現(xiàn)代水泵設(shè)計(jì)高校講義

1、.第二章離心泵講義主講 教師&&&.本章的學(xué)習(xí)要點(diǎn)：熟悉各種流體輸送機(jī)械，掌握離心泵的結(jié)構(gòu)、原理、性能、安裝及調(diào)節(jié)。§1流體輸送機(jī)械的分類一、液體輸送泵：齒輪泵；往復(fù)泵；螺桿泵；離心泵等二、氣體輸送鼓風(fēng)機(jī)；壓縮機(jī)§ 2離心泵的原理及構(gòu)造一 、離心泵的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；流量均勻；調(diào)節(jié)控制方便，并可用耐腐蝕材料制造。二、離心泵的原理1、離心泵的排液原理動(dòng)能靜壓能2、離心泵的吸液原理靜壓能位能3、離心泵的氣縛現(xiàn)象離心泵內(nèi)存在氣體，致使離心力下降，離心泵不能將液體吸入泵內(nèi)，葉輪只是在泵殼內(nèi)空轉(zhuǎn)而無(wú)液體排出，這種現(xiàn)象稱為“氣縛現(xiàn)象”。§3離心泵的構(gòu)造1、

2、葉輪葉輪是泵直接對(duì)流體作功的部件。葉輪的作用是將電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體的動(dòng)能和靜壓能。一般常用離心泵葉輪上有 612 片后彎葉片。敞開式葉輪、半開式葉輪和封閉式葉輪平衡孔的作用2、減漏環(huán)3、泵殼離心泵泵殼是使液體匯集及能量轉(zhuǎn)化的部件。離心泵泵殼是蝸殼形，其目的是使流體從泵吸入口到排出口流道面 積逐 漸 擴(kuò) 大 ，流 體 流 速 逐 漸 降 低 ，（ 從 1525m/s 降到 13m/s ），使流體動(dòng)能大部分轉(zhuǎn)化為靜壓能。;.4、導(dǎo)輪導(dǎo)輪的作用：1）減小葉輪拋出的高能流體對(duì)泵殼的撞擊。2）均勻而緩慢地將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能。5、軸封裝置泵殼與泵軸之間的密封稱為軸封。1) 填料密封主要由填料套、填料環(huán)

3、、填料、壓蓋組成。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；造價(jià)低。缺點(diǎn)：使用壽命短；能量損失大；有泄露。2）機(jī)械密封主要由傳動(dòng)螺釘、傳動(dòng)座、彈簧、推環(huán)、動(dòng)環(huán)密封圈、動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、靜環(huán)密封圈、防轉(zhuǎn)銷等部件組成。優(yōu)點(diǎn)：液體泄露量??；使用壽命長(zhǎng)；能耗低；結(jié)構(gòu)緊湊。缺點(diǎn)：零件加工要求高；成本高；裝卸及更換零件不便。§ 4離心泵的主要性能參數(shù)一 、流量 Q單位時(shí)間內(nèi)泵能夠排出液體的量。反映離心泵的輸液能力。常 用 體 積 流 量 表 示， 單 位 ： m 3/s離心泵的流量主要與泵的結(jié)構(gòu)、葉片尺寸和軸轉(zhuǎn)速有關(guān)。二、揚(yáng)程 H;.輸 液 過(guò) 程 中 泵 給 予單 位 重 量 流體 的能 量 。 單 位： m 液 柱如 圖揚(yáng)

4、程包括以下各項(xiàng)：1）將單位重量液體的位壓能提高 Z 焦耳，包括吸液位壓頭 ZS和排液 位 壓 頭 Z b 。2）將單位重量液體的靜壓能提高PPb Pa焦 耳 。gg3 ） 提 供 了 輸 送 管 路 總 阻 力 損 失 h f 。4）將單位重量流體的動(dòng)能提高u 2焦 耳 。2 g概念：離心泵的揚(yáng)程不是液體的升揚(yáng)高度。HZPh fg離心泵的揚(yáng)程與葉輪的尺寸、軸轉(zhuǎn)速、葉片的數(shù)目及流量有關(guān)。三、功率 N1、有效功率：泵在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)流經(jīng)該泵的流體所作的功。N有Qg H2、軸功率：電機(jī)傳給離心泵的功率。N 軸QgH3、配帶功率：離心泵本身所配帶電機(jī)的功率。N 配1.1 1.2N軸四、效率有效功率與軸功

