2流体输送机械

2流体输送机械2流体输送机械2流体输送机械•定义：在流体输送过程中为流体提供能量的机械。•分类：按工作原理离心式（叶轮式）往复式旋转式流体动力作用式按流体性质输送液体用的泵输送气体用的压缩机（或风机）2流体输送机械2流体输送机械•教学内容：＊离心泵的操作原理和主要部件＊离心泵的主要性能参数和特性曲线＊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＊离心泵的类型与选用＊其它类型泵简介＊气体输送机械2流体输送机械2流体输送机械2.1.1离心泵的结构和工作原理主要结构：叶轮泵壳泵轴和轴封装置2.1离心泵2流体输送机械1—叶轮2—泵壳3—叶片4—吸入管5—底阀6—排出管7—泵轴2.1离心泵2流体输送机械•气缚现象：若在离心泵启动前没向泵壳内灌满被输送的液体，则泵壳内存在空气，由于空气密度低，叶轮旋转后产生的离心力小，叶轮中心区不足以形成吸入贮槽内液体的低压，因而虽启动离心泵也不能输送液体。此现象称为气缚。这表明离心泵无自吸能力。2.1离心泵2流体输送机械2.1.2离心泵的主要部件(1)叶轮——供能装置按其机械结构可分为开式、半开式和闭式三种。2.1离心泵2流体输送机械2.1.2离心泵的主要部件(1)叶轮——供能装置2.1离心泵2流体输送机械按吸液方式可分为单吸和双吸两种。2.1离心泵2流体输送机械(2)泵壳——转能装置，同时收集和导出液体。2.1离心泵2流体输送机械2.1.3离心泵的主要性能参数(1)流量又称送液能力。是指单位时间内泵所输送的液体体积。单位有m3/s、m3/min、m3/h。(2)扬程又称压头。是指单位重量液体流经泵所获得的能量。单位是J/N（m液柱），通常以H表示。H与qv间关系可由实验方法测定。2.1离心泵2流体输送机械•2.1.3离心泵的主要性能参数2.1离心泵2流体输送机械在1、2两截面间列柏努利方程得fMvHgugpzHgugpz22222211fvMHguugpphH221220整理得不计动压头差及压头损失，则有gpphHvM02.1离心泵H~qv关系的实验测定2流体输送机械2.1离心泵例:某离心泵用20℃清水H测定扬程。测得流量为720/hm3，泵出口压力表读数为0.4MPa，泵吸入口处真空表读数为0.028MPa-，压力表与真空表间垂直距离为。0.41m解：查得20℃水的密度998.23kg/mm41.0MPa,028.0MPa,4.00hppvM2流体输送机械gpphHvM0代入下式得泵的扬程m1.4481.92.998)108.2(10441.045H2.1离心泵2流体输送机械(3)功率与效率①轴功率P和有效功率Pe轴功率——泵轴所需的功率。如用电动机驱动，则为电动机传给泵轴的功率。单位是w或kw。有效功率——单位时间内液体从泵中叶轮获得的有效能量。其计算公式为gHqPve2.1离心泵2流体输送机械•造成功率损失的原因：水力损失——流体流动摩擦损失容积损失——泵内高压液体泄漏到低压区机械损失——泵轴与轴承及轴封摩擦2.1离心泵②效率泵的效率等于有效功率与轴功率之比。PPe/泵的效率反映出泵工作时机械能损失的相对大小，一般约为0.6-0.85，大型泵可达0.9。2流体输送机械2.1.4离心泵的特性曲线(1)离心泵的特性曲线——离心泵的H、P、η与qv之间的关系曲线。其数值通常是指额定转数和标准状况（大气压101.325kPa，20℃清水）下的数值，可由实验测得。2.1离心泵图2-6压头的测定2流体输送机械2.1离心泵图2-7某离心泵的特性曲线2流体输送机械•η-qv曲线：初始η随qv的增大而增大，达到最大值后，又随qv的增大而下降。曲线上最高效率点即为泵的设计工况点，在该点所对应的扬程和流量下操作最为经济。取最高效率以下7%范围内为高效区。工程上也将离心泵最高效率点定为额定点，对应的流量为额定流量。