医学课件第三章离心泵centrifugalpump

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1、centrifugal pump分类：离心泵分类：离心泵液体轴向进入，径向流出；液体轴向进入，径向流出；轴流泵轴流泵液体轴向进入，轴向流出；液体轴向进入，轴向流出；混流泵混流泵液体沿轴线的倾斜方向进入，液体沿轴线的倾斜方向进入，仍然是沿轴线的倾斜方向流出。仍然是沿轴线的倾斜方向流出。优缺点：优缺点：1.1.结构简单，易操作；结构简单，易操作；2.2.流量大，流量均匀；流量大，流量均匀；3.3.重量轻，运动部件少，转速高；重量轻，运动部件少，转速高；4.4.泵送的液体粘度范围广；泵送的液体粘度范围广；5.5.无自吸能力。无自吸能力。一、工作原理一、工作原理一、工作原理一、工作原理 泵轴带动叶轮一

2、起旋转，充满叶片之间的液体也随着旋转，在惯性离心力的作用下液体从叶轮中心被抛向外缘的过程中便获得了能量，使叶轮外缘的液体静压强提高，同时也增大了流速，一般可达1525m/s。液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐加宽，液体的流速逐渐降低，又将一部分动能转变为静压能，使泵出口处液体的压强进一步提高。液体以较高的压强，从泵的排出口进入排出管路，输送至所需的场所二、离心泵的压头方程式二、离心泵的压头方程式u 离心泵的流量、压头、轴功率、效率、转速等性能参数表示一台泵的整体性能。u 泵在高效区工作，可得到最经济、最合理的使用。u 离心泵因能量的转递方式不同于容积式泵，单位液体所获得的能量（压头、扬

3、程）H与叶轮的尺寸和转速密切相关。先分析液体在叶轮中的流动情况再建立压头方程式后分析其规律得到管理的要点 为简化液体在叶轮内的复杂运动，作两点假设：叶轮内叶片的数目为无穷多，即叶片的厚度为无限薄，从而可以认为液体质点完全沿着叶片的形状而运动，亦即液体质点的运动轨迹与叶片的外形相重合；输送的是理想液体，由此在叶轮内的流动阻力可忽略。1.液体在叶轮中的运动情况及速度三角形二、离心泵的压头方程式二、离心泵的压头方程式*相对运动速度相对运动速度：它是以与：它是以与液体一起作等角速度的旋转坐液体一起作等角速度的旋转坐标为参照系，液体质点沿叶片标为参照系，液体质点沿叶片从叶轮中心流到外缘的运动速从叶轮中心

4、流到外缘的运动速度，即相对于旋转叶轮的相对度，即相对于旋转叶轮的相对运动速度运动速度。*绝对运动速度绝对运动速度c c：它是以固定：它是以固定于地面的静止坐标作为参照系于地面的静止坐标作为参照系的液质点的运动，称为绝对运的液质点的运动，称为绝对运动，绝对运动速度用动，绝对运动速度用c c表示。表示。三者关系：三者关系：速度三角形如图示：三个速度构成了速度速度三角形如图示：三个速度构成了速度，表示表示c c与与u u之间的夹角，之间的夹角，表示表示与与u u反方向延长线之间的夹反方向延长线之间的夹角，角，称为流动角，其大小与叶轮的结构有称为流动角，其大小与叶轮的结构有关关。根据余弦定理，则：根据

5、余弦定理，则：1.液体在叶轮中的运动情况及速度三角形二、离心泵的压头方程式二、离心泵的压头方程式液体质点在叶轮内的速度有三个：液体质点在叶轮内的速度有三个：*圆周运动速度圆周运动速度u u：叶轮带动液体：叶轮带动液体质点作圆周运动的速度，质点作圆周运动的速度，若将若将c c分解为径向分量分解为径向分量CrCr和圆周分量和圆周分量CuCu，则分别为：，则分别为：（得出的公式结论将在后面用）（得出的公式结论将在后面用）则：则：1.液体在叶轮中的运动情况及速度三角形二、离心泵的压头方程式二、离心泵的压头方程式2.离心泵的扬程方程式1）理想压头方程式（欧拉公式）扬程等于单位重量液体通过泵后所具有的能量

