《化工過程流體機械》網(wǎng)頁課件第4章

化工過程流體機械教學(xué)課件第四章中國石油大學(xué)機電工程學(xué)院化工裝備與控制工程系

2006.9§4泵4.1泵的分類及用途

4.1.1泵的分類4.1.2泵的用途4.2離心泵的典型結(jié)構(gòu)與工作原理

4.2.1離心泵的典型結(jié)構(gòu)、分類及命名方法4.2.2離心泵的工作原理及基本方程4.3離心泵的工作特性

4.3.1離心泵的汽蝕及預(yù)防措施4.3.2離心泵的性能及調(diào)節(jié)4.3.3離心泵的啟動與運行4.3.4相似理論在泵中的應(yīng)用4.4其它泵概述

4.4.1軸流泵4.4.2旋渦泵4.4.3雜質(zhì)泵

4.4.4往復(fù)活塞泵4.4.5螺桿泵4.4.6滑片泵4.4.7齒輪泵4.5泵的選用

4.5.1泵的選用原則及分類4.5.2選用方法及步驟4.5.3泵的選用實例教學(xué)實驗

離心泵性能實驗離心泵汽蝕實驗§4泵

§4.1泵的分類及用途4.1.1泵的分類原理

動力式：葉片泵（離心泵、軸流泵、混流泵、旋渦泵）噴射泵水錘泵

容積式：往復(fù)泵（活塞泵、柱塞泵、隔膜泵）

回轉(zhuǎn)泵（齒輪泵、螺桿泵、滑片泵、液環(huán)真空泵）用途

通用（工業(yè)）泵：離心清水泵、往復(fù)泵、計量泵等

化工用泵：流程泵，石油、化工、制藥等

水利用泵：大型軸流泵、混流泵、農(nóng)用排灌、深井、污水等

動力用泵：發(fā)電廠、原子能電站，鍋爐給水、冷卻等

特殊用泵：航空航天、醫(yī)學(xué)、科技等§4泵

§4.1泵的分類及用途4.1.2泵的用途

石化用泵（主要化工流程泵）用途：（傳能、傳質(zhì)），增壓、輸送、工藝特點：參數(shù)（流量、揚程、壓力、溫度、汽蝕）

介質(zhì)（燃、爆、毒、腐、漏）、安裝（場地）、壽命等類型：進料、注入、補給、循環(huán)、回流、沖洗、排污、塔底、封液、產(chǎn)品、燃油泵等現(xiàn)狀：第三代泵流程泵和化工泵AY型油泵；IH、CZ型泵；Z、SJA，GSJH，DVS，DSJH型流程泵等

特殊流程泵高壓小流量泵、切線泵、屏蔽泵、磁力泵、低溫泵、保溫泵、自吸油泵化工軸流泵和混流泵、加氫泵、油漿泵、焦化爐進料泵、高壓除焦泵高壓甲胺泵、高壓液氨泵；鈦泵、塑料泵、陶瓷泵

新型石化泵

高速泵：（高楊程泵）H

＝

1000m，研制H

≥

3600m，n

≥

24000r/min

P

≥

1320kW，價格為進口1/2～1/3

無軸封泵：國內(nèi)屏蔽泵P≤110kW，磁力泵P≤45kW，t≤450℃計量泵：腐蝕、易爆、易揮發(fā)和劇毒液體，機械隔膜、管式隔膜泵低流量泵：Q

＝0.2m3/h旋轉(zhuǎn)噴射泵、內(nèi)嚙合齒輪泵（輸送高粘度液體）等§4泵

§4.1泵的分類及用途4.1.2泵的用途

石化用泵（主要化工流程泵）種類（型譜）

葉片泵

140種，容積泵

40種石化離心流程泵

20種（Q

＜

2390m3/h，H

＜

650m，t

＜

450℃）問題

密封和軸承、型譜范圍（覆蓋面）泵用材料（國外40～50種，國內(nèi)最多23種）、環(huán)保（密封）泵產(chǎn)品質(zhì)量：API610標(biāo)準(zhǔn)美國石油協(xié)會API《石油、重化學(xué)和氣體工業(yè)用離心泵》

