第四章 离心泵典型结构与工作原理_12

LOGO泵（离心泵典型结构与工作原理）过程流体机械作业(10月26日交)P188:练习题1,2,3题内容回顾1.问答题1）什么是汽蚀？如何获得泵的临界汽蚀余量和允许汽蚀余量？2）提高离心泵抗汽蚀性能有哪些措施？2.判断题1）有效汽蚀余量数值的大小与泵本身的结构尺寸有关，而与泵吸入装置的条件等无关，故又称其为泵吸入装置的有效汽蚀余量。（）2）提高离心泵抗汽蚀性能主要有两种措施，一种是改进泵本身的结构参数或结构型式，使泵具有尽可能小的必需汽蚀余量NPSHr；另一种是合理设计泵前装置及安装位置，使泵入口处具有足够大的有效汽蚀余量NPSHa，以防止发生汽蚀。（）第二节离心泵典型结构与工作原理离心泵的工作原理离心泵的分类离心泵典型结构和主要零部件离心泵命名方式离心泵的性能参数及基本方程有限叶片数对理论扬程的影响离心泵的各种损失菜单1离心泵的工作原理菜单底阀的作用?自吸(selfpriming)需要强调指出的是:•若在离心泵启动前没有向泵壳内灌满被输送的液体，由于空气密度低，叶轮旋转后产生的离心力小，叶轮中心区不足以形成吸入贮槽内液体的低压，因而虽启动离心泵也不能输送液体。这表明离心泵无自吸能力，此现象称为气缚。（容积泵每次运行前是否需要灌泵？）•吸入管路安装单向底阀是为了防止启动前灌入泵壳内的液体从泵壳内流出。空气从吸入管道进到泵壳中都会造成气缚。2离心泵的分类按叶片安装方法可调叶片固定叶片按壳体剖分方式分段式中开式按泵体形式蜗壳泵筒式泵一些特殊结构的离心泵潜水泵液下泵管道泵自吸式泵屏蔽泵菜单（高速）部分流泵-Partialemissionpump3离心泵典型结构和主要零部件典型结构主要零部件菜单3.1典型结构单级悬臂泵菜单单级双吸泵菜单多级泵菜单立式泵菜单3.2主要零部件吸入室叶轮轴压出室密封装置轴向力平衡装置菜单叶轮：作功部件结构型式：闭式输送不含杂质的液体，效率高；造价高半开式输送易于沉淀或含有固体颗粒的液体开式输送沙浆、污水、含纤维液体；效率低叶片数可少到2-4片菜单材料：铸铁、青铜、钢叶轮在轴上的安装方式A：悬臂式叶轮固定发法B：搁置式叶轮固定法C：双面进水式叶轮固定法菜单悬臂式离心泵是否可以反转？蜗壳与导叶：离心泵转能装置蜗壳（螺旋形泵体）是单级泵转能装置，其形状应使流体流过的损失小，并且断面逐渐扩大菜单导叶多级泵采用导叶，末级之后采用蜗壳。导叶是使液体按规定方向流动，或使它的部分速度转化为压力能的具有叶片的零件。由正向导叶和反向导叶组成。菜单密封内部泄漏外部泄漏内密封外密封菜单内密封形式菜单Labyrinth外密封形式填料密封结构简单、易于制造；用于普通水泵和一般化工泵；效果较差；泄漏量大，需经常更换填料。1、填料箱体；2、填料；3、液封圈；4、填料压盖；5、底衬套菜单机械密封：由垂直于主轴的两个光制的、精密的平面在弹性元件及密封液体压力的作用下相互紧帖并作相对运动而构成的动密封装置。效果好；使用寿命长；造价高。1、弹簧座；2、弹簧；3、动环；4、静环；5、动环密封圈；6、压盖；7、静环密封圈；8、防转销；9、紧定螺钉菜单副叶轮密封非接触式离心密封输送高（低）温、易燃、易爆、强腐蚀且含颗粒的液体菜单轴向力平衡单级开平衡孔平衡叶片双吸叶轮多级卸荷盘平衡盘叶轮对称排列菜单开平衡孔平衡叶片菜单双吸叶轮卸荷盘菜单平衡盘叶轮对称排列菜单4离心泵的命名方式国产离心泵的系列化、通用化和标准化按汉语拼音方案编制的，将离心泵按用途及输送液体性质分成水泵及专用泵。水泵输送水及粘度、化学性质和水相近的液体，专用泵指输送悬浮液及腐蚀性等液体用泵。