离心泵基础知识

离心泵基础知识 图2-1 离心泵活页轮 2-2 离心泵

离心泵结构简单,操作容易,流量均匀,调节控制方便,且能适用于多种特殊性质物料,因此离心泵就是化工厂中最常用的液体输送机械。近年来,离心泵正向着大型化、高转速的方向发展。

2、2、1 离心泵的主要部件与工作原理

一、离心泵的主要部件 1.叶轮 叶轮就是离心泵的关键部件,它就是由若干弯曲的叶片组成。叶轮的作用就是将原动机的机械能直接传给液体,提高液体的动能与静压能。 根据叶轮上叶片的几何形式,可将叶片分为后弯、径向与前弯叶片三种,由于后弯叶片可获得较多的静压能,所以被广泛采用。 叶轮按其机械结构可分为闭式、半闭式与开式(即敞式)三种,如图2-1所示。在叶片的两侧带有前后盖板的叶轮称为闭式叶轮(c图);在吸入口侧无盖板的叶轮称为半闭式叶轮(b图);在叶片两侧无前后盖板,仅由叶片与轮毂组成的叶轮称为开式叶轮(a图)。由于闭式叶轮宜用于输送清洁的液体,泵的效率较高,一般离心泵多采用闭式叶轮。 叶轮可按吸液方式不同,分为单吸式与双吸式两种。单吸式叶轮结构简单,双吸式从叶轮两侧对称地吸入液体(见教材图2－3)。双吸式叶轮不仅具有较大的吸液能力,而且可以基本上消除轴向推力。 2.泵壳 离心泵基础知识 泵体的外壳多制成蜗壳形,它包围叶轮,在叶轮四周展开成一个截面积逐渐扩大的蜗壳形通道(见图2－2)。泵壳的作用有:①汇集液体,即从叶轮外周甩出的液体,再沿泵壳中通道流过,排出泵体;②转能装置,因壳内叶轮旋转方向与蜗壳流道逐渐扩大的方向一致,减少了流动能量损失,并且可以使部分动能转变为静压能。 若为了减小液体进入泵壳时的碰撞,则在叶轮与泵壳之间还可安装一个固定不动的导轮(见教材图2-4中3)。由于导轮上叶片间形成若干逐渐转向的流道,不仅可以使部分动能转变为静压能,而且还可以减小流动能量损失。 注意:离心泵结构上采用了具有后弯叶片的叶轮,蜗壳形的泵壳及导轮,均有利于动能转换为静压能及可以减少流动的能量损失。 3.轴封装置 离心泵工作时就是泵轴旋转而泵壳不动,泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。轴封的作用就是防止高压液体从泵壳内沿间隙漏出,或外界空气漏入泵内。轴封装置保证离心泵正常、高效运转,常用的轴封装置有填料密封与机械密封两种。 二、离心泵的工作原理 装置简图如附图。 1.排液过程 离心泵一般由电动机驱动。它在启动前需先向泵壳内灌满被输送的液体(称为灌泵),启动后,泵轴带动叶轮及叶片间的液体高速旋转,在惯性离心力的作用下,液体从叶轮中心被抛向外周,提高了动能与静压能。进而泵壳后,由于流道逐渐扩大,液体的流速减小,使部分动能转换为静压能,最终以较高的压强从排出口进入排出管路。 2.吸液过程 当泵内液体从叶轮中心被抛向外周时,叶轮中心形成了低压区。由于贮槽液面上方的压强大于泵吸入口处的压强,在该压强差的作用下,液体便经吸入管路被连续地吸入泵内。 3.气缚现象 当启动离心泵时,若泵内未能灌满液体而存在大量气体,则由于空气的密度远小于液体的密度,叶轮旋转产生的惯性离心力很小,因而叶轮中心处不能形成吸入液体所需的真空度,这种虽启动离心泵,但不能输送液体的现象称为气缚。因离心泵基础知识 此,离心泵就是一种没有自吸能力的液体输送机械。若泵的吸入口位于贮槽液面的上方,在吸入管路应安装单向底阀与滤网。单向底阀可防止启动前灌入的液体从泵内漏出,滤网可阻挡液体中的固体杂质被吸入而堵塞泵壳与管路。若泵的位置低于槽内液面,则启动时就无需灌泵。

2、2、2 离心泵的主要性能参数与特性曲线 一、离心泵的主要性能参数 离心泵的性能参数就是用以描述一台离心泵的一组物理量 1. (叶轮)转速n:1000～3000rpm;2900rpm最常见。 2. 流量Q:以体积流量来表示的泵的输液能力,与叶轮结构、尺寸与转速有关。泵总就是安装在管路中,故流量还与管路特性有关。 3. 压头(扬程)H:泵向单位重量流体提供的机械能。与流量、叶轮结构、尺寸与转速有关。扬程并不代表升举高度。一般实际压头由实验测定。 4. 功率: (1)有效功率eN:指液体从叶轮获得的能量——gHQNe;此处Q的单位为m3/s (2)轴功率N:指泵轴所需的功率。当泵直接由电机驱动时,它就就是电机传给泵轴的功率。 离心泵基础知识 5. 效率:由于以下三方面的原因,由电机传给泵的能量不可能100%地传给液体,因此离心泵都有一个效率的问题,它反映了泵对外加能量的利用程度:NNe/ ①容积损失;②水力损失;③机械损失。 二、离心泵的特性曲线 从前面的讨论可以瞧出,对一台特定的离心泵,在转速固定的情况下,其压头、轴功率与效率都与其流量有一一对应的关系,其中以压头与流量之间的关系最为重要。这些关系的图形称为离心泵的特性曲线。由于它们之间的关系难以用理论公式表达,目前一般都通过实验来测定。包括H～Q曲线、N～Q曲线与～Q曲线。

