第14讲 流体输送设备

1、1/126 第第14讲讲 流体输送设备流体输送设备 离心式（叶轮式）离心式（叶轮式） 往复式往复式 旋转式旋转式 流体动力作用式流体动力作用式 输送液体用的泵输送液体用的泵 输送气体用的压缩机（或风机）输送气体用的压缩机（或风机） 2/126 概概 述述 一、流体输送机械作用一、流体输送机械作用 连续流动连续流动 的各种物的各种物 料或产品料或产品 由低处送至高处由低处送至高处 由低压送至高压设备由低压送至高压设备 克服管道阻力克服管道阻力 流体输送机械流体输送机械 为输送流体而为输送流体而 提供能量的机械提供能量的机械 按工作原理分：按工作原理分： 动力式（叶轮式）：离心式，轴流式；动力式（

2、叶轮式）：离心式，轴流式； 容积式（正位移式）：往复式，旋转式；容积式（正位移式）：往复式，旋转式； 其它类型：喷射式，流体作用式等。其它类型：喷射式，流体作用式等。 固体固体的输送，可采用的输送，可采用流态化流态化的方法的方法 气体气体的输送和压缩，主要用鼓风机和压缩机。的输送和压缩，主要用鼓风机和压缩机。 液体液体的输送，主要用离心泵、漩涡泵、往复泵。的输送，主要用离心泵、漩涡泵、往复泵。 3/126 二二、不同结构和特性的输送机械应用不同结构和特性的输送机械应用 实际生产中输送的流体种类繁多：实际生产中输送的流体种类繁多： 1、流体种类有强腐蚀性的、高粘度的、含有固体悬、流体种类有强腐蚀

3、性的、高粘度的、含有固体悬 浮物的、易挥发的、易燃易爆的以及有毒的等等；浮物的、易挥发的、易燃易爆的以及有毒的等等； 2、温度和压强又有高低之分；、温度和压强又有高低之分； 3、不同生产过程所需提供的流量和压头又各异。、不同生产过程所需提供的流量和压头又各异。 三、内容三、内容 1.理解并掌握常用输送机械的操作原理、结构与性能。理解并掌握常用输送机械的操作原理、结构与性能。 2.合理选型、定规格、计算功率、安装位置。合理选型、定规格、计算功率、安装位置。 4/126 14.1 离心泵离心泵 14.1.1 离心泵构造、原理及主要部件离心泵构造、原理及主要部件 一、构造和原理一、构造和原理 1、离

4、心泵的构造：、离心泵的构造： 吸入口吸入口 排出管排出管 泵轴泵轴 轴封轴封 泵壳泵壳 叶轮叶轮 5/126 6/126 7/126 ：、 ：、 ：、 泵轴及轴封装置泵轴及轴封装置 泵壳泵壳 叶轮叶轮 3 2 1 8/126 2、离心泵的工作原理：、离心泵的工作原理： 常压流体常压流体 被甩出被甩出 高速流体高速流体 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量的转换流体被压出流体被压出 叶轮中心形成真空叶轮中心形成真空 在压力差的作用下流体被压入

5、泵内在压力差的作用下流体被压入泵内 9/126 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 如果离心泵在启动前壳内充满的是气体，则启动后如果离心泵在启动前壳内充满的是气体，则启动后 叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空 度，这样槽内液体便不能被吸上。这一现象称为度，这样槽内液体便不能被吸上。这一现象称为气气 缚缚 10/126 二、主要部件二、主要部件 叶轮（叶轮（Imp

6、eller）:离心泵的关键部件，是流体获得机械能的离心泵的关键部件，是流体获得机械能的 主要部件，主要部件，作用是将原动机的机械能传给液体，使液体的静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压能和动能均有所提高, ,其转速一般可达其转速一般可达12003600转转/min， 高速高速1070020450转转/min。根据其结构可分为：。根据其结构可分为： 1、叶轮：、叶轮： 三种叶轮中哪一种效率高？三种叶轮中哪一种效率高？ 开式开式半开式半开式闭式闭式 11/126 12/126 效率效率 闭式叶轮效率最高，半开式叶轮效率次之，开式叶闭式叶轮效率最高，半开式叶轮效率次之

