8--化工原理-刘雪暖-第2章流体输送机械2解析优秀PPT.ppt

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1、（三）离心泵特性的理论分析（三）离心泵特性的理论分析2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵速度和角度：速度和角度：圆周速度圆周速度u u：同一半径的圆周上，同一半径的圆周上，任一液体质点的圆周任一液体质点的圆周速度相同，与叶片形速度相同，与叶片形态无关，取决于转速态无关，取决于转速和半径。和半径。u=Dn/60=ru=Dn/60=r相对速度相对速度：液体质点相对于叶片的运动速度，方：液体质点相对于叶片的运动速度，方向与叶片相切，大小与流体的流量和流通截面形态向与叶片相切，大小与流体的流量和流通截面形态有关。有关。2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵确定速度确定速度c c：液体质点相对于固定泵壳的

2、速：液体质点相对于固定泵壳的速度。度。：确定速度：确定速度c c与圆周速度与圆周速度u u之间的之间的夹角；夹角；：相对速度：相对速度与圆周速度与圆周速度u u反向延反向延长线之间的夹角；叶片的倾角。长线之间的夹角；叶片的倾角。2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵假假定定流流体体与与叶叶轮轮的的相相对对运运动动轨轨迹迹与与叶叶片片的的形形态态完完全全一一样样（即即叶叶片片数数无无限限多多的的志志向向叶叶轮轮），从从理理论论上上可可确确定定液液流流在叶轮进、出口处的速度三角形，依据余弦定理：在叶轮进、出口处的速度三角形，依据余弦定理：由于液体在叶片间的流淌截面从进口到出口渐渐扩大，由于液体在叶片

3、间的流淌截面从进口到出口渐渐扩大，故有：故有：2211。理论压头理论压头H HT T：2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵假假设设液液体体为为志志向向流流体体，沿沿任任何何一一个个叶叶片片对对叶叶轮轮进进出出口口截截面面列列柏柏努努利利方方程程，可可得得单单位位重重量量流流体体从从旋旋转转的的叶叶轮轮获获得得的的机机械械能能，即即离离心泵的理论压头或扬程：心泵的理论压头或扬程：整理得理论压头理论压头H HT T：2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵液液体体沿沿叶叶片片向向叶叶轮轮出出口口截截面面流流淌淌的的过过程程中中，由由于于流流淌淌截截面面变变更更使使得得部部分分动动能能转变为静压能：转变

4、为静压能：Hc Hc 为为液液体体沿沿叶叶片片向向叶叶轮轮出出口口截截面面流流淌淌的的过过程程中，由于离心力作功流体所获得的静压能中，由于离心力作功流体所获得的静压能理论压头理论压头H HT T：2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵联联立立以以上上公公式式可可得得单单位位重重量量流流体体从从旋旋转转的的叶叶轮轮获获得得的的机机械能，即离心泵的理论压头或扬程：械能，即离心泵的理论压头或扬程：静压头：静压头：动压头：动压头：理论压头理论压头H HT T：2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵由由离离心心泵泵理理论论压压头头H H 的的计计算算公公式式可可知知凡凡是是影影响响速速度度三三角角形形的的因

5、因素素都都会会影影响响H H。除除叶叶轮轮的的转转速速等等自自不不待待言言的的因因素素外，叶片的几何参数和泵的流量也是重要的影响因素。外，叶片的几何参数和泵的流量也是重要的影响因素。2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵离心泵基本方程式离心泵基本方程式理论流量理论流量Q QT T：2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵速速度度三三角角形形的的高高（液液体体相相对对于于叶叶轮轮的的径径向向流流速速）c cr r 与与叶叶轮侧面截面面积的乘积代表泵输液量的大小。轮侧面截面面积的乘积代表泵输液量的大小。理论流量理论流量Q QT T：2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵离心泵的理论流量：离心泵的理论流量：

6、D D1 1、D D2 2 为叶轮进、出口直径，为叶轮进、出口直径，b b1 1、b b2 2 为叶轮进、出口处流道宽度（叶片宽度）。为叶轮进、出口处流道宽度（叶片宽度）。理论压头的分析：理论压头的分析：2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵叶轮直径和转速的影响：叶轮直径和转速的影响：u u2 2=D=Dn n/60/60 Dor n u H Dor n u HT T液体密度的影响：液体密度的影响：H HT T与密度与密度无关，但泵的进、出口压差无关，但泵的进、出口压差PgHPgH因此：因此：离心泵启动之前要进行离心泵启动之前要进行“灌泵灌泵”，防止泵的进、出，防止泵的进、出口之间不能产生足够的

7、压差吸入液体，产生口之间不能产生足够的压差吸入液体，产生“气缚气缚”现象，现象，俗称俗称“不上量不上量”。2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵叶片形态的影响：叶片形态的影响：当当入入口口速速度度三三角角形形的的夹夹角角a a1 1 等等于于9090o o，即即液液体体从从半半径径方方向向进入叶轮（无预旋进液）时，理论压头进入叶轮（无预旋进液）时，理论压头H H 最大。最大。又依据叶轮出口处速度三角形，有又依据叶轮出口处速度三角形，有 于是：于是：径向叶片：径向叶片：2 2=90=90o o，coscos 2 2=0=0，H HT T=u=u2 22 2/g/g；后弯叶片：后弯叶片：2 2 90

