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在石油产品的储运中,离心泵常被用于输送与清水性 质不同的各种液体。由于液体性质的变化,对离心泵的性 能参数会有直接影响。如液体密度与常温清水的密度不同 时,根据Ne=QH可知,泵的功率要变化;液体的饱和蒸 气压改变,将会影响装置的有效汽蚀余量ha的大小;粘 度比水大时,对泵的扬程、流量、功率、效率及汽蚀余量 等都有明显影响。 一、液体的粘度对离心泵性能参数的影响 一台输送常温清水的离心泵,在转速不变的情况下用 来输送粘度比水大的液体时,与该泵输送水时的额定工况 相比较,则输送粘液时泵的扬程和流量都要减小,而泵的 轴功率将增大,泵的效率将降低,此外,液体粘度的增大 ,还会使泵必须的汽蚀余量hr增大,即吸入性能变坏。 1.8 输送粘液时离心泵性能换算 产生上述变化的原因是因为粘度增大使泵内液体的流动 过程发生了变化。随着液体粘度的增加,边界层流体内切向 粘滞力的阻滞作用逐渐扩散,使叶轮内液体的流速降低,从 而使泵的流量减少。 根据欧拉公式可知,在同一流量下,离心泵的理论扬程 与介质性质无关。但由于粘度不同,叶轮内因叶片数有限而 引起的轴向涡流强弱程度不同,并且液体流经泵时的流动摩 擦阻力损失随粘度增加而增大,所以泵的有效扬程降低。 此外,同一台泵在输送粘度不同的液体时,叶轮外盘面 与液体摩擦所引起的轮阻损失,口环的摩擦损失等均随粘度 增加而变大,所以泵的功率消耗上升,则机械效率m下降。 虽然泵的容积效率v因液体粘度的变大,通过口环和轴封处的 泄漏量减少而稍有增大,但水力效率k也降低,故泵输送粘液 时的总效率是降低的。 1.8 输送粘液时离心泵性能换算 由于离心泵的必须汽蚀余量hr的大小是表示液体从泵 入到叶轮叶片入口处压力最低点的流动损失,显然,液体粘 度越大,损失越大,即hr变大,吸入性能变坏。 一般来说,在液体运动粘度大干20mm2/s时,泵的功率 ,流量、扬程和效率都开始变化,则性能曲线就需要换算。 二、输送粘液时离心泵性能曲线的换算 由于泵制造广提供的离心泵出厂说明书或样本上,都给 出输送常温清水时的性能曲线,而不提供输送粘度不同液体 的性能曲线,所以当选用离心泵输送粘性液体时必须进行性 能曲线的换算。 关于换算方法,目前还未有成熟的理论计算方法来确定 输送粘性液体时的性能曲线,一般是用相似准数总结大量实 验数据得到换算系数K,再将已知某工作转速下该泵的输水 性能曲线换算成输送粘性液体时的性能曲线。 1.8 输送粘液时离心泵性能换算 1前苏联国家石油机械研究设计院的换算方法 当已知某离心泵输送常温清水的性能曲线后,利用下 列关系式换算成输送粘性液体的性能曲线 式中 Hv、Qv、 v、(hr)v 分别为输送粘性液体时的 扬程、流量、效率和汽蚀余量; H、Q、(hr)分别为输送20清水时的扬程 、流量、效率和汽蚀余量; KH、KQ、K、Kh分别为扬程、流量、效率和 汽蚀余量的换算系数。 1.8 输送粘液时离心泵性能换算 输送粘液时的轴功率可由下式确定 式中 v输送粘液的密度,kg/m3。 上述各换算系数K值的大小与相似准数中的雷诺数Re 有关,因为雷诺数Re是决定流态变化的标准,它代表惯性 力与粘滞力的比,如果两个流动状态中雷诺数Re相同,那 么流态就相似。把这个道理用在离心泵上,可以认为上述 各换算系数K都是随雷诺数Re而变化的。只不过泵内流道 截面与圆管不同,需要将叶轮出口截面积换算成为面积不 变、直径为De的圆形断面积,用De求得的雷诺数Re叫修 正雷诺数。 