输送机械Word格式.docx
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适用于高粘度的流体。
如齿轮泵、旋转泵等。
●耐腐蚀泵
●杂质泵:
离心泵(centrifugalpump)的特点:
●结构简单,操作方便;
●流量大而且均匀;
●流量和压头适用范围广;
●流体限制窄(腐蚀性、悬浮物)。
一、离心泵的工作原理:
由于离心力的作用,泵的进出口出产生压力差,从而使流体流动。
蜗牛形通道;
叶轮偏心放;
可减少能耗,有利于动能转化为静压能。
底阀(防止“气缚”);
滤网(阻拦固体杂质)
泵壳:
蜗牛壳形通道。
●有利于将叶轮抛出液体的动能转变成静压能;
●汇集液体
离心泵的主要性能参数有流量、扬程、功率和效率。
1流量Q(v),L/s或m3/h
泵的流量(又称送液能力)是指单位时间内泵所输送的液体体积。
2扬程H,米液柱
泵的扬程(又称泵的压头)是指单位重量液体流经泵后所获得的能量。
离心泵压头的大小取决于泵的结构(如叶轮直径的大小,叶片的弯曲情况等)、转速及流量。
泵压头的测定
式中:
pM—压力表读出压力(表压),N/m2;
pV—真空表读出的真空度,N/m2;
u1、u2—吸入管、压出管中液体的流速,m/s;
ΣHf—两截面间的压头损失,m。
Ø
两截面之间管路很短,其压头损失∑Hf可忽略不计
若以HM及HV分别表示压力表真空表上的读数,以米液柱(表压)计。
3功率
泵的有效功率Ne:
流体所获得的实际功率。
Ne=WeWs=QHg
式中Ne—泵的有效功率,W;
Q—泵的流量,m3/s;
H—泵的压头,m;
—液体的密度,kg/m3;
g—重力加速度,m/s2。
已知g=9.81m/s2;
1kW=1000W,则上式可用kW单位表示,即
轴功率N
轴功率指泵轴所获得的功率。
由于有各种能量损失,故泵的轴功率要大于液体实际得到的有效功率,即
注意:
泵在运转时可能发生超负荷,所配电动机的功率应比泵的轴功率大。
在机电产品样本中所列出的泵的轴功率,除非特殊说明以外,均系指输送清水时的数值。
4效率
泵内部损失主要有三种:
容积损失、水力损失、机械损失
容积损失:
容积损失是由于泵的泄漏造成的。
离心泵在运转过程中,有一部分获得能量的高压液体,通过叶轮与泵壳之间的间隙流回吸入口。
●从泵排出的实际流量要比理论排出流量为低,其比值称为容积效率η1。
水力损失:
水力损失是由于流体流过叶轮、泵壳时,由于流速大小和方向要改变,且发生冲击,而产生的能量损失。
●泵的实际压头要比泵理论上所能提供的压头为低,其比值称为水力效率η2。
机械损失:
机械损失是泵在运转时,在轴承、轴封装置等机械部件接触处由于机械磨擦而消耗部分能量。
●泵的轴功率大于泵的理论功率(即理论压头与理论流量所对应的功率)。
理论功率与轴功率之比称为机械效率η3。
离心泵的特性曲线
特性曲线(characteristiccurves):
在固定的转速下,离心泵的基本性能参数(流量、压头、功率和效率)之间的关系曲线。
强调:
特性曲线是在固定转速下测出的,只适用于该转速,故特性曲线图上都注明转速n的数值。
图上绘有三种曲线:
H-Q曲线、N-Q曲线、η-Q曲线
1、H-Q曲线
变化趋势:
离心泵的压头在较大流量范围内是随流量增大而减小的。
不同型号的离心泵,H-Q曲线的形状有所不同。
●较平坦的曲线,适用于压头变化不大而流量变化较大的场合;
●较陡峭的曲线,适用于压头变化范围大而不允许流量变化太大的场合。
2、N-Q曲线
N-Q曲线表示泵的流量Q和轴功率P的关系,N随Q的增大而增大。
显然,当Q=0时,泵轴消耗的功率最小。
启动离心泵时,为了减小启动功率,应将出口阀关闭。
3、η-Q曲线
开始η随Q的增大而增大,达到最大值后,又随Q的增大而下降。
η—Q曲线最大值相当于效率最高点。
泵在该点所对应的压头和流量下操作,其效率最高,故该点为离心泵的设计点。
