《石油工程流体机械》第二章_离心泵

1、2-1 离心泵构造、原理离心泵构造、原理 一、构造和原理一、构造和原理 1、离心泵的构造：、离心泵的构造： 吸入口吸入口 排出排出管管 泵轴泵轴 轴封轴封 泵壳泵壳 叶轮叶轮 第二章第二章 离心泵离心泵 2、离心泵的工作原理离心泵的工作原理 流体在泵内都获得了什么能量？流体在泵内都获得了什么能量？ 其中那种能量占主导地位？其中那种能量占主导地位？ 思考：思考： 常压流体常压流体高速流体高速流体 被甩出被甩出机械旋转机械旋转 的离心力的离心力 逐渐扩大的逐渐扩大的 泵壳通道泵壳通道 高压流体高压流体 灌满液体灌满液体叶轮旋转叶轮旋转 离心力甩出液体离心力甩出液体 蜗壳内进行能量的转换蜗壳内进行能

2、量的转换流体被压出流体被压出 叶轮中心形成一定的真空度叶轮中心形成一定的真空度 在压力差的作用下流体被压入泵内在压力差的作用下流体被压入泵内 气气缚缚现现象象 泵启动前为什么要灌满液体？泵启动前为什么要灌满液体？ 思考：思考： 液体未灌满液体未灌满 气 气液液 离心力甩不出气体离心力甩不出气体 叶轮中心的真空度不够叶轮中心的真空度不够 吸不上液体吸不上液体泵无法正常工作泵无法正常工作 未灌满未灌满 底阀漏液底阀漏液 其它地方泄漏其它地方泄漏 二、主要部件二、主要部件 作用是将原动机的机械能传给液体，使液体的静压作用是将原动机的机械能传给液体，使液体的静压 能和动能均有所提高能和动能均有所提高

3、1、叶轮：、叶轮： 结构形状分为三种结构形状分为三种 思考：三种叶轮中哪一种效率高？思考：三种叶轮中哪一种效率高？ 但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象 思考：三种叶轮中哪一种效率高？思考：三种叶轮中哪一种效率高？ 闭式叶轮的内漏较弱些，敞式叶轮的最大闭式叶轮的内漏较弱些，敞式叶轮的最大 低压区低压区 高压区高压区 泵内液体泄漏泵内液体泄漏 能量转换装置能量转换装置 汇集液体，并导出液体汇集液体，并导出液体 Why? A p u 叶轮叶轮 级数级数 吸入液吸入液 体方式体方式 叶轮叶轮 形式形式 能量转能量转 换方式换方式 泵轴中泵轴中 心位置心位置 单

4、级泵单级泵单吸泵单吸泵开式叶轮开式叶轮蜗壳式蜗壳式立式泵立式泵 多级泵多级泵双吸泵双吸泵半开式半开式导叶式导叶式卧式泵卧式泵 闭式叶轮闭式叶轮 优点优点 压力、流量范围广，工作平稳，流量均匀压力、流量范围广，工作平稳，流量均匀 结构简单、紧凑，可与高速原动机直接相连结构简单、紧凑，可与高速原动机直接相连 体积小、重量轻、检修方便，价格便宜体积小、重量轻、检修方便，价格便宜 运行费用低，调节性能好，液体中的颗粒对运行影响小运行费用低，调节性能好，液体中的颗粒对运行影响小 缺点缺点 无自吸能力，启动前需要先灌水或者抽出吸入管内空气无自吸能力，启动前需要先灌水或者抽出吸入管内空气 液体黏度和含气对泵

5、的性能影响较大，当液体粘度和含气量液体黏度和含气对泵的性能影响较大，当液体粘度和含气量 增加时，泵的流量、压头和效率会显著降低增加时，泵的流量、压头和效率会显著降低 在小流量、高压头时效率不如往复泵在小流量、高压头时效率不如往复泵 2-2 离心泵的叶轮理论离心泵的叶轮理论 液体从离心泵叶轮获得能量从而提高了其压强液体从离心泵叶轮获得能量从而提高了其压强 泵的结构泵的结构 转速转速 流量流量 H 叶轮的直径叶轮的直径 叶片的弯曲情况叶片的弯曲情况 取决于取决于 一、离心泵简化假设一、离心泵简化假设 叶轮内叶片的数目为无穷多，且叶片厚度不计叶轮内叶片的数目为无穷多，且叶片厚度不计 流体为理想液体流

