《油田注水用离心泵2014.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《油田注水用离心泵2014.doc（51页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第二章 油田注水用离心泵第一节 离心泵概述一、 级离心泵结构和工作原理1. 结构组成 如图1所示。有旋转部分：叶轮,泵轴；固定部分：螺壳，吸入管，排出管,滤网和底阀，排出闸门，漏斗。2. 工作原理电机带动泵的输入轴及叶轮旋转，充满叶轮的液体由许多叶片带动旋转。在离心力的作用下由叶轮中心甩向周边，再经过螺形泵壳,从排出口排出.随着液体的不断排出，叶轮中心形成真空.吸入池中的液体在大气力作用下，通过吸入管源源不断的流入叶轮中心，再由叶轮甩出.如此反复。3. 各元件的作用(1)叶轮:把泵轴的机械能传给液体，变成液体的压能和动能；(2)螺壳:收集从叶轮甩出的液体，导向排出口的扩散管，使液体流速降低，把
2、部分动能转化为压能。(3)真空表和压力表:测量泵吸入口和排出口的压力;(4)底阀:在停泵或灌泵时防止泵内液体流回吸水池;(5)滤网:防止异物进泵;(6)顶部漏斗：用于开泵前的灌泵;(7)排出闸门：调节离心泵的流量。二、离心泵的工作特点(与往复泵比较)主要优点：1. 流量均匀、平稳，流量调节方便；2. 结构简单紧凑，可用高速电机直接驱动，体积小，重量轻；3. 无往复运动零件，无往复运动惯性力，运动平稳，制造安装成本低；4. 泵中无阀，其他易损件也很少，检修费用少；5. 管理方便，易于自动化。主要缺点：1 效率较低，=0.6-0.72 输送高粘度、含砂液体时问题较多。三、 心泵的分类1 按叶轮数目
3、分：单级泵（图1），多级泵（图2）。2 按吸入方式分：单吸泵（图1），双吸泵（图3）。3 按泵壳结构分：螺壳泵（图1），透平泵（图2）。按输液性质分：水泵，油泵，酸泵，碱泵等。4 按工作条件分：潜水泵，潜油泵。5 按叶轮比转数分：低比转数泵，正常比转数泵，高比转数泵。四离心泵的特性参数标志离心泵工作性能的基本参数，一般包括:。流量Q、扬程H（或压头）、功率、效率、和转速等。1 流量Q:是指泵单位时间内输送的液体量。通常用Q表示体积流量,单位是:L/s、m3/s或m3/h、m3/d；用m表示质量流量,单位是:kg/s、kg/h；两者的关系是：m=Q，其中，液体密度。2 扬程(或压头)H:是指单位
4、重量的液体,经泵后所增加的能量,用H表示,单位:J/N或m液柱高。 油田注水泵有时用排出压力p作为注水泵的特性参数，单位：MPa。两者的关系是：p=gH，离心泵实际扬程计算：H=(p排-p吸)/g+(c排2-c吸2)/2g+H0 m液柱其中: p排、p吸分别为泵排出口和吸入口处的压力，MPa；c排、c吸分别为泵排出口和吸入口处的液体平均流速，m/s；H0泵吸入口中心到排出口的垂直距离，m。由于p排-p吸= P表+P真,且当吸入管与排出管直径相同时, c排=c吸,扬程公式又可以表达为:H=（P表+P真）/g+H0 m液柱其中:P表,P真分别为泵排出压力表和吸入真空表的显示压力，MPa.3 功率
5、离心泵的功率通常是指泵的轴功率,即输入泵轴的功率N轴,常以 kW为单位。泵的输出功率称为有效功率N,它表示单位时间内泵输送出的液体从泵中获得的能量,泵的有效功率N为N=gHQ/1000 (或=pQ) kW4 效率 表示输入离心泵的功率的有效利用率.=N/N轴5 转速n 是指泵轴每分钟的转数,单位 r/min.第二节 离心泵的典型结构及主要零部件一 离心泵的典型结构1 单级悬臂式B型泵，如图4所示。一般Q=5360m3/h,H=8-98m水柱2 单级双吸式S型泵，如图3所示，一般Q=90-6500 m3/h,H=10-104 m水柱。3 DA型透平式多级离心泵，如图2-5所示特点：多个叶轮和导叶