泵的高效率区
泵在最高效率点条件下操作最为经济合理,但实际上泵往往不可能正好在该条件下运转,一般只能规定一个工作范围,称为泵的高效率区。
高效率区的效率应不低于最高效率的92%左右。
泵在铭牌上所标明的都是最高效率点下的流量,压头和功率。
离心泵产品目录和说明书上还常常注明最高效率区的流量、压头和功率的范围等。
离心泵特性曲线的影响因素
1.离心泵的转速对特性曲线的影响
当转速由n1改变为n2时,其流量、压头及功率的近似关系为:
上式称为比例定律,当转速变化小于20%时,可认为效率不变,用上式进行计算误差不大。
2叶轮直径对特性曲线的影响
当叶轮直径变化不大,转速不变时,叶轮直径、流量、压头及功率之间的近似关系为:
上式称为切割定律。
3物理性质对特性曲线的影响
泵生产部门所提供的特性曲线是用清水作实验求得的。
当所输送的液体性质与水相差较大时,要考虑粘度及密度对特性曲线的影响。
3.1粘度的影响
所输送的液体粘度愈大,泵体内能量损失愈多。
结果泵的压头、流量都要减小,效率下降,而轴功率则要增大,所以特性曲线改变。
3.2密度的影响
离心泵的压头与密度无关。
(定性分析)
泵的轴功率随液体密度而改变。
注:
当被输送液体的密度与水不同时,不能使用该泵所提供的N-Q曲线,而应按Ne=QHg和
重新计算。
3.3溶质的影响
如果输送的液体是水溶液,浓度的改变必然影响液体的粘度和密度。
浓度越高,与清水差别越大。
浓度对离心泵特性曲线的影响,同样反映在粘度和密度上。
离心泵的气蚀现象和安装高度
1、气蚀现象
p1<
pa,p1有一定真空度,真空度越高,吸力越大,Hg越大。
当p1小于一定值后(p1<
pv,pv为环境温度下液体的饱和蒸汽压),将发生气蚀现象。
2、安装高度
为避免发生气蚀现象,应限制p1不能太低,或Hg不能太大,即泵的安装高度不能太高。
安装高度Hg的计算方法一般有两种:
v允许吸上真空(高)度Hs’
泵入口处压力p1所允许的最大真空度。
mH2O
式中pa—大气压,N/m2
ρ—被输送液体密度,kg/m3
Hs’与泵的结构、液体的物化特性等因素有关。
一般,Hs’<
5~7mH2O.
如何用允许吸上真空高度确定泵的安装高度?
取截面0-0,1-1,并以截面0-0为基准面,在两截面间柏努利方程,可得
(2-1)
若贮槽为敞口,则p0为大气压pa,则有
Hg—泵的安装高度;
u2/2g—进口管动能;
∑Hf—进口管阻力;
Hs’—允许吸上真空高度,由泵的生产厂家给出。
泵允许吸上真空高度的换算
原因:
在泵的说明书中所给出的Hs是大气压为10mH2O,水温为20℃状态下的数值。
如果泵的使用条件与该状态不同时,则应把样本上所给出的Hs值,按下式换算成操作条件下的Hs’值。
Hs’=Hs+(Ha-10)-(Hv-0.24)
式中Hs—操作条件下输送水时允许吸上真空高度,mH2O;
Hs’ — 泵样本中给出的允许吸上真空高度,mH2O;
Ha — 泵工作处的大气压,mH2O;
Hv — 泵工作温度下水的饱和蒸汽压,mH2O;
0.24 — 20℃下水的饱和蒸汽压,mH2O。
泵安装地点的海拔越高,大气压力就越低,允许吸上真空高度就越小。
输送液体的温度越高,所对应的饱和蒸汽压就越高,这时,泵的允许吸上真空高度也就越小。
不同海拔高度时大气压力值可查表。
海拔高度↑,液体温度↑→Hg↓
如果泵输送的不是水,而是其他液体,则先将Hs换算成操作条件下的H’s,然后再按下式将H’s换算成被输送液体的液柱高度。
ρH2O-操作温度下水的密度;
ρ-操作温度下液体的密度。
v汽蚀余量
汽蚀余量Δh是指离心泵入口处,液体的静压头p1/ρg与动压头u12/2g之和超过液体在操作温度下的饱和蒸汽压头pv/ρg的某一最小指定值,即
(2-2)
式中h—汽蚀余量,m;
pv—操作温度下液体饱和蒸汽压,N/m2。
如何利用汽蚀余量确定泵的安装高度?