编制方法一律采用大写汉语拼音及阿拉伯数字菜单离心泵的命名泵的国际标准（轴向吸入离心泵的标准）ISO-2858-型号，额定性能点和尺寸ISO3069-装机械密封和软填料的空腔尺寸ISO-3661-底座尺寸和安装尺寸我国已制定了与ISO等效的国家标准，全名为《悬臂式离心泵型式和基本参数》，并且按ISO设计了IH型化工泵IB型化工泵，它的型号由三部分组成，依次分别代表泵的吸入口直径、排出口直径和叶轮名义直径。如：IH80-50-250。菜单5离心泵性能参数和基本方程式离心泵性能参数离心泵基本方程菜单5.1离心泵性能参数理论流量规定流量设计流量与泵流量有关的其他流量参数理论扬程规定扬程设计扬程吸入扬程或吸入压头排出扬程或排出压头与扬程H有关的其他扬程参数水力功率机械损失功率原动机输入功率原动机配用功率与功率有关的其他功率参数容积效率水力效率机械效率机组效率与效率有关的其他效率参数离心泵的性能参数菜单1）与泵流量Q有关的其他流量参数理论流量单位时间内流入泵工作元件的液体量,用符号表示,单位为m3/s规定流量这是用户使用泵所要求的泵体积流量，也就是用户与设计部门合同上所规定的流量。qQQT菜单设计流量设计单位为了适应生产与用户的要求，往往根据需要和可能确定设计泵所采用的流量，在设计和生产泵系列产品时尽可能满足社会需要。离心泵的流量是可变的，在离心泵铭牌上或样本中给出的流量是指额定流量，即离心泵在这一流量运行时效率最高。离心泵尺寸就是根据这一特定的设计流量设计的。菜单2）与扬程H有关的其他扬程参数理论扬程叶轮传递给单位质量液体的能量，用符号HT表示，单位为m。因为液体流过泵时要消耗一定的能量来克服流经泵时的阻力，所以泵扬程总是小于理论扬程。即式中为单位质量液体从泵的入口到出口消耗在泵中的能量头，也就是液体在泵中流过时所受到的摩擦损失压头及收缩、扩大、冲击等局部损失压头之和。阻hHHT阻h菜单规定扬程用户与设计单位在合同单上规定流量时所要求的扬程。设计扬程设计单位在设计泵时采用的扬程。吸入扬程或吸入压头吸液池液面到泵基准面之间的扬程。排出扬程或排出压头泵基准面到排液面之间的扬程。菜单3）与功率有关的其他功率参数水力功率单位时间内，叶轮给予液体的能量TThHgQP理论功率W液体密度kg/m3理论流量m3/s理论扬程m菜单机械损失功率Pm泵的各个运动部件机械摩擦损失耗费的功率。机械损失包括：泵轴在轴承内转动的摩擦损失；轴与轴封之间的摩擦损失；叶轮前后盖板和液体间发生的摩擦损失。机械损失功率Pm和水力功率之和为泵轴功率，即hmaPPP菜单原动机输入功率泵的原动机所接受的功率，考虑到原动机本身的效率，原动机输入功率应大于泵轴功率。原动机配用功率P选用的原动机功率，W。泵的轴功率是选配原动机功率的依据。原动机一般为电动机，因为考虑到电动机有超负荷的可能性，通常可按使用中最大流量下计算出来的轴功率，再考虑一个安全系数K作为所需电动机的功率，即原动机配用功率为：aPKP菜单4）与效率有关的其它效率参数容积效率泵的流量与理论流量之比为容积效率，说明泵漏损的程度，即泵密封情况的好坏对于离心泵，一般为96%~99%。水力效率泵的扬程H与理论扬程HT之比，是衡量泵对流过它的液流阻力大小的指标对于离心泵一般为80%~92%。TvQQ/ThHH/菜单机械效率水力功率与轴功率之比，是衡量泵的运动部件机械摩擦损失大小的指标因为泵效率所以即泵效率是容积效率、水力效率与机械效率的乘积，也就是说泵效率低于任何一个效率值。近代水泵的效率一般为70%~90%。