離心泵工作原理

1、離心泵,第一節(jié)離心泵的工作原理和性能特點(diǎn),3-1-1 離心泵的工作原理,主要工作部件是葉輪和泵殼。葉輪通常是由5～7個(gè)弧形葉片和前、后圓形蓋板所構(gòu)成。葉輪用鍵和螺母固定在泵軸的一端。固定葉輪用的螺母通常采用左旋螺紋，以防反復(fù)起動(dòng)因慣性而松動(dòng)。軸的另一端穿過(guò)填料箱伸出泵殼，由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。泵殼呈螺線形，亦稱螺殼或蝸殼。,圖3-1 懸臂式單級(jí)離心泵,3-1-1 離心泵的工作原理,充滿在泵中的液體隨葉輪回轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心力，向四周甩出在

2、葉輪中心形成低壓，液體便在液面壓力作用下被吸進(jìn)葉輪。 從葉輪流出的液體，壓力和速度增大。蝸殼-匯聚并導(dǎo)流。擴(kuò)壓管A增大，流速降低，大部分動(dòng)能變?yōu)閴毫δ?，然后排出。葉輪不?；剞D(zhuǎn)，吸排就連續(xù)地進(jìn)行液體通過(guò)泵時(shí)所增加的能量，是原動(dòng)機(jī)通過(guò)葉輪對(duì)液體作功的結(jié)果。,思考題,31. 為什么雙作用葉片泵一般比齒輪泵容積效率高? P4332．為什么葉片泵所輸送的油液粘度不宜太高或太低?P4433．葉片泵配油盤(pán)上的三角槽有何功用?P4134，

3、葉片泵葉片端部與定子內(nèi)壁的可靠密封，常采用哪些辦法?P43，P40，P3835．在管理維修葉片泵時(shí)主要應(yīng)注意些什么?P44,選擇題,在船上水環(huán)泵主要用來(lái) 。 A 壓送氣體 B 抽真空 C 排送液體 D A+B+C水環(huán)泵關(guān)閉排出閥運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)使 。A 電機(jī)過(guò)載 B 安全閥開(kāi)啟 C．泵體發(fā)熱 D B+C屬于回轉(zhuǎn)式容積泵的是 。A 離心泵 B 水環(huán)泵 C 旋渦泵

4、D 軸流泵下列泵中效率最低的一般是 。？？？A 閉式旋渦泵 B 水環(huán)泵(排氣) C 噴射泵 D 離心泵,3-1-2 液體在葉輪中的流動(dòng)情況,為研究簡(jiǎn)化，我們假定：(1)液體由無(wú)限多個(gè)完全相同的單元流束所組成所有液體質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)軌跡都相同，都與葉片斷面相符合，在相同半徑上各液體質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)狀態(tài)亦均相同。這只有在葉片無(wú)限多、厚度無(wú)限薄且斷面形狀完全相同的理想葉輪中才可能實(shí)現(xiàn)。(2)液體在流動(dòng)時(shí)沒(méi)有摩擦、撞擊和渦

5、流損失設(shè)液體為無(wú)粘性的理想液體，液流處于無(wú)撞擊、旋渦的理想工況,3-1-2 離心泵的揚(yáng)程方程式,葉輪帶動(dòng)液體高速旋轉(zhuǎn)而將機(jī)械能傳給液體 （delivery lift or delivery head）所產(chǎn)生的揚(yáng)程與葉輪尺寸和轉(zhuǎn)速密切相關(guān)，而流量又明顯地會(huì)隨工作揚(yáng)程而改變。需要研究決定離心泵揚(yáng)程的各種因素以及揚(yáng)程與流量的關(guān)系即研究離心泵的揚(yáng)程方程式,3-1-2 液體在葉輪中的流動(dòng)情況,葉輪以?回轉(zhuǎn)時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)有兩種運(yùn)動(dòng)：圓周速度

