第三章離心泵centrifugalpump教學(xué)講義

第三章離心泵

centrifugalpump

第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點(diǎn)第二節(jié)離心泵的一般結(jié)構(gòu)第三節(jié)離心泵的相似理論和比轉(zhuǎn)數(shù)第四節(jié)船用離心泵的自吸第五節(jié)離心泵的汽蝕第六節(jié)離心泵的管理復(fù)習(xí)思考題第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點(diǎn)分類：離心泵………液體軸向進(jìn)入，徑向流出；軸流泵………液體軸向進(jìn)入，軸向流出；混流泵………液體沿軸線的傾斜方向進(jìn)入，仍然是沿軸線的傾斜方向流出。優(yōu)缺點(diǎn)：1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作；2.流量大，流量均勻；3.重量輕，運(yùn)動(dòng)部件少，轉(zhuǎn)速高；4.泵送的液體粘度范圍廣；5.無自吸能力。第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點(diǎn)一、工作原理第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點(diǎn)一、工作原理

泵軸帶動(dòng)葉輪一起旋轉(zhuǎn)，充滿葉片之間的液體也隨著旋轉(zhuǎn)，在慣性離心力的作用下液體從葉輪中心被拋向外緣的過程中便獲得了能量，使葉輪外緣的液體靜壓強(qiáng)提高，同時(shí)也增大了流速，一般可達(dá)15～25m/s。液體離開葉輪進(jìn)入泵殼后，由于泵殼中流道逐漸加寬，液體的流速逐漸降低，又將一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，使泵出口處液體的壓強(qiáng)進(jìn)一步提高。液體以較高的壓強(qiáng)，從泵的排出口進(jìn)入排出管路，輸送至所需的場(chǎng)所

為簡(jiǎn)化液體在葉輪內(nèi)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，作兩點(diǎn)假設(shè)：①葉輪內(nèi)葉片的數(shù)目為無窮多，即葉片的厚度為無限薄，從而可以認(rèn)為液體質(zhì)點(diǎn)完全沿著葉片的形狀而運(yùn)動(dòng)，亦即液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡與葉片的外形相重合；②輸送的是理想液體，由此在葉輪內(nèi)的流動(dòng)阻力可忽略。1.液體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)情況及速度三角形第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點(diǎn)二、離心泵的壓頭方程式*相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度ω：它是以與液體一起作等角速度的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)為參照系，液體質(zhì)點(diǎn)沿葉片從葉輪中心流到外緣的運(yùn)動(dòng)速度，即相對(duì)于旋轉(zhuǎn)葉輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度ω。*絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度c：它是以固定于地面的靜止坐標(biāo)作為參照系的液質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，稱為絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度用c表示。三者關(guān)系：

速度三角形如圖示：三個(gè)速度構(gòu)成了速度Δ，α表示c與u之間的夾角，β表示ω與u反方向延長(zhǎng)線之間的夾角，α，β稱為流動(dòng)角，其大小與葉輪的結(jié)構(gòu)有關(guān)。根據(jù)余弦定理，則：1.液體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)情況及速度三角形第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點(diǎn)二、離心泵的壓頭方程式液體質(zhì)點(diǎn)在葉輪內(nèi)的速度有三個(gè)：*圓周運(yùn)動(dòng)速度u：葉輪帶動(dòng)液體質(zhì)點(diǎn)作圓周運(yùn)動(dòng)的速度，若將c分解為徑向分量Cr和圓周分量Cu，則分別為：（得出的公式結(jié)論將在后面用） 則：1.液體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)情況及速度三角形第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點(diǎn)二、離心泵的壓頭方程式2.離心泵的揚(yáng)程方程式1）理想壓頭方程式（歐拉公式）揚(yáng)程等于單位重量液體通過泵后所具有的能量增值（即液體離開葉輪和進(jìn)入葉輪時(shí)的壓頭之差）。勢(shì)能壓力能速度能第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點(diǎn)二、離心泵的壓頭方程式1）理想壓頭方程式（歐拉公式）(續(xù)）☆假設(shè)葉輪不轉(zhuǎn)，液體仍以葉輪回轉(zhuǎn)時(shí)那樣的相對(duì)速度ω通過葉輪，其能量表達(dá)式：（站在葉輪上看液體）☆實(shí)際上葉輪在轉(zhuǎn)，液體在過程中獲得離心力所作的功W，其能量表達(dá)式：（站在泵的殼體上看液體）2.離心泵的揚(yáng)程方程式第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點(diǎn)二、離心泵的壓頭方程式☆離心力對(duì)單位重量液體所作的功W：離心力＝1）理想壓頭方程式（歐拉公式）(續(xù)）2.離心泵的揚(yáng)程方程式第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點(diǎn)二、離心泵的壓頭方程式離心力做的功（3）壓頭公式（1）能量表達(dá)公式（2）（3）式代于（2）式后，在代于（1）式，得歐拉方程I式：Hp（靜壓頭）Hc(動(dòng)壓頭)離心力的作用下葉輪旋轉(zhuǎn)所增加的靜壓頭葉片間通道面積逐漸加大使液體的相對(duì)速度減少所增加的靜壓頭液體流經(jīng)葉輪后所增加的動(dòng)壓頭（在蝸殼中其中一部分將轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能）Hp用于克服裝置中的流阻、液位差和反壓。要求Hp大于這三者之和。Hc表現(xiàn)為液流的絕對(duì)速度增加。要求Hc不宜過大，因?yàn)镠c大流阻大。歐拉方程I式速度三角形和余弦定律：得：（4）（1）將（4）式代于（1）式后，得：歐拉方程II式2）對(duì)歐拉方程II式的分析歐拉方程II式①在離心泵設(shè)計(jì)中，為提高理論壓頭，一般使α1＝90°（液體徑向進(jìn)入葉片間通道），cosα1＝0歐拉方程II式2.離心泵的揚(yáng)程方程式第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點(diǎn)二、離心泵的壓頭方程式②根據(jù)速度三角形2）對(duì)歐拉方程II式的分析(續(xù)）α2c2u=c2cosα2