6、，一个叶轮和导叶组成一级，各级结构相同，由段隔开，各段和吸入端、排出端用长螺柱联接。轴向力用自动平衡盘平衡；两端径向轴承用强制润滑。二 主要零部件结构1 叶轮叶轮是离心泵中最重要的零件，它将动力机的能量传给液体。离心泵的叶轮常用铸铁制成，热油泵叶轮可用铸钢或合金钢制作，而输送腐蚀性液体的叶轮则用青铜或不锈钢来做。叶轮可以是单吸式或双吸式的。图26所示为单吸式叶轮，它由两个轮盖构成，一个盖板带有轮毂，泵轴从其中通过，另一盖板形成了吸入孔。盖板之间铸有叶片，从而形成一系列流道，叶片一般为612片，视叶轮用途而定。图27所示为双吸式叶轮。在这种叶轮上，两个轮盖都有吸入孔，液体从两侧同时进入叶轮。2泵
7、壳它是一个液体能的转能装置，分为有导叶的透平泵泵壳和螺旋形的泵壳两种。螺壳泵的泵壳结构很简单，如图28所示。它制成水平剖分式，由上下两半合成，拆装检修很方便。而在多级泵中，则在最后一级用螺壳，其它各级间配置导叶。螺壳的形状是按照泵在最优流量下，液体自由流动的轨迹而设计的。这时，螺壳内液流的速度大小和方向与液体流出叶轮的速度大小和方向基本一致，两者汇合时不会发生撞击现象。所以，这时叶轮外围液体的速度和压力是轴对称均匀分布的，液体压力作用在叶轮径向的合力为零。当流量小于或大于最优流量时，螺壳内液流速度和流出叶轮的液流速度大小和方向都不同，两股液流相遇时就产生撞击，破坏了叶轮外液流和液流压力分布的轴
8、对称性，产生作用于叶轮上的径向力。为了平衡径向力，可在叶轮外围形成两个压力分布彼此对称的流道，每个流道包围叶轮180o。这样两个流道使叶轮产生的径向力，彼此相互抵消。在单级涡壳泵中，可以把螺壳做成双层螺壳结构，如图29a所示。此外也采用叶轮外加导叶的方法，如图29b所示。对于多级螺壳泵，为了平衡径向力，可以使相邻两个螺壳布置成相差180o，如图210所示。这样，使两个相邻叶轮上作用径向力的方向差180o，相互抵消，对轴仅作用一个力偶。由于力偶臂(即相邻两叶轮的间距)不大，力偶对轴产生的弯矩很小，从而使轴产生的挠度大大减小。3导叶导叶的作用与螺壳相同，它用于分段式多级泵中，具有结构紧凑和在各种工
9、况下平衡径向力的优点。导叶按其结构型式可分为径向式导叶和流道式导叶。图2-11中给出径向式导叶的结构。它由正导叶、环形空间和反导叶组成。正导叶内螺旋线部分AB，用来保证液体在压出室中的自由流动，而扩散部分BC用来把大部分动能转换为压能。环形空间用来变换液流的流动方向。反导叶DE作用是消除旋转，并把液体引入下一级叶轮进口。由此可见，导叶兼有压出室和吸入室的作用。导叶的叶片数应与叶轮的叶片数不相等，一般为47片。4、 密封装置为了保证泵的正常工作，应当防止液体外漏、内漏或外界空气吸入泵内，因此必须在叶轮与泵壳间，轴与壳体间都装有密封装置。图213 密封环形式密封环是密封装置的一种，用来防止液体从叶
10、轮排出口通过叶轮和泵壳间的间隙漏回吸入口(称为内漏)，以提高泵的容积效率；同时用以承受叶轮与泵壳接缝处可能产生的机械摩擦，磨损后只需更换密封环而不必更换贵重的泵壳或叶轮。有些密封环装在泵壳上，有些装在叶轮上，也有在两边都装的。密封环的型式很多，图213a所示为常用的平接密封环，结构简单，但从环隙漏回的液体以垂直方向冲向流进叶轮的液体，因而造成附加的水力损失。图213b是直角接的密封环，漏回的液体和进叶轮的液体汇流，水力损失较小，目前应用很广泛。此外，还有各种迷宫式的密封环，其密封性能更好些，但结构复杂，对制造及安装工艺要求较高，所以应用较小。在泵壳和泵轴间的密封称为轴封。为了防止外界空气侵入或
11、泵内液体外漏，轴封装置可用填料密封和机械密封。图214所示为用得较广泛的软填料密封装置，它用浸石墨的石棉绳做填料，填料放在填料盒内，由套筒和压盖压紧，依靠填料的变形达到密封。用软填料时，在填料层中间安装一个封漏环，把高压液体引入此外，不仅起密封作用，同时也起润滑与冷却密封装置的作用。机械密封详见第九节。5、轴向力平衡装置轴向力的产生如图216，平衡装置（第八节）6、常用离心泵型号的意义及表达方法等泵的型号一般由汉语拼音字母和数字表示，分四部分组成。型号的第一部分为阿拉伯数字，表示泵的吸入口直径。单位是毫米(mm)或英寸(in)。例如：150D170X9型泵的吸入口径为150mm；8Sh6型泵的