将式(2-1)与(2-2)合并可导出汽蚀余量Δh与允许安装高度Hg之间关系为
上式中p0为液面上方的压力,若为敞口液面则p0=pa。
注:
泵性能表上的值也是按输送20℃水而规定的。
当输送其它液体时,需进行校正。
具体校正方法可参阅有关文献。
离心泵的工作点
当离心泵安装在一定的管路系统中工作时,其压头和流量不仅与离心泵本身的特性有关,而且还取决于管路的工作特性。
1、管路特性曲线
离心泵在特定管路系统中工作时,液体要求泵供给的压头H可由柏努利方程式求得,即
与管路中液体流量无关,在输液高度和压力不变的情况下为一常数,以符号A表示。
若贮槽与受槽的截面都很大,该处流速与管路相比可忽略不计.
上式可简化为H=A+∑Hf
此式中压头损失为
式中Q为管路系统的流量,m3/s
对于特定的管路系统,l、le、d均为定值,湍流时摩擦系数的变化也很小,令
则上式可简化为H=A+BQ2
上式表明:
在特定管路中输送液体时,所需压头H随液体流量Q的平方而变化,此关系所描绘的H-Q曲线,称为管路特性曲线。
它表示在特定的管路中,压头随流量的变化关系。
管路特性曲线的形状与管路布置及操作条件有关,而与泵的性能无关。
2、工作点(dutypoint)
离心泵的特性曲线H-Q与其所在管路的特性曲线He-Qe的交点称为泵在该管路的工作点,如图所示。
工作点所对应的流量与压头既满足管路系统的要求,又为离心泵所能提供。
泵的工作点表示
工作点所对应的流量Q与压头H既是管路系统所要求,又是离心泵所能提供的;
若工作点所对应效率是在最高效率区,则该工作点是适宜的。
流量调节:
调节流量实质上就是改变离心泵的特性曲线或管路特性曲线,从而改变泵的工作点。
离心泵的流量调节,通常从两方面考虑:
在排出管线上装适当的调节阀,以改变管路特性曲线;
改变离心泵的转速或改变叶轮外径,以改变泵的特性曲线。
两者均可以改变泵的工作点,以调节流量。
1改变阀门的开度
改变阀门开度以调节流量,实质是用开大或关小阀门的方法来改变管路特性曲线。
当阀门关小时,管路局部阻力加大,管路特性曲线变陡,泵的工作点由M移到M1。
流量由QM减小到QM1。
H=A+∑Hf
当阀门开大时,管路局部阻力减小,管路特性曲线变得平坦一些,工作点移到M2,流量加大到QM2。
2改变泵的转数
改变离心泵的转数以调节流量,实质上是维持管路特性曲线不变,而改变泵的特性曲线。
要把泵的转数提高到n1,泵的特性曲线就上移到nM1位置,工作点由M移到M1,流量和压头都相应加大;
若把泵的转数降到n2,泵的特性曲线就移到nM2位置,工作点移到M2,流量和压头都相应地减小。
3车削叶轮的外径
车削叶轮的外径是离心泵调节流量的一种独特方法。
在车床上将泵叶轮的外径车小,这时叶轮直径、流量、压头和功率之间关系,可按切割定律进行计算。
几种流量调节方法的比较
采用什么方法来调节流量,关系到能耗问题。
改变阀门开度调节流量
方法简便,应用广泛。
但关小阀门会使阻力加大,因而需要多消耗一部分能量以克服附加的阻力,该法不经济的。
改变转速调节流量
可保持管路特性曲线不变,流量随转速下降而减小,动力消耗也相应降低,因节能效果显著,但需要变速装置,难以做到流量连续调节。
改变叶轮直径
可改变泵的特性曲线,但可调节流量范围不大,且直径减小不当还会降低泵的效率。
