流体力学第七章泵-PPT精选

液体输送机械
泵
流体输送机械
气体压送机械
通风机、鼓风机 压缩机、真空泵
7.1 离心泵
泵是把原动机的机械能转换为液体的能量的机器。 原动机（电动机、柴油机等）通过泵轴带动叶轮旋转，对
液体作功，使其能量（包括位能、压能和动能）增加，从 而使液体输送到高处或要求有压力的地方。
7.1.1 离心泵的工作原理与构造
泵效率为
hNe2.1564.2%
N 3.35
7.1.3 离心泵的工作点与串并联
当泵安装在一定管路 系统中的离心泵工作 时，泵输出的流量即 为管路流量、泵提供 的压头即为管路所要 求的压头。泵的性能 曲线与管路特性曲线 有一交点a点，该交 点称为离心泵的工作 点。
一、离心泵的流量调节
改变流量 改变工作点 改变泵的特性 改变管路特性
填料密封 1－填料套；2－填料环；3－填料；4－填料压盖；5－长扣双头螺栓；6－螺母
3.主要部件
（4）导轮的作用 — 减少能量损失
7.1.2 离心泵的性能曲线
H [m] N [kW]
h [%]
36
32
IS00-80-160B Àë ÐÄ Ã±
n=2900r/min
90 80
28
70
24
60
20
50
h Ne HVg
N
N
三、离心泵能量损失——综合结果反映在h
容积损失：一部份已获得能量的高压液体由叶轮 出口处通过叶轮与泵壳间的缝隙或从平衡孔漏返 回到叶轮入口处的低压区造成的能量损失。
水力损失：进入离心泵的粘性液体产生的摩擦阻 力、局部阻力以及液体在泵壳中由冲击而造成的 能量损失。
（1）改变出口阀开度 -- 改变管特线 关小出口阀 管特线变陡
工作点左上移 H ， Q 开大出口阀 管特线变缓
工作点右下移 H ，Q
一、离心泵的流量调节
（2）改变叶轮转速 -- 改变泵的性能曲线 n 泵 H-Q 曲线上移
工作点右上移， H ， Q
机械损失：泵轴与轴承之间、泵轴与密封填料之 间等产生的机械摩擦造成的能量损失。
三、离心泵能量损失——综合结果反映在h
注意
设计点：效率曲线最高点称为设计点，设 计点对应的流量、压头和轴功率称为额定 流量、额定压头和额定轴功率，标注在泵 的 铭 牌 上 。 一 般 将 最 高 效 率 值 的 92% 的 范 围称为泵的高效区，泵应尽量在该范围内 操作。
3. 油泵
油泵用于输送石油及油类产品，油泵系列代号为Y。因油类 液体具有易燃、易爆的特点，因此对此类泵密封性能要求 较高。输送200℃以上的热油时，还需设冷却装置。
4. 液下泵
液下泵是一种立式离心泵，整个泵体浸入在被输送的液体 贮槽内，通过一根长轴，由安放在液面上的电机带动。
7.1.5离心泵的类型与选用
流体力学与 流体机械
2019/9/8
浙江工业大学
第七章 泵
2
§7.1 离心泵 §7.2 往复泵 §7.3 隔膜泵 §7.4 齿轮泵 §7.5 旋涡泵 §7.6 螺杆泵
流体输送机械
为流体提供机械能的机械设备统称为流体 输送机械。
分类
按工作原理：离心式；往复式；旋转式；流体作 用式。
按输送介质：
1.离心泵并联
同一压头下，并联泵的流量为单泵流量的两倍， 据此作出合成性能曲线。
并联泵的流量大于一台单泵的流量，小于两台单 泵的流量
Q 单＜Q并＜Q双
合成特性曲线
合成特性曲线
H
H
V单
V并
V单 V并 V双
2.离心泵串联
同一流量下，串联泵的压头为单泵压头的两倍， 据此作出串联泵合成特性曲线
16
40
12
12 30
8
8 20
4
4 10
0 0
20 40 60 80 100 120 1400
0
Q/ m3/h
离心泵的性能曲线由制造厂附于产 品样本中，是指导正确选择和操作 离心泵的主要依据。
一、性能参数：
流量Q[m3/s] 压头H [mH2o] 轴功率N [kW] 效率h[%]
二、性能曲线：
压强最低点处的静压超过工作温度下被输送液 体的饱和蒸汽压。
7.1.5离心泵的类型与选用
1. 清水泵 清水泵物理化学性质类似于水的介质。清水
泵有若干系列。最简单的为单级单吸式，系 列代号为“IS”，结构简图如图，若需要的扬 程较高，则可选D系列多级离心泵。若需要 流量很大，则可选用双吸式离心泵，其系列 代号为“Sh” 。
调节阀
排出管 排出口
吸入口 吸入管
