阀全开时的管路特性曲线方程为

1第二章流体输送机械通过本章学习，掌握常用流体输送机械的基本结构、工作原理和操作特性，能够根据生产工艺要求和流体特性，合理地选择和正确操作流体输送机械，并使之在高效下安全可靠运行。学习目的与要求2第二章流体输送机械2.1概述2.1.1输送流体所需的能量3一、管路系统对流体输送机械的能量要求─管路特性方程管路对流体输送机械的能量要求由伯努利方程计算。对于液体，采用以单位重量（1N）流体为基准的伯努利方程式J/Norm212222211122fHgugpZHgugpZ21202fHgugpHH∵Z1=0Z2=H0gpHg0管路两端单位重量流体的势能差4一、管路系统对流体输送机械的能量要求─管路特性方程由流体的阻力损失计算式可知：]2)[(221gudlHf或gudllHef2)(221输送管路中的流速为：24dquv24221])(8[vfqgddlH当管路一定，管内流动进入阻力平方区，中括号内为一个与管内流量无关的常数，记为K。221vfKqH5一、管路系统对流体输送机械的能量要求─管路特性方程gddlK42)(8式中:得：2vKqgH管路特性方程6对于通风机的气体输送系统，在风机进出口截面间采用以单位体积（1m3）为基准的伯努利方程式，22TfupgZpgHJ/m3或Pa位风压(一般可忽略)静风压动风压一、管路系统对流体输送机械的能量要求─管路特性方程7流体输送机械除满足工艺上对流量和压头（对气体为风压与风量）两项主要技术指标要求外，还应满足如下要求：①结构简单，重量轻，投资费用低。②运行可靠，操作效率高，日常操作费用低。③能适应被输送流体的特性，如黏度、可燃性、毒性、腐蚀性、爆炸性、含固体杂质等。二、管路系统对输送机械的其它性能要求8第二章流体输送机械2.1概述2.1.1输送流体所需的能量2.1.2流体输送机械的分类9流体输送机械的分类通风机鼓风机压缩机真空泵按输送流体的状态分类输送液体输送气体泵10流体输送机械的分类按工作原理分类动力式（叶轮式）容积式（正位移式）流体作用式11第二章流体输送机械2.2离心泵2.2.1离心泵的工作原理和基本结构12离心泵是工业生产中应用最为广泛的液体输送机械。其突出特点是结构简单、体积小、流量均匀、调节控制方便、故障少、寿命长、适用范围广（包括流量、压头和介质性质）、购置费和操作费用均较低。一．离心泵的工作原理13一．离心泵的工作原理IS型离心水泵14一、离心泵的工作原理离心泵装置简图泵壳叶轮吸入口排出口泵轴15一、离心泵的工作原理工作原理：离心泵之所以能输送液体，主要是依靠离心力的作用。而离心力的大小与叶轮的转速、叶轮的直径以及流体的密度有关。转速愈高，叶轮的直径愈大，流体的密度愈大，离心力也就愈大。2mrF离心力流体的质量旋转半径旋转角速度16一、离心泵的工作原理rumFru2602rnu又液体质点的圆周速度2mrnF叶轮的转速17一、离心泵的工作原理气缚现象如果泵启动时未充满水，叶轮转动时只能带动空气旋转，由于空气的密度远小于液体的密度，产生的离心力小，而不能输送液体。这种现象称为气缚现象。为防止泵发生气缚现象离心泵启动前必须向泵体内灌满液体2mrnF18二、离心泵的基本结构1．离心泵的叶轮闭式半闭式开式离心泵的叶轮19单吸式双吸式离心泵的吸液方式吸液方式二、离心泵的基本结构平衡孔202．离心泵的泵壳和导轮泵壳和导轮二、离心泵的基本结构导轮213.离心泵的轴封装置泵轴与泵壳之间的密封称为轴封，其作用是防止泵内高压液体从间隙漏出，或避免外界空气进入泵内。常用的轴封装置有填料密封和机械密封两大类。后者适用于要求密封较高的场合，如酸、碱、易燃、易爆及有毒液体的输送。