离心泵的工作原理及性能参数张品权.docx

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离心泵的工作原理及性能参数张品权

离心泵的工作原理

HPK型单级单吸卧式热水离心泵

   1离心泵的工作原理

   叶轮安装在泵壳2内，并紧固在泵轴3上，泵轴由电机直接带动。

泵壳中央有一液体吸入4与吸入管5连接。

液体经底阀6和吸入管进入泵内。

泵壳上的液体排出口8与排出管9连接。

   在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体；启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动。

在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。

在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。

液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。

可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。

   2气缚现象

   当泵壳内存有空气，因空气的密度比液体的密度小得多而产生较小的离心力。

从而，贮槽液面上方与泵吸入口处之压力差不足以将贮槽内液体压入泵内，即离心泵无自吸能力，使离心泵不能输送液体，此种现象称为“气缚现象”。

   为了使泵内充满液体，通常在吸入管底部安装一带滤网的底阀，该底阀为止逆阀，滤网的作用是防止固体物质进入泵内损坏叶轮或防碍泵的正常操作。

   二、离心泵的主要部件

   主要部件有叶轮、泵壳和轴封装置。

   1叶轮

   叶轮的作用是将原动机的机械能直接传给液体，以增加液体的静压能和动能（主要增加静压能）。

   叶轮一般有6~12片后弯叶片。

   叶轮有开式、半闭式和闭式三种，如图2－2所示。

   开式叶轮在叶片两侧无盖板，制造简单、清洗方便，适用于输送含有较大量悬浮物的物料，效率较低，输送的液体压力不高；半闭式叶轮在吸入口一侧无盖板，而在另一侧有盖板，适用于输送易沉淀或含有颗粒的物料，效率也较低；闭式叶轮在叶轮在叶片两侧有前后盖板，效率高，适用于输送不含杂质的清洁液体。

一般的离心泵叶轮多为此类。

   叶轮有单吸和双吸两种吸液方式。

   2泵壳

   作用是将叶轮封闭在一定的空间，以便由叶轮的作用吸入和压出液体。

泵壳多做成蜗壳形，故又称蜗壳。

由于流道截面积逐渐扩大，故从叶轮四周甩出的高速液体逐渐降低流速，使部分动能有效地转换为静压能。

泵壳不仅汇集由叶轮甩出的液体，同时又是一个能量转换装置。

   3轴封装置

   作用是防止泵壳内液体沿轴漏出或外界空气漏入泵壳内。

   常用轴封装置有填料密封和机械密封两种。

   填料一般用浸油或涂有石墨的石棉绳。

机械密封主要的是靠装在轴上的动环与固定在泵壳上的静环之间端面作相对运动而达到密封的目的。

离心泵的主要性能参数

一、流量Q（m3/h或m3/s）

   离心泵的流量即为离心泵的送液能力，是指单位时间内泵所输送的液体体积。

   泵的流量取决于泵的结构尺寸（主要为叶轮的直径与叶片的宽度）和转速等。

操作时，泵实际所能输送的液体量还与管路阻力及所需压力有关。

   二、扬程H（m）

   离心泵的扬程又称为泵的压头，是指单体重量流体经泵所获得的能量。

   泵的扬程大小取决于泵的结构（如叶轮直径的大小，叶片的弯曲情况等、转速。

目前对泵的压头尚不能从理论上作出精确的计算，一般用实验方法测定。

   泵的扬程可同实验测定，即在泵进口处装一真空表，出口处装一压力表，若不计两表截面上的动能差（即Δu2/2g=0），不计两表截面间的能量损失（即∑f1-2=0），则泵的扬程可用下式计算

   注意以下两点：

（1）式中p2为泵出口处压力表的读数（Pa）；p1为泵进口处真空表的读数（负表压值，Pa）。

（2）注意区分离心泵的扬程（压头）和升扬高度两个不同的概念。

   扬程是指单位重量流体经泵后获得的能量。

在一管路系统中两截面间（包括泵）列出柏努利方程式并整理可得

   式中H为扬程，而升扬高度仅指Δz一项。

   例2-1　现测定一台离心泵的扬程。

工质为20℃清水，测得流量为60m/h时，泵进口真空表读数为-0.02Mpa，出口压力表读数为0.47Mpa（表压），已知两表间垂直距离为0.45m若泵的吸入管与压出管管径相同，试计算该泵的扬程。