新產(chǎn)品（國內(nèi)生產(chǎn)困難）大型成套裝置泵，高粘度泵、保溫泵、含固體顆粒泵、高速泵強腐蝕泵、強溶劑介質(zhì)泵、小流量泵、小流量高揚程泵低汽蝕余量泵、高入口壓力泵、成品泵、自吸泵齒輪泵、特殊計量泵、大功率磁力傳動泵等使用壽命?！鞍宋濉币?000～13000小時API610規(guī)定連續(xù)運行3年，使用壽命20年等§4泵

§4.2離心泵的典型結(jié)構(gòu)與工作原理

4.2.1離心泵的典型結(jié)構(gòu)、分類及命名方法離心泵的典型結(jié)構(gòu)（轉(zhuǎn)子、靜子）過流部件（吸入室、葉輪、蝸殼）

軸承

（軸封箱）密封

（口環(huán)、機械密封）§4泵

§4.2離心泵的典型結(jié)構(gòu)與工作原理

4.2.1離心泵的典型結(jié)構(gòu)、分類及命名方法離心泵的分類

單、雙吸單、多級蝸殼、筒形立式臥式管道式等§4泵

§4.2離心泵的典型結(jié)構(gòu)與工作原理

4.2.1離心泵的典型結(jié)構(gòu)、分類及命名方法離心泵的分類

高速部分流泵（切線增速泵）

葉輪旋轉(zhuǎn)→→部分流體擴壓管流出→→其余流體繼續(xù)旋轉(zhuǎn)做功（多次增加能量）

轉(zhuǎn)速

n↑（6000～25000r/min）揚程

H↑（800～1900m）效率η↓（比多級離心泵效果好）

自吸式離心泵泵內(nèi)存液→葉輪旋轉(zhuǎn)→→氣液混排→氣液分離→→氣體排出→液體返回→循環(huán)至充液工作條件（少量存液、密封真空）§4泵

§4.2離心泵的典型結(jié)構(gòu)與工作原理

4.2.1離心泵的典型結(jié)構(gòu)、分類及命名方法離心泵的命名方式（例題4-1～4-4）§4泵

§4.2離心泵的典型結(jié)構(gòu)與工作原理

4.2.2離心泵的工作原理及基本方程工作原理

離心泵一般裝置

1——泵2——吸液罐3——底閥4——吸入管路5——吸入管調(diào)節(jié)閥6——真空表7——壓力表8——排出管調(diào)節(jié)閥9——單向閥10——排出管路11——流量計12——排液罐§4泵

§4.2離心泵的典型結(jié)構(gòu)與工作原理

4.2.2離心泵的工作原理及基本方程離心泵的性能參數(shù)☆思考題4.1

離心泵有哪些性能參數(shù)？其中揚程是如何定義的？它的單位是什么？性能參數(shù)體積流量m3/sm3/h質(zhì)量流量kg/skg/h能量（壓力）功率kW效率％轉(zhuǎn)速r/min汽蝕余量m離心泵qVqm揚程H

m=N·m/N有效Ne

軸N

總η容積ηV

水力ηhyd機械ηmnNPSHr離心壓縮機進口qVin能量頭HpolkJ/kg壓比ε壓力p

級總Ntot總內(nèi)Ni

軸N多變ηp絕熱ηT

機械ηmק4泵

§4.2離心泵的典型結(jié)構(gòu)與工作原理

4.2.2離心泵的工作原理及基本方程離心泵的工作原理及基本方程

揚程

m（4-4）

說明：壓能＋動能＋位能，泵內(nèi)主要壓能（動能和位能→0）單位N

?

m/N＝m（單位重量液體能量增值）

有效功率

kW（4-5）效率

（4-10）

式中：η——總效率；Ne

——有效功率

qVt

——理論流量（無泄漏）；Ht——理論揚程（無損失）

ηV

——容積效率(泄漏損失)；ηhyd

——水力效率(流動損失)

