1、泵的基础知识,2019年10月21日,第一节 泵的基础知识 第二节 离心泵典型结构与工作原理 第三节 离心泵的工作特性 第四节 其它泵概述 第五节 泵的选用,泵的概念通常把提升液体、输送液体或给液体增加压力，即将原动机的机械能转化为液体能量的机器统称为泵。现在，泵作为一种通用机械，在国民经济各个领域中都得到了广泛的应用。农业的灌溉和排涝，城市的给水和排水都需要泵。在工业生产的各个部门中，泵更是不可缺少的设备。,例如在城市的高楼中需要变频供水泵装置、消防泵、喷淋泵、管道泵、多级泵、热水屏蔽泵等。在动力工业中需要锅炉给水泵、强制循环泵、循环水泵、冷凝泵、灰渣泵、疏水泵等；在化学工业中需要耐腐蚀泵、
2、流程泵、屏蔽泵、磁力泵、计量泵等。以前，泵只是用来输送常温清水，所以称为水泵。现在，泵除了可以输送各种常温液体外，还可以输送温度高达400甚至600的液体和液态金属；也可以输送温度为零下200左右的液态氧、液态氢等低温液体。,叶片泵,泵,往复泵,容积泵,真空泵,其他类型泵,电动泵,汽动泵,柱塞(活塞)泵、隔膜泵,计量泵,单作用,双作用,(单缸、双缸),单缸,双缸,转子泵,齿轮泵、螺杆泵、罗茨泵、滑片泵、扰性叶轮泵、凸轮泵,往复真空泵,旋片真空泵,水环真空泵,喷射真空泵,射流泵、空气升液泵、电磁泵、水轮泵,2. 泵的分类,(图),(图),(图),(图),单吸泵、双吸泵,单级泵、双级泵,蜗壳式泵、
3、分段式泵,立式泵、卧式泵,屏蔽泵、磁力泵,高速泵、部分流泵,软轴泵,自吸泵,液下泵,潜水泵,叶片泵,离心泵,漩涡泵,单级泵、多级泵,离心漩涡泵,自吸漩涡泵,混流泵,蜗壳式,导叶式,轴流泵,(图),(图),(图),泵的其它分类,按泵轴位置,卧式泵立式泵,按泵体位置,液下泵 深井泵 潜水泵 管道泵,按用途,增压泵 计量泵 比例泵 流程泵 汇流泵 循环泵 成品泵 补给泵 化学反映泵 助剂注射泵,图,图,图,图,A. 泵流量(capacity) 泵流量是单位时间内从泵排出并进入管路的液体体积。一般指的流量均为体积流量。用符号Q表示，单位为m3/h或L/s。,C泵转速(rotating speed) 泵
4、转速是泵轴旋转的速度，即单位时间内泵轴旋转的次数。用符号n表示，单位r/min或s-1。,3. 基本参数(Basic Performance Parameters),B. 扬程(head)泵的扬程是单位质量液体通过泵后的能量增值。其值等于单位质量液体在泵出口处的能量减去泵进口处的能量。用符号H表示，单位为m。,式中 Pu 泵输出功率，W； 泵输送液体的密度kg/m3 ； Q泵流量；m3/s H扬程，m。,D. 泵轴功率(brake power)、泵输出功率(output power) 泵轴功率通常指输入功率，即泵轴所接受的功率。用符号Pa表示，单位为W.,泵传递给输出液体的功率称为泵输出功率，
5、又称为有效功率。它表示单位时间内泵输送出去的液体从泵中获得的有效能量。用符号表示，单位为W，用下式计算：,E. 泵效率(efficiency)泵轴功率和输出功率之差是泵内的损失功率，其大小用泵效率来计量。泵效率为泵输出功率与泵轴功率之比，用符号 表示，并用小数或百分比表示，泵效率的表达式为,F. 汽蚀余量(net positive suction head) 泵入口处，单位质量液体所具有的超过该温度下饱和蒸汽压的富裕能量，这是反映泵吸入性能的主要参数，习惯用符号 h 表示，单位为m。国外称此为净正吸入压头，用NPSH表示。最近已在国内等效采用，被编入国家标准的有关部分。,4. 名词术语,粘性系
6、数（粘度） 运动粘度 冲角 失速 汽蚀 喘振 水锤（水击） 脱流 灌泵,液封 暖泵 预旋 基准面 蜗形体 比转数 轴面 轴面投影 轴面截线,A.粘性系数流体层相互滑动的剪应力与剪切速度变化率的比例常数，用下式表示：,粘度Pas,剪应力N/m2,剪切速度变化率，1/s,B.运动粘度 用下式表示的液体所固有的物理量,运动粘度m2/s,粘度N s/m2,密度 kg/m3,C.冲角流体流入翼形的速度方向和翼弦形成的角。单位：度。,D.失速 冲角过大时，液流在翼面或叶片表面上产生显著分离现象。,E.汽蚀 流动着的液体由于局部压力降低而产生气泡的现象。泵发生汽蚀时，在汽蚀部位会引起对机件的侵蚀，进一步发展
