1、第二章第二章 流体输送机械流体输送机械学习指导 1 本章学习的目的 本章是流体力学原理的具体应用。通过学习掌握工业上最常用的流体输送机械的基本结构、工作原理及操作特性，以便根据生产工艺的要求，合理地选择和正确地使用输送机械，以实现高效、可靠、安全的运行。2 本章应掌握的内容 本章应重点掌握离心泵的工作原理、操作特性、安装要求、离心泵的选型。3 本章学习中应注意的问题 在学习过程中，加深对流体力学原理的理解，并从工程应用的角度出发，达到经济、高效、安全地实现流体输送。概述概述流体输送机械：流体输送机械：为流体提供机械能的机械设备为流体提供机械能的机械设备根据其根据其作用的对象作用的对象不同主要分
2、为二大类：不同主要分为二大类：（1 1）对液体做功的输送机械）对液体做功的输送机械泵泵 （2 2）对气体做功的输送机械）对气体做功的输送机械风机、压缩机（通风机、鼓风机风机、压缩机（通风机、鼓风机、压缩机、真空泵）、压缩机、真空泵）根据其根据其工作原理工作原理的不同主要分为三大类：的不同主要分为三大类：（1 1）动力式：利用高速旋转的叶轮来获得能量（包括离心式，轴）动力式：利用高速旋转的叶轮来获得能量（包括离心式，轴流式）流式）（2 2）容积式：利用活塞或转子的挤压（包括往复式，旋转式）容积式：利用活塞或转子的挤压（包括往复式，旋转式）（3 3）其他类：不属于上述两类，如喷射式）其他类：不属于
3、上述两类，如喷射式 由于不同的物料（腐蚀性由于不同的物料（腐蚀性酸碱、粘度高酸碱、粘度高润滑油）不同的输送要求润滑油）不同的输送要求（高压、大流量）等对输送机械具有不同的性能要求，所以泵、风机（高压、大流量）等对输送机械具有不同的性能要求，所以泵、风机、压缩机的种类繁多。、压缩机的种类繁多。本章主要以离心泵为研究对象本章主要以离心泵为研究对象。第一节第一节 离心泵离心泵(Centrifugal pumps)一、工作原理和主要部件一、工作原理和主要部件1 1、工作原理工作原理基本结构基本结构固定的泵壳固定的泵壳旋转的叶轮旋转的叶轮2.2.工作过程工作过程叶轮中部低压叶轮中部低压液体吸入液体吸入灌
4、泵灌泵 叶轮高叶轮高速旋转速旋转 离心作用离心作用 静压能和动能静压能和动能 叶轮叶轮外缘外缘 流道扩大流道扩大 动能动能 静压能静压能 液体排出液体排出 排液过程排液过程 吸液过程吸液过程 泵壳泵壳 若在泵启动前，泵内没有液体，而是被气体填充，此时若在泵启动前，泵内没有液体，而是被气体填充，此时启动是否能够吸上液体呢？启动是否能够吸上液体呢？此时泵内充满气体（其密度远小于液体），叶轮转动产此时泵内充满气体（其密度远小于液体），叶轮转动产生的离心力小，即产生的真空度不够大，贮槽液面与泵吸入生的离心力小，即产生的真空度不够大，贮槽液面与泵吸入口间的压力差小，不足以克服流体在吸入管路中的阻力损失口
5、间的压力差小，不足以克服流体在吸入管路中的阻力损失以及液体位能的变化而吸上液体以及液体位能的变化而吸上液体(无自吸能力无自吸能力)，这种现象称，这种现象称为为“气缚气缚”现象。因此在离心泵启动之前，我们必须进行现象。因此在离心泵启动之前，我们必须进行灌灌泵泵操作（使泵内充满被输送的液体）。操作（使泵内充满被输送的液体）。2 2、主要部件主要部件 (1)叶轮（叶轮（Impeller）:离心泵的心脏，是流体获得机械能的离心泵的心脏，是流体获得机械能的主要部件，其转速一般可达主要部件，其转速一般可达1200120036003600转转/min/min，高速，高速1070010700204502045
6、0转转/min/min。根据其结构可分为：。根据其结构可分为：开式开式半开式半开式闭式闭式离心泵叶轮离心泵叶轮 哪种形式的叶轮做功效率高？哪种形式的叶轮做功效率高？闭式叶轮效率最高，半开式叶轮效率次之，开式叶轮效率最闭式叶轮效率最高，半开式叶轮效率次之，开式叶轮效率最低；原因在于叶片间的流体倒流（外缘压力高，叶轮中心压低；原因在于叶片间的流体倒流（外缘压力高，叶轮中心压力低）回叶轮中心，做了无用功；增加了前后盖板使倒流的力低）回叶轮中心，做了无用功；增加了前后盖板使倒流的可能性减小。可能性减小。(2)泵壳泵壳 从叶轮中抛出的流体汇集到泵壳中，泵壳是蜗壳从叶轮中抛出的流体汇集到泵壳中，泵壳是蜗壳
