離心泵基礎(chǔ)知識(shí)
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. 2-2 離心泵 離心泵結(jié)構(gòu)簡單,操作容易,流量均勻,調(diào)節(jié)控制方便,且能適用于多種特殊性質(zhì)物料,因此離心泵是化工廠中最常用的液體輸送機(jī)械。近年來,離心泵正向著大型化、高轉(zhuǎn)速的方向發(fā)展?!? 2.2.1 離心泵的主要部件和工作原理 圖2-1 離心泵活頁輪 一、離心泵的主要部件 1.葉輪 葉輪是離心泵的關(guān)鍵部件,它是由若干彎曲的葉片組成。葉輪的作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能直接傳給液體,提高液體的動(dòng)能和靜壓能。 根據(jù)葉輪上葉片的幾何形式,可將葉片分為后彎、徑向和前彎葉片三種,由于后彎葉片可獲得較多的靜壓能,所以被廣泛采用。 葉輪按其機(jī)械結(jié)構(gòu)可分為閉式、半閉式和開式(即敞式)三種,如圖2-1所示。在葉片的兩側(cè)帶有前后蓋板的葉輪稱為閉式葉輪(c圖);在吸入口側(cè)無蓋板的葉輪稱為半閉式葉輪(b圖);在葉片兩側(cè)無前后蓋板,僅由葉片和輪轂組成的葉輪稱為開式葉輪(a圖)。由于閉式葉輪宜用于輸送清潔的液體,泵的效率較高,一般離心泵多采用閉式葉輪。 葉輪可按吸液方式不同,分為單吸式和雙吸式兩種。單吸式葉輪結(jié)構(gòu)簡單,雙吸式從葉輪兩側(cè)對稱地吸入液體(見教材圖2-3)。雙吸式葉輪不僅具有較大的吸液能力,而且可以基本上消除軸向推力。 2.泵殼 泵體的外殼多制成蝸殼形,它包圍葉輪,在葉輪四周展開成一個(gè)截面積逐漸擴(kuò)大的蝸殼形通道(見圖2-2)。泵殼的作用有:①匯集液體,即從葉輪外周甩出的液體,再沿泵殼中通道流過,排出泵體;②轉(zhuǎn)能裝置,因殼內(nèi)葉輪旋轉(zhuǎn)方向與蝸殼流道逐漸擴(kuò)大的方向一致,減少了流動(dòng)能量損失,并且可以使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。 若為了減小液體進(jìn)入泵殼時(shí)的碰撞,則在葉輪與泵殼之間還可安裝一個(gè)固定不動(dòng)的導(dǎo)輪(見教材圖2-4中3)。由于導(dǎo)輪上葉片間形成若干逐漸轉(zhuǎn)向的流道,不僅可以使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能,而且還可以減小流動(dòng)能量損失。 注意:離心泵結(jié)構(gòu)上采用了具有后彎葉片的葉輪,蝸殼形的泵殼及導(dǎo)輪,均有利于動(dòng)能轉(zhuǎn)換為靜壓能及可以減少流動(dòng)的能量損失。 3.軸封裝置 離心泵工作時(shí)是泵軸旋轉(zhuǎn)而泵殼不動(dòng),泵軸與泵殼之間的密封稱為軸封。軸封的作用是防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿間隙漏出,或外界空氣漏入泵內(nèi)。軸封裝置保證離心泵正常、高效運(yùn)轉(zhuǎn),常用的軸封裝置有填料密封和機(jī)械密封兩種。 二、離心泵的工作原理 裝置簡圖如附圖。 1.排液過程 離心泵一般由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。它在啟動(dòng)前需先向泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體(稱為灌泵),啟動(dòng)后,泵軸帶動(dòng)葉輪及葉片間的液體高速旋轉(zhuǎn),在慣性離心力的作用下,液體從葉輪中心被拋向外周,提高了動(dòng)能和靜壓能。進(jìn)而泵殼后,由于流道逐漸擴(kuò)大,液體的流速減小,使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為靜壓能,最終以較高的壓強(qiáng)從排出口進(jìn)入排出管路。 2.吸液過程 當(dāng)泵內(nèi)液體從葉輪中心被拋向外周時(shí),葉輪中心形成了低壓區(qū)。由于貯槽液面上方的壓強(qiáng)大于泵吸入口處的壓強(qiáng),在該壓強(qiáng)差的作用下,液體便經(jīng)吸入管路被連續(xù)地吸入泵內(nèi)。 3.氣縛現(xiàn)象 當(dāng)啟動(dòng)離心泵時(shí),若泵內(nèi)未能灌滿液體而存在大量氣體,則由于空氣的密度遠(yuǎn)小于液體的密度,葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力很小,因而葉輪中心處不能形成吸入液體所需的真空度,這種雖啟動(dòng)離心泵,但不能輸送液體的現(xiàn)象稱為氣縛。