环境工程原理.ppt

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1、1第二章 流体输送机械Fluid-moving Machinery 2 本章主要介绍化工中常用的流体输送机械的基本本章主要介绍化工中常用的流体输送机械的基本结构、工作原理和特性，以便能够依据流体流动的结构、工作原理和特性，以便能够依据流体流动的有关原理正确地有关原理正确地选择和使用流体输送机械选择和使用流体输送机械。具体地。具体地说，就是根据输送任务，正确地选择输送机械的说，就是根据输送任务，正确地选择输送机械的类类型和规格型和规格，决定输送机械在管路中的，决定输送机械在管路中的位置位置，计算，计算所所消耗的功率消耗的功率等，使输送机械能在高效率下可靠地运等，使输送机械能在高效率下可靠地运行。

2、行。3如果说管路是设备与设备之间、车间与车间之间、工厂与如果说管路是设备与设备之间、车间与车间之间、工厂与工厂之间联系的通道的话，则流体输送机械是这种联系的工厂之间联系的通道的话，则流体输送机械是这种联系的动力所在。动力所在。2.0 概述概述 流体从流体从 低处低处 高处高处；低压处低压处 高压处高压处；所在地所在地 较远处较远处；需要对流体做功，需要对流体做功，增加流体的机械能增加流体的机械能。流体输送机械就是向流体作功以提高流体机械能的装置。流体输送机械就是向流体作功以提高流体机械能的装置。4供料点需料点，B.E.输送机械的作用：输送机械的作用：流体的动能流体的动能，或位能或位能，静压能静

3、压能，克服沿程阻力克服沿程阻力，或兼而有之或兼而有之。对流体做功，使流体E,结果he是流体输送机械对单是流体输送机械对单位重量流体所做的功位重量流体所做的功/g5流体输送机械分类介质：液体泵气体风机、鼓风机、压缩机工作原理：动力式(叶轮式)，包括离心式、轴流式输送机械，它们是藉高速旋转的叶轮使流体获得能量的。它们是藉高速旋转的叶轮使流体获得能量的。容积式(正位移式)，包括往复式、旋转式输送机械，它们是利用活塞或转子的挤压使流体升压以获得能量它们是利用活塞或转子的挤压使流体升压以获得能量的。的。其他类型，如喷射式等。2.1 2.1 离心泵离心泵(centrifugal pump)(centrif

4、ugal pump)6必须掌握的内容：必须掌握的内容：1 1、离心泵的工作原理、主要结构、基本方程式、主要、离心泵的工作原理、主要结构、基本方程式、主要性能参数、特性参数、气蚀现象、允许安装高度、工性能参数、特性参数、气蚀现象、允许安装高度、工作点、流量调节以及类型、选择与使用。作点、流量调节以及类型、选择与使用。7以离心泵在化工生产中应用最为广泛，这是因为离心泵以离心泵在化工生产中应用最为广泛，这是因为离心泵具有以下优点：具有以下优点：结构简单，操作容易，便于调节和自控；结构简单，操作容易，便于调节和自控；流量均匀，效率较高；流量均匀，效率较高；流量和压头的适用范围较广；流量和压头的适用范围

5、较广；适用于输送腐蚀性或含有悬浮物的液体。适用于输送腐蚀性或含有悬浮物的液体。8一离心泵的操作原理、构造与类型一离心泵的操作原理、构造与类型 1 1、操作原理、操作原理 由若干个弯曲的叶由若干个弯曲的叶片组成的片组成的叶轮叶轮置于置于具有蜗壳通道的具有蜗壳通道的泵泵壳壳之内之内。叶轮叶轮紧固于紧固于泵轴泵轴上上 泵轴与泵轴与电机电机相连相连，可由电机带动旋转可由电机带动旋转。2.1.1离心泵的工作原理和主要部件离心泵的工作原理和主要部件9吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装 一止逆阀。一止逆阀。泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，

6、装有调节阀泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀。离心泵的工作过程：离心泵的工作过程：开泵前，开泵前，先在泵内先在泵内灌满要输送的液体灌满要输送的液体。开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在 此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，并此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，并以以 很高的速度（很高的速度（15-25 m/s）流入泵壳）流入泵壳。10 在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢流速减慢，使，使 大部分动能转化为压力能大部分动能转化为压力能。最后液体最后液体以

7、较高的静压强从排以较高的静压强从排 出口流入排出管道。出口流入排出管道。泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在液面压在液面压 强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便 经吸入管路进入泵内经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。填补了被排除液体的位置。离离心心泵泵之之所所以以能能输输送送液液体体，主主要要是是依依靠靠高高速速旋旋转转叶叶轮轮所产生的离心力，所产生的离心力，因此称为离心泵因此称为离心泵。11(a)排出阶段排出阶段 叶轮旋转叶轮旋转(产生离心力，使液体获产生离心力，使液体获

