化工泵的計(jì)算理論
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化工泵的計(jì)算理論
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1.離心泵相似理論
(1)相似條件
1)幾何相似：兩臺(tái)泵在幾何上完全相仿，對(duì)應(yīng)尺寸的比值相同，葉片數(shù)、對(duì)應(yīng)角相等。
2)運(yùn)動(dòng)相似：兩臺(tái)泵內(nèi)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的液體流動(dòng)相仿，速度大小的比值、相同方向一致(即速度三角形相似)。
3)動(dòng)力相似：兩臺(tái)泵內(nèi)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的液體慣性力、粘性力等的比值相同。滿(mǎn)足以上三條，兩臺(tái)泵即為相似。通常兩臺(tái)泵只要滿(mǎn)足幾何相似和運(yùn)動(dòng)相似，就認(rèn)為滿(mǎn)足相似條件。
(2)相似定律 符合相似條件的兩臺(tái)泵，可以近似地認(rèn)為兩相似泵的容積效率、水力效率、機(jī)械效率相等，這時(shí)有以下各式成立，稱(chēng)為相似定律。
Q2/Q1=n2D23/n1D13
H2/H1=n22D22/n12D12
P2/p1=n23D25ρ2/ n13D15ρ1
式中 Q1、Q2—泵1、泵2的流量；
n1、n2—泵1、泵2的泵軸轉(zhuǎn)速；
D1、D2—泵l、泵2的葉輪外徑；
P1、P2—泵1、泵2的軸功率；
P1、P2—泵l、泵2輸送介質(zhì)的密度。
2.輸送粘性流體時(shí)的性能修正
當(dāng)輸送粘性流體時(shí)離心泵的性能將會(huì)受到影響。在中、高粘度下會(huì)引起離心泵軸功率的迅速增加、揚(yáng)程以及輸送能力的減小。
圖7-4提供了在已知一般離心泵輸送凈水性能的情況下，來(lái)確定其輸送粘性液體能力的一種方法。同時(shí)此圖在選擇水泵時(shí)也可以給我們提供幫助。圖7-4所示的數(shù)據(jù)是在單級(jí)、DN50～DN200離心泵輸送石油時(shí)所得出的結(jié)果。修正曲線(xiàn)對(duì)每一種泵并不是都精確。如果需要精確的數(shù)據(jù)，需要做泵與被輸送粘性液體的實(shí)驗(yàn)來(lái)得出。
(1)使用粘性液體修正曲線(xiàn)的局限性 只適用于所列出的范圍，不能擴(kuò)展。適用于一般水力設(shè)計(jì)且在正常操作范圍以?xún)?nèi)的具有開(kāi)式或閉式葉輪的離心泵。對(duì)于混流泵、軸流泵或粘性以及非常規(guī)液體而特別設(shè)計(jì)的泵不適用。為避免汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生，只適用于具有足夠NPSH的情況。只對(duì)牛頓型流體適用。膠體、泥漿、造紙材料和其他非牛頓型流體依據(jù)它們的各自特點(diǎn)，可能產(chǎn)生截然不同的結(jié)果。
(2)在研究輸送粘性流體對(duì)泵性能影響時(shí)所使用的符號(hào)和定義
Qvis—粘性液體的流量(m3／h)
Hvis—輸送粘性流體時(shí)的揚(yáng)程(m)；
bhpvis—在粘性情況下泵需要的軸功率(kW)
Evis—輸送粘性流體時(shí)的效率；
Qw—水的流量(m3／h)；
HW—輸送水時(shí)的揚(yáng)程(m)；
EW—輸送水時(shí)的效率；
ρ—粘性液體的密度(k9／m3)；
CQ—流量修正因子；
CH—揚(yáng)程修正因子；
Cη—效率修正因子；
QW——最大效率時(shí)的水流量。
下面的等式是在已知離心泵輸水性能的情況下，來(lái)確定其輸送粘性流體的
性能：
Qvis=CQQW
Hvis=CHHW
Evis=CηEW
bhpvis=QvisHvisρg/3.6×106Evis
CQ、CH和Cη的數(shù)值來(lái)自于圖7-4。
下面的等式可以在已知粘性流體的流量和揚(yáng)程，而又必須根據(jù)Qvis和Hvis用圖7-4來(lái)估計(jì)離心泵輸水時(shí)的CQ和CH的情況下使用。
QW=Qvis/CQ
HW=Hvis/CH
