离心泵的安装

第二章流体输送机械第一节液体输送设备一、离心泵的主要部件及作用原理2-1-1离心泵输送机械的用途•补充能量：将流体从一处输送到另一处•提高压强：给流体加压•造成设备真空：给流体减压•为液体提供能量的输送机械称为泵，如离心泵、往复泵、旋涡泵等。•为气体提供能量的输送机械称为风机或压缩机，如离心通风机、鼓风机等。•输送机械的分类••(1)动力式：利用高速旋转的叶轮使流体的机械能增加，典型的是离心式、轴流式输送机械。•(2)容积式：利用活塞或转子运动改变工作室容积而对流体作功。典型的是往复式、旋转式输送机械。•(3)其它类型：如利用另外一种流体作用的喷射式等。离心泵在作时，叶轮由电机驱动随泵轴做高速旋转运动（1000~3000转/分），迫使叶间液体作近于等角速度的旋转运动，同时因离心力的作用，使液体在叶轮中心向外缘作径向运动。1、作用原理由于愈靠近叶轮外缘受离心力越大，所以液体在经叶轮的运动过程中不断获得能量，并以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳中，由于流通的逐渐扩大而减速，据柏努力方程知，必有部分动能转化为静压能，最后流入出口管道。注意在液体受迫由叶轮中心流向外缘运动时，在叶轮中心会形成低压，则在吸液的和叶轮中心会形成压差，即液体会被自动地吸如叶轮中心。因而离心泵的作用原理简单地说，就是在高速旋转的叶轮的作用下，使液体获得了能量而提高了出口压强，同时在叶轮中心形成低压而有自动吸液功能，而使离心泵可以连续不断的排出液体。叶轮泵壳泵轴吸入导管压出导管底阀问1：流体在泵内都获得了什么能量？其中那种能量占主导地位？问2：泵启动前为什么要灌满液体？气缚现象叶轮泵壳泵轴吸入口底阀滤网调节阀排出口吸入管排出管离心泵叶轮如果离心泵启动时,若泵内存在空气,由于空气密度很低,旋转后产生的离心力(F=mw2r(N))(等体积下空气质量小)小,也即在叶轮中心处形成的低压不足,使泵无法正常工作的现象.气缚现象消除方法:在启动前向泵内灌水.主部部件:叶轮——使离心泵中的液体静压能和动能均有所提高。分类:开式、闭式、半闭式叶轮——通常有6~12片的后弯叶片组成泵壳——又称蜗壳（制成蜗牛形，流道逐渐增大，有利于减少流动能损失）——能量转换装置。闭式叶轮的内漏较弱些，敞式叶轮的最大。但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象思考：三种叶轮中那一种效率高？叶轮轴向力问题闭式或半闭式叶轮后盖板与泵壳之间空腔液体的压强较吸入口侧高，这使叶轮遭受指向吸入口方向的轴向推力，这使叶轮向吸入口侧位移，引起叶轮与泵壳接触处的磨损。解决办法：叶轮后盖板上钻一些小孔---平衡孔。泵壳思考：泵壳的主要作用是什么？①汇集液体，并导出液体；②能量转换装置导轮思考：为什么导轮的弯曲方向与叶片弯曲方向相反？3.轴封装置机械密封填料密封旋转的泵轴与固定的泵壳之间的密封。作用：防止高压液体沿轴漏出或外界空气漏入。为什么要把动能的一部分转化为静压能呢？因动能越大，管路中流动阻力增大而使能耗增大。离心泵的吸液方式：单液式——只有一个吸入口双液式——有两个吸入口压头：单位重量液体所获得的能量称为泵的压头，用H表示，单位m。理论压头：理想情况下单位重量液体所获得的能量称为理论压头，用HT表示。二、离心泵的理论压头和实际压头多，且叶片厚度不计。叶轮的叶片数目为无穷流体为理想流体)2()1(问：由（1）、（2）可以得出什么结果？由(1)液体在泵内无摩擦阻力损失由(2)流体与叶片的相对运动的运动轨迹可视为与叶片形状相同。理论压头：理想情况下单位重量液体所获得的能量称为理论压头，用HT表示。液体在高速旋转的叶轮中的运动分为2种:w2c2222u2w1c111u1r与叶片的相对运动：处处与叶片相切在1与2之间列机械能衡算方程式，得：uTHgpp12)1(22122gcc1.