过程流体机械2-叶片泵

（1）提高泵本身抗汽蚀性能措施 ① 适当加大叶轮入口直径D0和叶片进口边宽度b1。增大D0和b1可降低叶轮入口平均速度v0和叶片进口平均相对速度W1，使Δhr减小。 ② 采用双吸叶轮。叶轮每边进入二分之一的流量，对整个叶轮来讲，相当于维持了原单吸泵的汽蚀性能，而流量加大一倍。 ③ 采用诱导轮。诱导轮是一种类似于轴流式的叶轮，它装在离心泵叶轮的前面，所产生的扬程对叶轮的进口进行增压，从而改善汽蚀性能。 ④ 采用优质叶轮材料。从外部条件来看，当无法或很难避免轻度汽蚀时，则叶轮的材料要选择强硬材料如高铬不锈钢之类，并进行精细加工。这对减小由于汽蚀而产生的叶轮表面点蚀破坏，可起到一些缓和作用。 （2）提高有效汽蚀余量Δha的措施 选定合适的安装高度, 尽可能减少吸入管道的水力损失。 考虑到扬程变化辐度的影响。
（2－52a）
第一项可忽略
分析此图
再写出S－S和I－I截面的柏努利方程(图2－33)并忽略两截面之间的阻力
将上式代入式(2－52a)并移项，得
（2－52b）
如果式(2－52b)中叶轮内的压力PK降低到Pst时，则式(2－52b)可写为
（2－52c）
因为式(2－52c)等号的左边就是有效汽蚀余量Δha，见式(2－50)，而等号右边则是必需汽蚀余量Δhr，所以
汽蚀现象及成因 汽蚀的概念 汽蚀余量 改善汽蚀性能的途径 离心泵的汽蚀现象
图2－33 吸入装置
1.汽蚀的概念
泵吸入口截面S处的液体压头
（2－49）
汽蚀——这种汽泡不断形成，生长和破裂崩溃以致材料受到破坏的过程，总称为汽蚀现象。
图2－35 液流低压部位
泵发生汽蚀时，伴随有噪声，汽蚀严重时可听到泵内有“劈劈”“啪啪”的爆炸声，甚至连泵体都会产生振动，使泵的寿命大大缩短，同时泵的性能也发生变化，严重时大量汽泡使叶轮通道堵塞，液流的连续性遭到破坏，泵的扬程、流量和效率显著下降，出现所谓“断裂”工况，如图2－34所示。
图2－36 汽蚀余量变化曲线
（2）必需汽蚀余量Δhr
自S－S截面至K处产生压力降的原因如下： ①一般从吸入管至叶轮进口断面稍有收缩，因之液流有加速损失。另外液流从吸入口S－S截面流向K处截面时有流动损失； ②从S－S截面流向K处截面时，由于液流速度方向和大小都发生变化，引起绝对速度分布的不均匀，压力也会有所变化； ③由于液体进入叶轮流道时，要绕流叶片的进口边缘，从而造成相对速度的增大和分布的不均匀，引起压力下降。
离心泵的选择 选择原则 (1) 应满足工艺过程提出的对流量，压头及输送液体性质的要求； (2) 应具有良好的吸入性能，轴封装置严密可靠，润滑冷却良好，零部件有足够的强度以及便于操作和维修； (3) 泵的高效工作区域要宽，能适应工况的变化； (4) 泵的尺寸要小，重量要轻，结构要简单，制造应容易，从而成本低； (5) 其他特殊要求，如防爆、耐腐蚀、耐磨损等。 选择步骤 (1) 列出选择泵时所需的原始数据 包括输送液体的物理性质(密度、粘度、饱和蒸汽压、腐蚀性等)，操作条件(离心泵进出口两侧设备内的压力、操作温度、流量等)以及泵所在位置情况(如环境温度、海拔高度、装置水平面和垂直面要求，进、出口两侧设备内液面至泵中心距离和管线布置方案等)。
a．主要密封元件 由动环 (旋转环)、静环 (固定环) 组成。动环和静环一般均用不同材料制成，一个硬度较低 (一般用石墨或石墨加其他充填剂)，一个硬度较高 (可以用碳钢堆焊硬质合金、陶瓷等) 但也可根据具体情况将两个环用同一材料制成 (如碳化钨对碳化钨)。
b．辅助密封元件 由动环密环圈、静环密封圈和其他适当的垫片组成。根据不同的要求，辅助密封元件常采用O形环、v形环，楔形环或其他形状的密封环。辅助密封元件除了应具有密封能力外，还应有一定的弹性，以便能吸收密封面受不良影响的振动，辅助密封元件常用橡胶或塑料等材料制成。
图2－34 汽蚀断裂工况
对离心泵来说，真正的低压区不在泵的入口，而在叶轮进口部位因此要控制叶轮入口附近低压区K点的压力，使 ，才不会出现汽蚀现象。
