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1、第二章 流体输送机械第一节 液体输送机械一、离心泵1.离心泵的工作原理和主要部件-离心泵的工作原理,正视,侧视,-离心泵的主要部件：叶轮、泵壳、轴封装置a、叶轮 是离心泵的心脏部件，它的作用是将电动机提供的机械能传给液体，提高被输送液体的静压强和动能。,b、泵壳 离心泵的泵壳通常制成蜗牛形，故又称蜗壳。叶轮在泵壳内沿着蜗形通道逐渐扩大的方向旋转，愈接近液体的出口，流道截面积愈大。液体从叶轮外周高速流出后，流过泵壳蜗形通道时流速将逐渐降低，因此减少了流动能量损失，且使部分动能转换为静压能。所以泵壳不仅是汇集由叶轮流出的液体的部件，又是一个转能装置。,为了减少液体直接进入泵壳时因碰撞引起的能量损失
2、，在叶轮与泵壳之间有时还装有一个固定不动而且带有叶片的导轮。c、轴封装置 为防止泵内高压液体沿间隙漏出，或外界空气以相反方向漏入泵内，必须设置轴封装置。,2、离心泵的基本方程式离心泵的理论压头是指在理想情况下离心泵可能达到的最大压头。所谓理想情况是-叶轮为具有无限多叶片（叶片的厚度当然为无限薄）的理想叶轮，因此液体质点将完全沿着叶片表面流动，不发生任何环流现象；-被输送的液体是理想液体，因此无粘性的液体在叶轮流动时不存在流动阻力。,1、液体通过叶轮的流动,w2,R2,u1,c1,w1,2,2,cr2,c2,u2,R1,cu2,由余弦定律知：2、离心泵基本方程式的推导根据柏努利方程，单位重量的理
3、想液体通过离心泵叶片入口截面到叶片出口截面所获得的机械能为静压头增量Hp主要来源于以下两方面：,-离心力作功 单位重量液体所获得的这部分外功可表示为-能量转换 因叶轮中相邻的两叶片构成的流道自内向外逐渐扩大，流体通过时部分动能转换为静压能，这部分静压头的增量可表示为,3、离心泵基本方程式的讨论理论流量可表示为在叶轮出口处的液体径向速度和叶片末端圆周出口面积之乘积，即从出口速度三角形可知,a 、叶轮的转速和直径由上式可看出，当理论流量和叶片几何尺寸（b2,2）一定时，离心泵的理论压头随叶轮的转速、直径的增加而加大；b、叶片的几何形状当叶轮的直径和转速、叶片的宽度及理论流量一定时，离心泵的理论压头
4、随叶片的形状而变。,2,2,2,后弯叶片,径向叶片,前弯叶片,w2,w2,w2,u2,u2,u2,c2,c2,c2,c.理论流量若离心泵的几何尺寸（D2、b2 、2）和转速（n）一定，则,290时，B0，关HT随QT的增加而增大2=90时， B0， HT与T无关，290时，B0，HT随QT的增加而减少 HT QT 关系曲线，称为离心泵的理论特性曲线,HT2,HTQT,HQ,a,b,c,QT,Hp2,90,Hc,0,0,20,2,QT或Q,H,HT或H,HT,.离心泵的主要性能参数与特性曲线(1)离心泵的主要性能参数a流量:离心泵在单位时间内排送到管路系统的液体体积,一般用Q表示,单位为L/s或
5、m3/hb压头:又称扬程,指离心泵对单位重量(1N)的液体所能提供的有效能量,一般用H表示,单位为mc效率:有效功率与轴功率之比,用符号表示,离心泵的能量损失包括:容积损失：指泵的液体泄漏所造成的损失机械损失：由泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间以及叶轮盖板外表与液体之间产生摩擦而引起的能量损失水力损失：粘性液体流经叶轮通道和蜗壳时产生的摩擦阻力以及在泵局部处因流速和方向改变引起的环流和冲击而产生的局部阻力，统称为水力损失离心泵的效率反映上述三项能量损失的总和，故又称为总效率，即= v m h,d轴功率：泵轴所需的功率。当泵直接由电动机带动时，它即是电机传给泵轴的功率，单位为W或kW。离心泵的有
6、效功率是指液体从叶轮获得的能量。,20,0,26,24,22,20,18,16,14,12,10,80,40,60,100,120,140,160,8,6,4,2,0,80,20,70,60,50,40,30,10,N,H,4B20 n=2900r/min,N,kW,%,H,m,Q m3/h,(2)离心泵的特性曲线,例 采用图示的实验装置测定离心泵的性能。泵的吸入管内径为100mm，排出管内径为80mm，两测压口间垂直距离为0.5m。泵的转速为2900r/min，以20清水为介质测得以下数据：流量15L/s，泵出口表压2.55105Pa，泵入口处真空度2.67104Pa，功率表测得电动机所消耗
