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(1)離心泵的結(jié)構(gòu)和工作原理；

(2)離心泵的特征曲線及其主要影響因素；離心泵的工作點(diǎn)；

(3)離心泵的選擇、安裝、運(yùn)行和調(diào)整。

離心泵的理論推導(dǎo)。

離心泵的結(jié)構(gòu)和工作原理

離心泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、流量調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于各種特殊性能的材料，因此在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。

（1）離心泵的構(gòu)造

葉輪：功能是將能量傳遞到液體。根據(jù)蓋板是否可用，分為開(kāi)放式、封閉式、半開(kāi)放式；

泵箱：目的是收集葉輪拋出的液體，將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能；

3泵動(dòng)軸：作用是將電機(jī)的輸出工作轉(zhuǎn)移到葉輪上。

（2）離心泵工作原理

主要研究結(jié)果如下：(1)葉輪由泵軸驅(qū)動(dòng)，對(duì)位于葉片之間的流體進(jìn)行工作，將流體離心并從葉輪中心拋向外圍。

泵殼收集從每片葉片中拋出的液體，并逐漸沿殼體中的蝸殼形通道流動(dòng)，從而將流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能，減少能量損失。

（2）吸液原理：依靠葉輪的高速旋轉(zhuǎn)，迫使葉輪中心的液體高速拋擲，從而在葉輪中心形成低壓低液位槽，使液體不斷被吸上來(lái)。

“空氣粘合現(xiàn)象”：如果離心泵在啟動(dòng)前充滿氣體，則投擲時(shí)葉輪中心氣體不能在足夠的真空下形成，因此罐內(nèi)的液體不能被吸起。這種現(xiàn)象被稱為氣體結(jié)合。為了防止空氣束縛現(xiàn)象的發(fā)生，離心泵應(yīng)從外部液體開(kāi)始填充泵殼內(nèi)的空隙。這個(gè)步驟的操作稱為灌溉泵。為了防止由于重力而流入泵殼的液體流入低缸，在泵吸線的入口處安裝了止回閥（底閥）；如果泵的位置低于罐的液面，啟動(dòng)時(shí)不需要填充泵。

泵的液體能量轉(zhuǎn)換效率很高。導(dǎo)輪是一個(gè)固定的葉片環(huán)，位于葉輪的外周。葉片的彎曲方向與葉輪葉片的彎曲方向相反，彎曲角度正好與液體從葉輪流出的方向一致，引導(dǎo)液體在泵殼流道中順利地改變IS100-65-250B密封的方向，從而使能量損失最小。動(dòng)壓能轉(zhuǎn)化為靜壓能的效率較高。

5.后蓋上的平衡孔消除了軸向推力。葉輪周?chē)囊后w壓力已經(jīng)很高，其中一些會(huì)滲入葉輪后蓋的背面，離心泵清水泵圖紙，而葉輪的前液體入口為低壓，離心泵，產(chǎn)生軸向推力，將葉輪推到泵入口的側(cè)面。這很容易引起葉輪與泵殼的接觸磨損，嚴(yán)重的還會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。平衡孔將高壓液體的一部分泄漏到低壓區(qū)域，減小了葉輪的前部和后部之間的壓力差。但這也會(huì)導(dǎo)致泵效率的降低。

２ 離心泵的理論壓頭

（1）離心泵的理論壓頭

假設(shè)條件為：（1）葉輪葉片數(shù)無(wú)限，葉片厚度無(wú)限薄，不存在循環(huán)現(xiàn)象；

液體是一種理想的流體，其粘度等于零，并且在液體的流動(dòng)中沒(méi)有阻力。

推導(dǎo)了葉輪進(jìn)出口段機(jī)械能平衡公式。

離心泵的理論主管是HT：

（2）流量對(duì)理論壓頭的影響？

其中：；

r2—葉輪外半徑；

ω—葉輪旋轉(zhuǎn)角速度；

qV—泵的體積流量；

b2—葉片寬度；

β—葉片裝置角。

②后彎葉片，

③前彎葉片，

討論：

葉片的角度β是葉片的一個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)。當(dāng)該值小于90度時(shí)，它被稱為后彎曲刀片。此時(shí)，液流能量損失小，"離心泵"清水泵圖紙，一般采用后彎葉片；