7、造成扬程下降，产生振动、噪声等。,F.喘振 管路系统（包括泵）由于流量小而引起液流在泵内脱流而形成的自振，表现为压力、流量周期性变化，泵和管路产生激烈振动和低沉噪声。,G.水锤（水击） 管路系统（包括泵）由于流量急剧变化而引起的较大压力波动。,H.脱流 接近物体表面的液流不是沿着物体表面流动而产生逆流或死区的现象。,I.灌泵 启动前向泵内和吸入管内注如入液体。,J.液封 在轴封部位注入液体，以防止大气进入泵内。,K.暖泵 对于高温用泵，启动前对泵和管路进行加热。,L.预旋 由于不正常的进口条件和不合理的吸入流道形状，在叶轮进口前吸入管的某一位置处引起螺旋形液流的现象。,离心式 通过由叶轮叶片进
8、口边的外端所描绘的圆的 中心的水平面 往复式 卧式包含液缸中心线的水平面。立式包含行程中点（S/2）的水平面。,叶轮外圆侧直接形成的具有蜗形的壳体。,M.基准面,（图）,N.蜗形体,（图）,O.比转数 判断动力型泵水力特征的相似准数，是一种泵分类的准则。用下式定义：,比转数,泵的转速r/min,扬程，m,P.轴面 通过轴心线的平面。,将叶轮流道用圆柱投影法投影在轴面上。,R.轴面截线,流量m3/s,Q.轴面投影,（图）,轴面与叶片的交线。,（图）,思考：,1、按照能量施加与液体的原理，泵可分为哪两大类型？各有什么特点？适用于什么范围？,2、试说明柱塞泵、隔膜泵、螺杆泵分别属于什么类型，什么形式
9、的泵，为什么？,3、试说明自吸泵、旋涡泵、磁力驱动泵分别属于什么类型，什么形式的泵，为什么？,4、深井泵、液下泵，潜水泵的泵体与电机的位置各有什么不同？,基准面：,柱塞式计量泵,双隔膜计量泵,离心泵基本组成,双螺杆泵,三螺杆泵,饶性件泵叶轮,滑片泵结构,内啮和外啮齿轮泵,轴面投影,平面投影,第二节 离心泵典型结构与工作原理,一、离心泵的工作原理,二、离心泵的分类,四、离心泵命名方式,七、离心泵的各种损失,五、离心泵的性能参数及基本方程,六、有限叶片数对理论扬程的影响,三、离心泵典型结构和主要零部件,一、离心泵的工作原理,按吸入方式,单吸,双吸,按级数,单级,多级,按主轴方向,卧式,立式,斜式,
10、二、离心泵的分类,按液体流出叶轮方向,离心式,轴流式,混流式,旋涡式,图,图,图,按叶片安装方法,可调叶片,固定叶片,按壳体剖分方式分,分段式,中开式,按泵体形式分,蜗壳泵,透平泵,筒式泵,一些特殊结构的离心泵,潜水泵 液下泵 管道泵 自吸式泵 屏蔽泵,图,三、离心泵典型结构和主要零部件,1、典型结构,2、主要零部件,单级悬臂泵,1、典型结构,单级双吸泵,多级泵,立式泵,2、主要零部件：,吸 入 室,叶 轮,轴,压出室,密封装置,轴向力平衡装置,闭式（输送不含杂质的液体，效率高；造价高）半开式（输送易于沉淀或含有固体颗粒的液体）开式（输送沙浆、污水、含纤维液体；效率低，叶 片数可少到2-4片）
11、,材料：铸铁；青铜；钢,叶轮在轴上的,（1）叶轮：作功部件,图,安装方式,结构型式：,离心泵转能装置-蜗壳与导叶,蜗壳（螺旋形泵体）是单级泵转能装置，其形状应使流体流过的损失小，并且断面逐渐扩大,（图）,多级泵采用导叶，末级之后采用蜗壳。导叶是使液体按规定方向流动，或使它的部分速度转化为压力能的具有叶片的零件。由正向导叶和反向导叶组成,导叶,密封,内部泄漏 外部泄漏,内密封,外密封,外密封（轴封）：,（结构简单、易于制造；用于普通水泵和一般化工泵；效果较差；泄漏量大，需经常更换填料， ）,（由垂直于主轴的两个光制的、精密的平面在弹性元件及密封液体压力的作用下相互紧帖并作相对运动而构成的动密封装
12、置。效果好；使用寿命长；造价高）,（非接触式离心密封，输送高（低）温、易燃、易爆、强腐蚀且含颗粒的液体）,填料密封,机械密封,副叶轮密封,轴向力平衡,开平衡孔,平衡叶片,双吸叶轮,卸荷盘,平衡盘,叶轮对称排列,单级：,多级：,四、离心泵的命名方式,国产离心泵的系列化、通用化和标准化按汉语拼音方案编制的，将离心泵按用途及输送液体性质分成水泵及专用泵。水泵输送水及粘度、化学性质和水相近的液体，专用泵指输送悬浮液及腐蚀性等液体用泵。,编制方法一律采用大写汉语拼音及阿拉伯数字,国产离心泵的系列化,泵吸入口径代号用英寸或mm （轴流泵表示排出口径）,基本结构特 征用途，材 料代号,比转数代 号（缩小 十