理论压头表达式的推导周向运动:w2c2222u2w1c111u1使静压头增加gpp12的原因：原因一：离心力作功rFc222121222122221122121uurrdrrgppdrFrrrrc原因二：液体由1流到2时，由于流动通道逐渐扩大，故w逐渐变小，这部分能量将转化为静压能gwwgpp22221212gwwuugppgppgpp22221212221211212（2）将式2代入式1得：gccgwwuuHT22212222212122w2c2222u2w1c111u1于是：根据余弦定理可知：111212121cos2ucucw222222222cos2ucucw（3）（4）式3、4代入上式得：gucucHT111222coscos一般地，1=90则cos1=0，于是：gucHT222cos（5）w2c2222u2w1c111u1在离心泵的设计中一般使α1=90°，即cosα=0也即HT∞=c2u2cosα2／g……⑤这就是离心泵理论压头的表示式。下面将其改为HT∞～QT关系QT=u·A∴QT=πD2b2c2sinα2（m3/s）……⑥∵u=c2sinα2A=πD2b2考虑到u2cosα2与流动角β2的关系：c2cosα2=u2－c2sinα2ctgβ2……⑦ctgβ2=（u2－c2cosα2）／c2sinα2c2w2c2r2222c2uu2w1由⑤、⑥、⑦得，HT∞=[u22－(u2ctgβ2/πD2b2)QT]/g(m)……⑧u2=ωr2=(πn/60)D2=ωD2/2(m/s)⑧即为HT∞～QT关系式：HT∞=u22/g－(u2ctgβ2/gπD2b2)QT也即：HT∞=A－BQTA=u22/gB=u2ctgβ2/gπD2b2HT∞～QT成线性关系w2c2w2c2w2c22u22u22u2后弯叶片径向叶片前弯叶片叶轮出口速度三角形讨论：①当离心泵的几何尺寸(D2、b2、β2)和转速n一定时，HT∞和QT成线性关系。②当β290°,即为后弯叶片（相对于转动方向）ctgβ20，则B0，也即HT∞随QT增大而下降。c2w2c2r2222c2uu2w1③当β2=90°,ctgβ2=0，即HT∞=A，也即HT∞与QT无关。④当β290°,ctgβ20，则B0.HT∞随QT增大而增加。abcβ290°β290°β2=0°HT∞QT思考:我们在设计离心泵时是让β2大于、等于还是小于90°为好呢？答：理论压头实际上是包括动压头和静压头，从一方面来说前弯叶片能产生最大的理论压头，但由于它产生的压头中动压头的比例较静压头大，也即能量损失会增大，为了获得较高的能量利用率，我们在实验设计中都采用后弯叶片（即β290°）。所以后弯叶片中的静压头占的比例比动压头大。三、离心泵的性能参数与性能曲线㈠、离心泵的性能参数1、流量(Q)泵在单位时间内排送到管路系统的液体体积(m3/h、l/s)2、压头（扬程）H(m)理论压头可用理论基本方程计算，但在实际液体中，由于泵内的流动不可能理想化，像轴向涡流流动阻力等都会影响泵的实际压头。至今还不能从理论上来计算泵的实际压头，离心泵的基本方程式也只能提供给我们的分析影响离心泵性能的一个参考依据。但有一点可以肯定，实际压头肯定比理论压头要小。离心泵的实际压头由实验来实测得出。3、效率η(％)和轴功率N(kW)η=Ne/N由于能量损失的不同而使泵的效率不同.离心泵的能量损失包括以下几项:①容积损失：由于泄露所造成的损失，泄漏点很多。如：密封环、轴封等。ηv②机械损失：由于机械接触而产生摩擦，也会造成能量损失。如：泵轴与轴承之间等。ηm③水力损失：粘性流体内摩擦以及流体相互冲击，环流等产生的局部阻力。ηh4、轴功率N有效功率Ne㈡、离心泵的特性曲线我们将上述Q、H、N、η之间关系，通过实验测定得到的一组曲线。我们称为离心泵的特性曲线。