2012工程流體力學(xué)---泵與風(fēng)機(jī)

1、概述,第十四章 泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),泵和風(fēng)機(jī)則是將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w的勢能和動能，并克服流體阻力。達(dá)到輸送流體的目的。,汽輪機(jī)、水輪機(jī)、泵和風(fēng)機(jī)均為流體輸送機(jī)械。,汽輪機(jī)、水輪機(jī)是將流體的勢能和動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。,化工生產(chǎn)中，常需要利用流體輸送機(jī)械將流體： 從低處送到高處 從低壓處送到高壓處 從甲地送往乙地（如：管道運(yùn)輸石油、 天然氣） 抽氣（使設(shè)備維持一定的真空度）,概述,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),流體流經(jīng)輸送機(jī)械后即可獲得能量，使流體的動能， 或位能，或靜壓能，用于克服流體輸送沿程中的機(jī)械能損失、提高位能以及提高流體壓強(qiáng)（或減壓）等。,概述,常用的流體輸

2、送機(jī)械：,泵 輸送液體 風(fēng)機(jī) 壓縮機(jī) 輸送氣體 真空泵,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),概述,輸送的流體種類和條件繁多：,1、流體種類有清潔無毒的、強(qiáng)腐蝕性的、高粘度的、含有固體懸浮物的、易揮發(fā)的、易燃易爆的以及有毒的等等； 2、溫度和壓強(qiáng)又有高低之分； 3、生產(chǎn)過程所需提供的流量和壓頭各異。,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),了解流體輸送機(jī)械 結(jié)構(gòu) 原理 特性 合理選擇流體輸送機(jī)械 型號 規(guī)格 確定流體輸送機(jī)械的安裝高度 氣蝕與安裝高度的關(guān)系 掌握流體輸送機(jī)械的輸送量調(diào)節(jié)與控制 工作點(diǎn) 調(diào)節(jié)損失 并串聯(lián),概述,本章學(xué)習(xí)要求：,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),14.1泵與風(fēng)機(jī)的分類及應(yīng)用,泵與風(fēng)機(jī)的分類根據(jù)

3、工作原理可以分為：葉片式、容積式及其它類型式。,14.1.1葉片式泵與風(fēng)機(jī),第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),通過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對流體做功，使流體獲得能量。,離心式、軸流式、混流式,離心式泵,14.1泵與風(fēng)機(jī)的分類及應(yīng)用,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),回旋式齒輪泵,14.1.2容積式泵與風(fēng)機(jī),通過工作室容積的改變對流體做功，使流體獲得能量。,往復(fù)式泵,14.1泵與風(fēng)機(jī)的分類及應(yīng)用,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),14.1.3其他類型的泵與風(fēng)機(jī),射流泵、真空泵,離心泵的應(yīng)用狀況 廣泛占化工用泵80-90 常見轉(zhuǎn)速范圍 1200-3600轉(zhuǎn)/分 流量均勻、易調(diào)節(jié)、高效。 發(fā)展趨向大型化、高速化 17000-2

4、0450轉(zhuǎn)/分，排出壓達(dá)200-250大氣壓。,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),14.2離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及性能參數(shù),14.2.1離心式泵的基本結(jié)構(gòu),離心泵的類型（按用途分） 清水泵、耐腐蝕泵、油泵、雜質(zhì)泵、 液下泵、 屏蔽泵、管道泵、低溫用泵,離心泵的特點(diǎn),離心泵結(jié)構(gòu)簡單，流量大而且均勻，操作容易，流量易于調(diào)節(jié)，且能適用于多種特殊性質(zhì)物料。,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),葉輪 軸 612片葉片 泵殼等。,蝸牛形通道； 葉輪偏心放，有利于動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。,葉輪,泵殼,底閥(防止“氣縛”),濾網(wǎng)(阻攔固體雜質(zhì)),離心泵的主要部件,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),葉輪： 對液體做功的部件，由泵軸帶 動旋

5、轉(zhuǎn) 葉輪上的葉片為后彎型，葉片數(shù)為4-12 葉輪分開式、半閉式和閉式三種。,離心泵的主要部件,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),葉輪實(shí)物照片,泵殼: 泵內(nèi)液體的轉(zhuǎn)能裝置，通常為蝸牛形,泵殼中央為吸入口，與吸入管路連接，泵的排出口位于泵殼側(cè)周，與排出管路相連。,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),離心泵的主要部件,導(dǎo)輪在葉輪與泵殼間加裝的一個帶葉片的固定輪。,對離開葉輪的液體流向泵殼起導(dǎo)向作用。,離心泵的主要部件,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),軸封裝置防泄漏裝置,防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿軸的四周而漏出，或者外界空氣漏入泵殼內(nèi)。,離心泵的主要部件,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),填料密封,主要由填料函殼、軟填料和填料壓