12、吸入口径为8in。型号的第二部分为拼音字母，一定的字母就代表一种结构型式的离心泵，一般取泵名称中显示其结构特征的汉字的第一个拼音字母，容易记忆，也比较方便，现介绍如下：IS(旧型号BA、B)单级单吸悬臂式离心泵；S(旧型号Sh)单级双吸水平中开式离心泵；D多级单吸分段式离心泵；F悬臂式耐腐蚀离心泵；DA多级单吸分段式离心泵；DS多级双吸离心泵；DF耐腐蚀多级离心泵；DK中开式多级离心泵； ，G单级管道泵；J深井泵。型号的第三部分由阿拉伯数字组成，较常见的有如下四种意义：(1)表示泵比转数的十分之一。例：6Sh9型号泵中的数字“9”，表示泵的比转数是90。(2)表示泵的额定流量和扬程。例：6D1
13、00150型号泵中的“100150”，分别表示泵的额定流量是100m3h，扬程是150m。(3)表示泵的额定扬程。例：2001343X8型号泵中的“43”，表示泵的单级扬程为43m。(4)有少数泵表示特殊意义。部分水源深井泵表示额定流量，例：10J80X3型号泵中的“80，表示额定流量是80m3h。型号的第四部分为阿拉伯数字，表示离心泵具有的叶轮级数。例：D300150X11型离心泵的叶轮级数为11级；D155170X9型离心泵的叶轮级数为9级。目前，有些水泵厂采用国际标准生产的水泵，其型号意义比较特殊。例如：长春第一水泵厂生产的，IS8065160型单级单吸悬臂式离心泵，“IS表示采用国际标
14、准的离心泵；“80”表示吸入口直径为80mm；“65”表示排出口的直径为65mm；“160”表示叶轮的名义直径为160mm。实例：(1).2 B6A 依次表示吸入口直径为2英寸，单级单吸悬臂式离心泵,比转速为60，叶轮经过一次切割。(2) .250 D60X5依次表示吸入口直径为250mm，多级分段式离心泵,单级扬程为60m，5级叶轮。(3).D 155 170X11依次表示电动多级分段式离心泵,额定流量为155m3/h，单级杨程170m，共有11级叶轮。(4).6D100 150X11依次表示吸入口直径6英寸，多级分段式离心泵,额定流量为100m3/h，单级杨程150m，共有11级叶轮。作业
15、题:1.与往复泵比较,离心泵有那些工作特点?2.离心泵的特性参数有哪几个?压头和效率如何计算?3.离心泵叶轮、导叶的作用分别是什么？4.多级离心泵密封环的作用是什么？5.判断填料盘根密封正常工作的标准是什么？6.机械密封有哪几个部件组成？各部件包含那些元件？7.说明6D-150 170X13的意义.第三节 离心泵的基本工作理论一. 叶轮流道投影图及主要尺寸叶轮流道的几何形状常用轴面投影图2-17a和平面投影图217b来表示。前者将叶轮流道用圆柱投影法投影在通过旋转轴线的平面上；后者是将流道投影在垂直轴线的平面上。图217中所采用的符号为：Do叶轮进口直径；D1、D2叶轮的叶片进、出口直径；b
16、1、b2叶轮的叶片进、出口宽度；1k、2k叶轮的叶片进、出口的结构角，是叶片进、出口端部中线的切线和圆周切线的夹角，在离心泵中，1k、2k一般小于40O。t节距。除了叶片进、出口的结构角外，对叶轮工作有影响的还有叶片的形式；叶片断面厚度可以是变的或不变的；是弯曲的或成直线的；叶片的进口边缘一般作成圆形，而出口边缘变尖。良好的叶片断面型线既能提高效率又能便于制造。离心泵叶轮的叶片数一般不超过9个。叶片数过少时，液流不能获得必需的2k 出口方向；而叶片数过多时，叶片排挤液体的作用太大。为了使叶片适应叶轮入口处液流的转弯作用，在轴面投影图上经常将叶片的进口边缘作成倾斜或球面形，因此，沿叶片进口边缘的
17、长度方向，进口角和圆周速度都有某些变化。二. 叶轮内液体的运动液体在叶轮内的运动可以看成为两种运动的合成：随叶轮一起的圆周运动，其速度u=r；沿叶片相对叶片的相对运动，其速度为w。相对固定泵壳的绝对速度C=U+W1. 速度三角形C=U+W, U=(Dn)/60,Cr=Qi/Fi,Cu=Ccos2. 叶轮进口速度三角形C1=U1+W1,U1=(D1n)/60, C1r=Qi/F1I=C1,1=900,C1u=C1cos1=03. 叶轮出口速度三角形C2=U2+W2,U2=(D2n)/60, C2r=Qi/F2i4. 叶轮进口的无冲击条件1=1k,即Q=Q优三、 心泵的基本能量方程两个假设:(2)