13、倍）,（1）6BA8A,6-泵进液口直径，通常以英寸为单位，换算成公制改位25X6=150mm,BA-单级单吸悬臂式离心泵,8-泵比转数除10所得的整数,A-该泵用较小一级的叶轮若A下方附有小体字2，则表示该泵为第二次改型设计。,国产离心泵的系列化,（2）2DA8X3,2-泵进液口直径，英寸,DA- 分段多级离心泵,8-泵比转数除10所得的整数,3-叶轮级数,国产离心泵的系列化,泵吸入口径代 号 用英寸或mm （轴流泵表示排 出口径）,基本结构特 征用途，材 料代号,扬程,（1）2B31,2-泵进液口直径，2英寸,B-单级单吸卧式悬臂式,31-额定扬程,国产离心泵的系列化,基本结构特 征用途，
14、材 料代号,流量代号,扬程代号,（1）B10025型离心泵,B-单级单吸悬臂式离心泵,100-流量为100m3/h,25-扬程为25m,（2）D4630X4多级离心泵,D-多级泵,46-流量为46m3/h,30-每一级扬程为30m,4-叶轮数（级数）,SH,S表示双吸单级卧式 DA或D表示分段式多级泵 Y表示单级离心油泵 Ys表示双吸离心油泵 F表示悬臂式耐腐蚀泵,泵的国际标准（轴向吸入离心泵的标准）,ISO-2858-型号，额定性能点和尺寸 ISO3069-装机械密封和软填料的 空腔尺寸 ISO-3661-底座尺寸和安装尺寸,我国已制定了与ISO等效的国家标准，全名为悬臂式离心泵型式和基本参
15、数，并且按ISO 设计了IH型化工泵IB型化工泵，它的型号由三部分组成，依次分别代表泵的吸入口直径、排出口直径和叶轮名义直径。如： 80-50-250。,国际标准泵在结构设计上有以下特点：,进出口管路在同一平面上，既出口部分有一段鹅颈弯头，有利于配管和装拆。 后开门式，即泵盖在靠近电机一端，更换零件可以从近电机这端进行。 加长联轴器，避免装拆时电机的移动。 按1.6MPa的压力设计，考虑了刚度因素，及铸造的最小壁厚的规定。,图,五、离心泵性能参数和基本方程式 （一）离心泵性能参数,a理论流量 单位时间内流入泵工作元件的液体量,用符号表示,单位为m3/s,1、与泵流量Q有关的其他流量参数,b规定
16、流量 这是用户使用泵所要求的泵体积流量，也就是用户与设计部门合同上所规定的流量。,c设计流量 设计单位为了适应生产与用户的要求，往往根据需要和可能确定设计泵所采用的流量，在设计和生产泵系列产品时尽可能满足社会需要。离心泵的流量是可变的，在离心泵铭牌上或样本中给出的流量是指额定流量，即离心泵在这一流量运行时效率最高。离心泵尺寸就是根据这一特定的设计流量设计的。,式中 为单位质量液体从泵的入口到出口消耗在泵中的能量头，也就是液体在泵中流过时所受到的摩擦损失压头及收缩、扩大、冲击等局部损失压头之和。,2、与扬程H有关的其他扬程参数,a理论扬程 叶轮给流经它的单位质量液体的能量，用符号H表示，单位为m
17、。因为液体流过泵时要消耗一定的能量来克服流经泵时的阻力，所以泵扬程总是小于理论扬程。即,b规定扬程 用户与设计单位在合同单上规定流量时所要求的扬程。,c设计扬程 设计单位在设计泵时采用的扬程。,d吸入扬程或吸入压头 吸液池液面到泵基准面之间的扬程。,e排出扬程或排出压头 泵基准面到排液面之间的扬程。,a水力功率单位时间内，叶轮给予液体的能量,3、与功率有关的其他功率参数,水力功率W,液体密度kg/m3,理论流量m3/s,理论扬程m,b机械损失功率Pm 泵的各个运动部件机械摩擦损失耗费的功率。机械损失包括：泵轴在轴承内转动的摩擦损失；轴与轴封之间的摩擦损失；叶轮前后盖板和液体间发生的摩擦损失。
18、机械损失功率Pm和水力功率之和为泵轴功率，即,c原动机输入功率 泵的原动机所接受的功率，考虑到原动机本身的效率，原动机输入功率应大于泵轴功率。,d原动机配用功率P选用的原动机功率，W。 泵的轴功率是选配原动机功率的依据。原动机一般为电动机，因为考虑到电动机有超负荷的可能性，通常可按使用中最大流量下计算出来的轴功率，再考虑一个安全系数K作为所需电动机的功率，即原动机配用功率为:,a容积效率泵的流量与理论流量之比为容积效率，说明泵漏损的程度，即泵密封情况的好坏对于离心泵，一般=96%一99%。 b水力效率 泵的扬程H与理论扬程HT之比，是衡量泵对流过它的液流阻力大小的指标对于离心泵一般80%一92
