12 离心泵在管路中运行详解

H2 H1
D2 D1
2
N2 N1
D2 D1
3
PCE/ETP-BJTBU/ZYW
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化工原理-流体输送机械/12.离心泵在管路中的运行 22
可见：D↓── V↓、H↓、N↓ 根据柏努利方程(在0-0、1-1间及在2-2、3-3间列式)，…... 可判断：泵入口真空度和出口压强都下降。
在泵的流量调解方法中，从操作来说，改变出口阀门非 常方便，从节能角度考虑，宜采用改变泵转速或叶轮直径 的方法
──不会增加额外阻力， 且可在高效区工作，
但调节不便
*B. 离心泵的组合操作 自学要求： ⑴ 各种组合离心泵的特性曲线 ⑵ 如何选择组合方式
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化工原理-流体输送机械/12.离心泵在管路中的运行 4
C. 离心泵的吸上高度 离心泵吸上高度，Hg ──决定泵的安装高度
减少不必要的管件
离心泵尽可能靠近液源
不能设置入口阀门！
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化工原理-流体输送机械/12.离心泵在管路中的运行 17
c. 操作条件变化对泵参数的影响分析
用离心泵将20℃的清水（密度取1000kg/m3）从水池送往敞 口的高位槽。在泵的入口和出口分别装有真空表和压强表。
0
在0-0、1-1截面间列式分析：
Z0
pa ρg
u02 2g
Z1
p1 ρg
u12 2g
hf0-1 H
pa p1 ρg
(Z1
Z0)
u12 2g
hf0-1
H-V H’-V
M
M’
H-V N-V
V
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化工原理-流体输送机械/12.离心泵在管路中的运行 19
Z0
pa ρg
g
H
离心泵特性实验也证实了这一点。
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化工原理-流体输送机械/12.离心泵在管路中的运行 20
⑵ 改送密度为1260kg/m3的水溶液(其它性质与水相近)
从泵的理论流量方程和基本方程知道：当泵的n和D2不变 ── V和H与液体密度ρ无关，即V和H不变。
而 N=ρgHV/η，即ρ↑── N↑
密度的校正
H
” s,允
H
' s,允
水 液
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D. 选泵 离心泵
选泵原则：
化工原理-流体输送机械/12.离心泵在管路中的运行 8
单级 ──IS 清水泵 多级 ──D
双吸 油泵 ──Y
耐腐蚀泵 ──F 杂质泵 ──P
──Sh
安装与使用注意事项：
⑴ 据输送液体的 性质及操作条 件，确定泵的 类型；
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化工原理-流体输送机械/12.离心泵在管路中的运行 11
E. 例
a. 工作点概念
某离心泵，n=1480r/min，特性方程为H=(V)=38.4-40.3V2
(V,m3/min)，管路两端有ΔZ+Δp/ρg=16.8m。管径为
76×4mm，管长(含所有局部阻力当量长度)l+ le=1360m，
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化工原理-流体输送机械/12.离心泵在管路中的运行 16
由
H
g
H
' s,允
hf
H
' s,允
H s,允
10
pa pv
g
知道。在输送热流体或低沸点液体时，要特别注意吸入
高度问题。如H s,允较低，可采取如下措施： ⑴ 采用灌注头。
⑵ 如必须采用吸入头，则应尽量减小吸入管阻力hf ──吸入管路采用粗管
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化工原理-流体输送机械/12.离心泵在管路中的运行 10
■ 离心泵的安装高度是一个重要的工程问题．它受汽蚀现 象的约束，应认真核算确定。 ■ 选择离心泵是一个设计型问题，根据具体情况及计算结 果确定类型与型号。有时会有择优问题。
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泵在一定转数、阀门C在一定开度下，测得一组数据：泵的 流量V、压头H、功率N 、真空度p1 、压强p2 。现分别改变 如下某一条件，试判断上面五个参数将如何变化：
⑴ 将泵的出口阀C的开度加大；