8、得能量）得能量）流体流入涡壳流体流入涡壳(动能动能静压静压能能)流向输出管路。流向输出管路。(b)吸入阶段吸入阶段 液体自叶轮中心甩向外缘液体自叶轮中心甩向外缘 叶轮中心形成低压区叶轮中心形成低压区 贮槽液面与泵入口形成压差贮槽液面与泵入口形成压差液体吸入泵内。液体吸入泵内。离心泵结构示意图12气缚现象气缚现象(Air Bound)：如果离心泵在启动前壳内：如果离心泵在启动前壳内充满的是气体，则启动后叶轮中心气体被抛时不能充满的是气体，则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度，这样槽内液体便不能在该处形成足够大的真空度，这样槽内液体便不能被吸上。这一现象称为被吸上。这一现象称为气

9、缚气缚。为防止气缚现象的发生，离心泵启动前要用外来的为防止气缚现象的发生，离心泵启动前要用外来的液体将泵壳内空间灌满。这一步操作称为灌泵。为防止液体将泵壳内空间灌满。这一步操作称为灌泵。为防止灌入泵壳内的液体因重力流入低位槽内，在泵吸入管路灌入泵壳内的液体因重力流入低位槽内，在泵吸入管路的入口处装有止逆阀（底阀）；如果泵的位置低于槽内的入口处装有止逆阀（底阀）；如果泵的位置低于槽内液面，则启动时无需灌泵。液面，则启动时无需灌泵。说明：离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充满液体说明：离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充满液体。13蜗壳蜗壳（外壳）；叶轮叶轮：附属装置附属装置：底阀、滤网、调节

10、阀、平衡孔(平衡管)、排气孔、轴封。离心泵的基本结构离心泵的基本结构 (1)(1)离心泵的结构离心泵的结构 主要结构主要结构：142.离心泵的主要部件离心泵的主要部件（1）叶轮：叶轮是离心泵的核心部件叶轮是离心泵的核心部件 为什么为什么?因为液体从叶轮获得了能因为液体从叶轮获得了能量量,即即叶轮叶轮的作用是将原动的作用是将原动机的机械能传给了液体机的机械能传给了液体,使使离心泵的液体静压能和动能离心泵的液体静压能和动能均有所提高。均有所提高。15按其机械结构可分为按其机械结构可分为闭式、半闭式和开式闭式、半闭式和开式三种。三种。根据结构根据结构闭式叶轮闭式叶轮开式叶轮开式叶轮 半闭式叶轮半闭式

11、叶轮 叶叶片片的的内内侧侧带带有有前前后后盖盖板板，适适于于输输送送干干净流体，效率较高净流体，效率较高。没有前后盖板没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒适合输送含有固体颗粒的液体悬浮物。的液体悬浮物。只有只有后盖板后盖板，可用于输送浆料或含固体可用于输送浆料或含固体悬浮物的液体，效率较低。悬浮物的液体，效率较低。16 闭式和半闭式叶轮在运转时，离开叶轮的一部分高压液体可闭式和半闭式叶轮在运转时，离开叶轮的一部分高压液体可漏入叶轮与泵壳之间的空腔中，因叶轮前侧液体吸入口处压强低，漏入叶轮与泵壳之间的空腔中，因叶轮前侧液体吸入口处压强低，故液体作用于叶轮前、后侧的压力不等，便产生了指向叶轮吸入故液

12、体作用于叶轮前、后侧的压力不等，便产生了指向叶轮吸入口侧的轴向推力。该力推动叶轮向吸入口侧移动，引起叶轮和泵口侧的轴向推力。该力推动叶轮向吸入口侧移动，引起叶轮和泵壳接触处的摩损，严重时造成泵的振动，破坏泵的正常操作。壳接触处的摩损，严重时造成泵的振动，破坏泵的正常操作。措施:在叶轮后盖板上钻若干个小孔，可减少叶轮两侧的压力差，在叶轮后盖板上钻若干个小孔，可减少叶轮两侧的压力差，从而减轻了轴向推力的不利影响，但同时也降低了泵的效率。从而减轻了轴向推力的不利影响，但同时也降低了泵的效率。这些小孔称为平衡孔。这些小孔称为平衡孔。怎么办怎么办？17(a)后盖板平衡孔单吸式双吸式按吸液方式：单吸式、双