ηm

——機械效率(摩擦損失)（表4-2參考值）

§4泵

§4.2離心泵的典型結(jié)構(gòu)與工作原理

4.2.2離心泵的工作原理及基本方程離心泵的工作原理及基本方程

工作原理灌泵（葉輪存液）→葉輪旋轉(zhuǎn)→→液體離心甩出（加速動能）→→葉輪中心真空→液體吸入補充→→循環(huán)輸送液體

說明常規(guī)葉片泵可輸送含少量氣體混合流體但氣體體積含量＞4％時,通常揚程、效率顯著下降，進而喪失工作能力

原因葉輪中氣液相分離，氣相將液相排出葉輪葉輪中心進口處形成氣相聚積死區(qū)，介質(zhì)加速，氣相死區(qū)擴展最終氣相完全填充流道，泵失去工作能力

氣液混輸技術(shù)關(guān)鍵防止氣液介質(zhì)分離（連續(xù)輸送），保持氣液兩相均質(zhì)性（穩(wěn)定流動）

結(jié)構(gòu)：（軸向）葉輪＋整流器（混合、穩(wěn)定）§4泵

§4.2離心泵的典型結(jié)構(gòu)與工作原理

4.2.2離心泵的工作原理及基本方程基本方程☆思考題

4.2

試寫出表達離心泵理論揚程的歐拉方程式和實際應(yīng)用的半經(jīng)驗公式

基本方程離心泵離心壓縮機連續(xù)方程

qm

＝ρqV

（4-1）qm

＝ρi

qVi

（3-1）歐拉方程m（4-11）、（4-12）kJ/kg（3-4）歐拉方程實用半經(jīng)驗Stodola

公式(有限葉片影響)(μ滑移系數(shù))m（4-13）、（4-14）kJ/kg（3-10）熱焓方程×（3-12）伯努利方程（無損失）m（4-4）kJ/kg（3-14）§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.1離心泵的汽蝕及預(yù)防措施汽蝕發(fā)生的機理及嚴(yán)重后果☆思考題4.3

簡述汽蝕現(xiàn)象，并說明汽蝕的危害

汽蝕

Cavitation

：空化、空蝕，（來源）空洞、空泡、氣泡

水力機械特有的在一定條件下因流體與氣體相互轉(zhuǎn)化引起的破壞現(xiàn)象

發(fā)生機理

最低壓力

pK↓→葉片進口處局部

pK

＜pV

→液體汽化→氣泡逸出體積增加↑→→葉輪做功

p↑→氣泡凝結(jié)潰滅體積↓↓→→空穴形成，液體合圍→撞擊、沖擊流道→（高壓數(shù)百at、高溫300℃、高頻3000Hz）→剝蝕表面、擴展裂紋、電化學(xué)腐蝕→

汽蝕：液體汽化、凝結(jié)、沖擊、破壞過程

氣泡

§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.1離心泵的汽蝕及預(yù)防措施汽蝕發(fā)生的機理及嚴(yán)重后果☆思考題4.3

簡述汽蝕現(xiàn)象，并說明汽蝕的危害

汽蝕危害部件損壞（過流表面剝蝕、麻點、蜂窩、裂紋、穿孔）

性能下降（流量

qV

、揚程H

、效率η下降↓）

噪聲振動（氣泡潰滅、液體撞擊）

機器失效（抽空斷流，氣泡堵塞流道）

機器破壞（葉輪損壞、共振破壞）

易汽蝕泵高溫泵（鍋爐給水泵）輕油泵（夏季高溫儲運鶴管）

飽和蒸汽壓pV

高↑§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.1離心泵的汽蝕及預(yù)防措施吸入裝置參數(shù)下標(biāo)：大氣壓

a、汽化

V、最低

K

吸入液面

A、泵入口

S壓力：大氣壓

pa

、汽化

pV

、最低

pK

吸入液面

pA

、入口

pS負(fù)壓：泵入口真空度

HS位置：泵入口

ZS

、吸入液面

ZA位差：泵安裝高度

Hg＝ZS―ZA泵高＋；泵低―，即倒灌裝置灌注頭流速：泵入口

cS

、葉片入口絕對

c0

、葉片入口相對

w0流動損失：吸入管ΔHA-S介質(zhì)：重度γ＝gρ系數(shù)：泵內(nèi)流動λ1、λ2

汽蝕余量：

NPSH（凈正吸入壓頭

NetPositiveSuctionHead）

（泵裝置）有效汽蝕余量NPSHa

（泵本身）必需汽蝕余量NPSHr壓力最低處§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.1離心泵的汽蝕及預(yù)防措施汽蝕判別參數(shù)（有效汽蝕余量）☆思考題4.4

何謂有效汽蝕余量？何謂泵必需的汽蝕余量？并寫出它們的表達式①.泵內(nèi)最低壓力

pK（泵入口附近）②.（泵裝置）有效汽蝕余量

NPSHa液流自吸液罐（池）經(jīng)吸入管路到泵入口高出汽化壓力pV

所富余能量頭（4-15、17式等）

m③．吸上真空度

HS

，（4-21）、（4-23）式等

m④．泵安裝高度

Hg

m§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.1離心泵的汽蝕及預(yù)防措施汽蝕條件參數(shù)（必需汽蝕余量）☆思考題4.4