18、 叶轮具有无限多、无限薄的叶片；(3) 液体是理想液体。根据动量矩原理：在稳定流动情况下，单位时间内流过的液体质量，从一个断面到另一个断面的动量矩的变化，等于作用在这两个断面间的液流上的外力矩。叶轮进口：M1=mc1l1叶轮出口：M2=mc2l2外力矩：Mi= M2 -M1= m（c2l2-c1l1）由图21知：l2=R2cos2，l1=R1cos1 又m=Qi所以 Mi= Qi（c2 R2cos2-c1 R1cos1）设液体通过无能量损失，则有：Mi=gQiHi 图221 叶轮叶片进出口速度三角形Hi= Mi/gQI =（u2c2cos2-u1c1 cos1）/g (1)该式称为离心泵的基本
19、能量方程，其中c2cos2= c2u，c1cos1= c1u上式又可写为 Hi=（u2c2u-u1c1u）/g (2)一般离心泵中，液体通常是沿径向进入叶轮的1=90o，则c1u =0所以，上式又可写为：Hi= （u2c2u）/g (3)上式表明：（1） Hi与u2（=R）和c2u（= c2cos2）成正比。即：叶轮转速n越高，直径越大，所能达到的理论压头越高。出口水力角2越小(即出口结构角2k越大)，所能达到的理论压头越高。但是c2越大，水力损失成平方的关系增大，泵效降低。（2） 在基本能量方程式中没有液体物理性质的参数，如密度，粘度等,所以可用于输送任何物理性质的液体的计算。（3） 由余玄
20、定理得 w2=u2+c2-2uccos 得uc u= (u2+c2- w2)/2. 代入基本方程（2）得Hi=（u22-u12）/(2g)+(w12-w22)/(2g)+(c22-c12)/(2g)前两项为静压头Hp, 第三项为动压头Hv, Hi= Hp+ Hv.一般希望泵的静压头成分多些，动压头成分少些，以便于尽量减少水力阻力损失。提高泵效。离心泵中一般采用2k900多数采用15350四、叶轮叶片数对离心泵理论压头的影响有限叶片叶轮中的液流除了有一个均匀的相对流动外,还存在着一个相对的轴向漩涡运动.如图222,23所示图222轴向涡流对出口流速的影响 图223轴向涡流试验1) 轴向漩涡运动的
21、演示实验(图223)2) 流道内的相对轴向漩涡运动(图222)3) 有限叶片数叶轮流道内的相对流速为上述两种流速的叠加,分布不均匀,式叶片正面流速低而叶轮背面流速高.。4) 叶轮正面和背面形成压差;形成了作用在叶轮轴上的阻力矩.5) 因此有限叶片叶轮的理论压头HiHi,有普夫列德尔经验公式: HI= Hi/(1+p)=k Hi五、离心泵内的损失及泵的功率与效率1. 水力损失h水分阻力损失和冲击损失1) 阻力损失h阻 指液体在流道部分的沿程阻力损失和局部阻力损失h阻=(li/di+i)v2/(2g)=aQ22）冲击损失h冲 主要指由于液体进入叶轮或导叶时水力角与叶片结构角不一致造成的.当1=1k
22、时,液体无冲击的进入叶轮, h冲=0,这种工况称为无冲击工况,与无冲击工况相应的流量称为最优流量Q优;小于或大于最优流量工作时,都会产生冲击.图224离心泵的水力损失h冲=b(Q优-Q)2泵内总的水力损失为:h水= h阻+ h冲:如图28泵的有效压头为:H=Hi-h水泵的水力效率为:水=H/Hi=H/(H+ h水)2. 容积损失q主要是高压液体的泵内窜流，其次是泵外漏失。影响其大小的主要因素是密封。若离心泵的理论流量为Qi,窜流和漏失总量为q,则实际的有效流量：图225离心泵的漏失 图226qH关系曲线Q=Qi-q漏失量随着泵压的增大而增大.泵的容积效率为:容=Q/Qi=Q/(Q+q)3. 机