ahmPP/%98~%94mauPPmhvmTThmugHQQgHPP菜单菜单5.2离心泵基本方程叶轮几何形状及表示方法液流在叶轮中流动的速度三角形欧拉方程菜单1）叶轮几何形状及表示方法叶轮由前、后盖板和叶片组成，一般，盖板表面是回转曲面。叶片形式有：直叶片、单曲率叶片、双曲率叶片轴面投影平面投影菜单2）液流在流动时的速度三角形（理想叶轮、理想液体）泵叶轮中任意一点i的液流的三个速度为iiiuc3）欧拉方程式-离心式机械基本方程式动量矩定理由动量矩定理和能量守恒的推导，可得泵的理论扬程：上式即为离心式机械的基本方程式-欧拉方程式。mgcucuHuuT,1122菜单欧拉方程式的第二表达式利用进出口速度三角形，可推导出：gccgguuHT222212222212122叶轮中离心力对单位质量液流作的功叶轮给出的理论扬程中有一部分是液流流过叶轮时相对速度的降低而获得液流流经叶轮前后动能头的增值菜单4）方程的物理意义指出的是叶轮与液体之间的能量转换关系，遵循能量转换与守恒定律；只要知道叶轮进出口的液体速度，即可计算出一千克流体与叶轮之间机械能转换的大小，而不管叶轮内部的流动情况；适用任何气体和液体；只需将等式右边各项的进出口符号调换以下，也适用于叶轮式的原动机如气轮机、燃气轮机等。菜单由于泵的理论扬程与液流性质无关，所以一台离心泵，在同一个转速，同一个流量下工作时，不论输送什么液体，叶轮所给出的，用被输送的液柱高度表示的理论扬程是相同的。但由于各种液体重度不同，因此泵出口处的压力是不一样的。菜单6有限叶片数对理论扬程的影响菜单在叶片数有限时，由于惯性作用产生附加相对速度后，使Cu2Cu2∞及Cu1Cu1∞因此同一几何尺寸的泵，在同一流量及转速下工作时，其进出口速度三角形的底边U及高Cr虽然相同，但叶片数有限的实际叶轮给出的理论扬程小于叶片数无限的理想叶轮给出的扬程，即:HTHT∞。mgcucuHuuT,1122菜单7离心泵的各种损失机械损失轴承的摩擦损失轴封处的摩擦损失前后盖板外侧和液体之间的摩擦损失容积损失叶轮进口处容积损失平衡装置处容积损失水力损失摩擦损失和局部损失冲击损失菜单7.1机械损失轴承和轴封处的摩擦损失与轴承和轴封的结构形式以及输送液体的重度有关，一般采用下列公式：ΔP=(0.01-0.05)Pa对于功率大的泵，取ΔP=0.01Pa对于功率小的泵，取ΔP=0.05Pa菜单液体前后盖板与液体发生摩擦所引起的损失，叫圆盘（轮阻）损失ΔPdf=Kρn3D25KW圆盘摩擦系数流体密度Kg/m3转速叶轮出口直径菜单7.2容积损失由于转动部件与静止部件存在间隙，当叶轮转动时，两侧间隙产生压差而使液体从高压侧向低压侧泄漏称为容积损失几乎在所有比转速的变化范围内，容积损失等于圆盘摩擦损失的一半。菜单7.3水力损失(流动损失)流动摩阻损失=沿程损失+局部损失gvgvdlh2222摩擦损失系数流道长度m流道断面的水力直径m流体流速m/s菜单局部阻力损失系数冲击损失hs=K(Q-Q*)2泵的工作流量泵的设计流量菜单实际压头由于前弯叶片的绝对速度c2大，液体在泵壳内产生的冲击剧烈得多，转化时的能量损失大为增加，效率低。故为获得较高的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片。流体通过泵的过程中压头损失的原因：（1）叶片间的环流：由于叶片数目并非无限多，液体有环流出现，产生涡流损失。（2）阻力损失：输送的是粘性流体，从泵的进口到出口有阻力损失（3）冲击损失：液体离开叶轮周边冲入蜗壳四周流动的液体中，产生涡流。流量压头与压头损失理论压头实际压头1)3)2)