何謂有效汽蝕余量？何謂泵必需的汽蝕余量？并寫出它們的表達式①.汽化壓力

pV

②.（泵本身）必需汽蝕余量

NPSHr液流自泵入口到泵葉輪內(nèi)壓力最低pK

處所消耗的能量頭（靜壓能量頭降低值）

m（4-18）

式中：λ1＝1.05～1.3（流速及流動損失），λ2＝0.2～0.4（流體繞流葉片壓降）③.最大吸上真空度

HSmax

，（4-22式等）

m④.泵最大安裝高度

Hgmax

m§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.1離心泵的汽蝕及預(yù)防措施

汽蝕安全條件

（保證泵不發(fā)生汽蝕，加安全裕量）①.壓力

pK

＞

pV

（理論條件，無法測量）②.汽蝕余量

NPSHa

＞NPSHr

（4-20）

NPSHa

≥NPSHr

＋（0.3～0.5）m＝[

NPSHr

]（允許汽蝕余量）③.吸上真空度HS＜

HSmaxHS≤

HSmax

－（0.3～0.5）m＝[HS]（允許吸上真空度）④.泵安裝高度Hg＜

HgmaxHg≤

Hgmax

－（0.3～0.5）m＝[

Hg]（允許安裝高度）汽蝕安全區(qū)§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.1離心泵的汽蝕及預(yù)防措施☆思考題4.5

試寫出泵汽蝕基本方程式如何根據(jù)該方程式判斷泵是否發(fā)生汽蝕及嚴(yán)重汽蝕？

汽蝕判別條件（汽蝕判別式）泵開始發(fā)生“＝”，嚴(yán)重汽蝕“＜或＞”①.壓力

pK

≤

pV

（理論條件，無法測量）②.汽蝕余量

NPSHa

≤

NPSHr

（4-20）

汽蝕基本方程式（汽蝕判別式）

NPSHa

＝

NPSHr

，即（4-19）式③.吸上真空度HS≥

HSmax④.泵安裝高度Hg≥

Hgmax汽蝕發(fā)生區(qū)§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.1離心泵的汽蝕及預(yù)防措施汽蝕余量及汽蝕判別式

說明：

①.表示形式（理論）壓力

p

、汽蝕余量

NPSH

吸上真空度

HS

、泵安裝高度

Hg

②.判別形式

不發(fā)生（安全操作，有余量）

開始發(fā)生

嚴(yán)重汽蝕

③.汽蝕特性（兩條，保證安全操作）

[

NPSHr

]

—

qV

和[

HS]

—

qV

④.實驗測試

⑤.條件換算

NPSHr

特性：轉(zhuǎn)速

n[

HS]特性：大氣壓

pa

，介質(zhì)

pV

、γ

汽蝕特性§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.1離心泵的汽蝕及預(yù)防措施提高離心泵抗汽蝕性能的措施☆思考題4.6

提高離心泵抗汽蝕性能應(yīng)采取哪些措施？試舉例說明之根據(jù)汽蝕安全條件②及（4-17、18）式

抗汽蝕措施：①.

三方面措施：NPSHa↑、NPSHr↓、改進葉輪材料②.

pA↑：吸液罐增壓↑、葉輪入口誘導(dǎo)輪（葉輪前增壓）

③.

pV↓：降溫

t↓（pV

＝

f(t

)

）、吸液罐冷卻（夏季輕油品輸送）

④.

ΔHA-S↓：改善吸入特性，阻力損失↓；流量

qV↓、轉(zhuǎn)速

n↓、管徑

d↑管長

l↓，閥門彎頭管件數(shù)量↓、局部阻力損失↓，閥門開度↑

⑤.