7、形的故其流道不断地扩大，高速的液体在泵壳中将大部份的形的故其流道不断地扩大，高速的液体在泵壳中将大部份的动能转化为静压能，从而避免高速流体在泵体及管路内巨大动能转化为静压能，从而避免高速流体在泵体及管路内巨大的流动阻力损失。因此泵壳不仅是液体的的流动阻力损失。因此泵壳不仅是液体的汇集器汇集器，而且还是，而且还是一个一个能量转换装置能量转换装置。(3)轴封装置轴封装置 前面已提到泵启动后在叶轮中心产生负压，液体经过叶前面已提到泵启动后在叶轮中心产生负压，液体经过叶轮的做功，获得机械能经过泵壳的汇集，能量转换成静压能轮的做功，获得机械能经过泵壳的汇集，能量转换成静压能较高的流体进入排出管，由于泵轴
8、带动叶轮旋转，泵壳相对较高的流体进入排出管，由于泵轴带动叶轮旋转，泵壳相对固定，泵轴穿过泵壳处必有间隙，故其会向外界漏液。固定，泵轴穿过泵壳处必有间隙，故其会向外界漏液。密封方式有：密封方式有：填料密封填料密封与与机械密封机械密封，填料密封适用于一，填料密封适用于一般液体，而机械密封适用于有腐蚀性易燃、易爆液体。般液体，而机械密封适用于有腐蚀性易燃、易爆液体。填料密封填料密封：简单易行，维修工作量大，有一定的泄漏，：简单易行，维修工作量大，有一定的泄漏，对燃、易爆、有毒流体不适用；对燃、易爆、有毒流体不适用；机械密封机械密封：液体泄漏量小，寿命长，功率小密封性能好：液体泄漏量小，寿命长，功率小
9、密封性能好，加工要求高。，加工要求高。以上三个构造是离心泵的基本构造，为使泵更有效地工以上三个构造是离心泵的基本构造，为使泵更有效地工作，还需其它的辅助部件：作，还需其它的辅助部件：导轮导轮：液体经叶轮做功后直接进入泵体，与泵体产生较：液体经叶轮做功后直接进入泵体，与泵体产生较大冲击，并产生噪音。大冲击，并产生噪音。为减少冲击损失为减少冲击损失，设置导轮，导轮是，设置导轮，导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。这此叶片的弯曲方向与位于叶轮外周的固定的带叶片的环。这此叶片的弯曲方向与叶轮叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流叶轮叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相
10、适应，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，出的方向相适应，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。底阀（单向阀）底阀（单向阀）：当泵体安装位置高于贮槽液面时，常装：当泵体安装位置高于贮槽液面时，常装有底阀，它是一个单向阀，可防止灌泵后，泵内液体倒流有底阀，它是一个单向阀，可防止灌泵后，泵内液体倒流到贮槽中。到贮槽中。滤网滤网：防止液体中杂质进入泵体。：防止液体中杂质进入泵体。二、离心泵的二、离心泵的基本方程式基本方程式 1 1、理论压头、理论压头 假设：假设：（a a）叶轮内叶片数目无穷多，叶片的厚度无穷小）叶
11、轮内叶片数目无穷多，叶片的厚度无穷小,即叶即叶片没有厚度；片没有厚度；（b b）液体为粘度等于零的理想流体。）液体为粘度等于零的理想流体。c2w2u2r22c1w1u1122 2 1 1 1222222211221222TuuwwccHggg从理论上表达泵的压头与直径、转速、结构及流量的关系，计算离心泵理论压头222222cotTTuuHQgg D b2260D nu222TrQCD b(1)n，H T;(2)D2，H T 根据装置角根据装置角2的大小，叶片形状可分为三种：的大小，叶片形状可分为三种：22w2c2u2(a)(a)20，HT 90o为前为前弯叶片，弯叶片，cot2 u22/g2
12、2、实际压头、实际压头 由于前弯叶片的绝对速度由于前弯叶片的绝对速度c2大，液体在泵壳内产生的冲大，液体在泵壳内产生的冲击剧烈得多，转化时的能量损失大为增加，效率低。故为获击剧烈得多，转化时的能量损失大为增加，效率低。故为获得较高的能量利用率，得较高的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片。离心泵总是采用后弯叶片。流体通过流体通过泵的过程中压头损失的原因：泵的过程中压头损失的原因：（a）叶片间的环流：由于叶片数目并非无限多，液体有）叶片间的环流：由于叶片数目并非无限多，液体有环流出现，产生涡流损失。环流出现，产生涡流损失。（b）阻力损失：实际流体从泵进口）阻力损失：实际流体从泵进口到出口有阻力损失
