离心泵的特性曲线变化趋势

第二章液体输送机械PumpsofFluid化工原理ChemicalEngineeringPrinciples§2.1概述为流体提供能量的机械称为流体输送机械。在生产加工中，常常需要将流体从低处输送到高处；从低压送至高压；沿管道送至较远的地方。为达到此目的，必须对流体加入外功，以克服流体阻力及补充输送流体时所不足的能量。泵；输送液体风机;压缩机；真空泵。输送气体常用的流体输送机械§2.1概述按工作原理分叶片式泵有高速旋转的叶轮。如离心泵、轴流泵、涡流泵。往复泵靠往复运动的活塞排挤液体。如活塞泵、柱塞泵等。旋转式泵靠旋转运动的部件推挤液体。如齿轮泵、螺杆泵等。§2.1概述旋转式泵§2.1概述离心泵离心泵（centrifugalpump）的特点：结构简单；流量大而且均匀；操作方便。§2.1概述§2.1.2离心泵的工作原理1结构叶轮轴6~12片叶片机壳等。蜗牛形通道；叶轮偏心放；可减少能耗，有利于动能转化为静压能。叶轮机壳底阀(防止“气缚”)滤网(阻拦固体杂质)§2.1.2离心泵的工作原理1结构叶轮§2.1.2离心泵的工作原理（1）叶轮旋转，流体受离心力的作用，由叶轮中心被抛向外围。（2）泵壳汇集被抛出的液体，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，减小能量损失。（3）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。§工作过程启动前，前段机壳须灌满被输送的液体，以防止气缚。离心泵若在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体。此现象称为“气缚”。“气缚”（airbinding）为便于使泵内充满液体，在吸入管底部安装带吸滤网的底阀，底阀为止逆阀，滤网是为了防止固体物质进入泵内，损坏叶轮的叶片或妨碍泵的正常操作。§工作过程启动后，叶轮旋转，并带动液体旋转。液体在离心力的作用下，沿叶片向边缘抛出，获得能量，液体以较高的静压能及流速流入机壳(沿叶片方向，u,P静)。由于涡流通道的截面逐渐增大，P动P静。液体以较高的压力排出泵体，流到所需的场地。叶片不断转动，液体不断被吸入、排出，形成连续流动。由于液体被抛出，在泵的吸扣处形成一定的真空度，泵外流体的压力较高，在压力差的作用下被吸入泵口，填补抛出液体的空间。启动前，前段机壳须灌满被输送的液体，以防止气缚。离心泵压头的大小取决于泵的结构（如叶轮直径的大小，叶片的弯曲情况等）、转速及流量。离心泵的主要性能参数有流量、扬程、（轴）功率、效率。１流量Q，Ｌ/ｓ或m3/ｈ泵的流量（又称送液能力）是指单位时间内泵所输送的液体体积。２扬程Ｈ，米液柱泵的扬程（又称泵的压头）是指单位重量液体流经泵后所获得的能量。gctgbQrgctgbrQuuH222222222222§2.1.3离心泵的主要参数§2.2离心泵的主要参数泵的有效功率Ne：流体所获得的功率。式中Ne—泵的有效功率，W；Q—泵的流量，m3/s；H—泵的压头，m；—液体的密度，kg/m3；g—重力加速度，m/s2。Ne＝QHg已知g=9.81m/s2；1kW=1000W，则式可用kW单位表示，即)(1021000kWgQHNQHgQHe3功率§2.2离心泵的主要参数泵在运转时可能发生超负荷，所配电动机的功率应比泵的轴功率大。在机电产品样本中所列出的泵的轴功率，除非特殊说明以外，均系指输送清水时的数值。eNN轴功率指泵轴所获得的功率。由于有容积损失、水力损失与机械损失，故泵的轴功率要大于液体实际得到的有效功率，即注意：4轴功率N§2.2离心泵的主要参数泵内部损失主要有三种：5效率容积损失：泄漏所造成的损失。一部份已获得能量的高压液体由叶轮出口处通过叶轮与泵壳间的缝隙或从平衡孔漏返回到叶轮入口处的低压区造成的能量损失。水力损失：进入离心泵的粘性液体产生的摩擦阻力以及在泵的局部处因流速与方向改变引起的环流和冲击而产生的局部阻力。机械损失：由泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间以及叶轮盖板外表面与液体之间产生的机械摩擦引起的能量损失。§2.2离心泵的主要参数5效率hNNeNgHQ电机泵电功率电N电出传传电出NNNNe电电出电功率NNNe§2.3离心泵的特性曲线特性曲线（characteristiccurves）：在固定的转速下，离心泵的基本性能参数（流量、压头、功率和效率）之间的关系曲线。强调：特性曲线是在固定转速下测出的，只适用于该转速，故特性曲线图上都注明转速n的数值。图上绘有三种曲线Ｈ－Q曲线Ｎ－Q曲线η－Q曲线书p93，例2-2练习§2.3离心泵的特性曲线§2.3离心泵的特性曲线讨论：通过测定多组数据便可做出系的特性曲线。在泵的特性曲线或性能参数表上一定指明泵的转速，因为泵的转速改变，泵的特性曲线或性能参数均发生变化。§2.2离心泵的主要参数在泵的进出口处分别安装真空表和压力表，在真空表与压力表之间列柏努得方程式，即实验：泵压头的测定式中：pM—压力表读出压力（表压），N/m2；pV—真空表读出的真空度，N/m2；u1、u2—吸入管、压出管中液体的流速，m/s；ΣHf—两截面间的压头损失，m。fguugppHhHvm202122流量计真空表c压力表h0b§2.3离心泵的特性曲线§2.3离心泵的特性曲线变化趋势：离心泵的压头在较大流量范围内是随流量增大而减小的。不同型号的离心泵，Ｈ－Q曲线的形状有所不同。