流体输送设备

第2章流体输送设备主要内容：1.离心泵的结构、原理2.离心泵的特性曲线3.离心泵的调节、组合和安装4.往复泵的工作原理，特性曲线、操作要点5.通风机的原理、特性曲线CAfCCCAAAhzgpugzgpugH,222121∑f2Hg2ugρpzH+++=管路系统：2.1概述2V2V422fKqqgdπ)ξdlλ(8g2u)ξdlλ(H=+=+=∑∑∑∑∑项可略去g2ugρgρpzA2动能差=+=说明：①由管路系统本身决定,②反映全管路系统的能量需求特性③压头和流量是流体输送机械的主要指标ab管路特性曲线qVH④影响管路特性曲线的因素时，：0p无影响对A时，0pA则,影响K：)(fK流量、管径管路布置=gpzApz：、gdπ)ξdlλ(8K42∑∑+=影响A：（高阻管路）则曲线斜率↑↑,K（低阻管路）则曲线斜率↓↓,K流体输送设备（通用机械）：液体输送设备——泵；气体输送设备——通风机、鼓风机、压缩机或真空泵；作用：向系统输入能量，补充所需机械能；用于流体的输送或加压。根据泵的工作原理和结构分类离心泵漩涡泵混流泵轴流泵往复泵转子泵齿轮泵、螺杆泵、罗茨泵、滑片泵喷射泵、空气升液泵、电磁泵单吸泵、双吸泵单级泵、多级崩蜗壳式泵、分段式泵立式泵、卧式泵屏蔽泵、磁力驱动泵高速泵单级泵、多级泵离心漩涡泵电动泵蒸汽泵柱塞泵隔膜泵计量泵叶片式泵容积式泵(正位移式)其他类型泵泵蜗壳（外壳）；叶轮：敞式,半蔽式,蔽式单吸式、双吸式。附属装置：底阀、滤网、调节阀、平衡孔(平衡管)、排气孔、轴封。2.2离心泵2.2.1离心泵的基本结构，工作原理及性能参数(1)离心泵的结构主要结构：(2)工作原理(a)排出阶段叶轮旋转(产生离心力，使液体获得能量）→流体流入涡壳(动能→静压能)→流向输出管路。(b)吸入阶段液体自叶轮中心甩向外缘→叶轮中心形成低压区→贮槽液面与泵入口形成压差→液体吸入泵内。气缚现象：泵内未充满液体，气体密度低，产生离心力小，在叶轮中心形成的低压不足以将液体吸上。说明：离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充满液体。离心泵结构示意图(c)主要部件作用泵壳：动能→静压能，提高液体压力,能量转换装置。叶轮：把原动机(电机)的机械能，传递给液体，提高液体的动能和静压能。叶轮形式：叶轮由6～12片叶片组成。按叶片两侧有无盖板:敞式、半蔽式、蔽式。叶轮的类型(3)离心泵的性能参数gHqqhPVsee%100aePP%100aVPgHqhmsm/,/33kWW，小型泵效率，50~70%；大型泵效率，90%左右。ghHe液柱m,③功率：有效功率Pe：轴功率Pa：④效率η：eaPP①压头(扬程)H：②流量qV：2.2.2离心泵的基本方程(1)液体在叶轮中的运动及其简化假设①简化假设（a）叶片数目无限多，且无限薄，严格将流体限定在叶轮流道内；（b）流体为理想流体，无能量损失；②液体质点的运动圆周运动——液体随叶轮一起旋转，圆周速度为u；切向运动——相对于叶轮的运动，相对速度w；合成运动——流体相对于壳体的运动，绝对速度c。βωαucwβωαucwwcαβcrcuu液体质点在叶轮内的运动情况uwccos2222cuucw各速度之间相互关系：urcuctgcoscccu的圆周分量：ctgcuccrucos③几何参数叶片安装角β——相对速度w与圆周速度u反向延长线间的夹角。夹角α——绝对速度c和圆周速度u间的夹角。