二、离心泵的基本结构22第二章流体输送机械2.2离心泵2.2.1离心泵的工作原理和基本结构2.2.2离心泵的基本方程式23一、液体质点在叶轮中的流动1、简化假设(1)叶轮为具有无限薄、无限多叶片的理想叶轮，流体质点将完全沿着叶片表面而流动，流体无旋涡、无冲击损失；(2)被输送的是理想液体，液体在叶轮内流动不存在流动阻力；(3)泵内为定态流动过程。242、速度三角形液体在离心泵中流动的速度三角形一、液体质点在叶轮中的流动①相对速度w②圆周速度u602rnu③绝对速度cuwc25一、液体质点在叶轮中的流动26一、液体质点在叶轮中的流动由余弦定律得知：故进口（以下标1表示）、出口（以下标2表示），液体质点的三种速度之间的关系可写为：为了计算上的方便，常把绝对速度分解为两个分量：cos2222cuucw111212121cos2ucucw222222222cos2ucucwsinccrcosccuctgcucru或圆周分量径向分量27二、离心泵基本方程式的推导理论压头或理论扬程(HT∞)推导的方法：以速度三角形为基础，以动量矩定理为依据。在定态流动中，单位时间内叶轮对液体所作的功等于同一时间内液体从叶片进口处流到叶片出口处的动量矩变化和叶轮旋转角速度的乘积。MP动量矩变化叶轮旋转角速度1/s叶轮对液体所作的功Nm/s28二、离心泵基本方程式的推导单位时间内叶轮对液体所作的功为：动量矩=质量流量×绝对速度×绝对速度对旋转中心的距离在叶片进口及出口处的动量距分别为：TvHgqP111lcqMv222lcqMv29二、离心泵基本方程式的推导)(112212lclcqMMMv111cosrl222cosrl)coscos(111222rcrcqMv)coscos(111222rcrcqHgqvTvgcucuHT111222coscos111ru222ru得：离心泵基本方程式MP30二、离心泵基本方程式的推导离心泵基本方程式的其它表达形式在离心泵的设计中，为了提高理论压头，一般使进口叶片处的α1=900，则cosα1=0故(1)式可简化为：gcugcuHuT22222cos利用速度三角形进行变换后可得：gwwguugccHT222222121222122离心泵基本方程式离心泵基本方程式动压头静压头静压头31二、离心泵基本方程式的推导gbDctgquugcuHvT)(cos2222222222sinccr222rvcbDq222222cosctgcuccru2222bDctgquv离心泵的理论流量qvＴ为液体在叶片出口处流速与液流断面的乘积，设叶轮的外径为D2、叶轮出口处叶片的宽度为b2、叶片的厚度可忽略。则：液流断面为πD2b2,而流速为绝对速度c的径向分量cr2。由速度三角形：32简化为：离心泵基本方程式vTqbDgctguguH222222vTBqAH二、离心泵基本方程式的推导33三、离心泵理论压头影响因素分析（1）叶轮转速和直径直径D2转速n2260DnuTHvTqbDgctguguH22222234（2）叶片的几何形状叶片形状及出口速度三角形三、离心泵理论压头影响因素分析35后弯叶片290°2ctg0THgu22径向叶片2=90°2ctg=0TH=gu22前弯叶片290°2ctg0THgu22vTqbDgctguguH222222前弯径向后弯但实际泵大都用后弯叶片，为什么？三、离心泵理论压头影响因素分析36对后弯叶片，静压头的提高大于动压头的提高，其净结果是获得较高的有效压头。为获得较高的能量利用率，提高离心泵的经济指标，应采用后弯叶片。前弯径向后弯但实际泵大都用后弯叶片，为什么？三、离心泵理论压头影响因素分析37（3）理论流量对于后弯叶片，B＞0，HT∞随qv的增加而降低。vvTBqAqbDgctguguH222222当β2＞900，ctgβ2＜0，B＜0，qv↑→HT∞↑当β2=900，ctgβ2=0，B=0，qv与HT∞无关当β2＜900，ctgβ2＞0，B＞0，qv↑→HT∞↓三、离心泵理论压头影响因素分析38HT∞与qv的关系曲线三、离心泵理论压头影响因素分析39（4）液体密度离心泵的理论压头与液体密度无关。