6、蓋組成。,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),機(jī)械密封,主要由裝在泵軸上的動環(huán)和固定于泵殼上的靜環(huán)組成，兩環(huán)端面由彈簧的彈力互相貼緊而作相對運(yùn)動，起到密封作用。,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),結(jié)構(gòu),葉輪、蝸形機(jī)殼 低壓：方形通道,1、離心通風(fēng)機(jī),14.2.2離心式風(fēng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu),第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),低壓離心通風(fēng)機(jī),低壓離心通風(fēng)機(jī),高壓離心式通風(fēng)機(jī),高壓離心式通風(fēng)機(jī),結(jié)構(gòu) 類似多級離心泵。 三級離心鼓風(fēng)機(jī),2、離心鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī),離心鼓風(fēng)機(jī)的壓縮比不高，無需冷卻裝置。,結(jié)構(gòu) 多級鼓風(fēng)機(jī)各級葉輪直徑相近。 多級離心鼓風(fēng)機(jī)（內(nèi)部結(jié)構(gòu)）,2、離心鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī),結(jié)構(gòu) 多級離心壓縮機(jī)（外型） 級數(shù)增多，以

7、幾級作一段，段間可能加冷卻器 。,2、離心鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī),離心壓縮機(jī),離心壓縮機(jī)葉輪,2、離心鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī),（1）離心泵的流量Q (m3/s)又稱送液能力 指泵在單位時間內(nèi)能夠輸送的液體體積量。 離心泵流量的大小取決于泵的結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速。,1、離心泵的主要性能參數(shù),14.2.2離心式泵與風(fēng)機(jī)的性能參數(shù),第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),（2） 離心泵的揚(yáng)程H (單位m或J/N) 又稱泵的壓頭 指單位重量液體流經(jīng)泵后所獲得的能量。 揚(yáng)程的大小，取決于泵的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速及流量。,1、離心泵的主要性能參數(shù),14.2.2離心式泵與風(fēng)機(jī)的性能參數(shù),第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),（3）離心泵的效率 液體獲得的能量

8、與泵對液體做功所付出的能量之比。 由于存在著不可避免的能量損失，離心泵所做的功并不全部為液體所獲得。 效率反映其能量損失，主要的為容積損失，水力損失和機(jī)械損失。,1、離心泵的主要性能參數(shù),14.2.2離心式泵與風(fēng)機(jī)的性能參數(shù),第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),離心泵的效率不等于100%，原因是存在以下三部分損失 容積損失 泵的泄漏損失造成的。 （閉式0.85-0.95） 水力損失液體在泵內(nèi)流動時的阻力損失。 （額定流量下，0.8-0.9） 機(jī)械損失軸承、軸封等處的機(jī)械摩擦損失。 （0.96-0.99）,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),（4）軸功率N （單位為W或kW） 泵軸從電機(jī)處獲得的功率。,1、離心

9、泵的主要性能參數(shù),14.2.2離心式泵與風(fēng)機(jī)的性能參數(shù),第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),2、離心通風(fēng)機(jī)性能參數(shù),（1）風(fēng)量Q： 以風(fēng)機(jī)進(jìn)口處的氣體狀態(tài)計(jì)算的氣體排出體積流量。單位m3/h,（2）全風(fēng)壓 Ht： 單位體積的氣體從風(fēng)機(jī)處獲得的能量，J/m3， 即Pa,14.2.2離心式泵與風(fēng)機(jī)的性能參數(shù),第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),14.2.2離心式泵與風(fēng)機(jī)的性能參數(shù),2、離心通風(fēng)機(jī)性能參數(shù),第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),（3）功率N與效率的關(guān)系：,2、離心通風(fēng)機(jī)性能參數(shù),14.2.2離心式泵與風(fēng)機(jī)的性能參數(shù),第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),泵提供給單位重量液體的能量稱為泵的壓頭，用H表示，單位m。,離心泵

10、的壓頭,離心泵的壓頭是表征離心泵作功能力的的一個重要性能參數(shù)，其值與泵的構(gòu)造、尺寸、葉輪轉(zhuǎn)速、所輸送的液體流量等有關(guān)。,14.3泵的基本方程,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),方程推導(dǎo)的假定前提 1、葉片無限多且無限薄 2、理想流體,離心泵基本方程式從理論上表達(dá)了泵的壓頭與其結(jié)構(gòu)尺寸，轉(zhuǎn)速及流量等因素之間的關(guān)系。它是用于計(jì)算離心泵理論壓頭的基本公式。,14.3泵的基本方程,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),1. 液體通過葉輪的流動 離心泵工作時，液體一方面隨葉輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，同時又經(jīng)葉輪流道向外流動。,液體在葉輪中的流動,14.3泵的基本方程,速度三角形的表示絕對速度c與圓周速度u兩矢量之間的夾角，表示相對

