江西理工大学 化工设备原理课件 离心泵2

′ Q′ D2 = Q D2
′ ′ H e D2 = H e D2
2
′ N ′ D2 = N D2
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四,离心泵的汽蚀现象与安装高度: 离心泵的汽蚀现象与安装高度: 1,什么是离心泵的汽蚀现象?有何消除? 汽蚀现象 2,如何计算离心泵的安装高度? ,如何计算离心泵的安装高度? 在池液面和泵的叶轮入口截面间 进行机械能衡算: 进行机械能衡算:
Pk P0 u k2 = H g ∑ H f 01 ( + ∑ H f 1 k ) ρg ρ g 2g
Hg:泵的安装高度 : 轴心距离池液面的垂直落差) (轴心距离池液面的垂直落差)
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允许吸上真空度法: 允许吸上真空度法:
P0 P1 u12 Hg = ∑ H f 0 1 ρg 2g
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转速变化: 转速变化: 转速变化量在20%以内, 转速变化量在 %以内,泵的特性参数满足比列定律
Q1 n1 = Q2 n2
H e1 n1 = H e 2 n2
2
N1 n1 = N 2 n2
3
叶轮直径变化: 叶轮直径变化: 切割量在10%以内,泵的特性参数满足切割定律 切割量在 %以内,
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2,工作原理(以离心泵为例): ,工作原理(以离心泵为例): 前提条件,运行的过程及对整个系统结构的要求. 前提条件,运行的过程及对整个系统结构的要求. 条件: 条件: 一定安装高度下的泵壳内充满液体,且运行无泄漏. 一定安装高度下的泵壳内充满液体,且运行无泄漏. 气缚现象? 什么是离心泵的气缚现象 有何危害?如何消除?) (什么是离心泵的气缚现象?有何危害?如何消除?) 运行过程:依靠叶轮中液体作离心运动产生的(负)压差 运行过程:依靠叶轮中液体作离心运动产生的( 吸入液体,且液体在泵壳内因能量形式的转换, 吸入液体,且液体在泵壳内因能量形式的转换,流体获得 以静压能为主的机械能. 以静压能为主的机械能. 系统的特点:一般而言,吸入管径比压出管径大, 系统的特点:一般而言,吸入管径比压出管径大,且安装 底阀. 底阀.
H g允
u12 = H s允 ∑ H f 01 2g
用允许吸上真空度表示的泵的安装高度
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由上式可知, 由上式可知,允许吸上真空高度与吸液面的 压强,液体密度及液体温度(即 有关. 压强,液体密度及液体温度 即Pv)有关.说明书所 有关 给出的H 允是在P 给出的 s允是在 0=Pa=1atm,水温为 ℃状 ,水温为20℃ 态下的数值.当操作条件与该状态不同时( 态下的数值.当操作条件与该状态不同时(如输送 的流体不是清水,当地的大气压不是1atm),实 ),实 的流体不是清水,当地的大气压不是 ), 际允许吸上真空高度须进行校正: 际允许吸上真空高度须进行校正:
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第二章 流体输送装置
重点掌握离心泵的工作原理, 重点掌握离心泵的工作原理,正确的安装和 使用及工作点的调节; 使用及工作点的调节; 了解往复泵的工作原理和流量调节的方法; 了解往复泵的工作原理和流量调节的方法; 了解离心风机的主要性能指标及正确的安装 和使用. 和使用.
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不同类型的流体输送机械: 不同类型的流体输送机械: 按输送流体的类型分: 按输送流体的类型分: 风机; 泵,风机; 按工作原理分: 按工作原理分: 动力式(离心泵和离心风机); 动力式(离心泵和离心风机); 容积式(正位移式,如往复泵); 容积式(正位移式,如往复泵); 喷射式(喷射泵) 喷射式(喷射泵)
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2.1 离心泵
一,离心泵的结构和工作原理 1,结构: ,结构: 主要由叶轮和泵壳构成. 主要由叶轮和泵壳构成.
1-平衡孔 - 2-后盖板 -
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叶轮的结构及工作特点:叶片的弯曲方向及作用( 叶轮的结构及工作特点:叶片的弯曲方向及作用(图);
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泵壳的形状及工作特点: 泵壳的形状及工作特点: 螺壳形状,不同能量形式的转化( 螺壳形状,不同能量形式的转化(图).
