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1、1/62第二章 流体输送机械流体输送机械第1页/共48页2/62第二章 流体输送机械按泵的工作原理分:特点：依靠旋转的叶片向液体传送机械能 特点：机械内部的工作容积不断发生变化。第2页/共48页3/62第一节 离心泵一、离心泵的构造和工作原理1、离心泵的构造：思考：u为什么叶片弯曲？u泵壳呈蜗壳状？请点击观看动画答案见后面的内容第3页/共48页4/62一、离心泵的构造和工作原理2、离心泵的工作原理请点击观看动画请点击观看动画思考：流体在泵内都获得了哪几种能量？其中哪种能量占主导地位？思考：泵启动前为什么要灌满液体气缚现象答案：动能和静压能，其中静压能占主导第4页/共48页5/62二离心泵主要构
2、件的结构及功能1叶轮闭式叶轮的内漏最小，故效率最高，敞式叶轮的内漏最大。但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象请点击观看动画思考：三种叶轮中哪一种效率高？叶轮是离心泵的心脏部件，有2 至6 片弯曲的叶片。第5页/共48页6/62二离心泵主要构件的结构及功能思考：泵壳的主要作用是什么？2泵壳汇集液体，并导出液体；能量转换装置（动能变静压能）呈蜗牛壳状 思考：为什么导轮的弯曲方向与叶片弯曲方向相反？3导轮请点击观看动画答案见后面的内容固定不动 第6页/共48页7/62二离心泵主要构件的结构及功能4.轴封装置填料如浸油或渗涂石墨的石棉带、碳纤维、氟纤维和膨胀石墨等，请点击观看动画-减少泵内高压液体外
3、流，或防止空气侵入泵内。由两个光滑而密切贴合的金属环形面构成，动环随轴转动，静环装在泵壳上固定不动，二者在泵运转时保持紧贴状态以防止渗漏。填料不能压得过紧，也不能压得过松，应以压盖调节到有液体成滴状向外渗透。请点击观看动画 对于输送酸、碱的离心泵，密封要求比较严，多用机械密封。第7页/共48页8/62三离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数铭牌第8页/共48页9/62三离心泵的主要性能参数转速H，又称扬程，泵对单位重量流体提供的有效能量，m。可用如图装置测量。Q，泵单位时间实际输出的液体量，m3/s或m3/h。可测量。n，单位或在泵进口b、泵出口 c 间列机械能衡算式：v流量v压头第9页/共
4、48页10/62三离心泵的主要性能参数理论压头-理想情况下单位重量液体所获得的能量称为 理论压头，用H 表示。泵的压头H与影响因素的关系式只能由实验测定，但理想情况下的关系式则可理论推导得到。思考：由（1）、（2）可以得出什么结果？第10页/共48页11/62理论压头H 在1与2之间列伯努利方程式，得：理论压头H 产生的原因：原因一：离心力作功1 kg液体受到的离心力为：第11页/共48页12/62理论压头H 在1与2之间列伯努利方程式，得：理论压头H 原因二：液体由1流到2时，由于流动通道逐渐扩大，w逐渐变小，这部分能量将转化为静压能。第12页/共48页13/62理论压头H 液体在高速旋转的
5、叶轮中的运动分为2种:周向运动：沿叶片表面的运动：处处与叶片相切，速度wu2u1w1w2思考：u1、u2孰大？w1、w2孰大？根据余弦定理可知：第13页/共48页14/62理论压头H 12u22u1w1w2理论压头H 离心泵设计中，一般都使设计流量下的1=90则cos1=0。于是 r2b2c2uc2c2rc2uc2r第14页/共48页15/62理论压头H 12u22u1w1w2理论压头H r2b2c2uc2c2rc2uc2r思考：与H有关的因素有哪些？分别是怎样的关系？讨论：（1）H与流量Q、叶轮转速、叶轮的尺寸和构造（r2、b2、2）有关；（2）叶轮直径越大、转速越大，则H越大；第15页/共