13、。到出口有阻力损失。（c）冲击损失：液体离开叶轮周边）冲击损失：液体离开叶轮周边冲入蜗壳四周流动的液体中，产生冲入蜗壳四周流动的液体中，产生涡流。涡流。a理论压头理论压头b环流损失环流损失d冲击损失冲击损失c阻力损失阻力损失HQTTHQHQ离心泵实际压头和实际流量2B31型离心泵铭牌上标注的参数型号型号2B312B31流量流量20m20m3 3/h/h扬程扬程30.8m30.8m允许吸上真空度允许吸上真空度7.2m7.2m转速转速2900r/min2900r/min效率效率6464轴功率轴功率2.6kW2.6kW重量重量363N363N 泵在出厂前，必须确定其各项性能参数，即以上各泵在出厂前，
14、必须确定其各项性能参数，即以上各参数值，并把它标在铭牌上；这些参数是在最高效参数值，并把它标在铭牌上；这些参数是在最高效率条件下用率条件下用20 的水测定的。的水测定的。三、离心泵的主要性能参数与特性曲线三、离心泵的主要性能参数与特性曲线 1 1、离心泵的主要性能参数、离心泵的主要性能参数(1)流量（流量（Q）：）：单位时间内泵输送的液体体积，又称排液量单位时间内泵输送的液体体积，又称排液量或输送能力。流量取决于泵结构、尺寸（叶轮直径与叶片的或输送能力。流量取决于泵结构、尺寸（叶轮直径与叶片的宽度）和转速。宽度）和转速。(2)压头（扬程，压头（扬程，H）：）：泵对单位重量的液体所提供的有效能泵
15、对单位重量的液体所提供的有效能量。泵的扬程由泵的结构、尺寸、转数和流量所决定，不同量。泵的扬程由泵的结构、尺寸、转数和流量所决定，不同型号的泵具有不同的扬程。型号的泵具有不同的扬程。bch0真空表真空表压力表压力表测定离心泵性能参数的装置测定离心泵性能参数的装置 bcf,2cc02bb22hgugphHgugp bcf,2b2cbc02hguugpphH 由于两截面间的管长很短，其阻力由于两截面间的管长很短，其阻力损失通常可以忽略，当进出口管径损失通常可以忽略，当进出口管径相同，两截面间的动压头差一般也相同，两截面间的动压头差一般也可以略去，若两表测点高度相同，可以略去，若两表测点高度相同，则
16、可得则可得gppHbc由由b、c两截面间的柏努利方程：两截面间的柏努利方程：(3)有效功率有效功率Ne、轴功率、轴功率N 和效率和效率 有效功率有效功率Ne：离心泵单位时间内对流体做的功：离心泵单位时间内对流体做的功Ne=HQg，W 轴功率轴功率N：单位时间内由电机输入离心泵的能量，：单位时间内由电机输入离心泵的能量，W。NeN泵的效率泵的效率：泵对外加能量的利用程度，：泵对外加能量的利用程度，100%。为什么？。为什么？泵运转过程中存在以下三种损失：泵运转过程中存在以下三种损失：容积损失容积损失v ：由于泄漏引起。：由于泄漏引起。机械损失机械损失m：由于机械摩擦引起。：由于机械摩擦引起。水力
17、损失水力损失h ：由于粘性和涡流引起。：由于粘性和涡流引起。总效率：hmV(4)轴功率轴功率N离心泵的轴功率离心泵的轴功率N可直接用效率来计算：可直接用效率来计算：一般小型离心泵的效率一般小型离心泵的效率5070%，大型离心泵效率可达，大型离心泵效率可达90%。/gHQN 泵的轴功率，泵的轴功率，W泵的压头，泵的压头，m泵的流量，泵的流量，m3/s流体密度，流体密度，kg/m3泵的效率泵的效率2 2、离心泵特性曲线（、离心泵特性曲线（Characteristic curves）由于离心泵的各种损失难由于离心泵的各种损失难以定量计算，使得离心泵的特以定量计算，使得离心泵的特性曲线性曲线HQ、NQ
18、、Q的的关系只能靠关系只能靠实验测定实验测定，在泵出，在泵出厂时列于产品样本中以供参考。厂时列于产品样本中以供参考。右图所示为右图所示为4B20型离心泵在转型离心泵在转速速n2900r/min时的特性曲线。时的特性曲线。若泵的型号或转速不同，则特若泵的型号或转速不同，则特性曲线将不同性曲线将不同。借助离心泵的。借助离心泵的特性曲线可以较完整地了解一特性曲线可以较完整地了解一台离心泵的性能，供合理选用台离心泵的性能，供合理选用和指导操作。和指导操作。4B20离心泵离心泵n2900r/min302622181410020406080 100 120 1401284080%70%60%50%40%3
19、0%20%0H/mNkWQ/(m3/h)NH 4B型离心泵的特性曲线型离心泵的特性曲线由图可知：由图可知：（1）HQ曲线：曲线：Q，H(Q很小时很小时 可能例外可能例外)。当。当Q0时，时，H也只能达到一定值，也只能达到一定值，这是离心泵的一个重要特性。这是离心泵的一个重要特性。（2 2）N Q曲线：曲线：Q，N。当。当Q0时，时，N最小。这要求最小。这要求离心泵在启动时，应关闭泵的出离心泵在启动时，应关闭泵的出口阀门，以减小启动功率，保护口阀门，以减小启动功率，保护电动机免因超载而受损。电动机免因超载而受损。（3 3）Q曲线：有极值点曲线：有极值点(最大值最大值)，于此点下操作效率，于此点下