19、%。,4、与效率有关的其它效率参数,c机械效率 水力功率与轴功率之比，是衡量泵的运动部件机械摩擦损失大小的指标=94%-98%因为泵效率所以 即泵效率是容积效率、水力效率与机械效率的乘积，也就是说泵效率低于任何一个效率值。 近代水泵的效率一般为70%-90%。,（二）离心泵基本方程,叶轮几何形状及表示方法,液流在叶轮中流动的速度三角形,欧拉方程,叶轮几何形状及表示方法:,叶轮由前、后盖板和叶片组成，一般，盖板表面是回转曲面。叶片形式有：直叶片、单曲率叶片、双曲率叶片,B. 平面投影,A. 轴面投影,液流在流动时的速度三角形（理想叶轮、理想液体）,泵叶轮中任意一点i的液流的三个速度为,进口放大,
20、出口放大,欧拉方程式离心式机械基本方程式,A：动量矩定理 由动量矩定理和能量守恒的推导，可得泵的理论扬程：,上式即为离心式机械的基本方程式欧拉方程式。,由于泵的理论扬程与液流性质无关，所以 一台离心泵，在同一个转速，同一个流量下工作 时，不论输送什么液体，叶轮所给出的，用被输 送的液柱高度表示的理论扬程是相同的。但由于 各种液体重度不同，因此泵出口处的压力是不一 样的。,B:欧拉方程式的第二表达式,利用进出口速度三角形，可推导出：,叶轮中离心力对单位质量液流作的功,叶轮给出的理论扬程中有一部分是液流流过叶轮时相对速度的降低而获得,液流流经叶轮前后动能头的增值。,方程的物理意义：,指出的是叶轮与
21、液体之间的能量转换关系，遵循能量转换与守恒定律；,只要知道叶轮进出口的液体速度，即可计算出一千克流体与叶轮之间机械能转换的大小，而不管叶轮内部的流动情况；,只需将等式右边各项的进出口符号调换以下，也适用于叶轮式的原动机如气轮机、燃气轮机等。,适用任何气体和液体；,六、有限叶片数对理论扬程的影响,在叶片数有限时，由于惯性作用产生附加相对速度后，使Cu2Cu1 ，,因此同一几何尺寸的泵，在同一流量及转速下工作时，其进出口速度三角形的底边U及高Cr虽然相同，但叶片数有限的实际叶轮给出的理论扬程小于叶片数无限的理想叶轮给出的扬程，即:HTHT 。,七.离心泵的各种损失,机械损失,轴承的摩擦损失 轴封处
22、的摩擦损失 前后盖板外侧和液体之间的摩擦损失,容积损失,叶轮进口处容积损失 平衡装置处容积损失,水力损失,摩擦损失和局部损失 冲击损失,机械损失,轴承和轴封处的摩擦损失与轴承和轴封的结构形式以及输送液体的重度有关，一般采用下列公式： P= (0.01-0.05)Pa 对于功率大的泵，取 P=0.01Pa 对于功率小的泵，取 P=0.05Pa,(图）,液体前后盖板与液体发生摩擦所引起的损失，叫圆盘（轮阻）损失, Pdf=K n3D25, KW,圆盘摩擦系数,流体密度 Kg/m3,转速,叶轮出口直径,容积损失,由于转动部件与静止部件存在间隙，当叶轮转动时，两侧间隙产生压差而使液体从高压侧向低压侧泄
23、漏称为容积损失,几乎在所有比转速的变化范围内，容积损失等于圆盘摩擦损失的一半。,(图）,水力损失,摩擦损失局部损失,摩擦损失系数,流道长度m,流道断面的水力半径m 过水断面积与湿周之比即为水力半径,流体流速m/s,局部损失,局部阻力损失系数,流体流速,水力损失,冲击损失,hs=K(Q-Q*)2,泵的工作流量,泵的设计流量,思考：,1、流体在离心泵叶轮中有哪几中运动速度？这些速度之间的关系如何？速度三角形是如何得到的？速度三角形的形状和大小和那些因素有关？ 2、离心泵的主要性能参数有哪些？这些参数又有那些名称，相互之间存在什么关系？ 3、泵内存在哪几中损失？这些损失的原因分别是什么？如何减小这些
24、损失？,思考：,4、什么是离心泵的基本方程？对离心机械有何现实的指导意义？ 5、离心泵的型号编制有几种表示方法？ 6、有一离心水泵，转速n=480r/min，扬程H=136,流量Q=5.7m3/s，轴功率P=9860KW，容积效率、机械效率均为92%，求水力效率（输送常温水， 为9810N/m3)。,叶轮在轴上的安装方式：,A:悬臂式叶轮固定法 B：搁置式叶轮固定法 C:双面进水式叶轮固定法,1、填料箱体；2、填料；3、液封圈；4、填料压盖；5、底衬套,1、弹簧座；2、弹簧；3、动环；4、静环；5、动环密封圈；6、压盖；7、静环密封圈；8、防转销；9、紧定螺钉,第三节 离心泵的工作特性,一、离
