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離心泵 第一節(jié) 離心泵的工作原理和性能特點 3-1-1 離心泵的工作原理 主要工作部件是葉輪和泵殼。葉輪通常是由5～7個弧形葉片和前、后圓形蓋板所構成。 葉輪用鍵和螺母固定在泵軸的一端。固定葉輪用的螺母通常采用左旋螺紋，以防反復起動因慣性而松動。 軸的另一端穿過填料箱伸出泵殼，由原動機帶動。泵殼呈螺線形，亦稱螺殼或蝸殼。 圖3-1 懸臂式單級離心泵 3-1-1 離心泵的工作原理 充滿在泵中的液體隨葉輪回轉，產生離心力，向四周甩出 在葉輪中心形成低壓，液體便在液面壓力作用下被吸進葉輪。 從葉輪流出的液體，壓力和速度增大。 蝸殼-匯聚并導流。擴壓管A增大，流速降低，大部分動能變?yōu)閴毫δ埽�然后排出�?葉輪不停回轉，吸排就連續(xù)地進行 液體通過泵時所增加的能量，是原動機通過葉輪對液體作功的結果。 思考題 31. 為什么雙作用葉片泵一般比齒輪泵容積效率高? P43 32．為什么葉片泵所輸送的油液粘度不宜太高或太低?P44 33．葉片泵配油盤上的三角槽有何功用?P41 34，葉片泵葉片端部與定子內壁的可靠密封，常采用哪些辦法?P43，P40，P38 35．在管理維修葉片泵時主要應注意些什么? P44 選擇題 在船上水環(huán)泵主要用來 。 A 壓送氣體 B 抽真空 C 排送液體 D A+B+C 水環(huán)泵關閉排出閥運轉會使 。 A 電機過載 B 安全閥開啟 C．泵體發(fā)熱 D B+C 屬于回轉式容積泵的是 。 A 離心泵 B 水環(huán)泵 C 旋渦泵 D 軸流泵 下列泵中效率最低的一般是 。？？？ A 閉式旋渦泵 B 水環(huán)泵(排氣) C 噴射泵 D 離心泵 3-1-2 液體在葉輪中的流動情況 為研究簡化，我們假定： (1)液體由無限多個完全相同的單元流束所組成 所有液體質點流動軌跡都相同，都與葉片斷面相符合，在相同半徑上各液體質點的流動狀態(tài)亦均相同。 這只有在葉片無限多、厚度無限薄且斷面形狀完全相同的理想葉輪中才可能實現。 (2)液體在流動時沒有摩擦、撞擊和渦流損失 設液體為無粘性的理想液體，液流處于無撞擊、旋渦的理想工況 3-1-2 離心泵的揚程方程式 葉輪帶動液體高速旋轉而將機械能傳給液體 （delivery lift or delivery head） 所產生的揚程與葉輪尺寸和轉速密切相關，而流量又明顯地會隨工作揚程而改變。 需要研究決定離心泵揚程的各種因素以及揚程與流量的關系 即研究離心泵的揚程方程式 3-1-2 液體在葉輪中的流動情況 葉輪以回轉時，液體質點有兩種運動： 圓周速度 - 隨葉輪運動的速度，用u表示； 相對速度 - 相對于葉輪的運動速度，用w表示， 它與葉片型線相切。 絕對速度 - 相對于泵殼的運動速度；是u和w的向量和。 液體質點進出葉輪時的絕對運動路徑即可由圖中的A。C。表示。 3-1-2 液體在葉輪中的流動情況 葉輪中任一質點的三個速度向量u、w、c都構成為一個速度三角形，如圖 C和u間的夾角用表示 w和u反方向的夾角用表示； C的周向分速度用Cu表示 C的徑向分速度用Cr表示 3-1-2 液體在葉輪中的流動情況 各符號下角標1者，指葉輪進口的參數 加下角標2者，指在葉輪出口的參數。 在葉輪中各處，速度三角形中u、w的方向都已確定，而 U=nD/60 3-1-2 液體在葉輪中的流動情況 D——質點所處位置的葉輪直徑，mm； B——質點所處位置的葉輪寬度，m； ——排擠系數(一般為0.75～0.95)，用以考慮葉片厚度使流道截面積減小的影響； v——泵的容積效率。 可見，當葉輪的流量、轉速和尺寸既定后，葉輪內各處的速度三角形也就確定。 