⑵ 改送密度为1260kg/m3的水溶
液(其它性质与水相近)；
Z
⑶ 泵的转数提高8%；
⑷ 泵的叶轮直径减小5%。
12 Operation of centrifugal pump in pipeline
A. Flow regulation *bined operation of centrifugal pumps C. Suction height D. Selection of centrifugal pump E. Example
从前面的柏努利方程式(在0-0、1-1之间)可知：ρ↑──
泵入口真空度↑( p1↓)
根据柏努利方程(在2-2、3-3间列式)：
p2
ρg
(Z3
Z2)
hf2-3
可判断：泵出口压强 p2↑。
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⑶ 泵的转数提高8%
⑶ 水温仍为40℃，d 减小20%
Hg(max)=4.52-──h？f
比例法
hf
l
d
le
u2 2g
Kd 5
设λ基本不变，有：
hf' hf
d d'
5
hf'
2.4 d 0.8d
5
7.32m
则：Hg(max)=4.52-7.32=-2.8m 比温度变化的影响大得多。
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b. 吸上高度Hg的计算 对图示1-1，2-2截面间列
机械能衡算方程：
pa
g
pe
g
Hg
ue2 2g
hf
2 2
Hg
pa pe
g
ue2 2g
hf
Hg 1
1
为避免发生气蚀，则：
H g
H s, 允
ue2 2g
hf 此式可以确定泵的最大安装高度。
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化工原理-流体输送机械/12.离心泵在管路中的运行 7
离心泵在管路中的运行离心泵在管路中的运行55当泵入口压强液体气化产生气泡气泡进入泵内快速由低压区进入高压区而凝结周围液体以极高速度涌向原气泡真空区产生非常大的冲击压力对叶轮的冲击震动而产生噪声以及高频锤击作用天长日久叶轮被冲蚀成海绵状脱落同时泵压头效率大幅度下降以至吸不上液体
化工原理-流体输送机械/12.离心泵在管路中的运行 1
a. 气蚀现象与H s,允
离心泵排液作用 2r
可达几十米乃至百米。
Hg
离心泵吸液作用叶轮入 口真空度(pa-pe)/ρg=Hs (吸上真空高度)<10.33m。
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化工原理-流体输送机械/12.离心泵在管路中的运行 5
汽蚀现象：当泵入口压强 pe→流体饱和蒸气压pv时── 液体气化，产生气泡── 气泡进入泵内，快速由低压区 进入高压区而凝结── 周围液体以极高速度涌向原气泡 真空区，产生非常大的冲击压力 ──对叶轮的冲击震动 而产生噪声，以及高频锤击作用 ──天长日久，叶轮被 冲蚀成海绵状脱落，同时泵压头、效率大幅度下降，以 至吸不上液体。
λ=0.03。 求：输液量V=？
解： 一定特性的泵在一定特性的管路中运行，求流量V
──工作点问题。
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化工原理-流体输送机械/12.离心泵在管路中的运行 12
管路特性：
H
ΔZ
Δp
g
KV
2
16.8
8 (l
π
2d
5
le g
)
V
2
16.8
8 0.031360 3.142 0.0685 9.81
c. H s,允的校正计算
从泵样本中查出的H s,允是厂方在1atm下，用20℃水测 出的数据。如与实际不符，可按下式校正：
H' s,允
H s,允
(10.3
pa )
g
(
pv
g
0.24)
H' s,允
H s,允
10
pa pv
g
其中：ρ──水在操作温度下的密度，kg/m3
0.24──1atm、20℃时水的饱和蒸气压头，m
u02 2g
Z1
p1 ρg
u12 2g
hf0-1
pa p1 ρg
(Z1
Z0)
u12 2g
hf0-1
可见：V↑── u12/2g ↑、∑hf0-1↑，(Z1-Z0)不变 表的读数↑
─→真空
据离心泵基本方程(或特性曲线)知：其它条件不变，V↑
─→泵的压头H↓ ── 泵出口压强表读数p2↓
p2 p1
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■ 离心泵在管路中运行的工作点（Ｈ，Ｖ）是泵与其所运
行的管路两条特性曲线的交点，或是两个特性方程的联立 解。原则上，凡影响两条特性曲线的因素都将影响工作点 的位置。