23、械损失 N机 1) 圆盘损失。其大小取决于叶轮两侧面的表面情况。2) 轴封及轴承处的摩擦损失,其大小取决于配合性质、密封及润滑情况。泵的机械效率机=（N轴-N机）/ N轴=Ni/ N轴4. 泵的总效率=N/ N轴=(N NI)/ Ni N轴=Ni/ N轴（gQH）/（gQiHi）=机水容不同类型的离心泵的效率值不同。1) 单级泵,大流量低压头时,效率高达0.850.90.2) 随着压头增大,流量减小,离心泵级数增多,效率降低.如13级注水泵=0.65-0.68之间。一般的,轴功率和总效率有厂家实验测定,并标注在产品样本上.5、注水泵实际效率的测算1）温差法又称热平衡法，用温度计测量泵的进出口温
24、差来计算泵效。步骤：将泵进出口压力表换成标准压力表。 取两支标准温度计插入泵进出口管 线的测温孔内。 在泵正常运转的情况下，经过2030min后，同时记录进出口温度和进出口压力。 代入公式计算泵=p/p+4.1868(T-Ts) 式中:泵泵效。 p泵进出口压力差，Mpa T泵进出口温度差,0C Ts 等熵温升修正值（查表求得）2）流量法用计量仪表求出泵的流量，然后再用电工仪表测出电机输出功率并计算泵效。步骤：将压力表换成标准压力表。 在电机正常运转的情况下，用流量计测出流量；同时记录进出口压力及电机的电流和电压。 代入公式。N轴=31/2IUcos电机N有=gQH式中Q泵流量m3/s,H扬程，
25、m介质密度,kg/m3I电机线电流，AU电机线电压，Vcos功率因数，一般取0.850.90第四节 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线是指离心泵的主要性能参数与输出流量之间的关系曲线,如H-Q曲线,N轴-Q曲线,-Q曲线和h-Q曲线.一. 离心泵的特性曲线及其用途因为目前泵内的水力损失还难以计算，所以实际离心泵的特性曲线都是通过实验来确定的。1离心泵的特性曲线的测定在实际工程中，离心泵的特性曲线是由制造厂用实验方法测得的，并将它们会在同一坐标图中。实验方法：打开进水闸门，关闭排出闸门，启动泵并稳定在某一稳定转速n,纪录该工况下的H,Q,和N轴（=M=nM/30）；调节排出闸门到某一开启度，第二次
26、纪录以上参数；调大排出闸门，第三次纪录。直至闸门全开为止。以Q为横坐标，分别以H, N轴和（=gQH/ N轴）为纵坐标，做点，描线，即得。2、 心泵的特性曲线的特点图227 离心泵的特性曲线1） 离心泵的转速一定时有一组固定的特性曲线,如图32所示。对应不同的转速有不同的特性曲线。2） 每一个流量都对应一组特性参数，它代表着一种工作状态，简称工况。对应最高效率时的工况为最优工况，相应的参数为Q优、N优；使用时，应尽量使离心泵在最有工况附近工作，以获得较高的效率。3） 泵制造厂的样本上所绘出的离心泵特性曲线都是用清水，在200C条件下实验测定的，因此都是输水特性曲线。当泵输送液体的粘度、密度等与
27、200C清水不同时还需要进行特性曲线的换算。3 离心泵的特性曲线的用途1）H-Q特性曲线,是离心泵选择和使用的主要依据.有三种基本形式：陡降式，平坦式和驼峰式。图228 离心泵H-Q曲线的形式陡降式：H变化较大时，Q变化较小。适用于允许压力波动而流量基本上保持不变的场合。如输送含蜡原油用泵，有利于冲走蜡堵。平坦式：Q变化较大时H变化较小，或当压头改变很小时流量变化较大。适用于需要调节排出闸门改变流量以及流量自动调节的场合。驼峰式：峰点左边为不稳定工作区应避免使用。2）N轴-Q特性曲线，是合理选择离心泵动力机功率和操作启动泵的依据。动力机的功率必须大于离心泵工作范围内的最大功率；应选择功率最小的
28、工况作为启动工况，以保护电机，防止过载。如一般离心泵在Q=0时轴功率最小，所以关闭排出闸门启动离心泵最有利。3）-Q特性曲线，是检验离心泵工作经济性的依据。最高效率点称为最优工况点或额定工况。与该点对应的流量、压头和功率分别称为最优流量Q优、最优压头H优和最优功率N轴优。离心泵铭牌上给出的就是最有工况的参数。最优工况点附近的区域称为高效工作区。一般取最高效率点以下7%范围内各点所对应的工况点为高效工作区。是离心泵的经济工作区。离心泵不在高效工作区工作是不合理的。二 液体粘度对离心泵的特性曲线的影响。如图2-29所示。1 随着液体粘度的增加，H-Q曲线和-Q曲线都要下降，N轴-Q曲线却要上升。原
