过程流体机械第二章 叶片泵

HT
2 2 2 u2 u12 w12 w2 C2 C12 2g 2g 2g
通常，液体进入离心泵时，是沿径向方向的，所以欧拉方程可以写成 以下的形式 H C u / g ，由速度三角形可知： 2u u2 C2 r ctg 2 A C
T 2 u 2
所以欧拉方程还可以写成以下的形式
这样看来， 2 A
则 ctg 2 A
那么
这对于泵来说是不利的。
2 A 的取值范围
当
1 时， c2 r ctg 2 A 1 ，此时 2 A min arcctg c2 r ，
2u2 2 u2
当
0 时， c2 r ctg 2 A 1 ，此时 2 A max arcctg c2 r
2u2 2 u2
，
当
2 A 90 时，
c2 r ctg 2 A 0 ，此时， 0.5 2u2
通常希望 0.5 所以，2 A 90 即采用后弯式叶轮。一般要求 0.7 ~ 0.75 所以， 40 16 2A
2.1.2.5实际叶轮理论杨程 HT
a.高效率区窄 此类泵的流量调解范围有限。 b.高效率区宽 此类泵有较宽的流量调解范围，适合于流 量变化大的情况。
2 叶片泵
2.1离心泵 2.2轴流泵 2.3旋涡泵 2.4其他泵概述 2.5 泵的安装、运转和维护
2.1离心泵
2.1.1概述 2.1.1.1泵的定义、分类和应用范围
泵的定义：输送液体并提高液体压力的机器。 泵的分类：
根据工作原理和结分：

水锤泵 利用流动中的水被突然制动时所产生的能量﹐使其中一部分水压升 到一定高度的一种泵。 沿进水管向下流动的水流至单向阀A(静重负载阀)附近时﹐水流冲力 (只要流动速度足够大﹐就有足够的冲力)使阀迅速关闭。水流突然停 止流动﹐水流的动能即转换成压力能﹐于是管内水的压力升高﹐将 单向阀B 冲开﹐一部分水即进入空气室中并沿出水管上升到一定的 高度。随后﹐由于进水管中压力降低﹐阀A在静重力作用下自动落下 ﹐回复到开启状态。同时空气室中的压缩空气促使阀 B关闭﹐整个 过程遂又重复进行。
2 A 90 称为后弯式叶轮
2 A 90 称为径向式叶轮 2 A 90 称为前弯式叶轮
ui r Dr / 60
cri
QT D i bi
QT c2 r D 2 b2 2
Z 2 2 1 D 2 sin 2 A
2.1.2.3 离心泵的基本方程
H d HT
c1r c2 r
所以：有
H d
2 c2 u 2g
1
2 c2 u c u c2 r ctg 2 A 2g 1 1 2u 1 2 u2 c2 u 2u2 2u2 g
c ctg 2 A 1 2 r 2 2u2

离心泵的工作原理：
把电机高速旋转的机械能转化成被吸进、压缩液体的动能、 位能和压力能。
2.1.2.2叶轮内流体的速度三角形
相对速度 牵连速度 u 绝对速度 c 相对速度的方向角 ： 液体相对速度与牵连速度反方向的夹角 叶片出口处相对速度的方向角 2 ： 液体在叶轮出口相对速度与牵连速度反方向的夹角 叶片出口安置角 2A ：叶片出口处的切线与圆周速度反方向的夹角
这 就 是 著 名 的 欧 拉 方 程
所以，
dLO E QT (C2u r2 C1u r1 ) M O QT gHT dt
(C2uu2 C1uu1 ) gHT
HT (C2uu2 C1uu1 ) / g
根据速度三角形，可以推导出欧拉方程的第二表达式
IS200-150-400 n=1450r/min
H
N NPSH r qv
① H ~ qv 曲线，是选择和使用泵的主要依据，有三种形状：
a.单调下降形或陡降形 随着Q的增加，H下降很快。 对于输送易于堵塞管路的液体介质，常需要这类泵。例如：造 纸厂生产的纸浆的输送。 b.平坦形 随着Q的变化，H的变化不大。 当采用阀门调节流量时，灵敏性极高，调节损失小。向锅炉内供 水的泵应具有此种特性。 c.驼峰形 这种泵易发生不稳态现象，但其效率高，成本低。
HT (u2 C2 r ctg 2 A )u2 / g
分析
*欧拉方程是在理想叶轮和理想液体的前提下推导的，实际上，对于实际 液体通过实际叶轮，H<HT； *HT由叶轮的形状尺寸、工作转速及流量决定，与液体的实际性质无关； *提高HT的途径：n (u2) D2 (u2)
2 A
QT
2.1.2.4出口安置角对杨程的影响
根据形成的流体压力：低压泵(<2Mpa) 、中压泵(2～6Mpa) (>6Mpa)
高压泵
泵的用途