6、体为理想液体 问：由问：由 、 可以得出什么结果？可以得出什么结果？ 由由 液体在泵内无液体摩擦阻力损失液体在泵内无液体摩擦阻力损失 由由 流体与叶片的相对运动的运动轨迹可视为与叶流体与叶片的相对运动的运动轨迹可视为与叶 片形状相同片形状相同 实际上流体在离心泵中的流动相当复杂实际上流体在离心泵中的流动相当复杂 简化其过程简化其过程建模建模用数学语言来表达用数学语言来表达 圆周运动速度圆周运动速度 相对运动速度相对运动速度 绝对运动速度绝对运动速度 c 液体液体 的复的复 合运合运 动动 随叶轮做旋转随叶轮做旋转 运动运动 叶轮内由里向叶轮内由里向 外做相对运动外做相对运动 u 二、离心泵的液

7、流速度三角形二、离心泵的液流速度三角形 1. 1.液体质点在叶轮内的运动液体质点在叶轮内的运动 圆周速度圆周速度u u：流体随叶轮作圆周运动的速度：流体随叶轮作圆周运动的速度 相对速度相对速度w w：流体在叶轮内作相对于叶轮运：流体在叶轮内作相对于叶轮运 动的速度动的速度 绝对速度绝对速度c c：流体相对于泵壳所作的绝对运：流体相对于泵壳所作的绝对运 动的速度动的速度 三种三种 速度速度 三种速度组成速度三角形，其间的关系为：三种速度组成速度三角形，其间的关系为： 液体质点的三种速度液体质点的三种速度 wuc c u w cr cu 三种角三种角 当当 = = y y （或（或k k）即即流动

8、角等于叶片安装角流动角等于叶片安装角 时，液体沿叶片形线运动，无时，液体沿叶片形线运动，无冲击损失冲击损失, ,此时所做此时所做 的速度三角形称为的速度三角形称为: :无冲击速度三角形无冲击速度三角形。 c u w 111 1 bD Q A Q c ii r 60 1 1 nD u 60 2 2 nD u 222 2 bD Q A Q c ii r 叶片数无限，流体相对速度一定与叶片表面相切叶片数无限，流体相对速度一定与叶片表面相切 b2 D2 c u w cr cu y22 设计时设计时 ，一般都是使设计流量下的，一般都是使设计流量下的 2/ 1 0 1 u c 叶轮出口：叶轮出口： 叶轮进

9、口：叶轮进口： 特别说明参数符号的右下角标代表的含义：特别说明参数符号的右下角标代表的含义： 右下角标为右下角标为1、2分别代表叶轮叶片的入口或出口参数；分别代表叶轮叶片的入口或出口参数； 右下角标为右下角标为r、u分别代表沿径向或沿周向的参数。分别代表沿径向或沿周向的参数。 设单位时间内流过叶轮流道液体的理论体积流量为设单位时间内流过叶轮流道液体的理论体积流量为Qi，液体液体 密度为密度为，则，则 叶片进口处的动量矩为叶片进口处的动量矩为Qic1 R1cos1 叶片出口处的动量矩为叶片出口处的动量矩为Qic2R2cos2 作用在理想叶轮轴上的理论力矩为作用在理想叶轮轴上的理论力矩为M )co

10、s-cos( 111222 RcRcQM i 因因u cc 222 cos u cc 111 cos )-( 1122 RcRcQM uui 叶轮传给液体的功率为叶轮传给液体的功率为 )-()-( 11221122 ucucQRcRcQMN uuiuui 又因又因 HgQN i gucucH uu / )-( 1122 所以所以 基本能量方程式基本能量方程式(Euler方程方程) H 表示单位重量理想流体通过理想叶轮时获得的总压头表示单位重量理想流体通过理想叶轮时获得的总压头 根据速度三角形并利用余弦定律根据速度三角形并利用余弦定律 2g c-c 2g w-w 2g u - u H 2 1 2

11、 2 2 2 2 1 2 1 2 2 2g c-c 2 1 2 2 2g w-w 2 2 2 1 离心力的作用而增加的压力能离心力的作用而增加的压力能 流道断面积流道断面积使液体相对速度使液体相对速度而增加的压力能而增加的压力能 因绝对速度的增大而增加的动能因绝对速度的增大而增加的动能 2g u-u 2 1 2 2 设计时设计时 ，一般都是使设计流量下的，一般都是使设计流量下的 2/ 1 0cos 1 gcugcuH u /cos 22222 离心泵理论压头的表达式，称为离心泵基本方程离心泵理论压头的表达式，称为离心泵基本方程 讨论讨论HQi的的关系关系 y i yru ctg bR Q uc

