化工原理第二章离心泵

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2、离心泵特性曲线的获取
离心泵的特性曲线一般由离心泵的生产厂家提供 ,标绘于泵产品说明书(样本)中,其测定条件一 般是20℃的清水(101.325kPa),转速也固定(在图中 给出转速)。
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3、离心泵特性曲线的有关讨论
①从H~qV特性曲线中可以看出,随着流量的增加,泵的压头 是下降的,即流量越大,泵向单位重量流体提供的机械能越 小。但是,这一规律对流量很小的情况可能不适用。
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液体吸上原理 依靠叶轮高速旋转,迫使叶轮中心的液体以很高的
速度被抛开,从而在叶轮中心形成低压,低位槽中 的液体因此被源源不断地吸上。
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叶轮旋转,质点离心; 切线甩出,获得动能; 进入蜗壳,转成压能; 叶轮中心,形成真空; 外压作用,液体进入。
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例:有一离心泵用来输送水,出口管速 度为3.6m/s,流体离开叶轮的线速度是 30m/s,试确定流体流经泵前后的压力差 。忽略阻力损失。
送液能力 。 2、离心泵的压头(扬程)
泵对单位重量的液体所提供的有效能量,以H表示, 单位为m。又称为泵的扬程。
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离心泵的压头取决于:
泵的结构(叶轮的直径、叶片的弯曲情况等)
转速 n
流量 Q
可以通过实验测定离心 泵的压头(扬程),其 具体方法为: (1)在泵的前后安装 真空表、压力表; (2)进行能量衡算。
qV 2 qV 1
D2 ;H 2 D1 H1


D2 D1

2
;P2 P1


D2 D1
3
——切割定律
式中:D ——叶轮的直径
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六、离心泵的工作点与流量调节
当泵的叶轮转速一定时,一台泵在具体操作条件 下所提供的液体流量和压头可用H~qV特性曲线上的 一点来表示。至于这一点的具体位置,应视泵前后 的管路情况而定。讨论泵的工作情况,不应脱离管 路的具体情况。泵的工作特性由泵本身的特性和管 路的特性共同决定。
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(3)轴封装置
a)轴封的作用
为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出,或者外界
空气漏入泵壳内。
b)轴封的分类 填料密封:主要由填料函壳、软填料和填料压盖组
轴封装置
成。普通离心泵采用这种密封
机械密封:主要由装在泵轴上随之转动的动环和固 定于泵壳上的静环组成,两个环形端面
由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动,
=4(5 mH
2O)
故 P2-P1=1000×9.81×45=4.41×105 Pa 由此可见,流体流经泵后,净压力增加了,静压能增大了 。
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离心泵工作原理.avi
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离心泵工作原理.swf
3、气缚现象
离心泵启动时,如果泵壳内存在空气,由于空气的密度 远小于液体的密度,叶轮旋转所产生的离心力很小,叶轮中 心处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度,这样 ,离心泵就无法工作,这种现象称作“气傅”。
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4、轴功率及有效功率
轴功率:电机输入离心泵的功率,用P表示,单位为J/S,W或kW 有效功率:排送到管道的液体从叶轮获得的功率,用Pe表示
轴功率和有效功率之间的关系为 : P Pe /
有效功率可表达为:
Pe qV gH
轴功率可直接利用效率计算:
P qV gH /
高度△Z,升举高度只是扬程的一部分。
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3、离心泵的效率
离心泵输送液体时,通过电机的叶轮将电机的能量传给 液体。在这个过程中,不可避免的会有能量损失,也就是说 泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得,通常用效率η 来反映能量损失。这些能量损失包括:
①容积损失 ②水力损失 ③机械损失 泵的效率反应了这三项能量损失的总和,又称为总效率。与 泵的大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质有关 。
④离心泵的铭牌上标有一组性能参数,它们都是与最高效率 点对应的性能参数。
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4、离心泵特性曲线的影响因素 (1)流体的性质
①液体的密度 离心泵的压头和流量均与液体的密度无关,有效 功率和轴功率随密度的增加而增加,这是因为离心 力及其所做的功与密度成正比,但效率和扬程与密 度无关。
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解:从叶轮边沿处到泵的出口处列伯努利方程为:
Z1