使用后彎時(shí)，CTG為正?？梢钥闯?，理論壓頭隨葉輪直徑、轉(zhuǎn)速和葉輪周?chē)鷮挾鹊脑龃蠖龃?，隨流量的增大而線性減小。

(3)理論壓頭與流體性質(zhì)無(wú)關(guān)。

３離心泵的特性曲線

(I)離心泵的主要性能參數(shù)

“離心泵“性能參數(shù)用于描述一組“離心泵“物理量。

流量（QV）：用容積流量表示的泵的輸注量與葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速有關(guān)。

(2)由水頭(H)提供的機(jī)械能：泵至單位重量流體。它與流動(dòng)、葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和速度有關(guān)。

三軸功率（pa）：每單位時(shí)間電機(jī)能量輸入到離心泵。對(duì)流體所做的功在有效功率(Pe)：離心泵單位時(shí)間：Pe=qvhρg；

(A)體積損失；(B)水力損失；及(C)機(jī)械損失。

（2）離心泵性能曲線

從前面的討論中可以看出，對(duì)于離心泵，磁頭，軸功率和效率與固定速度下的流速一一對(duì)應(yīng)。這些關(guān)系的圖形表示稱為離心泵性能曲線，包括通常通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的QV-H曲線、QV-PA曲線和QV-_曲線。

離心泵的特性曲線通常由離心泵的制造商提供并繪制在泵產(chǎn)品規(guī)格中。測(cè)量條件通常為20℃水，并且旋轉(zhuǎn)速度也是固定的。顯示了典型的"離心泵"性能曲線。

討論：

從QV-H曲線可以看出，壓力水頭隨流量的增加而減小。

也就是說(shuō)，流量越大，泵提供給單位重量流體的機(jī)械能就越小。

（2）軸功率隨著流量‘離心泵’的增加而增大，因此大流量傳動(dòng)必須與大匹配電機(jī)相對(duì)應(yīng)。此外，這條規(guī)則

該定律還提醒我們，當(dāng)出口閥關(guān)閉時(shí)，應(yīng)啟動(dòng)離心泵，使電機(jī)的啟動(dòng)電流較低。

3隨著流量的增加，泵的效率先增大，達(dá)到最大值后再下降。當(dāng)根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)選擇泵時(shí)，應(yīng)該做什么？

泵工作在最大效率點(diǎn)附近，一般不低于最大效率點(diǎn)的92%。

4離心泵銘牌標(biāo)記了一組性能參數(shù)，與效率點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。

(3)離心泵特征的影響因素。

①流體的性質(zhì)：

(A)液體的密度：H，QV，η與密度無(wú)關(guān)，Pa和Pe隨密度的增加而增大。

（b）液體粘度：增加，h，qv，減少，但pa增加。

②轉(zhuǎn)速:

當(dāng)離心泵的速度變化率小于20%且效率不變時(shí)，其H、QV和Pa都將發(fā)生變化：

；    ；    ——比例定律

③葉輪直徑：

如前所述，葉輪的大小也會(huì)影響“離心泵“的性能。當(dāng)切口小于20%時(shí)：

——切割定律

右圖是測(cè)量離心泵特性曲線的實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)中測(cè)量了一組數(shù)據(jù)：泵入口真空表讀數(shù)為2.67*104pa（真空度），泵出口壓力表讀數(shù)為2.55*105pa（表壓），泵的流量qv為12.5*10-3m3/s，功率表測(cè)得的軸功率為6.2kw，泵的直徑為吸入管d1=80mm，擠出機(jī)管直徑d2=60mm，兩個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)垂直距離。在實(shí)驗(yàn)介質(zhì)距Z2-Z1=0.5米20℃的純水流量條件下，計(jì)算了泵的揚(yáng)程He、有效功率Pe和效率_。