因此,離心泵是一種沒有自吸能力的液體輸送機(jī)械。若泵的吸入口位于貯槽液面的上方,在吸入管路應(yīng)安裝單向底閥和濾網(wǎng)。單向底閥可防止啟動(dòng)前灌入的液體從泵內(nèi)漏出,濾網(wǎng)可阻擋液體中的固體雜質(zhì)被吸入而堵塞泵殼和管路。若泵的位置低于槽內(nèi)液面,則啟動(dòng)時(shí)就無需灌泵。 2.2.2 離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線 一、離心泵的主要性能參數(shù) 離心泵的性能參數(shù)是用以描述一臺(tái)離心泵的一組物理量 1. (葉輪)轉(zhuǎn)速n:1000~3000rpm;2900rpm最常見。 2. 流量Q:以體積流量來表示的泵的輸液能力,與葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速有關(guān)。泵總是安裝在管路中,故流量還與管路特性有關(guān)。 3. 壓頭(揚(yáng)程)H:泵向單位重量流體提供的機(jī)械能。與流量、葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速有關(guān)。揚(yáng)程并不代表升舉高度。一般實(shí)際壓頭由實(shí)驗(yàn)測定。 4. 功率: (1)有效功率:指液體從葉輪獲得的能量——;此處Q的單位為m3/s (2)軸功率:指泵軸所需的功率。當(dāng)泵直接由電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí),它就是電機(jī)傳給泵軸的功率。 5. 效率:由于以下三方面的原因,由電機(jī)傳給泵的能量不可能100%地傳給液體,因此離心泵都有一個(gè)效率的問題,它反映了泵對外加能量的利用程度: ①容積損失;②水力損失;③機(jī)械損失。 二、離心泵的特性曲線 從前面的討論可以看出,對一臺(tái)特定的離心泵,在轉(zhuǎn)速固定的情況下,其壓頭、軸功率和效率都與其流量有一一對應(yīng)的關(guān)系,其中以壓頭與流量之間的關(guān)系最為重要。這些關(guān)系的圖形稱為離心泵的特性曲線。由于它們之間的關(guān)系難以用理論公式表達(dá),目前一般都通過實(shí)驗(yàn)來測定。包括H~Q曲線、N~Q曲線和~Q曲線。 圖2-3 某種型號(hào)離心泵的特性曲線 離心泵的特性曲線一般由離心泵的生產(chǎn)廠家提供,標(biāo)繪于泵的樣本或產(chǎn)品說明書中,其測定條件一般是20℃清水,轉(zhuǎn)速也固定。典型的離心泵性能曲線如圖2-3所示。 1.討論 (1) 從H~Q特性曲線中可以看出,隨著流量的增加,泵的壓頭是下降的,即流量越大,泵向單位重量流體提供的機(jī)械能越小。但是,這一規(guī)律對流量很小的情況可能不適用。 (2) 軸功率隨著流量的增加而上升,流量為零時(shí)軸功率最小,所以大流量輸送一定對應(yīng)著大的配套電機(jī)。另外,這一規(guī)律還提示我們,離心泵應(yīng)在關(guān)閉出口閥的情況下啟動(dòng),這樣可以使電機(jī)的啟動(dòng)電流最小,以保護(hù)電機(jī)。 (3) 泵的效率先隨著流量的增加而上升,達(dá)到一最大值后便下降。但流量為零時(shí),效率也為零。根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)選泵時(shí),應(yīng)使泵在最高效率點(diǎn)附近工作,其范圍內(nèi)的效率一般不低于最高效率點(diǎn)的92%。 (4) 離心泵的銘牌上標(biāo)有一組性能參數(shù),它們都是與最高效率點(diǎn)對應(yīng)的性能參數(shù),稱為最佳工況參數(shù)。 三、離心泵特性的影響因素 1.液體的性質(zhì): (1) 液體的密度:離心泵的壓頭和流量均與液體的密度無關(guān),有效功率和軸功率隨密度的增加而增加,這是因?yàn)殡x心力及其所做的功與密度成正比,但效率又與密度無關(guān)。 (2) 液體的粘度:若粘度大于常溫下清水的粘度,則泵的流量、壓頭、效率都下降,但軸功率上升。所以,當(dāng)被輸送流體的粘度有較大變化時(shí),泵的特性曲線也要發(fā)生變化。 2.