6、 - 隨葉輪運(yùn)動(dòng)的速度，用u表示；相對(duì)速度 - 相對(duì)于葉輪的運(yùn)動(dòng)速度，用w表示, 它與葉片型線相切。絕對(duì)速度 - 相對(duì)于泵殼的運(yùn)動(dòng)速度；是u和w的向量和。液體質(zhì)點(diǎn)進(jìn)出葉輪時(shí)的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑即可由圖中的A。C。表示。,3-1-2 液體在葉輪中的流動(dòng)情況,葉輪中任一質(zhì)點(diǎn)的三個(gè)速度向量u、w、c都構(gòu)成為一個(gè)速度三角形，如圖C和u間的夾角用?表示w和u反方向的夾角用?表示；C的周向分速度用Cu表示C的徑向分速度用Cr表示,3-1-2

7、 液體在葉輪中的流動(dòng)情況,各符號(hào)下角標(biāo)1者，指葉輪進(jìn)口的參數(shù)加下角標(biāo)2者，指在葉輪出口的參數(shù)。在葉輪中各處，速度三角形中u、w的方向都已確定，而U=?nD/60,,3-1-2 液體在葉輪中的流動(dòng)情況,D——質(zhì)點(diǎn)所處位置的葉輪直徑，mm； B——質(zhì)點(diǎn)所處位置的葉輪寬度，m；?——排擠系數(shù)(一般為0.75～0.95)，用以考慮葉片厚度使流道截面積減小的影響；?v——泵的容積效率?？梢?jiàn)，當(dāng)葉輪的流量、轉(zhuǎn)速和尺寸既定后，葉輪內(nèi)各處

8、的速度三角形也就確定。,3-1-2 揚(yáng)程方程式,根據(jù)液體力學(xué)知識(shí)，我們能推出揚(yáng)程方程式：,由上圖（葉片出口角對(duì)理論揚(yáng)程的影響），和揚(yáng)程方程式，我們可以得出以下結(jié)論,揚(yáng)程主要取決于葉輪的直徑和轉(zhuǎn)速,泵的封閉揚(yáng)程 (Q=0) 的理論值為:Ht=u2／g，要提高H，必須增大D2或提高nD2關(guān)系到泵的外廓和重量n受限于泵的汽蝕性能離心泵n一般不超過(guò)8000～10000r／min單級(jí)泵的H通常不超過(guò)150m,離心泵的揚(yáng)程隨流量而變,當(dāng)

9、用徑向葉片，即?2=90時(shí), 即H與Q無(wú)關(guān)當(dāng)用后彎葉片，即?2 0，Q增大則Ht減小當(dāng)用前彎葉片，即?2 >90‘時(shí)，Q增大則Ht增加,,,,3-1-2 揚(yáng)程方程式,比較以上三種情況尺寸和n相同的離心泵，在Q相同時(shí)，?2（前彎）越大，H越高表面上，以用前彎葉片為宜實(shí)際中，考慮到各種損失，多用后彎葉片Ht與所運(yùn)送流體的性質(zhì)無(wú)關(guān) （character）如果泵內(nèi)是空氣，空氣密度僅為水的1／800左右，泵能在吸

10、排口間造成的壓差就很小。例如H為100m的水泵，其排送空氣時(shí)達(dá)到同樣的H氣，它只能在吸排口間產(chǎn)生1.268kPa的壓差，在大氣壓下這只能將水吸上約12.9cm高。離心泵沒(méi)有自吸能力,圖3-5 離心泵定速特性曲線理論分析,3-1-3 流量-揚(yáng)程曲線,Ht?和Qt是下傾直線Ht和Qt也是下傾直線（斜率小些）存在摩擦、旋渦、撞擊等水力損失沿程摩擦損失與流速(流量)的平方成正比非設(shè)計(jì)工況進(jìn)、出葉輪的撞擊損失，(設(shè)計(jì)工況 = 零)

11、Qt-H曲線為減除這兩部分揚(yáng)程損失后的曲線。,,,3-1-3 流量-揚(yáng)程曲線,漏泄造成的ηv 密封環(huán)內(nèi)部漏泄和軸封外部漏泄多級(jí)泵還存在級(jí)間漏泄當(dāng)泵設(shè)有平衡孔(管)或平衡盤(pán)時(shí)，有附加的容積損失?？偮┬沽恳话銥槔碚摿髁康?％～10％Q—H曲線為考慮了漏泄流量g后的損失,,3-1-3 流量-功率曲線,根據(jù)Qt和Ht，求出泵的水力功率 Ph = ρgQtHt 即可作出Qt一Ph曲線。如將Ph加上機(jī)械

