19离心泵工作原理

离心泵第一节离心泵的工作原理和性能特点3-1-1离心泵的工作原理主要工作部件是叶轮和泵壳。叶轮通常是由5～7个弧形叶片和前、后圆形盖板所构成。叶轮用键和螺母固定在泵轴的一端。固定叶轮用的螺母通常采用左旋螺纹，以防反复起动因惯性而松动。轴的另一端穿过填料箱伸出泵壳，由原动机带动。泵壳呈螺线形，亦称螺壳或蜗壳。图3-1悬臂式单级离心泵3-1-1离心泵的工作原理充满在泵中的液体随叶轮回转，产生离心力，向四周甩出在叶轮中心形成低压，液体便在液面压力作用下被吸进叶轮。从叶轮流出的液体，压力和速度增大。蜗壳-汇聚并导流。扩压管A增大，流速降低，大部分动能变为压力能，然后排出。叶轮不停回转，吸排就连续地进行液体通过泵时所增加的能量，是原动机通过叶轮对液体作功的结果。思考题31.为什么双作用叶片泵一般比齿轮泵容积效率高?P4332．为什么叶片泵所输送的油液粘度不宜太高或太低?P4433．叶片泵配油盘上的三角槽有何功用?P4134，叶片泵叶片端部与定子内壁的可靠密封，常采用哪些办法?P43，P40，P3835．在管理维修叶片泵时主要应注意些什么?P44选择题在船上水环泵主要用来。A压送气体B抽真空C排送液体DA+B+C水环泵关闭排出阀运转会使。A电机过载B安全阀开启C．泵体发热DB+C属于回转式容积泵的是。A离心泵B水环泵C旋涡泵D轴流泵下列泵中效率最低的一般是。？？？A闭式旋涡泵B水环泵(排气)C喷射泵D离心泵3-1-2液体在叶轮中的流动情况为研究简化，我们假定：(1)液体由无限多个完全相同的单元流束所组成所有液体质点流动轨迹都相同，都与叶片断面相符合，在相同半径上各液体质点的流动状态亦均相同。这只有在叶片无限多、厚度无限薄且断面形状完全相同的理想叶轮中才可能实现。(2)液体在流动时没有摩擦、撞击和涡流损失设液体为无粘性的理想液体，液流处于无撞击、旋涡的理想工况3-1-2离心泵的扬程方程式叶轮带动液体高速旋转而将机械能传给液体（deliveryliftordeliveryhead）所产生的扬程与叶轮尺寸和转速密切相关，而流量又明显地会随工作扬程而改变。需要研究决定离心泵扬程的各种因素以及扬程与流量的关系即研究离心泵的扬程方程式3-1-2液体在叶轮中的流动情况叶轮以回转时，液体质点有两种运动：圆周速度-随叶轮运动的速度，用u表示；相对速度-相对于叶轮的运动速度，用w表示,它与叶片型线相切。绝对速度-相对于泵壳的运动速度；是u和w的向量和。液体质点进出叶轮时的绝对运动路径即可由图中的A。C。表示。3-1-2液体在叶轮中的流动情况叶轮中任一质点的三个速度向量u、w、c都构成为一个速度三角形，如图C和u间的夹角用表示w和u反方向的夹角用表示；C的周向分速度用Cu表示C的径向分速度用Cr表示3-1-2液体在叶轮中的流动情况各符号下角标1者，指叶轮进口的参数加下角标2者，指在叶轮出口的参数。在叶轮中各处，速度三角形中u、w的方向都已确定，而U=nD/60vrDBQAQc13-1-2液体在叶轮中的流动情况D——质点所处位置的叶轮直径，mm；B——质点所处位置的叶轮宽度，m；——排挤系数(一般为0.75～0.95)，用以考虑叶片厚度使流道截面积减小的影响；v——泵的容积效率。可见，当叶轮的流量、转速和尺寸既定后，叶轮内各处的速度三角形也就确定。