离心泵
2023-05-20 10:52:13 0 举报离心泵的知识网图
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大纲/内容
离心泵的吸入特性
汽蚀机理
机械剥离：高频、高强水击
电化学腐蚀：氧等活泼气体作用
由于液体冷沸，叶轮内汽泡形成、发展和破裂以及材料受到破坏的过程
汽蚀余量
有效汽蚀余量Δha
液体在吸入法兰截面上具有的推动和加速液体进入叶道时高出汽化压力的能头
Δha越大，越不容易发生汽蚀
有效汽蚀余量与泵吸入装置的参数有关，与泵本身无关
必须汽蚀余量Δhr
液流从入口（S截面）到泵内压力最低点（K截面）的全部能头损失
液流到达泵吸入口后、未从叶轮获得能量之前，因流动损失引起的压力能头降低的数值
Δhr由离心泵的结构参数、转速和流量决定
允许汽蚀余量[Δhr]
吸上真空度
吸入罐液面上大气压力能头与泵入口压力能头的差
Hs（越小越好）
HS<[HS]
允许几何安装高度 Hgl<[Hgl]
提高离心泵抗汽蚀性能的措施
泵本身因素
改进泵进口的结构参数，采用双吸式叶轮，减少速度和阻力系数，降低Δhr
采用抗汽蚀材料，提高泵的寿命
吸入装置特性 考虑管路尺寸、安装高度等以提高Δha
离心泵的特性换算
水为介质，在20℃，1个标准大气压，实验测得
密度的影响及换算
当被输介质的密度小于清水的密度时，其功率减小
当被输介质的密度大于清水的密度时，其功率增大
蒸汽压的影响及换算
相同的离心泵在海拨较低的地区使用时，其吸入性能较强，在海拨较高的地区使用时，其吸入性能较弱
输送清水时其吸入性能较强，输送油品时，其吸入性能较弱
粘度的影响及换算
相似特性
离心泵的相似条件
几何相似：两泵通流部分对应线性尺寸L之比相等、对应角度相等、叶片数相等
运动相似：两泵对应点上同名速度的比值相等、方向角相等
动力相似：两泵对应点上同名力之比相等、方向相同
两泵相似条件：几何相似、运动相似
离心泵的相似定律
几何相似
运动相似：
扬程相似
功率相似
比例定律和相似抛物线
比例定律 比例定律是相似定律的延伸，是相似定律在同一台泵上转速改变后的应用
相似抛物线 泵连续改变转速时，相似工况点移动的轨迹曲线
工艺要求工作连续性较强，为了检修或事故备用的需要
离心泵的比转数
表征叶片泵运转性能与叶轮几何特征的参数，包括Q、H、 n。便于分类设计，选择和系列化。此参数叫ns
切割定律和切割抛物线
切割定律 当叶轮切割量较小时，可认为切割前后叶片的出口角和通流面积近似不变、泵效率近似相等。各参数符合相似定律
切割抛物线 同一台泵，n一定，D2不同程度切割时各对应工况点轨迹称为切割抛物线
叶轮切割不能太大，否则切割定律 失效
离心泵的装置特性
单管-单泵装置特性
工作点： 流量平衡、能量平衡的唯一点，工作点有自动调节能力
单管-并联泵特性
离心泵的并联运行：两台或两台以上泵的入口从同一容器吸液，其出口向同一压力管路排液
使用并联装置的情况
需要的流量较大，使用单泵不能满足排量要求
工艺过程流量的变化较大，为了流量调节的灵活性
特点
Q=Q 1+Q2+Q3…
H=H1=H2=H3=…
相同性能泵的并联
管路特性越平坦，并联后QⅠ+Ⅱ愈接近2QM1
泵的特性愈陡峭，并联后QⅠ+Ⅱ愈接近2QM1
并联后泵扬程大于单泵工作扬程
两泵并联工作时，应选单泵性能曲线稍陡
不同性能泵的并联
Q<Qc时，低扬程泵不工作，需停泵
两台不同性能的泵并联后可以提高扬程
两台不同性能的泵并联后的总流量等于各泵的排量之和，小于两泵单独工作时的排量之和
当流量小于QC时，实际上只有扬程高的泵在工作，此时 ，应该停止小泵的运行
单管-串联泵特性
两台或两台以上泵的入口与出口依次相联，从同一容器吸液，向同一压力管路排液
使用串联装置的情况
管路压降或位差较大，使用单泵不能满足能头要求
工艺过程能耗的变化较大，为了压头调节的灵活性
增加单泵站的输送距离，减少泵站数
特点
H=H1+H2+H3+…
Q=Q 1=Q2=Q3 =…
相同性能泵的串联
启动顺序：关闭两泵出口阀，先起第一台，开第一台 出口阀，再启动第二台，开第二台出口阀
管路特性陡降，串联后增加的扬程多；泵特性平坦，串联增加的扬程多
串联相当于多级泵，多级泵在结构上比串联更凑紧， 应选用多级泵代替串联工作
若后一台泵压力高，应考虑后一台泵的强度及密封问题
特点
不同性能泵的串联
特点
基本结构及主要零部件
转子部分
叶轮
片数一般在6~12片之间
叶片的形状大多为后弯圆柱面状
分类
结构形式
敞式——既无盖板，又无轮盘，这种叶轮常用于输送污水或浆状液体
蔽式——具有轮盖和轮盘，流道是封闭的这种叶轮水力效率较高，适用于高扬程，被输送液体较洁净的场合。
半敞式——只有轮盘，没有轮盖，其流道是半开启的。这种叶轮适用于输送粘度较大或含有固体颗粒的液体
吸入方式