8、 0 0，H HT T 90 90o o，coscos 2 2 0 u u2 22 2/g/g 。2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵径向叶片：径向叶片：2 2=90=90o o，coscos 2 2=0=0，H HT T=u=u2 22 2/g/g；后弯叶片：后弯叶片：2 2 90 0 0，H HT T 90 90o o，coscos 2 2 0 u u2 22 2/g/g 。2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵可以将相对速度可以将相对速度 2 2 表达为理论流量表达为理论流量 Q QT T 的函数：的函数：2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵HHT T Q QT T的关系：的关系：直线直线

9、离心泵的主要性能参数（离心泵的主要性能参数（Characteristic ParametersCharacteristic Parameters）2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵流量：流量：离心泵的流量是指单位时间内实际输送的液体体积，离心泵的流量是指单位时间内实际输送的液体体积，以以Q Q表示，其单位为表示，其单位为m m3 3/h/h。离心泵的流量与泵的结构离心泵的流量与泵的结构(如叶片的宽度、叶轮直径如叶片的宽度、叶轮直径等等)及转速及转速有关。有关。2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵压头：压头：又称为泵的扬程，是指泵对单位重量又称为泵的扬程，是指泵对单位重量（1N1N）的液体所供

10、应的有效机械能，其单）的液体所供应的有效机械能，其单位为位为m m。离心泵的压头与泵的结构离心泵的压头与泵的结构(如叶片的弯曲状况、叶轮如叶片的弯曲状况、叶轮直径等直径等)、转速及流量有关。对于确定的泵和转速，压头、转速及流量有关。对于确定的泵和转速，压头与流量之间具有确定的关系。与流量之间具有确定的关系。一般由试验测定。一般由试验测定。2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵效率：效率：容积损失：容积损失：由于泵的泄漏造成的损失；密封环、平衡孔及密封压盖等由于泵的泄漏造成的损失；密封环、平衡孔及密封压盖等处；与泵的结构及液体在泵进、出口处的压强差有关处；与泵的结构及液体在泵进、出口处的压强差有关

11、 ；Q Q=实际流量实际流量/理论流量，理论流量，85%85%95%95%解决方法：运用半开式和蔽式叶轮。解决方法：运用半开式和蔽式叶轮。(a)蔽式(b)半开式(c)开式(d)双吸式机械损失：机械损失：由轴与轴承、泵轴与填料函之间、叶轮盖板外表面与液体之由轴与轴承、泵轴与填料函之间、叶轮盖板外表面与液体之间均产生摩擦而引起的能量损失；间均产生摩擦而引起的能量损失；M M=不考虑机械损失时的轴功率不考虑机械损失时的轴功率/考虑损失的轴功率考虑损失的轴功率，96%96%99%99%解解决决方方法法：蜗蜗壳壳的的形形态态按按液液体体离离开开叶叶轮轮后后的的自自由由流流淌淌轨轨迹迹螺螺旋旋线线设设计计

12、；在在叶叶轮轮与与泵泵壳壳间间装装一一固固定定不不动动的的带带有有叶叶片片的的导导轮轮（diffuserdiffuser），可可削削减此项能量损失。减此项能量损失。2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵水力损失：水力损失：叶轮通道和蜗壳时的摩擦阻力，泵局部处因流速叶轮通道和蜗壳时的摩擦阻力，泵局部处因流速和方向变更引起的环流和冲击而产生的局部阻力和方向变更引起的环流和冲击而产生的局部阻力 ；与泵的结构、流量及液体的性质等有关；与泵的结构、流量及液体的性质等有关；随流量变更而变更随流量变更而变更 ；H=H/HT H=H/HT，80%95%80%95%2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵总效率：总效

13、率：小型泵：小型泵：50507070 大型泵：大型泵：9090左右左右 2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵功率：功率：有效功率有效功率Ne Ne：单位时间内泵对所输送的液体所做的功：单位时间内泵对所输送的液体所做的功轴功率轴功率N N：泵轴所需的功率，即是电动机传给泵轴的功率：泵轴所需的功率，即是电动机传给泵轴的功率 电动机功率：电动机（原动机）所需功率电动机功率：电动机（原动机）所需功率=轴功率轴功率/传动效率传动效率离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线（Characteristic curvesCharacteristic curves）及其影响因素及其影响因素2.1.2 2.1.2 离心泵

14、离心泵离心泵的特性曲线：离心泵的特性曲线：描述压头、轴功率、效率与流量关系（描述压头、轴功率、效率与流量关系（H HQ Q、N NQ Q、Q Q）的曲线。对实际流体，这些曲线尚难以理论推导，而）的曲线。对实际流体，这些曲线尚难以理论推导，而是由试验测定。是由试验测定。离心泵的特性曲线反映了泵的基本性能，由制造厂附于离心泵的特性曲线反映了泵的基本性能，由制造厂附于产品样本中，是指导正确选择和操作离心泵的主要依据。产品样本中，是指导正确选择和操作离心泵的主要依据。2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵H HQ Q曲线：表示泵的压头与流量的关系。曲线：表示泵的压头与流量的关系。注：一般，注：一般，QH