3-1-2 揚程方程式 根據液體力學知識，我們能推出揚程方程式： 揚程主要取決于葉輪的直徑和轉速 泵的封閉揚程 (Q=0) 的理論值為: Ht=u2／g， 要提高H，必須增大D2或提高n D2關系到泵的外廓和重量 n受限于泵的汽蝕性能 離心泵n一般不超過8000～10000r／min 單級泵的H通常不超過150m 離心泵的揚程隨流量而變 當用徑向葉片，即2=90時， 即H與Q無關 當用后彎葉片，即2 <90’時，ctg 2 >0，Q增大則Ht減小 當用前彎葉片，即2 >90‘時，Q增大則Ht增加 3-1-2 揚程方程式 比較以上三種情況 尺寸和n相同的離心泵，在Q相同時，2（前彎）越大，H越高 表面上，以用前彎葉片為宜 實際中，考慮到各種損失，多用后彎葉片 Ht與所運送流體的性質無關 （character） 如果泵內是空氣，空氣密度僅為水的1／800左右，泵能在吸排口間造成的壓差就很小。 例如H為100m的水泵，其排送空氣時達到同樣的H氣，它只能在吸排口間產生1.268kPa的壓差，在大氣壓下這只能將水吸上約12.9cm高。 離心泵沒有自吸能力 圖3-5 離心泵定速特性曲線理論分析 3-1-3 流量-揚程曲線 Ht和Qt是下傾直線 Ht和Qt也是下傾直線（斜率小些） 存在摩擦、旋渦、撞擊等水力損失 沿程摩擦損失與流速(流量)的平方成正比 非設計工況進、出葉輪的撞擊損失，(設計工況 = 零) Qt-H曲線為減除這兩部分揚程損失后的曲線。 3-1-3 流量-揚程曲線 漏泄造成的ηv 密封環(huán)內部漏泄和軸封外部漏泄 多級泵還存在級間漏泄 當泵設有平衡孔(管)或平衡盤時，有附加的容積損失。 總漏泄量一般為理論流量的4％～10％ Q—H曲線為考慮了漏泄流量g后的損失 3-1-3 流量-功率曲線 根據Qt和Ht，求出泵的水力功率 Ph = ρgQtHt 即可作出Qt一Ph曲線。 如將Ph加上機械摩擦功率損失，即可得到理論流量與軸功率的關系曲線Qt一P。 再將Qt一P曲線中的各Qt值減去相應的漏泄流量g，即可得到實際流量與軸功率的關系曲線Q一P 3-1-3 流量-功率曲線 機械損失包括: 軸封及軸承的機械摩擦損失 約占軸功率的1％～5％，采用機械軸封時損失較�。� 葉輪的圓盤摩擦損失 是蓋板使兩側液體因受離心力作用而形成回流所導致的能量損失 約占軸功率的2％～10％ 它與葉輪D2的五次方和n的平方成正比。 提高n和相應減小葉輪外徑(H不變時）可減小圓盤摩擦損失。 3-1-3 流量-效率曲線 根據Q一H曲線和Q一P曲線，求出每一流量時的效率 η = ρgQH/P 然后可得關系曲線Q—η 圖3—6 離心泵的定速特性曲線 3-1-3實測的定速特性曲線 實際定速特性曲線是由制造廠通過實驗測定的。 (1)離心泵都用后彎葉片，其Q—H曲線趨勢下傾。由于葉片出口角的不同，曲線形狀可分為三類： 3-1-3實測的定速特性曲線 陡降形(高比轉數) 葉片出口角較小，H變化時Q變化較小 用于H變動又不希望Q變化的場合(艙底水泵壓載泵等) 平坦形(中低比轉數泵) 葉片出口角稍大，H變化時Q變化較大 用于那些經常需要調節(jié)Q而又不希望節(jié)流損失太大的場合(凝水泵、鍋爐給水泵) 3-1-3實測的定速特性曲線 駝峰形 葉片出口角較大 其Q一H曲線就比較平坦，而在小Q時撞擊損失又大，于是Q—H曲線就會出現駝峰 有駝峰形Q—H曲線的泵，工作時可能發(fā)生喘振 應盡量避免使用 適當限制葉片出口角和葉片數，即可避免出現駝峰 3-1-3實測的定速特性曲線 (2)Q-P曲線向上傾斜 即軸功率隨Q增大而增加。 在Q=0時 軸功率最�。