6、48页16/62叶片后弯，20，即H随流量增大而减小；叶片径向，2=90，ctg2=0，即H不随流量而变化；叶片前弯，290，ctg290第16页/共48页17/62理论压头H 似乎泵设计时应取前弯叶片，因其H 为最高。但实际上泵的设计都采用后弯叶片。Why？c2w2u2后弯叶片c2w2u2径向叶片c2w2u2前弯叶片c2小，泵内流动阻力损失小回忆：思考：为什么叶片弯曲？泵壳呈蜗壳状？思考：为什么导轮的弯曲方向与叶片弯曲方向相反？第17页/共48页18/62理论压头H（4）理论压头H与液体密度无关。这就是说，同一台泵无论输送何种密度的液体，对单位重量流体所能提供的能量是相同的。第18页/共48
7、页19/62实际压头H实际压头比理论压头要小。具体原因如下：此损失只与叶片数、液体黏度等有关，与流量几乎无关。（1）叶片间的环流运动请点击观看动画 考虑这一因素后，图中理论压头线a变为直线b。b第19页/共48页20/62实际压头H（2）阻力损失 考虑到这项损失后，压头线变为曲线c。此损失可近似视为与流速的平方呈正比。bc第20页/共48页21/62实际压头H（3）冲击损失 在设计流量下，此项损失最小。流量若偏离设计量越远，则冲击损失越大。设计流量bcd 考虑到这项损失后，压头线应为曲线d。第21页/共48页22/62三离心泵的主要性能参数轴功率和效率轴功率，用N表示，单位W 或kW效率，无量
8、纲有效功率Ne=msweQgH，单位W 或kW 三者关系（如图）：第22页/共48页23/62三离心泵的主要性能参数轴功率和效率NNe机械损失容积损失水力损失小型水泵：一般为5070%大型泵：可达90%以上（1）容积损失：（2）水力损失（3）机械损失内漏与效率有关的各种能量损失：环流损失、阻力损失和冲击损失 泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦第23页/共48页24/62三离心泵的主要性能参数允许汽蚀余量将在后面介绍。第24页/共48页25/62四离心泵的特性曲线NQ曲线Q曲线 测定条件：固定转速，20C清水 上述这些主要性能参数间的关系无法理论推得，一般由厂家测定，并用曲线表示出来，称为离
9、心泵特性曲线。常用的共有三条线，如图。HQ曲线第25页/共48页26/62四离心泵的特性曲线设计点最高效率58区域为泵高效区由图可见：Q，H ，N，有最大值（设计点）。思考：离心泵启动时出口阀门应关闭还是打开，why？为什么Q0时，N0？第26页/共48页27/62离心泵特性曲线的影响因素v液体性质 密度:黏度:Why？当比20清水的大时，H，N，实验表明，当20倍清水的黏度（20）时，对特性曲线的影响很小，可忽略不计。对HQ曲线、Q曲线无影响，但故，NQ曲线上移。第27页/共48页28/62离心泵特性曲线的影响因素v 叶轮转速 当转速变化不大时（小于20%），利用出口速度三角形相似的近似假定
10、，可推知：若不变，则比例定律思考：若泵在原转速n下的特性曲线方程为H=A+BQ2，则新转速n下泵的特性曲线方程表达式？第28页/共48页29/62离心泵特性曲线的影响因素泵在原转速n下的特性曲线方程转速增大第29页/共48页30/62离心泵特性曲线的影响因素v 叶轮直径当叶轮直径因切割而变小时，若变化程度小于20%，则若不变，则思考：若泵在原叶轮直径下的特性曲线方程为H=A+BQ2，则叶轮切割后泵的特性曲线方程表达式？注意：教材式（2-15）、（2-16c）有误第30页/共48页31/62五、离心泵的工作点与流量调节泵-供方管路-需方匹配：1、管路特性曲线泵提供的流量=管路所需的流量泵提供的压
11、头H=管路所需的压头he-管路所需压头he与流量关系曲线对如图所示的管路列机械能衡算式：第31页/共48页32/62五、离心泵的工作点与流量调节管路特性方程完全湍流时，与流量无关与流量有关第32页/共48页33/62五、离心泵的工作点与流量调节2、流量调节 调节阀门（改变曲线中的B）改变n、切割叶轮阀门开大阀门关小工作点两种方法缺点：多耗动力，并可能使泵低效率区工作优点：迅速、方便，可在某一最大流量与零之间随意变动。不经常改变流量时用，大中型泵的流量调节倾向于首先考虑采用这一技术 第33页/共48页34/62习题课-根据流量、压头选泵 将流量、压头裕量控制在10%左右。第34页/共48页35/