25、心泵气蚀及预防措施,二、离心泵性能及调节,三、离心泵启动与运行,四、相似理论在离心泵中的应用,五.输送粘性液体性能曲线换算,一. 离心泵的汽蚀与预防,1、概述,2、吸上真空度,3、汽蚀余量,4、汽蚀比转数,5、改善泵的吸入性能的途径,1、概述,离心泵内压力变化图,汽泡的产生与溃灭,冲击疲劳而剥裂,活性气体的电化学腐蚀作用,液体汽化、凝结、冲击，形成高压、高温、高频冲击载荷，造成金属材料的机械剥裂与电化学腐蚀破坏的综合现象叫气蚀。,汽蚀时的性能,汽蚀的严重后果,2、吸上真空度,为求得泵吸入口压力，可从吸液池液面到泵的吸入口，即图411中的OO至SS。列伯努利方程。,吸液池液面处 ，所以：,上式说
26、明，由于P0与Ps的压力差作功，才使吸液池的液体能克服管道阻力上升到泵吸入口。一般，吸液池液面为大气压即P0 = Pa ，由上式知Ps P0，即Ps Pa ，泵吸入口为真空，其真空度：,吸上真空度,由此可知：吸上真空度Hs与泵的安装高度zs0吸入管路中液流流速及管路阻力损失有关。当泵在恒定流量下运转时，式中后两项为定值，则Hs随安装高度zs0的增大而增大；当安装高度zs0增大至某一数值时，泵因汽蚀不能继续正常工作。对应于这一工况的吸上真空度叫最大吸上真空度，用Hsmax表示，其数值有试验得出。,为了保证泵安全运转而不发生汽蚀，泵的吸上真空度要比Hsmax小，即留有安全裕量0.3m（据机械工业部
27、标准规定），得到泵的允许吸上真空度HS=Hsmax0.3 所以保证泵正常运行的条件是HsHs,Q与 Hs的关系曲线,如果泵使用地点的大气压和液体温度与上述情况不同，则应对样本上的Hs值用下式进行修正：Hs =Hs10+A,式中 Hs修正后的允许吸上真空度，m；A使用地点的大气压换算成液柱高度，m；使用地点温度下液体饱和蒸汽压，换算成液柱高度，m。 大气压力随海拔高度的增加而减少，当已知使用地点的海拔高度时，可按图查出对应的大气压值。,图,安装水泵时，应根据Hs值计算安装高度。由式可得,泵的允许安装高度则为 ：,如果Zs0为负值，表示泵应安置于液体贮槽之下，使泵在进口具有灌注的正压力，避免产生汽
28、蚀。此时称为 倒灌高度。,3、汽蚀余量,有效汽蚀余量,必须汽蚀余量,有效汽蚀余量和必须汽蚀余量的关系,汽蚀余量与吸上真空度的关系,（1）有效汽蚀余量,有效汽蚀余量是指液流自吸液池经吸入管路到达泵吸入口后，所富余的高出汽化压力能头的那部分能量，用符号（NPSH）a表示，则,（NPSH）a=,（NPSH）a=,又因为：,所以：,泵入口压力低于大气压时，常用真空度表示，即式,代入公式得 ：,（NPSH）a=,由此看到，有效汽蚀余量数值的大小与泵装置的操作条件（如吸液灌内压力或吸液池液面大气压、吸入管路的几何安装高度、阻力损失、液体性质和温度等）和管路中的流量有关，而与泵本身的结构尺寸无关，故又称为装
29、置的汽蚀余量，同时看到，和一定时，流量增加，吸入管路阻力损失增大，有效汽蚀余量（NPSH）a也就越小，发生汽蚀的可能性就大。,由上看到，有效汽蚀余量数值的大小与泵装置的操作条件（如吸液灌内压力或吸液池液面大气压、吸入管路的几何安装高度、阻力损失、液体性质和温度等）和管路中的流量有关；而与泵本身的结构尺寸无关，故又称为装置的汽蚀余量，,（NPSH）a=,（NPSH）a=,同时看到，当P0和Zso一定时，流量增加，吸入管路阻力损失增大，有效汽蚀余量（NPSH）a也就越小，发生汽蚀的可能性就大。,（2）必需汽蚀余量,下面用伯努利方程来研究液体进入泵后到点的能量平衡关系。 从泵吸入口断面至叶轮叶片进口
30、前断面，写出能量方程:,从断面到断面，相对运动的能量方程为:,k,1,k,（NPSH）a=,+,式中 就是前面所述的液体从断面至断面压头下降值。将它的数值定为泵的必需汽蚀余量。用（NPSH）r表示。即有,式中 阻力损失系数；vo叶轮进口处平均流速。,(NPSH)r=(k/s)2-1 12/2g+ (v1/v0)2v02/2g+v02/2g,1=(v1/v0)2+, 2=(k/1)2-1,为速度压降系数。上式称汽蚀基本方程式。,11.21.4，低比转数的泵取大值； 20.150.4，低比速转数的泵取小值。,必需汽蚀余量只与泵吸入室及叶轮进口的几何形状和流速有关，而与吸入管路系统、液体性质等参数无