12、tgcucRu 2 22 2222222 2 ; y i ctg gb Q g R H 2 2 2 2 2 )( 表明了表明了H与与Qi、叶轮构造及尺寸（、叶轮构造及尺寸（2y、R2、b2）之间的关系）之间的关系 。当。当 离心泵转速和结构一定的条件下，离心泵转速和结构一定的条件下， HQi为为一条斜直线。一条斜直线。 对于离心泵来讲：对于离心泵来讲： c u w cr cu 根据叶片的出口安装角根据叶片的出口安装角2y的大小可将叶轮的形式分为三类：的大小可将叶轮的形式分为三类： 后弯叶轮：后弯叶轮：2y90o，即叶片的弯曲方向与叶轮的旋转，即叶片的弯曲方向与叶轮的旋转 方向相同方向相同 1.

13、叶片形式的分类叶片形式的分类 y y y y yr u ctg gbD Qu g u g ctgcuu g cu H 2 22 2 2 2 2222 22 - )-( H Q 2y=90 2y90 H H 随 随Q Qi i增加增加而线性的减小而线性的减小 y i ctg bDu Q 2 222 当当时，时，H0，此时，此时 g u H 2 2 当当Qi=0时，时， g u H 2 2 后弯叶片后弯叶片2y0， 2y越小，越小，H越小越小 r y c u ctg 2 2 min2 此时流体没有获得任何能量，这是后弯叶轮的最小极限角此时流体没有获得任何能量，这是后弯叶轮的最小极限角 r y c

14、u ctg 2 2 max2 前弯叶片前弯叶片 2y90 ，ctg2y0，2y越大，越大，H越大越大 径向叶片径向叶片 2y=90 ，ctg2y=0 g u H 2 2 g u H 2 2 H H 随 随Q Qi i增加增加而线性的增加。当而线性的增加。当Q Qi i0 0时时 g u H 2 2 当当 时时 g u H 2 2 2 此时全部为动压头，流体不能克服管路阻力，这是前弯叶轮的最大极限角此时全部为动压头，流体不能克服管路阻力，这是前弯叶轮的最大极限角 当当2ymin增加到增加到2ymax时，时，H由零增加到最大值。在这个范围内，由零增加到最大值。在这个范围内， 2y越大，液体获得的能

15、量越多越大，液体获得的能量越多 这样这样，似乎似乎可以得出结论：前弯叶轮压头大，效果好；而后弯叶轮压头小，效果可以得出结论：前弯叶轮压头大，效果好；而后弯叶轮压头小，效果 差；径向叶轮压头居中，效果差；径向叶轮压头居中，效果居中居中 这种这种结论不全面结论不全面，因为还存在，因为还存在动压头动压头和和静压头静压头的的比例问题比例问题，而这个分配比例在考，而这个分配比例在考 虑到流体的粘性时，却直接影响叶轮的运行效率等问题，这是工程中所十分关心的虑到流体的粘性时，却直接影响叶轮的运行效率等问题，这是工程中所十分关心的 因此因此，还须在讨论，还须在讨论2y对对H中的动压头和静压头比例的影响之后，才

16、能最终作出中的动压头和静压头比例的影响之后，才能最终作出 结论结论 动压动压 2g c-c H 2 1 2 2 d 静压静压 在进口和出口截面近似相等，稳定工况条什下在进口和出口截面近似相等，稳定工况条什下(1 = 90) 可以认为可以认为c2r c1r=c1 2g c 2g c-c 2g c-c H 2 2u 2 2r 2 2 2 1 2 2 d 则动压则动压 反力度反力度表示静压在总压中所占比值的大小，即表示静压在总压中所占比值的大小，即 H H H HH H H ddst -1 - 2 2u 2u2 2 2u 2u c -1 cu g 2g c -1 所以所以 2g w-w 2g u -

17、 u H 2 2 2 1 2 1 2 2 st 后弯叶轮，因后弯叶轮，因2ymin 2y 90， c2u u2 ，所以，所以 0.52y 90， c2u u2 ，所以，所以 00.5, 即叶轮总压中小部分即叶轮总压中小部分 为为H st ，由于动压比例较大，效率较低，噪声较，由于动压比例较大，效率较低，噪声较大。大。且且和和H st随随2y的增加而减小的增加而减小 1）从叶片间流速看，前弯叶轮流道短，扩散度大，流动易分离，局部损失大；后弯叶）从叶片间流速看，前弯叶轮流道短，扩散度大，流动易分离，局部损失大；后弯叶 轮流道长，变化均匀，流动不易分离，局部损失小轮流道长，变化均匀，流动不易分离，局