■ 从原则上讲，流量调解即是改变工作点的位置，调解手 段主要有调解离心泵的出口阀门；改变离心泵转数及叶轮 尺寸。 ■ 离心泵组合运行方式主要有并联与串联，究竟采取哪种 方式，应根据具体问题要求，分析工作点位置确定。
定义：
H s,max
pa pe '
g
最大吸上真空高度
其中pe’为当发生气蚀时，泵入口处压强， pe’ >pv 。
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为避免发生气蚀现象，我国产品规定允许吸上真空高度 H s,允，可以在产品样本中查出。通常H s,允= H s,max-0.3，m。
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V 60
2
H 16.8 645V 2 f (V )
H
38.4 40.3V
2
(V )
联立求解可得： V=0.178m3/min
H=37.2m
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化工原理-流体输送机械/12.离心泵在管路中的运行 13
b. 离心泵安装高度及其影响因素
一型号为6Sh-6离心泵，输送40℃的水，V=198m3/h，吸 入管阻力hf=2.4m，大气压pa=750mmHg。从样本上知 道H s,允=5mH2O。
H
g
H
' s,允
hf
H
' s,允
H s,允
10
pa pv
g
查表知40℃水：ρ=992kg/m3，pv=0.0752kgf/cm2
H' s,允
5 10
(13600
9.81 0.75) (0.0752 992 9.81
98100
)
4.52m
则：Hg(max)=4.52-2.4=2.12m，安装时应小于此值。
H
点，如图所示)称离心泵的工作点
•
(V)
──管系实际流量及泵所提供的
压头（扬程）。
V
V
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流量调节──改变工作点的位置，以满足生产任务变化 要求。
调节方法
变管路特性曲线 ──调节阀 ──灵活方便
变泵特性曲线
n D
⑵ 70℃的水
查表知70℃水：ρ=978kg/m3，pv=0.318kgf/cm2
H' s,允
5
10
(13600
9.81 0.75) (0.318 978 9.81
98100
)
2.17m
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则：Hg(max)=2.17-2.4=-0.23m “灌注头”
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化工原理-流体输送机械/12.离心泵在管路中的运行 2
第12讲 离心泵在管路中的运行
A. 流量调节
离心泵的运行状态由离心特性与管路特性决定，即：
H
f (V ) Δ pg
ΔZ KV 2
A KV 2
H (V ) A'K 'V 2
H
f (V)
──其联立解(H,V)(两曲线的交
求：⑴ 安装高度H g(max) =? ⑵ 水温由40℃→70℃， H g(max) =? ⑶ 吸入管径减小20%， H g(max) =?
（计算中可以略去速度头项）
解：⑴
H
g
H
' s,允
hf
H
'pa pv
g
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⑴ 要根据具体场合，核对安装高度，不能 高于允许值，以防产生气蚀；
⑵ 吸入管底部应安装吸滤底阀；
⑵ 据管路所需H、 ⑶ 泵启动前应灌满水，以防产生“气缚”； V，确定泵的 ⑷ 开、关泵前应关闭出口阀门，使启动功 具体型号。 率最小，并防止液体倒流。
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【本讲要点】
根据离心泵的比例定律：
V2 n2 V1 n1
2
H2 H1
n2 n1
可见：n↑── V↑、H↑、N↑
3
N2 N1
n2 n1
根据柏努利方程(在0-0、1-1间及在2-2、3-3间列式)，…...
可判断：泵入口真空度和出口压强都上升。
⑷ 泵的叶轮直径减小5%
根据离心泵的切削定律：
V2 D2 V1 D1
C
p1
p2
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化工原理-流体输送机械/12.离心泵在管路中的运行 18
解： ⑴ 加大阀门C的开度 阀门开度↑── ∑le↓── K↓── 管路特性曲线改变
3
3
──泵工作点由M→M’
Z
从右下图可见：
V↑── H↓── N↑
泵入口真空表读数变化，可
0
p1 C p2
1 22 1