离心泵特性曲线分析

离心泵的特性曲线分析---中国石化广西玉林石油分公司（孙铁淋）第-1-页共7页一．根据数据绘制离心泵特性曲线（如图（2）所示）目的：掌握离心泵特性曲线的绘制方法，实现离心泵的合理调节。1．准备工作：数据资料；坐标纸；直尺；曲线板；铅笔；橡皮2.操作步骤：(1）按比例在坐标纸上绘制横、纵坐标，横坐标表示流量；纵坐标表示扬程H、轴功率N、泵功率。(2）绘制特性Q-H曲线：1)将流量和扬程对应的数据点画在坐标纸上2）将各点用平滑曲线连接起来（3）绘制绘制特性Q-N曲线：1)将流量和功率对应的数据点画在坐标纸上2）将各点用平滑曲线连接起来（4）绘制绘制特性Q-曲线：1)将流量和效率对应的数据点画在坐标纸上2）将各点用平滑曲线连接起来（5）绘制绘制特性Q-NPSHr曲线：1)将流量和必需的气蚀余量对应的数据点画在坐标纸上2）将各点用平滑曲线连接起来（6）在曲线图上标注曲线名称：Q-H曲线Q-N曲线Q-曲线Q-NPSHr曲线（7）在曲线图上标出最佳工况点（效率最大的点）（8）完善图名，清洁图面（离心泵的特性曲线）（9）回收工具，清理现场。3．注意事项：（1）坐标末端必须标出箭头离心泵的特性曲线分析---中国石化广西玉林石油分公司（孙铁淋）第-2-页共7页（2）连线必须是平滑曲线，不能是直线。二．离心泵相关知识的介绍1．主要部件：1）包括叶轮和泵轴的旋转部件2）由泵壳、填料函和轴承组成的静止部件2．工作原理：液体随叶轮旋转，在惯性离心力的作用下自叶轮中心被甩向外周并获得了能量，使流向叶轮外周的液体的静压强提高，流速增大。液体离开叶轮进入蜗壳，因蜗壳内流道逐渐扩大而使流体速度减慢，液体的部分动能转换成静压能。于是，具有较高压强的液体从泵的排出口进入排出管路，被输送到所需的管路系统。图（1）离心泵结构示意图3.主要性能参数（1）流量（Q）:离心泵在单位时间送到管路系统的液体体积，常用单位为L/s或m3/h；离心泵的特性曲线分析---中国石化广西玉林石油分公司（孙铁淋）第-3-页共7页（2）压头（H）：离心泵对单位重量的液体所能提供的有效能量，其单位为m；（3）效率（）：由原动机提供给泵轴的能量不能全部为液体所获得，通常用效率来反映能量损失；（4）轴功率（N）：[指离心泵的泵轴所需的功率，单位为W或kW。说明：反映离心泵能量损失，包括：容积损失：由于崩的泄漏所造成的损失。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。4．特性曲线：通常，离心泵的特性曲线由制造厂附于泵的样本或说明书中，是指导正确选择和操作离心泵的主要依据。如下图（2）所示：图（2）离心泵的特性曲线（1）Q-H曲线：表示泵的流量与压头的关系,是选择和使用泵的主要依据。这种曲线有“陡降”、“平坦”、“驼峰”状之分。平坦状曲线反映的特点是：在流量Q变化离心泵的特性曲线分析---中国石化广西玉林石油分公司（孙铁淋）第-4-页共7页较大时，扬程H变化不大；陡降状曲线反映的特点是：扬程变化较大时，流量变化不大；而驼峰状曲线容易发生不稳定现象。在陡降、平坦、驼峰状曲线的右分支上，随着流量的增加，扬程均降低，反之亦然。（2）Q-N曲线：表示泵的流量与轴功率的关系，是合理选择原动机功率和操作启动泵的依据。通常应按所需流量变化范围中的最大功率再加上一定的安全余量，选择原动机的功率大小。泵启动应选在耗功最小的工况下进行，以减小启动电流，保护电机。一般离心泵在流量Q=0工况下功率最小，故启动时应关闭排出管路上的调节阀。（3）Q-η曲线：表示泵的流量与效率的关系，是检查泵工作经济性的依据。泵应尽可能在高效率区工作，通常效率最低点为额定点，一般该点也是设计工况点。目前，一般取最高效率以下5%～8%范围内所对应的工况为高效工作区。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。（4）Q-NPSHr曲线：表示泵的流量与必需气蚀余量的关系，是检查泵工作是否发生气蚀的依据。