20191001流体输送机械离心泵

2、当以提高输送量为目的时，应视管路情况而定。
在低阻力输送管路的情况下，并联优于串联；而在高 阻力输送管路的情况，采用串联更为合适。
• 在一定流量下泵的扬 程可用实验方法测出。
• 在泵的进出口间列伯 努利方程。
• 泵的扬程随流量的大小而改变，并取决于 泵的结构、尺寸（主要是叶轮直径）和转 速。
• 泵的扬程为以下几项的总和：
液体位置的提升，
升举高度只
是扬程的一部分。
液体静压头与动压头的提高，
输送液体过程中克服的管路阻力。
• （2）离心泵的扬程与液体的密度亦无关，理由是：液体在一定转速 下所受的离心力与液体的质量也就是密度成正比，而由离心力所产生 的压头（即扬程）则相当于由离心力所产生的压力除以液体的密度， 因此密度对压头的影响就被消除了。因此，He-V曲线不随液体的密 度而变化。
• （3）但是密度增大时，泵的功率消耗增加，因此产品说明书中的N 轴-V曲线不再适用，轴功率应按下式进行计算。
• 在选配电机时，必须依据泵的轴功率，并考虑传动效率及 电动机超负荷的可能性。如电动机与泵用联轴器相联，若 知道传动效率η传 ，则电机的输出功率N电=N轴/ η传。
• 或者根据最大流量算出轴功率，再取其 1.1~1.2倍，作为 所选电机的功率。
离心泵的特性曲线
• He-V线：扬程-流量的关系，表明离心泵的扬程随流量的 增大而下降，这是离心泵的一个重要特征。
第一部分
• 管径选择与管道压力降计算
第二部分 流体输送机械
-离心泵
设计院 范芸珠
目录
• 1、离心泵的结构与作用原理 • 2、离心泵的主要性能参数 • 3、离心泵的特性曲线 • 4、离心泵的安装高度 • 5、离心泵的操作、组合
1、流体输送机械简介
• 将流体由低压变成高压； • 将流体由低位处提升至高位处； • 使流体具有克服管路阻力的能力。
• 为防止压出管内的液体倒流而使泵的叶轮受损，停泵时应先关闭出口 阀。
6.1 离心泵的流量调节
• 离心泵的工作点：
• 应该明确，安装在管路中的离心泵的输送量即为管路的流 量，在该流量下泵所提供的扬程必须恰等于管路所需的压 头。
• 因此，离心泵的实际工作情况必须由泵的特性和管路的特 性共同决定。
• 对于一特定的管路，流量和所需压头之间的关系即为这段 管路的特性。列伯努利方程可得该特定管路的特性方程为：
3、离心泵的主要性能参数
• 流量V • 扬程/压头He • 效率η及轴功率N轴
流量
• 指体积流量，表征泵的送液能力。 • 离心泵所能提供流量的大小，取决于它的
结构、尺寸（叶轮的直径和宽度）、转速。 • 我国的泵规格中常用l/s或m3/h为单位。
扬程
• 泵传给单位重量液体 的有效能量，称为泵 的扬程，单位为m液 柱。
• N轴---单位时间内电机供给离心泵的机械能，称为泵的轴功率，W 。 • 有效功率可写成 Ne = ρgVsHe
• 有效功率与轴功率之比定义为泵的总效率η，即
•
η=Ne/N轴
• 泵的有效功率低于轴功率，是因为液体通过泵的过程中产 生了损失：
（1）容积损失：叶轮外缘液体的静压力高于泵中心叶轮入口的静 压力，使液体由壳体与旋转叶轮之间的缝隙漏返至吸入口处，导 致泵流量等减少，此种损失称为容积损失。
• 泵厂家提供的离心泵特性曲线一般都是在一定转速和常压下，以20℃的清水 为工质测得的。而工业生产中所用的液体则是多种多样的，因此必须注意密 度和粘度的影响。
• 密度的影响： • （1）离心泵的流量仅与叶轮的直径、宽度及液体在叶轮周边上的径
向速度有关，而这些因素都不受密度的影响，故所输送的液体密度改 变时，离心泵的流量不变。
（2）水力损失：当实际的液体（粘性液体）在泵内流动时，由于 流速和方向不断变化而产生冲撞和摩擦，因此会引起部分机械能 的损失，此项损失称为水力损失。