但是，在同一压头下，离心泵进出口的压力差却与液体密度成正比。密度增大,离心力也增大,所产生的压力增大,但压力再除以ρg等于压头，所以产生的压头不变。三、离心泵理论压头影响因素分析40四、离心泵实际压头与流量关系离心泵的HT∞～qT、H～q关系曲线实际液体在泵内流动有各种阻力存在，会消耗能量。所以实际压头比理论压头低．实际的流量压头关系由实验测定。41第二章流体输送机械2.2离心泵2.2.1离心泵的工作原理和基本结构2.2.2离心泵的基本方程式2.2.3离心泵的性能参数与特性曲线42一、离心泵的性能参数离心泵的主要性能参数：流量、压头、效率、轴功率等。泵的性能参数及相互之间的关系是选泵和进行流量调节的依据。431、流量qv离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积单位：l／s或m3／h取决于泵的结构、尺寸(主要为叶轮的直径与叶片的宽度)和转速。一、离心泵的性能参数442、扬程He（有效压头）泵对单位重量的液体所提供的有效能量。单位：所输送液体的液柱高度m。离心泵实际产生的压头通常是实验测定。一、离心泵的性能参数45在泵的进、出口两测压点间列伯努利方程式：212222211122fHgugpZHegugpZ∵21fH距离很短，阻力可忽略不计则：guugppZZHe2)(21221212一、离心泵的性能参数463、功率和效率有效功率Pe：单位时间内液体经泵以后实际得到的机械能轴功率Pa：电机输入离心泵的功率以Pa表示总效率η：为什么泵的轴功率与有效功率不相等呢？因为泵将能量传递给液体的过程中，不可避免地会有能量损失。evePgqHaepp[J/s]or[w]一、离心泵的性能参数47（1）容积损失即泄漏造成的损失。（2）水力损失由于液体流经叶片、蜗壳的沿程阻力，流道面积和方向变化的局部阻力，以及叶轮通道中的环流和旋涡等因素造成的能量损失。（3）机械损失由于高速旋转的叶轮表面与液体之间摩擦，泵轴在轴承、轴封等处的机械摩擦造成的能量损失。一、离心泵的性能参数48总效率由上述三部分构成，即vhm泵的效率反映三项能量损失的总和。一般小型泵的效率为50%-70％，大型泵可达90％左右。一、离心泵的性能参数49二、离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线是生产厂家对泵在一定转速下对20℃的清水测定的H-qv、Pa-qv、η-qv之间的关系曲线。离心泵的特性曲线50①每种型号的离心泵在特定转速下有其独特的特性曲线，且不受管路特性的影响。②在固定转速下，离心泵的流量和压头，效率不随被输送液体的密度而变，但泵的功率与液体密度成正比。二、离心泵的特性曲线51③离心泵的轴功率Pa在流量为零时为最小，随流量的增大而上升，因而在启动离心泵时应关闭泵的出口阀，以减少启动电流，保护电机。待运转正常后，再打开泵出口阀并调节流量至规定值。同理，停泵时也要先关出口阀，还可防止排出管中液体倒流，保护叶轮。二、离心泵的特性曲线52④离心泵的压头一般随流量加大而下降（在极小流量时有例外）。此规律和离心泵理论压头的表达式相一致。⑤在额定流量下泵的效率为最高。该最高效率点称为泵的设计点，对应的各项参数称为最佳工况参数。离心泵铭牌上标出的性能参数即是最高效率点对应的数值。离心泵应尽可能在高效区操作（最高效率的92%范围内）。二、离心泵的特性曲线53设计点最佳工况参数高效区二、离心泵的特性曲线54三、影响离心泵性能的因素及性能换算1．液体物性的影响（1）液体的密度流量、压头、泵的效率不随密度而改变泵的功率与液体密度