轉(zhuǎn)速 離心泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí),其流量、壓頭、軸功率和效率都要發(fā)生變化,泵的特性曲線也將發(fā)生變化。 若離心泵的轉(zhuǎn)速變化不大(小于20%),則可以假設(shè):①轉(zhuǎn)速改變前后液體離開葉輪處的出口速度三角形相似;②轉(zhuǎn)速改變前后離心泵的效率不變。從而可導(dǎo)出以下關(guān)系: , , ?。ū壤桑? (2-2) 3.葉輪外徑 當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速一定時(shí),壓頭、流量與葉輪的外徑有關(guān)。對于某同一型號(hào)的離心泵,若對其葉輪的外徑進(jìn)行“切割”,而其他尺寸不變,在葉輪外徑的減小變化不超過5%時(shí),離心泵的性能可進(jìn)行近似換算。此時(shí)可以假設(shè):(1) 葉輪外徑變化前后,葉輪出口速度三角形相似;(2) 葉輪外徑變化前后,離心泵的效率不變;(3)葉輪外徑變化前后,葉輪出口截面積基本不變。從而可以導(dǎo)出以下關(guān)系: , , ?。ㄇ懈疃桑? (2-3) 與比例定律同樣,要注意公式使用的條件。 [例2-1]:以20oC的水為介質(zhì),在泵的轉(zhuǎn)速為2900r/min時(shí),測定某臺(tái)離心泵性能時(shí),某次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)如下: 流量12m3/h,泵出口處壓強(qiáng)表的讀數(shù)為0.37MPa,泵入口處真空表讀數(shù)為0.027MPa,軸功率為2.3Kw。若壓強(qiáng)表和真空表兩測壓口間垂直距離為0.4m,且泵的吸入管路和排出管路直徑相同。測定裝置如附圖。求:這次實(shí)驗(yàn)中泵的壓頭和效率。 解:(1)泵的壓頭 以真空表和壓強(qiáng)表所在的截面為41-1和2-2,列出以單位重量為衡算基準(zhǔn)的伯努利方程,即 其中,,p1=-2.7104Pa(表壓), p2=3.7105Pa(表壓) 因測壓口之間距離較短,流動(dòng)阻力可忽略,即Hf1-20;故泵的壓頭為: H= (2)泵的效率 ,即58.1%。 分析說明:在本實(shí)驗(yàn)中,若改變出口閥的開度,測出不同流量下的若干組有關(guān)數(shù)據(jù),可按上述方法計(jì)算出相應(yīng)的H及η值,并將H-Q、N-Q、η-Q關(guān)系標(biāo)繪在坐標(biāo)紙上,即可得到該泵在n=2900r/min下的特性曲線。 2.2.3 離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié) 一、管路特性曲線 前面介紹的離心泵特性曲線,表示一定轉(zhuǎn)速下泵的壓頭、功率、效率與流量的關(guān)系。在特定管路中運(yùn)行的離心泵,其實(shí)際工作的壓頭和流量不僅取決于離心泵本身的特性,而且還與管路特性有關(guān)。即在泵送液體的過程中,泵和管路是互相聯(lián)系和制約的。因此在討論泵的工作情況前,應(yīng)先了解管路特性。 管路特性曲線表示液體通過特定管路系統(tǒng)時(shí),所需的壓頭與流量的關(guān)系。如圖所示的送液系統(tǒng),若液體貯槽與受液槽的液面均維持恒定,輸送管路的直徑均一,在圖2-4中1-1和2-2間列伯努利方程式,則可求得液體流過管路系統(tǒng)所需的壓頭(即要求離心泵提供的壓頭),即: (2-4) 該管路輸送系統(tǒng)的壓頭損失可表示為: 因 故 (2-5) 式中 Qe-管路中液體流量,m3/s; d-管路直徑,m; L-管路長度,m; λ-摩擦系數(shù),無因次。 式中Le和分別表示局部阻力的當(dāng)量長度和阻力系數(shù)。 對特定的管路系統(tǒng),上式中等式右邊各物理量中,除了λ和Qe外,其它各物理量為定值。且 , 則 (2-6) 將上式代入,可得:,即為管路特性方程。 (2-7) 對特定的管路,且在一定條件下操作,則?z和均為定值,并令: (2-8) 若液體在管路中的流動(dòng)已進(jìn)入阻力平方區(qū),則此時(shí)λ與Qe無關(guān),并令: (2-9) 則可得特定管路的特性方程: (2-10) 它表示在特定管路中輸送液體時(shí),在管內(nèi)流動(dòng)處于高度湍流狀態(tài)下,管路所需的壓頭He隨液體流量Qe的平方而變。將此關(guān)系方程標(biāo)繪在相應(yīng)的坐標(biāo)圖上,即可得到He-Qe曲線。這條曲線稱為管路特性曲線。此線的形狀由管路布置和操作條件來確定,與離心泵性能無關(guān)。 