（3）机械损失：泵在运转时，泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之 间、叶轮盖板外表面与液体之间均会产生摩擦，此项损失称为机 械损失。
• 离心泵的效率反映了上面三种损失，因而它与泵的大小、 类型（结构）、制造精密度及液体的性质有关。一般小型 泵的效率为50~70%，大型泵的效率可达90%左右。
有时也可考虑 采用。
防止汽蚀-卖方采取的办法
方法
优点
缺点
备注
1、提高流道表面光洁度，对流 方法简单 加工成本上升 道进行打磨和清理。
经常采用
2、加大叶轮进口处直径，以降 方法简单 回流的可能性增大，不 一般很少采用
低进口流速。
利于稳定运转。
3、降低泵的转速
简单易行 同样流量、扬程下，低 经常采用 速泵价格高、效率低。
• 无论哪种情况，都需要向流体提供机械能。
• 流体输送机械：实现把电动机和蒸汽机等 动力设备的机械能提供给流体的设备称为 流体输送机械。
• 输送液体：称为泵； • 输送气体：风机或压缩机，但是气体的抽真空机械称为真
空泵。
• 因流体粘度、密度、所含杂质（数量与性质）、温度、压 力及流量等特性均不相同，从而产生了不同结构和特性的 流体输送机械。
• Ne = ρgVsHe；η=Ne/N轴
• 粘度的影响： • 被输送液体的粘度若大于常温下水的粘度，则液体在泵体内的能量损
失增大，泵的压头、流量都要减小，效率下降，而轴功率增加，即泵 的特性曲线发生变化。
• 通常当液体的运动粘度小于20厘斯时，如汽油、煤油、轻柴油等对原 有特性曲线可不进行修正；当大于20厘斯时，应按有关资料进行修正。
调节不方便。
一般只能在调节 幅度大、时间长 的季节性调节中 才使用。
6.2 离心泵的组合操作
• 生产中，如单台离心泵不能满足输送任务的要求，有时可 将几台泵进行组合操作。
• 组合方式有：串联和并联。
泵特性曲线
串联操作 在同样的流量下，串联泵 的压头为单台泵的两倍。
串联泵的效率与 串联时单台泵的 效率相同。
• 发生汽化后，将有带有气泡的液体进入叶轮。在叶轮内由于压强升高 引起气泡破灭，产生局部真空，使周围的液体以高速涌向气泡中心， 造成冲击和振动。
• 尤其当气泡的凝聚发生在叶片表面附近时，众多的液体质点犹如细小 的高频水锤撞击着叶片，加之气泡中所带有的氧气等与金属材料的化 学腐蚀作用，泵在此状态下长期运转，将导致叶片的过早破坏。
4、在泵进口增加诱导轮。
简单易行 泵的最大工作范围有所 除高速泵外，
缩小。
不建议采用。
5、对叶片可调的混流泵、轴流 泵，可采用调节叶片安装角度的 方法。
经常采用
6、对流部件采用耐汽蚀的材料， 泵的结构、 材料成本上升。
如硬质合金、磷青铜、Cr-Ni钢 性能曲线
等。
均不变。
6、泵的操作、组合
• 离心泵的操作应包括充液、启动、运转、流量调节及停车等过程。
并联操作 在同样的压头下，并联泵 并联泵的效率与 的流量应为单台泵的两倍。 并联时单台泵的 效率相同。
管路特性曲线
扬程并不是成倍 增加，因串联后 流量有所增加。
两台泵的输送量 不是单台泵的两 倍，除非管路系 统没有阻力。
• 组合方式的选择：
1、当管路两端静压头与位压头增加的和大于单台泵所 提供的最大扬程时，必须采用串联操作。
效率及轴功率
• 泵在运转过程中由于存在种种损失，使得单位重量液体所得的有效功 率低于泵轴自电机所得的功率，二者之比称为泵的效率。
• He---泵的扬程（有效压头），m；
• Vs---泵的实际流量，m3/s； • ρ--- 液体密度，kg/ m3； • Ne---泵的有效功率，即单位时间内液体从泵处获得的机械能，W。
• 在此运动过程中液体获得能量，并以高速 离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。
•
• 在蜗壳中由于流道逐渐扩大而减速，又将部分动能转化为 静压能，最后沿切向流入压出管路而排出泵体。