29、因是流道的边界层加厚，且液体的摩擦阻力增大。2 当被输送液体粘度比清水大10-20倍时，离心泵的特性曲线变化很小，即粘度影响可以忽略不计。当被输送液体粘度比清水大30-50倍时，泵的H-Q曲线与输水时仍很接近。但同一流量下的轴功率比输水时大。当被输送液体粘度比清水大50倍以上时，则同一流量下的轴功率和效率都有较大变化。其特性曲线就需要进行换算。图2-293 输送粘性液体时离心泵特性曲线的换算（略）作业题8.离心泵的叶轮直径和转速的大小对理论压头有什么影响？9.离心泵内有哪几种能量损失？存在哪几种效率问题？10.什么叫无冲击工况？无冲击工况有那些特征？11.离心泵一般有哪几条特性曲线？各有什么用
30、途？12.离心泵名牌参数是离心泵什么工况下的参数?13.液体的粘度对离心泵特性曲线有什么影响？14.某注水泵的电机相电压为6000v,线电流为165A,取电机功率因数为0.85,电机效率为0.92,并测得泵的排出压力为14.41MPa,排出流量为265m3/h,计算泵的总效率.15.有一注水泵的进口压力为0.06MPa,水温为500C,出口压力为16MPa,水温为550C,等熵温升修正值忽略不计,计算注水泵效率.第五节 离心泵的相似理论及其应用一 离心泵的相似概念和相似公式1 相似条件 根据水力学的水动力相似理论，两台泵相似必须满足三个条件。1） 几何相似，即流道部分的几何形状必须相似：D1/
31、D1=D2/D2=b1/b1=b2/b2.=2k=2k,2k=2k,Z=Z.2)运动相似，即两台几何相似的泵中，流道中对应点的流速方向一致，大小成比例。也就是速度三角形相似：c2/c2=w2/w2=u2/u2=D2n/(D2n)=(n/n)2=2,2=2.3) 动力相似 即流道的对应点上液体的重力、压力和粘性力等都成一定的相似关系，其中主要是粘性力的影响。它主要取决于雷诺数的大小。在一般离心泵中，雷诺数都很大，因而雷诺数的一些差异对液流阻力及运动状态的影响不显著，所以，当前两个条件满足时，动力相似也往往是满足的。2 相似公式1） 压头相似公式由离心泵的基本能量方程可知 H=Hi水=kHi水=
32、k水(u2c2u)/g 所以H/H= u2c2u水/( u2c2u水)=2(n/n)2水/水 一般的,相似泵的水力效率相差不大,近似认为相等。因而H/H=2(n/n)2,2） 流量相似公式泵的有效流量Q=D2b22c2r容，忽略容积效率的影响，则相似泵的流量相似公式：Q/Q=D2b22c2r容/(D2b22c2r容)=3(n/n).即Q/Q=3(n/n).3） 功率相似公式泵的轴功率N轴=gQH/ ，忽略泵效率的影响，同一种液体，则相似泵的功率相似公式：N轴/ N/轴=（gQH/）/（/gQ/H/）=（QH）/（Q/H/）即：N轴/ N/轴=5（n/n/）3可见：（1） 泵的压头与线性尺寸及转
33、速的平方成正比；（2） 流量与线性尺寸的三次方、与转速的一次方成正比；图230 转速改变时离心泵的特性曲线（3） 泵的轴功率与线性尺寸的五次方、与转速的三次方成正比；（4） 三个基本相似公式适用于一切叶片式水力机械。同一台泵在不同转速下工作时，相当于=1的相似泵，它们的特性参数关系是：H=H(n/n)2;Q=Q(n/n);N/轴= N轴（n/n)3二 离心泵在改变转速时的特性曲线与通用特性曲线利用以上相似公式，可以得出转速改变后的离心泵特性曲线。如图2-30所示利用变频调速电机驱动的离心泵可以在不同的各种转速下工作。把不同转速时的H-Q曲线绘在同一坐标系统内，并把各条H-Q特性曲线上相同效率的
