1、船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 1 第一節(jié)第一節(jié) 離心泵的工作原理和特點離心泵的工作原理和特點Section 1 Principle and characteristics of centrifugal pump一一 離心泵的工作原理離心泵的工作原理Principle of a centrifugal pump at zero flowBucket behavior if a hole is put in its base. As viewed by a stationary observer.船舶輔機船舶輔機Marine Aux

2、iliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 2 一一 離心泵的工作原理離心泵的工作原理單級蝸殼式離心泵單級蝸殼式離心泵(Single stage volute centrifugal pump)1-1-葉輪葉輪(Impeller)2-2-葉片葉片(Blade)3-3-泵殼泵殼(Shell)4-4-吸入接管吸入接管(Inlet connection)5-5-擴壓管擴壓管(Diffuser)6-6-泵軸泵軸(Shaft)7-7-固定螺帽固定螺帽(Locking nut)8-8-蝸室蝸室(Volute chamber)船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machiner

3、y第四章第四章 離心泵離心泵 3 立式離心泵立式離心泵(Vertical type)臥式離心泵臥式離心泵(Horizontal type)船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 4 葉輪葉輪 (Impeller)液體能量的增加是在液體能量的增加是在葉輪葉輪中完成的。中完成的。船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 5 船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 6 二二 離心泵的揚程方程式和特性曲線離心泵的揚程方程式和特性曲線1 1

4、 液體在葉輪中的流動情況液體在葉輪中的流動情況假定假定：(1)(1)輪葉片無限多、無限薄、形狀相同。輪葉片無限多、無限薄、形狀相同。 dddddddddddd(2)(2)理想液體，無水力損失。理想液體，無水力損失。圓周速度圓周速度u u相對速度相對速度w絕對速度絕對速度c c cucrVelocity triangle 船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 7 圓周速度圓周速度u u相對速度相對速度w絕對速度絕對速度c c cucr速度三角形速度三角形c cr r 徑向分速度徑向分速度c cu u 周向分速度周向分速度u：方向一定：方向

5、一定w：方向一定：方向一定c：方向一定：方向一定DBQctrQ Qt t- -流過葉輪的理論流量流過葉輪的理論流量D-D-質(zhì)點處的葉輪直徑質(zhì)點處的葉輪直徑B-B-質(zhì)點處的葉輪寬度質(zhì)點處的葉輪寬度 - -排擠系數(shù)排擠系數(shù),0.75-0.95,0.75-0.95葉輪流量、轉(zhuǎn)速、尺葉輪流量、轉(zhuǎn)速、尺寸確定后，葉輪各處寸確定后，葉輪各處速度三角形就確定。速度三角形就確定。船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 8 2 2 揚程方程式揚程方程式gccgppzzgcgpzgcgpzHt2222122121221112222Wgwgpzgwgpz222

6、2222111 guurgdrrgWrrrr22121222222121理論揚程即為進出葉輪的水頭之差：理論揚程即為進出葉輪的水頭之差：慣性系統(tǒng)力學定律：慣性系統(tǒng)力學定律：W W：離心力對單位液體所做的功。：離心力對單位液體所做的功。船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 9 將上式所得結(jié)果代入，于是：將上式所得結(jié)果代入，于是：代入代入1 1式，即得離心泵揚程方程式：式，即得離心泵揚程方程式：由于多數(shù)離心泵都是徑向吸入，即由于多數(shù)離心泵都是徑向吸入，即1 1=90=90 ，c c1u1u=0=0，而，而c c2u2u=u=u2 2- -c

7、 c2r2rctgctg 2 2 ，于是揚程方程即可寫成：，于是揚程方程即可寫成：guugwwgppzz22212222211212gccgwwguuHt222212222212122運用余弦定理，去掉運用余弦定理，去掉w項，則：項，則：gcucugucucHuut1122111222coscos22222ctggcuguHrt船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 10 葉片出口角對理論揚程的影響葉片出口角對理論揚程的影響 前彎葉片前彎葉片 2 29090 徑向葉片徑向葉片 2 2=90=90 后彎葉片后彎葉片 2 29090 H Ht