5、率之比。NN效率的影響因素：有軸;.1、容積損失V2、水力損失H3、機(jī)械損失m離 心 泵 的 效率總VHm§ 5 離心泵的特性曲線一 、離心泵特性曲線的測(cè)量離心泵的銘牌：離心式清水泵型 號(hào)2B31A轉(zhuǎn) 速2900 r/s揚(yáng)程25.2 m效 率65.5 %流量20 m 3 /h功 率2.07 kw允許吸上真空高度4.5 m重 量363 N出廠 編 號(hào) 791210出廠日期年月日×××水泵 廠實(shí)驗(yàn)裝置：PPu2u2實(shí)驗(yàn)原理： HZ2Z2121h f1g2 g近似為： HZ2P2 P1Z1g實(shí)驗(yàn)方法：同一種泵，葉輪轉(zhuǎn)速恒定下，分別測(cè)取不同流量下的 H、N 、，

6、由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制特性曲線。二、離心泵的特性曲線;.1、HQ 曲線，離心泵的揚(yáng)程曲線流量 Q 增加；揚(yáng)程 H 下降。2、NQ 曲線，離心泵的功率曲線流量 Q增加；功率增加。流量為零；功率最小。3、Q曲線，離心泵的效率曲線曲線有最高效率點(diǎn)，此點(diǎn)為設(shè)計(jì)點(diǎn)。一般，離心泵的使用效率不能低于最高效率點(diǎn)的 92%.三、離心泵特性曲線的影響因素1、輸送液體密度的影響離心泵的揚(yáng)程和效率與密度無(wú)關(guān)；有效功率與密度成正比。2、輸送液體粘度的影響常溫下，輸送液體的粘度增加，最高效率點(diǎn)下的流量、揚(yáng)程和效率均下降，軸功率增加。輸送液體粘度不大時(shí)，液體粘度對(duì)特性曲線的影響可以不計(jì)。3、葉輪轉(zhuǎn)速的影響輸送粘度與水相近的流體，轉(zhuǎn)

7、速變化不大于 20%時(shí)，可認(rèn)為其效率不變，則：QQ1n 1H 1n12N2n 2H 2n 22N1 n 1 32 n 2 3比例定律一四、葉輪轉(zhuǎn)速的影響Q 1DQ 2DH 12N 131D 1D 1DH 2D 2 2N 2D 2 3比例定律二（切割定律）;.§ 6 離心泵的工作點(diǎn)及流量調(diào)節(jié)一 、管路特性曲線HZPh fgh fll eu 2d2 g2ll eQ1d4d 22 g8( ll e )Q22gd 58(lle )設(shè)K2gd 5則HZPKQ 2g管路特性方程管路特性方程反映管路所需外加功的大小與流量的關(guān)系。二、離心泵工作點(diǎn)的確定管路特性方程反映管路所需外加功的大小與流量的關(guān)系

8、。離心泵特性方程反映離心泵所能提供的能量的大小與流量的關(guān)系。則管路特性方程與離心泵特性方程的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流量與揚(yáng)程的關(guān)系既符合管路特性方程，又符合離心泵特性方程。稱該交點(diǎn)為離心泵的工作點(diǎn)。三、離心泵工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)1、改變管路特性曲線;.管路特性曲線的形狀主要決定于 K 值，K 值意味著流體在管路中的流動(dòng)阻力，阻力越大，K 值越大。由圖中可以看到：K 值增大管路所需的揚(yáng)程隨流量增加較快管路特性曲線變陡工作點(diǎn)沿離心泵特性曲線上移（左移）揚(yáng)程增加；流量減小。K 值減小管路所需的揚(yáng)程隨流量增加較慢管路特性曲線變平工作點(diǎn)沿離心泵特性曲線下移（右移）揚(yáng)程減??；流量增加。改變 K 值的途徑：1 ）在離心泵出口

9、處安裝調(diào)節(jié)閥門，改變管路局部阻力。優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、靈活、方便。缺點(diǎn)：增加局部阻力將增加能量損失。2）改變輸送管路管徑，改變管路沿程阻力。8( ll e )1因?yàn)椋?K2g d5，即K5d所 以 ：管 徑 d ； K 值 。管 徑 d ； K 值 。2、改變離心泵的特性曲線改變離心泵的特性曲線的途徑：1 ）改 變離 心 泵轉(zhuǎn) 速 n轉(zhuǎn) 速 n 增 加 離 心 泵特 性 曲 線 上移 離 心 泵工 作點(diǎn) 上 移（ 右移 ）揚(yáng)程增加；流量增加。轉(zhuǎn) 速 n 減 小 離 心 泵 特 性 曲 線 下 移 離 心 泵 工 作點(diǎn) 下移 （ 左移 ）;.揚(yáng)程減??；流量減小。2 ）改 變離 心 泵葉 輪直 徑 d