13、吸式。按吸液方式：单吸式、双吸式。单吸式：结构简单，液体从叶轮一侧被吸入。单吸式：结构简单，液体从叶轮一侧被吸入。双吸式：同时从叶轮两侧对称地吸入液体，吸液能力大，双吸式：同时从叶轮两侧对称地吸入液体，吸液能力大，基本上消除轴向推力。基本上消除轴向推力。单吸式与双吸式叶轮18（2）泵壳：泵体的外壳，包围叶轮截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道出口切线 液体入口中心1.泵壳泵壳 2.叶轮叶轮 3.导轮导轮19A.A.泵壳的作用泵壳的作用 汇集液体，作导出液体的通道；汇集液体，作导出液体的通道；使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压。B.B.导叶轮导叶轮 为了

14、减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之间有时还装有一个间有时还装有一个固定不动的带有叶片的圆盘固定不动的带有叶片的圆盘，称为称为导导叶轮。叶轮。导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方向方向相反相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，适应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，使能使能量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。203 3）轴封装置）轴封装置A 轴封的作用

15、轴封的作用 为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界空气漏入泵壳内。空气漏入泵壳内。B 轴封的分类轴封的分类 轴封装置轴封装置 填料密封填料密封：机械密封机械密封：主要由填料函壳、软填料和填料压盖组主要由填料函壳、软填料和填料压盖组成，普通离心泵采用这种密封。成，普通离心泵采用这种密封。主要由装在泵轴上随之转动的主要由装在泵轴上随之转动的动环动环和固固定于泵壳上的定于泵壳上的静环静环组成，两个环形端面组成，两个环形端面由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，起到密封作用。起到密封作用。端面密封2122232

16、41 1、离心泵基本方程式的导出、离心泵基本方程式的导出 假设如下理想情况假设如下理想情况：1 1）泵叶轮的）泵叶轮的叶片数目为无限多个叶片数目为无限多个，也就是说叶片的厚度也就是说叶片的厚度 为无限薄，液体质点沿叶片弯曲表面流动，不发生任为无限薄，液体质点沿叶片弯曲表面流动，不发生任 何环流现象。何环流现象。2 2）输送的是）输送的是理想液体理想液体，流动中流动中无流动阻力无流动阻力。2.1.2离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式25在高速旋转的叶轮当中，液在高速旋转的叶轮当中，液体质点的运动包括：体质点的运动包括：液体随叶轮旋转液体随叶轮旋转；经叶轮流道向外流动。经叶轮流道向外流动。液体与

17、叶轮一起旋转的速度u1或u2方向与所处圆周的切线方向一致，大小为：离心泵理想压头方程的推导c2w2u2cu2cr222w1c1u1L2R2R1L126 液体质点的运动液体质点的运动 圆周运动圆周运动液体随叶轮一起旋转，圆周速度为液体随叶轮一起旋转，圆周速度为u u；切向运动切向运动相对于叶轮的运动，相对速度相对于叶轮的运动，相对速度w w；合成运动合成运动流体相对于壳体的运动，绝对速度流体相对于壳体的运动，绝对速度c c。几何参数几何参数叶片安装角相对速度w与圆周速度u反向延长线间的夹角。夹角绝对速度c和圆周速度u间的夹角。27液体沿叶片表面运动的速度液体沿叶片表面运动的速度1、2，方向为液体

18、质点所处方向为液体质点所处叶片的切线方向，大小与液体的流量、流道的形状等有关。叶片的切线方向，大小与液体的流量、流道的形状等有关。单位重量液体由点单位重量液体由点1 1到点到点2 2获得的机械能为获得的机械能为:单单位位重重量量理理想想液液体体，通通过过无无数数叶叶片片的的旋旋转转，获获得得的的能能量量称作称作理论压头理论压头，用H H表示。两两个个速速度度的的合合成成速速度度就是液体质点在点1或点2处相相对对于于静止的壳体的速度静止的壳体的速度，称为绝对速度绝对速度，用c1、c2来表示。28HC:液体经叶轮后液体经叶轮后动能的增加 HP:液体经叶轮后液体经叶轮后静压能的增加；静压能增加项静压

19、能增加项HP主要由于两方面的因素促成：主要由于两方面的因素促成：1）液体在叶轮内接受离心力所作的外功液体在叶轮内接受离心力所作的外功，单位质量液体所单位质量液体所 接受的外功可以表示为接受的外功可以表示为：2）叶轮中相邻的两叶片构成自中心向外沿逐渐扩大的液体 流道，液体通过时部分动能转化为静压能，这部分静 压能的增加可表示为：29单位重量流体经叶轮后的静压能增加为单位重量流体经叶轮后的静压能增加为:（a）根据余弦定理，上述速度之间的关系可表示为：根据余弦定理，上述速度之间的关系可表示为：30代入（a）式，并整理可得到：(b)一般离心泵的设计中，为提高理论压头，使1=90，即cos1=0离心泵的