11、速度w與圓周速度u反方向延線的夾角，一般稱為流動角。,2.離心泵基本方程式的推導(dǎo),由余弦定律，得：,在葉輪進(jìn)口與出口列柏努利方程,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),14.3泵的基本方程,2.離心泵基本方程式的推導(dǎo),靜壓頭p/g增加 ，原因有二：,離心作用，接受外功 (u22-u12)/2g,通道截面積，；即動能轉(zhuǎn)換為靜壓能。每kg液體靜壓能增加了 (12- 22)/2g,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),14.3泵的基本方程,2.離心泵基本方程式的推導(dǎo),設(shè)計(jì)時，一般都設(shè)計(jì)為,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),14.3泵的基本方程,(14-7),離心泵基本方程式方程表明了H與QT、葉輪轉(zhuǎn)速、構(gòu)造及尺寸（2、D2、

12、b2）之間的關(guān)系。,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),14.3泵的基本方程,3.離心泵基本方程式討論,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),14.3泵的基本方程,1、n與D 2、幾何形狀 3、理論流量,3.離心泵基本方程式討論,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),14.3泵的基本方程,葉片的幾何形狀 后彎葉片 徑向葉片 前彎葉片,3.離心泵基本方程式討論,14.3泵的基本方程,葉片后彎，20， 即H隨流量增大而減小；,葉片徑向，2=90，ctg2=0， 即H不隨流量而變化；,葉片前彎，290，ctg290，H隨流量增大而增大。,3.離心泵基本方程式討論,雖然前彎葉片所產(chǎn)生的H最大，但實(shí)際上離心泵多采用后彎葉片，原因是

13、： H包括壓頭和靜壓頭，即 我們希望獲得的是靜壓頭，因?yàn)閯訅侯^的增大伴隨有較大的能量損失。,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),14.3泵的基本方程,3.離心泵基本方程式討論,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),14.3泵的基本方程,4.離心泵理論壓頭與實(shí)際壓頭比較,第十四章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ),14.3泵的基本方程,(1) 揚(yáng)程流量 曲線 ( H-Q線),離心泵的特性曲線,通常：流量增大，泵的揚(yáng)程減小。,5、離心泵的實(shí)際特性曲線,離心泵的特性曲線,（2）效率流量 曲線 ( -Q線),效率在某流量出現(xiàn)最大值，該點(diǎn)為泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)，也稱最為經(jīng)濟(jì)點(diǎn)。,5、離心泵的實(shí)際特性曲線,離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點(diǎn)。離心泵在

14、與最高效率點(diǎn)相對應(yīng)的流量及壓頭下工作最為經(jīng)濟(jì)。 與最高效率點(diǎn)所對應(yīng)的Q、H、N值稱為最佳工況參數(shù)。離心泵的銘牌上標(biāo)明的就是指該泵在運(yùn)行時最高效率點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)。 在選用離心泵時，應(yīng)使離心泵在該點(diǎn)附近工作。一般要求操作時的效率應(yīng)不低于最高效率的92%。,5、離心泵的實(shí)際特性曲線,（3）軸功率流量 曲線 (N - Q 線),流量為零時，軸功率不為零。但此時的軸功率最小。,離心泵啟動時，應(yīng)關(guān)閉出口閥，使啟動電流最小，以保護(hù)電機(jī),5、離心泵的實(shí)際特性曲線,離心泵的特性曲線是在固定轉(zhuǎn)速和常溫、常壓下以清水為介質(zhì)測定的，若輸送液體與水的物理性質(zhì)差別較大時，泵的特性曲線必須進(jìn)行校正。,5、離心泵的實(shí)際特性曲線

15、,液體物性的影響 （1）密度的影響密度僅對軸功率有影響。,（2）粘度的影響 粘度增大， 下降， 增大。,6、影響離心泵性能的因素和性能換算,第十章 流體輸送機(jī)械,轉(zhuǎn)速n的影響,6、影響離心泵性能的因素和性能換算,當(dāng)轉(zhuǎn)速的變化小于20%，效率可視為不變時，有比例定律,葉輪直徑D的影響,若葉輪寬度不變，直徑的減小幅度在20%以內(nèi)，有切割定律,6、影響離心泵性能的因素和性能換算,葉輪直徑D的影響,若葉輪直徑和寬度等比例變化，即幾何形狀相似。則,葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將液體甩向葉輪外緣，產(chǎn)生高的動壓頭,液體的獲能過程,7、離心泵的工作原理,液體在離心泵內(nèi)受離心力作用獲得能量。 對流體做功的部件-高速旋轉(zhuǎn)的葉輪

