离心泵课件(含图便于理解)

提纲•绪论（流体机械概述）•第一章离心泵•离心泵的基本结构和工作原理•离心泵的基本方程速度三角形欧拉方程能头分析•离心泵的性能曲线各种损失性能曲线绪论（流体机械概述）•流体机械的分类•典型流体机械简介•流体机械的应用•流体机械的发展趋势流体机械概述•流体机械是以流体为工质进行能量转换、处理与输送的机械，它是过程装备的重要组成部分。•给流体增压与输送流体，使其满足各种生产条件的工艺要求，保证连续性的管道化生产，参与生产环节的制作，以及在辅助性生产环节中作为动力气源、控制仪表的用气、环境通风等等都离不开流体机械。•产品生产的能量提供者、生产环节的制作者和物质流通的输送者。•流体机械在过程生产中应用量大面广，选用好这些流体机械，对工厂的设备投资、产品质量、成本和效益等都具有十分重要的作用。流体机械的分类离心泵单级双吸离心泵单级单吸离心泵三级屏蔽离心泵多级屏蔽离心泵离心泵具有结构简单、体积小、质量轻、操作平稳、流量稳定、性能参数范围广，易于制造、便于维修等优点。离心泵的发展趋势？离心压缩机圆筒型离心压缩机蜗壳型离心压缩机吸气室叶轮扩压器排气蜗壳弯道回流器转子定子离心压缩机属于速度式压缩机，具有流量大、转速高、结构紧凑、运转平稳等特点。随着气体动力学研究的发展，离心式压缩机的效率不断提高，又由于高压密封、小流量窄叶轮的加工，多油楔轴承等关键技术的突破，离心式压缩机逐渐向高压力、宽流量范围发展。活塞压缩机活塞压缩机属于容积式压缩机，具有能耗低、适应性强和灵活性大等优点，是目前应用最普遍的压缩机。活塞压缩机的发展趋势？隔膜泵齿轮泵螺杆泵滑片泵罗茨泵射流泵泵和压缩机的应用泵和压缩机的应用泵和压缩机的应用泵和压缩机的应用流体机械的发展趋势•新机型的研制高压力、高单级增压比的压缩机和泵；超大流量（10000m3/min）或极小流量（0.01m3/min）的压缩机和泵；高转速压缩机（150000r/min）和高转速离心机；超音速压缩机（M2）……•新型制造工艺的发展多维数控机床加工叶轮、叶片等零部件、复杂零件的精密浇铸和模锻、特殊焊接工艺和电火花加……•自动控制技术的发展为使流体机械安全运行、调控到最佳运行工况或按产品生产过程需要改变运行工况等，均需要不断完善自动控制系统。•故障诊断与寿命预测技术的发展为使流体机械安全运行，变定期停机大修为预防性维修，采用在线监测实时故障诊断系统，遇到紧急情况及时报警、监控或联锁停机。目前故障诊断系统正向人工智能专家诊断系统和神经网络诊断系统方向发展。第一章离心泵•离心泵的基本结构和工作原理•离心泵的基本方程速度三角形欧拉方程能头分析•离心泵的性能曲线各种损失性能曲线离心泵的基本结构主轴轴承轴封箱扩压器叶轮★密封环吸入室蜗壳离心泵的工作原理启动前启动后灌泵①驱动机通过泵轴带动叶轮旋转，叶轮上的叶片驱使液体一起旋转，产生离心力；②在离心力作用下，液体沿叶片流道被甩向叶轮出口；与此同时，叶轮入口中心处形成低压，从而在吸液罐和叶轮中心处的液体之间就产生了压差；③吸液罐中的液体在此压差下不断地经吸入管路及泵的吸入室进入叶轮中；④被甩向叶轮出口的液体流经蜗壳进入排出管。离心泵的工作原理离心泵的主要相关参数几何结构参数D、β、b、δ、…设计参数Q、H、n、…流体物性参数ν、ρ、p、…rvcbDQ2222u22hcuHmvhQHN性能评价参数N、η、Δhr…%100eNN离心泵的主要相关参数Q和H是生产工艺提出的硬性要求，也是必须实现的目标！n是可以方便地进行调节和控制的操作变量！N和η是实现目标要花费的代价！上述五个参数均受液体性质的制约！