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离心泵的结构和工作原理

发布时间:2020-06-12 16:52

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  第二章 流体输送机械 流体输送机械——指向流体供给机械能的设备。 泵——输送液体的设备 压缩机——输送气体的设备 流体输送机械分类: 1.叶轮式(动力式)—依靠高速旋转的叶轮给液体动能,后再转变为静压能; 离心泵﹑轴流泵 2.容积式(正位移式)—依靠机械密封的工作空间作周期性的变化,挤压流 体,以增加流体的静压能; 往复泵﹑旋转泵 3.流体动力作用式—利用流体流动时,动能与静压能相互转换来吸送流体; 喷射泵 气体输送机械:通风机,鼓风机,压缩机,真空泵 第一节 离心泵 一、离心泵的结构和工作原理 离心泵具有结构简单、流量大且均匀,操作方便的优点。 1.结构——由一高速旋转的叶轮和蜗状泵壳所组成。 2.工作原理 (1) 离心泵的操作 灌液——克服气缚现象 启动——先关闭出口阀门,再合闸 运转——逐步开启出口阀门,调节流量 停车——先关闭出口阀门,再拉闸 (2)工作原理: 1)液体的排出 2)液体的吸入 离心泵能不断地输送液体,主要是依靠泵内叶轮的高速旋转和逐渐扩大的通 道,液体在泵壳内因离心力作用而获得了能量(动能)以提高压强。 (3)气缚现象——若离心泵在启动前,未灌满液体,壳内存在空气,使密度 1 减小,产生的离心力就小,此时在吸入口所形成的真空度不足以将液体吸入泵内。 所以尽管启动了离心泵,但不能输送液体。 二、离心泵的主要性能参数 离心泵铭牌上标注的参数—— 1.流量 qV(送液能力):指单位时间内泵能输送的液体量[L/s,m3/h] 2.扬程 He(泵的压头):指单位重量液体流径泵后所获得的流量。[m 液柱] 测定压头的实验: 流量计 线 压 表 力 ho Z2计 1 Z1 在 1-1 与 2-2 截面间列伯努利方程 He ?? ho ? H 表压 ? H 线 注意:泵的扬程不能仅仅理解为升举高度。 3.功率和效率 (1)有效功率:单位时间内液体由泵实际得到的功。 Pe=HeqV?g [w] (2)轴功率:泵轴从电动机得到的实际功率 Pa Pa ? Pe ? (3)效率? 1)容积损失——由泵的泄漏所造成的。 a. 离开叶轮的高压液体,在吸入口与泵壳间的间隙回流到吸入口; b. 液体由轴套处,流出外界。 因此泵所排出的液体量小于泵的吸入量。 2 2)水力损失——液体在泵内摩擦阻力和局部阻力所引起的。 3)机械损失——泵运转时,与轴承、轴封等机械部件的机械摩擦。 泵的总效率反映了上述三种损失之总和 三、离心泵的特性曲线.离心泵的特性曲线)He-qV 曲线)Pa-qV 曲线)?- qV 曲线)为什么在启动离心泵时,要关闭出口阀门? 2)泵的铭牌上所标明的,是在最高效率下的流量,扬程和功率。 3)高效率区——在最高效率的 93%内。 2.叶轮转数及尺寸对特性曲线的影响 比例定律: qV 2 ? n2 , He2 ? ( n2 )2 , N2 ? ( n2 )3 , qV 1 n1 He1 n1 N1 n1 切割定律: qV 2 ? D2 , He2 ? ( D2 )2 , N2 ? ( D2 )3 qV 1 D1 He1 D1 N1 D1 3.物理性质对特性曲线)?:?↑,hf ↑,He↑,qV↑,Pa↑,?↓ 2)?:He、qV 无影响,Pa↑ 四、离心泵的安装位置和汽蚀现象 P0 0 1 Hg 0 离心泵的安装位置可高于液面,也可低于液面。离心泵吸入液体是依靠叶轮 的高速旋转,在吸入口(叶轮中心处)形成负压。 