水力发电机发电功率进出口压力(泵的基本原理和特性)

Posted 2023-05-30

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水力发电机发电功率进出口压力(泵的基本原理和特性)

泵的定义：输送液体或使液体增压的机械通称为泵。泵将原动机的机械能或其他外部能量输送给液体，使液体能量增加。

泵的分类：

按原理分为：速度式泵和容积式泵。速度式泵主要指离心泵。容积式泵又分为往复泵（柱塞泵、隔膜泵）与回转泵（齿轮泵、螺杆泵）。

离心泵：

离心泵主要由叶轮、泵轴、泵壳等组成。叶轮上带有若干个叶片，通常为6～12片，大多不超过9片。叶轮与泵轴固装在一起，动力机通过联轴器带动泵轴旋转，从而带动叶轮一起旋转。主要部件有叶轮、泵壳、轴封装置和轴承。

叶轮有开式、半闭式和闭式三种，如图所示。

开式叶轮在叶片两侧无盖板，制造简单、清洗方便，适用于输送含有较大量悬浮物的物料，效率较低，输送的液体压力不高；半闭式叶轮在吸入口一侧无盖板，而在另一侧有盖板，适用于输送易沉淀或含有颗粒的物料，效率也较低；闭式叶轮在叶轮在叶片两侧有前后盖板，效率高，适用于输送不含杂质的清洁液体。一般的离心泵叶轮多为此类。

离心泵的性能参数：

1、流量：离心泵的流量是指单位时间内排到管路系统的液体体积，一般用Q表示，常用单位为l/s、m3/s或m3/h等。离心泵的流量与泵的结构、尺寸和转速有关。

2、压头（扬程) ：离心泵的压头是指离心泵对单位重量（1N）液体所提供的有效能量，一般用H表示，单位为m。

3、效率：离心泵在实际运转中，由于存在各种能量损失，致使泵的实际（有效）压头和流量均低于理论值，而输入泵的功率比理论值为高。反映能量损失大小的参数称为效率。η

离心泵的特性曲线：

离心泵压头H、轴功率N、效率η、流量Q。

（1）离心泵的压头一般随流量加大而下降。

（2）离心泵的轴功率在流量为零时为最小，随流量的增大而上升。故在启动离心泵时，应关闭泵出口阀门，以减小启动电流，保护电机。停泵时先关闭出口阀门主要是为了防止高压液体倒流损坏叶轮。暖通南社

（3）额定流量下泵的效率最高。该最高效率点称为泵的设计点，对应的值称为最佳工况参数。离心泵铭牌上标出的性能参数即是最高效率点对应的参数。离心泵一般不大可能恰好在设计点运行，但应尽可能在高效区（在最高效率的92%范围内，如图中波折号所示的区域）工作。

离心泵的气缚现象：

气缚：离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样，离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。

离心泵的气蚀现象：

气体产生：

如液体P降低到Pv或更低时，液体会汽化产生汽泡。（液体在从泵吸人口流到叶片进口前，会因流速增加和流阻损失而压力进一步下降。）

还有原来溶于液体因P降低而逸出的气体。

气泡破灭：

流到高压区，迅速凝结（气泡压破），气体重新溶入液体造成局部真空，四周液体质点以极大速度冲来，互相撞击，产生局部高达几十MPa的P，引起噪音和振动造成后果：

这时泵的Q、H和效率都将降低，严重时导致吸人中断，气穴破灭区的金属受高频高压液击而发生疲劳破坏，氧气借助汽泡凝结时的放热，对金属有化学腐蚀作用。在上述双重作用下，叶轮外缘的叶片及盖板、蜗壳或导轮等处会产生麻点和蜂窝状的破坏。

