第二章流体输送机械2讲解

h p1
u12
pv
g 2g g
式中 。
h — 汽蚀余量，m； pv — 操作温度下液体饱和蒸汽压，N/m2
如何利用汽蚀余量确定泵的安装高度？
H g

p0 p1
g
u12 2g
Hf
h p1
u12
pv
g 2g g
可导出汽蚀余量 Δh与允许安装高度Hg之间关系为
工作点所对应的流量Q与压头Ｈ既是管路系统
所要求，又是离心泵所能提供的;
若工作点所对应效率是在最高效率区，则该
工作点是适宜的。
某离心泵的特性曲线可用以下方程表示:H=20-2Q2 (式中
H单位为m，Q单位为m3／min)。若用该泵将20℃水从贮槽
输送到某设备．已知管路系统中
z

p g
为16m,输送管路
直径为140mm×4.5mm,管路总长为200m(包括所有管部阻
力的当量长度，但调节阀为全开)，摩擦系数为定值,可
取为0.02。试求离心泵的工作流量和压头。
七、 流量调节
调节流量实质上就是改变离心泵的特性曲线或管 路特性曲线，从而改变泵的工作点。
离心泵的流量调节，通常从两方面考虑： 在排出管线上装适当的调节阀，以改变管路特性曲线；
提高Hg的方法
提高Hg的方法：
改变结构(另选一Hs大的泵)； 降低进口管段流速； 降低进口管阻力(选择较大的进口管径、减少进
口管路程、尽量少安装管件、阀等)。
H g

Hs

u12 2g

Hf
问题：泵制造厂能直接给出泵的安装高度吗？
泵制造厂只能给出Hs值，而不能直接给出Hg值。
因为每台泵使用条件不同，吸入管路的布置情况也各
Ⅰ Q Q串 Q
泵串联后的联合特性曲线 Ⅱ ，
H串< 2H
九、离心泵的类型、选择与使用
1 类型 （1）水泵
（2）耐腐蚀泵 （3）油泵 （2）杂质泵
2 离心泵的选择
选择离心泵的基本原则，是以能满足液体输送的 工艺要求为前提的。
选择步骤为： （1）确定输送系统的流量与压头 流量一般为生产任务所规定。 根据输送系统管路的安排，用柏努利方程式计算管路所
0
若贮槽与受槽的截面都很大，该处 流速与管路相比可忽略不计.
上式可简化为
Ｈ＝Ａ＋ ∑Hf
此式中压头损失为
Hf

(
l le
d
)
u2 2g


(
l
le
d
)(
1 2g
)(
Q
4
d
2
)
2


(

8
2
g
)(
l

d5
le
)Q
2
式中Q为管路系统的流量，m3/s
对于特定的管路系统，l、le、d 均为定值，若流体在该
如何用允许吸上真空高度确定泵的安装高度？
1
Hg p0
0
1 0
取截面0-0，1-1，并以截面0-0为基准面，在两截 面间柏努利方程，可得
H g

p0 p1
g
u12 2g
Hf
若贮槽为敞口，则p0为大气压pa，则有
H g

Hs

u12 2g

Hf
Hg — 泵的安装高度； u2/2g — 进口管动能； ∑Hf — 进口管阻力; Hs — 允许吸上真空高度，由泵的生产厂家给出。
当离心泵的进口压力小于环境温度下的液体的饱和蒸汽压 时，将有大量的蒸汽液体中逸出，并与气体混合形成许多小气 泡。当气泡到达高压区时，蒸汽凝结，气泡破裂，液体质点快 速冲向气泡中心，质点相互碰撞，产生很高的局部压力。如果 气泡在金属表面破裂凝结，则会以较大的力打击金属表面，使 其遭到破坏，并产生震动，这种现象称为“气蚀现象” 。气 蚀现象一旦发生，会造成很大的破坏作用，应尽量避免。
H g