18、部损失小 2）从叶片曲率看，前弯叶轮曲率大，迫使流体沿旋转方向抛出，运动方向变化大，流）从叶片曲率看，前弯叶轮曲率大，迫使流体沿旋转方向抛出，运动方向变化大，流 动损失大；后弯叶轮曲率小，损失小动损失大；后弯叶轮曲率小，损失小 3）从能量转化看，前弯叶轮动压头所占比例大，而实际中需要静压头克服管路阻力，）从能量转化看，前弯叶轮动压头所占比例大，而实际中需要静压头克服管路阻力， 而不需要高的动压头。因此，要把动压头在导叶或蜗壳中部分地转化为静压头。而能量而不需要高的动压头。因此，要把动压头在导叶或蜗壳中部分地转化为静压头。而能量 转化总伴随损失，速度越高，损失越大转化总伴随损失，速度越高，损失越

19、大 后弯叶轮后弯叶轮径向叶轮径向叶轮前弯叶轮前弯叶轮 反力度反力度 0.510.500.5 效率效率高高居中居中低低 噪声噪声小小居中居中大大 原动机过载原动机过载不会不会会会会会 应用场合应用场合离心泵、大离心泵、大 功率风机功率风机 冷却用泵、冷却用泵、 风机风机 小功率风机小功率风机 H Q 理论压头理论压头 环流而致之压头减小环流而致之压头减小 摩擦损失摩擦损失 冲击损失冲击损失 实际压头实际压头 实际情况与理想情实际情况与理想情 况的差别：况的差别： 流体流动的阻力流体流动的阻力 实际压头始终小于理论压头实际压头始终小于理论压头 摩擦损失摩擦损失 液体被叶轮甩液体被叶轮甩 出冲向蜗壳

20、出冲向蜗壳 冲击损失冲击损失 叶片并非无限多叶片并非无限多 流体非理想流体流体非理想流体 轴向涡流轴向涡流 环流环流 环流系数环流系数K： 有限有限叶片叶片数数(Z)叶轮叶轮内，理想流体所获得的理论扬程内，理想流体所获得的理论扬程Hi小于小于 无限无限叶片数叶轮内理想流体所获得的理论扬程的叶片数叶轮内理想流体所获得的理论扬程的程度程度 对于水泵对于水泵 2 2 1 )(-1 1 3 2 1 1 R R Z K KHH i 六、六、泵的功率和效率泵的功率和效率 轴功率轴功率Nb:原动机传送给泵轴的功率原动机传送给泵轴的功率 有效功率有效功率Ne：是指液体从叶轮获得是指液体从叶轮获得的的有效有效能

21、量能量，Ne=QHg 电电机机 泵泵 有效功率有效功率Ne N 轴功率轴功率Nb 指示功率Ni 电动机功率电动机功率 指示功率指示功率(转化功率转化功率)Ni：泵轴传给叶轮的泵轴传给叶轮的功率又全部转化为功率又全部转化为 液体能液体能 原动机功率原动机功率N ：考虑超载和传动方式等因素的影响，选择的原动机功率考虑超载和传动方式等因素的影响，选择的原动机功率 1、泵的功率、泵的功率 能量损失能量损失 2、泵内损失和效率、泵内损失和效率 机械损失机械损失Nm 机械效率机械效率m 9295 水力损失水力损失 H 容积损失容积损失Q 填料和轴承的摩擦损失填料和轴承的摩擦损失Nm1 圆盘摩擦损失圆盘摩擦

22、损失Nm2 b mb b i m N NN N N - 机械损失机械损失 Nm 叶轮旋转时，盖板表面及浸在液体中泵轴部叶轮旋转时，盖板表面及浸在液体中泵轴部 分与液体间产生的摩擦损失。占轴功率的分与液体间产生的摩擦损失。占轴功率的210% 轴承和轴封损失相对其它损失来说较小，轴承和轴封损失相对其它损失来说较小， 约为轴功率的约为轴功率的15% 。机械密封损失更小机械密封损失更小 b2 D2 容积效率容积效率v 内部内部泄漏泄漏损失：内部循环损失：内部循环 外部外部泄漏泄漏损失：漏到外部损失：漏到外部 i v Q Q 容积容积损失损失 Q 运动部件和固定部运动部件和固定部 件之间存在着间隙件之间