8、 t Q Qt tc ca ab b22222ctggcuguHrt船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 11 (2)(2)揚程隨流量而變，并與葉片出口角揚程隨流量而變，并與葉片出口角 2 2有關。有關。前彎葉前彎葉片揚程高，但能量損失大片揚程高，但能量損失大( (水力效率低水力效率低) )。為了提高效率，。為了提高效率，一般采用后彎葉片。一般采用后彎葉片。(1)(1)揚程取決于葉輪的直徑及轉(zhuǎn)速。揚程取決于葉輪的直徑及轉(zhuǎn)速。(3)(3)理論揚程與所輸送流體的性質(zhì)無關。理論揚程與所輸送流體的性質(zhì)無關。輸送不同的流體，根據(jù)p=pd-ps=g

9、H、P=gQH/不同。如果起動時泵和吸入管內(nèi)是空氣，理論上在大氣壓下只能將水吸上約12.9cm。所以，離心泵無自吸能力。離心泵無自吸能力。22222ctggcuguHrt船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 12 船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 13 在既定轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚程、功率、效率等性能參數(shù)與在既定轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚程、功率、效率等性能參數(shù)與流量的函數(shù)關系。流量的函數(shù)關系。22222ctggcuguHrt(1)(1)流量流量- -揚程曲線揚程曲線Q Qt t-H-H

10、t t ：理論流量：理論流量- -理論揚程理論揚程軸向旋渦軸向旋渦(c)(c)同半徑圓周上各點的相對速度不相等同半徑圓周上各點的相對速度不相等(b)(b)。葉。葉輪出口相對速度輪出口相對速度w2 2向葉輪旋轉(zhuǎn)的反方向偏轉(zhuǎn)，使向葉輪旋轉(zhuǎn)的反方向偏轉(zhuǎn)，使 2 2比理論要小。比理論要小。葉片有限的理論揚程葉片有限的理論揚程H Ht t= = H Ht t ， 稱為渦旋系數(shù)。稱為渦旋系數(shù)。Q Qt t-H-Ht t Q Qt t-H-Ht t3 3 定速特性曲線定速特性曲線 (Constant revolution characteristic curves) 船舶輔機船舶輔機Marine Auxil

11、iary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 14 Q Qt t-H-Ht t ：理論流量：理論流量- -理論揚程理論揚程沿程沿程摩擦損失摩擦損失( (與流速與流速2 2成成正比正比) )、與葉輪的撞擊損失、與葉輪的撞擊損失( (偏離設計工況越遠越大偏離設計工況越遠越大) )。Q Qt t-H-Ht tQ Qt t-H-H泄漏。泄漏。q q隨揚程隨揚程H H增大而增增大而增大大(q-H) (q-H) Q Qt t-H-HQ-HQ-H在既定轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚程、功率、效率等性能參數(shù)與在既定轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚程、功率、效率等性能參數(shù)與流量的函數(shù)關系。流量的函數(shù)關系。22222ctggcu

12、guHrt(1)(1)流量流量- -揚程曲線揚程曲線3 3 定速特性曲線定速特性曲線 (Constant revolution characteristic curves) 船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 15 (2)(2)流量流量- -功率曲線功率曲線水力功率水力功率P Ph h= =g gQ Qt tH Ht t軸功率軸功率P=PP=Ph h+ +機械摩擦功率損失機械摩擦功率損失實際流量實際流量Q=QQ=Qt t-q-qQ Qt t-P-Ph hQ Qt t-P-PQ-PQ-P(3)(3)流量流量- -效率曲線效率曲線根據(jù)根據(jù)