较平坦的曲线，适用于压头变化不大而流量变化较大的场合；较陡峭的曲线，适用于压头变化范围大而不允许流量变化太大的场合。Ｈ－Q曲线§2.3离心泵的特性曲线N－Q曲线变化趋势：Ｎ－Q曲线表示泵的流量Q和轴功率Ｎ的关系，Ｎ随Q的增大而增大。显然，当Q=0时，泵轴消耗的功率最小。启动离心泵时，为了减小启动功率，应将出口阀关闭。§2.3离心泵的特性曲线η-Q曲线变化趋势：开始η随Q的增大而增大，达到最大值后，又随Q的增大而下降。η—Q曲线最大值相当于效率最高点。泵在该点所对应的压头和流量下操作，其效率最高，故该点为离心泵的设计点。§2.3离心泵的特性曲线泵在最高效率点条件下操作最为经济合理，但实际上泵往往不可能正好在该条件下运转，一般只能规定一个工作范围，称为泵的高效率区。高效率区的效率应不低于最高效率的92%左右。强调：泵在铭牌上所标明的都是最高效率点下的流量，压头和功率。离心泵产品目录和说明书上还常常注明最高效率区的流量、压头和功率的范围等。泵的高效率区1离心泵的工作点与流量调节(Dutypointandflowrateregulationforcentrifugalpump)泵------供方管路------需方匹配：泵提供的流量=管路所需的流量泵提供的压头H=管路所需的压头heH泵的特性曲线Q1．管路特性曲线-------管路所需压头he与流量关系曲线工作点H泵的特性曲线Q1．管路特性曲线-------管路所需压头he与流量关系曲线fhgugpzhe22QfA完全湍流时，2BQAhe管路特性方程A工作点H泵的特性曲线Q工作点2．流量调节两种方法改变泵的特性曲线改变管路特性曲线——调节阀门阀门开大阀门关小ehhe节流损失——改变n，切割叶径1、并联H并联泵单台泵对泵来说，在相同H下，单并QQ2请思考：若单台泵的特性曲线方程为2BQAH单单，则并联泵组的特性曲线方程表达式如何？22QBAH并并请思考：在输送系统中，将单台泵用并联泵组替代，则管路中的流量是否能达到原来的两倍？为什么？2、离心泵的组合操作——串、并联(Combinedoperationforcentrifugalpump-inseriesorparallelconnection)2、串联对泵来说：在相同Q下，单串HH2请思考：若单台泵的特性曲线方程为2BQAH单单，则串联泵组的特性曲线方程表达式如何？2BQ2A2H串串请思考：在输送系统中，将单台泵用串联泵组替代，则管路中的压头是否能达到原来的两倍？为什么？H串联泵单台泵0Q1．什么是安装高度？泵轴与吸液方液面间的垂直高度，称为安装高度，用ZS表示。可正可负。3、离心泵的安装高度zs(NPSH)为什么会有安装高度问题？汽蚀现象：叶片表面产生蜂窝状腐蚀。发生汽蚀时，泵体震动，并发出噪音，流量、压头、效率都明显下降，严重时甚至吸不上液体。叶片背面压力最低点时当ppKK处发生部分汽化现象为避免汽蚀现象，安装高度必须加以限制，即存在最大安装高度ZS,max。2、最大安装高度ZS,max刚好发生汽蚀时，在s-s面、e-e面间列机械能衡算：esfeesshgugpzgp22min,max,esfeesshgugpgpz22min,max,esfeeshgpgugpgpp22min,当发生汽蚀时，ppK，ep达到最小min,ep3、允许汽蚀余量h，mgpgugphee22min,min令-------最小汽蚀余量esfsshhgppzminmax,于是一般规定，允许汽蚀余量3.0minhh-----是泵的特性参数之一，由厂家测定。书p101，例2-4esfsshhgppz相应地，允许安装高度实际安装高度比sz还要低0.51m影响允许汽蚀余量的因素：gpgugphee22min,mine-e面、k-k面间：kefkeehgugpgugp2222min,可见，影响允许汽蚀余量的因素有：流量、泵的结构、流体粘度)(2阻力平方区BQ3.0minhhkefkhgu22minh故minh的校正：只要粘度变化不大，minh无需校正。练习：例2-78.75m解：H0Q工作点左移江面下降，泵特性曲线不变pa例用离心泵将江水送至高位槽。若管路条件不变，则下列参数随着江面的下降有何变化？（设泵仍能正常工作）•泵的压头H，•管路总阻力损失hf，管路特性曲线平行上移222BQAhgugpzhef不变33pa002211Q，H，N，2BQhfH0Q练习图示为离心泵性能测定装置。若水槽液面上升，则Q、H、N、hf如何变化？P2P100答：Q不变，H不变，N不变，hf不变例（操作型计算）某离心泵工作转速为n=2900r.p.m.（转/min），其特性曲线方程为201.030VH。当泵的出口阀全开时，管路特性曲线方程为204.010Vhe，式中V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：a．若采用出口阀调节，则节流损失的压头为多少m水柱？解：（1）201.030VH204.010VheheHmhehmV26203（20，26）hmV315%7520mVH75.271501.03001.03022meh191504.0102m75.81975.27节流损失（20，26）（15，19）（15，27.75）VVHhe(2)采用调节出口阀门的方法节流损失201.030VH204.010Vhe泵特性曲线方程管路特性曲线方程类型不下百种锅炉给水泵杂质泵耐腐蚀泵油泵清水泵按用途分选用原则：定类型----------根据流体性质及操作条件定规格----------根据流量、压头大小双吸泵单吸泵按结构分多级泵单级泵八、离心泵的类型、选用一、往复泵结构：工作原