离心泵基础知识(DOC)(2)

关小出口阀，e l ∑增大，曲线变陡，工作点由M 变为M 1，流量下降，泵所提供的

压头上升；相反，开大出口阀开度，e l ∑减小，曲线变缓，工作点由M 变为M 2，流量上升，泵所提供的压头下降。如图2-5所示。

采用阀门调节流量快速简便，且流量可连续变化，适合化工连续生产的要求，因此应用很广泛。其缺点是当关小阀门时，管路阻力增加，消耗部分额外的能量，实际上是人为增加管路阻力来适应泵的特性。且在调节幅度较大时，往往使离心泵不在高效区下工作，不是很经济。

2．改变叶轮转速——改变泵的特性

如图2-6所示，12n n n <<，转速增加，流量和压头均能增加。这种调节流量的方法合理、经济，但曾被认为是操作不方便，并且不能实现连续调节。但随着的现代工业技术的发展，无级变速设备在工业中的应用克服了上述缺点。是该种调节方法能够使泵在高效区工作，这对大型泵的节能尤为重要。

图2-6 改变泵转速时工作点变化

3．车削叶轮直径

这种调节方法实施起来不方便，且调节范围也不大。叶轮直径减小不当还可能降低泵的效率，因此生产上很少采用。在生产中单台离心泵不能满足输送任务要求时，可采用离心泵并联或串联操作。

[例2-2] 确定泵是否满足输送要求。

将浓度为95%的硝酸自常压贮槽输送至常压设备中去，要求输送量为36m 3/h, 液体的升扬高度为7m 。输送管路由内径为80mm 的钢化玻璃管构成，总长为160m （包括所有局部阻力的当量长度）。输送条件下管路特性曲线方程为： 2

06058.07e e Q H +=（Q e 单位为L/s ）。现采用某种型号的耐酸泵，其性能列于下

表中。

问：

（1） （1） 该泵是否合用？

（2） （2） 实际的输送量、压头、效率及功率消耗各为多少？

Q(L/s)

0 3 6 9 12 15 H(m)

19.5 19 17.9 16.5 14.4 12 η(%) 0 17 30 42 46 44 已知：酸液在输送温度下粘度为1.15?10-3Pa ?s ；密度为1545kg/m 3。摩擦系数可取为0.015。

解：（1）对于本题，管路所需要压头通过在贮槽液面（1-1’）和常压设备液面（2-2’）之间列柏努利方程求得：

f e H

g p z g u H g p z g u +++=+++ρρ2222112122

式中0)(0,7,0212121≈=====u ，u p p m z z 表压 管内流速：s m d Q

u /99.1080.0*785.0*360036

4===π 管路压头损失：m g u d l l H e f 06.681.9*299.108.0160015.022

2=?=∑+=λ

管路所需要的压头：()m H z z H f e 06.1306.6712=+=+-=

以（L/s ）计的管路所需流量：s L Q /1036001000*36==

由附表可以看出，该泵在流量为12 L/s 时所提供的压头即达到了14.4m ，当流量为管路所需要的10 L/s ，它所提供的压头将会更高于管路所需要的13.06m 。因此我们说该泵对于该输送任务是可用的。

另一个值得关注的问题是该泵是否在高效区工作。由附表可以看出，该泵的最高效率为46%；流量为10 L/s 时该泵的效率大约为43%，为最高效率的93.5％，因此我们说该泵是在高效区工作的。

（2）实际的输送量、功率消耗和效率取决于泵的工作点，而工作点由管路特性和泵的特性共同决定。

题给管路的特性曲线方程为：2

06058.07Qe H e += （其中流量单位为

L/s ）

据此可以计算出各流量下管路所需要的压头，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

其对应的压头为14.8m ；流量为11.4L/s ；效率0.45；轴功率可计算如下：

kW

HQ N 68.545.0*1021545

*104.11*8.141023=?==-ηρ

Q, L/s

η, %

分析说明：（1）判断一台泵是否合用，关键是要计算出与要求的输送量对应的管路所需压头，然后将此输送量与压头和泵能提供的流量与压头进行比较，即可得出结论。另一个判断依据是泵是否在高效区工作，即实际效率不低于最高效率的

92%

（2）泵的实际工作状况由管路的特性和泵的特性共同决定，此即工作点的概念。它所对应的流量（如本题的11.4L/s）不一定是原本所需要的（如本题的10L/s）。此时，还需要调整管路的特性以适用其原始需求。