20、基本方程式离心泵理论压头的表达式 31r2b2c2uc2c2rc2uc2r装置角装置角32r2b2c2uc2c2rc2uc2r离心泵基本方程式 33对对于于某某个个离离心心泵泵（即即其其2、2、b2固固定定），当当转转速速一一定定时，理论压头与理论流量之间呈线形关系，可表示为：时，理论压头与理论流量之间呈线形关系，可表示为：2 2、离心泵基本方程式的讨论、离心泵基本方程式的讨论1 1）离心泵的理论压头与叶轮的转速和直径的关系）离心泵的理论压头与叶轮的转速和直径的关系 当叶片几何尺寸（当叶片几何尺寸（b b2 2，2 2）与理论流量一定时，离心泵的）与理论流量一定时，离心泵的理理论压头随叶轮的转

21、速或直径的增加而加大。论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大。2 2）离心泵的理论压头与叶片几何形状的关系）离心泵的理论压头与叶片几何形状的关系 根据叶片出口端倾角根据叶片出口端倾角2 2的大小的大小,叶片形状可分为三种叶片形状可分为三种:34b）后弯叶片后弯叶片(20 理论压头随流量理论压头随流量Q的增大而减小的增大而减小 c）前弯叶片前弯叶片(2 29090。)，ctgctg2 20 0 理论压头随流量理论压头随流量QT的增大而增大的增大而增大a）径径向叶片向叶片（2=902=90。）。）ctg2=0 ctg2=0 理理论压头不不随随流量流量QTQT而而变化。化。35前弯叶片产生的理论压前弯

22、叶片产生的理论压头最高，这类叶片是最头最高，这类叶片是最佳形式的叶片吗？佳形式的叶片吗？NO 36静压头的增加：静压头的增加：动压头的增加：动压头的增加：前弯叶片，动能的提高大于静压能的提高。前弯叶片，动能的提高大于静压能的提高。由于液体的流速过大，在动能转化为静压能的实际过程由于液体的流速过大，在动能转化为静压能的实际过程中，会有大量机械能损失，使泵的效率降低中，会有大量机械能损失，使泵的效率降低。一般都一般都采用后弯叶片。采用后弯叶片。37 3 3、实际压头、实际压头 离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异，离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异，原因在于原因在于流体在通过泵的过程中存在着

23、压头损失，它主要包括：流体在通过泵的过程中存在着压头损失，它主要包括：1）叶片间的环流叶片间的环流 2）流体的流体的阻力损失阻力损失 3）冲击损失冲击损失 理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为38391 1）离心泵的流量离心泵的流量 指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一般用般用Q Q表示，单位为表示，单位为m m3 3/h/h。又称为泵的送液能力。又称为泵的送液能力 。2 2）离心泵的压头）离心泵的压头 泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以H

24、H表示，单位表示，单位为为m m。又称为泵的。又称为泵的扬程扬程。40离心泵的压头取决于：离心泵的压头取决于：泵的结构泵的结构（叶轮的直径、叶片的弯曲情况等）（叶轮的直径、叶片的弯曲情况等）转速转速 n 流量流量 Q，如何确定转速一定时，如何确定转速一定时，泵的泵的压头压头与与流量流量之间之间的关系呢？的关系呢？实验测定实验测定41H的计算可根据的计算可根据b、c两截面间的柏努利方程：两截面间的柏努利方程：离心泵的压头又称扬程。必须注意，离心泵的压头又称扬程。必须注意，扬程并不等于升举扬程并不等于升举高度高度Z，升举高度只是扬程的一部分，升举高度只是扬程的一部分。/g/g423 3）离心泵的效

25、率）离心泵的效率 离心泵输送液体时，通过电机的叶轮将电机的能量传给液离心泵输送液体时，通过电机的叶轮将电机的能量传给液体。在这个过程中，不可避免的会有能量损失，也就是说泵轴体。在这个过程中，不可避免的会有能量损失，也就是说泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得，通常用转动所做的功不能全部都为液体所获得，通常用效率效率来反映来反映能量损失能量损失。这些能量损失包括：容积损失容积损失 水力损失水力损失 机械损失机械损失 泵的效率反应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。泵的效率反应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。与泵的与泵的大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质大小、类型、制造精密程度和

26、所输送液体的性质有关。有关。43水力损失水力损失摩擦损失：摩擦损失：与流量平方成正比。冲击损失：冲击损失：与安装角，导向装置有关,在设计状态下为零,在非设计状态下与流量的平方成正比。环流损失：环流损失：与叶片数目和形状等有关,几乎与流量无关。水力效率水力效率h 其值在其值在0.80.9的范围。的范围。容积损失容积损失原因原因：高压区向低压区泄漏，减少方法减少方法：采用蔽式叶轮等。容积效率容积效率:泵内液体的泄漏闭式叶轮的容积效率值在闭式叶轮的容积效率值在0.850.95。44 机械损失机械损失原因：原因：摩擦损失机械效率机械效率m 其值在其值在0.960.99之间之间离心泵的总效率由上述三部分