   解　由式 

   查20℃，

   h=0.45m

   p=0.47Mpa=4.7*10Pa

   p=-0.02Mpa=-2*10Pa

   H=0.45+  

 =50.5m

   三、效率

   泵在输送液体过程中，轴功率大于排送到管道中的液体从叶轮处获得的功率，因为容积损失、水力损失物机械损失都要消耗掉一部分功率，而离心泵的效率即反映泵对外加能量的利用程度。

   泵的效率值与泵的类型、大小、结构、制造精度和输送液体的性质有关。

大型泵效率值高些，小型泵效率值低些。

   四、轴功率N（W或kW）

   泵的轴功率即泵轴所需功率，其值可依泵的有效功率Ne和效率η计算，即

（kW）

离心泵特性曲线及其应用

离心泵的特性曲线是将由实验测定的Q、H、N、η等数据标绘而成的一组曲线。

此图由泵的制造厂家提供，供使用部门选泵和操作时参考。

   不同型号泵的特性曲线不同，但均有以下三条曲线：

（1）H-Q线 表示压头和流量的关系；

（2）N-Q线 表示泵轴功率和流量的关系；

   （3）η-Q线  表示泵的效率和流量的关系；

   （4）泵的特性曲线均在一定转速下测定，故特性曲线图上注出转速n值。

   离心泵特性曲线上的效率最高点称为设计点，泵在该点对应的压头和流量下工作最为经济。

离心泵铭牌上标出的性能参数即为最高效率点上的工况参数。

   离心泵的性能曲线可作为选择泵的依据。

确定泵的类型后，再依流量和压头选泵。

   例2-2　用清水测定一台离心泵的主要性能参数。

实验中测得流量为10m3/h，泵出口处压力表的读数为0.17MPa（表压），入口处真空表的读数为-0.021Mpa，轴功率为1.07KW，电动机的转速为2900r/min，真空表测压点与压力表测压点的垂直距离为0.2m。

试计算此在实验点下的扬程和效率。

   解　泵的主要性能参数包括转速n、流量Q、扬程H、轴功率N和效率。

直接测出的参数为

   转速　n=2900r/min

   流量　Q＝10m3/h=0.00278m3/s

   轴功率　N＝1.07KW

   需要进行计算的有扬程H和效率。

   用式

   计算扬程H，即

   已知：

   于是

   二、影响离心泵性能的主要因素

   1液体物理性质对特性曲线的影响

   生产厂所提供的特性曲线是以清水作为工作介质测定的，当输送其它液体时，要考虑液体密度和粘度的影响。

（1）粘度当输送液体的粘度大于实验条件下水的粘度时，泵体内的能量损失增大，泵的流量、压头减小，效率下降，轴功率增大。

（2）密度 离心泵的体积流量及压头与液体密度无关，功率则随密度增大而增加。

   2离心泵的转速对特性曲线的影响

   当液体粘度不大，泵的效率不变时，泵的流量、压头、轴功率与转速可近似用比例定律计算，即

   式中：

Q1、H1、N1离心泵转速为n1时的流量、扬程和功率。

         Q2、H2、N2离心泵转速为n2时的流量、扬程和功率。

   上面的一组公式称为比例定律。

当转速变化小于20%时，可认为效率不变，用上工进行计算误差不大。

    若在转速为n1的特性曲线上多选几个点，利用比例定律算出转速为n2时相应的数据，并将结果标绘在坐标纸上，就可以得到转速为n2时的特性曲线。

   3叶轮直径对特性曲线的影响

   当泵的转速一定时，其扬程、流量与叶轮直径有关。

下面为切割定律。

   式中：

Q1、H1、N1离心泵转速为在D1时的流量、扬程和功率。

   Q2、H2、N2离心泵转速为D2时的流量、扬程和功率。

离心泵的工作原理

离心泵的主要过流部件有吸水室、叶轮和压水室。

吸水室位于叶轮的进水口前面，起到把液体引向叶轮的作用；压水室主要有螺旋形压水室（蜗壳式）、导叶和空间导叶三种形式；叶轮是泵的最重要的工作元件，是过流部件的心脏，叶轮由盖板和中间的叶片组成。

