离心铸造? 轴的另端穿过填料箱伸出泵壳

　　离心泵工作原理_幼儿读物_幼儿教育_教育专区。能源与动力 水泵与运行 李洪峰、谢建波 编制 联系方式： 离心泵 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

　　能源与动力 水泵与运行 李洪峰、谢建波 编制 联系方式： 离心泵 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5～7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 （delivery 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。 – 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 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 cr ?Q1 A ?Q ?DB??v 3-1-2 液体在叶轮中的流动情况 cr ?Q1 A ?Q ?DB??v – 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0.75～0.95)，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： Ht? ?u22 g ?u2c2r g ctg?2 由上图（叶片出口角对理论扬程的影响），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=u2／g， – 要提高H，必须增大D2或提高n – D2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8000～10000r／min – 单级泵的H通常不超过150m 离心泵H的t?扬?程ug22随?流u2g量c2r而c变tg?2 ? 当用径向叶片，即?2=90时, 即H与Q无关 H t? ? u 2 2 g ? 当用后弯叶片，即?2 90’时，ctg ?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H越和高n相同的离心泵，在Q相同时，?2（前弯）越大 ? 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与所运送流体的性质无关 （character） – 如果泵内是空气，空气密度仅为水的1／800左右，泵 能在吸排口间造成的压差就很小。 – 例它如只能H为在1吸00排m口的间水产泵生，1其.26排8送kP空a的气压时差达，到在同大样气的压H气下， 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 ? 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 流量-扬程曲线 ? 漏泄造成的ηv – 密封环内部漏泄和 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4％～10 ％ – Q—H曲线为考虑 了漏泄流量g后的 损失 3-1-3 流量-扬程曲线 流量-功率曲线 ? 根据Qt和Ht，求出泵的水力功率 Ph = ρgQtHt 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 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1％～5％，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致的能量损失 ? 约占轴功率的2％～10％ ? 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，求出每量时的效率 η = ρgQH/P ? 然后可得关系曲线 离心泵的定速特性曲线实测的定速特性曲线 ? 实际定速特性曲线是由制 造通过实验测定的。 (1)离心泵都用后弯叶片， 其Q—H曲线趋势下倾。 由于叶片出口角的不同， 曲线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Q—H曲线就 会出现驼峰 – 有驼峰形Q—H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)Q-P曲线向上倾斜 – 即轴功率随Q增大而 增加。 – 在Q=0时 ? 轴功率小（35％～ 50 ％） ? 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H管?H 道u时?? 所h需?z的?压pd头?r? g与ps流r?量K间2 Q 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 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 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 ? Q—H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H—Q曲 线是向下倾斜，其工况 点是稳定的 3-1-4 管道特性曲线和泵的工况点 ? 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， 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 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? 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H按?经K验n2公D式22 估算其额定扬程 式中，系数K：(1～1．5)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3m／ s左右，因此其额定流量可按下面公式估算： Q?5D02 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 — 20000m3／h。 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.水泵是否在工作曲线范围内 离心泵的汽蚀 一．离心泵汽蚀的危害 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 一、气蚀现象及危害 泵的流量大于设计流量时，压 力的部位在此。 泵的流量小于设计流量时，压 力的部位在此。 4 离心泵的汽蚀 cavitation 二、气蚀余量Δ 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 /ρg ）之差。又称NPSH 静正吸上水头（Net Positive Suction Head） 有效气蚀余量Δ ha ……泵工作时，实际具有的气蚀余量。 必需气蚀余量Δ hr ……为避免气蚀所必需的气蚀余量。 必需气蚀余量Δ 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Δ hc 加上0.3m。（ Δ hr＝ Δ hc+ 0.3m） 必需气蚀余量Δ hr取决于泵的结构型式和流量。 必需气蚀余量Δ hr和允许吸上真空高度Ｈｓ均由试验得出，均来表示泵的吸入 性能好坏。 第五节 离心泵的汽蚀 cavitation 三、气蚀特性曲线 H 当有效气蚀Δha降到低于必需气蚀余 量Δhr时，产生噪音、振动、压头明 显降低，称不稳定气蚀区。 当有效气蚀Δha进一步降低，噪音和 振动并不强烈，压头和流量脉动消 失，特性曲线呈一条下垂线，称“断 裂工况”，也称“稳定气蚀”。 H Δhr Δha Q 第五节 离心泵的汽蚀 cavitation 三、气蚀特性曲线 H 不同的吸高Zs（Zs3 Zs3 Zs3） 吸高Zs越大，有效气蚀余量Δha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。 Zs3 Zs2 Zs1 H Δhr } ΔhaΔ3 ha2 Δha1 有效气蚀余量Δha Q 离心泵的汽蚀 cavitation 四、防止气蚀的措施 １．避免发生气蚀的措施 １）降低液体温度（使对应的液体饱和压力降低）； ２）减小吸上高度或变净正吸入为灌注吸入（使吸口压力增大）； ３）降低吸入管阻力（采用粗而光滑的吸管，减少管路附件等）； ４）关小排出阀或降低泵转速（降低流量）。 ２．提高泵抗蚀性能的措施 １）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）； ２）采用抗蚀材料（铝铁青铜、2Gr13、稀土合金铸铁、高镍铬合 金）； ３）叶轮表面光滑，叶片流道圆滑。 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。 离心泵的相似理论和比转数 2.离心泵的相似条件 确定两台泵液体流动相似，必须满足三个条件： （1） 几何相似 两泵过流部分各相应的几何尺寸比值相等: D D1 1 ?D D2 2 ?D D3 3 ?D D4 4 ?????常数 两泵同名安装角、叶片数、和厚度相等： z?z ? 1A ??1A ? 2A ??2A 离心泵的相似理论和比转数 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： c c1 1 ?c c2 2 ?w w 1 1 ?w w 2 2 ?u u1 1 ?u u2 2 ?D D 1 1 n n 两泵叶轮同名点速度三角形相似： ?1 ? ?1 ?2 ? ?2 ?1 ??1 ?2 ??2 ☆ 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。 离心泵的相似理论和比转数 2.离心泵的相似条件 （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。 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ηv = η’v ，可得： Q? ?D2B2?2c2r?v Q ?D2B2?2c2r?v Q Q ? ???? D2 D2 ???3 ? ? n n 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。 2. 扬程相似关系 2 2 H H ????? D2 D2 ???? ????? n2 n2 ???? 3. 功率相似关系 5 3 P P ????? D2 D2 ???? ????? n2 n2 ???? 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。 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。 Q1 ? n1 Q2 n2 H1 ? ( n1 )2 H 2 n2 N1 ? ( n1 )3 N2 n2 第三节 离心泵的相似理论和比转数 4.离心泵的比转数 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: nQ ns ? 3.65 H3/ 4 ? 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n—r／min；流量Q — m3／s:扬程H — m 国际标准中，以型式数K来代替比转数ns。 K ? 2π 60 nQ 3 gH 4 ns?19.2K 3; K?0.005n 1s 759 1）ns小的泵，叶片 较“窄长”，反之相 反； 2）ns小的泵，H/Q 的比值较大，反之 相反； 3）ns小的泵，H～Q 曲线较平坦，反之相 反； 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
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