20、操作效率最高，能量损失最小。在此点对应的流量称为额定流量。泵的最高，能量损失最小。在此点对应的流量称为额定流量。泵的铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，一般不应低于一般不应低于92max。4B20离心泵离心泵n2900r/min302622181410020406080 100 120 1401284080%70%60%50%40%30%20%0H/mNkWQ/(m3/h)NH 4B型离心泵的特性曲线型离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线测试装置离心泵的特性曲线测试装置3 3、离心泵特性曲线的影响因素、离心泵特性曲线的影响
21、因素（1 1）密度）密度对特性曲线的影响对特性曲线的影响Q与与无关，但无关，但ws=Q 与与有关。有关。H与与无关。无关。N=HQg/。教材附录泵性能表上列出的轴功率是指输送。教材附录泵性能表上列出的轴功率是指输送20清水时的清水时的N。所选泵用于输送比水的。所选泵用于输送比水的大的液体应先按大的液体应先按N=N/核算轴功率，若核算轴功率，若N 表中的电机功率，应更换功表中的电机功率，应更换功率大的电机，否则电机会烧掉。率大的电机，否则电机会烧掉。NHQ00（2 2）流体粘度）流体粘度对特性曲线的影响对特性曲线的影响、h hf f、Q、H、N(的幅度超过的幅度超过Q H的幅度的幅度，N)。泵厂
22、家提供的特性曲线是用清水测。泵厂家提供的特性曲线是用清水测定的，若实际输送流体定的，若实际输送流体比清水比清水大得较多，特性曲线大得较多，特性曲线将有所变化，应校正后再用。校正方法可参阅有关书刊。将有所变化，应校正后再用。校正方法可参阅有关书刊。若液体的运动粘度小于若液体的运动粘度小于210-5m2/s，如汽油、煤油、，如汽油、煤油、轻柴油等，则对粘度的影响可不进行修正。轻柴油等，则对粘度的影响可不进行修正。（3 3）转速）转速n对特性曲线的影响对特性曲线的影响2r2w2c2u22w2c2ur2cr2c不同转速下的速度三角形不同转速下的速度三角形 泵的特性曲线是在一定转速下测泵的特性曲线是在一
23、定转速下测得的，实际使用时会遇到得的，实际使用时会遇到n改变的情改变的情况，若况，若n变化变化20，可认为液体离开，可认为液体离开叶轮时的叶轮时的速度三角形相似速度三角形相似，泵的效率，泵的效率不变（不变（等效率等效率）。）。QnQn2()HnHn3)(nngHQgQHNN 比例定律比例定律（4 4）叶轮直径叶轮直径D2对特性曲线的影响对特性曲线的影响 泵的特性曲线是针对某一型号的泵泵的特性曲线是针对某一型号的泵(D2一定一定)而言的。一个而言的。一个过大的泵，若将其叶轮略加切削而使过大的泵，若将其叶轮略加切削而使D2变小，可以降低变小，可以降低Q和和H而节省而节省N。若。若D2变化变化5%，
24、可以认为液体离开叶轮时的，可以认为液体离开叶轮时的速度三速度三角形相似角形相似，离心泵的离心泵的切割定律切割定律如下：如下：222 DDHH22DDQQ 322 DDNN，影响因素影响因素流量流量(Q)扬程扬程(H)效率效率()轴功率轴功率(N)2121nnQQ 2121 NN22121)(nnHH 32121 nnNN2121DDQQ 22121 DDHH32121 DDNN物物性性密度密度粘度粘度泵泵转速转速变化变化20%叶轮直径叶轮直径变化变化20%无关无关无关无关无关无关近似不变近似不变近似不变近似不变3、离心泵特性曲线的影响因素、离心泵特性曲线的影响因素例例：用清水测定某离心泵的特性
25、曲线，实验装置如附图所示。当用清水测定某离心泵的特性曲线，实验装置如附图所示。当调节出口阀使管路流量为调节出口阀使管路流量为25m25m3 3/h/h时，泵出口处压力表读数为时，泵出口处压力表读数为0.28MPa0.28MPa（表压），泵入口处真空表读数为（表压），泵入口处真空表读数为0.025MPa0.025MPa，测得泵的轴，测得泵的轴功率为功率为3.35kW3.35kW，电机转速为，电机转速为29002900转转/分，真空表与压力表测压截面分，真空表与压力表测压截面的垂直距离为的垂直距离为0.5m0.5m。试由该组实验测定数据确定出与泵的特性曲线。试由该组实验测定数据确定出与泵的特性曲线