23、存在着间隙 泵的泄漏损失一般为泵的泄漏损失一般为410% 压力差压力差 低压区低压区 高压区高压区 水力效率水力效率h 摩擦损失：摩擦损失：由由粘性和过流粘性和过流 部件形状及表面粗糙度部件形状及表面粗糙度 冲击损失：冲击损失：流动流动冲角冲角c iT h HH H H H 水力损失水力损失 H 摩擦损失指：摩擦损失指：液体沿程阻力损失与局部阻力损失之和液体沿程阻力损失与局部阻力损失之和 沿程阻力损失和局部阻力损失都与沿程阻力损失和局部阻力损失都与v2成正比成正比 冲击损失与流动的冲击损失与流动的冲角冲角（叶轮流道中某点处的液力角（叶轮流道中某点处的液力角与其结构角与其结构角y的差值）的差值）

24、 有关有关。泵在设计流量工作时，液体进入叶片的入口液力角。泵在设计流量工作时，液体进入叶片的入口液力角1等于叶片入口处等于叶片入口处 的结构角的结构角1y，叶片入口冲角，叶片入口冲角1c= 1 - 1y =0，无冲击损失无冲击损失。否则不论冲角正。否则不论冲角正 或者负都有冲击损失或者负都有冲击损失 离心泵的水力效率范围为离心泵的水力效率范围为9096% 。 mhv b i iib i i e b e N N HgQ gQH N N N N N N 总效率总效率 泵的总效率等于机械效率、容积效率和水力效率之积泵的总效率等于机械效率、容积效率和水力效率之积 离心泵总效率范围为离心泵总效率范围为7

25、592% 泵的设计、制造、保养都会影响总效率泵的设计、制造、保养都会影响总效率 总效率总效率 2y 2 i2 2 2 ctg gA Qu - g u H 一、理论性能曲线一、理论性能曲线 1. H Qi 性能曲线性能曲线 90 2y 90 2y H Qi 90 2y 前弯叶轮 径向叶轮 后弯叶轮 g u 2 2 理论性能曲线是指在一定转速下，理想流体流过理想叶轮时，理论性能曲线是指在一定转速下，理想流体流过理想叶轮时， 泵的压头泵的压头H，效率效率与流量与流量Qi的的关系关系 Qi=0 H相等相等 H前 前最大 最大 H后 后最小 最小 H径 径不变 不变 Qi0 2、NQi 性能曲线性能曲线

26、 90 2y 90 2y N Qi 前弯叶轮 径向叶轮 后弯叶轮 3、Qi性能性能曲线曲线 前弯、后弯和径向三种叶轮的前弯、后弯和径向三种叶轮的Qi都是都是一条平行于一条平行于Qi的的直线直线 90 2y )ctg gA Qu - g u ( N 2y 2 i2 2 2 i gQ 实验测定实验测定 泵厂以泵厂以20清水作为工质做实验测定性能曲线清水作为工质做实验测定性能曲线 由泵制造厂提供，供泵用户使用由泵制造厂提供，供泵用户使用 1、H Q 性能曲线性能曲线 O Q 理论性能曲线理论性能曲线 考虑有限叶片数产生轴向涡流、环流考虑有限叶片数产生轴向涡流、环流 考虑水力损失考虑水力损失 考虑泄漏

27、损失考虑泄漏损失 H 流量为零时的压头称为封闭压头流量为零时的压头称为封闭压头 OQ H 陡降型曲线：陡降型曲线：2530斜度，压头波动大斜度，压头波动大 而要求流量较稳定的场合而要求流量较稳定的场合 平坦型曲线：平坦型曲线： 8-12斜度，流量斜度，流量 变化较大而压头变化不大的场合变化较大而压头变化不大的场合 K 驼峰形曲线：驼峰形曲线：K左边为不稳定工作区域，左边为不稳定工作区域， 右边为稳定工作区域。右边为稳定工作区域。不稳定工作区域，不稳定工作区域， 泵会发生喘振现象泵会发生喘振现象 2、Nb Q 性能曲线性能曲线 O Q 理论性能曲线理论性能曲线 考虑机械损失考虑机械损失 考虑摩擦