• 所以泵壳的作用不仅在于汇集液体，它更是一个能量转换 装置。
• 液体吸上原理：液体被迫由叶轮中心推向外缘的同时，在 叶轮中心形成低压，因此在吸液处和叶轮中心之间产生了 静压差，依靠此静压力使液体源源不断地吸入叶轮，维持 泵的连续、正常运转。
He z p c f (v)
g
• 曲线I:管路特性曲线 • 曲线II:泵的扬程-流量曲线 • 二者的交点所代表的流量
和压头，就是一台特定的 泵安装在一条特定的管路 上时，它实际上输送的量 和所提供的压头。
• ---称为离心泵的工作点。
• 流量调节：
• 若泵在工作点的流量大于或小于所需要 的输送液量，则应改变工作点的位置， 即进行流量调节，使其满足生产的要求。
• 这一现象称为泵的汽蚀。
防止汽蚀-买方采取的办法
方法
优点
缺点
备注
1、降低泵的安装高度（提高液面位置 可选用效率较高、 或降低泵的安装位置），必要时采用 维修方便的泵。 倒灌方式。
增加安装费 此方法最好且
用
方便，建议尽
量采用。
2、减小吸入管道的阻力，如加大管径，可改进吸入条件， 减少管道附件、底阀、弯管、闸阀等。 节约能耗。
• 通常分为离心式、往复式、旋转式和流体作用式等四类。
2、离心泵的结构与工作原理
• 主要工作部件：
• 旋转的叶轮、固定的泵壳、传递能量的泵轴、为 防止泄露的填料函和密封环等部件。
叶轮是离心泵对液体直接做功的部件，它装 有若干个后弯叶片，一般4~8片。
叶轮分为闭式、半开式、开始三种。
• 叶轮由电动机带动作高速旋转，迫使叶片 间的液体作等角速度圆周运动，使液体在 离心力作用下由叶轮中心向外缘作径向运 动。
调节方法
方法
优点
缺点
备注
在泵出口安装调 节阀，改变管路 阻力系数，从而 变更管路特性曲 线。
阀门调节迅速方 便，并可在最大 流量与零流量之 间自由变动。
增加管路阻力损 广泛采用 失，并且使泵在 低效率点下工作， 经济上不合理。
改变泵的特性曲 线，如车削叶轮 （或用小直径的 叶轮）、改变转 速等。
可保证泵在高效 率区工作，能量 利用较为经济。
• 离心泵若在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气，由于空气的密度 远小于液体的密度，产生的离心力小，因而在吸入口处所形成的真空 就不足以将液体吸入泵内，此时虽启动离心泵而不能输送液体，此种 现场称气缚。
• 因此离心泵启动前必须充满液体，以保证泵体和吸入管内没有气体积 存。
• 启动时应先关闭出口阀，以降低启动功率，防止电机超负荷。待电机 运转正常后，再逐渐开启出口阀，调节至正常流量。
增加投资费 用（指加大 管径）
3、增加一台升压泵。
可降低主泵价格， 增加设备和
提高主泵效率。
管道维修量。
4、降低泵送液体温度，以降低汽化压 可选用效率较高、 需增加冷却
力。
维修方便的泵。
系统。
5、Baidu Nhomakorabea免在进口管道采用阀节流。
避免局部阻力损失。
6、在流量、扬程相同的情况下，采用 双吸泵，其NPSHr值小。
5、离心泵的安装高度
• 汽蚀现象：如图所示， 在液面（0-0截面） 与泵入口附近的1-1 截面间无外加机械能， 液体完全藉助静压差 而流动。在两截面间 列伯努利方程：
p0 p1
g

Hg
H
f
• 不难看出，当液面上方压力P0一定时，安装高度Hg增加，泵入口压 力P1就会下降。当Hg增至某一数值时，将会出现P1=Pv（Pv是被输 送液体的饱和蒸汽压），此时会引起液体的部分汽化。
• N轴-V线：轴功率-流量，表明离心泵的轴功率随流量的增 大而上升。流量为零时轴功率最小，所以离心泵在启动时， 应关闭泵的出口阀门，使启动电流最小，以保护电机。
• η-V线：效率-流量，表明当流量为零时，效率为零，开始 随着流量的增大效率上升，并达到最大值；此后随流量等 增大效率却下降。这说明在一定转速下工作的离心泵有一 最高效率点，称为设计点。 高效率区，92%。