离心泵

流体输送机械问题的提出212222211122fehugzpwugzp机械功是如何被加入到体系中的？是什么样的输送机械？其原理、结构是怎么样的？如何选用流体输送机械？学习本章的基本要求具体的要求如下：（1）了解流体输送设备在化工生产中的地位，应用及分类；（2）掌握离心泵的基本结构、工作原理、主要特性参数、特性曲线及其应用、流体调节、串并联特性、泵的安装、操作注意事项及选型等；（3）简单了解往复泵的工作原理、特性、流量调节方法、安装要点及适应范围等；流体输送设备：对流体做功以完成输送任务的机械或设备。流体输送设备是化工厂和其它领域所最常用的机械设备。生产上对流体输送的要求：输送的流体流量和压头各不相同；流体种类繁多、性质千差万别；温度、压力等操作条件也有较大的差别。为液体提供能量的输送设备称为泵。为气体提供能量的输送设备则按不同情况分别称为机或泵，按不同情况一般分别称为通风机、鼓风机、压缩机和真空泵§2.1概述流体输送机械分类气体输送和压缩机械：离心通风机、鼓风机与压缩机旋转鼓风机与压缩机往复压缩机真空泵液体输送设备：离心泵往复泵其它类型泵2.1.1离心泵（CentrifugalPumps）1.离心泵的结构2工作原理3操作蜗壳叶轮附属装置：轴封、底阀、滤网、调节阀、平衡孔(平衡管)、排气孔。离心泵结构主要部件1)叶轮：作用是将原动机的机械能传给液体，使液体的静压能和动能均有所提高。2)泵壳（蜗壳）：作用是汇集内叶轮抛出的液体，同时将高速液体的部分动能转化为静压能。原因是壳形状为蜗壳形，流道截面逐渐增大，u↓，p↑。3)轴封装置：泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。作用是防止高压液体从泵壳内沿轴的四周漏出，或者外界空气以相反方向漏入泵壳内。蔽式叶轮：适用于输送清洁液体敞式和半蔽式叶轮：流道不易堵塞，适用于输送含有固体颗粒的液体悬浮液，效率低。(a)后盖板平衡孔单吸式双吸式2工作原理离心力动能原动机轴叶轮旋转静压能(a)排出阶段叶轮旋转(产生离心力，使液体获得能量）→流体流入涡壳(动能→静压能)→流向输出管路。(b)吸入阶段液体自叶轮中心甩向外缘→叶轮中心形成低压区→贮槽液面与泵入口形成压差→液体吸入泵内离心泵操作启动前，须灌液，即向壳体内灌满被输送的液体。防止气缚现象。关闭出口阀后启动电机逐渐开大阀门用出口阀门调节流量停泵：要先关闭出口阀后在停机，这样可避免排出管内的水柱倒冲泵壳内叶轮，叶片，以延长泵的使用寿命。气缚现象气缚现象：不灌液，则泵体内存有空气，由于ρ空气≤ρ液，所以产生的离心力很小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，达不到输液目的。说明：离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充满液体。2.1.2离心力场中流体的修正压强的分布规律ZdzYdyXdxdpgdzdrrdp21.参照系惯性系：牛顿运动定律适用的参照系。非惯性系：牛顿运动定律不适用的参照系，除考虑物体间相互作用力，还要考虑惯性力。2.流体作回旋运动时流场中修正压强的分布规律zhr1r2r据流体静力学微分式：在离心力场中：X=r2,Y=0,Z=-g流体作回旋运动时流场中修正压强的分布规律结论：r越大，pm越大；r越小，pm越小圆筒内侧属于低能位，外侧属于高能位2212212vvppmmconstrgzp222积分得例2-1，见书62页略离心泵叶轮高速旋转时，叶轮内沿产生低压，外沿产生高压§2-2离心泵操作性能的基本方程2.2.1速度三角形圆周速度－－叶轮带动流体作回旋运动的速度u相对速度－－液体通过叶轮时相对叶片的速度w绝对速度－－流体质点相对地球的速度，即圆周速度与相对速度的合成c2222222222coswcucu2221111112coswcucuβωαucwwcαβcrcuu2.2.1速度三角形其中c2可分解为两个分量:u2w2c222c2rc2uc2r=c2sin2c2u=c2cos2c2u=u2–w2cos2c2r=w2sin2=V/(2r2b2)w22.2.2欧拉方程假设：①叶轮内叶片的数目为无穷多，即叶片的厚度为无限薄，从而可以认为液体质点完全沿着叶片的形状而运动，即液体质点的运动轨迹与叶片的外形相重合。