10、離 心 泵 葉 輪直 徑 d 減 小 流量 減 小 ；揚(yáng) 程 減小 工 作點(diǎn) 下 移（左移）。例 ：某 離 心 泵 在 轉(zhuǎn) 速 1480 rpm 下 的 特 性 方 程 為 He=38.42 40.3Q （ Q：m 3 /min ）， 輸 送 管路 兩 端 的勢(shì) 能 差 為16.8m ，管 徑 為76 × 4mm ， 長(zhǎng)1360m （ 包 括 局 部 阻 力 的 當(dāng) 量長(zhǎng) 度）=0.03 。試求：1）輸液量 Q2 ） 當(dāng)轉(zhuǎn) 速為 1700 rpm 時(shí)的 輸 液 量 Q /§7離心泵的汽蝕現(xiàn)象及安裝高度一、汽蝕現(xiàn)象Pu2Pu2Z 000heZ111h f0 1g2 gg2 g

11、Z 00; u 00; h e0PPu2ZZ 1011h fg2 g0 1物理汽蝕：泵內(nèi)壓力 P=PV泵內(nèi)液體沸騰，產(chǎn)生大量氣泡氣泡進(jìn)入高壓區(qū)被壓碎并急劇冷凝高壓液體高速?zèng)_向氣泡中心，沖擊力可達(dá)幾百大氣壓氣泡若附在泵內(nèi)壁或葉片上，則沖擊力會(huì)使泵產(chǎn)生嚴(yán)重破壞?；瘜W(xué)汽蝕：物理汽蝕時(shí)，液體內(nèi)大量氧化性氣體逸出，使泵內(nèi)壁及葉片金屬發(fā)生化學(xué)氧化而受損。規(guī)定：以泵的揚(yáng)程較正常值下降 3%作為發(fā)生汽蝕的標(biāo)志。二、 最大 吸 上真 空高 度 H Sma x 與 允 許 吸 上 真 空 高 度 H S允許吸上真空高度 HS常用來(lái)限制沸點(diǎn)較高的液體（如水）輸送;.時(shí)離心泵的安裝高度。H Sm ax 與 H S 均

12、 由 實(shí) 驗(yàn) 測(cè) 出 ，實(shí)驗(yàn) 條 件為 ：輸 送 液 體 為 敞 口 水 池 中20 oC 的清 水 。 則 P0 = Pa = 1大 氣 壓 。發(fā) 生 汽蝕 時(shí)泵 入 口處 的壓 力 為 P1 m i n 。所 以 ，發(fā)生 汽 蝕 時(shí) 的 最 大 吸 液 壓 差 為 Pa P1 m i n ，以米 水 柱 表 示 ，則 有：PaP1 min單 位 ： m H 2 OH S maxg；所 以 ， 最 大 吸 上 真空 高 度 H Smax 壓差 。則離心泵的最大安裝高度為：PPu 2H S maxa1min1Zmaxg2g即以米液柱表示的離心泵最大吸液u2h f 0 1H S max1hf 0

13、 1允2g許 吸上 真空 高 度 H S = H Smax 0.3則離心泵的允許安裝高度為：PPu 2u2a11h fH S1h f 0 1H Sg2 g0 12g若操作條件與實(shí)驗(yàn)條件不同，則須對(duì)允許吸上真空高度 HS 進(jìn)行校正。1、溫度與壓力的校正非 20 o C 、 1 大 氣 壓 下 的 清 水 ：H S/H SH 010.33H V 0.24H S/ 操 作條 件下 的 允許 吸上 真 空高 度 。 單 位 ： m H 2 OH S 實(shí) 驗(yàn) 條 件 下的 允許 吸 上 真 空高 度 。 單 位 ： m H 2 OH 0操作條件下吸液面的壓力。H 0P0單位 ： m H 2OgH V操作

14、溫度下水的飽和蒸汽壓。 HVPV單 位 ： m H 2 Og1 .01310510.33 與一大氣壓相當(dāng)?shù)乃摺?0 .33 m H 2O10009 .810.24與 20 o C 清 水 的飽 和蒸 汽 壓 相 當(dāng)?shù)?水 柱 高 。PV 20 o C 清水23500 . 24 m H 2 Og10009 .812、密度校正若輸送液體的密度為液 ， 則H S 液/H 2 OH S液三、汽蝕余量h;.當(dāng)離心泵輸送沸點(diǎn)較低的液體（如汽油、有機(jī)溶劑等）時(shí)，常用汽蝕余量作為指標(biāo)來(lái)限制泵的安裝高度。1 面和 K 面間列柏努利方程：Pu2PuK211Kh f 1 Kg2 gg2 g當(dāng)離心泵發(fā)生汽蝕時(shí)，