u12 2g

P1
g

H

Z2

u22 2g

P2
g

H
f
忽略高度差,即 Z1=Z2
已知 H=0 Σ Hf=0 u1=30m/s u2=3.6m/s
则有:
P2 P1
g

u
2 2

u12
2g

302 3.62 2 9.81
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泵壳的作用.avi
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(2)导(叶)轮
为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞,在叶轮与泵壳之间 有时还装有一个固定不动的带有叶片的圆盘,称为导(叶) 轮。
导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方向相反 ,其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应,引导液 体在泵壳的通道内平缓的改变方向,使能量损失减小,使动 能向静压能的转换更为有效。
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H的计算可根据进、出两截面间的柏努利方程:
P进
g

u进2 2g

H

Z

P出
g

u出2 2g
(H f
) 进-出
H
Z

P出 P进
g
u出2 u进 2 2g
(H f
) 进-出
H Z (P出 P进 ) / g
离心泵的压头又称扬程。必须注意,扬程并不等于升举
②轴功率随着流量的增加而上升,所以大流量输送一定对应 着大的配套电机。另外,这一规律还提示我们,离心泵应在 关闭出口阀的情况下启动,这样可以使电机的启动电流最小 。
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③泵的效率先随着流量的增加而上升,达到一最大值后便下 降,根据生产任务选泵时,应使泵在最高效率点(设计工况 点)附近工作,其范围内的效率一般不低于最高效率点的92% 。最高效率以下7%范围内为高效区。
为了使启动前泵内充满液体,在吸入管道底部装一止逆阀 。此外,在离心泵的出口管路上也装一调解阀,用于开停车 和调节流量。
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气缚现象.avi
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离心泵气缚现象.swf
二、离心泵的主要部件和构造
1、叶轮 (1)叶轮的作用
将电动机的机械能传给液体,使液体的静压能和动 能都有所提高。
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一.离心泵的工作原理
1、主要结构
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由若干个弯曲的叶片组成的叶轮置于具有蜗壳通 道的泵壳之内。叶轮紧固于泵轴上泵轴与电机相连 ,可由电机带动旋转。吸入口位于泵壳中央与吸入 管路相连,并在吸入管底部装一止逆阀(单向阀门 )。
泵壳的侧边为排出口,与排出管路相连,其上 装有调节阀。
第二章 流体输送机械
•第一节 离心泵
•离心泵工作原理 •离心泵的主要部件和构造 •离心泵的分类 •离心泵的主要性能参数 •离心泵的特性曲线 •离心泵的工作点与流量调节 •离心泵的汽蚀现象与安装高度 •离心泵的选用、安装与操作
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概述
1、流体输送机械的作用
如果说管路是设备与设备之间、车间与车间之间、工厂与
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2、离心泵的工作原理
(1)叶轮被泵轴带动旋转,对位于叶片间的流体做 功,流体受离心力的作用,由叶轮中心被抛向外围 。当流体到达叶轮外周时,流速非常高(15~25 m/s),使流体获得动能。
(2)泵壳汇集从各叶片间被抛出的液体,这些液体 在壳内顺着蜗壳形通道逐渐扩大的方向流动,使流 体的动能转化为静压能。
2、按叶轮上吸入口的数目 单吸泵:叶轮上只有一个吸入口,适用于输送量不大的情况。
双吸泵:叶轮上有两个吸入口,适用于输送量很大的情况。
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IS型离心泵.avi
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3、按离心泵的不同用途
水泵
输送清水和物性与水相近、无腐蚀性且杂质很
少的液体的泵。 (B型)
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(2)叶轮的分类
闭式叶轮 叶片的内侧带有前后盖板,适于输 送干净流体,效率较高;
根据结构
开式叶轮 没有前后盖板,适合输送含有固体 颗粒的液体悬浮物。
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半闭式叶轮 只有后盖板,可用于输送浆料或 含固体悬浮物的液体,效率较低