16、,液體的轉(zhuǎn)能過程,泵殼的液體通道被設(shè)計(jì)成截面逐漸擴(kuò)大的形狀，高速流體沿通道逐漸減速，由動壓頭轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓頭 ，即流體出泵殼時，表現(xiàn)為具有高壓的液體。,7、離心泵的工作原理,液體被甩向葉輪外緣，葉輪中心液體減少，出現(xiàn)負(fù)壓，則泵外液體不斷補(bǔ)充至葉輪中心處，實(shí)現(xiàn)流體源源不斷的連續(xù)吸入。,7、離心泵的工作原理,第十章 流體輸送機(jī)械,氣縛現(xiàn)象：如果離心泵在啟動前殼內(nèi)充滿的是氣體，則啟動后葉輪中心氣體被拋時不能在該處形成足夠大的真空度，這樣槽內(nèi)液體便不能被吸上。這一現(xiàn)象稱為氣縛。,防止氣縛現(xiàn)象的措施灌泵（灌液排氣） 離心泵啟動前，要將泵殼內(nèi)空間灌滿液體。并在泵吸入管路的入口處裝有止逆閥（底閥）。,如果泵的位

17、置低于槽內(nèi)液面，則啟動時無需灌泵。,啟動后，葉輪旋轉(zhuǎn)，并帶動液體旋轉(zhuǎn)。,啟動前，灌液以防氣縛。,離心泵的工作過程,液體在離心力的作用下，沿葉片向邊緣拋出，獲得能量，液體以較高的靜壓能及流速流入機(jī)殼( 沿葉片方向，u, P靜 )。由于渦流通道的截面逐漸增大， P動 P靜 。液體以較高的壓力排出泵體。,離心泵的工作過程,離心泵的工作過程,由于液體被拋出，在泵的吸扣處形成一定的真空度，泵外流體的壓力較高，在壓力差的作用下被吸入泵口，填補(bǔ)拋出液體的空間。,葉片不斷轉(zhuǎn)動，液體不斷被吸入、排出，形成連續(xù)流動。,何為氣蝕現(xiàn)象？,8、離心泵的氣蝕現(xiàn)象,當(dāng)泵入口附近壓強(qiáng)等于或小于被輸送液體的飽和蒸汽壓時，該處將

18、發(fā)生汽化。當(dāng)氣泡流向高壓區(qū)后，受壓急劇凝結(jié)破裂產(chǎn)生局部真空，周圍液體高速沖向原氣泡所在空間，在沖擊點(diǎn)處產(chǎn)生很高的局部壓強(qiáng)（可高達(dá)幾百個大氣壓），沖擊頻率可高達(dá)每秒幾萬次，極大的沖擊壓力反復(fù)沖擊導(dǎo)致泵殼和葉輪損壞，這種現(xiàn)象稱為氣蝕。,氣蝕現(xiàn)象如何損壞泵？,8、離心泵的氣蝕現(xiàn)象,當(dāng)氣泡的凝結(jié)發(fā)生在葉輪表面時眾多的液體質(zhì)點(diǎn)如細(xì)小的高頻水錘撞擊著葉片，另外氣泡中可能帶有氧氣等對金屬材料發(fā)生化學(xué)腐蝕作用。,由上式可見： 越低，泵可以處的高度就越高，但是，因 受限于液體的飽和蒸汽壓，故泵所處的高度不能任意大。,安裝高度與氣蝕現(xiàn)象,在1-1與2-2截面間列伯努利方程,第十章 流體輸送機(jī)械,8、離心泵的氣蝕現(xiàn)

19、象,泵的安裝高度過高，導(dǎo)致泵入口附近壓強(qiáng)等于或小于被輸送液體的飽和蒸汽壓時，則會引發(fā)氣蝕。,8、離心泵的氣蝕現(xiàn)象,安裝高度與氣蝕現(xiàn)象,離心泵的性能下降； 氣泡過多還引發(fā)氣縛， 無法吸上液體； 噪音和振動； 泵殼和葉輪被損壞,氣蝕的危害,8、離心泵的氣蝕現(xiàn)象,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,15.1管路特性曲線和工作點(diǎn),管路特性曲線，是由管路所需壓頭與流量之間的關(guān)系所繪制的曲線。,泵和或風(fēng)機(jī)在實(shí)際工作時所提供的揚(yáng)程和流量，不僅與它們自身的性能有關(guān)，而且還與管路的特性有關(guān)。,在輸送流體的過程中，泵（或風(fēng)機(jī)）的工作點(diǎn)由泵（或風(fēng)機(jī)）的特性和管路的特性兩方面共同確定。,第十五