27、构成，即离心泵的总效率由上述三部分构成，即=vhm 离心泵的效率与泵的类型、尺寸、加工精度、液体流量和性质等离心泵的效率与泵的类型、尺寸、加工精度、液体流量和性质等因素有关。通常，小泵效率为因素有关。通常，小泵效率为5070，而大型泵可达，而大型泵可达90 454 4）轴功率及有效功率）轴功率及有效功率轴功率：轴功率：电机输入离心泵的功率电机输入离心泵的功率,用用N表示，单位为表示，单位为J/S,W或或k kW有效功率：有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用NeNe表示表示 轴功率和有效功率之间的关系为轴功率和有效功率之间的关系为：有效功率可表达为有

28、效功率可表达为 轴功率可直接利用效率计算轴功率可直接利用效率计算462 2、离心泵的特性曲线、离心泵的特性曲线 离心泵的离心泵的H H、N N 都与离心泵的都与离心泵的Q Q有关，它们之间的有关，它们之间的关系由关系由确定离心泵压头的实验确定离心泵压头的实验来测定，实验测出的一组关来测定，实验测出的一组关系曲线：系曲线：H HQ Q、Q Q、N NQ Q 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线 注意：特性曲线随转速而变注意：特性曲线随转速而变。各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状基本相似，具有共同的特点。47481）HQ曲曲线线：表表示示泵泵的的压压头头与与流流量量的的关关系系，离离心心泵

29、泵的的压压头头普普遍是随遍是随流量的增大而下降流量的增大而下降（流量很小时可能有例外）。（流量很小时可能有例外）。2 2）N NQ Q曲曲线线：表表示示泵泵的的轴轴功功率率与与流流量量的的关关系系，离离心心泵泵的的轴轴功功率随流量的增加而上升率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小。流量为零时轴功率最小。离离心心泵泵启启动动时时，应应关关闭闭出出口口阀阀，使使启启动动电电流流最最小小，以以保保护护电机。电机。3 3）Q Q曲曲线线：表表示示泵泵的的效效率率与与流流量量的的关关系系，随随着着流流量量的的增增大大，泵泵的的效效率率将将上上升升并并达达到到一一个个最最大大值值，以以后后流流量量再再

30、增增大大，效效率率便便下降。下降。49 离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在与最离心泵在与最高效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。高效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。与最高效率点所对应的与最高效率点所对应的Q Q、H H、N N值称为最佳工况参数。值称为最佳工况参数。离心泵的离心泵的铭牌铭牌上标明的就是指该泵在运行时上标明的就是指该泵在运行时最高效率点最高效率点的的状态参数。状态参数。注注意意：在在选选用用离离心心泵泵时时，应应使使离离心心泵泵在在该该点点附附近近工工作作。一般要求操作时的效率应不低于最高效率的一般要求操作时的效率应不低于最高效

31、率的92%。50FI-03FI-01FI-02离心泵性能曲线测定装置图离心泵性能曲线实验测定离心泵性能曲线实验测定51 测定原理测定原理 测定数据测定数据数据数据：不同流量下的泵进、出口处压强、轴功率 绘制特性曲线绘制特性曲线计算计算 H、：52【例例】在实验装置上，用在实验装置上，用20的清水于的清水于98.1kPa的条件下测定离心的条件下测定离心泵的性能参数。泵的吸入管内径为泵的性能参数。泵的吸入管内径为80mm，排出管内径为，排出管内径为50mm。实验测得一组数据为：泵入口处真空度为实验测得一组数据为：泵入口处真空度为72.0kPa，泵出口处表压，泵出口处表压强为强为253kPa，两测压

32、表之间的垂直距离为，两测压表之间的垂直距离为0.4m，流量为，流量为19.0m3/h，电动机功率为，电动机功率为2.3kw，泵由电动机直接带动，电动机传动效率为，泵由电动机直接带动，电动机传动效率为93%,泵的转速为泵的转速为2900r/min。试求该泵在操作条件下的压头、轴功率和效率，并列出泵的性能参数。试求该泵在操作条件下的压头、轴功率和效率，并列出泵的性能参数。解：解：(1)泵的压头泵的压头 在泵入口的真空表和泵出口压强表两截在泵入口的真空表和泵出口压强表两截面之间列柏努利方程式，在忽略两测压口之间流动阻力下，面之间列柏努利方程式，在忽略两测压口之间流动阻力下，可得测量泵压头的一般表达式