蔽式叶轮.avi 半敞式叶轮.avi
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2、流体输送机械的分类 (1)根据输送对象(介质)
液体——泵; 气体——风机、压缩机。
(2)根据工作原理 离心式(非容积式); 正位移式(容积式):往复式、旋转式; 其它(如喷射式)
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3、本章学习的目的 (1)结合化工生产的特点,讨论各种流体输送机械 的操作原理、基本构造与性能; (2)合理地选择其类型,决定规格,计算功率消 耗; (3)正确安装在管路系统中的位置等。
②液体的粘度
粘度增加,泵的流量、压头(扬程)、效率都下降,但轴 功率上升。所以,当被输送流体的粘度有较大变化时,泵的 特性曲线也要发生变化。
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(2)转速
离心泵的转速发生变化时,其流量、压头和轴功率都要发 生变化:
qV 2 qV 1

n2 ;H 2 n1 H1


n2 n1

工厂之间联系的通道的话,则流体输送机械是这种联系的动
力所在。以供料点和需料点为截面列柏努利方程:
H

z

p
g

u 2 2g
Байду номын сангаас
H f
其中H是流体输送机械对单位重量流体所做的功。从上式可
以看出,采用流体输送机械操作的目的可能是为了提高流体
的动能、位能或静压能,或用于克服沿程的阻力,也可能几
种目的兼而有之 。
堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、叶
片数目少。
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B型离心泵分解动画.avi
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B型离心泵分解动画.avi
四、离心泵的主要性能参数
1、离心泵的流量 指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积,一
般用qv表示,单位为m3/s 、m3/min或 m3/h。又称为泵的
2
;P2 P1


n2 n1
3
——比例定律
注意应用条件:同一型号泵、同一种液体、效率不变。 当泵的转速变化小于20%时,可认为泵的效率基本不变。
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(3)叶轮直径
某一尺寸的叶轮外周经过切削而使D2变小,若切削使直径 D2减小的幅度在20%以内,效率可视为不变,并且切削前、 后叶轮出口的截面积也可认为大致相等, 此时有:
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五、离心泵的特性曲线
1、离心泵的特性曲线
对一台特定的离心泵,在转速固定的情况下,其 压头(H)、轴功率(P)和效率(η)都与其流量 (qV)有一一对应的关系,其中以压头与流量之间 的关系最为重要。这些关系的图形表示就称为离心 泵的特性曲线。由于压头受水力损失影响的复杂性 ,这些关系一般都通过实验来测定。包括H~ qV曲线 、P~ qV曲线和η ~ qV曲线。
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1、管路的特性方程与管路特性曲线
当流体流过如图所示的管路时,由柏努利方程可以导出的 外加压头计算式:
H

z

p
g

u 2 2g
H f
如果qV越大,则ΣHf越大,则 流动系统所需要的外加压头H越 大。将通过某一特定管路的流量 与其所需外加压头之间的关系称 为管路的特性。
起到密封作用。
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填料密封.avi
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三、离心泵的分类
1、按照轴上叶轮数目的多少 单级泵 轴上只有一个叶轮的离心泵,适用于出口压力 不太大的情况;
多级泵 轴上不止一个叶轮的离心泵 ,可以达到较高的 压头。离心泵的级数就是指轴上的叶轮数,我国 生产的多级离心泵一般为2~9级。
按吸液方式
单吸式叶轮 液体只能从叶轮一侧被吸入,结 构简单。
双吸式叶轮 相当于两个没有盖板的单吸式叶 轮背靠背并在了一起,可以从两 侧吸入液体,具有较大的吸液能 力,而且可以较好的消除轴向推 力。
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单级双吸离心泵.avi
2、泵壳 (1)泵壳的作用 ①汇集液体,作导出液体的通道; ②使液体的能量发生转换,一部分动能转变为静压 能。
耐腐蚀泵 接触液体的部件(叶轮、泵体)用耐腐蚀材料
制成。要求:结构简单、零件容易更换、维修
方便、密封可靠、用于耐腐蚀泵的材料:铸铁
、高硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等(F型)
油泵
输送石油产品的泵 ,要求密封完善。(Y 型)
杂质泵 输送含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液等的泵 ,又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等 。要求不易
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