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1、水泵与运行,联系方式：15773249446,李洪峰、谢建波 编制,能源与动力,离心泵,第一节离心泵的工作原理和性能特点,3-1-1 离心泵的工作原理,主要工作部件是叶轮和泵壳。叶轮通常是由57个弧形叶片和前、后圆形盖板所构成。叶轮用键和螺母固定在泵轴的一端。固定叶轮用的螺母通常采用左旋螺纹，以防反复起动因惯性而松动。轴的另一端穿过填料箱伸出泵壳，由原动机带动。泵壳呈螺线形，亦称螺壳或蜗壳。,图3-1 悬臂式单级离心泵,3-1-1 离心泵的工作原理,充满在泵中的液体随叶轮回转，产生离心力，向四周甩出在叶轮中心形成低压，液体便在液面压力作用下被吸进叶轮。从叶轮流出的液体，压力和速度增大。蜗壳-汇
2、聚并导流。扩压管A增大，流速降低，大部分动能变为压力能，然后排出。叶轮不停回转，吸排就连续地进行液体通过泵时所增加的能量，是原动机通过叶轮对液体作功的结果。,3-1-2 液体在叶轮中的流动情况,为研究简化，我们假定：(1)液体由无限多个完全相同的单元流束所组成所有液体质点流动轨迹都相同，都与叶片断面相符合，在相同半径上各液体质点的流动状态亦均相同。这只有在叶片无限多、厚度无限薄且断面形状完全相同的理想叶轮中才可能实现。(2)液体在流动时没有摩擦、撞击和涡流损失设液体为无粘性的理想液体，液流处于无撞击、旋涡的理想工况,3-1-2 离心泵的扬程方程式,叶轮带动液体高速旋转而将机械能传给液体（del
3、ivery lift or delivery head）所产生的扬程与叶轮尺寸和转速密切相关，而流量又明显地会随工作扬程而改变。需要研究决定离心泵扬程的各种因素以及扬程与流量的关系即研究离心泵的扬程方程式,3-1-2 液体在叶轮中的流动情况,叶轮以回转时，液体质点有两种运动：圆周速度-随叶轮运动的速度，用u表示；相对速度-相对于叶轮的运动速度，用w表示,它与叶片型线相切。绝对速度-相对于泵壳的运动速度；是u和w的向量和。液体质点进出叶轮时的绝对运动路径即可由图中的A。C。表示。,3-1-2 液体在叶轮中的流动情况,叶轮中任一质点的三个速度向量u、w、c都构成为一个速度三角形，如图C和u间的夹角
4、用表示w和u反方向的夹角用表示；C的周向分速度用Cu表示C的径向分速度用Cr表示,3-1-2 液体在叶轮中的流动情况,各符号下角标1者，指叶轮进口的参数加下角标2者，指在叶轮出口的参数。在叶轮中各处，速度三角形中u、w的方向都已确定，而U=nD/60,3-1-2 液体在叶轮中的流动情况,D质点所处位置的叶轮直径，mm；B质点所处位置的叶轮宽度，m；排挤系数(一般为0.750.95)，用以考虑叶片厚度使流道截面积减小的影响；v泵的容积效率。可见，当叶轮的流量、转速和尺寸既定后，叶轮内各处的速度三角形也就确定。,3-1-2 扬程方程式,根据液体力学知识，我们能推出扬程方程式：,由上图（叶片出口角对
5、理论扬程的影响），和扬程方程式，我们可以得出以下结论,扬程主要取决于叶轮的直径和转速,泵的封闭扬程(Q=0)的理论值为:Ht=u2g，要提高H，必须增大D2或提高nD2关系到泵的外廓和重量n受限于泵的汽蚀性能离心泵n一般不超过800010000rmin单级泵的H通常不超过150m,离心泵的扬程随流量而变,当用径向叶片，即2=90时,即H与Q无关当用后弯叶片，即2 0，Q增大则Ht减小当用前弯叶片，即2 90时，Q增大则Ht增加,3-1-2 扬程方程式,比较以上三种情况尺寸和n相同的离心泵，在Q相同时，2（前弯）越大，H越高表面上，以用前弯叶片为宜实际中，考虑到各种损失，多用后弯叶片Ht与所运送