二、離心泵的工作點(diǎn) 將泵的H~Q曲線與管路的~Qe曲線繪在同一坐標(biāo)系中,兩曲線的交點(diǎn)稱為泵的工作點(diǎn)M。如圖2-4所示。 圖2-4 管路特性曲線和泵的工作點(diǎn) 1.說明 (1) 泵的工作點(diǎn)由泵的特性和管路的特性共同決定,可通過聯(lián)立求解泵的特性方程和管路的特性方程得到; (2) 安裝在管路中的泵,其輸液量即為管路的流量;在該流量下泵提供的揚(yáng)程也就是管路所需要的外加壓頭。因此,泵的工作點(diǎn)對應(yīng)的泵壓頭和流量既是泵提供的,也是管路需要的; (3) 工作點(diǎn)對應(yīng)的各性能參數(shù)()反映了一臺(tái)泵的實(shí)際工作狀態(tài)。 三、離心泵的流量調(diào)節(jié) 由于生產(chǎn)任務(wù)的變化,管路需要的流量有時(shí)是需要改變的,這實(shí)際上就是要改變泵的工作點(diǎn)。由于泵的工作點(diǎn)由管路特性和泵的特性共同決定,因此改變泵的特性和管路特性均能改變工作點(diǎn),從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。 1.改變出口閥的開度——改變管路特性 出口閥開度與管路局部阻力當(dāng)量長度有關(guān),后者與管路的特性有關(guān)。所以改變出口閥的開度實(shí)際上是改變管路的特性。 圖2-5 改變閥門開度時(shí)工作點(diǎn)變化 關(guān)小出口閥,增大,曲線變陡,工作點(diǎn)由M變?yōu)镸1,流量下降,泵所提供的壓頭上升;相反,開大出口閥開度,減小,曲線變緩,工作點(diǎn)由M變?yōu)镸2,流量上升,泵所提供的壓頭下降。如圖2-5所示。 采用閥門調(diào)節(jié)流量快速簡便,且流量可連續(xù)變化,適合化工連續(xù)生產(chǎn)的要求,因此應(yīng)用很廣泛。其缺點(diǎn)是當(dāng)關(guān)小閥門時(shí),管路阻力增加,消耗部分額外的能量,實(shí)際上是人為增加管路阻力來適應(yīng)泵的特性。且在調(diào)節(jié)幅度較大時(shí),往往使離心泵不在高效區(qū)下工作,不是很經(jīng)濟(jì)。 2.改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速——改變泵的特性 如圖2-6所示,,轉(zhuǎn)速增加,流量和壓頭均能增加。這種調(diào)節(jié)流量的方法合理、經(jīng)濟(jì),但曾被認(rèn)為是操作不方便,并且不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)。但隨著的現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,無級變速設(shè)備在工業(yè)中的應(yīng)用克服了上述缺點(diǎn)。是該種調(diào)節(jié)方法能夠使泵在高效區(qū)工作,這對大型泵的節(jié)能尤為重要。 圖2-6 改變泵轉(zhuǎn)速時(shí)工作點(diǎn)變化 3.車削葉輪直徑 這種調(diào)節(jié)方法實(shí)施起來不方便,且調(diào)節(jié)范圍也不大。葉輪直徑減小不當(dāng)還可能降低泵的效率,因此生產(chǎn)上很少采用。在生產(chǎn)中單臺(tái)離心泵不能滿足輸送任務(wù)要求時(shí),可采用離心泵并聯(lián)或串聯(lián)操作。 [例2-2] 確定泵是否滿足輸送要求。 將濃度為95%的硝酸自常壓貯槽輸送至常壓設(shè)備中去,要求輸送量為36m3/h,液體的升揚(yáng)高度為7m。輸送管路由內(nèi)徑為80mm的鋼化玻璃管構(gòu)成,總長為160m(包括所有局部阻力的當(dāng)量長度)。輸送條件下管路特性曲線方程為: (Qe單位為L/s)。現(xiàn)采用某種型號(hào)的耐酸泵,其性能列于下表中。 問: (1) (1) 該泵是否合用? (2) (2) 實(shí)際的輸送量、壓頭、效率及功率消耗各為多少? Q(L/s) 0 3 6 9 12 15 H(m) 19.5 19 17.9 16.5 14.4 12 h(%) 0 17 30 42 46 44 已知:酸液在輸送溫度下粘度為1.1510-3Pas;密度為1545kg/m3。摩擦系數(shù)可取為0.015。 