P0 P1 u12 Hg = ∑ H f 0 1 ρg 2g
Pa′ Pv′ ′ H s允 = H s允 10.33 + + 0.24 ρ ′g ρ ′g
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√
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允许汽蚀余量法: 允许汽蚀余量法:
Pv P1 u 12 △h = + ρg 2g ρg
P0 P1 u12 Hg = ∑ H f 0 1 ρg 2g
P2 P1 C 22 C 12 = + = H ρg 2g
p
H T∞
+ Hc
2 2
P 2 P1 ρg
2 u 2 u 12 W 12 W = + 2g 2g
静压能的增加来源于离心力做功 及叶片间流通通道扩大导致动能 的减少. 的减少.
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u2c2 cosa2 u1c1 cosa1 HT∞ = g u 2 c 2 cos a 2 H T∞ = g u 2 (u 2 c r 2 ctg β 2 ) H T∞ = g
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例 2—1 今某车间有一台离心水泵,铭牌上标着流量为 468m3/h, — 今某车间有一台离心水泵, , 扬程为 38.5m,转数为 2900 转/分,允许吸上真空高度为 6m.现流 , 分 . 量和扬程均符合要求, 量和扬程均符合要求,且已知吸入管路的全部阻力损失和动压头之 试确定: 车间位于 和约为 2.5mH2O.泵位于吸液面以上 2m 处.试确定:(1)车间位于 . 海平面,输送水温为 20℃时,泵的允许几何安装高度;(2)车间位于 海平面, ℃ 泵的允许几何安装高度; 车间位于 的高原处, 泵的允许几何安装高度; 海拔 1000m 的高原处, 输送水温为 80℃时, ℃ 泵的允许几何安装高度; (3)在以上两种情况下泵能否正常工作. 在以上两种情况下泵能否正常工作. 在以上两种情况下泵能否正常工作
P min u12 Pv △h允 =△hmin + 0.3 = 1 + + 0.3 ρg 2g ρg
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实际操作取一定的余量
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H g允
P0 Pv = ∑H ρg
f 0 1
△ h允
△h允与Hg允均跟流量有关,在计算 g允时,必须按使 允均跟流量有关,在计算H 用过程中可能达到的最大流量进行计算. 用过程中可能达到的最大流量进行计算. 实验条件改变后也必须校正, 允 实验条件改变后也必须校正,Hg允=10-△h允 - 当被输送液体的温度较高,饱和蒸汽压比较大时其Hs允 当被输送液体的温度较高,饱和蒸汽压比较大时其 允 较低,通常可采取下列措施来提高其H 允 较低,通常可采取下列措施来提高其 g允值以避免汽蚀现象 的发生: 的发生: (1)尽量减小吸入管的阻力损失,如选用较大的吸入管 尽量减小吸入管的阻力损失, 尽量减小吸入管的阻力损失 泵的安装尽量靠近液源;缩短管道长度, 径;泵的安装尽量靠近液源;缩短管道长度,减少不必要的 管件和阀门等. 管件和阀门等. (2)将泵安装在贮液池液面以下,使液体自动灌入泵体 将泵安装在贮液池液面以下, 将泵安装在贮液池液面以下 内.