15、PKPV;P1P1minPu 2PPu2Pu2此時(shí)則有11K1 min1VKh f 1 Kg2 ggg2 gg2 gPu2PPu2P所以，我們只要控制11V1 min1Vg 2 ggg2 gg則可以保證不發(fā)生汽蝕。Pu2P因 此 將1 m in1V的大小作為一個(gè)指標(biāo)，來(lái)限制離心泵的g2 gg安裝高度，稱為最小汽蝕余量。Pu 2Phmin =1 m in1Vg2 gg定義：在離心泵內(nèi)剛發(fā)生汽蝕時(shí)，泵入口處的全壓頭比泵內(nèi)最低壓強(qiáng)處的勢(shì)能高出的值為最小汽蝕余量。Pu2P由于hmin =1 m in1V時(shí)，離心泵已經(jīng)發(fā)生汽蝕，因此，g2 gg實(shí)際 的 汽蝕 余量 應(yīng) 大于 最小 汽 蝕 余 量 hmi

16、n 。允許 汽 蝕余 量為 h =hmin +03單 位 ： mH 2 O離心泵的允許安裝高度為：P0Pu2Hg11h f 0 1g2 g;.P0PPu2PV11Vh f 0 1gg2 ggP0PVhh f 0 1g四、實(shí)驗(yàn)條件下允許汽蝕余量h 與 允 許 吸 上 真 空高 度 H S 的 換算Pu2Ph =11Vg2ggPPPu2P=aa11Vggg2 ggPPu2=aVH S1g2 gPaPV10 mH 2 Ou12g0；2 g所 以 ，h10H S例：要將某減壓精餾塔塔釜中的液體產(chǎn)品用離心泵輸送到高位槽，釜中真空度位 500mmHg （其 中液 體 處于 沸 騰 狀 態(tài) ），泵 位于 地

17、 面 上，吸 入 管 總 阻 力 位 0.87m 液 柱 ，液體 的密 度為 986 /m 3 。 已 知該 泵 的 允 許 汽蝕 余量 為 4.2m ，試問(wèn) 該泵 的 安裝 是否 合適 ？若不合適，應(yīng)如何調(diào)節(jié)泵的安裝高度？;.§8離心泵的型號(hào)一、離心式清水泵1、B 型或 BA 型離心式清水泵單級(jí)單吸懸臂式離心泵， 流 量范 圍 6.3400m 3 /h 。全 系 列 揚(yáng) 程 范 圍 5125m2、D 型離心水泵多級(jí)分段式離心泵我國(guó)生產(chǎn)的多級(jí)泵一般為 29 級(jí)，最多可達(dá) 12級(jí) 。全 系 列 揚(yáng) 程 范 圍 50650m， 流 量 范 圍 10.8850m3 /h 。D（ DG）6

18、25×9D：多級(jí)離心泵DG：多級(jí)鍋爐給水泵6 ： 流量 6 m 3 /h25 ： 揚(yáng) 程 25m9：級(jí)數(shù)94B35A 型水 泵4：泵吸入口管直徑（英寸）B：?jiǎn)渭?jí)單吸懸臂式離心泵35：泵的揚(yáng)程A：葉片切割次數(shù)（A 一次切割；B二次；C三次）3 、 S 型（ 或 Sh 型） 離 心泵雙吸式離心泵全 系 列 揚(yáng)程 范 圍 9140m ， 流量 范 圍 12013000m3 /h 。二、耐腐蝕泵F型泵特點(diǎn)：與液體接觸部位用耐腐蝕材料制成。全 系 列 揚(yáng)程 范 圍 15105m ， 流量 范圍 2400m 3 /h FH：灰口鑄鐵，用于輸送濃硫酸。FG：高硅鑄鐵，用于輸送壓強(qiáng)不高的硫酸或以硫酸

19、為主的混酸。FM：鉻鎳鉬鈦合金鋼，適宜輸送常溫高濃度硝酸。FB：鉻鎳合金鋼，適宜輸送常溫低濃度硝酸、氧化性酸、堿其他弱腐蝕性液體。FS ：聚 四氟 乙 烯 塑 料，適 用 于 輸 送 90 o C 以 下 的 硫 酸 、硝 酸、鹽 酸及堿液。FV：鋁鐵青銅FQ：硬鉛FJ：耐堿鋁鑄鐵80FS24 型泵80 ： 泵 吸 入 口 管 直 徑（ mm ）FS：聚四氟乙烯塑料24 ： 揚(yáng) 程 24m三、油泵 Y 型泵特點(diǎn)：軸封要求高， 流 量 范 圍 6.25500m 3 /h 。全 系 列 揚(yáng)程 范圍 60603m適 用 溫 度范 圍： 45 o C400 o C;.四、液下泵FY 型泵特點(diǎn)：軸封要求