泵的用途很广,如水利工程、农田灌溉、石油化工、采矿、造船、 城市给排水和环境工程等。 化工生产用泵,由于其工作条件要求高压、高温、输送的介质往往 有腐蚀性,所以比一般的水泵复杂一些。 在各种泵中，离心泵以其流量,扬程及性能范围大,并且结构简单,体 积小，重量轻,操作平稳,维修方便等优点应用最广。
2.1.2离心泵的结构、工作原理与基本方程
2.1.2.1离心泵的结构与工作原理
1.典型结构
主要部件: 叶轮、转轴、吸入室、蜗壳、轴封箱和密封环等。 吸入室: 把液体从吸入管吸入叶轮，使液体流入叶轮时速度分布均匀且流动损失 小 叶轮: 作功元件,使液体获得压力能和动能。 蜗壳: 把从叶轮流出的液体收集起来，以便送出排出管，以减少流动损失，减速 增压。
实际叶轮的叶片数有限，一般为2~8片。两叶片间的流道较宽，液体本身的惯性 力影响产生附加的相对于叶轮的旋转方向相反的相对运动。
考虑到有限多叶片数的影响，通常使用两个半径验的公式。 a. 斯陀道拉公式：
H T (1
C2 r 2 ctg 2 A sin 2 A )u2 / g u2 Z
假设：（1）理想叶轮，叶片数无限多； （2）安装角和方向角一致 （3）相对速度在同一圆周上是均匀的 （4）流体粘性很小，可以忽略 依据：理论力学动量矩定理 质点系对某轴的动量矩对时间的导数等于外力对同 轴的力矩。
dLo E M O dt
C2r
C' C A' A
D' D C1r C2u
B' B C1u
2.1.3离心泵的性能曲线
由于离心泵的种类很多，前述各种泵内损失难以估计，使得离 心泵的实际特性曲线关系 H Q、 P Q、 Q 只能靠实验测定，在泵 出厂时列于产品样本中以供参考。 实验测出的特性曲线如图所示，图中有三条曲线，在图左上角 应标明泵的型号及转速,说明该图特性曲线是指该型号泵在指定转 速下的特性曲线，若泵的型号或转速不同，则特性曲线将不同。借 助离心泵的特性曲线可以较完整地了解一台离心泵的性能，供合理 选用和指导操作。
级内的流动损失包括： 摩阻损失、分离损失、冲击损失、二次流损失和尾迹损失。
摩阻损失: 由于流体的粘性而产生的能量损失。减少流速可降低摩阻损失。 分离损失 在离心压缩机减速增压的通道中,应该控制 6 ~ 8 二次流损失 发生在流道转弯处。 冲击损失 发生在流体进入叶轮及换能装置处，流量与设计流量 不一致的时候。 尾迹损失 发生在液体流出叶片的边缘处。
H T H hhyd
水力损失
由扬程的定义，可知
H Eout Ein
p c2 因为总的机械能 E Z g 2 g
所以
2 p D p S c D c s2 H (Z D Z S ) g 2g 2
又因为 c D 与 cS 之差不大， Z D 与 Z S 之差也不大，所以扬程主要体现在第二项，即流体压力 （3）转速（n）:单位时间泵的转数，r/min。
对于泵来说，一般都希望静压头高，静压头占总能量头的比例要大。 定义这一比例为：

H H P 1 d HT HT
其中：
H d
2 2 2 2 2 2 c2u c1u c2 r c1r c2 c1 2g 2g 2g
离心泵中，一般有这样的关系 c1u 0
2
的提高。 泵的功率P：通常指原动机传到泵轴上的轴功率N (KW,W)
（4）功率P：
泵的有效功率Pe ：是单位内从泵中输出去的液体在泵中获得的有效能量。
Pe
gQH
1000
(6)效率：泵的效率即是 Pe P



它表明泵中能量损失的程度。 泵中能量损失一般分三种： ①.容积损失：流量泄漏造成的能量损失。 ②.水力损失（即流动损失） ③.机械损失：摩擦引起的能量损失。
② P~Q 曲线，是合理选择原动机功率和操作启动泵的依据。
a.下降型 Q=0 时，P有最大值。所以此类泵不宜采用封闭启动,应 打开出口阀启动，而且泵配备的电机功率应大些。 b.平坦型 c.上升型Q=0时，p有最小值称为封闭功率。此种泵可采用关闭出 口阀封闭启动，减少泵的启动功率。
③ ~ Q 曲线，泵的效率曲线一般都有最高点。
dLO LCDCD LABAB mCDCDCDCD RCDCD m ABAB ABAB RABAB ……..（1）
mCDC D mABAB QT dt Z
Z为叶片数
RCDC D r2
R ABAB r1
Cir 对O轴的矩为零，所以（1）式可变为
dLO QT (C2u r2 C1u r1 )dt Z 对于整个质点系来说 dLO QT (C2u r2 C1u r1 )dt
dLO QT (C2u r2 C1u r1 ) dt
又由于，
E M O P QT gHT