Hg↓：

泵安裝位置

ZS↓、吸液罐位置

ZA↑（灌注頭）§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.1離心泵的汽蝕及預(yù)防措施提高離心泵抗汽蝕性能的措施☆思考題4.6

提高離心泵抗汽蝕性能應(yīng)采取哪些措施？試舉例說明之根據(jù)汽蝕安全條件②及（4-17、18）式

抗汽蝕措施：⑥.λ1、λ2↓：改進葉輪入口（阻力損失↓，流線型，緩慢繞流）微正沖角（i＝β1A―β1

）§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.1離心泵的汽蝕及預(yù)防措施提高離心泵抗汽蝕性能的措施☆思考題4.6

提高離心泵抗汽蝕性能應(yīng)采取哪些措施？試舉例說明之根據(jù)汽蝕安全條件②及（4-17、18）式

抗汽蝕措施：⑦.

c0、w0↓：葉輪入口

D0↑、輪轂直徑dh↓、葉輪入口寬度

b1↑、雙吸葉輪

⑧.葉輪材料：強度↑、硬度↑、韌性↑、化學(xué)穩(wěn)定性↑、表面光潔度↑

抗腐蝕、抗疲勞、抗剝落；不銹鋼

2Cr13、稀土合金鑄鐵高鎳鉻NiCr合金、鋁鐵AlFe青銅

9-4等§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.2離心泵的性能及調(diào)節(jié)離心泵的運行特性☆思考題4.7

示意畫出離心泵的特性曲線并說明每種特性曲線各有什么用途？

泵的特性曲線

（四條）

1.揚程H―qV

流量

2.功率N―qV

流量

3.效率η―qV

流量

4.吸入特性（兩種）

必須汽蝕余量

NPSHr―qV

流量

泵最大吸上真空度

Hsmax

―qV

流量§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.2離心泵的性能及調(diào)節(jié)離心泵的運行特性☆思考題4.7

示意畫出離心泵的特性曲線，并說明每種特性曲線各有什么用途？

泵的特性曲線

特性曲線形狀用途類型1揚程H―qV↘選型操作平緩、陡降、駝峰2功率N―qV↗啟動運行選驅(qū)動機平緩、陡峭（離心泵關(guān)閥、軸流泵開閥）3效率η―qV↗↘工作范圍經(jīng)濟性峰值ηmax（±7%

ηmax

高效工作范圍）4吸入特性NPSHr―qV↗判斷汽蝕工況緩升[

NPSHr

]

―

qVHsmax

―qV↘緩降[Hs]

―

qV§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.2離心泵的性能及調(diào)節(jié)離心泵的運行特性泵的特性曲線

說明①.實際特性

非理論特性（理論歐拉方程）②.定性分析

定量困難，損失難計算③.實驗測試

理論計算困難研究“性能預(yù)測”④.特性換算

工作條件改變（轉(zhuǎn)速

n

、粘度等）

相似定律、切割定律

粘度換算（蘇美、大慶法）⑤.后彎葉片β2A＜

90o§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.2離心泵的性能及調(diào)節(jié)離心泵的運行特性泵在不穩(wěn)定工況下工作☆思考題4.8

如何判別泵運行工況的穩(wěn)定性？在什么條件下泵工作不穩(wěn)定？是否絕不允許泵在不穩(wěn)定工況下工作？

工況點穩(wěn)定判別

（4-24）式

穩(wěn)定

管網(wǎng)特性斜率＞泵特性斜率

不穩(wěn)定

管網(wǎng)特性斜率＜泵特性斜率

條件泵駝峰型特性左段＋管路靜揚程變化（液面、蓄能）

允許工作

特殊情況（石化應(yīng)用較少，離心壓縮機不允許喘振）防水擊、振動和倒流現(xiàn)象可允許工作。應(yīng)選泵非駝峰特性

不穩(wěn)定工況點

穩(wěn)定工況點

§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.2離心泵的性能及調(diào)節(jié)☆思考題4.9

改變泵的運行工況，可采取哪些調(diào)節(jié)措施？哪種調(diào)節(jié)措施比較好？離心泵運行工況的調(diào)節(jié)

①.變泵特性轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、切割外徑調(diào)節(jié)、改變導(dǎo)葉片角度改變?nèi)~片端間隙、并聯(lián)串連等

②.變裝置（管路）特性閘閥調(diào)節(jié)、液位調(diào)節(jié)、旁路分流調(diào)節(jié)③.同時改變泵和管特性§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.2離心泵的性能及調(diào)節(jié)☆思考題4.9