33、为可得测量泵压头的一般表达式为53h0-泵的两测压截面之间的垂直距离，m；H1-与泵入口真空度对应的静压头，m；H1p1/(g)(p1为真空度)H2-与泵出口表压对应的静压头，m；H2p2/(g)u1、u2-泵的入口和出口液体的流速，m/s；m/sm/s54取水的密度取水的密度1000kg/m3。(2)泵的轴功率N(3)泵的效率 泵的有效功率为泵的性能参数为：转速泵的性能参数为：转速n为为2900r/min，流量，流量Q为为19m3/h，压头，压头H为为34.45m，轴功率，轴功率N为为2.139kw，效率，效率为为83.4%。kww三、离心泵性能的改变三、离心泵性能的改变 551 1、液体性

34、质的影响、液体性质的影响 1 1）液体密度的影响）液体密度的影响 离心泵的流量 与液体密度无关。离心泵的压头 与液体的密度无关。HQ曲线不因输送的液体的密度不同而变曲线不因输送的液体的密度不同而变。泵的效率泵的效率不随输送液体的密度而变。不随输送液体的密度而变。离心泵的轴功率与输送液体密度有关离心泵的轴功率与输送液体密度有关。说明：流体密度变化时，应校正说明：流体密度变化时，应校正 N-Q Q 曲线曲线。562 2）粘度的影响）粘度的影响 当输送的液体粘度大于常温清水的粘度时当输送的液体粘度大于常温清水的粘度时，泵的泵的压头减小。压头减小。泵的泵的流量减小。流量减小。泵的泵的效率下降。效率下降

35、。泵的泵的轴功率增大。轴功率增大。泵的特性曲线发生改变，泵的特性曲线发生改变，选泵时应根据原特性曲线进行修正选泵时应根据原特性曲线进行修正当当液液体体的的运运动动粘粘度度小小于于20cst（厘厘沲沲）时时，如如汽汽油油、柴柴油油、煤煤油等粘度的影响可不进行修正油等粘度的影响可不进行修正。1厘沲厘沲=10-6m2/s57大流量的离心泵的粘度换算系数图1804653300880176324.310-6m2/s0.41.02104010080609070503020CCQCH0.6qV,s1.2qV,sQ,s/m3.min-1He（单级）/mCCqV CHe 实验曲线实验曲线：582 2、转速对离心

36、泵特性的影响、转速对离心泵特性的影响 当液体的粘度不大且泵的效率不变时，泵的流量、压头、当液体的粘度不大且泵的效率不变时，泵的流量、压头、轴功率与转速的近似关系可表示为：轴功率与转速的近似关系可表示为：比例定律 3 3、叶轮直径的影响、叶轮直径的影响 1 1）属于同一系列而尺寸不同的泵，叶轮几何形状完全相）属于同一系列而尺寸不同的泵，叶轮几何形状完全相似，似，b2/D2保持不变，当泵的效率不变时，保持不变，当泵的效率不变时，592）某一尺寸的叶轮外周经过切削而使某一尺寸的叶轮外周经过切削而使D2变小，变小，b2/D2变大变大 若切削使直径若切削使直径D2减小的幅度在减小的幅度在20%以内，效率

37、可视为以内，效率可视为不变，并且切削前、后叶轮出口的截面积也可认为大不变，并且切削前、后叶轮出口的截面积也可认为大致相等致相等,此时有此时有：-切割定律 602.1.4 离心泵的气蚀现象和允许安装高度离心泵的气蚀现象和允许安装高度 离心泵在管路系统中允许安装位置是否合适，将会影响泵离心泵在管路系统中允许安装位置是否合适，将会影响泵的运行及使用寿命。的运行及使用寿命。1.离心泵的离心泵的气蚀现象气蚀现象(Cavitation):被输送流体在叶轮中心处发生汽化，产生大量气泡；被输送流体在叶轮中心处发生汽化，产生大量气泡；气泡在由叶轮中心向周边运动时，由于压力增加而急剧凝结，气泡在由叶轮中心向周边运

38、动时，由于压力增加而急剧凝结，产生局部真空，周围液体以很高的流速冲向真空区域；产生局部真空，周围液体以很高的流速冲向真空区域；当气泡的冷凝发生在叶片表面附近时，众多液滴尤如细小的高当气泡的冷凝发生在叶片表面附近时，众多液滴尤如细小的高频水锤撞击叶片。频水锤撞击叶片。气蚀产生的条件：叶片入口附近气蚀产生的条件：叶片入口附近K处的压强处的压强PK等于或小于等于或小于输送温度下液体的饱和蒸气压。输送温度下液体的饱和蒸气压。612.离心泵的抗气蚀性能离心泵的抗气蚀性能离心泵的抗气蚀性能可用离心泵的抗气蚀性能可用气蚀余量气蚀余量和和允许吸上真空度允许吸上真空度来表示。来表示。气蚀产生的后果：气蚀产生的后