②输送的是理想液体，由此在叶轮内的流动阻力可忽略。离心泵理想压头方程的推导c2w2u2cu2cr2α2β2w1c1u1ωL2R2R1L1离心泵的基本方程的讨论2T22222TctgVbr2guguH欧拉方程叶轮外沿的圆周速度叶轮半径叶轮外径厚度离角TTBVAH离心泵的理论特性曲线。1）HT与叶轮的转速及叶轮的直径D2有关2T22222TctgVbr2guguHnHTu2D2HT2）HT与叶片的几何形状有关gu22前弯叶片:902180,ctg20后弯叶片:0290,ctg20径向叶片:2=90,ctg2=02T22222TctgVbr2guguHHTHTHT=α2u2c2w2α2u2c2w2α2u2c2w2(a)(b)(c)叶片弯曲方向及其速度三角形前弯叶片，动压头的提高大于静压头的提高,冲击损失大。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，冲击损失小。9090Vcbaβ2＞90β2=β2＜HT和V关系曲线HT3）理论流量与理论压头的关系上式表达了一定转速下指定离心泵（b2、D2、β2及一定）的理论压头与理论流量的关系。这个关系是离心泵的主要特性。TTBVAHHTV4）液体密度2222222ctgVbrguguHTT离心泵的理论压头与液体密度无关离心泵进出口的压强差却与液体密度成正比。§2.3离心泵的性能曲线2.3.2离心泵的主要性能参数1.流量V(Q):单位时间内泵输送的液体体积,m3/s。V取决于泵的结构，尺寸(叶轮直径与叶片的宽度)和转速。2.扬程He(压头):泵对单位重量的液体所提供的有效能量，若在泵的吸入口和排出口分别装上真空表和压力表并取2-2’截面作计算则:122122122zzguugppHe2.3.2离心泵的主要性能参数3.有效功率:液体流过泵实际所得到的功率，用Ne表示Ne=(gV)He4.轴功率:原动机(电动机、蒸汽透平等)传给泵轴的功率,用Na表示5.效率:泵轴通过叶轮传给液体能量的过程中的能量损失。=Ne/Na①水力损失摩擦损失：与流量平方成正比。冲击损失：与安装角，导向装置有关,在设计状态下为零,在非设计状态下与流量的平方成正比。环流损失：与叶片数目和形状等有关,几乎与流量无关。水力效率ηH②容积损失原因：高压区向低压区泄漏，减少方法：采用蔽式叶轮等。容积效率:理论流量实际流量/V泵内液体的泄漏2.3.3离心泵各项效率分析③机械损失原因：摩擦损失机械效率ηM(2)离心泵的实际压头2.3.4离心泵的性能曲线1.实际的He～V线①实际上叶轮上的叶片数目是有限的6～12片，叶片间的流道较宽，这样叶片对液体流速的约束就减小了，使He有所降低。②液体在叶片间流道内流动时存在轴向涡流，其直接影响速度，导致泵的压头降低.③液体具有粘性。泵内由有各种泄漏现象，实际的V小于VT。所以，实际的He～V线应在HT～VT线的下方,实际的He～V曲线由实验测定。2.离心泵的特性曲线当泵转速n一定时，由实验可测得H～V，Na～V，η～V，这三条曲线称为性能曲线，由泵制造厂提供。供泵的用户使用。泵厂以20℃清水作为工质作实验测定性能曲线。离心泵典型的特性曲线HeVηNa离心泵的特性曲线ⅰ）He～V，V↑→He↓，抛物线He=A－BV2ⅱ）Na～V，V↑→Na↑，当V=0，Na最小ⅲ）η～V，V↑→η↑后↓，存在一最高效率点，此点称为设计点。