解:(1)對于本題,管路所需要壓頭通過在貯槽液面(1-1’)和常壓設(shè)備液面(2-2’)之間列柏努利方程求得: 式中 管內(nèi)流速: 管路壓頭損失: 管路所需要的壓頭: 以(L/s)計(jì)的管路所需流量: 由附表可以看出,該泵在流量為12 L/s時(shí)所提供的壓頭即達(dá)到了14.4m,當(dāng)流量為管路所需要的10 L/s,它所提供的壓頭將會(huì)更高于管路所需要的13.06m。因此我們說該泵對于該輸送任務(wù)是可用的。 另一個(gè)值得關(guān)注的問題是該泵是否在高效區(qū)工作。由附表可以看出,該泵的最高效率為46%;流量為10 L/s時(shí)該泵的效率大約為43%,為最高效率的93.5%,因此我們說該泵是在高效區(qū)工作的。 (2)實(shí)際的輸送量、功率消耗和效率取決于泵的工作點(diǎn),而工作點(diǎn)由管路特性和泵的特性共同決定。 題給管路的特性曲線方程為: (其中流量單位為L/s) 據(jù)此可以計(jì)算出各流量下管路所需要的壓頭,如下表所示: Q(L/s) 0 3 6 9 12 15 H(m) 7 7.545 9.181 11.91 15.72 20.63 可以作出管路的特性曲線和泵的特性曲線,如圖所示。兩曲線的交點(diǎn)為工作點(diǎn),其對應(yīng)的壓頭為14.8m;流量為11.4L/s;效率0.45;軸功率可計(jì)算如下: 分析說明:(1)判斷一臺(tái)泵是否合用,關(guān)鍵是要計(jì)算出與要求的輸送量對應(yīng)的管路所需壓頭,然后將此輸送量與壓頭和泵能提供的流量與壓頭進(jìn)行比較,即可得出結(jié)論。另一個(gè)判斷依據(jù)是泵是否在高效區(qū)工作,即實(shí)際效率不低于最高效率的92% (2)泵的實(shí)際工作狀況由管路的特性和泵的特性共同決定,此即工作點(diǎn)的概念。它所對應(yīng)的流量(如本題的11.4L/s)不一定是原本所需要的(如本題的10L/s)。此時(shí),還需要調(diào)整管路的特性以適用其原始需求。 思考題: 1、是不是所有情況下離心泵啟動(dòng)前都要灌泵? 2、離心泵結(jié)構(gòu)中有哪些是轉(zhuǎn)能部件? 3、離心泵銘牌(標(biāo)牌)上標(biāo)出的性能參數(shù)是指該泵的最大值嗎? 4、離心泵的揚(yáng)程和升揚(yáng)高度有什么不同? 2.2.4 離心泵的氣蝕現(xiàn)象與安裝高度 離心泵在管路系統(tǒng)中安裝高度是否合適,將直接影響離心泵的性能、運(yùn)行及使用壽命,因此在管路計(jì)算中應(yīng)正確確定泵的安裝高度。 一、離心泵的氣蝕現(xiàn)象 由離心泵工作原理可知,在離心泵葉輪中心附近形成低壓,這一壓強(qiáng)的高低與泵的吸上高度密切相關(guān)。 1.泵的吸上高度是指貯槽液面與離心泵吸入口之間的垂直距離。 當(dāng)貯槽上方壓強(qiáng)一定時(shí),若泵吸入口的壓強(qiáng)越低,則吸上高度就越高,但是泵吸入口的低壓是有限制的。當(dāng)在泵的流通(一般在葉輪入口附近)中液體的靜壓強(qiáng)等于或低于該液體在工作溫度下的飽和蒸汽壓pV時(shí),液體將部分氣化,產(chǎn)生氣泡。含氣泡的液體進(jìn)入高壓區(qū)后,氣泡就急劇凝結(jié)或破裂。因氣泡的消失而產(chǎn)生了局部真空,周圍的液體就以極高的速度流向原氣泡中心,瞬間產(chǎn)生了極大的局部沖擊壓力,造成對葉輪和泵殼的沖擊,使材料受到破壞。 2.氣蝕現(xiàn)象:通常把泵內(nèi)氣泡的形成和破裂而使葉輪材料受到損壞的過程,稱為氣蝕現(xiàn)象。 離心泵在汽蝕狀態(tài)下工作: (1)泵體振動(dòng)并發(fā)出噪音;(2)壓頭、流量效率大幅度下降,嚴(yán)重時(shí)不能輸送液體;(3)時(shí)間長久,在水錘沖擊和液體中微量溶解氧對金屬化學(xué)腐蝕的雙重作用下,葉片表面出現(xiàn)斑痕和裂縫,甚至呈海綿狀逐漸脫落。 離心泵在正常運(yùn)行時(shí),必須避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。為此,葉輪入口附近處液體的絕對壓強(qiáng)必須高于該液體在工作溫度下的飽和蒸汽壓。這就要求離心泵有適宜的安裝高度。通常由離心泵的抗氣蝕性能(又稱吸上性能)來確定其安裝高度。 二、離心泵的抗氣蝕性能 一般采用兩種指標(biāo)來表示離心泵的抗氣蝕性能(又稱吸上性能) 1.離心泵的允許吸上真空度 允許吸上真空度是指為避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象,離心泵入口處可允許達(dá)到的最高真空度(即最低的絕對壓強(qiáng))。其值通過實(shí)驗(yàn)測定。