28、损失考虑摩擦损失 考虑冲击损失考虑冲击损失 考虑泄漏损失考虑泄漏损失 Nb 当泵的流量为零时，泵的轴功率最小，为了保护原动机，当泵的流量为零时，泵的轴功率最小，为了保护原动机， 离心泵启动时应先将排出阀关闭离心泵启动时应先将排出阀关闭 3、 Q 性能曲线性能曲线 Q曲线中，有一最高效率点曲线中，有一最高效率点max 通常泵的额定工况点即最高效率点，又称泵的设计工况通常泵的额定工况点即最高效率点，又称泵的设计工况点；最高效率的点；最高效率的 92%的区间称作的区间称作泵的高效区泵的高效区。 92 max OQ 理论性能曲线理论性能曲线 考虑机械损失考虑机械损失 考虑摩擦损失考虑摩擦损失 考虑冲击

29、损失考虑冲击损失 考虑泄漏损失考虑泄漏损失 max 高高效区效区 4、液体性质对性能曲线的影响、液体性质对性能曲线的影响 液体的密度液体的密度 液体的粘度液体的粘度液体性质液体性质 H、Q和和一般不变一般不变 H、Q和和都发生变化都发生变化 液体的温度液体的温度影响液体密度和粘度影响液体密度和粘度 转速不变转速不变 H-Q随粘度增加而下降随粘度增加而下降 Nb-Q随粘度增加而上升随粘度增加而上升 -Q随粘度增加而下降随粘度增加而下降 J- D D D D b b b b 1m 1p 2m 2p 2m 2p 1m 1p 一、相似定律一、相似定律 （一）相似条件（一）相似条件 1、几何相似、几何相

30、似 几何相似指模型泵（脚标几何相似指模型泵（脚标“m” ）和实型泵（脚标）和实型泵（脚标“ p ” ） 各对应部分的几何尺寸成比例，各对应角相等，叶片数各对应部分的几何尺寸成比例，各对应角相等，叶片数 相同。相同。 Zm=Zp=Z ， ymypymyp1122 2、运动相似、运动相似 运动相似指模型泵和实型泵各对应点上的液体质点的同名速度运动相似指模型泵和实型泵各对应点上的液体质点的同名速度 方向相同，大小成比例，即各对应点的速度三角相似。方向相同，大小成比例，即各对应点的速度三角相似。 常数- c c u u c c w w u u c c 2um 2up 2m 2p 2m 2p 1m 1p

31、 1m 1p 1m 1p 3、动力相似、动力相似 动力相似指模型泵和实型泵中各对应点的液体质点所受的各种力动力相似指模型泵和实型泵中各对应点的液体质点所受的各种力 方向相同，大小成比例，比值相等方向相同，大小成比例，比值相等 在泵内的有压流动中，对流动起主要作用的是惯性力和粘性力，在泵内的有压流动中，对流动起主要作用的是惯性力和粘性力， 因而只须考虑这两个力相似，即实型和模型的因而只须考虑这两个力相似，即实型和模型的Re相等即可相等即可 实验证明，在雷诺数实验证明，在雷诺数Re105的情况下的情况下(水等低强度流体在泵内的水等低强度流体在泵内的 流动一般处在流动一般处在Re105区内区内)，流

32、体的运动处于自模化区，流体的运动处于自模化区(亦称阻力亦称阻力 平方区平方区) 这时原型和模型的这时原型和模型的Re即使不相等，仍能保证动力相似即使不相等，仍能保证动力相似 对泵进行模化时，只须保证几何相似和运动相似即可，对泵进行模化时，只须保证几何相似和运动相似即可， 而动力相似自动满足而动力相似自动满足 若几台离心泵满足几何相似、运动相似和动力相似的条若几台离心泵满足几何相似、运动相似和动力相似的条 件，那么这些离心泵就称为相似离心泵；反之，若几台离心件，那么这些离心泵就称为相似离心泵；反之，若几台离心 泵是相似离心泵，那么这些离心泵就一定具备上述的三个相泵是相似离心泵，那么这些离心泵就一

33、定具备上述的三个相 似条件。似条件。 m p m1m p1p 1m 1p m2m p2p 2m 2p 2rm 2rp n n J nD nD u u nD nD u u c c vr cbDQ 222 （二）相似定律（二）相似定律 1、流量关系、流量关系 因为是相似离心泵，所以速度、几何尺寸和转速之间满足：因为是相似离心泵，所以速度、几何尺寸和转速之间满足： vmm vpp vmrmmm vprppp m p n n J cbD cbD Q Q 3 222 222 vp、vm分别为实型泵和模型泵的容积效率分别为实型泵和模型泵的容积效率 相似离心泵相似离心泵之间的特性参数满足如下相似关系：之间的