解決方案：(1)泵的壓頭位于真空表和壓力表之間的1≤1和2≤2之間；

In：Z2，Z1，0.5m，p1-2.67×104 Pa(表壓)

p2=2.55×105Pa（表壓）

u1=

u2=

兩個(gè)壓力表之間的管道很短，電阻損失可以忽略不計(jì)，因此：

He=0.5+=29.88（mH2O）

（2）有效軸功率：（W）

（3）泵的效率：

在實(shí)驗(yàn)中，如果改變出口閥的開(kāi)度，則測(cè)量不同流速下的相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算相應(yīng)的H，N和η值，并將數(shù)據(jù)繪制在坐標(biāo)紙上，即，泵處于固定的轉(zhuǎn)速。特征曲線。

4離心泵操作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)

當(dāng)泵的葉輪轉(zhuǎn)速不變時(shí)，泵在特定工況下所提供的液體流量和壓頭可以用H-≤-Q特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)來(lái)表示。關(guān)于該點(diǎn)的具體位置，應(yīng)根據(jù)泵前后管道的情況，對(duì)泵的工作條件進(jìn)行討論，不得與管道的具體情況相分離。

（1）離心泵的工作點(diǎn)

泵的H~Q曲線和管道的~Q曲線在同一坐標(biāo)系下繪制。兩條曲線的交點(diǎn)稱為泵的工作點(diǎn)。

說(shuō)明：

泵的工作點(diǎn)是由泵和管道的特性決定的，可以通過(guò)同時(shí)泵的特性方程和管道的特性方程得到。

安裝在管道中的泵的輸液量是管道的流量，在此流量下，泵提供的水頭必須等于管道所需的壓頭。因此，與泵的工作點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的泵頭不僅由泵提供，而且管道也需要。

對(duì)應(yīng)于工作點(diǎn)3的性能參數(shù)反映了泵的實(shí)際工作狀態(tài)。泵的特性由泵本身和管道的特性決定。

（2）離心泵的流量調(diào)節(jié)

由于生產(chǎn)任務(wù)的變化，有時(shí)需要改變管路所需的流量，即80-50-200離心泵，這實(shí)際上是為了改變泵的工作點(diǎn)。由于泵的工作點(diǎn)是由管道和泵的特性決定的，改變泵的特性和管道的特性可以改變工作點(diǎn)，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。

①改變出口閥開(kāi)度

出口閥的開(kāi)度與管道的局部阻力有關(guān)。改變出口閥的開(kāi)度實(shí)際上改變了管道的特性。

小排氣閥局部阻力增長(zhǎng)曲線的工作點(diǎn)從M到M流量降泵提供的壓頭變得更陡，而大排氣閥的局部阻力減小曲線從M到M流量上升泵提供的壓力水頭變化緩慢。這種調(diào)整方法雖然不經(jīng)濟(jì)，但為了適應(yīng)泵的特性，是人為增加管線阻力，但由于其簡(jiǎn)單方便，在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

②改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速

如圖所示，轉(zhuǎn)速的增加實(shí)際上改變了泵的特性，并且可以增加流量和壓頭。

這種流量調(diào)節(jié)方法合理、經(jīng)濟(jì)，但一度被認(rèn)為不方便，無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)。正是這種調(diào)整方法使得泵在一個(gè)有效的區(qū)域工作，這對(duì)于大型泵的節(jié)能尤其重要。

③車(chē)削葉輪直徑：

這種調(diào)整方法實(shí)施起來(lái)不方便，調(diào)整范圍有限。

(3)離心泵號(hào)聯(lián)合作業(yè)