7、，开式叶 轮效率最低；原因在于叶片间的轮效率最低；原因在于叶片间的流体倒流流体倒流（外缘压力高（外缘压力高 ，叶轮中心压力低）回叶轮中心，做了无用功；增加了，叶轮中心压力低）回叶轮中心，做了无用功；增加了 前后盖板使倒流的可能性减小。前后盖板使倒流的可能性减小。 按照吸液方式可以将叶轮分为按照吸液方式可以将叶轮分为单吸式单吸式和和双吸式双吸式两种。两种。 2、 泵壳泵壳 从叶轮中抛出的流体汇集到泵壳中，泵壳是从叶轮中抛出的流体汇集到泵壳中，泵壳是 蜗壳形的蜗壳形的, ,故其流道不断地扩大，高速的液体在泵壳中将故其流道不断地扩大，高速的液体在泵壳中将 大部份的动能转化为静压能，从而避免高速流体在

8、泵体大部份的动能转化为静压能，从而避免高速流体在泵体 及管路内巨大的流动阻力损失。因此泵壳不仅是液体的及管路内巨大的流动阻力损失。因此泵壳不仅是液体的 汇集器汇集器，而且还是一个而且还是一个能量转换装置能量转换装置。 13/126 3、 轴封装置轴封装置 泵启动后在叶轮中心产生负压（吸入口在泵体一侧），泵启动后在叶轮中心产生负压（吸入口在泵体一侧）， 故其会吸入外界的空气；液体经过叶轮的做功，获得机械能故其会吸入外界的空气；液体经过叶轮的做功，获得机械能 经过泵壳的汇集，能量转换成静压能较高的流体进入排出管经过泵壳的汇集，能量转换成静压能较高的流体进入排出管 ，对半开式，与闭式叶轮，叶轮四周的

9、高压流体可能泄漏到，对半开式，与闭式叶轮，叶轮四周的高压流体可能泄漏到 盖板与泵体间的空隙（叶轮可旋转，泵体相对固定，叶轮轴盖板与泵体间的空隙（叶轮可旋转，泵体相对固定，叶轮轴 与泵体间必有间隙），故其会向外界漏液。与泵体间必有间隙），故其会向外界漏液。泵轴与泵壳之间泵轴与泵壳之间 的密封称为轴封。的密封称为轴封。 密封方式有：密封方式有：填料密封与机械密封填料密封与机械密封，填料密封适用于一，填料密封适用于一 般液体，而机械密封适用于有腐蚀性易燃、易爆液体。般液体，而机械密封适用于有腐蚀性易燃、易爆液体。 填料密封：简单易行，维修工作量大，有一定的泄漏，填料密封：简单易行，维修工作量大，有一

10、定的泄漏， 对燃、易爆、有毒流体不适用；对燃、易爆、有毒流体不适用； 机械密封：液体泄漏量小，寿命长，功率小密封性能好机械密封：液体泄漏量小，寿命长，功率小密封性能好 ，加工要求高。，加工要求高。 14/126 15/126 以上三个构件是离心泵的基本构造，为使泵更有效地工以上三个构件是离心泵的基本构造，为使泵更有效地工 作，还需其它的辅助部件：作，还需其它的辅助部件： 导轮导轮：液体经叶轮做功后直接进入泵体，与泵体产生较液体经叶轮做功后直接进入泵体，与泵体产生较 大冲击，并产生噪音。为减少冲击损失，设置导轮，导轮是大冲击，并产生噪音。为减少冲击损失，设置导轮，导轮是 位于叶轮外周的固定的带叶

11、片的环。叶片的弯曲方向与叶轮位于叶轮外周的固定的带叶片的环。叶片的弯曲方向与叶轮 叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的 方向相适应，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，使能方向相适应，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，使能 量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。 底阀（单向阀）底阀（单向阀）：当泵体安装位置高于贮槽液面时，常当泵体安装位置高于贮槽液面时，常 装有底阀，它是一个单向阀，可防止灌泵后，泵内液体倒流装有底阀，它是一个单向阀，可防止灌泵后，泵内液体倒流 到贮槽中。到贮槽中。

12、滤网滤网：防止液体中杂质进入泵体。防止液体中杂质进入泵体。 16/126 吸液吸液 方式方式 单吸：单吸：液体只从一侧吸入液体只从一侧吸入 双吸：双吸：液体同时从两侧吸入。具有液体同时从两侧吸入。具有较大的吸液较大的吸液 能力能力 S 型单级双吸离心泵 IS、IR 型单级单吸离心泵 17/126 TSWA 型卧式多级泵 单级：单级：只有一个叶轮只有一个叶轮 DL 型立式多级泵 DFW 型卧式离心泵 ISG 型管道离心泵 多级：多级：多个叶轮，多个叶轮，可可 提供更高提供更高 的扬程的扬程 叶轮叶轮 个数个数 18/126 14.1.2 14.1.2 离心泵的理论压头与实际压头离心泵的理论压头与