假设吸入口(叶轮中心处)形成的负压为绝对线m 高度. 当吸入口的压强接近水的饱和蒸汽压时,就会吸不上水——汽蚀现象 1.汽蚀现象 当泵的安装位置不合适时,液体的静压能在吸入管内流动克服位差、动能、 阻力后,在吸入口处压强降至该温度下液体的饱和蒸汽压 Pv 时,液体会汽化,并 逸出所溶解的气体。这些汽泡进入泵体的高压区后,遽然凝结,产生局部真空, 使周围的 液体以高速涌向汽泡中心,造成冲击和振动。大量气泡破坏了液体的连 续性,阻塞流道,增大阻力,使流量、扬程、效率明显下降,严重时泵不能正常 工作,给泵体以破坏。 2.离心泵的安装高度 (1)最大吸上真空高度:发生汽蚀现象时的吸上真空高度,Hs,max。 H s,max ? po ? pv ?g [m 液柱] 允许吸上真空高度: H s,允许 ? po ? p1 ?g [m 液柱] Hs,允许=Hs,max-0.3m(安全量) 在液面-吸入口之间列伯努利方程, Hg ? po ? p1 ?g ? u12 2g ? ?H f ,0?1 ? H s,允许 ? u12 2g ? ?H f ,0?1 结论:为了提高安装高度,应尽量减少 u12/2g、?Hf,0-1 值,故对吸入管的要求 是直径尽可能大、长度尽可能短、减少管件和阀门。 制造厂提供的 Hs,允许值,是在 10mH2O,20℃下水的值。 若条件不同,则需换算: H s? ? H s ? (H a ?10) ? (H v ? 0.24) [mH2O] 式中,Ha——实际工作大气压; Hv——操作温度下的 pv[mH2O]。 若不是水,则作如下校正: 4 Hs 允许 ? Hs 允许 ? P0 ? Pv ?g ? P0 ?Pv ?g ? Hs 允 ? 10 ? P0 ?Pv ?g 式中, Hs允 ——校正后的允许吸上线; ——使用地点的大气压,Pa Pv ——输送液体的饱和蒸汽压,Pa ? ——输送液体的密度,kg/m3 (2)有效汽蚀余量?h——指离心泵入口处,液体静压头和动压头之和超 过液体操作温度下饱和蒸汽压的某一最小的指定值。 ?ha ? ( p1 ?g ? u12 ) ? 2g pv ?g ? 0 为防止汽蚀现象的发生,一般在计算时取?h 允许=?ha+0.3m, 汽蚀余量是按 20℃水测定,刻在铭牌上。 H g,max ? p0 ? p1 ?g ? u12 2g ? ?H f ,0?1 ? p0 ? pv ?g ? ?h允许 ? ?H f ,0?1 ?h 总是正值,对某些有机熔剂,Hg 可能是负值,说明泵必须安装在液面 之下。 ?h允许 ? 10 ? H s ,允许 五、离心泵的工作点 当一个泵安装在一定的管路系统中工作时,实际的工作扬程 He 和流量 Q,不 仅与离心泵本身的特性有关,而且还取决于管路的工作特性。 1.管路特性曲线: 管路伯努利方程式, He ? ?z ? ?p ? ?u 2 ? ?(l ? ?le) u 2 ?g 2g d 2g 在输液高度与压强不变的情况下,He=A+BQ2 2.工作点——泵特性曲线与管路特性曲线 若交点 P 处在高效率区, He 则工作点为适宜的。 管路特性曲线 P 泵的特性曲线 Q 六、流量调节——实质上是改变离心泵特性曲线或管路特性曲线,从而改变 泵的工作点 P 1.改变阀门的开度 ——实质上是改变管路阻力,改变 B 值。 He Q 阀门开度↑,阻力↓,B↓,管路曲线变平坦,P 点下移,He↓,Q↑; 阀门开度↓,阻力↑,B↑,管路曲线变陡峭,P 点上移,He↑,Q↓;。 调节阀门简单方便,应用广泛,但要消耗一部分能量。 2.改变泵的转数 He Q n↓,泵特性曲线下移,P 点下移,qV↓,He↓; n↑,泵特性曲线下移,P 点上移,qV↑,He↑。 