6、流体的性质无关（character）如果泵内是空气，空气密度仅为水的1800左右，泵能在吸排口间造成的压差就很小。例如H为100m的水泵，其排送空气时达到同样的H气，它只能在吸排口间产生1.268kPa的压差，在大气压下这只能将水吸上约12.9cm高。离心泵没有自吸能力,图3-5 离心泵定速特性曲线理论分析,3-1-3 流量-扬程曲线,Ht和Qt是下倾直线Ht和Qt也是下倾直线（斜率小些）存在摩擦、旋涡、撞击等水力损失沿程摩擦损失与流速(流量)的平方成正比非设计工况进、出叶轮的撞击损失，(设计工况=零)Qt-H曲线为减除这两部分扬程损失后的曲线。,3-1-3 流量-扬程曲线,漏泄造成的v 密封
7、环内部漏泄和轴封外部漏泄多级泵还存在级间漏泄当泵设有平衡孔(管)或平衡盘时，有附加的容积损失。总漏泄量一般为理论流量的410QH曲线为考虑了漏泄流量g后的损失,3-1-3 流量-功率曲线,根据Qt和Ht，求出泵的水力功率 Ph=gQtHt 即可作出Qt一Ph曲线。如将Ph加上机械摩擦功率损失，即可得到理论流量与轴功率的关系曲线Qt一P。再将Qt一P曲线中的各Qt值减去相应的漏泄流量g，即可得到实际流量与轴功率的关系曲线Q一P,3-1-3 流量-功率曲线,机械损失包括:轴封及轴承的机械摩擦损失约占轴功率的15，采用机械轴封时损失较小；叶轮的圆盘摩擦损失是盖板使两侧液体因受离心力作用而形成回流所导
8、致的能量损失约占轴功率的210它与叶轮D2的五次方和n的平方成正比。提高n和相应减小叶轮外径(H不变时）可减小圆盘摩擦损失。,3-1-3 流量-效率曲线,根据Q一H曲线和Q一P曲线，求出每一流量时的效率=gQH/P然后可得关系曲线Q,图36 离心泵的定速特性曲线,3-1-3实测的定速特性曲线,实际定速特性曲线是由制造厂通过实验测定的。(1)离心泵都用后弯叶片，其QH曲线趋势下倾。由于叶片出口角的不同，曲线形状可分为三类：,3-1-3实测的定速特性曲线,陡降形(高比转数)叶片出口角较小，H变化时Q变化较小用于H变动又不希望Q变化的场合(舱底水泵压载泵等)平坦形(中低比转数泵)叶片出口角稍大，H变
9、化时Q变化较大用于那些经常需要调节Q而又不希望节流损失太大的场合(凝水泵、锅炉给水泵),3-1-3实测的定速特性曲线,驼峰形叶片出口角较大其Q一H曲线就比较平坦，而在小Q时撞击损失又大，于是QH曲线就会出现驼峰有驼峰形QH曲线的泵，工作时可能发生喘振应尽量避免使用适当限制叶片出口角和叶片数，即可避免出现驼峰,3-1-3实测的定速特性曲线,(2)Q-P曲线向上倾斜即轴功率随Q增大而增加。在Q=0时轴功率最小（3550）这时泵的H(亦称封闭扬程)也不很高泵关闭排出阀起动电流较低，可减小电网电压的波动但封闭运转时，效率为零，泵会发热,3-1-4 管道特性曲线和泵的工况点,液体流过管道时所需的压头与流
10、量间的函数关系包括两个部分位置头，压力头，与流量没有关系消费于克服管道阻力下图曲线A就是表明上述函数关系的管路特性曲线的一般形状,3-1-4 管道特性曲线和泵的工况点,静压头Hu是一条水平线管路阻力h=Q2，是一条二次抛物线倾斜程度取决于阻力纵坐标起点位置取决于管路的静压头当管路阻力变化，如K值增加，曲线变陡如静压头变化，管路曲线相应向上平移,3-1-4 管道特性曲线和泵的工况点,将特性曲线和管路的特性曲线画在一张图上QH曲线与管路特性曲线的交点即泵的工况点点C工况产生的H正好等于液体以此工况的Q流过该管路时所需的压头大多数离心泵的HQ曲线是向下倾斜，其工况点是稳定的,3-1-4 管道特性曲线