13、实际压头 H = he 泵对单位重量流体提供的机械能泵对单位重量流体提供的机械能 管路系统输送单位重量流体所需管路系统输送单位重量流体所需 的机械能的机械能 1 1、 理论压头理论压头 假设：（假设：（1 1）叶轮内叶片数目无穷多，叶片的厚度无穷）叶轮内叶片数目无穷多，叶片的厚度无穷 小小, ,即叶片没有厚度；即叶片没有厚度； （2 2）液体为粘度等于零的理想流体；）液体为粘度等于零的理想流体； （3 3）泵内为定态流动过程。）泵内为定态流动过程。 f 2 e 2 h g u g p zh 泵的泵的压头（或扬程压头（或扬程）：指泵对单位重量的流体所提供的有）：指泵对单位重量的流体所提供的有 效

14、能量，以效能量，以H H表示。表示。 19/126 2 2、 实际压头实际压头 由于前弯叶片的绝对速度由于前弯叶片的绝对速度c2大，液体在泵壳内产生的冲大，液体在泵壳内产生的冲 击剧烈得多，转化时的能量损失大为增加，效率低。故为获击剧烈得多，转化时的能量损失大为增加，效率低。故为获 得较高的能量利用率，离心泵总是采用得较高的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片后弯叶片。流体通过。流体通过 泵的过程中压头损失的原因：泵的过程中压头损失的原因： （1）叶片间的环流：由于叶片数目并非无限多，液体有）叶片间的环流：由于叶片数目并非无限多，液体有 环流出现，产生涡流损失。环流出现，产生涡流损失。 （2）阻

15、力损失：实际流体从泵进口）阻力损失：实际流体从泵进口 到出口有阻力损失。到出口有阻力损失。 （3）冲击损失：液体离开叶轮周边）冲击损失：液体离开叶轮周边 冲入蜗壳四周流动的液体中，产生冲入蜗壳四周流动的液体中，产生 涡流。涡流。 a 理论压头理论压头 b 环流损失环流损失 d 冲击损失冲击损失 c 阻力损失阻力损失 H Q 20/126 实际压头的意义：泵提供的压头必须满足流体实际压头的意义：泵提供的压头必须满足流体 输送的需要，而流体输送伴随着位压头（输送的需要，而流体输送伴随着位压头（升扬高度升扬高度 ），静压头、动压头的变化和阻力损失（管路阻力），静压头、动压头的变化和阻力损失（管路阻力

16、 损失，不含有泵的流动阻力损失，泵的阻力损失计损失，不含有泵的流动阻力损失，泵的阻力损失计 入泵的效率），因此入泵的效率），因此 f 2 e 2 h g u z g p hH 21/126 14.1.3 14.1.3 离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数 b c h0 真空表真空表 压力表压力表 测定离心泵性能参数的装置测定离心泵性能参数的装置 bcf, 2 cc 0 2 bb 22 h g u g p hH g u g p bcf, 2 b 2 cbc 0 2 h g uu g pp hH 由于两截面间的管长很短，其阻力由于两截面间的管长很短，其阻力 损失通常可以忽略，两截面间的动损失通

17、常可以忽略，两截面间的动 压头差一般也可以略去，则可得压头差一般也可以略去，则可得 g pp hH bc 0 （1 1）压头和流量）压头和流量 由由b、c两截面间的柏努利方程：两截面间的柏努利方程： 扬程并不等于升举高度扬程并不等于升举高度h0，升举高度只是扬程的一部分。，升举高度只是扬程的一部分。 22/126 （2 2）有效功率有效功率Ne、轴功率、轴功率N 和效率和效率 有效功率有效功率Ne：离心泵单位时间内对流体做的功：离心泵单位时间内对流体做的功Ne =HQg，W 轴功率轴功率N：单位时间内由电机输入离心泵的能量，：单位时间内由电机输入离心泵的能量，W。NeN 泵的效率泵的效率：泵对