思考题：

1、是不是所有情况下离心泵启动前都要灌泵？

2、离心泵结构中有哪些是转能部件？

3、离心泵铭牌（标牌）上标出的性能参数是指该泵的最大值吗？

4、离心泵的扬程和升扬高度有什么不同？

2.2.4 离心泵的气蚀现象与安装高度

离心泵在管路系统中安装高度是否合适，将直接影响离心泵的性能、运行及使用寿命，因此在管路计算中应正确确定泵的安装高度。

一、离心泵的气蚀现象

由离心泵工作原理可知，在离心泵叶轮中心附近形成低压，这一压强的高低与泵的吸上高度密切相关。

1．泵的吸上高度是指贮槽液面与离心泵吸入口之间的垂直距离。

当贮槽上方压强一定时，若泵吸入口的压强越低，则吸上高度就越高，但是泵吸入口的低压是有限制的。当在泵的流通（一般在叶轮入口附近）中液体的静

时，液体将部分气化，产压强等于或低于该液体在工作温度下的饱和蒸汽压p

V

生气泡。含气泡的液体进入高压区后，气泡就急剧凝结或破裂。因气泡的消失而产生了局部真空，周围的液体就以极高的速度流向原气泡中心，瞬间产生了极大的局部冲击压力，造成对叶轮和泵壳的冲击，使材料受到破坏。

2．气蚀现象：通常把泵内气泡的形成和破裂而使叶轮材料受到损坏的过程，称为气蚀现象。

离心泵在汽蚀状态下工作：

（1）泵体振动并发出噪音；（2）压头、流量效率大幅度下降，严重时不能输送液体；（3）时间长久，在水锤冲击和液体中微量溶解氧对金属化学腐蚀的双重作用下，叶片表面出现斑痕和裂缝，甚至呈海绵状逐渐脱落。

离心泵在正常运行时，必须避免发生气蚀现象。为此，叶轮入口附近处液体

的绝对压强必须高于该液体在工作温度下的饱和蒸汽压。这就要求离心泵有适宜的安装高度。通常由离心泵的抗气蚀性能（又称吸上性能）来确定其安装高度。

二、离心泵的抗气蚀性能

一般采用两种指标来表示离心泵的抗气蚀性能（又称吸上性能）

1．离心泵的允许吸上真空度

允许吸上真空度是指为避免发生气蚀现象，离心泵入口处可允许达到的最高真空度（即最低的绝对压强）。其值通过实验测定。由于实验中不易测出叶轮入口附近处的最低压强的位置，因此以测定泵入口处的压强代替。

如图所示，假设大气压强为p

a ，泵的入口处的液体静压强为p

1

，则允许吸上真空

度的定义为：

g p

p

s

H a

ρ1

'

-

=

（2-11）

式中s

H'－离心泵的允许吸上真空度，m液柱；

p

a

－当地大气压，若贮槽为密封槽，则应为槽内液面上方的压强，Pa；

p

1

－泵入口处的静压强，Pa；

ρ－液体的密度，Kg/m3。

图2-7 离心泵的吸液示意图

注意：离心泵的允许吸上真空度s

H'值越大，表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能越好。s

H'值大小与泵的结构、流量、被输送液体的性质及当地大气压等因素有关，通常由泵的制造工厂实验测定。实验值列在泵的样本或说明书的性能表

上。应注意，该实验是在大气压为10mHgH

2

O（9.81×104Pa）下，以20o C清水为介质进行的。因此若输送其它液体，或操作条件与上述的实验条件不同时，应按

下式进行换算：

ρ1000)]24.01081.9()10(['3?-?--+=v a s s p H H H （2-12）

式中 s H '－操作条件下，输送液体时允许吸上真空度，m 液柱；

s H －实验条件下，输送清水时的允许吸上真空度，m 水柱； H a －当地大气压，mH 2O ；

p v －操作温度下液体的饱和蒸气压，Pa ；

ρ－操作温度下液体的密度，Kg/m 3；

10－实验条件下的大气压强，mH 2O ；

0.24－实验条件下水的饱和蒸气压，mH 2O ；

1000－实验条件下水的密度，Kg/m 3

不同海拔高度的大气压强见教材表2－1

应予指出，由允许吸上真空度定义可知，它不仅具有压强的意义，此时单位为m 液柱，又具有静压头的概念，因此一般泵性能表中把它的单位写成m ，两者数值上是相等的。

允许吸上真空度也是泵的性能之一，一些离心泵的特性曲线图中也画出H s －Q 曲线。应注意在确定离心泵安装高度时应按泵最大流量下的H s 值来进行计算。

2．离心泵的气蚀余量

为防止气蚀现象的发生，在离心泵的入口处液体的静压头和动压头之和必须大于操作温度下的液体饱和蒸汽压头某一数值，此数值即定义为离心泵的气蚀余量Δh ，其定义为 h g p g u g p v ?+=+ρρ2211 或