26、相关的其它性能参数。相关的其它性能参数。忽略阻力损失1z2z真空表压力表解解：与泵的特性曲线相关的性能参与泵的特性曲线相关的性能参数有泵的转速数有泵的转速n n、流量、流量Q Q、压头、压头H H、轴、轴功率功率N N和效率和效率。其中流量和轴功率。其中流量和轴功率已由实验直接测出，压头和效率则需已由实验直接测出，压头和效率则需进行计算。进行计算。以真空表和压力表两测点为以真空表和压力表两测点为1 1，2 2截截面，对单位重量流体列柏努力方程面，对单位重量流体列柏努力方程222121211 22fppuuHHzzgg6212120.280.025100.531.6mH O1000 9.81pp
27、Hzzg%2.6435.315.2NNe把数据代入，得在工作流量下泵的有效功率为效率为kW15.2W2150360081.91000256.31HQgNe四、离心泵的气蚀现象和允许安装高度四、离心泵的气蚀现象和允许安装高度1 1、气蚀（、气蚀（CavitationCavitation）现象）现象 如图所示，液面较低的液体如图所示，液面较低的液体之所以能被吸入泵的进口，是由之所以能被吸入泵的进口，是由于叶轮将液体从其中央甩向外周于叶轮将液体从其中央甩向外周，在叶轮中心进口处形成负压（，在叶轮中心进口处形成负压（真空），从而在液面与叶轮进口真空），从而在液面与叶轮进口之间形成一定的压差，液体籍此之
28、间形成一定的压差，液体籍此压差被吸入泵内。压差被吸入泵内。现在的问题是现在的问题是离心泵的安装高度离心泵的安装高度Hg（Hg即叶轮即叶轮进口与液面间的垂直距离）是否进口与液面间的垂直距离）是否可以取任意值？可以取任意值？在液面在液面0-0与泵强最低处即叶轮中心进口处与泵强最低处即叶轮中心进口处K-K面之间列机面之间列机械能衡算式，得械能衡算式，得20kkf 02gkppuHhggg若液面压强若液面压强p0一定，吸入管路流量一一定，吸入管路流量一定（即定（即uk一定），安装高度一定），安装高度Hg，hf(0-k)，pk，当，当pk至等于操作至等于操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压温度下被输送液体的
29、饱和蒸汽压pv时时（即（即pkpv），液体将发生什么现象？），液体将发生什么现象？又会使泵产生什么现象？又会使泵产生什么现象？液体将发生液体将发生部分汽化现象部分汽化现象，所生成的大，所生成的大量蒸汽泡在随液体从叶轮进口向叶轮外周流量蒸汽泡在随液体从叶轮进口向叶轮外周流动时，又因压强升高，气泡立即凝聚，气泡动时，又因压强升高，气泡立即凝聚，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极大的的消失产生局部真空，周围的液体以极大的速度冲向气泡原来所在的空间，在冲击点处速度冲向气泡原来所在的空间，在冲击点处产生很高的局部压强（高达几百个大气压）产生很高的局部压强（高达几百个大气压），冲击频率高达每秒几万次之
30、多。尤其当汽，冲击频率高达每秒几万次之多。尤其当汽泡的凝结发生在叶轮表面时，众多的液体质泡的凝结发生在叶轮表面时，众多的液体质点尤如细小的高频水锤撞击着叶片；另外汽点尤如细小的高频水锤撞击着叶片；另外汽泡中还可能带有氧气等对金属材料发生化学泡中还可能带有氧气等对金属材料发生化学腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将导腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将导致叶片过早损坏。这种现象称为泵的致叶片过早损坏。这种现象称为泵的气蚀现气蚀现象。象。离心泵在产生气蚀条件下运转，会产生什么样的后果呢？离心泵在产生气蚀条件下运转，会产生什么样的后果呢？泵的性能下降，流量、压头、效率均降低，泵的性能下降，流量、压头
31、、效率均降低，最终变成气缚。最终变成气缚。气蚀的危害：产生振动和噪音，影响离心泵的正常运行产生振动和噪音，影响离心泵的正常运行和工作环境。和工作环境。泵壳和叶轮的材料遭受损坏，降低泵的使泵壳和叶轮的材料遭受损坏，降低泵的使用寿命用寿命发生气蚀的原因：泵的安装高度超过允许值；泵的安装高度超过允许值；管径过细；管径过细；泵吸入管路的局部阻力过大；泵吸入管路的局部阻力过大；泵输送液体的温度过高。泵输送液体的温度过高。P叶轮入口过低的原因:pp液体饱和蒸汽压叶轮入口20kkf 0 k2gppuHhggg2 2、离心泵的抗气蚀性能、离心泵的抗气蚀性能我国的离心泵规格中采用下述我国的离心泵规格中采用下述两