V与ηmax对应的H，V，Na值称为最佳工况参数，也是铭牌所标值。泵的高效率区η=92℅ηmax，这一区域定为泵的运转范围。HeηNa3.影响离心泵性能的因素分析和性能换算(1).密度的影响泵的效率也不随ρ而改变，所以He～V与η～V曲线保持不变。ρ变Na也变.(2).粘度的影响ρNa电机功率HeVηNa(3)离心泵的转速对特性曲线的影响比例定律：2211VnVn22211()eeHnHn32211()aaNnNn转速20％，η不变(4)离心泵的直径对特性曲线的影响2211VDVD22211()eeHDHD32211()aaNDND切割定律：例题1在实验装置上，用20℃的清水于98.1kPa的条件下测定离心泵的性能参数。泵的吸入管内径为80mm，排出管内径为50mm。实验测得一组数据为：泵入口处真空度为72.0kPa，泵出口处表压强为253kPa，两测压表之间的垂直距离为0.4m，流量为19.0m3/h，电动机功率为2.3kw，泵由电动机直接带动，电动机传动效率为93%,泵的转速为2900r/min。试求该泵在操作条件下的压头、轴功率和效率，并列出泵的性能参数。p1p2例题1解：(1)泵的压头在泵入口的真空表和泵出口压强表两截面之间列柏努利方程式，在忽略两测压口之间流动阻力下，可得测量泵压头的一般表达式为:feHgugpzH22guugppHe24.0212212其中：p1,g=-72KPa,p2,g=253KPap1p2mHe45.3481.9205.169.281.9100010723524.0223）＋（smdVu/05.1)08.0(14.341942211＝smdduu/69.2508005.1222112补例1泵的轴功率kwNa139.293.03.2泵的有效功率wgVHeNe178445.3436001981.91000泵的效率834.021391784NaNe＝泵的性能参数为：转速n为2900r/min，流量V为19m3/h，压头He为34.45m，轴功率Na为2.139kw，效率η为83.4%。§2.4离心泵的操作2.4.1离心泵的工作点1.管路特性曲线feHgugpzH222KVgpzHe42252288gdVdllgdVllHeef20KVHHe它表明管路中流体的流量与所需补加能量的关系管路特性曲线的影响因素阻力部分：(1)管径(2)管长l、le或ζ(3)相对粗造度HeVfHζ的增加VHe位差增加势能增加部分(1)位差(2)压差(3)密度2.工作点①作图法：离心泵的性能曲线（H～V曲线）与管路特性曲线的交点，即在H～V坐标上，分别描点作出两曲线得交点M点。②计算法：泵的性能曲线方程He=A－BV2管路特性曲线方程He’=H0＋KV2两式联立求解HeV工作点M2.4.2流量调节1.单台泵的调节①调节管路特性曲线：如改变出口阀的开度②调节泵的性能曲线：改变泵的转速或叶轮直径2.比较He1HeVV1He2V2V3He3He1He2V2V3He3HeVV1比较比较①，②两种流量调节措施可知：ⅰ）用阀门调节流量快速方便，且流量可以连续变化，化工生产中应用最广。其缺点是阀门关小时，流动阻力增加，要额外消耗一部分功率，且使泵在低效率点工作，经济上不合理。ⅱ）第二种方法在泵给出的流量压头不满足输送压头时，可以换叶轮(一般泵出厂时均带另一不同直径的叶轮)或改变转速来调节。不额外增加流动阻力，变化前后泵的效率几乎不变，能量利用经济。当调节不方便，且变速装置或变速电动机价格贵，一般只有在调节幅度大，时间又长的季节性调节中才使用。例2－3(P71)题意见P72解：阀全开时，管路特性曲线：20'KVgpHHe＋224042.03.10042.081.910001081.923.00.8'VVHe泵的特性曲线：2083.07.13VHe－（1）（2