由于實(shí)驗(yàn)中不易測出葉輪入口附近處的最低壓強(qiáng)的位置,因此以測定泵入口處的壓強(qiáng)代替。 如圖所示,假設(shè)大氣壓強(qiáng)為pa,泵的入口處的液體靜壓強(qiáng)為p1,則允許吸上真空度的定義為: (2-11) 式中 ?。x心泵的允許吸上真空度,m液柱; pa-當(dāng)?shù)卮髿鈮?,若貯槽為密封槽,則應(yīng)為槽內(nèi)液面上方的壓強(qiáng),Pa; p1-泵入口處的靜壓強(qiáng),Pa; ρ-液體的密度,Kg/m3。 圖2-7 離心泵的吸液示意圖 注意:離心泵的允許吸上真空度值越大,表示該泵在一定操作條件下抗氣蝕性能越好。值大小與泵的結(jié)構(gòu)、流量、被輸送液體的性質(zhì)及當(dāng)?shù)卮髿鈮旱纫蛩赜嘘P(guān),通常由泵的制造工廠實(shí)驗(yàn)測定。實(shí)驗(yàn)值列在泵的樣本或說明書的性能表上。應(yīng)注意,該實(shí)驗(yàn)是在大氣壓為10mHgH2O(9.81104Pa)下,以20oC清水為介質(zhì)進(jìn)行的。因此若輸送其它液體,或操作條件與上述的實(shí)驗(yàn)條件不同時(shí),應(yīng)按下式進(jìn)行換算: (2-12) 式中 -操作條件下,輸送液體時(shí)允許吸上真空度,m液柱; -實(shí)驗(yàn)條件下,輸送清水時(shí)的允許吸上真空度,m水柱; Ha-當(dāng)?shù)卮髿鈮海琺H2O; pv-操作溫度下液體的飽和蒸氣壓,Pa; ρ-操作溫度下液體的密度,Kg/m3; 10-實(shí)驗(yàn)條件下的大氣壓強(qiáng),mH2O; 0.24-實(shí)驗(yàn)條件下水的飽和蒸氣壓,mH2O; 1000-實(shí)驗(yàn)條件下水的密度,Kg/m3 不同海拔高度的大氣壓強(qiáng)見教材表2-1 應(yīng)予指出,由允許吸上真空度定義可知,它不僅具有壓強(qiáng)的意義,此時(shí)單位為m液柱,又具有靜壓頭的概念,因此一般泵性能表中把它的單位寫成m,兩者數(shù)值上是相等的。 允許吸上真空度也是泵的性能之一,一些離心泵的特性曲線圖中也畫出Hs-Q曲線。應(yīng)注意在確定離心泵安裝高度時(shí)應(yīng)按泵最大流量下的Hs值來進(jìn)行計(jì)算。 2.離心泵的氣蝕余量 為防止氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生,在離心泵的入口處液體的靜壓頭和動(dòng)壓頭之和必須大于操作溫度下的液體飽和蒸汽壓頭某一數(shù)值,此數(shù)值即定義為離心泵的氣蝕余量Δh,其定義為 或 m (2-13) 式中: pv-在操作溫度下液體的飽和蒸氣壓,Pa。 目前在國產(chǎn)泵樣本的性能表中,離心油泵中的氣蝕余量用符號(hào)Δh表示,離心水泵的氣蝕余量用NPSH表示,本節(jié)中為簡化均用Δh表示。而允許吸上真空度即將被停止使用。 而臨界汽蝕余量 m (2-14) 當(dāng)流量一定且流體流動(dòng)進(jìn)入阻力平方區(qū)時(shí),氣蝕余量Δh僅與泵的結(jié)構(gòu)及尺寸有關(guān),它是泵的抗氣蝕性能參數(shù)。 離心泵的Δhc由泵制造廠實(shí)驗(yàn)測定,其值隨流量增大而增大。為確保離心泵的正常操作,將所測得的臨界汽蝕余量Δhc加上一定的安全量后,稱為必需氣蝕余量Δhr,并且列入泵產(chǎn)品樣本性能表中。離心水泵用(NPSH)r表示,離心油泵用Δhr表示。在一些離心泵的特性曲線圖上,也繪出Δhr-Q曲線。也應(yīng)注意在確定離心泵安裝高度時(shí)應(yīng)取可能出現(xiàn)的最大流量為計(jì)算依據(jù)。 三、離心泵的允許安裝高度 由離心泵的吸液示意圖2-7,列出伯努力方程式,可求得離心泵的允許安裝高度Hg: m (2-15) 若已知離心泵的必需氣蝕余量Δhr,則有: (2-16) 若已知離心泵的允許吸上真空度,則有: (2-17) 四、討論 1.從前面的討論中容易使人獲得這樣一種認(rèn)識(shí),即汽蝕是由于安裝高度太高引起的,事實(shí)上汽蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生可以有以下三方面的原因:①離心泵的安裝高度太高;②被輸送流體的溫度太高,液體蒸氣壓過高;③吸入管路的阻力或壓頭損失太高。允許安裝高度這一物理量正是綜合了以上三個(gè)因素對汽蝕的貢獻(xiàn)。由此,我們又可以有這樣一個(gè)推論:一個(gè)原先操作正常的泵也可能由于操作條件的變化而產(chǎn)生汽蝕,如被輸送物料的溫度升高,或吸入管線部分堵塞。 