39、果：叶片表面产生蜂窝状腐蚀叶片表面产生蜂窝状腐蚀；泵体震动，并发出噪音；泵体震动，并发出噪音；流量、压头、效率都明显下降；流量、压头、效率都明显下降；严重时甚至吸不上液体。严重时甚至吸不上液体。62NPSH的物理意义：的物理意义：NPSH越小，表明泵入口处的压力越小，表明泵入口处的压力p1或叶或叶轮中心处的压轮中心处的压 力力pk 越低，离心泵的操作状态越接近气蚀。越低，离心泵的操作状态越接近气蚀。气蚀余量气蚀余量NPSHNPSH：泵入口处的：泵入口处的动压头动压头与与静压头静压头之和与之和与以液柱高以液柱高度表示的度表示的被输送液体在操作温度下的饱和蒸汽压之差，即被输送液体在操作温度下的饱和

40、蒸汽压之差，即1)离心泵的气蚀余量离心泵的气蚀余量63 临界汽蚀余量（临界汽蚀余量（NSPH）c 泵内发生汽蚀的泵内发生汽蚀的临界条件临界条件是叶轮入口附近（取作是叶轮入口附近（取作k-k截面）截面）的最低压强等于液体的饱和蒸汽压的最低压强等于液体的饱和蒸汽压pv，相应地泵入口处，相应地泵入口处（取作（取作1-1截面）的压强必等于确定的最小值截面）的压强必等于确定的最小值p1,min。在泵。在泵入口入口1-1截面和叶轮入口截面和叶轮入口k-k截面之间列柏努利方程式，并截面之间列柏努利方程式，并整理得到临界汽蚀余量表达式，即整理得到临界汽蚀余量表达式，即64（NPSH)C是由泵制造厂通过实验测得

41、。实验方法是，在一定是由泵制造厂通过实验测得。实验方法是，在一定流量下，通过关小吸入管路的阀门，逐渐降低流量下，通过关小吸入管路的阀门，逐渐降低P1，直至泵内发，直至泵内发生气蚀时测得相应的生气蚀时测得相应的P1,min,（NPSH)C随流量增加而加大。随流量增加而加大。为确保离心泵的正常操作，通常将测得的临界气蚀余量加上一为确保离心泵的正常操作，通常将测得的临界气蚀余量加上一定的安全量，称为必需气蚀余量定的安全量，称为必需气蚀余量(NPSH)r并列入泵产品样本，并列入泵产品样本，或绘于泵的特性曲线上。或绘于泵的特性曲线上。必需气蚀余量必需气蚀余量:（NPSH)r=(NPSH)c+0.3m65

42、662)离心泵的允许吸上真空度离心泵的允许吸上真空度如前所述，为避免气蚀现象，泵入口处压强如前所述，为避免气蚀现象，泵入口处压强P1应为允许的最低绝应为允许的最低绝对压强，但习惯上常把对压强，但习惯上常把P1表示为真空度。若当地大气压为表示为真空度。若当地大气压为Pa，则泵入口处的最高真空度为则泵入口处的最高真空度为Pa-P1，单位为，单位为Pa。若真空度以输送。若真空度以输送液体的液柱高度来计量，则此真空度称为离心泵的允许吸上真空液体的液柱高度来计量，则此真空度称为离心泵的允许吸上真空度度,以以Hs来表示，即来表示，即Hs离心泵的允许吸上真空度，指在泵人口处可允许达到的最离心泵的允许吸上真空

43、度，指在泵人口处可允许达到的最高真空度，高真空度，m液柱；液柱；Pa当地大气压强，当地大气压强，Pa；P1泵吸人口处允许的最低绝对压强，泵吸人口处允许的最低绝对压强，Pa；被输送液体的密度，被输送液体的密度，kgm3。67 泵的允许吸上真空度泵的允许吸上真空度Hs 是泵的抗气蚀性能参数，其值与泵的结是泵的抗气蚀性能参数，其值与泵的结构、流量、被输送液体的性质及当地大气压等因素有关。通常由泵构、流量、被输送液体的性质及当地大气压等因素有关。通常由泵的制造厂实验测定。实验是的制造厂实验测定。实验是在大气压为在大气压为981kPa(10mH20)下，以下，以20清水为介质进行的。清水为介质进行的。实

44、验值列在一些泵样本或说明书的性能表实验值列在一些泵样本或说明书的性能表中。一些泵的特性曲线上也绘出中。一些泵的特性曲线上也绘出Hs一一Q曲线，由图可见，曲线，由图可见，Hs随随Q增大而减小。这规律与增大而减小。这规律与(NPSH)r一一Q变化关系恰好相反。变化关系恰好相反。若输送其他液体，且操作条件与上述的实验条件不符时，可按下若输送其他液体，且操作条件与上述的实验条件不符时，可按下式对水泵性能表上的式对水泵性能表上的Hs值进行换算。值进行换算。注意注意：H HS S 单位是压强的单位，通常以单位是压强的单位，通常以 m m 液柱液柱来表示。在水泵的性来表示。在水泵的性能表里一般把它的单位写成