01
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汽蚀余量 在实际工作中，我们会遇到这种情况，即如果某台泵在运行中发生了汽蚀，但是，在完全相同的使用条件下，换了另一种型号的泵，就可能不发生汽蚀，这说明泵在运转中是否发生汽蚀和泵本身的汽蚀性能有关。泵本身的汽蚀性能通常用必需的汽蚀余量Δhr表式，它是指从泵入口到叶轮内最低压力点k处的静压能头降低值，也可用(NPSH)r表示。 另一种情况是，对同一台泵来说，在某种吸入装置条件下运行时会发生汽蚀，当改变吸入装置条件下，就可能不发生汽蚀，这说明泵在运转中是否发生汽蚀和泵的吸入装置情况也有关系。按照泵的吸入装置情况所确定的汽蚀余量称为有效汽蚀余量Δha。
（2－54）
泵的允许安装高度：
（2－55）
同样，泵样本上查出的[Δh]是用20℃的水实测出的。如果泵输送的介质为非水的其他液体，其[Δh] 应进行修正，可参考有关资料。
图2－37为对碳氢化合物求法，即
式中——用20℃的水实测出的允许汽蚀余量； ——碳氢化合物的允许汽蚀余量； ——修正系数。
图2－47 填料函 1－填料函外壳；2－填料；3－液封环；4－填料压盖；5－厎衬环
图2－48 液封环 图2－49 带节流套的填料密封 当输送含有固体颗粒的液体时，为了不使泥浆进入填料，或在高压泵中，为了不使高压液体直接作用于填料，避免造成填料很快磨损，在填料前端设置减压装置——节流套。 2009-9-21
图2－43 离心泵叶轮型式
蜗壳 导轮
液体从叶轮中出来的速度很大，一般高达15~25m／s以上，而泵的排出管或次级叶轮入口速度又要求较低，限制在2~4m／s左右。因此，需要采用换能装置将叶轮流出的高速液体收集起来，并将液体导向泵排出管或送住多级泵的次级叶轮入口，与此同时将叶轮给予液体的多余动能部分转化成压力能。
离心泵的典型结构（自学）
2.2 轴流泵 轴流泵的原理和结构 轴流泵是一种低扬程，大流量的叶片式泵， 过流部分 如图所示，液体沿吸入管进入叶轮，它和叶轮叶片相互作用，获得能量，然后通过导叶和弯管，进入排出管。轴流泵是利用叶片对绕流液体产生升力而输出液体的
图2－65 轴流泵结构简图 1－吸入管；2－叶轮；3－导叶；4－弯管；5－排出
选用驱动泵的驱动机时，应该考虑要有10～15％的贮备功率，则驱动机的功率Pt为
离心泵的轴向力及其平衡（自学）
离心泵的主要零部件(了解内容） 叶轮 叶轮是离心泵中最重要的零件，它将驱动机的能量传给液体。 按有无前后盖板，叶轮结构可分为：闭式叶轮 ；开式叶轮；半开式叶轮。 按吸入方式，叶轮可分为：单吸叶轮；双吸叶轮。
（3）机械密封 ① 机械密封的构成 机械密封又称端面密封，其结构如图2－50所示，主要由下列三部分组成：
图2－50 机械密封 （a）单端面机械密封； （b）双端面机械密封 1－传动螺钉；2－传动轴；3－弹簧；4－推环；5－动环密封圈； 6－动环；7－静环；8－静环密封圈；9－防转销
（1）装置的有效汽蚀余量△ha
有效汽蚀余量（也可用NPSHa表示）是指液体进入泵前，液体本身所具有的避免泵发生汽蚀的能量，即液体自吸液池经吸入管路到达吸入口后，高出液体饱和蒸汽压Pst的那部分能头。其大小取决于泵的吸入系统装置，而与泵本身无关。
2009-9-15
（2－50） 对于液体被吸上的情况，将式（2－49）代入上式，得 （2－51a） 对于液体倒灌入泵的情况，Z s取负值， （2－51b）
(2) 估算泵的流量和扬程 (3) 选择泵的类型及型号 (4) 核算泵的性能曲线 根据流程图的布置，计算出最困难条件下泵入口的有效汽蚀余量，与该泵的允许值相比较。 （根据泵的汽蚀余量[ΔH]，计算出泵的最大允许安装高度，与工艺流程图中拟定的实际安装高度相比较。） (5) 计算泵的轴功率和驱动机功率 根据离心泵所输送液体的工况点参数(Q、H和η)，可计算得泵的轴功率