32、种指标两种指标气蚀余量气蚀余量和和允许允许吸上真空度吸上真空度来表示泵的抗气蚀性能来表示泵的抗气蚀性能(吸上性能吸上性能).).下面简述这两种指标的意义，并说明如何利用它们来确定泵下面简述这两种指标的意义，并说明如何利用它们来确定泵的安装高度不至于发生气蚀现象。的安装高度不至于发生气蚀现象。2011,0 12gfppuHHggg离心泵的允许安装高度离心泵的允许安装高度允许吸上高度(1)气蚀余量：气蚀余量：NPSH临界气蚀余量临界气蚀余量21,minv1()()2CppuNPSHggg gpgpguNPSHV1212指泵入口处单位重量水所具有的、超过当时温度下汽化压力的富裕能量。p叶轮入口处压强
33、（最低）p液体的饱和蒸汽压,min11,minkVpppp必需气蚀余量必需气蚀余量为确保离心泵的正常操作，将临界气蚀余量加上一定的安全量3.0)()(CrNPSHNPSH气蚀余量气蚀余量反映液体从泵入口处到叶轮进口能量的降低反映液体从泵入口处到叶轮进口能量的降低值，因此越值，因此越小小抗气蚀性能越好抗气蚀性能越好()rNPSH10,0)(frVgHNPSHgppH用必需气蚀余量表示的安装高度:对敞口贮槽对敞口贮槽2011,0 12gfppuHHgggpgpguNPSHV1212QNPSHrQHSgppHas)(1(2)允许吸上真空度允许吸上真空度当地大气压泵吸入口压强泵入口处可允许达到的最高真
34、空度，m液柱允许吸上真空高度越高，说明泵的吸水性能越好，即允许吸上真空高度越高，说明泵的吸水性能越好，即抗气蚀性能越好。抗气蚀性能越好。最大吸上真空高度：1,min,max()asppHg当泵的气蚀现象刚发生时，所对应的吸上真空高度当泵的气蚀现象刚发生时，所对应的吸上真空高度为保证泵在运转中不发生气蚀现象，而又尽可能有最为保证泵在运转中不发生气蚀现象，而又尽可能有最大的吸上真空度，规定留有大的吸上真空度，规定留有0.30.3米的安全量。米的安全量。3.0max,SSHH允许允许吸上真空度吸上真空度gppHs 1a 2011,0 12gfppuHHgg用允许吸上真空度表示的安装高度201,0 1
35、2agSfppuHHHgg离心泵实际的安装高度比允许安装高度低0.51 m注意注意：泵工作点处的大气压与海拔高度有泵工作点处的大气压与海拔高度有关。海拔高度越高，大气压就越低，关。海拔高度越高，大气压就越低，泵的允许吸上真空度泵的允许吸上真空度H Hs s就越小。就越小。液体的饱和蒸气压液体的饱和蒸气压P Pv v与温度与温度T T有关。有关。T T越高，越高，P Pv v就越高，就越高，H Hs s就越小。就越小。gppHs 1a 允许吸上真空度的测定Hs的值是以的值是以清水清水在温度为在温度为20、大气压为、大气压为98.1kPa（10mH2O）的条件下所测定的数值。实验值列在泵）的条件下
36、所测定的数值。实验值列在泵样本或说明书的性能表中样本或说明书的性能表中Hs的换算QNPSHrQHS 10,212 fsgHguHH0,0 1()vgrfppHNPSHHgg(3)(3)防止气蚀的措施防止气蚀的措施 10，fH 减少不必要管件和阀门 D 吸吸入入管管径径吸吸入入管管长长 l泵安装在液面以下泵安装在液面以下 对易汽化的液体，提高对易汽化的液体，提高)(aPp即贮槽例2-2：用离心油泵从贮罐向反应器输送液态异丁烷。贮罐内液面恒定,其上方绝压为6.65kgf/cm2。泵在贮罐液面下1.5m处,吸入管路的压头损失为l.6m。异丁烷在输送条件下密度为530kg/m3,饱和蒸气压为6.5kg
37、f/cm2。已知输送流量下泵的允许气蚀余量为3.5m。试确定该泵能否正常操作。解：解：,0 1()vgrfppHNPSHHgg贮槽mHg27.26.15.381.95301081.9)5.665.6(4 不不能能正正常常操操作作例例2-3用用3B33型水泵从一敞口水槽中将水送到它处，槽内水型水泵从一敞口水槽中将水送到它处，槽内水面恒定。输水量为面恒定。输水量为4555m3/h。在最大流量下吸入管路。在最大流量下吸入管路的压头损失为的压头损失为1m，液体在吸入管路的动压头可忽略。，液体在吸入管路的动压头可忽略。试计算试计算（1）输送）输送20水时泵的安装高度？水时泵的安装高度？（2）输送）输送6