34、特性参数满足如下相似关系： 此式表示相似工况点间此式表示相似工况点间的流量关系的流量关系，称为流称为流 量相似量相似定律定律 cu g 1 K H H H 2u2hhih K 2、扬程关系、扬程关系 hm 2 m hp 2 p2 hm2m2m hp2up2p m p n n J cu cu H H 此式表示相似工况点间的扬程关系，称为扬程相似定律此式表示相似工况点间的扬程关系，称为扬程相似定律 hp、hm分别为实型泵和模型泵的水力效率分别为实型泵和模型泵的水力效率 QH N g 3、功率关系、功率关系 p 3 m mp 3 p5 pmmm mppp m p n n J HQ HQ N N m

35、m、p分别为模型泵和实型泵的总效率分别为模型泵和实型泵的总效率 mm、mp 分别为模型泵和实型泵的机械效率分别为模型泵和实型泵的机械效率 以上三式表示相似泵在相似工况下流量、扬程和功率与其几何以上三式表示相似泵在相似工况下流量、扬程和功率与其几何 尺寸、转速尺寸、转速、密度、密度和各种效率间的关系，称为离心泵的相似定律和各种效率间的关系，称为离心泵的相似定律 m p m p n n J Q Q 3 2 m p2 m p n n J H H ）（ 经验表明，当模型泵和实型泵的经验表明，当模型泵和实型泵的转速、几何尺寸相差不大时转速、几何尺寸相差不大时， 可以认为它们的可以认为它们的v、h和和m都

36、近似相等，这样流量关系、都近似相等，这样流量关系、 压头关系和功率关系则可以写成：压头关系和功率关系则可以写成： 流量相似定律流量相似定律 扬程相似定律扬程相似定律 功率相似定律功率相似定律 3 m p5 m p n n J N N ）（ 尺寸效应：尺寸效应： 所谓尺寸效应是指几何相似的泵在工况相似时，所谓尺寸效应是指几何相似的泵在工况相似时， 大泵的效率高于小泵的效率大泵的效率高于小泵的效率 尺寸比很大尺寸比很大 小泵的相对表面粗糙度增加，使小泵的相对表面粗糙度增加，使h下降下降 小泵的相对动静间隙增大，小泵的相对动静间隙增大， 使使v下降下降 效率近似相等不合适效率近似相等不合适 经验公式

37、修正经验公式修正 尺寸比不是很大尺寸比不是很大效率近似相等效率近似相等相似定律相似定律 转速效应转速效应 当当n变化时，可以推证变化时，可以推证 当当n降低时，降低时， m也降低，且也降低，且n 低的程度越大，低的程度越大， m变化越大变化越大 n差值不宜过大，相差不超过差值不宜过大，相差不超过20为宜为宜 而而m则不能则不能 v和和h基本保持常数基本保持常数 线性尺寸不变线性尺寸不变 m随随n提高而增大，当提高而增大，当n 大到一定程度后大到一定程度后m是常数是常数 对换算性能进行修正对换算性能进行修正 否则否则 相似定律应用相似定律应用 为设计新泵提供模型泵为设计新泵提供模型泵 同一台泵转

38、速、尺寸不变时，液体密度变化时同一台泵转速、尺寸不变时，液体密度变化时 性能的影响性能的影响 确定离心泵转速变化时性能的影响确定离心泵转速变化时性能的影响 对尺寸、转速不同的相似泵进行性能曲线的换算对尺寸、转速不同的相似泵进行性能曲线的换算 m p m p mp m p m p N N Q Q p p 3 m p m p m p m p2 m p m p n n N N n n Q Q n n H H ）（）（ 借助于相似定律设计新泵借助于相似定律设计新泵需首先挑选一个模型需首先挑选一个模型 模型应怎样找到或者说怎模型应怎样找到或者说怎 样的模型才能满足要求样的模型才能满足要求 引进一个综合性

39、特征参数：既能反映泵的几何形状，引进一个综合性特征参数：既能反映泵的几何形状， 又能用已知的设计参数又能用已知的设计参数Q、H和和n计算出来计算出来 这个综合性特征参数就是比转数这个综合性特征参数就是比转数 根据计算出来的这个综合性特根据计算出来的这个综合性特 征参数去挑选满足需要的模型征参数去挑选满足需要的模型 1、 比数转的计算 2 s 2 ss 3 s n n J H H n n J Q Q ）（）（ 4 s 3 s 2 32 s n n HQ HQ ）（ 相似定律 压头Hs =1 (m) 流量Qs = 0.075(m3s) 3/4 3/4 s H Qn 3.65 H0.075 Qn n