sincccr的径向分量：离心泵理想压头方程的推导c2w2u2cu2cr2α2β2w1c1u1ωL2R2R1L1（2）离心泵基本方程的推导gccgPPHT2212212列叶轮进、出口截面机械能衡算式，则有：部分为静压头增量，包括两gPP12gPgcHgPgcT22212122（a）离心力产生的压头HcdmRdFc2RbdRdm222RRbdRdFc离心力：而所以RbdFdpc2RdRdp2此离心力产生的压头变化为：代入dFc，整理得：离心力作功212'1'2'2'1RRppRdRdppp22122'1'2guugppHc)(221222RRRu2)(2122'1'2uupp因此，离心力所产生的压头为：2guu222212121222222212222212122wcwcgccgwwguuHT111212121cos2ucucw又gucucHT111222coscos离心泵设计中，一般使α1=90o，则cosα1=0，故有：gcosucH222Twcαβcrcuu222222222cos2ucucw（b）流道变化引起的压头增高Hp22221gwwHp——离心泵基本方程)(1,222222TVuTqActguuggcuHgucgucHuT22222cos222,rTVcbDq2,2AqcTVrwcαβcrcuuctgcuccrucos()222,r22Tctguc-ug1H=——离心泵基本方程TVuTqgActgugugcuH,222222)(泵结构，流量fHT（3）离心泵基本方程的讨论①离心泵理论流量qv,T对理论压头HT的影响•②叶轮的转速和直径–qv、b2、β2一定，D2↑、n↑→HT↑2222222vTrqrHctgggrb③泵理论压头与叶片弯曲方向的关系叶片形式：径向，前弯，后弯902增加随qHTV,Tα2u2c2w2α2u2c2w2α2u2c2w2(a)(b)(c)叶片弯曲方向及其速度三角形902无关与qHTV,T径向叶片：902降低随qHTV,T后弯叶片：前弯叶片：222gActguB2.2.3离心泵的效率和实际压头实际压头理论压头原因：泵内各种能量损失说明：为获得较高的效率，常用后弯叶片。前弯叶片：压力头小于动压头，冲击损失大。后弯叶片：压力头大于动压头，冲击损失小。9090qV,Tcbaβ2＞90β2=β2＜H∞和qV,T关系曲线H∞①水力损失摩擦损失：与流量平方成正比。冲击损失：与安装角，导向装置有关,在设计状态下为零,在非设计状态下与流量的平方成正比。环流损失：与叶片数目和形状等有关,几乎与流量无关。水力效率ηH②容积损失原因：高压区向低压区泄漏，减少方法：采用蔽式叶轮等。容积效率:理论流量实际流量/V(1)离心泵的效率泵内液体的泄漏③机械损失原因：旋转叶轮盘面与液体间的摩擦和轴承机械摩擦机械效率ηM(2)离心泵的实际压头离心泵理论压头与实际压头qV,T,qV2.2.4离心泵的特性曲线（1）离心泵的特性曲线说明：（a）由厂家提供标准测定条件：常压、20℃清水为工质；（b）曲线与叶轮转数有关，故图中应标明转数。离心泵典型的特性曲线曲线曲线曲线VVaVeqqPqH:,,:,平坦适用于压力变化小流量调节范围大的场合如锅炉给水泵陡适用于流量变化小压力经常波动的场合离心泵典型的特性曲线（c）He-qv曲线选泵时常用，qv↑，He↓；离心泵典型的特性曲线（d）Pa-qV曲线min0PPqaV时，qv↑,Pa↑思考题：应在什么情况下启动离心泵？为什么？启动离心泵时，应关闭泵出口阀门，以减小启动电流，保护电机；同时也避免出口管线的水力冲击。离心泵典型的特性曲线（e）η-qV曲线max%92选用离心泵，尽可能在高效区内工作。高效区范围：离心泵最高效率点称为设计点，设计点对应的流量、压头和轴功率称为额定流量、额定压头和额定轴功率，标注在泵的铭牌上。