改变泵特性曲线,保持管路曲线不变,不会产生能耗,优于调节流量。 3.改变叶轮数目 6 4.切割叶轮外径 七、离心泵的组合操作(相同型号的两台泵组合为例) 1.并联操作 当一台泵的流量不够时,可以用两台泵并联操作,以增大流量。 He 2 1 Q 从点 1→点 2,工作点提高了,流量增加了,但不是增大一倍。 2.串联操作 当生产上需要利用增加泵提高泵的压头时,就可考虑将泵串联 He 2, 1 Q 串联后的压头增加,但并不加倍;流量有所增加。 3.组合方式选择 (1)当管路两端静压头与位压头增加之和大于单台泵所提供的最大扬程时, 则必须采用串联操作。 (2)当以提高输送量为目的时,应视管路情况而定, 在低阻力输送管路时,并联优于串联 在高阻力输送管路时,串联由于并联 八、离心泵的类型与选用 (一)类型 离心泵的类型:水泵,耐腐蚀泵,油泵和低温用泵等。 7 选型依据:输送液体的性质和操作特点。 1.水泵(又称清水泵)——用于工业生产(输送物理、化学性质类似水的液 体)、城市给排水和农业排灌。 IS 型单级单吸式离心泵 如:IS50—32—250 型离心泵 IS—国际标准单级单吸式离心泵; 50—吸入口径,mm 32—排出口径,mm 250—叶轮名义尺寸,mm S 型单级双吸离心泵——流量较大,扬程不高; D、DG 型多级离心泵——扬程较高; ISR 型单级单吸式离心泵——节能型。 2.耐腐蚀泵——输送酸、碱等腐蚀性液体。 特点:接触部件,采用各种耐腐蚀材料制造 IH 型化工离心泵—单级单吸式耐腐蚀离心泵,为节能产品; CZ 形流程泵—为合金材料制造,适用于酸、碱、石油产品。 3.油泵——输送石油产品及其他易燃易暴液体。 特点:密封要求高,适用的温度范围较广。 SJA 型单级单吸悬臂式离心流程泵 (二)选择 基本原则——以能满足液体输送的工艺要求为前提。 基本步骤—— 1.根据已知管路系统条件计算出实际 He 和 Q; 2.根据输送液体的性质和操作条件,确定泵的类型;比较、选用合适型号; 3.由输送液体的性质(如粘度、密度),核算泵的流量、扬程轴功率。 第一节 往复泵 往复泵属于正位移式泵,是依靠机械密封的工作空间作周期性的变化,挤压 流体,以增加流体的静压能。 一、往复泵的构造和工作原理 1.往复泵的构造:泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀、排出阀组成。 8 2.往复泵工作原理 一个工作循环(行程)—— 转速不宜太高,一般 80~200 转/分;安装高度 4~5 米。 往复泵的自吸能力— 注意:若转速太大,液体流动阻力增大,当泵缸内压力低于液体的饱和蒸 汽压时,会造成泵的抽空,而失去吸液能力。 二、往复泵的类型和流量 1.类型——单动柱塞泵、双动柱塞泵、三联柱塞泵,等等。 2.流量计算—— 单动柱塞泵:qV 理=ASn 双动柱塞泵:qV 理=(2A-a)Sn 由于在泵的操作中,吸入阀和排出阀启、闭的滞后导致漏液,以及填料函 处漏液,造成容积效率。 ?容积=qV 实际/qV 理论 一般为 0.9~0.97 三、往复泵的扬程和流量调节 He 1.往复泵的特性曲线 往复泵的扬程基本上与流量无关。 实验发现: 在扬程较高时,容积效率降低, Q 流量稍有减少。 2.往复泵的流量调节 往复泵瞬时流量的不均匀性,形成半波形曲线。 流量的不均匀性是往复泵的严重缺点,整个管路内液体处于变速运动状 态,不仅增加能量损失,而易产生冲击,造成水锤现象,降低泵的吸入能力。 流量调节— 9 (1)旁路调节; 旁安 路全 阀 (2)改变原动机转数,以调节活塞的往复频率; (3)改变活塞的行程。 10

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