11、和泵的工况点,如干扰使泵的Q增加泵工况点右移至D产生的HD将不能满足较大Q流过该管路所需的HD，泵的流速和流量将随之减少，直至回到Qc，即工况点回到C为止。反之，Q减小，点左移，HD大于所需H，Q会增加，点又回到C。可见，是稳定工况点。,3-1-4 管道特性曲线和泵的工况点,如Q一H是驼峰形，管路特性与Q一H会有两交点，靠左边的是不稳定工况点当管路特性改变时，例如A或A”，工况点也会相应变为C或C”如泵特性曲线发生改变，工况点也会改变同一泵在管路情况改变时Q将发生较大变化泵在额定工况下效率最高，应尽可能使泵在额定工况点附近工作。,选择题,1 下列泵中理论流量与排出压力有关的是。A 往复泵 B
12、叶片泵 C 螺杆泵 D 离心泵2 下列泵中必须设置安全阀的是。A 旋涡泵 B 齿轮泵 C 离心泵 D 水环泵3.离心泵的理论压头与 无关。A 泵的几何尺寸 B 叶轮的转速 C 液体的种类 D 液体的流速,思考题,4，离心泵的水力损失的含义是什么?它包括哪几部分损失?5为什么离心泵在设计工况运行时效率最高?6，根据离心泵特性图说明用节流调节法如何能减少流量。并指出节流造成的压头损失。7画出离心泵特性图说明回流阀开启后，回流管路与主管路的合成特性曲线，并标出该,3-1-5离心泵额定扬程和流量的估算,离心泵的H与叶轮出口处的u2有很大关系。铭牌失落的离心泵可按经验公式估算其额定扬程 式中，系数K：(
13、115)X10-4 D2 叶轮外径排送冷水的离心泵，设计的进口流速大约在3ms左右，因此其额定流量可按下面公式估算：式中，D。为泵吸口直径，（英寸）,3-1-6离心泵的优点,1流量连续均匀，工作平稳Q容易调节。所适用的Q范围很大，常用范围5 20000m3h。2转速高可与电动机或汽轮机直接相连结构简单紧凑，尺寸和重量比同样流量的往复泵小得多，造价低。3，对杂质不敏感，易损件少,管理和维修较方便。无论在陆上或船上，离心泵的数量和使用范围超过了其它类型泵。,3-1-6离心泵的缺点,4本身没有自吸能力为扩大使用范围在结构上采取特殊措施制造各种自吸式离心泵在离心泵上附设抽气引水装置。5泵的Q随工作扬程
14、而变H升高，Q减小达到封闭扬程时，泵即空转而不排液不宜作滑油泵、燃油泵等要求Q不随H而变的场合,3-1-6离心泵的缺点,6扬程由D2和n决定的，不适合小Q、高H这要求叶轮流道窄长，以致制造困难，效率太低。离心泵产生的最大排压有限，故不必设安全阀。,水泵系统常见故障及原因：,水泵漏水，检查漏水部位 1.外套筒连接处，紧固泵头螺母，如不能消除，建议更换外套筒密封圈 2.机械密封处漏水，更换机械密封，可能原因干转或密封质量问题。水泵噪音:1.泵内有异物，建议清除异物 2.流量跑位，建议关小阀门,水泵系统常见故障及原因：,电机噪音电机缺油，加注油脂电机轴承问题，更换轴承水泵流量跑位，电机过载，关小水泵
15、出口阀门,水泵系统常见故障及原因：,气蚀1.泵内或系统内气未排尽，解决办法排尽泵内的气2.流量跑位，解决办法关小出口阀门3.吸程过高或底阀漏，解决办法检查系统并整改,水泵系统常见故障及原因：,电机跳闸 1.检查电机对地及相间绝缘是否良好 2.电机控制相关元器件是否可靠正常 3.负荷是否过载,水泵系统常见故障及原因：,扬程流量达不到要求1.泵内有气，对水泵排气 2.水泵进口或出口堵塞，清除堵塞杂物电机温度高或电流大 1.电机接线星三角是否接错 2.水泵是否在工作曲线范围内,低压区产生气泡高压区气泡破裂产生局部真空水力冲击发生振动、噪音，对部件产生麻点、蜂窝状的破坏现象。,离心泵的汽蚀离心泵汽蚀的
16、危害,离心泵的汽蚀,一、气蚀现象及危害,二、气蚀余量h,指泵的入口处的液体具有的压头与液体汽化时的压头(饱和蒸汽压头pv/g）之差。又称NPSH静正吸上水头（Net Positive Suction Head）,有效气蚀余量ha 泵工作时，实际具有的气蚀余量。必需气蚀余量hr 为避免气蚀所必需的气蚀余量。,必需气蚀余量hr很难用理论准确求得，均用试验确定。等于试验中的临界气蚀余量hc 加上0.3m。（hr hc+0.3m）,必需气蚀余量hr取决于泵的结构型式和流量。,必需气蚀余量hr和允许吸上真空高度均由试验得出，均来表示泵的吸入性能好坏。,4,离心泵的汽蚀 cavitation,三、气蚀特性