在输送流体量不大的管路中,一般都用阀门来调节流量,只有在输液量很大的管路才考虑使用调速的方法。
并联与串联操作
1并联操作
当一台泵的流量不够时,可以用两台泵并联操作,以增大流量。
联合特性曲线的作法:
在每一个压头条件下,使一台泵操作时的特性曲线上的流量增大一倍而得出。
对于同一管路,其并联操作时泵的流量不会增大一倍,如图所示。
因为两台泵并联后,流量增大,管路阻力亦增大。
Q并<
2Q
2串联操作
当生产上需要利用原有泵提高泵的压头时,可以考虑将泵串联使用。
两台相同型号的泵串联工作时,每台泵的压头和流量也是相同的。
在同样的流量下,串联泵的压头为单台泵的两倍。
联合特性曲线的作法:
将单台泵的特性曲线I的纵坐标加倍,横坐标保持不变,可求得两台泵串联后的联合特性曲线Ⅱ,
H串<
2H
离心泵的选择
选择离心泵的基本原则,是以能满足液体输送的工艺要求为前提的。
选择步骤为:
(1)确定输送系统的流量与压头
流量一般为生产任务所规定。
根据输送系统管路的安排,用柏努利方程式计算管路所需的压头。
(2)选择泵的类型与型号
根据输送液体性质和操作条件确定泵的类型;
按确定的流量和压头从泵样本产品目录选出合适的型号;
如果没有适合的型号,则应选定泵的压头和流量都稍大的型号;
如果同时有几个型号适合,则应列表比较选定;
按所选定型号,进一步查出其详细性能数据。
(3)校核泵的特性参数
如果输送液体的粘度和密度与水相差很大,则应核算泵
的流量与压头及轴功率。
IS系列泵为单级单吸离心泵。
适于输送介质温度不超过80℃。
叶轮采用闭式叶轮,进口直径为50~200mm,流量63~400m3/h,扬程5~125m。
型号意义,例如:
IS-50-32-125
IS----国际标准单级单吸清水离心泵;
50----泵吸入口直径,mm;
32------泵的出口直径,mm;
125------泵叶轮外径,mm。
轴功率:
校正安装高度
允许吸上真空高度Hs:
Hs=Hs’+(Ha-10)-(Hv-0.24)
安装高度:
根据Hg计算的值与现场实际安装高度的比较,判定所选的泵是否合适。
离心泵若在启动前未充满液体,则泵壳内存在空气。
由于空气密度很小,所产生的离心力也很小。
此时,在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。
虽启动离心泵,但不能输送液体。
此现象称为“气缚”。
为便于使泵内充满液体,在吸入管底部安装带吸滤网的底阀,底阀为止逆阀,滤网是为了防止固体物质进入泵内,损坏叶轮的叶片或妨碍泵的正常操作。
气蚀现象
当离心泵的进口压力小于环境温度下的液体的饱和蒸汽压时,将有大量的蒸汽液体中逸出,并与气体混合形成许多小气泡。
当气泡到达高压区时,蒸汽凝结,气泡破裂,液体质点快速冲向气泡中心,质点相互碰撞,产生很高的局部压力。
如果气泡在金属表面破裂凝结,则会以较大的力打击金属表面,时其遭到破坏,并产生震动,这种现象称为“气蚀现象”。
气蚀现象一旦发生,会造成很大的破坏作用,应尽量避免。
提高Hg的方法:
v改变结构(另选一Hs大的泵);
v降低进口管段流速;
v降低进口管阻力(选择较大的进口管径、减少进口管路程、尽量少安装管件、阀等)。
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