15、QH，这，这是因为接受了能量损失较是因为接受了能量损失较小的后弯叶片；小的后弯叶片；小流量时有驼峰，在驼峰小流量时有驼峰，在驼峰旁边操作时，同一压头下旁边操作时，同一压头下有两个不同的流量，操作有两个不同的流量，操作不稳定，压头损失大，故不稳定，压头损失大，故离心泵一般不应在此区域离心泵一般不应在此区域内操作。内操作。N NQ Q曲线：表示泵的轴功率与流量的关系。曲线：表示泵的轴功率与流量的关系。注：注：QNQN；Q=0Q=0时，时，N0NminN0Nmin；故：离心泵起动时，应关故：离心泵起动时，应关闭泵的出口阀门，使起动闭泵的出口阀门，使起动电流削减，以疼惜电机。电流削减，以疼惜电机。2.

16、1.2 2.1.2 离心泵离心泵2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵Q Q曲线：曲线：注：注：随流量增大，泵的随流量增大，泵的效率曲线出现一极大值效率曲线出现一极大值即即最高效率点最高效率点，在与之，在与之对应的流量下工作，泵对应的流量下工作，泵的能量损失最小。的能量损失最小。设计点设计点离离心心泵泵铭铭牌牌上上标标出出的的 H H、Q Q、N N 性性能能参参数数即即为为最最高高效效率率时时的的数数据据，称称为为“最最佳佳工工况况参参数数”。一一般般将将最最高高效效率率值值的的92%92%的范围称为泵的高效区，泵应尽量在该范围内操作。的范围称为泵的高效区，泵应尽量在该范围内操作。离心泵性能的

17、变更和换算影响因素：离心泵性能的变更和换算影响因素：2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵密度的影响：密度的影响：但是泵的轴功率随体密度而变更：但是泵的轴功率随体密度而变更：H H、Q Q与与无关；无关；亦与亦与无关无关粘度的影响：粘度的影响：能量损失能量损失 H H，QQ，NN 液液体体粘粘度度的的变变更更将将干干脆脆变变更更其其在在离离心心泵泵内内的的能能量量损损失失，因因此此，H HQ Q、N NQ Q、Q Q 曲曲线线都都将将随随之之而而变变。液液体体运运动动粘粘度度 20 20 1010-6-6 m m2 2/s/s 时应进行换算：时应进行换算：Q=C Q=CQ Q Q H=C Q H

18、=CH H H =C H =C C CQ Q、C CH H、C C见见P107P107：Fig.2-17Fig.2-17、1818。2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵叶轮转速的影响叶轮转速的影响：变变更更叶叶轮轮转转速速来来调调整整离离心心泵泵的的流流量量是是一一种种节节能能的的操操作作方方式式。叶叶轮轮转转速速的的变变更更将将使使泵泵内内流流体体流流淌淌状状态态发发生变更，其特性曲线随之而变。生变更，其特性曲线随之而变。当当转转速速变变更更小小于于20%20%时时，可可以以认认为为效效率率不不变变，此此时时各变量之间的近似关系为：各变量之间的近似关系为：

19、比例定律比例定律2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵叶轮转速的影响叶轮转速的影响：当当转转速速变变更更小小于于20%20%时时，可可以以认认为为效效率率不不变变，此此时时各各变变量之间的近似关系为：量之间的近似关系为：比例定律比例定律2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵叶轮直径的影响：叶轮直径的影响：由由离离心心泵泵的的基基本本方方程程式式得得知知，当当泵泵的的转转速速确确定定时时，其其压压头头、流流量量与与叶叶轮轮直直径径有有关关。若若对对同同一一型型号号的的泵泵，换换用用直直径径较较小小的的叶叶轮轮，而而其其它它几几何何尺尺寸寸不不变变(仅仅是是出出口口处处叶叶片片的的宽宽度度稍稍有有变变更更)，这这种种现现象象称称为为叶叶轮的轮的“切割切割”。在在叶叶轮轮直直径径的的变变更更不不大大于于20%20%，而而转转速速不不变变,效效率率可可以以认认为为不不变变时，叶轮直径和流量、压头时，叶轮直径和流量、压头 、轴功率之间的近似关系为：、轴功率之间的近似关系为：切割定律切割定律2.1.2 2.1.2 离心泵离心泵叶轮直径的影响：叶轮直径的影响：在在叶叶轮轮直直径径的的变变更更不不大大于于20%20%，而而转转速速不不变变,效效率率可可以以认认为为不不变变时时，叶轮直径和流量、压头叶轮直径和流量、压头 、轴功率之间的近似关系为：、轴功率之间的近似关系为：切割定律切割定律