20、章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,15.1管路特性曲線和工作點(diǎn),15.1.1管路特性方程和曲線,在流動系統(tǒng)中應(yīng)用柏努利方程式：,上式可寫為：,對于如圖中的輸送系統(tǒng)，,得到：,15.1管路特性曲線和工作點(diǎn),15.1.1管路特性方程和曲線,（15-1）,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,（15-1）,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,上式反映了在特定管路和一定的操作條件下，流體流經(jīng)管路所需的壓頭與流量的關(guān)系。稱為管路特性曲線方程，由柏努利式演變而來。,對于等徑管路，且流量單位取為m3/h，有：,一般而言，是流量的函數(shù)，僅在阻力平方區(qū)與流量無關(guān)。,15.1.1管路特性方程和曲線,15.1

21、管路特性曲線和工作點(diǎn),第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,對于等管徑，且流動處于阻力平方區(qū)的管路輸送系統(tǒng)：,即：,由上式可見，液體輸送管路所需的壓頭隨液體流量的平方而變。與輸送設(shè)備的性能無關(guān)。,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,15.1管路特性曲線和工作點(diǎn),15.1.2 泵或風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn),工作點(diǎn):當(dāng)泵或風(fēng)機(jī)安裝在具體的管路系統(tǒng)中工作時所提供的實(shí)際壓頭和流量。,泵安裝在特定管路進(jìn)行操作時，泵的特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)，稱為該泵在該特定管路的工作點(diǎn)。,當(dāng)單臺泵不能滿足輸送流量或輸送壓頭要求時，可采取并聯(lián)或串聯(lián)操作。 可以在同型號泵之間串并聯(lián)，也可在不同型號泵之間串并聯(lián)。,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,1

22、5.2 泵的并聯(lián)和串聯(lián)操作,可以兩臺串并聯(lián)也可多臺串并聯(lián)。 串并聯(lián)操作可以獲得比單臺更大的流量或揚(yáng)程，但隨串并聯(lián)臺數(shù)的增加，流量或揚(yáng)程的增加量遞減。,并聯(lián)操作泵的合成特性曲線,15.2 泵的并聯(lián)和串聯(lián)操作,15.2.1 并聯(lián)操作,合成流量為各泵在同一壓頭下的流量之和。,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,并聯(lián)后的實(shí)際流量一定小于各泵單獨(dú)操作時的流量之和。,15.2 泵的并聯(lián)和串聯(lián)操作,15.2.1 并聯(lián)操作,并聯(lián)操作的實(shí)際工作流量,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,合成壓頭為各泵在同一流量下的壓頭之和。,15.2 泵的并聯(lián)和串聯(lián)操作,15.2.2 串聯(lián)操作,串聯(lián)操作泵的合成特性曲線,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的

23、工作分析,串聯(lián)后的實(shí)際壓頭一定小于各泵單獨(dú)操作時的壓頭之和。,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,15.2 泵的并聯(lián)和串聯(lián)操作,15.2.2 串聯(lián)操作,串聯(lián)操作的實(shí)際工作流量,并聯(lián)適用于泵特性曲線較陡、管路特性曲線較為平坦的情況。,15.2 泵的并聯(lián)和串聯(lián)操作,15.2.3 串并聯(lián)操作的選擇,如圖，當(dāng)管路特性曲線較為平坦時，并聯(lián)后的工作點(diǎn)a點(diǎn)的流量和壓頭均高于串聯(lián)后的工作點(diǎn)b點(diǎn)的流量和壓頭。,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,串聯(lián)適用于泵特性曲線較平坦、管路特性曲線較為陡的情況。,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,當(dāng)管路特性曲線較陡時，串聯(lián)后的工作點(diǎn)c的流量和壓頭均高于并聯(lián)后的工作點(diǎn)d的流量和壓頭。,15.

24、2 泵的并聯(lián)和串聯(lián)操作,15.2.3 串并聯(lián)操作的選擇,閥門開大，S值減小，工作點(diǎn)下移至M1，流量增大； 閥門關(guān)小，S值增大，工作點(diǎn)上移至M2，流量減小。,改變閥門的開度,15.3 泵的流量調(diào)節(jié),15.3.1 通過改變管路特性曲線達(dá)到調(diào)節(jié)目的,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,改變泵的轉(zhuǎn)速改變泵的特性曲線,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,15.3 泵的流量調(diào)節(jié),15.3.2 通過改變泵（或風(fēng)機(jī)）特性曲線達(dá)到調(diào)節(jié)目的,根據(jù)比例定律（相似律）,可由某轉(zhuǎn)速下的特性曲線求得另一轉(zhuǎn)速下的特性曲線。,改變?nèi)~輪直徑改變泵的特性曲線,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,15.3 泵的流量調(diào)節(jié),15.3.2 通過改變泵（或

