船舶辅机 MarineAuxiliaryMachinery 第四章离心泵 1 第一节离心泵的工作原理和特点 Section1Principleandcharacteristicsofcentrifugalpump 一 离心泵的工作原理 单级蜗壳式离心泵 Singlestagevolutecentrifugalpump 船舶辅机 MarineAuxiliaryMachinery 第四章离心泵 2 立式离心泵 Verticaltype 卧式离心泵 Horizontaltype 船舶辅机 MarineAuxiliaryMachinery 第四章离心泵 3 Impellerofcentrifugalpump 船舶辅机 MarineAuxiliaryMachinery 第四章离心泵 4 二 离心泵的扬程方程式和特性曲线 1 液体在叶轮中的流动情况 假定 Hypothesis 1 轮叶片无限多 无限薄 形状相同 所有液体质点的流动轨迹都与叶片叶片断面相符 同半径处液体的压力和流速相同 2 液体为无粘性的理想液体 流动时没有摩擦 撞击和涡流等水力损失 圆周速度u 相对速度 绝对速度c cu cr 船舶辅机 MarineAuxiliaryMachinery 第四章离心泵 5 圆周速度u 相对速度 绝对速度c cu cr 速度三角形 cr径向分速度 cu周向分速度 u 方向一定 w 方向一定 c 方向一定 叶轮流量 转速 尺寸确定后 叶轮各处的速度三角形就确定 船舶辅机 MarineAuxiliaryMachinery 第四章离心泵 6 2 扬程方程式 理论扬程即为进出叶轮的水头之差 根据理论力学 在研究非惯性系统的运动物体时 加上惯性力来分析 就可以采用惯性系统的一切力学定律 有 W 离心力对单位液体所做的功 设角速度为 则单位重液体在半径r处的离心力为r 2 g 从半径r1处至r2处的离心力对单位重量液体所作的功 船舶辅机 MarineAuxiliaryMachinery 第四章离心泵 7 将上式所得结果代入 于是 代入1式 即得离心泵扬程方程式 由于多数离心泵都是径向吸入 即没有切向分速 c1u 0 而c2u u2 c2rctg 2 于是扬程方程即可写成 运用余弦定理 去掉 项 则 船舶辅机 MarineAuxiliaryMachinery 第四章离心泵 8 叶片出口角对理论扬程的影响 前弯叶片 2 90 径向叶片 2 90 后弯叶片 2 90 Ht Qt c a b 船舶辅机 MarineAuxiliaryMachinery 第四章离心泵 9 2 扬程随流量而变 并与叶片出口角 2有关 前弯叶片虽然能达到的扬程高 但能量损失大 水力效率低 而不采用 为了提高效率 一般采用后弯叶片 虽然扬程低 但能量损失低 结论 1 离心泵扬程主要取决于叶轮的直径及转速 提高离心泵扬程 必须采用叶轮串联的多级泵 例 锅炉给水泵 3 理论扬程与所输送流体的性质无关 但实际扬程因容积损失和水力损失而不同 输送不同的流体 根据 p pd ps gH P gQH 不同 如果起动时泵和吸入管内是空气 理论上在大气压下只能将水吸上约12 9cm 所以 离心泵无自吸能力 船舶辅机 MarineAuxiliaryMachinery 第四章离心泵 10 3 定速特性曲线 Constantrevolutioncharacteristiccurves 在既定转速下 离心泵的扬程 功率 效率等性能参数与流量的函数关系 1 流量 扬程曲线 Qt Ht 理论流量 理论扬程 实际扬程H低于Ht 因为 轴向旋涡 c 同半径圆周上各点的相对速度不相等 b 叶轮出口相对速度w2向叶轮旋转的反方向偏转 使 2比理论要小 叶片有限的理论扬程Ht Ht 称为涡旋系数 Qt Ht Qt Ht 船舶辅机 MarineAuxiliaryMachinery 第四章离心泵 11 3 定速特性曲线 Constantrevolutioncharacteristiccurves 在既定转速下 离心泵的扬程 功率 效率等性能参数与流量的函数关系 1 流量 扬程曲线 Qt Ht 理论流量 理论扬程 实际扬程H低于Ht 因为 沿程摩擦损失 与流速2成正比 与叶轮的撞击损失 偏离设计工况越远越大 Qt Ht Qt H 泄漏 q随扬程H增大而增大 q H Qt H Q H 船舶辅机 MarineAuxiliaryMachinery 第四章离心泵 12 3 定速特性曲线 Constantrevolutioncharacteristiccurves 在既定转速下 离心泵的扬程 功率 效率等性能参数与流量的函数关系 2 流量 功率曲线 水力功率Ph gQtHt 轴功率P Ph 机械摩擦功率损失 实际流量Q Qt q Qt Ph Qt P Q P 3 流量 效率曲线 根据Q H Q P gQH P 求出Q 