•H-qv曲线：通常H随qv的增大而减小。•P-qv曲线：P随qv的增大而增大。qv=0时，P最小。启动离心泵时应关闭出口阀，使电动机的启动电流减至最小，以保护电动机。2.1离心泵2流体输送机械(2)影响离心泵性能的因素①转速1212nnqqvv21212nnHH31212nnPP——比例定律适于n变化不大时（相对变化小于20%）2.1离心泵对于同一型号泵、同一种液体，效率不变时有如下关系：2流体输送机械②叶轮直径的影响22DDqqVV222DDHH322DDPP——切割定律适用条件是固定转速下，叶轮直径的车削不大于±5%D2。2.1离心泵2流体输送机械a密度的影响离心泵的流量、压头均与液体密度无关，效率也不随液体密度而改变，但泵的轴功率与液体密度成正比。③液体黏度和密度b黏度的影响当被输送液体的黏度大于常温水的粘度时，泵内液体的能量损失增大，导致泵的流量、压头减小，效率下降，但轴功率增加，泵的特性曲线均发生变化。2.1离心泵2流体输送机械1、管路的特性曲线管路的特性曲线是表示一定的管路系统所必需的有效压头He与流量Qe的关系。在一稳定流动系统中，在1-1、2-2列柏努利方程式得：He=Z+P/g+u2/2g+Hf当管路系统一定时，Z与P/g均为定值，上式可整理成如下形式：He=K+BQe2此式表示在特定的管路中，送液量Qe与所需压头He的关系称此式为管路特性曲线方程。将此关系标绘在图上，即可得He—Qe曲线。2.1离心泵2.1.5离心泵的工作点与流量调节2流体输送机械2、离心泵的工作点当离心泵安装在一管路中，泵所提供的流量与压头（H-Q）,应与管路所要的流量与压头(He-Qe)相一致。若将(H-Q)与(He-Qe)绘于同一图中，则两曲线的交点即为工作点。2.1离心泵2流体输送机械3、离心泵的流量调节对一台泵而言，其特性曲线H-Q是不会变的，而管路特性曲线可变。当原工作点所提供的流量不满足新条件下所需要的送液量时，即应设法改变原工作点的位置，即需要进行流量调节。2.1离心泵2流体输送机械2流体输送机械1)在离心泵出口管路上安装一调节阀，改变阀门开度，即改变He=K+BQ2中之B值。优点：操作简便、灵活。缺点：阀门关小时，管路中阻力增大，能量损失增加，并可能时泵不在最高效率区域中工作。故此种调节方法多用于流量调节幅度不大，而经常需要调节的场合。2.1离心泵2流体输送机械2.1离心泵2流体输送机械2)改变泵的特性曲线，如改变叶轮转速、切削叶轮等。用这种方法调节流量在一定范围内可保持泵在高效率区域中工作，能量利用较经济，但不方便，需用变速装置，故应用不广。2.1离心泵2流体输送机械(1)汽蚀现象•离心泵运转时液体在泵内的压强变化a）泵入口叶轮入口静压头动压头基本不变，总压头b）叶轮入口叶轮入口转弯点（压强最低点）流体流到叶轮转弯点，消耗能量，静压头，动压头基本不变，总压头2.1离心泵2.1.6离心泵的汽蚀现象与安装高度2流体输送机械c）叶轮转弯点叶轮出口叶轮对流体做功，静压头动压头总压头d）叶轮出口泵出口泵壳流道渐大，动压头一部分转换为静压头，静压头流动又消耗能量，动压头总压头2.1离心泵2流体输送机械当叶轮入口附近的最低压力等于或小于输送温度下液体的饱和蒸汽压，液体就会在该处发生汽化并产生气泡，气泡随同液体从低压区流向高压区，气泡在高压作用下迅速凝结或破裂，此时周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占据的空间，在冲击点处造成很高的局部冲击压力，由于冲击作用使泵体震动并产生噪音，且叶轮局部处在巨大冲击力的反复作用下，使材料表面疲劳，从开始点蚀到形成裂缝，使叶轮或泵壳受到破坏，这种现象称为“汽蚀现象”。2.1离心泵2流体输送机械安装高度：泵的吸入口与吸液方贮液槽液面间的垂直高度称为安装高度。