7、的功率6.2kW。 泵由电动机直接带动，电动机的效率为93%。试求该泵在输送条件下的压头、轴功率和效率。,1,2,2,1,4、离心泵性能的改变和换算(1)液体物性的影响a密度的影响b粘度的影响(2)离心泵转速的影响若离心泵转速变化不大，则可作以下假设：,a转速改变前后，液体离开叶轮处的速度三角形相似；b不同转速下离心泵的效率相同。根据离心泵基本方程式，当不同转速下出口速度三角形相似可得,由此可得不同转速下，泵的压头、流量及轴功率与转速间近似关系为 此式为离心泵的比例定律,(3)离心泵叶轮直径的影响若对同一型号的泵，可换用直径较小的叶轮，而其它尺寸不变（仅是出口处叶轮的宽度稍有变化），这种现象称
8、为叶轮的“切割”。此时可作以下假设：a叶轮直径改变后，液体离开叶轮时的出口速度三角形相似；b叶轮直径改变后，叶轮出口截面积基本不变，即c叶轮直径改变后，离心泵的效率相同。,根据离心泵基本方程式可推导出以下近似关系：上式称为离心泵的切割定律，该式只有在叶轮直径的变化不大于20%时才适用。,5、离心泵的气蚀现象与允许吸上高度(1)离心泵的气蚀现象,(2)离心泵的允许吸上高度离心泵的允许吸上高度又称为允许安装高度，是指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，以Hg表示。,a离心泵的允许吸上真空度若真空度以输送液体的液柱高度来计算，则此真空度称为离心泵的允许吸入真空度，以Hs，即若输送其它
9、液体，且操作条件与上述的实验条件不符时，可按下式对水泵性能表上的Hs进行换算,b气蚀余量定义：为防止气蚀现象的发生，在离心泵入口处液体的静压头 与动压头 之和必须大于液体在操作温度下的饱和蒸气压头 某一最小值，即,通常为安全起见，离心泵的实际吸上高度，即实际安装高度应比允许吸上高度小0.51.0m。例 用3B33型水泵从一敞口水槽中将水送到它处，槽内液面恒定。输水量为4555m3/h，在最大流量下吸入管路的压头损失为1m，液体在吸入管路的动压头可忽略。试计算(1)输送20水时泵的安装高度；(2)输送65水时泵的安装高度。泵安装地区的大气压为9.81104Pa。,解：由附录查得3B33型水泵的部
10、分性能列于下表：,(1)输送20水时泵的安装高度在确定泵的安装高度时，应以最大输送量所对应的Hs值为依据，以保证离心泵能正常运转，而不发生气蚀现象，故取Hs=3m。由于输送20水，且泵安装地区的大气压为9.81104Pa，与泵实测Hs的实验条件相符，故Hs= Hs =3m,(2)输送65水时泵的安装高度,注 意 ： 若泵的允许安装高度较低，可采用下列措施：-尽量减少吸入管路的压头损失，可采用较大的吸入管径，缩短吸入管的长度，减少拐弯，并省去不必要的管件和阀门等；-把泵安装在贮罐液面以下，使液体利用位差自动灌入泵体内。,6、离心泵的工作点与调节(1)管路特性曲线与泵的工作点,2,2,1,1,管路
11、输送系统示意图,H=He,Q=Qe,H或He,HQ,Q或Qe,HeQe,M,管路特性曲线与泵的工作点,由图示的截面1-1与2-2间列柏努力方程式，得,若流体在该管路中流动已进入阻力平方区，可视为常量，于是可令,（2）离心泵的流量调节 a. 改变阀门的开度 b.改变 泵的转速,QM1 QM QM2,QM2 QM QM1,Q或 Qe,Q或 Qe,H或 He,H或 He,HQ,HQ,M1 M M2,M2 M M1,HeQe,n1 n n2,1,2,（3）离心泵的并联和串联操作,He-Qe,0,H,H,H并,Q,Q,Q并,0,H,H,H串,Q,Q,Q串,7. 离心泵的类型、选择与使用（1）离心泵的类型