25、風(fēng)機(jī)）特性曲線達(dá)到調(diào)節(jié)目的,對于中、高比轉(zhuǎn)數(shù)的泵，有第二切割定律：（式15-6、15-7、15-8）,可由某直徑下的特性曲線求得另一直徑下的特性曲線。,閥門調(diào)節(jié)法：簡便、快捷、可連續(xù)調(diào)節(jié)流量。但該方法的本質(zhì)是改變管路阻力，當(dāng)關(guān)小閥門調(diào)小流量時，造成所需壓頭的增加，且所增壓頭作為閥門阻力損耗掉。 改變轉(zhuǎn)速或葉輪直徑法：一定調(diào)節(jié)范圍內(nèi)可維持泵在高效區(qū)工作、不增加阻力損失。但調(diào)節(jié)裝置較復(fù)雜且難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)。,幾種流量調(diào)節(jié)方法的比較,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,氣蝕現(xiàn)象,15.4 泵的選擇、安裝和運(yùn)行,15.4.1 泵的氣蝕現(xiàn)象與安裝高度,當(dāng)泵內(nèi)某處的壓強(qiáng)等于或小于該處液體的飽和蒸汽壓時，該處液體

26、將發(fā)生汽化產(chǎn)生氣泡；原來溶于液體的一些氣體（如氧氣）也會逸出成氣泡。當(dāng)氣泡流向高壓區(qū)后，受壓急劇凝結(jié)破裂產(chǎn)生局部真空，對葉片、葉輪、泵殼產(chǎn)生高頻、高沖擊力的打擊導(dǎo)致設(shè)備金屬表面剝落成蜂窩狀或海綿狀；泵的揚(yáng)程、流量和效率顯著下降，這種現(xiàn)象稱為氣蝕。,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,離心泵的允許安裝高度又稱為允許吸上高度，是指貯槽液面至泵吸入口之間的最大允許高度。,15.4 泵的選擇、安裝和運(yùn)行,15.4.1 泵的氣蝕現(xiàn)象與安裝高度,泵的允許安裝高度,在貯槽液面至泵吸入口之間列伯努利方程，得：,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,若貯槽敞開連通大氣，有,泵的允許安裝高度,則：,比較離心泵的允許安裝高度與實(shí)

27、際安裝高度：,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,若泵入口處所允許的最低壓強(qiáng)以真空度表示，且以液柱計(jì)量，則有：,15.4.1 泵的氣蝕現(xiàn)象與安裝高度,泵的允許吸上真空度,則：,（15-10),第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,關(guān)于離心泵的允許吸上真空度,是指在泵入口處所允許達(dá)到的最高真空度。 單位以m液柱來表示。 值越大，表示泵的抗氣蝕能力越強(qiáng)，允許泵的安裝高度越高。 與泵的結(jié)構(gòu)、流量、輸送流體物性以及當(dāng)?shù)卮髿鈮旱扔嘘P(guān)，泵的生產(chǎn)廠家應(yīng)提供該值。 泵的生產(chǎn)廠家所提供的 值是在大氣壓為101.33kPa下，以20水作實(shí)驗(yàn)介質(zhì)測定的。,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,關(guān)于 的換算,當(dāng)使用泵時的條件與實(shí)驗(yàn)條件不符

28、，或輸送水以外的液體，則要對 進(jìn)行換算。,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,（15-13),氣蝕余量是一個抗氣蝕的性能參數(shù)。 氣蝕余量定義：為防止氣蝕發(fā)生，液體在泵入口處的沖壓頭與液體在該處的飽和蒸氣壓頭之差，應(yīng)不小于某一數(shù)值，此值稱為氣蝕余量，以NPSH表示。,氣蝕余量,15.4 泵的選擇、安裝和運(yùn)行,15.4.1 泵的氣蝕現(xiàn)象與安裝高度,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,臨界氣蝕余量：當(dāng)氣蝕發(fā)生時，液體在泵入口處的靜壓頭達(dá)到最?。ㄈ源笥跉馕g處的飽和蒸氣壓頭），此時的氣蝕余量為臨界氣蝕余量，為：,15.4 泵的選擇、安裝和運(yùn)行,15.4.1 泵的氣蝕現(xiàn)象與安裝高度,氣蝕余量,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作