18、外加能量的利用：泵对外加能量的利用程度。程度。 泵运转过程中存在以下三种损失：泵运转过程中存在以下三种损失： 容积损失容积损失 该损失是指叶轮出口处高压液体因机械泄漏该损失是指叶轮出口处高压液体因机械泄漏 返回叶轮入口所造成的能量损失。在三种叶轮中，开式叶轮的返回叶轮入口所造成的能量损失。在三种叶轮中，开式叶轮的 容积损失较大，但在泵送含固体颗粒的悬浮液时，叶片通道不容积损失较大，但在泵送含固体颗粒的悬浮液时，叶片通道不 易堵塞；闭式叶轮的渗漏量较小，但在磨损后渗漏便严重。易堵塞；闭式叶轮的渗漏量较小，但在磨损后渗漏便严重。 水力损失水力损失 该损失是由于实际流体在泵内有限叶片作用该损失是由于

19、实际流体在泵内有限叶片作用 下各种摩擦损失（即前述环流损失、摩擦损失、冲击损失）。下各种摩擦损失（即前述环流损失、摩擦损失、冲击损失）。 机械损失机械损失 该损失包括旋转叶轮盖板外表面与液体间的该损失包括旋转叶轮盖板外表面与液体间的 摩擦以及轴承机械摩擦所造成的能量损失。摩擦以及轴承机械摩擦所造成的能量损失。 23/126 离心泵的轴功率离心泵的轴功率N可直接用效率来计算：可直接用效率来计算： 一般小型离心泵的效率一般小型离心泵的效率5070%，大型离心泵效率可达，大型离心泵效率可达90%。 /gHQN 泵的轴功率，泵的轴功率，W泵的压头，泵的压头，m泵的流量，泵的流量，m3/s 流体密度，流

20、体密度，kg/ m3 泵的效率泵的效率 24/126 （3 3）叶轮转速叶轮转速n 10003000转转/min（或（或r.p.m）；）；2900转转/min最常见。最常见。 泵在出厂前，必须确定其各项性能参数，即以上各参泵在出厂前，必须确定其各项性能参数，即以上各参 数值，并把它标在铭牌上；这些参数是在最高效率条件下数值，并把它标在铭牌上；这些参数是在最高效率条件下 用用20 的水测定的。的水测定的。 25/126 14.1.4 14.1.4 离心泵特性曲线离心泵特性曲线（Characteristic curves） 由于离心泵的各种损失难由于离心泵的各种损失难 以定量计算，使得离心泵的特以

21、定量计算，使得离心泵的特 性曲线性曲线HQ、NQ、Q的的 关系只能靠实验测定，出厂时关系只能靠实验测定，出厂时 列于产品样本中以供参考。列于产品样本中以供参考。 右图所示为右图所示为4B20型离心泵在转型离心泵在转 速速n2900r/min时的特性曲线。时的特性曲线。 若泵的型号或转速不同，则特若泵的型号或转速不同，则特 性曲线将不同。性曲线将不同。借助离心泵的借助离心泵的 特性曲线可以较完整地了解一特性曲线可以较完整地了解一 台离心泵的性能，供合理选用台离心泵的性能，供合理选用 和指导操作。和指导操作。 4B20离心泵离心泵 n2900r/min 30 26 22 18 14 10 0 20

22、406080 100 120 140 12 8 4 0 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 0 H/m NkW Q/(m3/h) N H 4B20型离心泵的特性曲线型离心泵的特性曲线 26/126 27/126 由图可知：由图可知： （1）HQ曲线曲线：Q， H(Q很小时很小时 可能例外可能例外)。当。当Q 0时，时，H也只能达到一定值，也只能达到一定值， 这是离心泵的一个重要特性。这是离心泵的一个重要特性。 （2 2）N Q曲线曲线：Q，N 。当。当Q0时，时，N最小。这要求最小。这要求 离心泵在启动时，应关闭泵的出离心泵在启动时，应关闭泵的出 口阀门口阀门，以减小启动功

23、率，保护，以减小启动功率，保护 电动机免因超载而受损。电动机免因超载而受损。 （3 3）Q曲线曲线：有极值点：有极值点(最大值最大值)，于此点下操作效，于此点下操作效 率最高，能量损失最小。在此点（设计点）对应的流量称率最高，能量损失最小。在此点（设计点）对应的流量称 为为额定流量额定流量。泵的铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作。泵的铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作 时，应在此点附近操作，一般不应低于时，应在此点附近操作，一般不应低于92max 。 4B20离心泵离心泵 n2900r/min 30 26 22 18 14 10 0 20406080 100 120 140 12 8 4 0