单吸——从叶轮的一侧吸入液体，多用于排量较小的离心泵中
双吸——从叶轮的两侧吸入液体，适用于大排量的泵中，具有较好的抗汽蚀性能
叶轮受到较大的离心力和水力冲击力，工作环境较差，对叶轮材料的要求较高当圆周速度较大时，多用青铜或钢制造；当需输送介质温度较高时，多用铸钢或合金钢制造；当输送腐蚀性液体时，多用青铜或不锈钢制造。
轴承
结构
内圈
外圈
滚动体
保持架
主要用于支承转子、减少摩擦损失
联轴器
叶轮螺母
轴
泵壳部分 是液体的吸入，排出和能量转换组件
吸入室 ：装置于叶轮前，将液体均匀地引入叶轮
分类
锥管式——使液体集流，加速并均匀地引向叶轮，多用于小型单吸单级悬臂式离心泵
半蜗壳式——可使液体在叶轮入口前预旋，有利于改善吸入性能，多用于单级双吸或水平中开式多级离心式油泵
圆环式——轴向尺寸较短，多用于单吸分段式多级离心泵，其缺点是流动不够均匀
压水室 ：收集叶轮排出的液体将其送入下一级叶轮或排水管，并在这个过程中将部分动能转换为压能
分类
蜗壳扩压管式压水室 多用于单级或水平中开式离心泵
环形压水室 多用于多级分段式离心泵
链接形式
联轴器联接
直联式
磁联式
屏蔽式
密封装置 减少排液端的漏液和吸液端的进气，保证其正常工作
分类
机械密封——靠两个经过精密加工的端面（动环和静环）沿轴向紧密接触达到密封效果的
填料密封——将软填料填入填料箱中，通过适当拧紧压盖螺栓，在压盖斜面上产生一定的径向分力，使填料适当抱紧泵轴，达到密封的目的
迷宫式密封——迷宫密封是利用转子与静子间的间隙变化，对流体进行节流、降压，从而实现密封作用
浮动环密封——机械密封和迷宫式密封的结合
离心泵的工作原理与基本参数
工作原理
启动前：灌泵
启动后
1.驱动机带动叶轮高速旋转
2.叶轮带动液体高速旋转
3.产生离心力
液体获得能量（压力能、速度能增加） 输送液体
液体甩出，叶轮中心形成低压 吸入液体，实现连续工作
气缚——离心泵启动前没向泵壳内灌满液体，由于空气密度小，叶轮旋转后产生的离心力小，不足以在叶轮中心区形成吸入贮槽内液体的低压，因而虽启动离心泵也不能输送液体
单向阀——防止停泵时流体倒流
工作参数
流量：单位时间内输送的液体量
体积流量Q ： m3/h m3/s L/s
质量流量m ： kg/h kg/s t/h
扬程：单位质量的液体经过泵获得的有效能头，常用H，单位 J/kg、m液柱
转速：每分钟旋转速次数，单位：rpm，或r/s
功率：单位时间内所做的功
有效功率Ne: 单位时间内泵出口流出的液体从泵中获得的能量
轴功率N：单位时间内由原动机传递到泵主轴上的功率
水力功率Nh ：单位时间内泵的叶轮给出的能量
机械损失功率Nm：相对运动部件（液体、泵部件）之间因摩擦而产生的损失功率
关系：关系：N>Nh> Ne
效率
容积效率ηv :实际流量与理论流量之比，衡量离心泵泄漏量的大小,ηv =Q/QT
水力效率ηh：实际扬程与理论扬程之比，衡量流动损失的大小，ηh =H/HT
机械效率ηm ：水力功率与轴功率之比，衡量机械摩擦损失的大小ηm =Nh/N=(N-Nm)/N
泵效率η ：有效功率与轴功率之比，又称泵的总效率，是衡量泵的经济性的指标η =Ne/N= ηv ηh ηm
流量越大，泵效越高；压力越低，泵效越高
汽 蚀 余 量：Δhr
吸入真空度：Hs
比 转 数： ns
离心泵的水力学基础
速度三角形
两点假设：
通过叶轮的液体为理想液体，即液体在叶轮内流动时无能量损失
液体在叶片中间流动是轴对称： 每个液体质点在流道内相对运动轨迹与叶片曲线形状一致
三个速度
相对速度w：其方向与叶片切线方向一致（无限多叶片）
牵连速度u：叶轮转动，它指向某一瞬时与流体质点相重合的叶轮圆周速度，方向垂直于叶轮半径
绝对速度c：c＝u＋w，大小方向根据矢量合成而定
离心泵内液体流动的三个基本方程
连续性方程
欧拉方程
伯努利方程
动扬程和静扬程
离心泵的特性曲线
流动损失：液体在泵内流动时所产生的摩擦阻力损失hf和冲击损失hs
摩阻损失hf
冲击损失hs：流体相对运动的方向角与叶道入口叶片角或转能装置叶片角不一致时产生的能量损失
流量损失：在压力差的作用下，部分液体通过高压侧向低压侧泄露q（泵内泄露、内外泄露）
叶轮与口环间隙
级间轴套
轴向力平衡装置与泵壳
轴封
机械损失：相对运动部件（液体、泵部件）之间因摩擦而产生的损失
圆盘摩擦损失
密封件与泵轴之间的摩擦损失
轴与轴承之间的摩擦损失
η-Q性能曲线：检查泵的经济性，在何种情况下工作效率高，工程上把η最高点叫额定点
H—Q特性：泵的选用与操作的依据
陡降：Q流量变化小而H变化大
平坦：Q流量变化大而H变化小
驼峰：驼峰点T点左边工作不稳定
N—Q特性：选择驱动机功率的依据
高效工作区：最高效率点以下7%范围内诸点
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