改變泵的運行工況，可采取哪些調(diào)節(jié)措施？哪種調(diào)節(jié)措施比較好？離心泵運行調(diào)節(jié)方法①.變泵特性

②.變裝置（管路）特性

③.同時改變泵和管特性

調(diào)節(jié)方法變特性原理主要特點主要問題經(jīng)濟性應(yīng)用變轉(zhuǎn)速泵特性平移泵特性節(jié)能調(diào)速驅(qū)動機最好常用切割葉輪外徑切割定律系列產(chǎn)品切割范圍較差變導(dǎo)葉片角度預(yù)旋調(diào)節(jié)節(jié)能機構(gòu)復(fù)雜較好不常用變?nèi)~輪端間隙泄漏調(diào)節(jié)簡便流量損失差泵串聯(lián)并聯(lián)設(shè)備聯(lián)合滿足工藝要求設(shè)計匹配并聯(lián)較好,串聯(lián)較差設(shè)計要求閥門節(jié)流管特性節(jié)流增阻簡便能量損失差常用液位調(diào)節(jié)平移管特性節(jié)能裝置復(fù)雜較好特殊情況旁路分流平緩管特性簡便損失浪費差備用§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.3離心泵的啟動與運行基本內(nèi)容

檢查：輔助系統(tǒng)（潤滑、冷卻、密封）、安裝情況（設(shè)備、基礎(chǔ)、螺栓等）

清理現(xiàn)場（聯(lián)軸器、傳動帶附近）

啟動前：盤車（人工，大型機盤車裝置）→→試車（點動，轉(zhuǎn)動方向）→→暖泵（高溫泵）

啟動程序：充液（自灌、抽氣、人工，舊泵放氣）→→關(guān)閥（離心泵出口閥，軸流泵開閥）→→冷卻循環(huán)（開冷卻泵、開冷卻水閥）→→啟動→空轉(zhuǎn)（＜2～4min，觀察出口壓力）→→開閥工作（流量qV↑，壓力

pout↓）運行注意事項

運行參數(shù)（qV

、pout

）、振動噪聲（儀表或人工監(jiān)測）

軸承溫度（儀表或感觸，如列車檢查）

潤滑油狀況（油量、外觀[滲水變質(zhì)]、溫度等）☆思考題4.10

啟動離心泵應(yīng)如何操作才是正確安全的？離心泵正確安全操作

執(zhí)行操作規(guī)范、安全制度，崗位培訓(xùn)等，認(rèn)為盤車、關(guān)閥等重要§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.4相似理論在泵中的應(yīng)用

泵的流動相似條件☆思考題4.11

兩泵流動相似，應(yīng)具備哪些條件？

流體機械相似條件（四項）

幾何相似

運動相似

動力相似

熱力相似

泵流動相似條件（簡化兩項）

幾何相似

進口速度三角形相似（運動相似）

相似工況滿足相似條件

相似工況點運行應(yīng)用相似定律§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.4相似理論在泵中的應(yīng)用相似定律和比例定律☆思考題4.12

試寫出泵的相似定律表達式和葉輪切割定律表達式，并說明它們的用途

相似定律（簡化形式，液體相同，尺寸、轉(zhuǎn)速不同）

（4-28，29，30）式中：λl

——

尺寸比例系數(shù)（模型縮放比）上標(biāo)“′”——模型或原型參數(shù)比例定律（尺寸、液體相同，轉(zhuǎn)速不同）（4-31，32，33）

§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.4相似理論在泵中的應(yīng)用☆思考題4.13

何謂泵的比轉(zhuǎn)數(shù)？比轉(zhuǎn)數(shù)有何用途？

比轉(zhuǎn)數(shù)

ns（4-35）

說明：①.相似判別數(shù)（幾何相似泵工況相似），判別葉輪出口相似工況②.設(shè)計（額定）參數(shù)即最佳工況（ηmax）流量

qV*m3/s（雙吸泵

qV

/

2）

揚程

H*m（多級泵

H

/

i

級數(shù)）、轉(zhuǎn)速

n*r/min③.用途

分類（結(jié)構(gòu)、性能）、?；O(shè)計、系列型譜、選擇使用④.來源

水輪機，3.6515＝（1000[

kg/m3]／75[

kgf-m/s

/馬力]）1/2

⑤.有因次（量綱）（m3/4s-1/2min-1，參數(shù)單位有關(guān)）⑥.唯一參數(shù)

比轉(zhuǎn)數(shù)

ns為唯一設(shè)計參數(shù)，n↑→qV↑，H↑，ns不變⑦.性能關(guān)系比轉(zhuǎn)數(shù)與葉輪形狀和性能曲線的關(guān)系（表4-3）§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.4相似理論在泵中的應(yīng)用