p0 g

pv g
h
Hf
H g

p0 g

pv 若为敞口液面则p0=pa。
注：泵性能表上的值也是按输送20℃水而规定的。当输送其
它液体时，需进行校正。具体校正方法可参阅有关文献。
只要已知允许吸上真空高Hs与汽蚀余量中的任一个参数，均 可确定泵的安装高度。
异，有不同的u2/2g 和∑Hf 值，所以，只能由使用单 位根据吸入管路具体的布置情况，由计算确定Hg。
泵允许吸上真空高度的换算
原因：在泵的说明书中所给出的Hs是大气压为10mH2O，
水温为20℃状态下的数值。如果泵的使用条件与该状 态不同时，则应把样本上所给出的Hs值，按式换算成
操作条件下的Hs’值。
工作点由M移到M1，流量和压头
H-Q
都相应加大;
M2
若把泵的转数降到n2，泵的特性
曲线就移到nM2位置，工作点移到 M2，流量和压头都相应地减小。
He-Qe
M1 M
n1 n n2
Q或Qe
3 车削叶轮的外径
车削叶轮的外径是离心泵调节流量的一种独特 方法。在车床上将泵叶轮的外径车小，流量变小, 但调节范围不大,且直径减小不当会降低泵的效率, 生产上很少采用。
例题：某离心泵在样本中查得允许吸上真空度 为6m，现将泵安装在海拔高度500m处，水温40 度，问若吸入管路压头损失为1m，动压头为 0.2m，该泵安装在离水面5m高处是否合适？
解： 水40℃，P v = 55.32 mmHg,
500 m处 Pa = 9.74 mH2O， Hv = 55.32 / 760×10.3=0.75mH2O Ha = 9.74 mH2O Hs’=Hs + ( Ha - 10) - (Hv - 0.24)
Hs’=[Hs＋(Ha－10)－(Hv－0.24)] (2-11)
式中
Hs’—操作条件下输送水时允许吸上真空
高度，mH2O；
Hs — 泵样本中给出的允许吸上真空高度，H2O； Ha — 泵工作处的大气压，mH2O； Hv — 泵工作温度下水的饱和蒸汽压，mH2O；
0.24 — 实验条件下水的饱和蒸汽压，mH2O。
五、 离心泵的安装高度和气蚀现象 1 气蚀现象
p1<pa , p1 有一定真空度，
1
真空度越高，吸力越大, Hg
越大。 当p1 小于一定值后(p1<pv,
Hg
pa
1
0
0
pv 为环境温度下液体的饱和
蒸汽压)，将发生气蚀现象。
pv100 ℃ =760mmHg, pv 40℃=55.32mmHg
气蚀现象
H-Q M1 M2 M2
当阀门开大时，管路局部阻力
减小，管路特性曲线变得平坦一 些，工作点移到M2，流量加大到 QM2。
Q Q Q M1
M
M2
Q或Qe
2 改变泵的转数
改变离心泵的转数以调节流量，实质上是维持管路特性曲 线不变，而改变泵的特性曲线。
要把泵的转数提高到n1，泵 H或He
的特性曲线就上移到nM1位置，
管路中流动已进入阻力平方区,λ为常数
则式可简化为

(

8 2g
)(
l

d5
le
)

B
Ｈ＝Ａ＋BQ2
上式表明：在特定管路中输送液体时，所需压头Ｈ随液体流 量Q的平方而变化，此关系所描绘的Ｈ－Q曲线，称为管路特 性曲线。它表示在特定的管路中，压头随流量的变化关系。
注意：管路特性曲线的形状与管路布置及操作条件
Hs’=[Hs＋(Ha－10)－(Hv－0.24)] (2-11)
泵安装地点的海拔越高，大气压力就越低，允许吸上
真空高度就越小。
输送液体的温度越高，所对应的饱和蒸汽压就越高，
这时，泵的允许吸上真空高度也就越小。
不同海拔高度时大气压力值可查表。
海拔高度↑，液体温度↑→Hg↓
汽蚀余量
汽蚀余量Δh是指离心泵入口处，液体的静压头 p1/ρg 与动压头u12/2g之和超过液体在操作温度下 的饱和蒸汽压头pv/ρg的某一最小指定值，即
改变叶轮直径
可改变泵的特性曲线，但可调节流量范围不大，且直 径减小不当还会降低泵的效率。
在输送流体量不大的管路中，一般都用阀门来 调节流量，只有在输液量很大的管路才考虑使用调 速的方法。
八、 并联与串联操作
在实际工作中，当单台离心泵不能满足输送 任务的要求或者为适应生产大幅度变化而动用备 用泵时，都会遇到泵的并联与串联使用问题。这 里仅讨论二台性能相同泵的并联与串联的操作情 况。
1 管路特性曲线
离心泵在特定管路系统中工作时，液体要求泵供
给的压头Ｈ可由柏努利方程式求得，即
H
z
p
g

u 2 2g

Hf
H

z

p
g

u 2 2g

Hf
z

p
g
与管路中液体流量无关，在输液高度 和压力不变的情况下为一常数，以符 号Ａ表示。
u 2 2g
2 安装高度
为避免发生气蚀现象，应限制p1不能太低， 或Hg不能太大，即泵的安装高度不能太高。
安装高度Hg的计算方法一般有两种： 允许吸上真空高度法； 气蚀余量法。
允许吸上真空高度Hs
P1为泵入口处所允许的最低绝对压强。
H pa p1
s
g
（2-8）
式中 pa—大气压，N/m2 ρ —被输送液体密度，kg/m3
需的压头。
（2）选择泵的类型与型号 根据输送液体性质和操作条件确定泵的类型； 按确定的流量Qe和压头Qe从泵样本产品目录选出合适的