29、分析,在氣蝕發(fā)生時，于泵入口處和氣蝕發(fā)生處列伯努利方程：,顯然有：,15.4 泵的選擇、安裝和運(yùn)行,15.4.1 泵的氣蝕現(xiàn)象與安裝高度,氣蝕余量,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,氣蝕余量隨流量增大而增大，當(dāng)流動處于阻力平方區(qū)時，氣蝕余量僅與泵結(jié)構(gòu)和尺寸有關(guān)。 廠家給出的氣蝕余量值為必需氣蝕余量值。,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,15.4 泵的選擇、安裝和運(yùn)行,15.4.1 泵的氣蝕現(xiàn)象與安裝高度,氣蝕余量,氣蝕余量的校正系數(shù)一般小于1，故實(shí)際使用中不對氣蝕余量作校正。,得到允許安裝高度的實(shí)用計(jì)算式之一：,泵允許安裝高度實(shí)用計(jì)算式之一,15.4 泵的選擇、安裝和運(yùn)行,15.4.1 泵的氣蝕現(xiàn)象與

30、安裝高度,由：,得到允許安裝高度的實(shí)用計(jì)算式之二：,泵允許安裝高度實(shí)用計(jì)算式之二,由：,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,（1）前一式為定義式，后兩式為實(shí)用計(jì)算式。 （2）第二式的 須根據(jù)情況作必要的換算。,允許安裝高度的計(jì)算式匯總與比較,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,由于被輸送的液體性質(zhì)、壓強(qiáng)、流量等差異很大，為適應(yīng)不同的需求，離心泵的類型也多種多樣。 按被輸送的液體性質(zhì)分：水泵、耐腐蝕泵、油泵、雜質(zhì)泵等。 按葉輪吸入方式分：單吸泵、雙吸泵。 按葉輪數(shù)目分：單級泵、多級泵。,1、離心泵的類型,15.4 泵的選擇、安裝和運(yùn)行,15.4.2 泵與風(fēng)機(jī)的選擇,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,根據(jù)流體性質(zhì)

31、和操作條件確定泵的類型 計(jì)算管路所需的H 根據(jù)輸送任務(wù)Q和計(jì)算的H，在所確定的泵的類型中選擇合適的泵型號 核算泵的軸功率N,2、離心泵的選擇,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,15.4 泵的選擇、安裝和運(yùn)行,15.4.2 泵與風(fēng)機(jī)的選擇,例題1、 用離心泵從敞口貯槽向密閉高位容器輸送稀酸溶液， 兩液面位差為20m，容器液面上壓力表的讀數(shù)為49.1kPa。泵的吸入管和排出管均為內(nèi)徑50mm的不銹鋼管，管路總 長度為86m（包括所有局部阻力當(dāng)量長度），液體在管內(nèi)的阻力系數(shù)為0.023。要求酸液的流量為12m3/h，其密度為1350kg/m3。試選擇適宜型號的離心泵。,解：輸送酸液，選F型離心泵,例1、

32、 位差20m，容器液面上壓力表的讀數(shù)為49.1kPa。吸入管和排出管內(nèi)徑50mm，管路總長度為86m（包括所有局部阻力當(dāng)量長度），阻力系數(shù)為0.023。要求流量為12m3/h，其密度為1350kg/m3。,解：計(jì)算的He,根據(jù)輸送任務(wù)Q和計(jì)算的H，在所確定的泵的類型中選擇合適的泵型號,選擇合適的泵型號,核算所需泵的軸功率N,所需的軸功率N2.83KW，而泵的軸功率N2.54KW,不能滿足該管路對軸功率的需求。,1）泵的安裝高度,3、離心泵的使用,為了保證不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象或泵吸不上液體，泵的實(shí)際安裝高度必須低于理論上計(jì)算的最大安裝高度。,15.4.2 泵與風(fēng)機(jī)的選擇,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,

33、采取較大的吸入管徑、縮短吸入管長、減少拐彎、減去不必要的管件閥門，可提高安裝高度。,當(dāng)輸送液體的溫度較高或其沸點(diǎn)較低時，允許的安裝高度將降低。 安全起見，實(shí)際安裝高度比允許值小0.5-1m。,15.4.2 泵與風(fēng)機(jī)的選擇,3、離心泵的使用,1）泵的安裝高度,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,2）啟動前先“灌泵”,為了防止“氣傅”現(xiàn)象的發(fā)生，在泵啟動前，向泵內(nèi)灌注液體直至泵殼頂部排氣嘴處在打開狀態(tài)下有液體冒出時為止。,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,15.4.2 泵與風(fēng)機(jī)的選擇,3、離心泵的使用,3）離心泵應(yīng)在出口閥門關(guān)閉時啟動,3、離心泵的使用,為了不致啟動時電流過大而燒壞電機(jī)，泵啟動時要將出口閥完