额定 设计 工况 高 因为液体进出叶轮撞击损失最小 船舶辅机 MarineAuxiliaryMachinery 第四章离心泵 13 4 实测定速特性曲线 Measured 在恒定的转速下 改变排出阀开度 测出泵在流量Q不同时相应的扬程H 轴功率P和必需汽蚀余量 hr 并算出泵在各对应工况下的效率 然后将所得值绘成以流量Q为横座标的函数曲线 即为离心泵的定速特性曲线 1 离心泵都采用后弯叶片 随着流量的增大 其工作扬程降低 2 泵的轴功率随流量增大而增加 封闭起动 但不能长时间封闭运行 3 泵在额定工况附近工作时有较高的效率 非额定工况液体进 出叶轮的撞击损失较大 船舶辅机 MarineAuxiliaryMachinery 第四章离心泵 14 5 离心泵的装置特性 管路特性曲线 Pipelinecharacteristiccurve 表明液体流过某既定管路时所需的扬程与流量间关系的函数曲线 Hst 管路静压头 Statichead K 比例常数管路静压头 Proportionalconstant Q Hst H Q Hst H 管路特性曲线 滤器脏堵 阀门管小 液体粘度变大 管路静压头增大 A A A A A 船舶辅机 MarineAuxiliaryMachinery 第四章离心泵 15 泵的装置特性 Pumpinstallationcharacteristic 将离心泵的扬程特性曲线和它工作管路的特性曲线画在同一坐标图上 称为泵的装置特性 泵的扬程曲线与管路特性曲线的交点称为泵的工况点 Operationpoint 工况点的参数 Q H P hr等 即是此离心泵在该管路工作的性能参数 泵的装置特性 稳定工况的工况点自动调节 管路特性改变导致工况点变化 流量相应发生变化 船舶辅机 MarineAuxiliaryMachinery 第四章离心泵 16 6 额定扬程和流量的估算 额定扬程 m D2 叶轮外径 m n 转速 r min K 系数 1 1 5 10 4 额定扬程 m3 h D0 泵吸口直径 in 1in 25 4mm 问题 离心泵出口直径100mm 吸口直径125mm 叶轮外径300mm 额定流量约为 125m3 h 船舶辅机 MarineAuxiliaryMachinery 第四章离心泵 17 三 离心泵的特点 1 流量连续均匀且便于调节 工作平稳 5 20000m3 h 2 转速高 可与高速原动机直联 结构简单紧凑 价格低 3 对杂质不敏感 易损件少 阻漏环 管理和维修较方便 1 本身无吸能力 2 流量随工作扬程而变 3 扬程由叶轮外径和转速决定 不适合小流量 高扬程 Advantages Disadvantages 船用水泵和较大油船的货油泵大多使用离心泵 新建的船也有的它置于循环油柜中 作主机滑油泵 要求自吸的如压载泵 舱底水泵 油船扫舱泵等 也使用自吸式离心泵或加设抽气自吸装置 船舶辅机 MarineAuxiliaryMachinery 第四章离心泵 18 四 离心泵的比转数 Specificspeed 如果泵满足几何相似 运动相似 动力相似 则比转数相等 几何相似 过流部分对应尺寸比例相同 叶片数和对应叶片角相等 运动相似 对应点的相应速度方向相同 比值相等 即各对应点的速度三角形相似 动力相似 输送的是水或低粘度液体 各对应点重力和粘性力比值近似相等 方向相同 1 流量相似关系 2 扬程相似关系 3 功率相似关系 相似定律 船舶辅机 MarineAuxiliaryMachinery 第四章离心泵 19 n 额定转速 r minQ 额定流量 m3 sH 额定扬程 mg 重力加速度 不同国家计算同一离心泵的比转数算法和所用单位均不同 所得数值和量纲也不同 船舶辅机 MarineAuxiliaryMachinery 第四章离心泵 20 几何相似的泵以额定工况 与叶片无撞击 速度三角形必定相似 即运动相似 输送同种液体 动力相似 其比转数ns必定相等 但比转数相等的泵不一定几何相似 因为同比转数的泵可设计成叶片数和叶片出口角不同 因此不一定几何相似 比转数ns也适用于其它叶轮式泵 如混流泵 轴流泵 旋涡泵等 利用ns可对叶轮式泵大致分类 1 低比转数的泵叶轮径向剖面叶型 窄长 叶片呈圆柱形 指轴向不同剖面的叶片形状相同 中比转数的泵叶片进口扭曲 高比转数的泵叶轮叶型 宽短 叶片进 出口都扭曲 2 转速相同时 ns小的泵H Q比值较大 即扬程相对较高 流量相对较小 而ns大的泵H Q比值较小 3 ns相同的泵特性曲线形状相似 低ns的泵H Q曲线较平 而P Q曲线则较陡 适合节流调速 流量变化大而扬程变化小的泵 如锅炉给水泵 凝水泵 船舶辅机 MarineAuxiliaryMachinery 第四章离心泵 21 关于比转数与性能关系的总结 窄长叶型ns小 流量不大扬程高 H线平功率陡 高效区宽宜节流