2.有時(shí),計(jì)算出的允許安裝高度為負(fù)值,這說明該泵應(yīng)該安裝在液體貯槽液面以下。 3.允許安裝高度Hg的大小與泵的流量有關(guān)。由其計(jì)算公式可以看出,流量越大,計(jì)算出的Hg越小。因此用可能使用的最大流量來計(jì)算Hg是最保險(xiǎn)的。 4.安裝泵時(shí),為保險(xiǎn)計(jì),實(shí)際安裝高度比允許安裝高度還要小0.5至1米。(如考慮到操作中被輸送液體的溫度可能會(huì)升高;或由于貯槽液面降低而引起的實(shí)際安裝高度的升高)。 5.當(dāng)液體的操作溫度較高或其沸點(diǎn)較低時(shí),應(yīng)注意盡量減小吸入管路的壓頭損失(如可以選用較大的吸入管徑,減少管件和閥門,縮短管長等);或?qū)㈦x心泵安裝在貯槽液面以下,使液體利用位差自動(dòng)流入泵體內(nèi)。 2.2.5 離心泵的選用、安裝與操作 一、 離心泵的類型: 1.清水泵:適用于輸送清水或物性與水相近、無腐蝕性且雜質(zhì)較少的液體。結(jié)構(gòu)簡單,操作容易。(IS型、B型、D型、sh型) 2.耐腐蝕泵:用于輸送具有腐蝕性的液體,接觸液體的部件用耐腐蝕的材料制成,要求密封可靠。(F型) 3.油泵:輸送石油產(chǎn)品的泵,要求有良好的密封性和冷卻系統(tǒng)。(Y型) 4.雜質(zhì)泵:輸送含固體顆粒的液體、稠厚的漿液,葉輪流道寬,葉片數(shù)少。(P型) 單吸泵;雙吸泵; 單級泵;多級泵; 二、 離心泵的選用 1.根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)和操作條件確定泵的類型。 2.確定輸送系統(tǒng)的流量和所需壓頭。流量由生產(chǎn)任務(wù)來定,所需壓頭由管路的特性方程來定。 3.根據(jù)所需流量和壓頭確定泵的型號(hào) (1)查性能表或特性曲線,要求流量和壓頭與管路所需相適應(yīng)。 (2)若生產(chǎn)中流量有變動(dòng),以最大流量為準(zhǔn)來查找,壓頭也應(yīng)以最大流量對應(yīng)值查找。 (3)若H和Q與所需要不符,則應(yīng)在鄰近型號(hào)中找H和Q都稍大一點(diǎn)的。 (4)若幾個(gè)型號(hào)都滿足,應(yīng)選一個(gè)在操作條件下效率最高的 (5)為保險(xiǎn),所選泵可以稍大;但若太大,工作點(diǎn)離最高效率點(diǎn)太遠(yuǎn),則能量利用程度低。 泵的類型和型號(hào)選出后,應(yīng)列出該泵的性能參數(shù)。 4.核算泵的軸功率。若輸送液體的密度大于水的密度時(shí),則要核算泵的軸功率,重新配置電動(dòng)機(jī)。 三、離心泵的安裝與操作 1.安裝: (1) 安裝高度不能太高,應(yīng)小于允許安裝高度。 (2) 盡量設(shè)法減小吸入管路的阻力,以減少發(fā)生汽蝕的可能性。主要考慮:吸入管路應(yīng)短而直;吸入管路的直徑可以稍大;吸入管路減少不必要的管件和閥門,調(diào)節(jié)閥應(yīng)裝于出口管路。 2.操作: (1) 啟動(dòng)前應(yīng)灌泵,并排氣。 (2) 應(yīng)在出口閥關(guān)閉的情況下啟動(dòng)泵,使啟動(dòng)功率最小,以保護(hù)電動(dòng)機(jī)。 (3) 停泵前先關(guān)閉出口閥,以免損壞葉輪。 (4) 泵運(yùn)轉(zhuǎn)中應(yīng)定時(shí)檢查、維修等,特別要經(jīng)常檢查軸封的泄漏情況和發(fā)熱與否;經(jīng)常檢查軸承是否過熱,注意潤滑。 [例2-3]:用IS80-65-125型離心泵從常壓貯槽中將溫度為50oC的清水輸送到他處,槽內(nèi)水面恒定,輸送量為50m3/h。已知泵吸入管路的壓頭損失為2m,動(dòng)壓頭可忽略,當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?.81104Pa。求:該離心泵的安裝高度Hg。 解:由附錄可查出:對IS80-65-125型離心泵來講,轉(zhuǎn)速為2900r/min,流量為50m3/h時(shí)的必需氣蝕余量為Δhr=3.0m。 又查出50oC時(shí)水的物理性質(zhì)為: 故離心泵的允許安裝高度可用下式計(jì)算: 為安全起見,離心泵的實(shí)際安裝高度應(yīng)比允許安裝高度Hg低0.5~1m。 [例2-4]:用某離心泵從貯槽向反應(yīng)器輸送液態(tài)異丁烷,貯槽內(nèi)異丁烷液面恒定,液面上方壓強(qiáng)為652.37KPa(絕壓),泵位于貯槽液面以下1.5m處,吸入管路的全部壓頭損失為1.6m。