经典离心泵教材

泵§一、泵的分类及用途§二、离心泵的典型结构与工作原理§三、离心泵的工作特性§四、其他泵概述§五、泵的选用一、泵的分类及用途泵是把机械能转换成液体的能量，用来增压输送液体的机械。泵的分类：按泵的工作原理和结构形式，分为以下几类：泵叶片泵（透平泵）容积式泵往复泵：活塞泵，柱塞泵，隔膜泵回转泵：齿轮泵，螺杆泵，滑片泵离心泵轴流泵混流泵旋涡泵其他类型泵：喷射泵，水锤泵，真空泵根据液流流动方向不同，叶片泵分为离心泵、轴流泵和混流泵三种。§二、离心泵的典型结构与工作原理1、离心泵的典型结构、分类及命名方式离心泵的典型结构主要部件及作用过流部件：吸入室、叶轮、蜗壳（压出室）；密封部件：轴封装置、密封环；其它部件：轴承箱、转轴。吸入室离心泵的分类（1）按流体吸入叶轮的方式分类单吸式泵：结构简单，广泛应用。双吸式泵：轴向力平衡好，流量增加一倍。（2）按级数分类单级泵:扬程低，结构简单，使用广泛。多级泵：扬程高，结构复杂。（3）按泵体形式分类蜗壳泵：壳体呈螺旋形状。分为单蜗壳和双蜗壳。筒形泵：外壳呈筒结构，能承受高压。（4）其他结构形式高速部分流泵，屏蔽泵等。2、离心泵的工作原理及基本方程离心泵的性能参数（1）流量流量是泵在单位时间内输送出去的液体量。用qv表示容积流量，单位是m3/s，用qm表示质量流量，单位是kg/s。vmqq（2）扬程扬程是单位重量液体从泵进口（泵进口法兰）处到泵出口（泵出口法兰）处能量的增值，也就是1N液体通过泵获得的有效能量。单位：扬程亦称有效能量头。mNmN·式中为泵出口处单位重量液体的能量（m）,为泵进口处单位重量液体的能量（m）.E为单位能量液体的总机械能，它由压力能、动能和位能三部分组成。outEinEmZgcgpE22式中g为重力加速度，Z为液体所在位置至任选的水平基准面之间的距离。mZZgccgppHinoutinoutinout222扬程主要体现的是液体压力的提高。根据定义，泵的扬程可写为inoutEEH（3）转速（4）汽蚀余量（净正吸头NPSH）（5）功率和效率泵的功率通常指输入功率，即原动机传到泵轴上的轴功率，用N表示，单位是W或kW。•有效功率kWHqgNve1000•泵效率反映了泵中能量损失的程度。NNe•泵内损失容积损失：由泄漏所造成的能量损失，大小由容积效率来表示。vtvtvtttvtvqqHgqgqHHgq水力损失：也称流动损失，大小由水力效率来表示。ttvvhydHHHgqHgq机械损失：由轴承、密封填料和轮盘等产生的摩擦损失，大小由机械效率来表示。NHgqNNNtVtmm泵的效率mhydvtvttvtvveNHgqHHqqNHgqNN容积损失：产生原因：•内泄漏叶轮与泵壳的缝隙，平衡孔漏入入口低压处。•外泄漏轴端密封处漏出泵外。改善措施：•改善口环密封结构、材料、间隙；•性能好的密封装置；影响因素：结构、流量、压差、扬程水力损失：产生原因与组成：沿程摩擦损失液体与固体壁面及液体内部的摩擦引起的能量损失。局部阻力损失流道截面形状及大小变化，使液体产生旋涡引起能量损失。冲击损失流量偏离设计工况，液体进入叶轮的相对速度方向不与叶型线相切，产生冲击和旋涡，造成能量损失。影响因素：结构、流体性质改善措施：流道变化平缓，避免死角和突变；提高流道的加工精度；设计流量附近工作。机械损失：产生原因：•泵轴与轴承、密封装置的摩擦损失；•叶轮前后盖板外表面与液体之间的摩擦损失。影响因素：•叶轮前后盖板外表面形状及粗糙度、泵壳的形状、液体粘度。•轴承、密封结构及润滑。