（p91）04812162024283202040608010012010121416182022242602468010203040506070804B20n=2900r/minNHηＱ,l/sm3/s离心泵的特性曲线(3)效率随流量增大而上升，达到一最大值后随流量增加而下降。说明在一定转速下，离心泵存在一最高效率点，称为设计点。离心泵在与最高效率点相对应的Q和H下工作最为经济，效率最高点对应的参数Q、H、N称为最佳工况参数(泵铭牌所标出即指此)。在选用离心泵时应使其在该点附近工作，一般规定一个工作范围，称为高效区，为最高效率的92%左右。前面说过了，这些关系通过实测得到，生产部门一般实测这些特性曲线时，是用常温（20°）常压（101.3kPa）的清水做实验测得的。在实验使用中，由于操作条件往往会发生变化，所以常常需要进行校正。图的大致情况：①QN③Qη曲线有一最高点，在此点下工作效率最佳，相应的Q、H、N称为最佳工作参数。实际上是在此点附近，如图中打波折号的范围内。②QH例:采用本题附图所示的实验装置来测定离心泵的性能。泵的吸入管内径为100mm，排出管内径为80mm，两侧压口间垂直距离为0.5m。泵的转速为2900r/min，以20℃清水为介质测得以下数据：流量，L/s15泵出口处压表，Pa2.55×105泵入口处真空度，Pa2.67×104功率表测得电动机所消耗的功率，kw6.2泵由电动机直接带动，电动机的效率为93％。试求该泵在输送条件下的压头、轴功率和效率。⊿Zp1d1d2真空表压力表p2流量计11’22’解：在1-1′,2-2′间列方程p1／ρg＋u12／2g＋z1＋H＝p2／ρg＋u22／2g＋z2＋Hf,1-2H=⊿z＋（p2－p1）／ρg＋（u22－u12）／2gu1=4Q/πd12u2=4Q/πd22即He=⊿z＋（p2－p1）／ρg＋8Q2/gπ2(1/d24－1/d14)η=Ne/N=QHρg/N安装功率表测量电机的功率N测出一系列Q、p1、p2、NH、η根据数据即可绘出泵的特性曲线。四、离心泵的性能的改变和换算前面已提到离心泵特性曲线一般都是生产部门在一定转速和常压、常温下，以清水为介质测得的。但泵实际使用中能与上述条件相符的情况不多，大多需对泵的特性曲线进行重新换算。㈠、液体物理性质的影响1、密度的影响ρH、Q、η不变、N由HT∞=u22/g-(u2ctgβ2/gπD2b2)QT离心泵的压头和密度无关.由QT=πD2b2c2cosα2理论流量与ρ无关故H—Q曲线不会仅仅因为所输送的液体的密度不同而发生变化.但是当液体密度增大时,流体所变的离心力愈大,故Fc=mrω2=ρv0rω2则泵轴所要提供的能量功率增大,也即N与ρ成正比:η=Ne/N=QHρg/NNe也与ρ成正比,则η与ρ无关,也即Q-η曲线不随ρ改变,只有N-Q曲线随ρ改变.2、粘度的影响离心泵所输送的液体的粘度增大，则液体通过叶轮与泵壳的流动阻力增大，因此泵的压头、流量都要减小，效率下降，而轴功率增大，亦即泵的特性曲线发生改变。若液体的运动粘度v小于20cst，如煤油、汽油、清柴油等，可不修正；大于20Cst时，则要修正。(p92)㈡、离心泵转速的影响比例定律（近似，当n1/n2在1.5～2之间适用）:Q=πD2b2c2sinα2当n变化不大为α2改变不大，则α2近似不变，c2大致与u2成正比，亦即与n成正比，即Q与n成正比。(u=c2sinα2)HT∞=u2c2cosα2/g则HT∞与n2成正比。N=Ne/η=QHρg/η则N与n3成正比。•Q1/Q2=n1/n2•H1/H2=(n1/n2)2•N1/N2=(n1/n2)3㈢、离心泵叶轮直径的影响切割定律（与比例定律相似）Q1/Q2=D1/D2H1/H2=(D1/D2)2N1/N2=(D1/D2)3条件：①同一型号的泵②泵的效率不变③n一定④近似关系五、离心泵的允许吸上高度㈠、离心泵的允许吸上真空度HS′为防止气蚀现象的发生，应使叶片入口处最低压强大于输送温度下液体的饱和蒸汽