45、能表里一般把它的单位写成 m m（实际上应为（实际上应为mHmH2 2O O）。）。68Hs 操作条件下输送液体时的允许吸上真空度，操作条件下输送液体时的允许吸上真空度，m液柱；液柱；Hs实验条件下输送水时的允许吸上真空度，即在水泵性能实验条件下输送水时的允许吸上真空度，即在水泵性能表上查得的数值，表上查得的数值，mH20；Ha泵安装地区的大气压强，泵安装地区的大气压强，mH20，其值随海拔高度不同，其值随海拔高度不同而异，而异，Pv操作温度下液体的饱和蒸气压，操作温度下液体的饱和蒸气压，Pa；10实验条件下大气压强，实验条件下大气压强，mH20;0.24下水的饱和蒸气压；下水的饱和蒸气压；实

46、验温度下水的密度，实验温度下水的密度，kg/m3;操作温度下液体的密度操作温度下液体的密度kg/m3;69.离心泵的允许安装高度离心泵的允许安装高度 离心泵的离心泵的允许安装高度允许安装高度(又称允许吸上高又称允许吸上高度度)是指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可是指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许到的最大垂直距离，以允许到的最大垂直距离，以Hg来表示。来表示。在图在图26中，假设离心泵在可允许的中，假设离心泵在可允许的安装高度下操作，于贮槽液面安装高度下操作，于贮槽液面0与泵与泵人口处人口处1，两截面间列柏努利方程式，两截面间列柏努利方程式，可得可得70离心泵的实际安装高度应比允许安装高度离心泵的

47、实际安装高度应比允许安装高度减小减小(0.51)m。若储槽与大气相通，则若储槽与大气相通，则71例：用离心泵从贮罐向反应器输送液态异丁烷。贮罐内异丁烷液面例：用离心泵从贮罐向反应器输送液态异丁烷。贮罐内异丁烷液面恒定。其上方绝对压力为恒定。其上方绝对压力为6.65kgf/cm2。泵位于贮罐液面以下。泵位于贮罐液面以下1.5m处，吸入管路的全部压头损失为处，吸入管路的全部压头损失为1.6m。异丁烷在输送条件下的密度。异丁烷在输送条件下的密度为为530kg/m3，饱和蒸汽压为，饱和蒸汽压为6.5kgf/cm2。在泵的性能表上查得，输。在泵的性能表上查得，输送流量下泵的允许汽蚀余量为送流量下泵的允许

48、汽蚀余量为3.5m。试确定该泵能否正常操作。试确定该泵能否正常操作。解：该例为操作型计算，即核算泵的安装高度是否合适。解：该例为操作型计算，即核算泵的安装高度是否合适。泵的安装高度为：泵的安装高度为：-3.5 1.6=-2.27m实际安装高度-1.5m 该泵安装不合适，可能发生汽蚀现象。该泵安装不合适，可能发生汽蚀现象。流量流量Q(m3/h)压头压头H/m 转转速速n/(r/min)允允许许吸上吸上真真空度空度Hs/m 30 45 55 35.6 32.6 28.8 2900 7.0 5.0 3.0 72【例例】用用3B33型水泵从一敞口水槽中将水送到它处，槽内液面型水泵从一敞口水槽中将水送到

49、它处，槽内液面恒定。送水量为恒定。送水量为4555m3/h。在最大流量下吸入管路压头损失。在最大流量下吸入管路压头损失为为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65水时泵的安装高度。水时泵的安装高度。当地大气压为当地大气压为9.81104kPa。解：由附录查得解：由附录查得3B33水泵的部分性能列于下表：水泵的部分性能列于下表：73（1）输送）输送20水时泵的安装高度根据计算泵的允许安装高度，即水时泵的安装高度根据计算泵的允许安装高度，即 3.0-1.0=2.0m Hs随随

50、Q增大而减小。增大而减小。Hs=3.0m（2 2）输送）输送6565水时泵的安装高度水时泵的安装高度 此时不能直接采用泵性能此时不能直接采用泵性能表中的表中的HsHs值计算泵的允许安装高度，需对其值计算泵的允许安装高度，需对其HsHs进行换算，进行换算，即即 74由附录查得由附录查得65时水的密度时水的密度980.5kg/m3，饱和蒸汽压，饱和蒸汽压pv2.554104Pa，则，则 Hs=3+(10-10)-(-0.24)=0.65m Hs换以换以Hs，以计算泵的允许安装高度，得，以计算泵的允许安装高度，得 Hg=Hs-Hf,0-1=0.65-1.0=-0.35m HgHg为负值，表示泵应安装