改善措施：•减小叶轮前后盖板外表面粗糙度；•合理设置泵壳与叶轮外表面形成的间隙的形状及尺寸；•合理选择轴承、及密封的结构形状。3、离心泵的工作原理及基本方程（1）离心泵的工作过程灌泵；启动原动机；注意防止发生气缚。•泵装置组成•工作过程产生离心力，液体排出叶轮；叶轮入口处形成低压，压差，不断吸入液体；液体不断吸入和排出；（2）离心泵的基本工作原理液体在叶轮中流动时的速度三角形•液体在叶轮中的流动流动较为复杂，为便于研究，先作如下假设：o液体为理想液体即无粘性且为稳定流动；o叶轮中叶片无限多，叶片无厚度，液体流经叶道时严格按叶形流动，且在同一半径上，液体沿叶形流动的相对速度大小和方向均相同。液体在叶轮中流动的速度三角形及叶轮的主要参数相对速度：液体沿叶形流动的速度；用w表示。牵连速度：叶轮旋转的速度，用u表示。绝对速度：两个速度的合成，用c表示。§三、离心泵的工作特性1、汽蚀发生的机理及预防措施汽蚀发生的机理及严重后果（1）汽蚀发生的机理•泵内液体压力变化，叶轮入口附近出现最低压降；•最低压力低于液体输送温度下的饱和蒸汽压，液体汽化，形成气泡；•压力较高处，气泡凝结溃灭，形成空穴；•瞬间周围气体，以高速冲来填补空穴，撞击阻碍流体流动；•叶轮表面剥蚀或化学腐蚀。因此把液体汽化、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蚀与电化学腐蚀破坏的综合现象称为汽蚀。（2）汽蚀的严重后果•汽蚀使过流部件被剥蚀破坏•汽蚀使泵的性能下降•汽蚀使泵产生噪音和振动•汽蚀也是水力机械向高流速发展的巨大障碍汽蚀余量及汽蚀判别式泵是否发生汽蚀是由泵本身和吸入装置两方面决定的。（1）有效汽蚀余量有效汽蚀余理是指液流自吸液罐（池）经吸入管路到达泵吸入口后，高出汽化压力所富余的那部分能量头，用表示，即mpgcpNPSHVssa22式中、分别为液流在泵入口处的压力和速度，。spscgaNPSHvp由伯努利方程可知sAgAsAAsAAssHHpHZZgcpgcp2222得到：sAgvAaHHppNPSH可以得出：有效汽蚀余量的大小与泵吸入装置的条件有关。故称为泵吸入装置的有效汽蚀余量。（2）泵必需的汽蚀余量泵必需的汽蚀余量是表示泵入口到叶轮内最低压力点K处的静压能量头降低值，用表示如下rNPSH式中和为叶片进口稍前的o截面上的液体绝对流速和相对流速，为绝对流速及流动损失引起的压降能头系数，一般，为液体绕流叶片的压降能头系数，一般在无冲击流入叶片的情况下。0c0w13.1~05.1124.0~2.02则值愈小，泵愈不易发生汽蚀。rNPSH提高离心泵抗汽蚀性能的措施（1）提高离心泵本身抗汽蚀的性能提高离心泵抗汽蚀性能有两种措施，一种是改进泵本身的结构参数或结构型式，使泵具有尽可能小的必需汽蚀余量；另一种是合理地设计泵前装置及其安装位置，使泵入口处具有足够大的有效汽蚀余量。•改进泵的吸入口至叶轮叶片入口附近的结构设计，使尽量减小。2100和、、wc•采用前置诱导轮。•采用双吸式叶轮。•设计工况采用稍大的正冲角。•采用抗汽蚀的材料。（2）提高进液装置汽蚀余量的措施•增加泵前储液罐中液面压力。ApsAgvAaHHppNPSH•将吸上装置改为倒灌，并增加倒灌装置的安装高度。•减小泵前管路上的流动损失。SAH根据则：mppHsaS4.3.1.4吸上真空高度（吸入真空度）吸入真空度是指泵进口处的真空度（泵进口绝对压力小于大气压力的数值，其数值以换算到基准面上的液柱高度表示。也是表示吸入压力的一种方法。式中：Hs——吸上真空度，用安装在泵入口法兰处的真空压力表测量；pa——标准条件下的大气压力；ps——泵入口处的压力。