12、摩擦功率損失，即可得到理論流量與軸功率的關(guān)系曲線Qt一P。再將Qt一P曲線中的各Qt值減去相應(yīng)的漏泄流量g，即可得到實(shí)際流量與軸功率的關(guān)系曲線Q一P,3-1-3 流量-功率曲線,機(jī)械損失包括:軸封及軸承的機(jī)械摩擦損失約占軸功率的1％～5％，采用機(jī)械軸封時(shí)損失較小；葉輪的圓盤(pán)摩擦損失是蓋板使兩側(cè)液體因受離心力作用而形成回流所導(dǎo)致的能量損失約占軸功率的2％～10％它與葉輪D2的五次方和n的平方成正比。提高n和相應(yīng)減小葉輪外徑

13、(H不變時(shí)）可減小圓盤(pán)摩擦損失。,3-1-3 流量-效率曲線,根據(jù)Q一H曲線和Q一P曲線，求出每一流量時(shí)的效率η = ρgQH/P然后可得關(guān)系曲線Q—η,圖3—6 離心泵的定速特性曲線,3-1-3實(shí)測(cè)的定速特性曲線,實(shí)際定速特性曲線是由制造廠通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。(1)離心泵都用后彎葉片，其Q—H曲線趨勢(shì)下傾。由于葉片出口角的不同，曲線形狀可分為三類：,3-1-3實(shí)測(cè)的定速特性曲線,陡降形(高比轉(zhuǎn)數(shù))葉片出口角較小，H變化時(shí)Q變化較

14、小用于H變動(dòng)又不希望Q變化的場(chǎng)合(艙底水泵壓載泵等)平坦形(中低比轉(zhuǎn)數(shù)泵)葉片出口角稍大，H變化時(shí)Q變化較大用于那些經(jīng)常需要調(diào)節(jié)Q而又不希望節(jié)流損失太大的場(chǎng)合(凝水泵、鍋爐給水泵),3-1-3實(shí)測(cè)的定速特性曲線,駝峰形葉片出口角較大其Q一H曲線就比較平坦，而在小Q時(shí)撞擊損失又大，于是Q—H曲線就會(huì)出現(xiàn)駝峰有駝峰形Q—H曲線的泵，工作時(shí)可能發(fā)生喘振應(yīng)盡量避免使用適當(dāng)限制葉片出口角和葉片數(shù)，即可避免出現(xiàn)駝峰,3-1-3實(shí)測(cè)

15、的定速特性曲線,(2)Q-P曲線向上傾斜即軸功率隨Q增大而增加。在Q=0時(shí)軸功率最?。?5％～50 ％） 這時(shí)泵的H(亦稱封閉揚(yáng)程)也不很高泵關(guān)閉排出閥起動(dòng)電流較低，可減小電網(wǎng)電壓的波動(dòng)但封閉運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，效率為零，泵會(huì)發(fā)熱,3-1-4 管道特性曲線和泵的工況點(diǎn),液體流過(guò)管道時(shí)所需的壓頭與流量間的函數(shù)關(guān)系包括兩個(gè)部分位置頭，壓力頭，與流量沒(méi)有關(guān)系消費(fèi)于克服管道阻力下圖曲線A就是表明上述函數(shù)關(guān)系的管路特性曲線的一般形狀

16、,3-1-4 管道特性曲線和泵的工況點(diǎn),靜壓頭Hu是一條水平線管路阻力?h=Q2，是一條二次拋物線傾斜程度取決于阻力縱坐標(biāo)起點(diǎn)位置取決于管路的靜壓頭當(dāng)管路阻力變化，如K值增加，曲線變陡如靜壓頭變化，管路曲線相應(yīng)向上平移,3-1-4 管道特性曲線和泵的工況點(diǎn),將特性曲線和管路的特性曲線畫(huà)在一張圖上Q—H曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)即泵的工況點(diǎn)點(diǎn)C工況產(chǎn)生的H正好等于液體以此工況的Q流過(guò)該管路時(shí)所需的壓頭大多數(shù)離心泵的H—Q曲線