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解:(1)查附录得海拔 0m 处大气压为 10.33mH2O,输送水温为 20℃,操作 条件与泵的 Hs 允测定条件相同,Hs 允不必校正,可直接计算: 2 u1 实际安装高度应小于 3.5m. H = H ∑H = 6 2.5 = 3.5m
Cr2
H T∞
代入三角函数关系化简结果
设计离心泵时, 设计离心泵时,满足叶轮进口 处流体与进口截面垂直. 处流体与进口截面垂直. 用叶片弯曲角度( ) 用叶片弯曲角度(β)来表示
流量 QT = = 截面积 π D 2 b2
2 u 2 u 2 ctg β 2 D 22 ω 2 ω ctg β 2 = QT = Q T = A BQ T g g π D 2b2 4g 2π b 2 g
定义汽蚀余量△ 定义汽蚀余量△h的概念
P0 Pv Hg = ∑ H f 01 △h ρg
△ hmin Pv P1 min u = + ρg 2 g ρg
2 1
当叶轮入口处的压强恰好达到流体的饱和蒸 汽压时,吸入管1- 截面处的压强达到最低 汽压时,吸入管 -1截面处的压强达到最低 ),此时对应的汽蚀余量为最小汽 (p1,min),此时对应的汽蚀余量为最小汽 蚀余量hmin. 蚀余量
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W 1 2 = C 12 + u 12 2 C 1 u 1 cos α 1 W
2 2
= C
2 2 2
+u
2 2
2 C 2 u 2 cos α
速度三角形关系
2
C 2 cos α
H
T∞
= u 2 C r 2 ctg β 2
叶片间进出口流体的机械能衡算
P1 C 12 P2 C 22 + + = + ρg 2g ρg 2g
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η=92%ηmax = %
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3,离心泵特性曲线的换算: ,离心泵特性曲线的换算: 密度的变化: 密度的变化: 流体密度的变化仅对泵的轴功率影响; 流体密度的变化仅对泵的轴功率影响;
N ′ H e Q ρ ′g / η ρ′ = = N H eQ ρg / η ρ
粘度的变化: 粘度的变化: 流体粘度增加,流体在泵内的能量损失增大,泵的压头, 流体粘度增加,流体在泵内的能量损失增大,泵的压头, 流量,效率都下降,而轴功率增加. 流量,效率都下降,而轴功率增加.
在池液面和泵的吸入口截面(不是叶轮入口) 在池液面和泵的吸入口截面(不是叶轮入口) 间进行机械能衡算 定义吸上真空度Hs 定义吸上真空度
f 0 1
u12 Hg = Hs ∑H 2g
H s max
P0 P1 min = ρg
P Pmin Hs允 = Hsmax0.3 = 0 1 0.3 ρg
当叶轮入口处的压强恰好达到流体的饱和蒸 汽压时,吸入管1- 截面处的压强达到最低 汽压时,吸入管 -1截面处的压强达到最低 ),此时对应的压差为泵的最大吸 (p1,min),此时对应的压差为泵的最大吸 上真空度H 上真空度 s,max. 实际操作取一定的余量,有的也取 实际操作取一定的余量,有的也取0.5m. .
对于一定几何形状和大小的叶轮( 皆为定值), 对于一定几何形状和大小的叶轮(β2,D2,b2皆为定值), 叶轮转速恒定时,理论压头和理论流量间的关系呈直线关系. 叶轮转速恒定时,理论压头和理论流量间的关系呈直线关系.
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实际的压头和流量间的关系: 实际的压头和流量间的关系:
由于实际的叶片并不是无限多,流体也不是理想流体, 由于实际的叶片并不是无限多,流体也不是理想流体,该过 程总是存在能量损失的,使得实际的压头比理论值要小. 程总是存在能量损失的,使得实际的压头比理论值要小. 离心泵中流体获得的能量若动能项较大则阻力损失大, 离心泵中流体获得的能量若动能项较大则阻力损失大,效率 太低.选择后弯叶片时流体获得的能量主要以静压能为主 后弯叶片时流体获得的能量主要以静压能为主, 太低.选择后弯叶片时流体获得的能量主要以静压能为主,效率 相对较高. 相对较高.
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二,离心泵的特性方程: 离心泵的特性方程: 研究流体经过离心泵的作用后获得能量的情况. 研究流体经过离心泵的作用后获得能量的情况. 实验条件是: 实验条件是:单位重量的理想流体在无限多后弯叶片间 的流动. 的流动. 考察的是相邻两叶片间进出口所在截面间流体的机械能 衡算,即理论压头和理论流量间的关系. 衡算,即理论压头和理论流量间的关系.
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三,离心泵的主要性能参数和特性曲线: 离心泵的主要性能参数和特性曲线: 1,注意: ,注意: 上标明的主要性能参数是以20℃ 在离心泵的铭牌上标明的主要性能参数是以 ℃清水 作实验在最高效率条件下测得的数值. 图片1 图片2 作实验在最高效率条件下测得的数值. 在最高效率条件下测得的数值 2,各性能参数(详见泵的特性曲线) ,各性能参数(详见泵的特性曲线) 流量Q,扬程H,轴功率N和效率 (容积损失,水力损 流量 ,扬程 ,轴功率 和效率η(容积损失, 和效率 失和机械损失) 失和机械损失) 了解并熟练掌握特性曲线中各曲线的含义及使用条件 注意最高效率区的范围( = % 注意最高效率区的范围(η=92%ηmax)及用途