化工原理讲稿(中国石油大学)第2章流体输送机械讲稿2

五、离心泵的特性曲线（Characteristiccurves）(3)—Q曲线1.离心泵特性曲线(1)H—Q曲线(2)N—Q曲线2.离心泵特性曲线的测定离心泵的特性曲线是在一定转速下用20℃的清水为工作介质通过实验测定的。五、离心泵的特性曲线（Characteristiccurves）以真空表和压力表两测点为1，2截面列柏努力方程，有22212121122fppuuHHzzgg五、离心泵的特性曲线（Characteristiccurves）对应的泵的效率为对应的泵的有效功率为HQgNeNNe调节流量，并重复以上的测量和计算，则可得到不同流量下的特性参数，绘制特性曲线。五、离心泵的特性曲线（Characteristiccurves）3.特性曲线的影响因素(1)液体密度的影响离心泵的理论流量和理论压头与液体密度无关，离心泵的轴功率则随液体密度的增加而增加。(2)液体粘度的影响液体粘度的改变将直接改变其在离心泵内的能量损失，因此，H—Q、N—Q、—Q曲线都将随之而变。液体运动粘度2010-6m2/s时影响不大，超过此值则应进行换算。课本p107上给出了不同条件下通过实验得到的换算系数。(3)叶轮转速的影响当叶轮转速的改变不大时（20%）：3.特性曲线的影响因素32)'(',)'(',''nnNNnnHHnnQQ比例定律3.特性曲线的影响因素在同一转速下，如叶轮直径的切割幅度不大时，泵的效率不变，则泵的流量、扬程和轴功率与叶轮直径的近似关系为:(4)叶轮直径的影响32'222'22'2)(',)(','DDNNDDHHDDQQ切割定律六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度由离心泵的工作原理可知，从整个吸入管路到泵的吸入口，液体的压强是不断降低的。Hg11KK00p01.汽蚀现象当泵内某点的压强低至液体饱和蒸汽压时部分液体将汽化，产生的汽泡被液流带入叶轮内压力较高处再凝聚。由于凝聚点处产生瞬间真空，造成周围液体高速冲击该点，产生剧烈的水击。瞬间压力可高达数十个MPa，众多的水击点上水击频率可高达数十kHz，且水击能量瞬时转化为热量，水击点局部瞬时温度可达230℃以上。症状：噪声大、泵体振动，流量、压头、效率都明显下降。后果：高频冲击加之高温腐蚀同时作用使叶片表面产生一个个凹穴，严重时成海绵状而迅速破坏。防止措施：把离心泵安装在恰当的高度位置上，确保泵内压强最低点处的静压超过工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压。六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度2.安装高度离心泵的安装高度不是任意的，而是要受到气蚀现象的限制。反映这一限制的因素，从泵本身的吸上性能考虑，常采用两种指标来表示，即离心泵的允许吸上真空高度和允许气蚀余量。Hg11KK00p0(1)允许吸上真空高度和允许安装高度gppHaS1允许吸上真空高度由实验测定，也可从泵样本中查得。六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度102112fagHgugppH10212fsgHguHH假定离心泵在可允许的最高位置上操作，以贮液槽液面为基准水平面，列贮液槽液面0-0与泵入口处截面1-1间的柏努利方程式，可得Hg11KK00p0六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度102112fgaHgugpHgp允许的安装高度六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度Hs的校正泵样本中所给出的Hs，是在大气压力为10.33mH2O下，以20℃水(此时水的饱和蒸气压为0.24mH20)为介质测定的数值。如果泵的操作条件与上述实验条件不同时，则应把泵样本中给出的Hs值换算成操作条件下的值，即')]24.0()33.10([']['''''gpgpHgppgppHHvasvvaass10212'fsgHguHH六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度(2)实际安装高度为确保离心泵在运转时不发生气蚀现象，泵的实际安装高度还应比计算的允许安装高度Hg低0.5～1.Om。)0.15.0(HgH实际六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度例2：用一台离心泵在海拔高度400m处输送40℃的水，从泵样本中查得该泵的允许吸上真空高度Hs=7.0m，若吸入管的压头损失约为1mH2O,泵入口处的动压头为0.2mH2O。试确定该离心泵的安装高度。已知海拔高度400m处的大气压力为9.85mH2O。六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度解：10212'fsgHguHH)(06.62.9922.998)]24.09.81998.27375.26(-9.85)-(10.33-[7')]24.0()33.10(['''mgpgpHHvass泵的实际安装高度为4.86-0.5=4.36m。)