組合模式可以是串聯(lián)或并聯(lián)。

①泵的串聯(lián)特性曲線

兩臺(tái)相同泵并聯(lián)后的特性曲線如右圖所示（請(qǐng)點(diǎn)擊泵并聯(lián)）。

討論：

在管道特性不變的情況下，串聯(lián)泵的工作點(diǎn)壓頭比單泵壓頭不翻一番，但流量增大。

關(guān)閉小排氣閥(改變管路特性)，使流量保持在原來(lái)的水平，使串聯(lián)泵的揚(yáng)程是原單泵的兩倍。

②泵的并聯(lián)特性曲線

？右圖顯示了兩個(gè)相同泵的前后特性曲線(請(qǐng)點(diǎn)擊泵系列)。

討論：

在管道特性不變的情況下，采用兩泵并聯(lián)的方式，不會(huì)使工作點(diǎn)處的流量增加一倍，而是增加了壓力水頭。

打開(kāi)大的出口閥（改變管道特性）會(huì)使壓頭的流量增加一倍。

③組合方式的選擇

單個(gè)機(jī)組不能完成的傳動(dòng)任務(wù)可分為兩種情況：(1)壓頭不足，2壓頭合格，但流量不足。在這種情況下，必須采用串聯(lián)操作；2根據(jù)管道的特點(diǎn)確定組合方式。如右圖所示（點(diǎn)擊電阻），對(duì)于高電阻管道，串接效果優(yōu)于并聯(lián)，而對(duì)于低電阻管道，串接效果優(yōu)于串聯(lián)。

５離心泵的安裝高度

離心泵的安裝高度是指從液位到離心泵入口的垂直距離，即汞。在右邊的數(shù)字中

（1）汽蝕現(xiàn)象

對(duì)于右邊所示的入口管道，伯努利方程列在0≤0（勢(shì)能基準(zhǔn)）和K-K之間，并獲得以下結(jié)果：

在罐液面上方有一定壓力p0的情況下，如果泵zk（即hg）的安裝高度增加，葉輪k中心的壓力pk將不可避免地降低。當(dāng)輸送流體的飽和蒸氣壓升高到工作溫度下的飽和蒸氣壓時(shí)，泵內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡：（1）輸送流體在葉輪中心汽化；（2）當(dāng)氣泡從葉片中心向四周移動(dòng)時(shí)，圍繞葉片的液體Cuum將以較高的流速迅速冷凝并沖向真空區(qū)域；（3）當(dāng)氣泡在靠近表面的葉片工作臺(tái)上發(fā)生冷凝時(shí)，許多液滴尤如小型高頻水錘撞擊葉片。這種現(xiàn)象被稱為空化。

當(dāng)"離心泵"在空化狀態(tài)下工作時(shí)，泵體振動(dòng)并發(fā)出噪聲，壓頭和流速急劇下降，當(dāng)壓力和速度嚴(yán)重時(shí)，液體不能運(yùn)輸。長(zhǎng)期以來(lái)，由于金屬受到水錘沖擊和液體中微量溶解氧的化學(xué)腐蝕，葉片表面有斑點(diǎn)和裂紋，甚至逐漸脫落為海綿狀（見(jiàn)右圖）。

由此可見(jiàn)，安裝高度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致葉輪中心壓力過(guò)低，導(dǎo)致汽蝕。只要泵的實(shí)際安裝高度低于允許的安裝高度，在運(yùn)行中就可以避免氣蝕。

（2）NPSH和允許的安裝高度

①汽蝕余量（NPSH）：

泵入口處的動(dòng)壓頭和靜壓頭之和（1≤1段）與被輸送液體的飽和蒸汽壓之和（以液柱在工作溫度下的高度表示）之和稱為空化余量，即：

②必需汽蝕余量（NPSH）r：

為了避免氣穴現(xiàn)象，離心泵入口處的壓力不應(yīng)太低，但應(yīng)具有較低的允許值p1r。相應(yīng)的NPSH稱為必需的NPSH，并由（NPSH）r表示。（NPSH）r通常由泵制造商通過(guò)空化試驗(yàn)來(lái)測(cè)量，并在泵產(chǎn)品樣本中列為離心泵性能（見(jiàn)教科書(shū)附錄8）。正常運(yùn)行時(shí)，泵的實(shí)際汽蝕余量必須大于（NPSH）R。