31、关。因它只与泵本身的结构有关，所以又叫泵的汽蚀余量。,令：,（3）有效汽蚀余量和必须汽蚀余量的关系,必需汽蚀余量是标志泵本身汽蚀性能的基本参数。(必须汽蚀余量越小，说明泵本身的抗汽蚀性能好，因此要提高泵的抗汽蚀性能，应使必须汽蚀余量减小。,有效汽蚀余量标志泵使用时的装置汽蚀性能，为避免发生汽蚀，就必须增大有效汽蚀余量。,泵正常运转不发生汽蚀的 必要条件是：(NPSH)a NPSH,式中NPSH为规定的允许汽蚀余量，它是由汽蚀试验求出临界汽蚀余量，再加以适当的安全量0.3m（有的用0.5m）。即,NPSH=(NPSH)c+0.3,临界汽蚀余量(NPSH)c是在给定流量下第一级内引起的第一级扬程或
32、效率下降(2+K/2)%时的NPSH值； 或在给定扬程下，在第一级内引起流量或效率下降(2+K/2)%时的NPSH值，单位为m。,其中K为型式数。,图为由泵的汽蚀试验得出的断裂特性（此时的(NPSH)c (NPSH)r ),NPSH与流量关系曲线,（4）汽蚀余量与吸上真空度的关系,Hs= （NPSH）a,又知，当（NPSH）a=（NPSH）r时，便发生汽蚀。通过试验可确定允许汽蚀余量NPSH，这时便得到对应的Hs，即,Hs =,（NPSH）,（5）计算允许安装高度,例： 用离心泵输送一种石油产品，已知该泵的允许汽蚀余量为2.6m，该石油产品在输送温度下的饱和蒸汽压为2.67X104Pa，密度为
33、900kg/m3，吸入管路的阻力损失估计为1m，试确定泵的安装高度？,解：,由上面公式，设液面为大气压，p0=9.81X104Pa,为安全起见，泵的实际安装高度还应比算出值再低一些，可取3.54m。,4、汽蚀比转数,（1）气蚀相似定律,如果两台泵进口部分的尺寸几何相似，工况又相似，模型泵与实际泵之间满足以下关系：,在进口流动相似的条件下，相应的速度比值相等，阻力系数也相等。所以,即 ：,（2）气蚀比转数,=常数,在相似工况下可有：,=常数,在上两式中，消去线性尺寸D1，两式合并，常数项用S表示，经整理得 ：,而我国习惯上采用下式计算：,对汽蚀比转数的几点说明：,1、汽蚀比转数与比转数的形式类似
34、，并有类似性质，在相似工况下，值应相等。它是由设计工况下的n、Q、NPSHr值计算而得的，值越大，泵的抗汽蚀性能越好。,2、汽蚀比转数着重于叶轮进口部分（包括吸入室）的相似条件，值的大小与泵的扬程无关，即和出口参数无关，所以汽蚀比转数又叫吸入比转数。只要两台泵入口部分几何相似，即使出口部分不相似，在相似工况下运行时，汽蚀比转数也相等。因此，要提高泵的抗汽蚀性能，只要研究入口部分的几何参数关系。,对汽蚀比转数的几点说明：,5、改善泵吸入性能的途径,（1）降低泵的必需汽蚀余量,（2）提高吸入系统装置的有效汽蚀余量,（3）运行中可才采取的措施,（4）采用耐汽蚀材料,（1）降低泵的必需汽蚀余量,A 减
35、小进口流速,B 改变叶片进口边位置和进口端形状,C 加装诱导轮,D 超汽蚀泵,（2）提高吸入系统装置的有效汽蚀余量,A 合理确定几何安装高度及吸入管道流动损失,为了减小流动损失，应尽可能减少吸入系统的附件，如弯头、阀门等；应合理低加大吸入管直径，以减小流速；同时应使管路尽可能缩短。,B 在吸入系统装一低速前置泵,（3）运行中可才采取的措施,b. 泵在运行时，不要用吸入系统上的阀门调节流量，因为这样会导致局部阻力增大，而降低（NPSH）,a. 根据汽蚀相似定律知，必需汽蚀余量（NPSH）与转速的平方成正比。因此，泵在运行中，转速不应高于规定转速。,（4）采用耐汽蚀材料,在汽蚀不可避免的情况下，对
36、叶轮或容易被汽蚀破坏的地方采用耐汽蚀的材料，以提高泵的使用寿命。脆性材料是最不耐汽蚀的，所以用铸铁作为泵流道的材料，一旦发生汽蚀就很快损坏；较细密和具有韧性的材料，如青铜、不锈钢等，抗汽蚀性能较好。,二.离心泵的性能及调节,1、离心泵的运行特性,泵在不稳定工况下工作,泵的性能曲线,2、离心泵运行工况的调节,管路特性曲线,1、离心泵的运行特性,离心泵的性能曲线,H-Q曲线,N-Q曲线,效率-Q曲线,NPSHr-Q曲线,管路的特性曲线,管路的特性曲线,H=Hst+BV2,泵在不稳定工况下工作,改变泵特性曲线的调节,离心泵运行工况的调节,改变装置特性曲线的调节,三.离心泵的启动与运行,启动前检查,启