离心泵的分类（自学、提问）•按液体吸入叶轮的方式单吸式泵、双吸式泵•按叶轮级数单级泵、多级泵•按壳体剖分方式中开式泵、分段式泵•按泵体形式蜗壳泵、双蜗壳泵、筒式泵•按输送介质清水泵、油泵、耐腐蚀泵、泥浆泵离心泵的基本方程•速度三角形•欧拉方程•能头分析速度三角形基本假设（1）通过叶轮的液体是理想液体，因此，液体在叶轮内流动时无任何能量损失；（2）液体在叶片间的流动呈轴对称，即每一液体质点在流道内相对运动轨迹与叶片曲线的形状完全一致，在同一半径的圆周上液体质点的相对速度大小相同，其液流角相等。液体的这种相对运动，只有当叶轮的叶片数为无限多时才能实现．所以假设叶轮是由无限多、无限薄的叶片所组成。液体在叶轮中获得能头，首先表现为液体流速大小和流动方向的改变，因此，先分析液体在叶轮流道中的流动规律。速度三角形液体在叶轮中的流动是一种复杂的运动，根据理论力学，研究液体在叶轮中的运动时，可取动坐标系与叶轮系为一体，则叶轮的旋转运动便是牵连运动：当观察者与叶轮一起旋转时所看到的液体运动（相当于液体流经静止叶轮时的流动）就是相对运动。这样，液体在叶轮中流动时的复杂运动，便可以由液体的旋转运动和相对运动合成。液体质点相对运动的速度称为相对速度，以矢量表示，在无限多叶片的假设下，其方向与叶片方向一致，即与叶片相切，如图a所示。速度三角形液体质点的牵连速度，就是指与所求液体质点瞬时重合的那点的叶轮圆周速度，用矢量表示，其方向垂直于叶轮圆半径，指向叶轮旋转方向，如图b所示。液体质点相对于静止的壳体的运动速度，称为绝对速度，以矢量表示，其大小和方向由圆周速度和相对速度的矢量合成而决定。如图c所示，即wuc速度三角形由此可以作出叶轮中任一液体质点的三个速度矢量、和这三个速度矢量必将组成一个封闭的三角形，称之为速度三角形，如图所示。速度三角形，直接反映了液体在叶轮流道内的运动规律。常常把绝对速度c分解成两个分量，一个是与圆周速度u垂直的分量，以cr表示，称为液流绝对速度的径向分速，或轴面速度；另一个是与圆周速度u平行的分量，以cu表示，成为绝对速度的周向分速。速度三角形液流速度间夹角与叶轮的几何参数分别用下列符号表示：α——液流绝对速度与圆周速度间的夹角β——液流角，即液流相对速度与圆周速度反方向间的夹角βA——叶片角，即叶片在该点的切线与圆周速度反方向间的夹角，在理想情况下，βA＝β。在叶轮出口处的叶片角β2A＝β又常叫做叶片的离角，D——叶轮直径，m，b——叶轮轴面流道宽度。z——叶片数目。此外，还采用下角标1、2等分别表示叶片进口、叶片出口处的参数，采用下角标∞来表示液体在叶片数为无限多的叶轮中流动时的参数。速度三角形怎么画？欧拉方程•利用基本能量方程建立叶轮对液体所做的功与液体运动状态变化之间的关系，进而研究叶轮是如何将驱动机的能量传给液体的，以及液体获得能头大小与哪些因素有关。（Idea，研究思路，知道做什么）•基本能量方程可用动量矩定理推导。（知道用什么方法做）质点系对某一轴线的动量矩对时间的导数，等于作用于该质点系诸外力对该轴的力矩之和•具体应该怎么做？欧拉方程OOMdtdLLO——液流对O轴的动量矩MO——诸外力对O轴的力矩之和LeonhardEuler(1707-1783)欧拉方程取叶轮轴为O轴，为了计算叶轮中液流的动量矩对时间的导数dLO/dt，取叶轮前后盖板及叶片进出口边之间所包围的液体来分析。设在某瞬间t充满于两叶片ABCD间的液体，在瞬时t+dt时流到A'B'C'D'的位置，见图。在定常流动条件下，两叶片间A'B'CD部分液流的动量矩是不变的，因此，在上述两瞬间，这部分液流动量矩的增值仅为ABB'A'和CDD'C'这两部分液流动量矩之差。因为ABB'A'和CDD'C'分别为在dt时间内流入及流出叶轮的液体量。根据流体的连续性方程，这两部分液流的质量应相等，即mABB'A‘=mCDD'C‘。又知ABB'A'部分的液流速度是叶轮流道进口处的流速c1∞，CDD'C'部分的液流速度是叶轮出口处的流速c2∞。欧拉方程就整个叶轮来说．