13、Q-HQ-H，Q-PQ-P， = = gQHgQH/P/P，求出求出Q-Q- 額定額定(設計設計)工況工況 高，因為液高，因為液體進出葉輪撞擊損失最小。體進出葉輪撞擊損失最小。在既定轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚程、功率、效率等性能參數(shù)與在既定轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚程、功率、效率等性能參數(shù)與流量的函數(shù)關系。流量的函數(shù)關系。22222ctggcuguHrt機械損失：圓盤摩擦損失最大，機械損失：圓盤摩擦損失最大，其次軸封和軸承摩擦損失。其次軸封和軸承摩擦損失。3 3 定速特性曲線定速特性曲線 (Constant revolution characteristic curves) 船舶輔機船舶輔機Marine Au

14、xiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 16 4 4 實測定速特性曲線實測定速特性曲線 (Measured)() 在恒定的轉(zhuǎn)速下，揚程在恒定的轉(zhuǎn)速下，揚程H H、軸功率、軸功率P P和必需汽蝕余量和必需汽蝕余量hhr r、效率、效率，隨流量，隨流量Q Q變化的曲線。變化的曲線。(1)(1)流量流量 ，揚程揚程 。(2)(2)流量流量 ，軸功率軸功率 。封封閉起停，不應長時間封閉起停，不應長時間封閉運行，否則發(fā)熱。閉運行，否則發(fā)熱。(3)(3)額定工況附近效率較額定工況附近效率較高。非額定工況撞擊損高。非額定工況撞擊損失較大。失較大。船舶輔機船舶輔機Marine Auxil

15、iary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 17 船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 18 5 5 離心泵的裝置特性離心泵的裝置特性管路特性曲線管路特性曲線(Pipeline characteristic curve)：液體流液體流過管路時，揚程與流量的函數(shù)曲線。過管路時，揚程與流量的函數(shù)曲線。2KQgppzhHHsrdrstH Hstst- -管路靜能頭管路靜能頭K-K-比例常數(shù)比例常數(shù)Q QH HststH HQ QH HststH HQ QH HststH H管路特性曲線管路特性曲線濾器臟堵、閥門關濾器臟堵、閥門關小

16、、液體粘度變大小、液體粘度變大管路靜能頭增大管路靜能頭增大gppzsrdr2KQh AAAAA船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 19 泵的裝置特性泵的裝置特性(Pump installation characteristic)：將將泵泵的揚程特性曲線和管路的特性曲線畫在同一坐標圖上的揚程特性曲線和管路的特性曲線畫在同一坐標圖上，稱泵的裝置特性。，稱泵的裝置特性。泵的揚程曲線與管路特性曲線的泵的揚程曲線與管路特性曲線的交點稱為交點稱為泵的工況點泵的工況點(Operation point)。Q QH HststH HAH H0 0H H

17、C CQ QC CCQ QH HststH HAH H0 0H HC CQ QC CCA ACC泵的裝置特性泵的裝置特性穩(wěn)定工況的工穩(wěn)定工況的工況點自動調(diào)節(jié)況點自動調(diào)節(jié)管路特性改變導致管路特性改變導致工況點變化工況點變化Q QH HststH HAH H0 0H HC CQ QC CCDDQ QD D船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 20 船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 21 6 6 額定揚程和流量的估算額定揚程和流量的估算額定揚程：額定揚程： m m 222DKnH

18、D D2 2- -葉輪外徑，葉輪外徑，m mn-n-轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速，r/minr/minK-K-系數(shù)，系數(shù)，(1-1.5)(1-1.5) 1010-4-4額定流量：額定流量： m m3 3/h /h 205DQ D D0 0- -泵吸口直徑，泵吸口直徑，inin。(1in=25.4mm)(1in=25.4mm)離心泵出口直徑離心泵出口直徑100mm100mm，吸口直徑，吸口直徑125mm125mm，葉輪外徑，葉輪外徑300mm300mm，額定流量約為，額定流量約為( )( )125m125m3 3/h/h船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵

19、 22 三三 離心泵的特點離心泵的特點(1)(1)流量連續(xù)、均勻、便于調(diào)節(jié)；流量連續(xù)、均勻、便于調(diào)節(jié)；(2)(2)轉(zhuǎn)速高，與電機直聯(lián)；轉(zhuǎn)速高，與電機直聯(lián)；(3)(3)對雜質(zhì)不敏感，易損件少對雜質(zhì)不敏感，易損件少( (阻漏環(huán)、軸封阻漏環(huán)、軸封) )； (1)(1)無自吸能力；無自吸能力； (2)(2)流量隨工作揚程而變；流量隨工作揚程而變； (3)(3)不適合小流量、高揚程。不適合小流量、高揚程。Advantage:Disadvantage:(1)(1)船用水泵，壓載泵、艙底水泵船用水泵，壓載泵、艙底水泵( (加自吸加自吸) )；(4)(4)不需安全閥。不需安全閥。 Application:(3

20、)(3)主機滑油泵。主機滑油泵。(2)(2)油船貨油泵，掃艙泵油船貨油泵，掃艙泵( (加自吸加自吸) )；船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 23 船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 24 船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 25 四四 離心泵的離心泵的比轉(zhuǎn)數(shù)比轉(zhuǎn)數(shù)(Specific speed)如果兩臺如果兩臺泵滿足泵滿足幾何相似、運動相似、動力相似，則幾何相似、運動相似、動力相似，則比轉(zhuǎn)數(shù)相等。比轉(zhuǎn)數(shù)相等。幾何相

21、似：幾何相似：過流部分對應尺寸比例過流部分對應尺寸比例相同、葉片數(shù)和對應葉片角相等。相同、葉片數(shù)和對應葉片角相等。運動相似：運動相似：對應點的相應速度方向?qū)c的相應速度方向相同、比值相等，即各對應點的速相同、比值相等，即各對應點的速度三角形相似。度三角形相似。動力相似：動力相似：輸送的是水或低粘度液輸送的是水或低粘度液體，各對應點重力和粘性力比值近體，各對應點重力和粘性力比值近似相等、方向相同。似相等、方向相同。 船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 26 四四 離心泵的離心泵的比轉(zhuǎn)數(shù)比轉(zhuǎn)數(shù)(Specific speed)1.1.流量

22、相似：流量相似：nnDDQQ3222.2.揚程相似：揚程相似：2222nnDDHH3.3.功率相似：功率相似：3252nnDDPP相似定律：相似定律：船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 27 4365. 3HQnns43602gHQnK中國：中國：ISOISO：不同國家計算比轉(zhuǎn)數(shù)的算法和所用單不同國家計算比轉(zhuǎn)數(shù)的算法和所用單位均不同，所得數(shù)值和量綱也不同。位均不同，所得數(shù)值和量綱也不同。n- -額定轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)速，r/minr/minQ- -額定流量，額定流量，m m3 3/s/sH- -額定揚程，額定揚程，m mg- -重力加速度，重力加速度，m/sm/s2 2船舶輔機船舶輔機Marine Auxiliary Machinery第四章第四章 離心泵離心泵 28 幾何相似的泵以額定工況幾何相似的泵以額定工況( (運動相似運動相似) )輸送同種液體輸送同種液體( (動動力相似力相似) )，比轉(zhuǎn)數(shù)，比轉(zhuǎn)數(shù)n ns s相等。相等。比轉(zhuǎn)數(shù)比轉(zhuǎn)數(shù)ns適用于葉輪式泵：適用于葉輪式泵：混流泵、軸流泵、旋渦泵?；炝鞅?、軸流泵、旋渦泵。利用利用ns可對葉輪式泵分類?？蓪θ~輪式泵分類。比轉(zhuǎn)數(shù)相等不一定幾何相似。比轉(zhuǎn)數(shù)相等不一定幾何相似。同比轉(zhuǎn)數(shù)的泵可設計成同比轉(zhuǎn)