通常是按最大流量下的NPSHr，考虑安全余量及吸入装置的有关参数来确定泵的安装高度。在运行中应注意监控泵吸入口处的真空压力计读数，使其不超过允许的吸上真空度，以尽量防止气蚀。说明：1）离心泵的压头H一般是随流量Q的增大而下降，这是离心泵的一个重要特性。2）离心泵的有效功率是指液体从叶轮获得的实际能量，通常用Ne表示，其可由泵的流量和扬程求得。3）有效功率与轴功率的比值为离心泵的效率：5．影响离心泵性能的因素：（1）离心泵的转速对特性曲线的影响比例定律：注：转速20％时，η不变。离心泵的特性曲线分析---中国石化广西玉林石油分公司（孙铁淋）第-5-页共7页（2）离心泵的直径对特性曲线的影响切割定律：（3）液体粘度对特性曲线的影响μ↑，Q、H，N↑，η；原因:1)μ↑，hf,H；2)μ↑,u,V；3)μ↑,叶轮前后能量损失↑，N↑；（4）液体密度对特性曲线的影响由离心泵的基本方程可看出，离心泵的压头、流量均与液体的密度无关，说明离心泵特性曲线中的H—Q及—Q曲线保持不变。但离心泵所需的轴功率则随液体密度的增加而增加，即N—Q曲线要变。6．离心泵的工作点：图（3）离心泵工作点7．离心泵的气蚀现象：（1）发生机理：离心泵运转时，液体在泵内的压力变化如图（4）所示。流体的压力随着从泵入口到叶轮入口而下降，在叶片入口附近的K点上，液体压力最低。此后，由于叶轮对液体做功，压力很快上升。当叶轮叶片入口附近的压力Pk≤Pv时，液体就汽化，同时，还可能有溶解在液体内的气体逸出，它们形成许多气泡，当气泡随液体流到叶道内压力较高处时，外面的液体压力高出气泡内的汽化压力，则气泡会凝结溃灭形成空穴。瞬间内周围的液体以极高的速度向空穴冲来，造成液体相互撞击，使局部的压力突然剧增，这不仅阻碍流体的正常流动，尤为严重的是，如果这些气泡在叶轮壁面附近溃灭，则液体就像无数的小弹头一样，连续撞击金属表面，撞击频率较高，金属表面会因冲击疲劳而剥裂。若气泡内夹杂其他离心泵的特性曲线分析---中国石化广西玉林石油分公司（孙铁淋）第-6-页共7页某些活性气体,（如氧气），它们借助气泡凝结时放出的热量会形成热电偶并产生电解，对金属起电化学腐蚀的作用，更加加速了金属剥蚀的破坏速度。上述这种液体汽化、凝结、冲击，形成高压、高温、高频冲击载荷，造成金属材料的机械剥裂与电化学腐蚀破坏的综合现象称为气蚀。（说明：Pv为液体输送温度下的饱和蒸汽压力）。图（4）离心泵内的压力变化（2）气蚀的危害：1）气蚀使过流部件被剥蚀破坏2）气蚀使泵的性能下降3）气蚀使泵产生噪声和振动4）气蚀是水力机械高速发展的障碍8．气蚀余量（1）有效气蚀余量NPSHa离心泵的特性曲线分析---中国石化广西玉林石油分公司（孙铁淋）第-7-页共7页NPSHa指吸入液面上的压力水头在克服吸水管路装置中的流动损失并把水提高到的高度后，所剩余的超过汽化压头的能量。富余量NPSHa越大，泵越不会发生气蚀。说明：1）压力水头、几何安装高度、液体温度不变时，流量↑，NPSHa↓，则气蚀可能性↑。2）在非饱和容器内，泵输送的液体温度↑，汽化压力↑，NPSHa↓，则气蚀可能性↑。（2）泵必需的气蚀余量NPSHr指自泵吸入口截面S-S到泵内压强最低点的总压降。影响NPSHr的因素：泵吸入室，叶轮进口处的几何形状，流速大小。NPSHr越小，泵的防气蚀性能越好。NPSHr通常由泵制造厂通过实验测出。（3）临界气蚀余量NPSHc（4）允许气蚀余量[NPSH]说明：1）NPSHa＞NPSHr时，泵不发生气蚀。2）NPSHa=NPSHr时，泵开始发生气蚀。3）NPSHa＜NPSHr时，泵严重气蚀。9.离心泵运行工况的调节方法（详见«过程流体机械»）（1）改变泵特性曲线的调节1）转速调节2）切割叶轮外径调节3）改变前置导叶叶片调节4）改变半开式叶轮叶片端部间隙的调节5）泵的串联或并联调节（2）改变装置特性曲线的调节（管网特性曲线）1）闸阀调节2）液位调节3）旁路分流调节