17、曲线,第五节 离心泵的汽蚀 cavitation,ha3,hr,H,H,Q,ha2,ha1,不同的吸高Zs（Zs3 Zs3 Zs3）吸高Zs越大，有效气蚀余量ha越小，断裂工况向小流量的方向移动泵，不发生气蚀的流量范围越小。,三、气蚀特性曲线,第五节 离心泵的汽蚀 cavitation,四、防止气蚀的措施,避免发生气蚀的措施）降低液体温度（使对应的液体饱和压力降低）；）减小吸上高度或变净正吸入为灌注吸入（使吸口压力增大）；）降低吸入管阻力（采用粗而光滑的吸管，减少管路附件等）；）关小排出阀或降低泵转速（降低流量）。提高泵抗蚀性能的措施）改进叶轮入口处形状（加大进口直径、加大叶片进口边的宽度、增
18、大叶轮前盖板转弯处的曲率半径、采用扭曲叶片、加设诱导轮）；）采用抗蚀材料（铝铁青铜、2Gr13、稀土合金铸铁、高镍铬合金）；）叶轮表面光滑，叶片流道圆滑。,离心泵的汽蚀 cavitation,第三章 离心泵第三节 离心泵的相似理论和比转数,1.离心泵的相似理论的作用：对泵设计、研究和使用有重要意义，新产品设计时需要在其指导下进行模型试验，以便验证和改进设计。在现有的产品资料基础上，利用相似关系来设计新泵，是快捷、可靠的设计方法；根据相似理论，可以了解泵在改变转速或线性尺寸时性能参数的变化关系；用相似理论可推导出离心泵的相似准则数比转数，作为离心泵进行分类的依据。,确定两台泵液体流动相似，必须满
19、足三个条件：（1）几何相似两泵过流部分各相应的几何尺寸比值相等:,离心泵的相似理论和比转数,两泵同名安装角、叶片数、和厚度相等：,2.离心泵的相似条件,（2）运动相似 两泵各对应点的相应速度方向相同，比值相等：,2.离心泵的相似条件,几何相似是运动相似的前提，几何相似不一定运动相似,而运动相似则必 定几何相似；如果几何相似，又运动相似，即两泵工况相似。,两泵叶轮同名点速度三角形相似：,离心泵的相似理论和比转数,（3）动力相似 两台泵在对应流体质点上同名力方向相同，比值相等。流体主要受惯性力、粘性力、重力和压力的作用只要前两种力相似就认为满足了动力相似的要求由流体力学，惯性力和粘性力的相似准则是
20、雷诺数Re。离心泵的Re=D2u2。试验证明，在输送水或粘度不是特别大的油时，一般Re105，阻力系数与Re无关。两台泵只要几何相似和运动相似一般都认为能满足动力相似的要求。,2.离心泵的相似条件,离心泵的相似理论和比转数,两台满足相似三条件的离心泵，存在以下关系。1.流量相似关系 如果尺寸比值不是很大，满足相似三条件的离心泵v=v，可得：,离心泵的相似理论和比转数,2.扬程相似关系3.功率相似关系,两台满足相似三条件的离心泵，存在以下关系。,以上三式表达了满足相似三条件的离心泵各主要性能参数间的关系，称为相似三定律。,离心泵的相似理论和比转数,4.比例定律：对于一台泵，若输送的液体介质不变，其流量、扬程和功率随 转速的变化规律，称为比例定律。,4.离心泵的比转数,比转数通常指其额定工况的比转数。我国所用的单位是：转速nrmin；流量Q m3s:扬程H m,一个只包含泵的设计参数Q、H、n，而不包括几何尺寸的离心泵相似准则数，称为比转数ns，即:,国际标准中，以型式数K来代替比转数ns。,第三节 离心泵的相似理论和比转数,4)ns增大，H-Q曲线变陡、P-Q曲线变平、高效区变窄。,THE END THANKS EVERYONE,