34、全關(guān)閉，等電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，再逐漸打開出口閥，并調(diào)節(jié)到所需的流量。,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,15.4.2 泵與風(fēng)機(jī)的選擇,4）關(guān)泵要先關(guān)閉泵的出口閥,3、離心泵的使用,關(guān)泵時，一定要先關(guān)閉泵的出口閥，再停電機(jī)。否則，壓出管中的高壓液體可能反沖入泵內(nèi)，造成葉輪高速反轉(zhuǎn)，使葉輪被損壞。,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,15.4.2 泵與風(fēng)機(jī)的選擇,5）運(yùn)轉(zhuǎn)時應(yīng)定時檢查,3、離心泵的使用,運(yùn)轉(zhuǎn)時應(yīng)定時檢查泵的響聲、振動、滴露等情況，觀察泵出口壓力表的讀數(shù)，以及軸承是否過熱等。,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,15.4.2 泵與風(fēng)機(jī)的選擇,本章內(nèi)容要點(diǎn),管路特性曲線 工作點(diǎn)及流量調(diào)節(jié)方法 離心泵的安裝

35、高度 離心泵的允許安裝高度 離心泵的允許吸上真空度 離心泵的氣蝕余量 允許安裝高度的實(shí)用計(jì)算式,第十五章 泵與風(fēng)機(jī)的工作分析,一、 往復(fù)泵,泵體（缸體）、 活塞與活塞桿、 單向閥（吸入閥與排出閥）,1泵缸 2活塞 3活塞桿 4吸入閥 5排出閥,1. 構(gòu)成,一、 往復(fù)泵,2 .工作原理,1泵缸 2活塞 3活塞桿 4吸入閥 5排出閥,依靠作往復(fù)運(yùn)動的活塞依次開啟吸入閥和排出閥,從而交替吸入和排出液體。,當(dāng)活塞向右移動時，工作室的容積增大，形成低壓，吸入閥打開，吸入液體。,活塞向左移動時，缸內(nèi)液體受擠壓，壓強(qiáng)增大，使吸入閥關(guān)閉而排出閥被推開，將液體排出。,單動泵結(jié)構(gòu)及流量輸送曲線,一、 往復(fù)泵,雙動

36、泵結(jié)構(gòu)及流量輸送曲線,一、 往復(fù)泵,三動泵結(jié)構(gòu)及流量輸送曲線,一、 往復(fù)泵,一、 往復(fù)泵,3.往復(fù)泵特點(diǎn),流量只與泵本身的幾何形狀和活塞的往復(fù)次數(shù)有關(guān)，而與泵的壓頭無關(guān)。無論在什么壓頭下工作，只要往復(fù)一次，泵就排出一定的液體。,屬容積式泵，流量與泵的壓頭無關(guān),有自吸作用,一、 往復(fù)泵,3.往復(fù)泵特點(diǎn),往復(fù)泵的低壓是靠工作室的擴(kuò)張來造成的，所以在開動之前，泵內(nèi)無須充滿液體。,安裝高度也受限制,往復(fù)泵的吸上真空度也隨泵安裝地區(qū)的大氣壓強(qiáng)、輸送液體的性質(zhì)和溫度而變，所以往復(fù)泵的安裝高度也受限制。,泵的揚(yáng)程與泵的幾何尺寸無關(guān),一、 往復(fù)泵,3.往復(fù)泵特點(diǎn),只要泵的機(jī)械強(qiáng)度及原動機(jī)的功率允許，輸送系統(tǒng)要

37、求多高的壓頭，往復(fù)泵就能提供多大的壓頭。,流量不均勻（不連續(xù)）,為了改善單動泵流量的不均勻性，多采用雙動泵或三聯(lián)泵。,用旁路來調(diào)節(jié)流量,或改變往復(fù)頻率、改變沖程,一、 往復(fù)泵,3.往復(fù)泵特點(diǎn),往復(fù)泵不能簡單地用排出管路閥門來連續(xù)調(diào)節(jié)流量，一般采用旁路（回路、支路）調(diào)節(jié)。,旁路調(diào)節(jié)示意圖,一、 往復(fù)泵,4.適用場合,小流量、高壓強(qiáng)及高粘流體的輸送,往復(fù)泵適用于小流量、高壓強(qiáng)的場合，輸送高粘度液體時的效果也比離心泵好，但不能輸送腐蝕性液體和含固體顆粒的懸浮液。,氣體輸送機(jī)械分類,按工作原理分： 離心式、往復(fù)式、回旋式、液體作用式 按出口壓力(表壓）或壓縮比分： 通風(fēng)機(jī)：出口風(fēng)壓 P2 不大于15kPa，壓縮比r=1-1.15 鼓風(fēng)機(jī)： P2 15-294kPa