37、动程序,运行中的注意事项,启动前的准备工作,充水,暖泵,四.相似理论在泵中的应用,1. 离心泵相似理论,几何相似,a. 相似条件,流量相似定律,b. 相似定律,c. 比转数,运动相似,动力相似,扬程相似定律,功率相似定律,2.相似理论在离心泵中的应用,3.改变叶轮外径对泵性能的影响,a.相似方法设计泵,b.换算不同转速下泵的性能曲线,c.作相似状态曲线和通用特性曲线,a.切割定律,b.切割状态曲线及切割高效工区,五. 输送粘性液体式离心泵性能曲线的换算,一、被输送液体的粘度对离心泵性能的影响,离心泵输送粘液时，由于液体粘度比水大，泵流道内液体流动情况改变，各处的液体流速和压力重新分配，使泵的流
38、量和扬程降低，并使泵的效率剧烈下降，轴功率也有所变化。,二、输送粘性液体时离心泵的性能曲线,图,思考：,1、 什么是离心泵的性能曲线？说明每条曲线所表示的意义和特点。 2、什么是泵的相似定律、比例定律和切割定律？ 3、什么是比转数？为什么可用比转数对泵进行分类？ 4、什么是气蚀现象？它对泵的工作有何危害，如何防止气蚀的发生？ 5、什么是有效气蚀余量，必需气蚀余量，允许气蚀余量和临界气蚀余量？它们之间的关系？ 6、什么是泵的吸上真空度、安装高度？它们与气蚀余量之间的关系如何？为什么吸上真空度有时需要进行修正？,7、计算题,严重后果：,使过流部件剥蚀破坏，起初出现麻点，继而表面呈现槽沟状、蜂窝状、
39、鱼鳞状的裂痕，严重时造成叶片或叶轮前后盖板穿孔，甚至叶轮断裂，造成严重事故。 气蚀使泵的性能下降 气蚀使泵产生噪音和振动 气蚀是水力机械想高流速发展的巨大障碍。,A 减小进口流速,加大叶轮进口直径Do，使Vo减小 .,加大叶片进口宽度b2，使w1减小。,增大前盖板曲率半径,提高流道表面加工精度,采用双吸叶轮,合理选取叶片进口冲角,叶轮进口采用强制预旋,改变叶片进口边位置和进口端形状,1、离心泵的运行特性,离心泵的性能曲线,是选择和使用泵的主要依据，有“平坦”和“驼峰”状之分，“驼峰”状易产生不稳定现象。,1、离心泵的运行特性,离心泵的性能曲线,是合理选择原动机功率和操作起动泵的依据，按需流量变
40、化范围中的最大规律再加上一定的安全余量，选择原动机功率。起动泵应关闭排出管路上的调节阀，可以减小启动电流，保护电机,1、离心泵的运行特性,离心泵的性能曲线,是检查泵工作经济性的依据，尽可能在高效区工作。通常效率最高点为额定点，也是设计工况点。目前取最高效率以下5%-8%范围内所对应的工况为高效工作区,1、离心泵的运行特性,离心泵的性能曲线,是检查泵工作是否发生气蚀的依据。通常是按最大流量下的NPSHr，考虑安全余量及吸入装置的有关参数确定泵的安装高度。,改变泵特性曲线的调节,a.转速调节 b.切割叶轮外径调节 c.改变前置导叶叶片角度的调节 d.改变半开式叶轮叶片端部间隙的调节 e.泵的串联或
41、并联调节,改变装置特性曲线的调节,a.闸阀调节 b.液位调节 c.旁路分流调节,泵启动前要进行全面认真的检查，内容有： 润滑油的名称、型号、主要功能和加注数量是否符合技术文件规定的要求； 轴承润滑系统、密封系统和冷却系统是否完好，轴承的油路、水路是否畅通； 盘动泵的转子12转，检查转子是否有摩擦或卡住现象； 在联轴器附近或皮带防护装置处，是否有妨碍转动的杂物； 泵、轴承座、电动机的基础地脚螺栓是否松动； 泵工作系统的阀门或辅助装置均应处于泵运转时负荷最小的位置，应关闭出口调节阀； 点动泵，看其叶轮转向是否与设计转向一致，若不一致，必需使叶轮完全停止转动后，调整电动机接线后，方可再启动。,充水水
42、泵在启动以前，泵壳和吸水管内必须先充满水，这是因为有空气存在的情况下，泵吸入口的真空无法形成和保持。,暖泵输送高温液体的泵，如电厂的锅炉给水泵，在启动前必须先暖泵。这是因为给水泵在启动时，高温给水流过泵内，使泵体温度从常温很快上升到100200，这会引起泵内外和各部件之间的温差，若没有足够长的传热时间和适当控制温升的措施，会使泵各处膨胀不均，造成泵体各部分变形、磨损、振动等。,离心泵泵腔和吸水管内全部充满水并无空气，出口阀关闭。给水泵暖泵完毕。对于强制润滑的泵，启动油泵向各轴承供油。启动冷却水泵或打开冷却水阀。合闸启动，启动后泵空转时间不允许超过24min，使转速达到额定值后，逐渐打开离心泵的