叶轮
泵 泵轴 壳
底 阀
滤 网
3.主要部件
（1）叶轮 — 叶片（+盖板） 6～12个叶片（前弯、后弯， 径向） 液体通道。
闭式叶轮：前盖板、后盖板 半开式： 后盖板 开式： 无盖板
3.主要部件
平衡孔：消除轴向推力
3.主要部件
（2）泵壳：泵体的外壳，包围叶轮
截面积逐渐扩大的蜗牛壳 形通道 液体入口— 中心 出口 — 切线
作用：
① 汇集液体，并导出液体； ② 能量转换装置
3.主要部件
（3）泵轴：垂直叶轮面，穿过叶轮中心
轴封：旋转的泵轴与固定的泵壳之
间的密封。
作用：防止高压液体沿轴漏出或外
界空气漏入。 填料密封 机械密封
3.主要部件
填料：采用浸 油或涂石墨的 石棉绳。 结构简单，但 功率消耗大， 且有一定程度 的泄漏。
压力表
z2
真空表
z1
解：与泵的特性曲线相关的性能参数有泵的转速n、流量Q、 压头H、轴功率N和效率h。其中流量和轴功率已由实验直 接测出，压头和效率则需进行计算。 以真空表和压力表两测点为1，2截面，对单位重量流体列 伯努利方程
代入数据 H z2z1p 2 gp 1u2 2 2 g u1 2 H f1 2
四、性能曲线的影响因素
性能曲线是制造厂用20℃清水在一定转速下实验 测定的。若输送液体性质与此相差较大，泵特性 曲线将发生变化，应加以修正，使之变换为符合 输送液体性质的新特性曲线。 1.液体密度的影响
离心泵的理论流量和理论压头与液体密度无关，H—Q曲 线不随液体密度而变，η —Q曲线也不随液体密度而变。
三、离心泵装置简图
某
多
7
级
离
心
泵
拆
装
爆
炸
图
离心泵的分解动画
离心泵结构工作原理
四、吸上原理与气缚现象
1.吸上原理
原动机 ： 轴 ＋ 叶轮，旋转
离心力
叶片间液体: 中心
高速离开叶轮 动能
外围 — 液体被做功 静压能
2.气缚现象
如果离心泵在启动前壳 内充满的是气体，则启 动后叶轮中心气体被抛 时不能在该处形成足够 大的真空度，这样槽内 液体便不能被吸上。这 一现象称为气缚。
7.1.5离心泵的类型与选用
1-泵体；2-泵盖；3-叶轮；4-轴；5-密封环；6-叶轮螺母；7-止动垫圈； 8-轴盖；9-填料压盖；10-填料环；11-填料；12-悬架轴承部件
7.1.5离心泵的类型与选用
2. 耐腐蚀泵
输送腐蚀性流体用耐腐蚀泵。耐腐蚀泵所有与流体介质接 触的部件都采用耐腐蚀材料制作。离心耐腐蚀泵有多种系 列，其中常用的系列代号为F。
1.症状：噪声大、泵体振动，流量、压头、效率都明显下 降。
2.后果：高频冲击加之高温腐蚀同时作用使叶片表面产生 一个个凹穴，严重时成海绵状而迅速破坏。
二、汽蚀现象
汽蚀表面现象
汽蚀后的叶 轮
3.防止措施：
A. 控制泵的流量：泵的工作流量不应大于额定流 量；不应小于允许的最小流量。
B. 限制泵的转速。 C. 不允许采用泵的入口阀门调节流量 D. 泵启动时空运行时间不能过长。 E. 把离心泵安装在恰当的高度位置上，确保泵内
串联泵的压头大于一台单泵的压头，小于两台单
泵的和压头
H 单＜H并＜H双
H HL
H串V
H2
Hቤተ መጻሕፍቲ ባይዱLV 2
H V
1
H1
II
I
0
V1
V2
V
3.并串联的选择
高阻管路： 串联泵
低阻管路： 并联泵
高阻管路
低阻管路
Q并 Q串 Q串 Q并
7.1.4离心泵的安装高度与气蚀现象
一、安装高度
从整个吸入管路到泵的吸入口直至叶轮内缘，液体的压强 是不断降低的。研究表明，叶轮内缘处的叶片背侧是泵内压 强最低点。
一、离心泵结构：
高速旋转的叶轮和固定的泵壳，叶轮上装有若干叶 片，叶轮将输入的轴功提供给液体。
二、离心泵工作原理：
液体随叶轮旋转在离心力作用下沿叶片间通道向外 缘运动，速度增加、机械能提高。液体离开叶轮进 入蜗壳，蜗壳流道逐渐扩大、 流体速度减慢，液 体动能转换为静压能，压强不断升高，最后沿切向 流出蜗壳通过排出导管输入管路系统。
H—Q曲线 N—Q曲线
h—Q曲线
H—Q曲线
17
离心泵的压头H又称扬程，是指泵对单位重量的 流体所能提供的机械能[J/N]，单位为m。因此 H—Q曲线代表离心泵所提供的能量与流量的关 系，离心泵压头H随流量Q增加而下降。
泵的扬程计算见课本P154。
H—Q曲线
18