该高度可正可负。fgHguHgpgp22101在0-0'与1-1'两截面之间列柏努利方程式得为避免汽蚀现象的发生，泵的安装高度不能太高。2.1离心泵gH1p2流体输送机械(2)有效汽蚀余量与必需汽蚀余量①有效汽蚀余量为防止汽蚀现象发生，在离心泵的入口处液体的静压头与动压头之和必须大于操作温度下液体的饱和蒸汽压头某一最小值，此最小值即离心泵的有效汽蚀余量。ahgpgugphva22112.1离心泵2流体输送机械②必需汽蚀余量必需汽蚀余量表示液体从泵入口流到叶轮内最低压力点处的全部压头损失。用△hr表示。rahh不发生汽蚀rahh严重汽蚀rahh开始发生汽蚀2.1离心泵2流体输送机械(3)离心泵的最大安装高度fgHguHgpgp22101gpgugphva2211favgHhgpgpH0frvgHhgpgpH0max2.1离心泵2流体输送机械(4)允许汽蚀余量与最大允许安装高度3.0rhh允许汽蚀余量是在必需汽蚀余量的基础上加上安全裕量。fvgHhgpgpH0允许于是最大允许安装高度2.1离心泵离心泵规格表中列出的即为允许汽蚀余量泵的实际安装高度必须等于或低于最大允许安装高度。2流体输送机械例2-4某离心水泵，查得汽蚀余量。现用此泵输送敞口水槽中40℃清水，若泵吸入口距水面以上4m高度处，吸入管路的压头损失为1m（水柱），当地环境大气压力为0.1MPa。试求该泵的安装高度是否合适？40℃水的饱和蒸汽压，密度。)(m2水柱hkPa377.73kg/m2.992解：依题意知kPa1000p（水柱）m1fH)m(2水柱h于是泵的最大允许安装高度为fvgHhgppH0允许1281.92.99210)377.7100(3m51.6kPa377.7vp2流体输送机械实际安装高度为4m，小于6.51m，故合适。若将水槽改为封闭，槽内水面上已压力为30kPa。将水槽提升到距泵入口以上4m高处，是否可用？1281.92.99210)377.730(3允许gHm676.0以槽内水面为基准面，泵的实际安装高度为-4m，小于-0.676m，故可以用。2流体输送机械2.1.7离心泵的类型与选用(1)离心泵的类型按泵送液体性质和使用条件分为清水泵、油泵、耐腐蚀泵、杂质泵、高温泵、高温高压泵、低温泵、液下泵、磁力泵等。各种类型离心泵按其结构特点自成一个系列。同一系列中又有各种规格。泵样本列有各类离心泵的性能和规格。2.1离心泵2流体输送机械•清水泵一般用于工业生产（输送物理、化学性质与清水类似的液体）、城市给排水和农业排灌。IS型、D型、Sh型IS型清水泵为单级单吸悬臂式离心水泵。全系列扬程范围为5～125m，流量范围为6.3～400m3/h。2.1离心泵2流体输送机械•IS型清水泵的规格型号IS50—32—125型：IS——单级单吸悬臂式50——泵入口直径，mm32——泵出口直径，mm125——泵叶轮直径mmD12—25×3型：D——多级泵12——公称流量,m3/h25——每一级的扬程，m3——即3级泵，总扬程为75m2.1离心泵2流体输送机械•耐腐蚀泵当输送酸、碱及浓氨水等腐蚀性液体时应采用耐腐蚀泵。该类泵中所有与腐蚀液体接触的部件都用抗腐蚀材料制造，其系列代号为F。F型泵多采用机械密封装置，以保证高度密封要求。F泵全系列扬程范围为15～105m，流量范围为2～400m3/h。2.1离心泵2流体输送机械•型号说明25FB-1625——吸入口的直径,mmB——铬镍合金钢，用于常温、低浓度酸、碱的输送16——扬程,m2.1离心泵2流体输送机械•油泵输送石油产品的泵称为油泵。因为油品易燃易爆，因而要求油泵有良好的密封性能。当输送高温油品（200℃以上）时，需采用具有冷却措施的高温泵。油泵有单吸与双吸、单级与多级之分。国产油泵系列代号为Y、双吸式为YS。全系列的扬程范围为60～603m，流量范围为6.25～500m