vrDBQAQc13-1-2扬程方程式根据液体力学知识，我们能推出扬程方程式：22222ctggcuguHrt由上图（叶片出口角对理论扬程的影响），和扬程方程式，我们可以得出以下结论扬程主要取决于叶轮的直径和转速泵的封闭扬程(Q=0)的理论值为:Ht=u2／g，要提高H，必须增大D2或提高nD2关系到泵的外廓和重量n受限于泵的汽蚀性能离心泵n一般不超过8000～10000r／min单级泵的H通常不超过150m离心泵的扬程随流量而变当用径向叶片，即2=90时,即H与Q无关当用后弯叶片，即290’时，ctg20，Q增大则Ht减小当用前弯叶片，即290‘时，Q增大则Ht增加guHt2222222ctggcuguHrt3-1-2扬程方程式比较以上三种情况尺寸和n相同的离心泵，在Q相同时，2（前弯）越大，H越高表面上，以用前弯叶片为宜实际中，考虑到各种损失，多用后弯叶片Ht与所运送流体的性质无关（character）如果泵内是空气，空气密度仅为水的1／800左右，泵能在吸排口间造成的压差就很小。例如H为100m的水泵，其排送空气时达到同样的H气，它只能在吸排口间产生1.268kPa的压差，在大气压下这只能将水吸上约12.9cm高。离心泵没有自吸能力图3-5离心泵定速特性曲线理论分析3-1-3流量-扬程曲线Ht和Qt是下倾直线Ht和Qt也是下倾直线（斜率小些）存在摩擦、旋涡、撞击等水力损失沿程摩擦损失与流速(流量)的平方成正比非设计工况进、出叶轮的撞击损失，(设计工况=零)Qt-H曲线为减除这两部分扬程损失后的曲线。3-1-3流量-扬程曲线漏泄造成的ηv密封环内部漏泄和轴封外部漏泄多级泵还存在级间漏泄当泵设有平衡孔(管)或平衡盘时，有附加的容积损失。总漏泄量一般为理论流量的4％～10％Q—H曲线为考虑了漏泄流量g后的损失3-1-3流量-功率曲线根据Qt和Ht，求出泵的水力功率Ph=ρgQtHt即可作出Qt一Ph曲线。如将Ph加上机械摩擦功率损失，即可得到理论流量与轴功率的关系曲线Qt一P。再将Qt一P曲线中的各Qt值减去相应的漏泄流量g，即可得到实际流量与轴功率的关系曲线Q一P3-1-3流量-功率曲线机械损失包括:轴封及轴承的机械摩擦损失约占轴功率的1％～5％，采用机械轴封时损失较小；叶轮的圆盘摩擦损失是盖板使两侧液体因受离心力作用而形成回流所导致的能量损失约占轴功率的2％～10％它与叶轮D2的五次方和n的平方成正比。提高n和相应减小叶轮外径(H不变时）可减小圆盘摩擦损失。3-1-3流量-效率曲线根据Q一H曲线和Q一P曲线，求出每一流量时的效率η=ρgQH/P然后可得关系曲线Q—η图3—6离心泵的定速特性曲线3-1-3实测的定速特性曲线实际定速特性曲线是由制造厂通过实验测定的。(1)离心泵都用后弯叶片，其Q—H曲线趋势下倾。由于叶片出口角的不同，曲线形状可分为三类：3-1-3实测的定速特性曲线陡降形(高比转数)叶片出口角较小，H变化时Q变化较小用于H变动又不希望Q变化的场合(舱底水泵压载泵等)平坦形(中低比转数泵)叶片出口角稍大，H变化时Q变化较大用于那些经常需要调节Q而又不希望节流损失太大的场合(凝水泵、锅炉给水泵)3-1-3实测的定速特性曲线驼峰形叶片出口角较大其Q一H曲线就比较平坦，而在小Q时撞击损失又大，于是Q—H曲线就会出现驼峰有驼峰形Q—H曲线的泵，工作时可能发生喘振应尽量避免使用适当限制叶片出口角和叶片数，即可避免出现驼峰3-1-3实测的定速特性曲线(2)Q-P曲线向上倾斜即轴功率随Q增大而增加。