1.8 输送粘液时离心泵性能换算 叶轮出口断面面积为D2b22,则 式中 De叶轮出口断面面积的当量直径,cm; 2叶轮出口处叶片阻塞系数,在计算图表中取 2 =0.9。 这样,修正雷诺数Re就可表示为 1.8 输送粘液时离心泵性能换算 1.8 输送粘液时离心泵性能换算 因为Re是一个无因次的比例常数,所以实际应用时可 以不写常数4/ ,这样并不影响Re的性质。因而Re可写成 Qopt输水时泵的额定流量,l/s: v在输送温度下粘液的运动粘度,cm2/s: 103升变成立方厘米的换算常数。 经过大量运算,将各换算系数与Re的关系绘制成计算 图,如图所示,更便于从图中直接查到各换算系数K。 1.8 输送粘液时离心泵性能换算 这种换算系数图表的特点是: (1)在换算中,假定Q=(0.8-1.2)Qopt的范围内各工况的 换算系数大致相同,因此可以用Qopt工况由图中查出各K值 。此外,在换算中还认为Q=0时的扬程不随液体的粘度而 改变。 (2)这种换算方法适用于离心蜗壳泵。在液体运动粘度 低于300mm2/s时,误差不超过5%,特别是在大型离心泵 性能换算时比较准确。此换算图查得换算系数K比较全面 ,不仅有流量、扬程和效率的换算系数,而且有汽蚀余量 换算系数。 (3)这种换算方法的缺点是在非额定工况下所能换算 的范围窄,又假定各工况中的K不变,则精确性较差。此 外,求换算系数时还必须知道泵的主要结构尺寸(D2, b2), 应用比较不便。 1.8 输送粘液时离心泵性能换算 2美国水力协会的换算方法 这种换算方法是根据吸入管管径为50200的单 级离心泵的大量实验数据,利用修正雷诺数 进行整理,得到与换算系数KH , KQ 和K的关系曲 线,如后图所示。 在利用图查换算系数K时,可以不必知道离心泵叶 轮的尺寸,只需知道输送粘性液体的运动粘度 和输 水时工况点的 和 (多级泵应取单级叶轮的扬程 )即可,故此法求换算系数较为方便。 1.8 输送粘液时离心泵性能换算 1.8 输送粘液时离心泵性能换算 1.8 输送粘液时离心泵性能换算 使用时,从 作垂线,与 的斜线相交,自交 点作水平线,与所输送粘液的运动粘度 的斜线相交, 自交点再作垂线与各换算系数曲线相交,由交点便可查 出各换算系数(无气蚀余量换算系数)。由图看出, 曲线各只有一条,而 曲线则在 (0.61.2)Qopt 范 围内随工况不同而有四条。查出换算系数K后,仍用 三式进行换算。 1.8 输送粘液时离心泵性能换算 此法换算范围较广(0.61.2)Qopt ,换算误差在运动粘 度低于855mm2/s时不超过 特别是在液体运动粘度低 于400mm2/s时尤为准确。 应当指出,该图适用于一般结构的离心泵,且在不 发生气蚀的工况下进行换算。它不适用于混流泵、轴流 泵等,也不适用于含有杂质的非均相液体。此外,图中 各曲线不能用外推法延伸使用。 1.8 输送粘液时离心泵性能换算 最后还应指出,离心泵在输送粘性液体时,相似定 律及比例定律均不再适用。因此,如果带要求得泵在n 转速下输送粘性液体的性能曲线,不能直接先求出泵在 n转速下输送粘液的Hv-Qv等曲线,再用比例定律换算出 n转速下的(Hv-Qv)曲线。正确的换算步骤是应用比例定 律将泵在n转速下的轮水性能曲线H-Q换算成n转速下输 水性能曲线(H-Q)然后再按输送粘性液体时性能曲线换 算法将(H-Q)换算成(Hv-Qv )。 同理,若想得到叶轮切割后输粘液时的性能曲线, 也应先用切割定律式求出泵切割后输水时的性能曲线, 再将它换算成输粘液的性能曲线。 1.8 输送粘液时离心泵性能换算
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