§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.4相似理論在泵中的應(yīng)用

表4-3比轉(zhuǎn)數(shù)與葉輪形狀和性能曲線的關(guān)系（續(xù)表）

§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.4相似理論在泵中的應(yīng)用

汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)

c

（4-36）說明：①.相似準(zhǔn)則數(shù)（有因次）判別泵（汽蝕）吸入特性，葉輪入口相似工況②.設(shè)計參數(shù)計算（與比轉(zhuǎn)數(shù)ns計算參數(shù)相同）③.提高抗汽蝕性能→NPSHr↓→c↑④.清水泵

c

＝800～950高抗汽蝕性泵

c

＝1600～3000

特殊設(shè)計泵（誘導(dǎo)輪）c

＝6300§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.4相似理論在泵中的應(yīng)用葉輪切割定律

問題：現(xiàn)場需要同類型泵系列流量范圍（小范圍）無變速條件，變尺寸（成套葉輪）成本高↑

簡單方法：切割葉輪外徑（同葉輪不同外徑

D2）

切割定律：（4-37，38，39，表4-4）

說明：①.允許切割范圍

（最大相對切割量，±5～8ηmax

）保證高效率，超范圍效率η

過低②.ns↑（葉輪矮胖）→允許切割量范圍↓→（軸流泵不允許切割）（表4-4，習(xí)題4-1）③.（切割前后）非相似工況（幾何、速度三角形不相似）

對應(yīng)工況（近似相似）§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.4相似理論在泵中的應(yīng)用

泵的高效工作范圍☆思考題4.14

何謂泵的高效工作區(qū)？并畫出它的示意圖

高效工作區(qū)（范圍）

高效―切割（變速）范圍組成的四邊形H―qV

工作區(qū)（圖4-16

ABCD

）

左右范圍：（圖4-16AD、BC

）

相似（等效率η）拋物線（相似工況點軌跡）

上下范圍：（圖4-16AB、DC

）允許切割（變速）特性曲線§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.4相似理論在泵中的應(yīng)用

泵的系列型譜同類型不同規(guī)格系列泵（含多級泵）全部高效工作區(qū)組成的H―qV

坐標(biāo)圖教材圖4-17：清水單級離心泵系列型譜圖（國際標(biāo)準(zhǔn)ISO-2858）

特點：標(biāo)明泵進出口

直徑

d

和

葉輪外徑

D2

用途：選型、設(shè)計、系列

來源：國家標(biāo)準(zhǔn)廠商樣本設(shè)計資料等

要求：基本覆蓋全部

H―qV

范圍泵型譜區(qū)不要重疊§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.4相似理論在泵中的應(yīng)用泵的系列型譜§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.4相似理論在泵中的應(yīng)用泵的系列型譜§4泵

§4.3離心泵的工作特性

4.3.4相似理論在泵中的應(yīng)用泵的系列型譜§4泵

§4.4其它泵概述

☆思考題4.15

有哪些其他類型的泵？試任例舉一種類型泵的工作原理和用途4.4.1軸流泵☆思考題4.16

軸流泵有何特點？試述軸流泵的工作特性，并說明為何啟動軸流泵前要使出口管道的閥門全開？結(jié)構(gòu)軸流葉輪

（葉片固定、半調(diào)節(jié)、全調(diào)節(jié)）

導(dǎo)葉

吸入排出管（排出彎管）機殼等

立式、臥式、斜式（葉輪外徑

D2

達3～4m）原理

動力型葉片式

歐拉方程（同軸流壓縮機）

§4泵

§4.4其它泵概述

4.4.1軸流泵☆思考題4.16

軸流泵有何特點？試述軸流泵的工作特性，并說明為何啟動軸流泵前要使出口管道的閥門全開？特性：H―qV

，馬鞍形凹下工作區(qū)（葉片翼型表面脫流與二次回流損失大的qV

范圍）

N―qV

，下降↘形（開閥啟動，啟動軸流泵前全開出口管道閥門）

η―qV

，高效工作范圍小↓

應(yīng)用：水利、化工、熱電，循環(huán)水、給排水、噴水推進器（灌泵方式：葉輪浸沒液下、真空泵抽氣）

特點流量

qV

↑0.3，18，1080～65，3900，234000m3/s,min,h

揚程

H

↓（2～20m）

效率η

↑（＞90％）比轉(zhuǎn)速

ns↑（500～1600）§4泵

§4.4其它泵概述

4.4.2旋渦泵結(jié)構(gòu)