異丁烷在輸送條件下的密度為530Kg/m3,飽和蒸氣壓為637.65 KPa。在泵的性能表上查得輸送流量下泵必需氣蝕余量為3.5m。 試問:該泵能否正常操作? 分析:要判斷該泵能否正常操作,應(yīng)根據(jù)已知條件,核算泵的安裝高度是否合適,即能否避免汽蝕現(xiàn)象。 解:先用公式計(jì)算允許安裝高度,以便和該離心油泵的實(shí)際安裝高度-1.5m進(jìn)行比較。 由題意知:,代入上式得: 說明:已知泵的實(shí)際安裝高度為-1.5m,大于允許安裝高度-2.27m,即表明泵的實(shí)際安裝高度偏高,可能發(fā)生氣蝕現(xiàn)象,故該泵不能正常操作。 思考:若要使該泵能夠正常操作,則應(yīng)該采取什么措施? 措施1:必須使該泵的安裝位置向下移動(dòng),至少移動(dòng)(2.27-1.5)=0.77m,但為了安全起見,應(yīng)向下移動(dòng):0.77+0.5=1.27m以上,才能保證安全操作。 措施2:請讀者回答:若泵的安裝位置不能移動(dòng),還可以采取什么措施,以保證該離心油泵能正常操作? [例2-5]:某車間有一冷卻塔,需用離心泵將地面下水池中20oC的水送至塔頂水槽內(nèi),然后再壓入塔內(nèi)。水池和水槽內(nèi)液面高度均維持恒定,兩液面上方均為大氣壓。已知塔頂水槽液面比地面高15m,水池液面又比地面低1.5m。已估計(jì)出管路計(jì)算總長度為52m(包括直管長度和所有局部阻力的當(dāng)量長度),摩擦系數(shù)λ為0.018,管路系統(tǒng)要求送水量為72m3/h。試由教材附錄中選用一臺(tái)適宜的離心泵。 解:(1)確定輸送水管的規(guī)格及水在管內(nèi)的實(shí)際流速。 據(jù)教材表1-1中可查出,輸送自來水時(shí),可選取,故可求出管徑d, 由附錄可選用熱軋無縫鋼管合適,此管的實(shí)際內(nèi)徑 管徑確定后應(yīng)重新核定流速,水在管內(nèi)實(shí)際流速為: (2)確定壓頭損失Hf1-2 由題給 則 (3)確定管路所需的外加壓頭He 選取水池液面為1-1’截面,高位槽液面為2-2’截面,以地平面為基準(zhǔn)面,在兩截面間列出伯努利方程: 已知: Z1=-1.5m , Z2=15m , P1=P2=0(表壓) , u1=0 ,u2=0 , Hf 1-2 = 0.80m , 代入柏努利方程中,可求出He He =15+1.5+0.80 = 17.3 m 據(jù) Qe=72m3/h, He=17.3m, 查附錄(教材)二十四,可選用IS100-80-125型離心泵,其性能如下: 轉(zhuǎn)速n=2900r/min,Q=100m3/h,H=20m,=78%,N軸=7KW,N電機(jī)=11KW,(NPSH)r=4.5m [例2-6]用泵將混酸(以硫酸為主),從常壓貯槽運(yùn)送到表壓為196.2KPa的設(shè)備中,要求流量為10m3/h,升揚(yáng)高度為6m,全部壓頭損失為5m,混酸的密度為1600Kg/m3。 試選用適宜的離心泵。 解:輸送以硫酸為主的腐蝕性混酸,宜用F型泵。參考手冊及有關(guān)資料得知,其材質(zhì)宜用高硅鑄鐵(材料代號(hào)為G),即選用FG型離心泵?,F(xiàn)計(jì)算管路所需的外加壓頭He : 由公式 已知:,,, ,,代入上式,可得: 又管路所需流量為10m3/h,可查有關(guān)資料或本教材(第1版)上冊附錄中F型泵性能表,知 50F-40A泵能符合要求。該泵的全部代號(hào)為50FG-40A,其主要性能如下; ,,,,, 此題應(yīng)校核軸功率,并重新配置電動(dòng)機(jī)。(因輸送以硫酸為主的混酸,其密度大于水的密度)具體計(jì)算如下: 實(shí)際所需軸功率,而所配電動(dòng)機(jī)的功率為5.5KW。 說明:在化工廠中輸送酸、堿等腐蝕性液體相當(dāng)普遍,也就是說,耐腐蝕泵在化工廠中也是常見的。故列上本例題供讀者參考。 思考題 1.氣縛現(xiàn)象與氣蝕現(xiàn)象有什么區(qū)別? 2.在參觀化工廠車間泵房時(shí),你是否注意到:在離心泵排出管路調(diào)節(jié)閥上,經(jīng)常掛著一個(gè)警示牌。上面寫著:在啟動(dòng)和停止泵前,必須先關(guān)此閥。這是為什么? .- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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