6、增值（即液体离开叶轮和进入叶轮时的压头之差）。gccgppZZEEHT22122121212势能势能 压力能压力能 速度能速度能二、离心泵的压头方程式二、离心泵的压头方程式1）理想压头方程式（欧拉公式）(续）假设叶轮不转，液体仍以叶轮回转时那样的相对速度假设叶轮不转，液体仍以叶轮回转时那样的相对速度通过叶轮，其能量表达式：（站在叶轮上看液体）通过叶轮，其能量表达式：（站在叶轮上看液体）ggpZggpZ22222111 实际上叶轮在转，液体在过程中获得离心力所作的功实际上叶轮在转，液体在过程中获得离心力所作的功W，其能量表达式：（站在泵的壳体上看液体），其能量表达式：（站在泵的壳体上看液体）gg

7、pZWggpZ222221112.离心泵的扬程方程式二、离心泵的压头方程式二、离心泵的压头方程式 离心力对单位重量离心力对单位重量液体所作的功液体所作的功W：离心力离心力222111RgFRRgRugaGmFnnn1）理想压头方程式（欧拉公式）(续）2.离心泵的扬程方程式二、离心泵的压头方程式二、离心泵的压头方程式212221RRRgdRRgdRFWRRRRn221211guuRRgRRg22121212222122221212222ggpZWggpZ22222111离心力做的功（离心力做的功（3）guuW22122gccgppZZEEHT22122121212压头公式压头公式（1）能量表达公

8、式能量表达公式（2）（3）式代于（式代于（2）式后，在代于（）式后，在代于（1）式，得欧拉方程）式，得欧拉方程I式：式：gccgguuHT222212222212122Hp（静压头）（静压头）Hc(动压头动压头)离心力的作用下叶轮旋转所增离心力的作用下叶轮旋转所增加的静压头加的静压头 叶片间通道面积逐渐加大使液体的叶片间通道面积逐渐加大使液体的相对速度减少所增加的静压头相对速度减少所增加的静压头 液体流经叶轮后所增加的动液体流经叶轮后所增加的动压头（在蜗壳中其中一部分压头（在蜗壳中其中一部分将转变为静压能）将转变为静压能）HpHp用于克服装置中的流阻、液位差和反用于克服装置中的流阻、液位差和反

9、压。要求压。要求HpHp大于这三者之和。大于这三者之和。HcHc表现为液流的绝对速度增加。要求表现为液流的绝对速度增加。要求HcHc不宜过大，因为不宜过大，因为HcHc大流阻大。大流阻大。gccgguuHT222212222212122欧拉方程欧拉方程I式式速度三角形和余弦定律：速度三角形和余弦定律：得：得：222111222222222111212121coscoscos2cos2ccccucucucucuu（4）（1）将（将（4）式代于（）式代于（1）式后，得：欧拉方程）式后，得：欧拉方程II式式gcucugcucuHuuT1122111222coscos2）对欧拉方程II式的分析gcuc

10、ugcucuHuuT1122111222coscos欧拉方程欧拉方程II式式在离心泵设计中，为提高理论压头，一般使190（液体径向进入叶片间通道），cos10gcugcuHuT22222cos欧拉方程欧拉方程II式式2.离心泵的扬程方程式二、离心泵的压头方程式二、离心泵的压头方程式 根据速度三角形2）对欧拉方程II式的分析(续）2gcugcuHuT22222cosc c2u2u=c=c2 2coscos 2 2 =u=u2 2 c cr2 r2ctg ctg 2w w22c c2u u2c cr r2c c2u u2将上两式代入欧拉方程II式后，得：设叶轮的外径为D2，叶轮出口处的宽度为b2，

11、理论流量QT=cr2A，则：222.离心泵的扬程方程式二、离心泵的压头方程式二、离心泵的压头方程式称为离心泵的基本方程式称为离心泵的基本方程式22u u2 2c c2 2w w2 22 22）对欧拉方程II式的分析(续）2.离心泵的扬程方程式二、离心泵的压头方程式二、离心泵的压头方程式2.离心泵的扬程方程式二、离心泵的压头方程式二、离心泵的压头方程式3)对离心泵基本方程式的讨论：H HTT与转速与转速n n有关：有关：n n H HT T；反之相反；反之相反；H HTT与与D D有关有关,即与叶即与叶轮的直径有关，增大叶轮直径，扬程增加；轮的直径有关，增大叶轮直径，扬程增加；H HTT与与2