g u g p p h v 2211+-=?ρ m （2-13）

式中： p v －在操作温度下液体的饱和蒸气压，Pa 。

目前在国产泵样本的性能表中，离心油泵中的气蚀余量用符号Δh 表示，离心水泵的气蚀余量用NPSH 表示，本节中为简化均用Δh 表示。而允许吸上真空

度即将被停止使用。 而临界汽蚀余量K f K v c H g u g u g p p h -+=+-=?1,2

21min 122ρ m （2-14）

当流量一定且流体流动进入阻力平方区时，气蚀余量Δh 仅与泵的结构及尺寸有关，它是泵的抗气蚀性能参数。

离心泵的Δh c 由泵制造厂实验测定，其值随流量增大而增大。为确保离心泵

的正常操作，将所测得的临界汽蚀余量Δh c 加上一定的安全量后，称为必需气蚀

余量Δh r ，并且列入泵产品样本性能表中。离心水泵用（NPSH ）r 表示，离心油

泵用Δh r 表示。在一些离心泵的特性曲线图上，也绘出Δh r －Q 曲线。也应注意

在确定离心泵安装高度时应取可能出现的最大流量为计算依据。

三、离心泵的允许安装高度

由离心泵的吸液示意图2-7，列出伯努力方程式，可求得离心泵的允许安装高度H g ： 10,2

112----=f a g H g u g p p H ρ m （2-15）

若已知离心泵的必需气蚀余量Δh r ，则有：

10,--?--=f r v a g H h g p p H ρ （2-16） 若已知离心泵的允许吸上真空度，则有：

10,212'---=f s g H g u H H （2-17）

四、讨论

1．从前面的讨论中容易使人获得这样一种认识，即汽蚀是由于安装高度太高引起的，事实上汽蚀现象的产生可以有以下三方面的原因：①离心泵的安装高度太高；②被输送流体的温度太高，液体蒸气压过高；③吸入管路的阻力或压头损失太高。允许安装高度这一物理量正是综合了以上三个因素对汽蚀的贡献。由此，我们又可以有这样一个推论：一个原先操作正常的泵也可能由于操作条件的变化而产生汽蚀，如被输送物料的温度升高，或吸入管线部分堵塞。

2．有时，计算出的允许安装高度为负值，这说明该泵应该安装在液体贮槽液面以下。

3．允许安装高度H

g

的大小与泵的流量有关。由其计算公式可以看出，流量

越大，计算出的H

g 越小。因此用可能使用的最大流量来计算H

g

是最保险的。

4．安装泵时，为保险计，实际安装高度比允许安装高度还要小0.5至1米。（如考虑到操作中被输送液体的温度可能会升高；或由于贮槽液面降低而引起的实际安装高度的升高）。

5．当液体的操作温度较高或其沸点较低时，应注意尽量减小吸入管路的压头损失（如可以选用较大的吸入管径，减少管件和阀门，缩短管长等）；或将离心泵安装在贮槽液面以下，使液体利用位差自动流入泵体内。

2.2.5 离心泵的选用、安装与操作

一、离心泵的类型：

1．清水泵：适用于输送清水或物性与水相近、无腐蚀性且杂质较少的液体。结构简单，操作容易。（IS型、B型、D型、sh型）

2．耐腐蚀泵：用于输送具有腐蚀性的液体，接触液体的部件用耐腐蚀的材料制成，要求密封可靠。（F型）

3．油泵：输送石油产品的泵，要求有良好的密封性和冷却系统。（Y型）4．杂质泵：输送含固体颗粒的液体、稠厚的浆液，叶轮流道宽，叶片数少。

（P型）

单吸泵；双吸泵；

单级泵；多级泵；

二、离心泵的选用

1．根据被输送液体的性质和操作条件确定泵的类型。

2．确定输送系统的流量和所需压头。流量由生产任务来定，所需压头由管路的特性方程来定。

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