40、 消去J A、ns是有因次的：因次是m3/4s2/3。系数3.65只是对输送 的液体为水时而言 B、比转数具有物理意义：、比转数具有物理意义： 泵按几何相似缩小尺寸，缩小到H= 1(m)，Q=0.075 (m3s) (液体为水，功率为735W)时，泵的转速称为原来泵的比转数。 此缩小的假想泵称为标准泵 C C、只用最佳工况点的、只用最佳工况点的n ns s来表示泵的特征来表示泵的特征 D D、ns是由相似定律引出的一个综合性相似特征数，不是转速。是由相似定律引出的一个综合性相似特征数，不是转速。 应当理解为比较泵型式的一个应当理解为比较泵型式的一个相似准则数而与转速无关相似准则数而与转速无关

41、F、ns公式由相似定律推得，因此它不是相似条件，而是相似泵的必然结果 A、利用比转数对泵进行分类 B、反映了泵在性能上的特点 高ns流量大，扬程低 低ns流量小，扬程高 C、反映性能曲 线变化趋势 H Q曲线 低ns为驼峰形 中ns为缓倾形 高ns为陡降形 Nb Q曲线ns增加，封闭轴功率增加 Q曲线 ns越高，曲线越呈尖峰形 即高效率工作区域越小 离心泵：40ns300 混流泵：300ns500 轴流泵：500nsPv并不一定能避免汽蚀 吸入口 叶轮 P 吸入口的A叶片前缘的Amin 减小 v P 液体要绕过叶片的前缘 v P Pmin位于叶片根部K 液体由入口流到液体由入口流到K点点 位置

42、存在局部水力损位置存在局部水力损 失失 液体在泵的入口处应保留一定的能量余量，即液体在泵的入口处应保留一定的能量余量，即NPSHNPSHr r 因此，泵不发生汽蚀要求P PK KPPV V NPSHNPSHr r是保证泵本身不发生汽蚀所需要的超过液体汽化压力的能量是保证泵本身不发生汽蚀所需要的超过液体汽化压力的能量 g w g c NPSHr 22 2 0 2 2 0 1 NPSHNPSHr r值越小值越小, ,说明说明泵的抗汽蚀性能泵的抗汽蚀性能越好越好 c0 、w0 分别表示液体进入叶片前的绝对速度和相对速度 11.2 1.4 经验系数，试验确定，低比转数的泵取大值 2= 0.150.4

43、经验系数，试验确定，低比转数的泵取小值 也可以这样认为：也可以这样认为：NPSHNPSHr r是液体由泵入口（是液体由泵入口（1-11-1断面）流到泵的叶轮断面）流到泵的叶轮 流道内的压力最低点流道内的压力最低点K K处必然（或必需）损耗的能量处必然（或必需）损耗的能量 3、允许汽蚀余量NPSH NPSH NPSHr NPSHe QminQQc c NPSHe与NPSHr两条曲线的交点c称为水泵的临界工作点 c点对应的流量称为临界流量Qc Q过小，会使液体T随时间升 高，以至相应的NPSHr增加， 因此必须使QQmin 泵不发生汽蚀，必须保证 Q NPSHr 只有使流量在QminQHHHc c

44、，所以，所以QQ沿着沿着H H Q Q增加，增加， 工作点向右偏移，直到到达工作点向右偏移，直到到达MM，泵的工况才稳定下来，泵的工况才稳定下来 干扰使干扰使A A向左时，因向左时，因HHHn2n3 n3 Q3Q1 离心泵变速调节离心泵变速调节 变速调节方法变速调节方法 原动机转速不变，采用传动装置变速进行调节原动机转速不变，采用传动装置变速进行调节 离合器、电磁滑差离合器离合器、电磁滑差离合器 采用可变速的原动机进行调节采用可变速的原动机进行调节 小汽轮机直接变速、变速电动机变速小汽轮机直接变速、变速电动机变速 为了满足液体压头或流量的需要，或为了运行经济可靠，为了满足液体压头或流量的需要，或为了运行经济可靠， 有时在同一管路系统中设置有时在同一管路系统中设置2 2台或台或2 2台以上的泵联合工作台以上的泵联合工作 锅炉主给水泵为了防止汽蚀设置了低转速的锅炉主给水泵为了防止汽蚀设置了低转速的 前置泵作为灌注泵与其串联前