12、62设计型问题计算举例【例】要用泵将水送到15 m高之处，最大流量为80 m3h-1。此流量下管路的压头损失为3 m。试在IS 型泵中，选定合用的一个。【解】题中已给出最大流量为：Q=80 m3h-1取he的1.051.1倍则为18.919.8m。查图2-18得：IS100-80-125，n2900 rmin-1另：IS125-100-250，n1450 rmin-1泵虽同样合用，但泵体较大，一般情况下都选前者。第35页/共48页36/62操作型问题计算举例【例】某离心泵工作转速为（转/min），其特性曲线方程为H=300.01V2。当泵的出口阀全开时，管路特性曲线方程为he=100.04V2
13、，式中V的单位为m3/h，H及he的单位均为m。求：（1）阀全开时，泵的输水量为多少？（2）要求所需供水量为上述供水量的75%时：a若采用出口阀调节，则多损失的压头为多少m水柱？b若采用变速调节，则泵的转速应为多少？【解】（1）第36页/共48页37/622015Hhe(2)多损失的压头为多少m水柱？a.采用调节出口阀门的方法多损失的泵特性曲线方程管路特性曲线方程第37页/共48页38/62泵特性曲线方程管路特性曲线方程b.采用调节转速的方法，则泵的转速应为多少？2015注意：以下解法错误!新转速下泵的特性曲线方程为：因为比例定律只适用于泵，而不能用于由泵和管路特性曲线共同决定的工作点（管路特
14、性曲线过坐标原点时除外）。he第38页/共48页39/62六、离心泵的安装高度ZS1、什么是安装高度？泵轴与吸液方液面间的垂直高度，称为安装高度，用ZS表示。可正可负。思考：安装高度为什么受限制？第39页/共48页40/62六、离心泵的安装高度ZS思考：安装高度为什么受限制？为避免汽蚀现象，安装高度必须加以限制，即存在最大安装高度ZS,max。汽蚀现象：叶片背面 当pkpv 时，K处发生部分汽化现象。叶片表面产生蜂窝状腐蚀；泵体震动，并发出噪音；流量、压头、效率都明显下降；严重时甚至吸不上液体。第40页/共48页41/62六、离心泵的安装高度ZS2、最大安装高度ZS,max和允许汽蚀余量h允许
15、 刚好发生汽蚀时，pkpv，pe达到最小值pe,min。在s-s面、e-e面间列机械能衡算：最小汽蚀余量又称最小净正吸上高度（NPSH，Net Positive Suction Head）第41页/共48页42/62六、离心泵的安装高度ZS一般规定，允许汽蚀余量h允许是泵的特性参数之一，由厂家测定。hmin的实验测定：用20清水测定。以泵的扬程较正常值下降3%作为发生汽蚀的标志，测定泵刚好发生汽蚀时的pe即可。-最小汽蚀余量实际的安装高度还应比允许值低0.51m。第42页/共48页43/62六、离心泵的安装高度ZS当输送条件与测定条件不同时，则要对h允许值进行校正。求校正系数的曲线载于泵的说明
16、书中。校正系数常小于1，故为简便计，也可不校正，而将其视为外加的安全因数。h允许的校正：第43页/共48页44/62七、离心泵的类型、选用、安装与操作类型：不下百种 请点击观看动画第44页/共48页45/62七、离心泵的类型、选用、安装与操作高效区选用原则：定类型-根据流体性质及操作条件 定规格-根据流量、压头大小，高效返回目录第45页/共48页46/62第二章 小结设计型、操作性问题计算第46页/共48页47/62第三版第18次印刷的教材更正习题2-6第二行：“压力降”改为“压力损失”答案改为：IH40-32-160，2.07 kW 习题2-3答案：34.75改为34.76习题2-9答案：1505转min-1 第47页/共48页48/62感谢您的观看！第48页/共48页