如何避免离心泵的气蚀：

尽可能减小吸人管路的阻力。

减小吸上高度或增大流注高度。

控制液体温度不要过高。

在设计时尽量改进叶轮人口处的几何形状。

采用强度和硬度高、韧性和化学稳定性好的抗汽蚀材料来制造叶轮，以及提高通流部分表面的光洁度。

离心泵的优点：

1.流量连续均匀，工作平稳。

Q容易调节，所适用的Q范围很大，常用范围5-20000m3／h。

2.转速高，可与电动机或内燃机直接相连。

结构简单紧凑，尺寸和重量比同样流量的往复泵小得多，造价低。

3.对杂质不敏感，易损件少,管理和维修较方便。暖通南社

无论在陆上或海上，离心泵的数量和使用范围超过了其它类型泵。

离心泵的缺点：

本身没有自吸能力；

为扩大使用范围，在结构上采取特殊措施制造各种自吸式离心泵，在离心泵上附设抽气引水装置。

2.泵的Q随工作扬程而变：H升高，Q减小；达到封闭扬程时，泵即空转而不排液；不宜作滑油泵、燃油泵等要求Q不随H而变场合。

3.扬程由叶轮直径和转速决定的，不适合小Q、高H。

这要求叶轮流道窄长，以致制造困难，效率太低。

离心泵产生的最大排压有限，故不必设安全阀。

船用水泵和货油泵大多用离心泵。压载泵、舱底泵、油船扫舱泵等用具备自吸能力的离心泵。

齿轮泵：

工作原理：

图示方向回转时，齿C退出啮合，其齿间V增大，P降低，液体在吸入液面P作用下，经吸入口流入。随齿轮回转，吸满液体的齿间转过吸入腔，沿壳壁转到排出腔。当重新进入啮合时，齿间的液体即被轮齿挤出。

齿轮泵的特点：

简单构造：一对互相啮合的齿轮主动轮由原动机带动回转，齿顶和端面被泵体和前后端盖包围；由于相啮合齿的分隔，吸入腔和排出腔隔开。

结构特点：泵如果反转，吸排方向相反；啮合紧密，齿顶和端面间隙都小，液体不会大量漏回吸入腔；磨擦面较多，只用来排送有润滑性的油液。

齿轮泵分类：

1.外啮合齿轮泵

2.内啮合齿轮泵

齿轮泵的特点：

1.齿轮泵有自吸能力；

2.理论流量是由工作部件的尺寸和转速决定的，与排出压力无关；

3.额定排出压力与工作部件尺寸、转速无关，主要取决于泵的密封性能和轴承承载能力；

4.流量连续，但流量和压力脉动较大；

5.结构简单，工作可靠，价格低廉；

6.磨擦面较多，适用于排送不含固体颗粒并具有润滑性的油类。

螺杆泵：

螺杆泵的结构和工作原理：

单螺杆泵：

各啮合螺杆之间以及螺杆与缸套间的间隙很小，在泵内形成多个彼此分隔的容腔

转动时，下部容腔V增大，吸入液体，然后封闭。

封闭容腔沿轴向推移，新的吸入容腔又在吸入端形成。

一个接一个的封闭容腔移动，液体就不断被挤出。

双螺杆泵：

三螺杆泵（密封式）：

螺杆泵的特点：

1.具有自吸能力；

2.理论流量仅取决于运动部件的尺寸和转速；

3.额定排出压力与运动部件的尺寸和转速无直接关系，主要受密封性能、结构强度和原动机功率的限制；

4.具有回转泵无需泵阀、转速高和结构紧凑的优点。

5.没有困油现象，流量和压力均匀，故工作平稳，噪声和振动较少；

6.对所输送的液体搅动少，水力损失可忽略不计，适于输送不宜搅拌的液体(如供给油水分离器的含油污水)；

7.零部件少，相对重量和体积小，磨损轻，维修工作少，使用寿命长。

往复泵：

1.单作用往复泵：

活塞往复一次，吸排液体一次；仅活塞的一端腔室工作，吸排阀各一个。

2.双作用往复泵：活塞往复一次，吸排液体两次；活塞的两端腔室均工作，吸排阀各两个。

往复泵的工作原理和特点：

1.有较强的自吸能力。

自吸能力可由自吸高度和吸上时间来衡量。吸口造成的真空度越大，则自吸高度越大；造成足够真空度的速度越快，则吸上时间越短。

2.理论流量与工作压力无关，只取决于转速、泵缸尺寸和作用数。

3.额定排出压力与泵的尺寸和转速无关，主要取决于泵原动机的功率、轴承的承载能力、泵的强度和密封性能等。

4.流量不均匀，从而会导致排出压力波动。

为了减轻这种弊端，常采用多作用往复泵或设置空气室。

5.转速不宜太快。

若转速过高，泵阀迟滞造成的容积损失就会相对增加；而泵阀撞击更为严重，引起的噪声增大，磨损也将加剧；液流和运动部件的惯性力也将随之增加，而产生有害的影响。由于转速受限，故往复泵较难进入大流量泵的范畴。

6.运送含固体杂质的液体时，泵阀容易磨损和泄漏。

7.结构比较复杂，易损件(活塞环、泵阀、填料等)较多。

油田泵的损坏原因分析：

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