�35％～50 ％） 這時泵的H(亦稱封閉揚程)也不很高 泵關閉排出閥起動電流較低，可減小電網電壓的波動 但封閉運轉時，效率為零，泵會發(fā)熱 3-1-4 管道特性曲線和泵的工況點 液體流過管道時所需的壓頭與流量間的函數關系 包括兩個部分 位置頭，壓力頭，與流量沒有關系 消費于克服管道阻力 下圖曲線A就是表明上述函數關系的管路特性曲線的一般形狀 3-1-4 管道特性曲線和泵的工況點 靜壓頭Hu是一條水平線 管路阻力h=Q2，是一條二次拋物線 傾斜程度取決于阻力 縱坐標起點位置取決于管路的靜壓頭 當管路阻力變化，如K值增加，曲線變陡 如靜壓頭變化，管路曲線相應向上平移 3-1-4 管道特性曲線和泵的工況點 將特性曲線和管路的特性曲線畫在一張圖上 Q—H曲線與管路特性曲線的交點即泵的工況點 點C工況產生的H正好等于液體以此工況的Q流過該管路時所需的壓頭 大多數離心泵的H—Q曲線是向下傾斜，其工況點是穩(wěn)定的 3-1-4 管道特性曲線和泵的工況點 如干擾使泵的Q增加 泵工況點右移至D 產生的HD將不能滿足較大Q流過該管路所需的HD’， 泵的流速和流量將隨之減少，直至回到Qc，即工況點回到C為止。 反之，Q減小，點左移，HD大于所需H，Q會增加，點又回到C。 可見，是穩(wěn)定工況點。 3-1-4 管道特性曲線和泵的工況點 如Q一H是駝峰形，管路特性與Q一H會有兩交點，靠左邊的是不穩(wěn)定工況點 當管路特性改變時，例如A’或A”，工況點也會相應變?yōu)镃’或C” 如泵特性曲線發(fā)生改變，工況點也會改變 同一泵在管路情況改變時Q將發(fā)生較大變化 泵在額定工況下效率最高，應盡可能使泵在額定工況點附近工作。 選擇題 74. 下列泵中理論流量與排出壓力有關的是 。 A 往復泵 B 葉片泵 C 螺桿泵 D 離心泵 75. 下列泵中必須設置安全閥的是 。 A 旋渦泵 B 齒輪泵 C 離心泵 D 水環(huán)泵 76. 離心泵的理論壓頭與 無關。 A 泵的幾何尺寸 B 葉輪的轉速 C 液體的種類 D 液體的流速 思考題 36，離心泵的水力損失的含義是什么?它包括哪幾部分損失? 37．為什么離心泵在設計工況運行時效率最高? 38，根據離心泵特性圖說明用節(jié)流調節(jié)法如何能減少流量。并指出節(jié)流造成的壓頭損失。 39．畫出離心泵特性圖說明回流閥開啟后，回流管路與主管路的合成特性曲線，并標出該 3-1-5離心泵額定揚程和流量的估算 離心泵的H與葉輪出口處的u2有很大關系。銘牌失落的離心泵可按經驗公式估算其額定揚程 式中，系數K：(1～1．5)X10-4 D2 葉輪外徑 排送冷水的離心泵，設計的進口流速大約在3m／s左右，因此其額定流量可按下面公式估算： 式中，D。為泵吸口直徑，（英寸） 3-1-6離心泵的優(yōu)點 1．流量連續(xù)均勻，工作平穩(wěn) Q容易調節(jié)。所適用的Q范圍很大，常用范圍5 —20000m3／h。 2．轉速高 可與電動機或汽輪機直接相連 結構簡單緊湊，尺寸和重量比同樣流量的往復泵小得多，造價低。 3，對雜質不敏感，易損件少，管理和維修較方便。 無論在陸上或船上，離心泵的數量和使用范圍超過了其它類型泵。 3-1-6離心泵的缺點 4．本身沒有自吸能力 為擴大使用范圍 在結構上采取特殊措施制造各種自吸式離心泵 在離心泵上附設抽氣引水裝置。 5．泵的Q隨工作揚程而變 H升高，Q減小 達到封閉揚程時，泵即空轉而不排液 不宜作滑油泵、燃油泵等要求Q不隨H而變的場合 3-1-6離心泵的缺點 6．揚程由D2和n決定的，不適合小Q、高H 這要求葉輪流道窄長，以致制造困難，效率太低。 離心泵產生的最大排壓有限，故不必設安全閥。 船用水泵和貨油泵大多用離心泵。壓載泵、艙底泵、油船掃艙泵等用具備自吸能力的離心泵IXn紅軟基地

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