43、出口阀，增加流量，并达到要求的负荷。,泵制造厂对轴承的温度有规定滚动轴承的温升一般不超过40，表面温度不超过70，否则就说明滚动轴承内部出现毛病，应停机检查。如果继续运行，可能引起事故。对于滑动轴承的温度规定，应参阅有关泵的技术文件，处理方法与滚动轴承一样。,泵转子的不平衡，结构刚度或旋转轴的同心度差，都会引起泵产生振动。因此在泵运转时，用测振器在轴承上检查振幅是否符合规定。,为了保证泵的正常运转，叶轮的径向跳动和端面跳动不能超过规定的数值，否则会影响转子不平衡，产生振动。,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,相似方法设计泵：模型换算法,将实物泵设计成模型泵，便于进行模型试验，或按照选定
44、的高效模型泵设计实物泵。设计步骤为：,1、按给定的参数（Q、H、n）计算所设计泵的ns。,2、选择性能良好的模型泵，此模型泵与所设计泵的ns应相等或相近。,3、按设计泵和模型泵的参数Q、H、n计算所方比例i1。,4、按照Dsh=DM/i1计算设计泵的各尺寸。算得的i1是不同的，一般选用其中较大的值。,5、有了设计泵的各尺寸，即可绘制设计图，并根据模型泵的性能曲线换算成设计泵的性能曲线。,换算不同转速下泵的性能曲线,比例定律：,Q2=Q1,H2=H1,Pa2=Pa1,返回,返回,改变叶轮外径对泵性能的影响,切割定律,低比转数泵,高比转数泵,切割定律,离心泵叶轮的最大允许切割量,返回,第四节 其它
45、泵概述,动力泵,容积泵,轴流泵,旋涡泵,往复泵,转子泵,螺杆泵,齿轮泵,滑片泵,自吸泵,磁力驱动泵,侥性件泵,原理与结构,特点,流量调节,分类,典型结构,工作原理,特点及应用场合,特性,原理与结构,特点,应用场合,工作特性,计量泵,转子泵有静止的泵壳和旋转的转子组成，没有吸入和排出阀，靠泵体内的转子与液体接触的一侧将能量以静压力形式作用于液体，并借旋转转子的挤压作用排出液体，同时在另一侧流出空间，形成低压，使液体连续的吸入。,转子泵压头较高，流量通常较小，排液均匀，适用于输送粘度高，具有润滑性，但不含固体颗粒的液体,转子泵,齿轮泵,螺杆泵,滑片泵,饶性叶轮泵,典型结构,工作原理,特点及应用场合
46、,特性,典型结构,工作原理,特点及应用场合,特性,原理与结构,工作特性,特点及应用场合,轴流泵是流量大、扬程低、比转数高的叶片式泵，轴流泵的液流沿转轴方向流动，但其设计的基本原理与离心泵基本相同,原理与结构,根据叶片是否可调，分为：固定叶片式轴流泵（叶片不可调）半调节叶片式轴流泵 （停机拆下叶轮后可调节叶片安装角）全调节叶片式轴流泵 （有一套调节机构使泵在运转中可以调节叶片安装角）,分类,3、与离心泵不同，轴流泵流量越小，轴功率越大,2、特性 曲线H-Q很陡，关死扬程（Q=0)是额定值的1.5-2倍,1、适用于大流量、低扬程,4、高效操作区范围很小，在额定点两侧效率急剧下降,5、叶轮一般浸没在
47、液体中，不需要考虑气蚀，也不需罐泵,轴流泵特性曲线,特点,轴流泵一般不采用出口阀调节流量，常用改变叶轮转速，或改变叶片安装角度的方法调节流量。,流量调节,混流泵内液体的流动介于离心泵和轴流泵之间，液体斜 向流出叶轮，即液体的流动相对叶轮而言既有径向速度， 也有轴向速度，其特性介于离心泵和轴流泵之间。,旋涡泵示意图,典型结构,液体在旋涡泵内运动示意图,工作原理,工作特性,1、冲击损失大，效率低，为36-38%。 2、结构简单，工作可靠，具有自吸能力，但气蚀性能较离心泵差 3、不能采用出口阀调节，只能采用旁路调节。 4、可输送含气量大于5%的介质，不适合输送粘度比较大的介质和含固体颗粒的介质。 5
48、、旋涡泵一般具有自吸能力（有的需外加自吸装置），起动时不需灌泵，应开阀启动,应用范围： 主要用于化工、医药等工业流程中输送高扬程、小流量的酸、碱和其它腐蚀性及易挥发性液体，也可作为消防泵、小型锅炉给水泵和一般增压泵使用,特点及应用场合,单缸双作用泵,原理与结构,活塞泵性能曲线,活塞泵工况调节,工作特性,（1）流量只取决于泵缸的几何尺寸（活塞直径D、活塞行程S）、曲轴转速n，而与泵的扬程无关。所以活塞泵不能用排出阀来调节流量，它的性能曲线是一条直线。只是在高压时，由于泄漏损失，流量稍有减小。 （2）只要原动机有足够的功率、填料密封有相应的密封性能，零部件有足够的强度，活塞泵可以随着排出阀开启压力的改变产生任意高的扬程。所以同一台泵在不同的装置中可以产生不同的扬程。 （3）活塞泵在启动运行时不能像离心泵那样关闭出水阀起动，而是要开阀启动。 （4）自吸性能好 （5）由于排出流量脉动造成流量的不均匀，有的需设法减少与控制排出流量和压力的脉动。,