(86.412.006.6mHg六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度(3)允许气蚀余量和允许安装高度定义:为防止气蚀现象，泵入口处液体的静压头与动压头之和必须大于液体在操作条件下饱和蒸气压头的某一最小允许值，以△h表示,即gpgugphv)2(211六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度允许气蚀余量是反映离心泵汽蚀性能的重要参数，主要与泵的内部结构和输送的流量有关。离心泵的允许气蚀余量，也是由泵的生产部门按输送20℃清水通过实验测定的。当输送其它液体时，同样需要进行校正。由于校正系数的值一般小于1，因此也可以不进行校正，而把高出的数值作为防止气蚀现象所外加的安全系数。六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度Hg11KK00p0102110102110)2(2fvvfgHgpgugpgppHgugpgpH泵的实际安装高度还应比计算的允许安装高度Hg低0.5～1.Om。泵的允许安装高度100fvgHhgppH六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度例题：用一台离心油泵从贮槽向反应器输送液态异丁烷，从泵样本中查得在输送流量下该泵的允许气蚀余量△h＝3.5m。贮罐内液面上方的压力为6.52×l05Pa。异丁烷在输送温度下的饱和蒸气压为6.38×l05Pa，密度为530kg/m3。吸入管路的压头损失为1.2m。试问，当泵的入口处位于贮罐内液面以下1.5m时，该泵能否正常操作。六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度解：允许安装高度为0.22.15.3807.953010)38.652.6(50fvgHhgppH已知泵的实际安装高度为-1.5m大于计算结果。说明泵在输送异丁烷过程中会发生气蚀现象，不能确保泵的正常操作。将泵的安装高度降至-2.0-0.5＝-2.5m才能确保其正常操作。查取允许吸上真空高度（允许汽蚀余量h）校正计算出允许安装高度实际安装高度应小于Hg。六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度总结①安装高度的计算：②减少吸入管路的阻力，可提高泵的安装高度。故离心泵的入口管径都大于出口管径。六、离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度③液体温度越高，饱和蒸汽压pv就越高，允许安装高度则越低。在输送较高温度的液体时尤其要注意安装高度。当离心泵在某一定的管路系统中工作时，其压头和流量不仅与离心泵本身的性能有关，而且还与管路的特性(指流量、管径、管长和管件、端点条件等)有关。七、离心泵的工作点与流量调节1.管路特性曲线21212212122)(feHguugppZZH当离心泵安装在特定的管路中工作时，在一定的流量Q下，管路需要泵提供的压头He，可以通过列截面1-1与截面2-2间的柏努利方程式求得，即212222121122feHgugpZHgpguZ七、离心泵的工作点与流量调节一般，取022122guuZZZ)(12ppp12又259222211037.636004212eefQdldQgdlgudlH2591037.6eeQdlgpZH当管路端点条件和液体一定时，A为定值，与流量无关。gpZA令591037.6dlB当管路情况一定，湍流时摩擦系数变化很小，可视为常数，则B也为定值，与流量无关。则2BQAHe七、离心泵的工作点与流量调节管路特性曲线方程式七、离心泵的工作点与流量调节2.离心泵的工作点当工作点P正好落在泵的高效区时，说明对该管路系统所选择的离心泵是适宜的。七、离心泵的工作点与流量调节例题：如图所示，将20℃的清水从贮水池输送到高位槽。已知高位槽内水面高于贮水池水面13m。高位槽及贮水池中水面恒定不变，且均与大气连通。输送管为的钢管，总长度(包括局部阻力的当量长度)为200米。现拟选用4B20型水泵，当转速为2900r／min时，其特性曲线如下图所示。试分别求泵在运转时的流量、轴功率及效率。在本题情况下，摩擦系数可取0.02七、离心泵的工作点与流量调节解：管路特性曲线可以通过列截面1-1与截面2-2间的柏努利方程式求得，即21212212122)(feHguugppZZH13)(12ZZ25922221131.002.02001037.636004212eefQdQgdlgudlH241061.613eeQH七、离心泵的工作点与流量调节在离心泵的特性曲线图上作出管路的特性曲线，得到离心泵的工作点P从图上可以看出：泵在运转时的流量Q=98m3/hN=6.7kWη=77%。3.离心泵的流量调节(1)改变管路特性曲线（如改变阀门开度）七、离心泵的工作点与流量调节该调节方法的主要优点是操作简单，但管路上阻力损失大且可能使泵的工作点位于低效率区，因此多在调节幅度不大但需经常调节的场合下使用。(2)改变泵H-Q特性曲线：七、离心泵的工作点与流量调节(3)两种流量调节方式的比较七、离心泵的工作点与流量调节改变排出管上阀门开度的方法，会使一部分能量额外消耗在阀门的局部阻力上，不太经济，但简单易行，且便于连续调节。改变泵的转速的方法比较经济，因为无额外的能量损耗。但需要变速装置或价格昂贵的变速原动机，且难以达到流量连续调节的目的。改变叶轮直径的方法也比较经济，但调节范围不大，否则会降低泵的效率。