图2-3 某种型号离心泵的特性曲线 离心泵的特性曲线一般由离心泵的生产厂家提供,标绘于泵的样本或产品说明书中,其测定条件一般就是20℃清水,转速也固定。典型的离心泵性能曲线如图2-3所示。 1.讨论 离心泵基础知识 (1) 从H～Q特性曲线中可以瞧出,随着流量的增加,泵的压头就是下降的,即流量越大,泵向单位重量流体提供的机械能越小。但就是,这一规律对流量很小的情况可能不适用。 (2) 轴功率随着流量的增加而上升,流量为零时轴功率最小,所以大流量输送一定对应着大的配套电机。另外,这一规律还提示我们,离心泵应在关闭出口阀的情况下启动,这样可以使电机的启动电流最小,以保护电机。 (3) 泵的效率先随着流量的增加而上升,达到一最大值后便下降。但流量为零时,效率也为零。根据生产任务选泵时,应使泵在最高效率点附近工作,其范围内的效率一般不低于最高效率点的92%。 (4) 离心泵的铭牌上标有一组性能参数,它们都就是与最高效率点对应的性能参数,称为最佳工况参数。 三、离心泵特性的影响因素 1.液体的性质: (1) 液体的密度:离心泵的压头与流量均与液体的密度无关,有效功率与轴功率随密度的增加而增加,这就是因为离心力及其所做的功与密度成正比,但效率又与密度无关。 (2) 液体的粘度:若粘度大于常温下清水的粘度,则泵的流量、压头、效率都下降,但轴功率上升。所以,当被输送流体的粘度有较大变化时,泵的特性曲线也要发生变化。 2.转速 离心泵的转速发生变化时,其流量、压头、轴功率与效率都要发生变化,泵的特性曲线也将发生变化。 若离心泵的转速变化不大(小于20％),则可以假设:①转速改变前后液体离开叶轮处的出口速度三角形相似;②转速改变前后离心泵的效率不变。从而可导出以下关系:

1212nnQ

Q



, 21212nnHH, 31212nnNN (比例定律)

(2-2) 3.叶轮外径 当泵的转速一定时,压头、流量与叶轮的外径有关。对于某同一型号的离心离心泵基础知识 泵,若对其叶轮的外径进行“切割”,而其她尺寸不变,在叶轮外径的减小变化不超过5％时,离心泵的性能可进行近似换算。此时可以假设:(1) 叶轮外径变化前后,叶轮出口速度三角形相似;(2) 叶轮外径变化前后,离心泵的效率不变;(3)叶轮外径变化前后,叶轮出口截面积基本不变。从而可以导出以下关系:

22''DDQQ



, 22'2'DDHH, 322''DDNN (切割定律)

(2-3) 与比例定律同样,要注意公式使用的条件。

[例2-1]:以20oC的水为介质,在泵的转速为2900r/min时,测定某台离心泵性能时,某次实验的数据如下: 流量12m3/h,泵出口处压强表的读数为0、37MPa,泵入口处真空表读数为0、027MPa,轴功率为2、3Kw。若压强表与真空表两测压口间垂直距离为0、4m,且泵的吸入管路与排出管路直径相同。测定装置如附图。求:这次实验中泵的压头与效率。

解:(1)泵的压头 以真空表与压强表所在的截面为41－1'与2－2',列出以单位重量为衡算基准的伯努利方程,即 离心泵基础知识 212222121122fHgpguzHgpguz

其中,2121,4.0uumzz,p1=-2、7×104Pa(表压), p2=3、7×105Pa(表压) 因测压口之间距离较短,流动阻力可忽略,即Hf1-20;故泵的压头为:

H＝m87.4081.91000107.2107.34.045 (2)泵的效率

581.010003.2360081.910001287.40N

gHQ

,即58、1％。

分析说明:在本实验中,若改变出口阀的开度,测出不同流量下的若干组有关数据,可按上述方法计算出相应的H及η值,并将H-Q、N-Q、η-Q关系标绘在坐标纸上,即可得到该泵在n＝2900r/min下的特性曲线。 2、2、3 离心泵的工作点与流量调节 一、管路特性曲线 前面介绍的离心泵特性曲线,表示一定转速下泵的压头、功率、效率与流量的关系。在特定管路中运行的离心泵,其实际工作的压头与流量不仅取决于离心泵本身的特性,而且还与管路特性有关。即在泵送液体的过程中,泵与管路就是互相联系与制约的。因此在讨论泵的工作情况前,应先了解管路特性。 管路特性曲线表示液体通过特定管路系统时,所需的压头与流量的关系。如图所示的送液系统,若液体贮槽与受液槽的液面均维持恒定,输送管路的直径均一,在图2-4中1－1'与2-2'间列伯努利方程式,则可求得液体流过管路系统所需的压头(即要求离心泵提供的压头),即:

feHgpzH (2-4) 该管路输送系统的压头损失可表示为:

gudLLHef2)(2 因 24dQue