NeHVg
二、汽蚀现象
当泵内某点的压强低至液体饱和蒸汽压时部分液体将汽 化，产生的汽泡被液流带入叶轮内压力较高处再凝聚。 由于凝聚点处产生瞬间真空，造成周围液体高速冲击该 点，产生剧烈的水击。瞬间压力可高达数十个MPa，众 多的水击点上水击频率可高达数十kHz，且水击能量瞬 时转化为热量，水击点局部瞬时温度可达230℃以上。
7.1.6离心泵的运行
2.正常启动：
（1）准备工作经检查正常后可启动泵。启动后应注意电流表，泵 转向，压力表，泄漏等情况，一切正常后再慢慢打开出口阀。 （2）检查泵的轴承温度不得大于65 ℃ ，电机温度不得大于70 ℃ （3）可用泵出口阀门调节流量 （4）观察出口压力表、电流表的波动情况 （5）检查泵的运行、振动、泄漏情况。 （6）检查泵冷却水的供应情况，润滑油液面的变化情况。 （7）打封油的泵，封油压力至少高出泵出口压力0.05-0.1MPa. （8）对于长周期运转的泵，要定期更换润滑油或润滑脂，保证泵 在良好的润滑状态下工作。
当地大气压 安装高度
p1
g

p0
g

Hg

u12 2g

Hf
Hg p0
0
1
K
1
K
0
7.1.4离心泵的安装高度与气蚀现象
由于P1不能小于或等于液体的饱和蒸汽压P蒸,故 Hg称为离心泵的极限吸程.
可见,离心泵的吸程是受到大气压、液体饱和蒸 汽压、吸入管的流速及阻力等因素的影响。
通常离心泵说明书上所规定的吸程值是在 760mmHg、水温为20℃的清水实验所得。使用 条件不符时，应进行修正，以确保使用安全。
工作流量下泵压头为
H z 2 z 1 p 2 g p 1 0 .5 0 .2 1 8 0 0 0 0 . 0 2 9 5 .8 1 1 0 6 3 1 .6 m H 2 O
工作流量下泵有效功率为
N e H g V 3 .6 1 2 9 5 .8 /36 2 .1 0 k5 0 W
例： 用清水测定某离心泵的特性曲 线，实验装置如附图所示。当调节 出口阀使管路流量为25m3/h时，泵出 口处压力表读数为0.28MPa（表压）， 泵入口处真空表读数为0.025MPa， 测得泵的轴功率为3.35kW，电机转 速为2900转/分，真空表与压力表测 压截面的垂直距离为0.5m。试由该 组实验测定数据确定出与泵的特性 曲线相关的其它性能参数。
5. 杂质泵
杂质泵有多种系列，常 分为污水泵、渣浆泵、 泥浆泵等。这类泵的主 要结构特点是叶轮上叶 片数目少，叶片间流道 宽，有的型号泵壳内还 衬有耐磨材料。
1－泵体；2－泵盖；3－叶轮；4－泵轴；5－密封环； 6－轴套；7－轴承；8－连轴器
7.1.6离心泵的运行
1.运行前准备工作：
（1）检查泵出、入口管线上的阀门、法兰地脚螺栓、联轴器、温度 计和压力表等。 （2）检查泵的运转情况，先盘车，听是否有杂音，看是否灵活。 （3）打开入口阀，排出泵体内的气体，给泵内充满所要输送的液体 ，再关死出口阀。 （4）往泵的油箱加好润滑油或润滑脂。 （5）给冷却水，打开压力表，看是否灵敏。 （6）检查安全设备如对轮罩、接地线等。 （7）对热油泵看预热情况，使泵体温度不能低于界质温度的40度。 （8）与各有关岗位、有关单位联系好。做好启动准备。
轴功率则随液体密度的增加而增加
2.液体粘度的影响
液体粘度改变，H—Q、N—Q、h—Q曲线都将随之而变
注意事项
泵的启动：泵的轴功率随输送流量的增加而增 大，流量为零时，轴功率最小。因此关闭出口 阀启动离心泵，启动电流最小。
离心泵启动时一定应在泵体和吸入管路内充满 液体，否则将发生“气缚” 现象。
二、离心泵的并联和串联
离心泵并联和串联，将组合安装的离心泵视为一 个泵组，泵组的性能曲线或称合成性能曲线，据 此确定泵组工作点。
离心泵并联操作时，泵在同一压头下工作，泵组 的流量为该压头下各泵对应的流量之和。据此，
可得并联离心泵组的H-Q性能曲线。
离心泵串联操作时，泵送流量相同，泵组的扬程 为该流量下各泵的扬程之和。由此可得离心泵串 联工作时的合成性能曲线。