17、是向下傾斜，其工況點(diǎn)是穩(wěn)定的,3-1-4 管道特性曲線和泵的工況點(diǎn),如干擾使泵的Q增加泵工況點(diǎn)右移至D產(chǎn)生的HD將不能滿足較大Q流過(guò)該管路所需的HD’，泵的流速和流量將隨之減少，直至回到Qc，即工況點(diǎn)回到C為止。反之，Q減小，點(diǎn)左移，HD大于所需H，Q會(huì)增加，點(diǎn)又回到C?？梢?jiàn)，是穩(wěn)定工況點(diǎn)。,3-1-4 管道特性曲線和泵的工況點(diǎn),如Q一H是駝峰形，管路特性與Q一H會(huì)有兩交點(diǎn)，靠左邊的是不穩(wěn)定工況點(diǎn)當(dāng)管路特性改變時(shí)，例如A’或

18、A”，工況點(diǎn)也會(huì)相應(yīng)變?yōu)镃’或C”如泵特性曲線發(fā)生改變，工況點(diǎn)也會(huì)改變同一泵在管路情況改變時(shí)Q將發(fā)生較大變化泵在額定工況下效率最高，應(yīng)盡可能使泵在額定工況點(diǎn)附近工作。,選擇題,74. 下列泵中理論流量與排出壓力有關(guān)的是 。 A 往復(fù)泵 B 葉片泵 C 螺桿泵 D 離心泵75. 下列泵中必須設(shè)置安全閥的是 。 A 旋渦泵 B 齒輪泵 C 離心泵 D 水環(huán)泵76. 離心泵

19、的理論壓頭與 無(wú)關(guān)。 A 泵的幾何尺寸 B 葉輪的轉(zhuǎn)速 C 液體的種類 D 液體的流速,思考題,36，離心泵的水力損失的含義是什么?它包括哪幾部分損失?37．為什么離心泵在設(shè)計(jì)工況運(yùn)行時(shí)效率最高?38，根據(jù)離心泵特性圖說(shuō)明用節(jié)流調(diào)節(jié)法如何能減少流量。并指出節(jié)流造成的壓頭損失。39．畫(huà)出離心泵特性圖說(shuō)明回流閥開(kāi)啟后，回流管路與主管路的合成特性曲線，并標(biāo)出該,3-1-5離心泵額定揚(yáng)程和流量的估算,離心泵的H與

20、葉輪出口處的u2有很大關(guān)系。銘牌失落的離心泵可按經(jīng)驗(yàn)公式估算其額定揚(yáng)程 式中，系數(shù)K：(1～1．5)X10-4 D2 葉輪外徑排送冷水的離心泵，設(shè)計(jì)的進(jìn)口流速大約在3m／s左右，因此其額定流量可按下面公式估算： 式中，D。為泵吸口直徑，（英寸）,3-1-6離心泵的優(yōu)點(diǎn),1．流量連續(xù)均勻，工作平穩(wěn)Q容易調(diào)節(jié)。所適用的Q范圍很大，常用范圍5 —20000m3

21、／h。2．轉(zhuǎn)速高可與電動(dòng)機(jī)或汽輪機(jī)直接相連結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，尺寸和重量比同樣流量的往復(fù)泵小得多，造價(jià)低。3，對(duì)雜質(zhì)不敏感，易損件少,管理和維修較方便。無(wú)論在陸上或船上，離心泵的數(shù)量和使用范圍超過(guò)了其它類型泵。,3-1-6離心泵的缺點(diǎn),4．本身沒(méi)有自吸能力為擴(kuò)大使用范圍在結(jié)構(gòu)上采取特殊措施制造各種自吸式離心泵在離心泵上附設(shè)抽氣引水裝置。5．泵的Q隨工作揚(yáng)程而變H升高，Q減小達(dá)到封閉揚(yáng)程時(shí)，泵即空轉(zhuǎn)而不排液不宜作滑油泵、