在Q=0时轴功率最小（35％～50％）这时泵的H(亦称封闭扬程)也不很高泵关闭排出阀起动电流较低，可减小电网电压的波动但封闭运转时，效率为零，泵会发热3-1-4管道特性曲线和泵的工况点液体流过管道时所需的压头与流量间的函数关系包括两个部分位置头，压力头，与流量没有关系消费于克服管道阻力下图曲线A就是表明上述函数关系的管路特性曲线的一般形状2KQgppzhHHsrdru3-1-4管道特性曲线和泵的工况点静压头Hu是一条水平线管路阻力h=Q2，是一条二次抛物线倾斜程度取决于阻力纵坐标起点位置取决于管路的静压头当管路阻力变化，如K值增加，曲线变陡如静压头变化，管路曲线相应向上平移3-1-4管道特性曲线和泵的工况点将特性曲线和管路的特性曲线画在一张图上Q—H曲线与管路特性曲线的交点即泵的工况点点C工况产生的H正好等于液体以此工况的Q流过该管路时所需的压头大多数离心泵的H—Q曲线是向下倾斜，其工况点是稳定的3-1-4管道特性曲线和泵的工况点如干扰使泵的Q增加泵工况点右移至D产生的HD将不能满足较大Q流过该管路所需的HD’，泵的流速和流量将随之减少，直至回到Qc，即工况点回到C为止。反之，Q减小，点左移，HD大于所需H，Q会增加，点又回到C。可见，是稳定工况点。3-1-4管道特性曲线和泵的工况点如Q一H是驼峰形，管路特性与Q一H会有两交点，靠左边的是不稳定工况点当管路特性改变时，例如A’或A”，工况点也会相应变为C’或C”如泵特性曲线发生改变，工况点也会改变同一泵在管路情况改变时Q将发生较大变化泵在额定工况下效率最高，应尽可能使泵在额定工况点附近工作。选择题74.下列泵中理论流量与排出压力有关的是。A往复泵B叶片泵C螺杆泵D离心泵75.下列泵中必须设置安全阀的是。A旋涡泵B齿轮泵C离心泵D水环泵76.离心泵的理论压头与无关。A泵的几何尺寸B叶轮的转速C液体的种类D液体的流速思考题36，离心泵的水力损失的含义是什么?它包括哪几部分损失?37．为什么离心泵在设计工况运行时效率最高?38，根据离心泵特性图说明用节流调节法如何能减少流量。并指出节流造成的压头损失。39．画出离心泵特性图说明回流阀开启后，回流管路与主管路的合成特性曲线，并标出该3-1-5离心泵额定扬程和流量的估算离心泵的H与叶轮出口处的u2有很大关系。铭牌失落的离心泵可按经验公式估算其额定扬程式中，系数K：(1～1．5)X10-4D2叶轮外径排送冷水的离心泵，设计的进口流速大约在3m／s左右，因此其额定流量可按下面公式估算：式中，D。为泵吸口直径，（英寸）222DKnH205DQ3-1-6离心泵的优点1．流量连续均匀，工作平稳Q容易调节。所适用的Q范围很大，常用范围5—20000m3／h。2．转速高可与电动机或汽轮机直接相连结构简单紧凑，尺寸和重量比同样流量的往复泵小得多，造价低。3，对杂质不敏感，易损件少,管理和维修较方便。无论在陆上或船上，离心泵的数量和使用范围超过了其它类型泵。3-1-6离心泵的缺点4．本身没有自吸能力为扩大使用范围在结构上采取特殊措施制造各种自吸式离心泵在离心泵上附设抽气引水装置。5．泵的Q随工作扬程而变H升高，Q减小达到封闭扬程时，泵即空转而不排液不宜作滑油泵、燃油泵等要求Q不随H而变的场合3-1-6离心泵的缺点6．扬程由D2和n决定的，不适合小Q、高H这要求叶轮流道窄长，以致制造困难，效率太低。离心泵产生的最大排压有限，故不必设安全阀。船用水泵和货油泵大多用离心泵。压载泵、舱底泵、油船扫舱泵等用具备自吸能力的离心泵