38、5 水时泵的安装高度？水时泵的安装高度？已知：已知：安装地区的大气压为安装地区的大气压为9.81104；在流量范围内允许吸上真空度为在流量范围内允许吸上真空度为5.0m和和3.0m解：21,0 103122gSfuHHHmg 求安装高度时，以最大输送量所对应的允许吸上求安装高度时，以最大输送量所对应的允许吸上真空度为准真空度为准（2）输送65 水时泵的安装高度（1）输送20水时泵的安装高度31000(10)0.249.81 10VssapHHH21,0 10.352gSfuHHHmg 当液体的输送温度较高或沸点较低时，由于液体当液体的输送温度较高或沸点较低时，由于液体的饱和蒸气压较高，要特别注
39、意泵的安装高度的饱和蒸气压较高，要特别注意泵的安装高度若泵的允许安装高度较低，可采用的措施尽量减小吸入管路的压头损失尽量减小吸入管路的压头损失把泵安装在贮液面以下，使液体利用位差自动灌入把泵安装在贮液面以下，使液体利用位差自动灌入泵体内，泵体内，“倒灌倒灌”五、离心泵的工作点与流量调节五、离心泵的工作点与流量调节 当离心泵安装到特定管路系统中操作当离心泵安装到特定管路系统中操作时，实际工作的压头和流量不仅遵循泵特时，实际工作的压头和流量不仅遵循泵特性曲线关系，而且要受到管路特性曲线制性曲线关系，而且要受到管路特性曲线制约约。（1 1）管路特性管路特性z11221p2e2fpuHzHgg pKz
40、g 令令 而而24eQude22241()()2efceellQHBQddg2eeHKBQ2eeHKBQ 管路特性方程式管路特性曲线：表示在特定管路系统中，流体流经该管路时所需的压头与流量的关系，由管路布局和操作条件确定，与泵的性能无关。（2 2）离心泵的工作点离心泵的工作点 将 泵 的将 泵 的 H Q 线 和 管 路 的线 和 管 路 的HeQ线画在一张图上，得到交线画在一张图上，得到交点点A如图所示，该点称为泵在管如图所示，该点称为泵在管路上的路上的工作点工作点，此时此时H=He。在。在工作点处泵的输液量即为管路的工作点处泵的输液量即为管路的流量流量Q，泵提供的压头（扬程），泵提供的压头
41、（扬程）H必恰等于管路所要求的压头必恰等于管路所要求的压头He。当工作点是在高效区（当工作点是在高效区（不低于不低于92max），则该工作点是适宜），则该工作点是适宜工作点，说明泵选择的较好。工作点，说明泵选择的较好。OQQHH1管路管路HeQ 离心泵的工作点离心泵的工作点泵泵HQ泵泵 QPKzg A注意：注意：管路特性曲线管路特性曲线He=K+BQ2为开口向上为开口向上的抛物线，它在纵轴截距反映了管路上下游的抛物线，它在纵轴截距反映了管路上下游总势能差；总势能差；B反映了管路阻力的大小；反映了管路阻力的大小；B，同样流量下管路的阻力越大，同样流量下管路的阻力越大，B较大的管路较大的管路称为高
42、阻管路，反之则称为低阻管路；称为高阻管路，反之则称为低阻管路；泵特性曲线中流量的单位可能是泵特性曲线中流量的单位可能是m3/s或或m3/h；求工作点时，管路特性曲线的整理；求工作点时，管路特性曲线的整理应注意保持单位一致；应注意保持单位一致；离心泵工作点的求法：离心泵工作点的求法：解析法解析法即当泵即当泵的特性曲线已知，可与管路特性曲线联立求的特性曲线已知，可与管路特性曲线联立求工作点；若泵特性曲线未知，只有特性曲线工作点；若泵特性曲线未知，只有特性曲线图，则用图，则用图解法图解法即将管路特性曲线画在泵特即将管路特性曲线画在泵特性曲线图上，两线的交点即为工作点。性曲线图上，两线的交点即为工作点
43、。OQ2Q1QHe2H221低阻低阻pKzg 高阻高阻H1（3）流量调节）流量调节 流量调节就是设法改变工作点的位流量调节就是设法改变工作点的位置，有以下两种方法：置，有以下两种方法：a）改变管路特性曲线）改变管路特性曲线 在离心泵出口处的管路上安装调节在离心泵出口处的管路上安装调节阀。改变阀。改变出口阀门的开度出口阀门的开度即改变管路阻即改变管路阻力系数，可改变管路特性曲线的位置，力系数，可改变管路特性曲线的位置，达到调节流量的目的。达到调节流量的目的。OQ2Q1QHe2H221低阻低阻pKzg 高阻高阻H1 优点优点：操作简便、灵活，应用范围广。对于调节幅度不大：操作简便、灵活，应用范围广
44、。对于调节幅度不大而经常需要改变流量的场合，此法尤为适用。而经常需要改变流量的场合，此法尤为适用。缺点缺点：不仅增加了管路阻力损失（在阀门关小时），且使：不仅增加了管路阻力损失（在阀门关小时），且使泵在低效率点工作，在经济上很不合理。因阀门关小多消耗的泵在低效率点工作，在经济上很不合理。因阀门关小多消耗的功率为功率为22e22QHHgQHgNb b）改变泵的特性曲线）改变泵的特性曲线 由前述比例定律、切割定律可由前述比例定律、切割定律可知，改变知，改变泵的转速、切削叶轮泵的转速、切削叶轮都可都可以达到改变泵的特性曲线的目的。以达到改变泵的特性曲线的目的。如图所示，泵的转速由如图所示，泵的转速由