(3)在給定揚(yáng)程、流量和粘性流體粘度的條件下，化工泵的初步選擇 在給定粘性流體的設(shè)計(jì)流量、設(shè)計(jì)揚(yáng)程、粘性大小以及工作溫度下的密度時(shí)，圖7-4可以用來(lái)查找在相同條件下輸送水時(shí)的流量和揚(yáng)程。在圖的橫坐標(biāo)上找到已知粘性液體的流量(Qvis)所對(duì)應(yīng)的位置，縱坐標(biāo)上找到已知粘性液體的揚(yáng)程(Hvis)(多級(jí)泵采用平均每級(jí)的揚(yáng)程)所對(duì)應(yīng)的位置。在二者的交點(diǎn)處水平向左或者向右找到與對(duì)應(yīng)的粘度曲線(xiàn)的交點(diǎn)。然后在交點(diǎn)處繼續(xù)向上就可找到與各個(gè)修正因子曲線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的修正因子的值。用粘性液體的流量(Qvis)除以相應(yīng)流量的流量修正因子(CD)就得到近似的純水的流量(約q形)。用從“1.0Qw形”的曲線(xiàn)上得到的揚(yáng)程修正因子(CH)除以粘性液體的揚(yáng)程得到近似的純水的揚(yáng)程(約HW)。然后就可以根據(jù)常規(guī)的方法利用這個(gè)新的等價(jià)的純水揚(yáng)程一流量點(diǎn)來(lái)進(jìn)行水泵的選擇。也可以對(duì)粘性流體的效率和軸功率進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。
這個(gè)方法之所以得到的數(shù)據(jù)不夠精確，是因?yàn)閳D7-4流量和揚(yáng)程的范圍是基于水的性質(zhì)來(lái)確定的。然而對(duì)于大多數(shù)情況，其精確度還是足夠的。當(dāng)需要進(jìn)行進(jìn)一步的修正時(shí)，可以運(yùn)用下面的方法來(lái)進(jìn)行選擇。
例：要求選擇一臺(tái)流量為170m3／h，揚(yáng)程為30m，輸送流體的運(yùn)動(dòng)粘度為4.62×10-3m2／s，在工作溫度下密度為900Kg／m3的多級(jí)泵。
查圖7.4得
CQ=0.87
CH=0.90(1.0Qnw)
Cη=0.515
Qw=170m3／h=189 m3／h
HW=30/0.87m=34.5 m
選擇一個(gè)輸水量為l 89m3／h、揚(yáng)程為34.5 m的泵。這一選擇應(yīng)當(dāng)在或者接近輸水時(shí)的最大效率點(diǎn)。如果所選泵的輸水效率在1 89m3／h時(shí)是8 1％，那么其輸送粘性流體時(shí)的效率可以計(jì)算如下：
Evis=0.515×81％=41.7％
輸送粘性流體時(shí)的軸功率將是：
bhpvis=38.3kw
對(duì)于已選擇的泵，可以對(duì)水的性能曲線(xiàn)進(jìn)行如下的修正。
(4)在已知泵輸水的性能時(shí)，如何來(lái)確定其輸送粘性流體時(shí)的性能 已知泵輸水的各項(xiàng)性能指標(biāo)，來(lái)決定其輸送特定粘性流體時(shí)的性能。
首先從效率曲線(xiàn)上找出最大效率時(shí)的輸水能力(10QW)，然后從最大效率時(shí)的輸水流量確定出粘性流體的流量(0.6 QW)(0.8 QW)和(1.2 QW)。
在圖7-4的橫坐標(biāo)上找到離心泵最大效率時(shí)的輸水能力(1.0QW)所對(duì)應(yīng)的位置，縱坐標(biāo)上找到此流量所對(duì)應(yīng)的水的揚(yáng)程(單級(jí)的揚(yáng)程)(日形)。在兩者的交點(diǎn)處水平向左或者向右找到粘度流體的粘性數(shù)值。然后在此點(diǎn)處繼續(xù)向上就可找到與各個(gè)修正因子曲線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的修正因子的值。找出Cη和CQ以及四種流量所對(duì)應(yīng)的CH的數(shù)值。
用揚(yáng)程修正因子分別乘以與其對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程得到修正后的揚(yáng)程。用Cη乘以與每一個(gè)修正過(guò)后的流量相對(duì)應(yīng)的效率值得到修正過(guò)后的效率。
將在圖上描出修正后的揚(yáng)程、效率點(diǎn)，然后分別用圓滑曲線(xiàn)連起來(lái)。粘性流體的關(guān)死點(diǎn)和水的關(guān)死點(diǎn)基本上是一樣的。
用上面給出的公式計(jì)算粘性流體的軸功率。同樣在圖上描出這些點(diǎn)，然后用平滑曲線(xiàn)連起來(lái)。所得到粘性流體的軸功率曲線(xiàn)和水的軸功率曲線(xiàn)應(yīng)該是一樣并且是平行的。