34、点联接起来，如图231 离心泵的通用特新曲线图2-31，称为离心泵的通用特性曲线。利用该曲线可以很快找到各转速下的参数关系或者相反，可以很快找到各转速下泵的高效工作范围。三 离心泵的相似准数-比转数如何将同一类相似泵用同一个相似准数来描述？由相似公式：H/H=2(n/n)2.(1)Q/Q=3(n/n).(2)为了消除，将(1)两端三次方，(2)两端二次方,H3/H3=6(n/n)6.(3)Q2/Q2=6(n/n)2.(4)将(3)除以（4）并整理得Q2n4H3= Q2n4H3=常数两边各开4次方得 nQ1/2H3/4= n Q1/2H3/4=常数由此可见,对一批相似泵,无论其尺寸大小如何,它们
35、在相似工况时的特性参数之间存在着如上固定的关系。为了便于实际记忆和使用这个关系，取其中的一台相似泵作为标准泵，它的压头H=1m水柱，有效功率N=/gQ/H/=0.735kW（即Q=O.O75m3/s）时所具有的转速n=nsr/min,定义为这类相似泵的比转数。将上述数值代入上式，得nQ1/2H3/4= ns0.0751/213/4= ns0.2738ns=3.65nQ1/2H3/4图232 比转数与叶轮形状和特性曲线形状的关系定义：比转数是某一类相似泵的标准泵，在压头为一米水柱,有效功率为0.735kW（1马力），最优工况，常温下打水时具有的转速。用ns表示。可见：1）一种类型的离心泵只有一个
36、比转数，不同类型的离心泵具有不同的比转数。2） 每一台泵的比转数是其最优工况时的比转数.3） 以上比转数计算式适应于单级单吸泵计算；对于多级单吸泵ns=3.65nQ1/2(H/k)3/4对于单级双吸泵: ns=3.65n(Q/2)1/2(H)3/4利用比转数ns的大小,可以把种类繁多的叶片式泵分为五类,如图43所示.第六节. 离心泵的汽蚀与最大允许安装高度一. 离心泵的汽蚀1汽蚀现象:在离心泵的使用中有时会在泵内出现产生一种异常的噪音和震动;泵的压头、流量、和效率都显著降低；严重时吸入中断。2、汽蚀机理：在一定的温度和压力下，水的物理状态时可以互相转化的。例如：在一个大气压下（1.03105P
37、a），100的水就要汽化；在水温为20时，压力降低到2.4103Pa时就开始汽化。在某一温度下使水开始气化的压力称为水在该温度下的汽化压力pt。图233 泵发生汽蚀时的特性曲线图234 叶轮发生汽蚀的部位离心泵工作时，叶轮将液体从吸入口甩向排出口，叶轮吸入口压力ps降低。当叶轮流道的某处压力降低到输送温度下液体的汽化压力pt时，就有一部分液体汽化，生成汽泡。蒸汽泡被液流带到压力较高的区域时迅速凝结。在凝结过程中，汽泡周围的液体就以高速向汽泡中心运动，从而产生严重的水击现象。水击的地方产生非常巨大的瞬时压力(可达几十个MPa)，如汽泡紧贴在叶轮或其它部分的金属表面上，这里就会受到冲击。这种冲击速
38、度快，频率高。同时由于氧等活泼性气体的析出和伴随汽泡凝结过程所产生的局部高压和高温，使叶轮表面受到化学腐蚀。这种液体的汽化、凝结、水击和腐蚀的综合就称为汽蚀现象。3、汽蚀的危害：使离心泵不能正常工作，严重时甚至断流，如图233；叶轮入口叶片背面产生麻坑甚至穿孔，严重地缩短着叶轮的寿命见图234。离心泵即使在轻微的汽蚀现象下长期工作，也是不允许的。4、产生汽蚀的相关因素：（1）吸入高度过高；（2）吸入管线过长，水力阻力太大；（3）所输送液体的温度较高；（4）当地大气压低；（5）泵内流道设计不完善而引起的局部流速过高等。二 离心泵的吸上真空度和最大允许安装高度的确定如图235所示，列出吸入池液面0
39、-0和泵吸入口截面S-S的能平衡方程：Z0+p0/(g)+u02/(2g)=Zs+ps/(g)+us2/(2g)+hs吸水池面积很大,且与大气相通,一般认为u0=0, p0=pa,用Hsz= Zs- Z0表示泵的安装高度,所以: 图235 离心泵安装高度计算图ps/(g)= p0/(g)-( Zs- Z0)- us2/(2g)-hs或表达为:ps/(g)= pa/(g)- Hsz- us2/(2g)-hs可知,安装高度不能太高,否则将发生汽蚀.泵的吸上真空度Hs为:Hs= pa/(g)- ps/(g)= Hsz+us2/(2g)+hs为避免泵内发生汽蚀, 泵的吸上真空度Hs不应超过厂家所规定的