离心泵工作前，先将泵内充满液体，然后启动离心泵，叶轮快速转动，叶轮的叶片驱使液体转动，液体转动时依靠惯性向叶轮外缘流去，同时叶轮从吸入室吸进液体，在这一过程中，叶轮中的液体绕流叶片，在绕流运动中液体作用一升力于叶片，反过来叶片以一个与此升力大小相等、方向相反的力作用于液体，这个力对液体做功，使液体得到能量而流出叶轮，这时液体的动能与压能均增大。

为何离心泵启动时要关闭出口阀

因离心泵启动时，泵的出口管路内还没水，因此还不存在管路阻力和提升高度阻力，在泵启动后，泵扬程很低，流量很大，此时泵电机（轴功率）输出很大（据泵性能曲线），很容易超载，就会使泵的电机及线路损坏，因此启动时要关闭出口阀，才能使泵正常运行。

离心泵的汽蚀现象与安装高度

一、离心泵的汽蚀现象

   离心泵的汽蚀现象是指被输送液体由于在输送温度下饱和蒸汽压等于或低于泵入口处（实际为叶片入口处的）的压力而部分汽化，引起泵产生噪音和震动，严重时，泵的流量、压头及效率的显著下降，显然，汽蚀现象是离心泵正常操作所不允许发生的。

避免汽蚀现象发生的关键是泵的安装高度要正确，尤其是当输送温度较高的易挥发性液体时，更要注意。

   二、离心泵的安装高度Hg

   允许吸上真空高度Hs是指泵入口处压力p1可允许达到的最大真空度

   根据Hs计算的安装高度公式为

   而实际的允许吸上真空高度Hs值并不是根据式

计算的值，而是由泵制造厂家实验测定的值，此值附于泵样本中供用户查用。

位应注意的是泵样本中给出的Hs值是用清水为工作介质，操作条件为20℃及及压力为1.013×105Pa时的值，当操作条件及工作介质不同时，需进行换算。

（1）输送清水，但操作条件与实验条件不同，可依下式换算

   Hs1＝Hs＋（Ha－10.33）－（Hυ－0.24）

（2）输送其它液体当被输送液体及反派人物条件均与实验条件不同时，需进行两步换算：

第一步依上式将由泵样本中查出的Hs1；第二步依下式将Hs1换算成H΄s

   最后再将H΄s代入

   计算出安装高度。

   2汽蚀余量Δh

   对于油泵，计算安装高度时用汽蚀余量Δh来计算，即

   用汽蚀余量Δh由油泵样本中查取，其值也用20℃清水测定。

若输送其它液体，亦需进行校正，详查有关书籍。

   从安全角度考虑，泵的实际安装高度值应小于计算值。

又，当计算之Hg为负值时，说明泵的吸入口位置应在贮槽液面之下。

   例2-3　某离心泵从样本上查得允许吸上真空高度Hs=5.7m。

已知吸入管路的全部阻力为1.5mH2O，当地大气压为9.81×104Pa，液体在吸入管路中的动压头可忽略。

试计算：

（1）输送20℃清水时泵的安装；

（2）改为输送80℃水时泵的安装高度。

   解：

（1）输送20℃清水时泵的安装高度

   已知：

Hs=5.7m

        Hf0-1=1.5m

         u12/2g≈0

   当地大气压为9.81×104Pa，与泵出厂时的实验条件基本相符，所以泵的安装高度为

   Hg=5.7-0-1.5=4.2m。

（2）输送80℃水时泵的安装高度

   输送80℃水时，不能直接采用泵样本中的Hs值计算安装高度，需按下式对Hs时行换算，即

   Hs1＝Hs＋（Ha－10.33）－（Hυ－0.24）

   已知Ha=9.81×104Pa≈10mH2O，由附录查得80℃水的饱和蒸汽压为47.4kPa。

   Hv=47.4×103Pa＝4.83mH2O

   Hs1＝5.7+10－10.33－4.83+0.24=0.78m

   将Hs1值代入式中求得安装高度

   Hg=Hs1－Hf0-1=0.78－1.5=－0.72m

   Hg为负值，表示泵应安装在水池液面以下，至少比液面低0.72m。