则在泵发生汽蚀条件下求得的最大吸上真空度为：mNPSHgcppHasvaS22max2、离心泵的性能及调节4.3.2.1离心泵的运行特性（1）泵的特性曲线•H-qv特性曲线是选择和使用泵的主要依据，一般有“陡降”、“平坦”“驼峰”三种形状。•N-qv曲线是合理选择原动机功率和操作启动泵的依据。•η-qv曲线是检查泵工作经济性的依据。泵最高效率以下5%8%范围内所对应的工况为高效工作区。•NPSHr-qv曲线是检查泵工作是否发生汽蚀的依据。（2）泵在不稳定工况下工作•运转工况点：•装置（管路）特性曲线：指在给定管路系统中，输送液体流量qv与所需外界给予单位重量液体提供的能量Hpipe之间的关系曲线（Hpipe-qv曲线）。根据伯努力方程得到，Hpipe-qv曲线方程：mgqhHvABapipe22、阀门开度有关。及管长、管内流动情况截面形状、大小间的阻力系数，与管子、管路系统截面—压力有关；关，只与液位差及液面管路静扬程，与流量无—式中：BAhABa泵特性曲线与装置特性曲线的交点。•工况点的稳定性判别式vvpipedqdHdqdHvvpipedqdHdqdH稳定不稳定泵不稳定工作的产生条件：•泵具有驼峰状的性能曲线；•管路中有自由升降的液面或其他能储存和释放能量的部分。泵不稳定工作的危害：泵和管路系统产生水击、振动和噪音。•稳定工况点：•不稳定工况点：4.3.2.2离心泵运行工况的调节改变工况点的途径：•改变泵的特性曲线；•改变装置的特性曲线；•同时改变泵和装置的特性曲线。（1）改变泵特性曲线的调节•转速调节适于大功率，扬程变化大的场合。•切割叶轮外径调节永久改变，使流量变小。•改变前置导叶叶片角度的调节改变进口前的液体绝对速度，使液流正、负预旋流入液道，从而改变扬程和流量。•改变半开式叶轮叶片端部间隙的调节间隙增大，流量减小，效率降低。•泵的并联或串联调节并联增加流量；串联增加扬程。一般管路特性曲线较陡采用串联，提高流量；平坦采用并联，提高扬程和流量。（2）改变装置特性曲线的调节•闸阀调节简单，应用广；但能量损失大•液位调节液位升高，扬程增大，使液位在一定范围内进行调节•旁路分流调节适用于流量和扬程都减少的场合。3、离心泵的启动与运行启动前的准备工作（1）启动前检查•润滑油的名称、型号、主要性能和加注数量是否符合技术文件规定的要求；•轴承润滑系统、密封系统和冷却系统是否完好轴承的油路、水路是否畅通；•盘动泵的转子1~2转，检查转子是否有摩擦或卡住现象；•在联轴器附近或皮带防护装置等处，是否有妨碍转动的杂物；•泵、轴承座、电动机的基础地脚螺辁是否松动；•泵工作系统的阀门或附属装置均应处于泵运转时负荷最小的位置，应关闭出口调节阀；•点动泵，看其叶轮转向是否与设计转向一致，若不一致，必需使叶轮完全停止转动后，调整电动机接线后，方可再启动。（2）充水灌泵防止发生气缚现象。（3）暖泵或预冷对于输送高温或低温液体的泵，起动前必须暖泵或预冷，并达到规定时间。4.3.3.2启动程序•离心泵泵腔和吸水管内全部充满泵送液体且无空气，出口阀关闭。要求暖泵或预冷完成。•对于强制润滑的泵，首先启动油泵向各轴承供油。•启动冷却水泵或打开冷却水阀。•合闸启动，启动后泵空转时间不允许超过2~4min，使转速达到额定值后，逐渐打开离心泵的出口阀，增加流量，并达到要求的负荷。运行中的注意事项•运行温度正常。轴承温度、泵体表面温度、润滑油温度在规定范围内。•振动正常。•无异常声音。•无泄漏。•进出口压力、流量满足工艺要求。