葉輪（多葉片雙面半開式）

環(huán)形流道（葉輪―泵殼）

隔板（吸入―排出口）

泵體、泵蓋等原理

三維旋渦流動（環(huán)道）

多次傳能（流體多次進葉輪相互撞擊）

揚程

H↑

損失↑（效率η↓）

§4泵

§4.4其它泵概述

4.4.2旋渦泵特性圖4-24，揚程

H―qV

陡降（離心泵緩降）

功率

N―qV

陡降（離心泵緩升）

效率η↓（高效區(qū)↓）特點①.H↑、qV↓、η↓（20～40％＜50％）②.結(jié)構(gòu)簡單、體積小↓、重量輕↓葉輪比轉(zhuǎn)數(shù)

ns小↓（＜40，葉輪瘦高）

銅質(zhì)葉輪（防腐蝕）③.抗汽蝕性能差↓，特殊設(shè)計有自吸能力、可氣液混輸④.加工制造裝配要求↑（徑向軸向間隙↓0.07～0.3mm）應(yīng)用

揚程

H高↑、流量

qV

小↓不適宜輸送粘度低↑或含雜質(zhì)液體（間隙↓）或化工、醫(yī)藥酸、堿、腐蝕、揮發(fā)等液體§4泵

§4.4其它泵概述

4.4.3雜質(zhì)泵

液固兩相輸送：雜質(zhì)泵（泥漿泵、砂泵、渣漿泵）

無堵塞泵（污水泵、開式離心泵、螺旋離心泵）結(jié)構(gòu)：常用離心式葉輪（葉片、單葉片、半開式、螺旋式）其他螺旋離心泵、旋流泵等

§4泵

§4.4其它泵概述

4.4.3雜質(zhì)泵

原理：防磨損（過流部件）

流道設(shè)計（瓦爾曼Warman

葉輪內(nèi)旋渦防固體顆粒磨損流道葉輪前后蓋板襯套）

材料（耐磨損）、結(jié)構(gòu)強化、背葉片（防密封磨損）

防固體或氣體堵塞（流道）

半開式、開式、單葉片（單流道）

雙葉片（雙流道）、流道面積大↑特點：適用含雜質(zhì)、易堵塞介質(zhì)，使用壽命長↓（磨損?。?yīng)用：污水（含顆粒、雜質(zhì)、殘渣）

渣漿（泥漿、礦漿、煤漿、砂漿、混凝土漿）

食品（魚類、甜菜等）§4泵

§4.4其它泵概述

4.4.4往復(fù)活塞泵結(jié)構(gòu)：同往復(fù)式壓縮機（液缸，非氣缸），活塞、曲軸、連桿、閥門、填料等

液力端和動力端；單雙三多缸，單雙作用形式，電動、手動、蒸汽驅(qū)動原理：容積型往復(fù)式特性：理論與管道無關(guān)，實際因泄漏略減；圖4-30、圖4-31（轉(zhuǎn)置觀察）

流量qV

―H

特性→↘（高H

略減）、功率

N―H

特性↗（激增）

效率η―H

特性↗→↘（低H

低η，高

H

略減）

調(diào)節(jié)（圖4-31，平移特性；變?nèi)莘e、變速、變行程，回流）特點：①.流量

qV

與結(jié)構(gòu)（缸徑、行程、轉(zhuǎn)速）有關(guān)與揚程

N無關(guān)（高

H

泄漏略減）②.流量（壓力）脈動（不均勻），解決：多缸（qV

均勻，常用三缸）、緩沖罐③.任意揚程（功率、密封、強度），設(shè)置安全（溢流）閥（超壓卸放回流）④.自吸性能⑤.開閥啟動（管道截止閥，非泵進出口自動閥）應(yīng)用：壓力

p高↑（＞10MPa）、流量

qV

小↓（＜100m3/h）各種介質(zhì)（可輸粘液），計量泵（定量泵、比例泵）

柱塞式、隔膜式、波紋管式，可調(diào)行程（曲柄回轉(zhuǎn)半徑）輸送易燃、易爆、腐蝕、磨蝕、漿料等，精度

±0.5～1.0％

三缸柱塞泵、油田注水泵（高壓＞10MPa）、泥漿泵（磨損難題）§4泵

§4.4其它泵概