45、n1减小至减小至n2时，时，泵的泵的HQ线下移，工作点由点线下移，工作点由点A A1 1移移至点至点A A2 2，流量由，流量由Q1减小至减小至Q2。优点优点：不额外增加管路阻力，在一定范围内可保持泵在高：不额外增加管路阻力，在一定范围内可保持泵在高效率区工作（效率区工作（n改变改变 n2图图 改变泵的特性曲线改变泵的特性曲线A A2 2Q2例2-4：某管路安装一台水泵，其特性曲线如图所示。将水池中的水送至高度为10m，表压为9.81104Pa 的密闭容器内，管内流量为16.7L/s，试求管路特性曲线(为定值)及输送每千克水所需要的能量；若将阀门关小，使管内流量减小25，管路特性曲线有何变化？
46、此时输送每千克水所需要的能量为多少？解解:21,2222211122 feHugpZHugpZ 000 ,02111，upuZ 2 22 eeBQgpZH 2481.910001081.910eBQ 220eBQ 求管路特性曲线：求管路特性曲线：由泵特性曲线知：由泵特性曲线知：当当Q16.7L/s时时,泵的扬程泵的扬程H=50m,此时此时He=50m,22d 421 gdllBece523210076.1)1067.1(205020 eeQHB2510076.120eeQH 管路的特性曲线为管路的特性曲线为kgJgHWee/5.4905081.9 sLQe/5.12)25.01(7.16 关小
47、阀门后关小阀门后52321037.2)105.12(205720 eeQHB251037.220eeQH 管路的特性曲线为管路的特性曲线为kgJgHWee/2.5595781.9 由泵特性曲线知：由泵特性曲线知：当当Q12.5L/s时时,泵的扬程泵的扬程H=57m,此时此时He=57m,c c）离心泵的并联和串联）离心泵的并联和串联并联流量流量并联并联 =2=2流量流量单单QHaCbQ并并Q1H并并ABQQQ2 并并并联后的实际工作点并联后的实际工作点a a点：点：并联后泵的特性曲线：并联后泵的特性曲线：串联压头压头串联串联 =2=2压头压头单单Q串H串12串联后泵的特性曲线：串联后泵的特性曲
48、线：串联后的实际工作点串联后的实际工作点a a点：点：HHH2 串串须用须用串联串联若若0Q 单单泵泵，HgPZK HeQeHQ离心泵组合方式的选择单泵特性曲线低阻管路低阻管路(管路特性管路特性曲线较为平坦曲线较为平坦)宜用宜用并联并联宜用宜用串联串联ABAB两泵串联的合成曲线高阻管路高阻管路(管路特性曲管路特性曲线较为陡峭线较为陡峭)高阻管路低阻管路两泵并联的合成曲线若若0=Q+=单泵，HgPZK 例例2-5：由水库将水打入一水池，水池水面比水库水面高：由水库将水打入一水池，水池水面比水库水面高50m，两水面上的压力均为常压，要求的流量，两水面上的压力均为常压，要求的流量90m3/h，输送管
49、径为，输送管径为156mm，在阀门全开时，管长和各种局部阻力的当量长度的，在阀门全开时，管长和各种局部阻力的当量长度的总和为总和为1000m，对所使用的泵在，对所使用的泵在Q=65135m3/h范围内属于高范围内属于高效区，在高效区中，泵的性能曲线可以近似地用直线效区，在高效区中，泵的性能曲线可以近似地用直线H=124.5-0.392Q表示，此处表示，此处H为泵的扬程单位是为泵的扬程单位是m，Q为泵的流量单位为泵的流量单位是是m3/h，泵的转速为，泵的转速为2900r/min，摩擦系数，摩擦系数=0.025，水的密，水的密度度=1000kg/m3。试确定：。试确定：（1）此泵能否满足要求？）此
50、泵能否满足要求？（2）如泵的效率在）如泵的效率在Q=90m3/h时可取为时可取为68%，求泵的轴功率，求泵的轴功率，如果是用阀门进行调节的，由阀门关小而损失的功率为多少？如果是用阀门进行调节的，由阀门关小而损失的功率为多少？（3）如将泵的转速调为）如将泵的转速调为2600r/min，并辅以阀门调节使流量达，并辅以阀门调节使流量达到要求的到要求的90m3/h，损失的功率为多少？，损失的功率为多少？解：解：在在1-1、2-2间列伯努利方程间列伯努利方程21pp 021 uu2211221222efupupZHZHgggg2222efluHZHZdg2290/36001.31/0.15644Qum