密封环 密封环是密封装置的一种，用来防止液体从叶轮排出口通过叶轮和泵壳间的间隙漏回吸入口 。 图2－46 叶轮的密封环
平接式； （b）直角接式
填料密封
作用原理： 依靠填料变形，使泵轴(或轴套)外圆表面和填料紧密接触实现其密封。
密封程度调节：轴封的严密性可用压紧或放松填料压盖的方法进行调节。填料的压紧程度要适当。压得过紧使填料与轴或轴套的摩擦功耗加大，降低其寿命，严重时将使填料与轴或轴套烧毁。压得过松，其密封性差，泄漏量增加或外界空气大量进入泵内，使离心泵无法工作。
图2－37 允许汽蚀余量修正系数 离心泵汽蚀性能曲线和泵的其他性能曲线一样，也随泵的工作转速n的不同而改变。根据离心泵的汽蚀相似，离心泵必需汽蚀余量间的关系为：
改善离心泵汽蚀性能的途径
改善离心泵汽蚀性能的途径 离心泵的汽蚀由泵本身的必需汽蚀余量Δhr和吸入装置系统的有效汽蚀余量Δha决定。
作用：
换能装置
离心泵的换能装置是指叶轮出口到泵出口法兰，或多级泵次级叶轮进口前的过流通道部分。
图2－44 蜗壳
图2－45 径向式导轮
密封装置
作用：为了保证泵的正常工作，防止液体外漏，内漏或外界空气吸入泵内，必须在叶轮和泵壳间，轴和泵壳体间都装有密封装置。 常用的密封装置：密封环、填料密封和机械密封，后二种属转轴的密封装置。
轴流泵的基本方程
（2－68）
上式表明：在轴流泵中没有离心力而引起的扬程增－68 轴流泵的通用特性曲线
轴流泵的性能特点 轴流泵与离心泵相比，具有下列性能特点 （1）扬程随流量的减小而增大，H—Q曲线陡降，并有转折点，如图2－67所示。其主要原因是，流量较小时，在叶轮叶片的进口和出口产生回流，水流多次重复得到能量，类似多级加压状态，所以扬程急剧增大。同时，回流使水流阻力损失增多，从而造成轴功率增大的现象，一般空转扬程H0约为设计工况点扬程的1.5~2.0倍。 （2）N－Q曲线也是陡降曲线，当Q=0 (出水管闸阀关闭时)，其轴功率N0=(1.2～1.4)Nd，Nd为设计工况时的轴功率。因此，轴流泵启动时，应当在闸阀全开情况下启动电机，一般称为“开闸启动”。 （3）η—Q曲线呈驼峰形，即高效工作区范围很小，流量在偏离设计工况点不远处，效率就下降很快。 流量调节方法：变角调节 轴流泵的通用特性曲线 图2－68表示同一台轴流泵，在一定转速下，把不同叶片装置角β时的性能曲线、等效率曲线以及等功率曲线等绘在一张图上，称为轴流泵的通用特性曲线。有了这种图，可以很方便地根据所需的工作参数来找适当的叶片安装角，或用这种图来选择泵。
并不表示有效=必须
必须汽蚀余量
有效汽蚀余量
（2－53a）
考虑到绝对速度分布的不均匀，在式(2－53a)等号右边第一项乘以系数λ1
（2－53b）
由式(2－52c)可知，当有效汽蚀余量Δha等于或小于必需汽蚀余量Δhr时，就会发生汽蚀。当二者相等时，则是开始发生汽蚀的临界情况。
Δhr和流量Q的关系曲线如图2－36所示。要想使泵不发生汽蚀,必须使Δha>Δhr。为了保证离心泵良好运转，一般规定允许汽蚀余量
c．压紧元件和其他辅助元件 如弹簧、推环、传动座、防转销等，以及为保证动环和静环工作所必需的其他零件都属于这一类元件。
有一个动环和一个静环的机械密封叫单端面机械密封。如图2－50(a)所示。有两个动环和两个静环的密封叫双端面机械密封，如图2－50(b)所示
机械密封的特点 优点：与填料密封相比，机械密封的优点是密封性能好，寿命长，泄漏少，消耗功率少，在运转中可以达到几乎不漏的程度，所以广泛应用于输送高温、高压和强腐蚀性液体的离心泵 ； 机械密封的缺点是制造复杂，价格较贵，损坏时不易更换 (因为要拆下泵的部分零件)，动环、静环和其他辅助密封的元件材料不好选择。此外，安装精度对机械密封工作情况有很大影响，安装得不好则增大泄漏量和降低寿命。 可输送各种液体，如清水、海水、油类、酸、碱、盐溶液及其他有机溶液。要求液体不含悬浮颗粒，如果液体含有悬浮颗粒，可选用双端面机械密封。