（3）從（NPSH）R[Hg]計(jì)算泵的大允許安裝高度

泵的允許氣蝕余量由泵制造商提供，以供用戶計(jì)算泵的允許安裝高度。

（m）

"離心泵"實(shí)際安裝高度只要低于較大的允許安裝高度[Hg]，不會(huì)出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象。

（3）討論

①引起汽蝕現(xiàn)象的原因：a.安裝高度離心泵太高;灣輸送的流體溫度過(guò)高；吸力線的阻力或水頭損失過(guò)高。由此我們可以推斷，正常運(yùn)行的泵也可能由于運(yùn)行條件的變化而引起氣蝕，例如輸送物料的溫升或吸入管道的部分堵塞。

(2)有時(shí)計(jì)算出的允許安裝高度為負(fù)值，表明泵的安裝應(yīng)低于儲(chǔ)液罐的液位。

汞的最大允許安裝高度取決于泵的流量。流量越大，計(jì)算出的Hg越小，因此有必要用可能使用的最大流量進(jìn)行計(jì)算。

如圖所示，循環(huán)冷卻水從水池進(jìn)入一個(gè)“離心泵型”的開(kāi)敞式水槽，水槽的水面比水池的水面高52m，所需流量為90m3×h，輸送管道Φ15 9×4 5 mm，管道的總阻力損失為14m(包括所有局部阻力損失)，水的密度ρ=1000 kg/m3。對(duì)于現(xiàn)有IS100-65-250型"離心泵"，可通過(guò)直線近似高效區(qū)的頭部與流量之間的關(guān)系：HE=124.5-0.392QV（公式為QV形式：m3/h），NPSH（NPSH）R=3.8m。嘗試：

(1)管道所需的額外能量(J≤N)？

(2)泵是否符合要求？

（3）工作點(diǎn)泵的軸功率（效率=72%）pa（w）？

(4)夏季水池水溫高35℃(PV=5.6kPa)，離心泵與平均流速(M)之間的關(guān)系，泵能否在水面以上3m處正常工作？

解決辦法：（1）管道中流體單位重量所需的額外能量：

（J/N）

（Ii）在規(guī)定流量下，泵所提供的升降機(jī)：

（m）

由于泵在規(guī)定的流量下提供的升力大于管道所需的升力，因此泵能滿足要求。

（3）有效功率：?（W）

故軸功率：（W）

（4）因?yàn)槲牍軆?nèi)平均流速：（m/s）

所以吸入管段阻力：（m）

大允許安裝高度

（m）

由于泵的安裝高度較大，為3.9m，泵的安裝高度可高出水池液位3m。

６離心泵的類(lèi)型與選用

（1）離心泵的類(lèi)型：

1清水泵：適用于輸送物理性質(zhì)與水相似、無(wú)腐蝕性、雜質(zhì)少的清水或液體。例如：輸入離心泵；

(2)油泵：用于運(yùn)輸石油產(chǎn)品的泵需要良好的密封;

(3)雜質(zhì)泵：輸送含有固體顆粒的液體，漿液厚，葉片旋轉(zhuǎn)通道寬度小，葉片數(shù)少。

此外，根據(jù)抽吸方式可分為單吸泵和雙吸泵，按葉輪數(shù)可分為單吸泵和多級(jí)泵。

（2）離心泵的選用

泵的類(lèi)型是根據(jù)所運(yùn)輸?shù)囊后w的性質(zhì)確定的；

流量由生產(chǎn)任務(wù)確定，所需壓頭由管道特性方程確定。

（3）根據(jù)要求的流量和壓頭確定泵的類(lèi)型。

檢查性能表或特性曲線，以要求流量和壓力適合管道的需要。

- 如果滿足多個(gè)型號(hào)，請(qǐng)選擇在運(yùn)行條件下有效的型號(hào)。