40、允许吸上真空度Hs,即Hs=Hs代入上式得泵的最大允许安装高度Hszmax=Hs-(us2/(2g)+hs)允许吸上真空度Hs是厂家根据常温(200C)常压(标准大气压)下泵的汽蚀实验而确定的.如图47,以曲线形式给出.计算时,应取泵可能出现的最大流量相应的Hs值；温度和压力不同时Hs/=Hs-10+ pa/(g)-pt/(g) m水柱表2-1 不同海拔高度的大气压头 pa/(g) (m水柱)海拔m01002003004005006008001000大气压头10.310.210.19.99.89.79.69.49.2表2-2 不同温度下液体的气化压头 pt/(g) (m液柱)温度0C01020
41、30405060708090100水0.020.120.240.430.5751.252.023.174.827.4110.33轻原油0.35-0.8-1.42.63.8-8.7-15.4汽油0.660.8151.091.692.313.26-三. 改善泵吸入性能的途径1. 采用致密而有韧性的耐汽蚀材料制造泵的叶轮如铝合金,青铜,不锈钢等.或喷涂聚四氟乙烯,聚氨甲酸脂等提高耐汽蚀性能2. 适当加大叶轮吸入口通流面积,加大吸入管径,少用弯头等产生阻力的管件减少阻力损失,防止吸入滤网堵塞.3. 合理选取叶片进口冲角.4. 采用双吸式叶轮.5. 改进叶片进口边位置及前盖板的形状;6. 加诱导轮.作业
42、题:16.两台离心泵相似的必须条件是什么?写出两台不同尺寸的离心泵特性参数相似公式和同一台离心泵转速不同时的特性参数关系.17.什么叫比转数?如何计算离心泵的比转数?18.为什么离心泵吸入口处叶轮叶片的背面最容易发生汽蚀?有何危害?如何防止?19.为什么要限制离心泵的安装高度?什么情况下必须加装灌注泵?20.D250-150X11型离心泵铭牌参数流量Q=250m3/h,扬程H=1680m,转速n=2985r/min,轴功率N=1578kW,效率=0.72;以配备变频调速器.现要向一口新井注水,井口压力为10MPa,从泵到井口的管路损失为1.5MPa,要是该泵在新井上也处于最优工况下工作,计算:
43、1)应调整到的泵轴转速n1;2)调整后的流量Q1,轴功率N1,效率1第七节 离心泵的轴向力及其平衡一. 轴向力的计算图236离心泵运转时,其转动部分受到一个轴向力,这个力相当大.如D250150X11转子所承受的轴向力约为3.7吨.若无平衡措施,泵将无法工作.离心泵的轴向力主要包括两部分：叶轮前后两侧压差引起的轴向力A1和液体作用于叶轮入口的动反力A2.1. 叶轮前后两侧压差引起的轴向力A1.一般的由经验公式计算:A1=/4(D12-dk2)igkH式中:D1叶轮吸入口直径, m；dk叶轮轮毂直径 ,m; i叶轮级数; 液体密度,kg/m3; H单级叶轮的实际压头,m; k试验系数,与比转数有
44、关,当ns=60150时k=0.6, 当ns=150250时k=0.8.方向:由排出端指向吸入端.2. 液体作用于叶轮入口的动反力A2在离心泵中,液体通常是轴向进入叶轮,径向流出.叶轮受到液体的冲击力或动反力A2,由动量方程得A2= c0m= c0Q式中c0叶轮进口处液体速度,m/s;m液体的质量流量,kg/s;Q液体的体积流量,m3/s.方向:由吸入端指向轮盘. 与A1方向相反.总轴向力A=A1-A2一般情况下,A1较大,A2很小,所以A的方向总是指向吸入口;只有在启动，正常排出压力尚未建立时,或流量很大、压头极低时,动反力的作用才较明显。二. 轴向力的平衡排出压力高时轴向力相当大，除了个别的单级小型泵用滚珠轴承承受轴向力以外，一般都需要采用平衡轴向力的措施。目前，常用水力方法平衡部分或全部轴向力。一般为动态平衡。应该指出，做到完全平衡是很难的，且这个轴向力的方向难以确定。所以一般要用双向都能承受轴向力的轴承来承受那些未被平衡的轴向力。1. 单级离心泵的平衡措施1) 采用双吸式叶轮.如图2-32) 平衡孔法或平衡管法，如图2-37. 方法：增设同直径的后密封环，在吸入口处的轮盘上钻有平衡孔，使叶轮前后压力基本平衡。特点：结构简单，但增加了