=u2–cr2ctgβ2w2α2c2u2cr2c2uβ2將上兩式代入歐拉方程II式后，得：設(shè)葉輪的外徑為D2，葉輪出口處的寬度為b2，理論流量QT?=cr2A

，則：β2β22.離心泵的揚(yáng)程方程式第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點(diǎn)二、離心泵的壓頭方程式稱為離心泵的基本方程式α2β2u2c2w2β22）對(duì)歐拉方程II式的分析(續(xù)）2.離心泵的揚(yáng)程方程式第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點(diǎn)二、離心泵的壓頭方程式2.離心泵的揚(yáng)程方程式第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點(diǎn)二、離心泵的壓頭方程式3)對(duì)離心泵基本方程式的討論：①HT?與轉(zhuǎn)速n有關(guān)：n↑→HT?↑；反之相反；HT?與D有關(guān),即與葉輪的直徑有關(guān)，增大葉輪直徑，揚(yáng)程增加；②

HT?與β2有關(guān),即與葉片型式有關(guān)；?。┖髲澣~片（葉片彎曲方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反）

ⅱ）徑向葉片ⅲ）前彎葉片2.離心泵的揚(yáng)程方程式第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點(diǎn)二、離心泵的壓頭方程式3)對(duì)離心泵基本方程式的討論：③與流量之間的關(guān)系前彎式葉片后彎式葉片直葉式葉片④與輸送的液體性質(zhì)無關(guān)，公式中無液體的性能參數(shù)。(pd-ps)=ρgH壓頭不變，泵送不同的液體，其產(chǎn)生的吸排壓差不同。第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點(diǎn)二、離心泵的壓頭方程式2.離心泵的揚(yáng)程方程式3)對(duì)離心泵基本方程式的討論：ⅰ）后彎葉片（葉片彎曲方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反）ⅱ）徑向葉片ⅲ）前彎葉片靜壓大、動(dòng)壓小、噪音小、效率高、工作平穩(wěn)、不會(huì)過載。靜壓小、動(dòng)壓大、噪音大、效率低、能量轉(zhuǎn)換中損失大、適宜風(fēng)機(jī)工況。介于后彎葉片與前彎葉片之間。對(duì)葉片出口角β2的討論：靜壓大、動(dòng)壓小、噪音小、效率高、工作平穩(wěn)、不會(huì)過載。對(duì)葉片出口角β2的討論：三、離心泵的定速特性曲線分析

離心泵的定速特性曲線：在既定的轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚(yáng)程、功率、效率等參數(shù)與流量的函數(shù)關(guān)系曲線稱之。①

葉輪上的葉片數(shù)目是有限的6～12片，葉片間的液流并不是由許多完全相同的單元流束組成，導(dǎo)致泵的壓頭降低。

②

液體在葉片間流道內(nèi)流動(dòng)時(shí)存在軸向渦流，其直接影響速度△，導(dǎo)致泵的壓頭降低。

③

液體具有粘性，在泵內(nèi)存在磨擦等。

④

泵內(nèi)有各種泄漏現(xiàn)象，實(shí)際的Q小于QT∞

第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點(diǎn)1）揚(yáng)程－流量曲線2）功率－流量曲線QHN-QN

流量為零時(shí)，功率最小，適合采用封閉啟動(dòng)。大功率離心泵此時(shí)電機(jī)的啟動(dòng)電流最小，對(duì)船舶電站沖擊最小。35～50%N額第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點(diǎn)三、離心泵的定速特性曲線分析3）效率－流量曲線當(dāng)泵轉(zhuǎn)速n一定時(shí)，由實(shí)驗(yàn)可測(cè)得H～Q，Na～Q，η～Q，這三條曲線稱為性能曲線，由泵制造廠提供,供泵用戶使用。泵廠以20℃清水作為工質(zhì)做實(shí)驗(yàn)測(cè)定性能曲線。?。〩～Q，Q↑→H↓，呈拋物線H=A－BQ2ⅱ）Na～Q，Q↑→Na↑，當(dāng)Q=0，Na最小ⅲ）η～Q，Q↑→η先↑后↓，存在一最高效率點(diǎn)，此點(diǎn)稱為設(shè)計(jì)點(diǎn)。與ηmax對(duì)應(yīng)的H，Q，Na值稱為最佳工況參數(shù)，也是銘牌所標(biāo)值。泵的高效率區(qū)η=92%ηmax，這一區(qū)域定為泵的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍。三、離心泵的定速特性曲線第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點(diǎn)HNN-QH-Qη-QηQ三、離心泵的定速特性曲線分析四、管路特性曲線和泵的工況點(diǎn)1.管路特性曲線液體流過既定的管路時(shí)，它所需的壓頭H與流量之間的函數(shù)關(guān)系：ZpdrpsrH=Hst+∑h＝Z+(pdr-psr)/ρg+KQ2∑h：管路阻力，等于KQ2Hst：高度差和壓力差，等于Z+(pdr-psr)/ρgZ(pdr