（2）液体物性对离心泵特性曲线的影响①密度对泵特性曲线的影响无关曲线：与VqH~无关曲线：与Vq~)(eaPP)(1,222222TVTqbDctguugHaaPP即：说明：流体密度变化时，应校正Pa-qV曲线。222,rTVcbDq②粘度对泵特性曲线的影响↓↑↓↑效率，则流量相同时，η,P,Hμae定量计算：经验公式由实验确定。CHCHqCqsmvHVqVV，，时，/102026定性分析：实验曲线：22DDqqVV222DDHH322DDPP适用：叶轮切削量小于10%-20%在叶轮直径变化不大（不超过10~20%），近似认为叶轮出口的速度三角形及泵的效率基本不变的前提下，根据（3）叶轮直径对特性曲线的影响2222,sincbDqTVgucgucHuT22222cos（5）叶轮转数对特性曲线的影响同一台离心泵，转速改变，特性曲线也发生变化。若转速改变后，叶轮出口速度三角形、泵的效率近似保持不变，则有：nnqqVV2nnHH3nnPPaa适用：叶轮转数变化不超过20%比例定律：wcαβcrcuu2.2.5离心泵在管路中的工况（1）管路特性与泵的工作点管路特性：流体流经管路系统时，需要的压头和流量之间的关系。反映管路对泵的要求。离心泵的工作点：泵工作时的qV、He、Pa、η说明：泵工作点受到泵性能、管路特性制约管路特性--管路特性曲线。泵性能--离心泵特性曲线，③离心泵的工作点即管路、泵特性曲线交点。2HVBqA2）作图法分别在图上作出泵的特性曲线和管路特性曲线，读出交点坐标。VTBqkHHLHVLVqq,,离心泵工作点H-qV曲线L-qV曲线HHMMdcPqV,MqVη1）公式计算FI-03FI-01FI-02离心泵性能曲线测定装置图3）离心泵性能曲线实验测定①测定原理guugppzzH2)(21221212②测定数据数据：不同流量下的泵进、出口处压强、轴功率PPe/PgHqV③绘制特性曲线guugppzzH2)(21221212计算H、η：（2）离心泵的流量调节实质：对工作点的调整；方法：改变泵或管路特性曲线。HVLVqq,,离心泵工作点H-qV曲线L-qV曲线HHMMdcPqV,MqVη①节流调节（阀门调节）方法：改变泵出口阀门开度实质：改变管路特性曲线(阀门上阻力损失变化)，泵特性曲线不变。节流，多消耗在阀门上能量:优点：迅速方便,连续调节；代价：阀门阻力损失↑；适用：流量调节幅度不大，须经常调节的地方。泵出口阀：两套(手动阀和自动阀)离心泵节流调节时工作点的变化qV,MqVq‘V,M思考题：应在什么情况下停泵？为什么？②调节离心泵转速或改变叶轮直径实质：改变泵特性曲线，管路特性不变。适用：流量变化幅度大的场合。)(DnqV)(22DnH)(33Dn优点：不因调节流量而损失能量。改变转速时工作点的变化Enn'MM'H-qVHHMH’-qVH’MqV,MqVq’V,M201.030VqH204.010VqHeHeHmHehmqV26203（20，26）某离心泵工作转速为n=2900r.p.m.（转/min），其特性曲线方程为。当泵的出口阀全开时，管路特性曲线方程为，式中qV的单位为m3/h，H及He的单位均为m。求：（1）阀全开时，泵的输水量为多少？（2）要求所需供水量为上述供水量的75%时：若采用出口阀调节，则节流损失的压头为多少m水柱？201.030VqH204.010VqHe解：（1）hmqV315%7520mqHV75.271501.03001.03022meH191504.0102m75.81975.27节流损失（20，26）（15，19）（15，27.75）qVqVHHe(2)采用调节出口阀门的方法节流损失201.030VqH204.010VqHe泵特性曲线方程管路特性曲线方程①泵合成特性曲线改变在相同压头下，流量加倍。时，单并HH单