12、2有关有关,即与叶片型式有关；即与叶片型式有关；）后弯叶片（叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相反）径向叶片）前弯叶片 2.离心泵的扬程方程式二、离心泵的压头方程式二、离心泵的压头方程式3)对离心泵基本方程式的讨论：与流量之间的关系与流量之间的关系前弯式叶片前弯式叶片后弯式叶片后弯式叶片直叶式叶片直叶式叶片与输送的液体性质无关，公式中无与输送的液体性质无关，公式中无液体的性能参数液体的性能参数。(pd-ps)=gH压头不变，泵送不同压头不变，泵送不同的液体，其产生的吸排压差不同。的液体，其产生的吸排压差不同。二、离心泵的压头方程式二、离心泵的压头方程式2.离心泵的扬程方程式3)对离心泵基本方程式的讨论

13、：）后弯叶片（叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相反）后弯叶片（叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相反）径向叶片）径向叶片）前弯叶片）前弯叶片 静压大、动压小、噪音小、效率高、工作平稳、不会过载。静压大、动压小、噪音小、效率高、工作平稳、不会过载。静压小、动压大、噪音大、效率低、能量转换中损失大、适宜静压小、动压大、噪音大、效率低、能量转换中损失大、适宜风机工况。风机工况。介于后弯叶片与前弯叶片之间。介于后弯叶片与前弯叶片之间。22222ctggcuguHrT对叶片出口角对叶片出口角2的讨论：的讨论：静压大、动压小、噪音小、效率高、工作平稳、不会过载。静压大、动压小、噪音小、效率高、工作平稳、不会过载。对叶片

14、出口角对叶片出口角2的讨论：的讨论：三、离心泵的定速特性曲线分析三、离心泵的定速特性曲线分析 离心泵的定速特性曲线：在既定的转速下，离心泵的扬程、功率、效率等参数与流量的函数关系曲线称之。叶轮上的叶片数目是有限的612片，叶片间的液流并不是由许多完全相同的单元流束组成，导致泵的压头降低。液体在叶片间流道内流动时存在轴向涡流，其直接影响速度，导致泵的压头降低。液体具有粘性，在泵内存在磨擦等。泵内有各种泄漏现象，实际的Q小于QT 1 1）扬程流量曲线）扬程流量曲线2 2）功率流量曲线）功率流量曲线QHN-QN 流量为零时，功率最小，适合采用封闭启动。大功率离心泵此时电机的启动电流最小，对船舶电站冲

15、击最小。353550%50%N N额额三、离心泵的定速特性曲线分析三、离心泵的定速特性曲线分析3）效率流量曲线）效率流量曲线 当泵转速n一定时，由实验可测得HQ，NaQ，Q，这三条曲线称为性能曲线，由泵制造厂提供,供泵用户使用。泵厂以20清水作为工质做实验测定性能曲线。）HQ，QH，呈抛物线H=ABQ2）NaQ，QNa，当Q=0，Na最小）Q，Q先后，存在一最高效率点，此点称为设计点。与max对应的H，Q，Na值称为最佳工况参数，也是铭牌所标值。泵的高效率区=92%max，这一区域定为泵的运转范围。三、离心泵的定速特性曲线三、离心泵的定速特性曲线HNN-QH-Q-QQ三、离心泵的定速特性曲线分

16、析三、离心泵的定速特性曲线分析四、管路特性曲线和泵的工况点四、管路特性曲线和泵的工况点1.管路特性曲线液体流过既定的管路时，它所需的压头H与流量之间的函数关系：Z Zp pdrdrp psr srH=HH=Hst+hZ+(Z+(p pdrdr-p psrsr)/g+KQ)/g+KQ2 2h：管路阻力，等于KQ2Hst：高度差和压力差，等于Z+(pdr-psr)/gZ Z(pdr-psr)/gH HQ Q管路阻力增加管路阻力增加阻力曲线变陡阻力曲线变陡静压头增加静压头增加静压线上移静压线上移四、管路特性曲线和泵的工况点四、管路特性曲线和泵的工况点2.离心泵的压头和流量的实用公式压头公式：压头公式：222DKnH K=0.00010.00015n r/minD2 叶轮外径 m流量公式：流量公式：215DQ D1 泵吸入口直径（单位 吋）1吋25.4mm