549QQQ由以上数据可知：（1）并联流量不等于单台流量的倍数，并联台数愈多，流量增加率愈少；（2）高阻型管路并联时流量增加率降低。泵串联更有利。(一)离心泵的分类1）按照轴上叶轮数目的多少单级泵多级泵轴上只有一个叶轮的离心泵，适用于出口压力不太大的情况；轴上不止一个叶轮的离心泵，可以达到较高的压头。离心泵的级数就是指轴上的叶轮数，我国生产的多级离心泵一般为2—9级。2）按叶轮上吸入口的数目单吸泵双吸泵叶轮上只有一个吸入口，适用于输送量不大的情况。叶轮上有两个吸入口，适用于输送量很大的情况。八.离心泵的类型与选择HQQH（二）离心泵的选型1）确定输送系统的流量和压头：一般情况下液体的输送量是生产任务所规定的，如果流量在一定范围内波动，选泵时按最大流量考虑，然后，根据输送系统管路的安排，用柏努利方程计算出在最大流量下管路所需压头。2）选择泵的类型与型号：首先根据被输送液体的性质和操作条件确定泵的类型，按已确定的流量和压头从泵样本或产品目录中选出适合的型号。若是没有一个型号的H、Q与所要求的刚好相符，则在邻近型号中选用H和Q都稍大的一个；若有几个型号的H和Q都能满足要求，那么除了考虑那一个型号的H和Q外，还应考虑效率η在此条件下是否比较大。3)核算轴功率:/gQHN【例】生产任务规定He=18m，Qe=80m3/h，试选择合适的离心泵，并核算操作条件下的功率及因调节阀门多消耗的功率。（1）选泵的型号由压头和流量的要求选择4B-20型水泵。（2）实际运行时所消耗的轴功率由该型号泵的特性曲线查得，在Q=80m3/h时，H=21.2m，η=77%，N=6kWH-QHe-Qe（3）调节阀门多消耗的功率ΔH=21.2–18=3.2m18m21.2m102HQNkW905.077.010236001000802.3He-QeΔH80m3/h•§2.1.2其它液体输送机械一.往复泵（容积式泵）1．往复泵基本结构主要部件：泵缸、活塞、活塞杆、单向开