dt时间内流过叶轮的流体质量为则在dt时间内流过叶轮的液流动量矩的变化值应是液流出口与入口动量矩之差，即)(1122lclcdtQdLTO式中l1、l2——分别为c1∞及c2∞对O的的垂直距离、由图可知l1=r1cosα1,l2=r2cosα2,r1，r2分别为叶轮叶片进、出口处的半径。dtQmmTCCDDABBA'''''欧拉方程由此可以求出叶轮中液体的动量矩对时间的导数为它应等于诸外力对O轴的力矩之和，即这里，力矩之和MO就是在流量为QT时轴的作用力矩，即驱动机输入的做功力矩由驱动机传给叶轮的功率为式中ω——驱动机角速度，即叶轮的旋转角速度在理想情况下液体所得到的功率为式中HT∞叶轮叶片数为无限多的情况下的理论扬程，J/kg)coscos(111222rcrcQdtdLTO)coscos(111222rcrcQdtdLMTOOOTMNTTTHQN'欧拉方程在理想情况下，认为泵内无能量损失，因此即将MO式代入上式得或以m液柱高表示为TTNN'TOTTTOQMHHQMuuTuTTTcucuHccrurcrcQQH1122111222cos,)coscos(所以因)(11122uuTcucugH离心泵的理论扬程方程式，即欧拉公式，适用于一切离心式机器。欧拉方程对采用轴向吸入室的离心泵，液流进入叶轮流道时无预旋，即c1u∞=0。对蜗形吸入室的离心泵，虽然其c1u≠0，但通常clu∞u1远小于c2u∞u2，故可简化为由以上两式可以看出，理论扬程HT∞的大小只与液流在叶道进、出口处的速度有关，即与叶轮的几何尺才（D，β）、工作转速n和流量QT有关；而与泵所输送液体的性质无关。用同一个叶轮输送不同性质的流体，如水、油或空气等，在同一转速和流量下工作时，叶轮所给出的理论扬程值（用米表示）是相同的。uTuTcugHcuH22221一、泵使液体获得能头的分析为了分析离心泵叶轮使液体获得能头的性质，先写出叶轮叶片进口与出口的理想情况下的伯努利方程式式中p1、p2——分别为叶片进口和出口处液流的静压力，Pa。Z1、Z2——分别为叶片进口和出口的位高，m；上式说明叶轮对液体做功后，使液体获得了静压能头、速度能头和位高能头的增量。2222222111cpgZHcpgZT)(212212212ZZgccppHT(1)能头分析uuTcucuH1122但是，该式还反映不出液体在叶轮叶片进口与出口处的速度变化与所获得的各种能头的关系，为此，下面推导欧拉方程的另一表达式：由叶轮叶片进、出口速度三角形，按余弦定理有uucucucucuwcucucucuw2222222222222221121211112121212cos22cos2由上式得)(21)(212222222221212111wcucuwcucuuu能头分析uuTcucuH1122代入理论扬程公式得222212222212122ccwwuuHT上式有清晰的物理概念：右端第三项是液体经过叶轮叶片入口和出口后因绝对速度的变化而增加的动能，即液体获得的动扬程，与式（1）中速度能头一致。第二项是由于叶片间流道的扩大，使相对速度由进口到出口是减速过程，部分速度能头转变为压力能头，使液体获得静扬程。第一项是液体在作圆周运动中，由于离心力的作用，液体在叶轮出口处静压能头的提高，使液体获得静扬程。22122cc22221ww22122uu能头分析从上面能量分析可知，离心泵的理论扬程包括静扬程和动扬程。其中能直接用于使液流克服流动阻力，提高位高及压力的是静扬程部分，所以希望叶轮使液体获得静扬程越大越好。而动扬程越小越好，否则，液流速度大将造成流动损失加大，或使得泵的转能装置结构尺寸变大，且转能过程中能量损耗较大，效率降低。在叶轮尺寸D、工作转速n和流量Q一定的情况下，液体所获得的静扬程比例与叶片型式有关。THpotHdynH能头分析叶轮叶片型式对能量的影响主要是指叶片出口角大小对所获能头的影响。根据