12、-水泵（B 型、D型、Sh型）凡是输送清水以及物理、化学性质类似于水的清洁液体，都可以选用水泵。 B型水泵为单级单吸悬臂式离心泵，全系列扬程范围为898m，流量范围为4.5360m3/h。 国产多级泵的系列代号为D，称为D型离心泵。叶轮级数一般为29级，最多为12级。全系列扬程范围为14351m，流量范围为10.8850m3/h。,国产双吸泵的系列代号为Sh，全系列扬程9140m，流量范围为12012500m3/h。 -耐腐蚀泵（F型） 当输送酸、碱等腐蚀性液体时应采用耐腐蚀泵，该泵主要特点是与液体接触的泵部件用耐腐蚀材料制成 。 F型泵全系列的扬程范围为15105 m,流量范围为2400m3
13、/h 。 -油泵（Y型） 输送石油产品的泵称为油泵。 油泵（Y型）有单吸和双吸、单级和多级油泵，全系列的扬程范围为60603m,流量范围为 6 .25500m3/h。,-杂质泵（P型）杂质泵用于输送悬浮液及稠厚的浆液等，其系列代号为P，又细分为污水泵PW、砂泵PS、泥浆泵PN等。举例： 8B29A 8泵吸入口直径,in( 英寸)，即200 mm; B 单级单吸悬臂式离心水泵； 29泵的扬程，m; A该型号泵的叶轮直径比基本型号小一级，即基本型号的叶轮的第一次切割。,40FM1-2640 泵吸入口直径,mm;F悬臂式耐腐蚀离心泵； M与液体接触部件的材料代号（M表示铬镍钼钛合金钢）；1轴封型式代
14、号（1代表单端面密封）26泵的扬程，m。 100Y-1202100泵吸入口直径，mm；Y单吸离心油泵；120泵的单级扬程，m；2叶轮级数。,(2)离心泵的选择a确定输送系统的流量与压头b选择泵的类型与型号c核算泵的轴功率 例 若某输水管路系统要求流量为80m3/h，压头为18m，试选择一台适宜的离心泵，再求该泵实际运行时所需轴功率及因用阀门调节流量而多消耗的轴功率。,解:(1)选泵的型号 由于输送清水，选B型水泵按Qe=80m3/h，He=18m查图，可选4B-20型水泵，转速为2900r/min，其最高效率点为：Q=90m3/h，H=20m，N=6.36kW，=78%，Hs=5m(2)该泵实
15、际运行时所需的轴功率，即泵工作点所对应的轴功率由4B-20型离心泵的特性曲线查得，当Q=80m3/h， N=6kW,(3)用阀门调节流量而多消耗的功率查得 Q=80m3/h时， H=21.2m 及=77%。而管路要求为 Qe=80m3/h，He=18m。为达到要求的输水量，应改变管路系统所需压头也21.2m 。由于阀门调节流量而多消耗的压头为,(3)离心泵的安装和操作a离心泵的安装高度必须低于允许吸上高度，以免出现气蚀和吸不上液体的现象。b离心泵在启动前必须向泵内充满待输送的液体，保证泵内和吸入管路内无空气积存。c离心泵应在出口阀关闭的条件下启动，这样启动功率最小。停泵前也应先关闭出口阀，以免
16、排出管路内液体倒流，使叶轮受到冲击而被损坏。d离心泵在运转中应定时检查和维修，注意泵轴液体泄漏、发热等情况，保持泵的正常操作。,二、往复泵1 .往复泵的工作原理,2.往复泵的特性（1）往复泵的压头（2）往复泵的流量（排液能力）单动泵双动泵实际流量 v容积效率，0.90.95 （3）往复泵的特性曲线,3.往复泵的流量调节（1）旁路调节（2）改变活塞冲程和往复次数,例：单动往复泵活塞的直径为160 mm、冲程为200 mm,用以将密度为930kg/m3的液体从敞口贮槽送至某设备中，液体输送量为25 .8m3/h,设备内压强为3.14105Pa (表压)，贮槽液面比设备的液体入口管（中心截面）低19
17、 .5m 。若管路的总压头 损失为 10.3m(包括管路进出口损失)，泵的总效率和容积效率分别为0 .72 和0.85，试求此泵的活塞每分钟往复次数和轴功率。,解：（1）求往复活塞每分钟的往复次数 往复泵的理论排液量为 依题意实际排液量为 所以 （2）求往复泵的轴功率 往复泵轴功率的求法与离心泵的相同，即 上式中往复泵的压头可由柏努利方程式求得。取贮槽液面为上游截面1-1，输送管路出口外侧为截面2-2，并以截面1-1为基准水平面，则,式中Z1=0 Z2=19.5m p1=0(表压) p2=3.14 105Pa(表压) u10 u2=0 Hf=10.3m 所以 管路所需压头为泵所提供，所以泵的压头为H=64.2m。于是泵的轴功率为,三、其它类型泵 （一）旋转泵 1、齿轮泵 2、螺杆泵,（二）旋涡泵,