24、80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 0 H/m NkW Q/(m3/h) N H 图图212 4B型离心泵的特性曲线型离心泵的特性曲线 28/126 14.1.5 14.1.5 离心泵特性曲线的影响因素离心泵特性曲线的影响因素 （1 1）密度）密度对特性曲线的影响对特性曲线的影响 Q与与无关无关，但，但ms=Q 与与有关。有关。 H与与无关无关。 N =HQg/ 。轴功率是指输送。轴功率是指输送20清水时的清水时的N 。N随随的的 增大而增大增大而增大，所选泵用于输送比水的，所选泵用于输送比水的大的液体应先按大的液体应先按N= N/核算轴功率，若核算轴功率，若N 表中的电机

25、功率，应更换功率大表中的电机功率，应更换功率大 的电机，的电机，否则电机会烧毁。否则电机会烧毁。 29/126 （2 2）流体粘度）流体粘度对特性曲线的影响对特性曲线的影响 、h hf f、Q、H、N (的幅度超过的幅度超过Q H的幅度的幅度 ，N)。泵厂家提供的特性曲线是用清水测。泵厂家提供的特性曲线是用清水测 定的，若实际输送流体定的，若实际输送流体比清水比清水大得较多，特性曲线大得较多，特性曲线 将有所变化，应校正后再用。校正方法可参阅有关书刊。将有所变化，应校正后再用。校正方法可参阅有关书刊。 若液体的运动粘度小于若液体的运动粘度小于210-5m2/s，如汽油、煤油、，如汽油、煤油、

26、轻柴油等，则对粘度的影响可不进行修正。轻柴油等，则对粘度的影响可不进行修正。 30/126 （3 3）转速）转速n对特性曲线的影响对特性曲线的影响 2 r 2 w 2 c 2 u 2 2 w 2 c 2 u r2 c r2 c 不同转速下的速度三角形不同转速下的速度三角形 泵的特性曲线是在一定转速下测泵的特性曲线是在一定转速下测 得的，实际使用时会遇到得的，实际使用时会遇到n改变的情改变的情 况，若况，若n变化变化20，可认为液体离开，可认为液体离开 叶轮时的叶轮时的速度三角形相似速度三角形相似，2不变不变 （如图所示（如图所示)，则泵的效率，则泵的效率不变不变（等等 效率效率）。）。 n n

27、 Q Q 2 ) ( n n H H 3 ) ( n n N N 比例定律 31/126 （4 4）叶轮直径叶轮直径D2对特性曲线的影响对特性曲线的影响 泵的特性曲线是针对某一型号的泵泵的特性曲线是针对某一型号的泵(D2一定一定)而言的。一个而言的。一个 过大的泵，若将其叶轮略加切削而使过大的泵，若将其叶轮略加切削而使D2变小，可以降低变小，可以降低Q和和H 而节省而节省N。若。若D2变化变化20%，可以认为液体离开叶轮时的速度，可以认为液体离开叶轮时的速度 三角形相似，三角形相似，2不变，不变，不变，不变， D2b2不变，则不变，则 2 2 D D Q Q 2 2 2 ) ( D D H H

28、 3 2 2 ) ( D D N N -切割定律 32/126 14.1.6 14.1.6 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节 （1 1）管路特性曲线方程管路特性曲线方程 z 1 1 2 2 1 p f 2 e 2 h g u z g p h z g p A 令令 而而 2 4 d Q u 2 5 e 22 e f )( 8 2 1 ) 4 (Q d ll ggd Q d ll h 22 5 e 2 2 )( 8 2 BQQ d ll gg u 令令 2 e BQAh 33/126 （2 2）离心泵的工作点离心泵的工作点 将泵的将泵的HQ线和管路的线和管路的heQ 线画在一张图上

29、，得到线画在一张图上，得到交点交点A如如 图图2-13所示，该点称为泵在管路所示，该点称为泵在管路 上的上的工作点工作点， 此时此时H = he。在工。在工 作点处泵的输液量即为管路的流作点处泵的输液量即为管路的流 量量Q，泵提供的压头（扬程），泵提供的压头（扬程）H 必恰等于管路所要求的压头必恰等于管路所要求的压头he。 当工作点是在高效区（当工作点是在高效区（不低于不低于 92max ），则该工作点是），则该工作点是适宜适宜 工作点工作点，说明泵选择的较好。，说明泵选择的较好。 OQQ H H 1 管路管路heQ 离心泵的工作点离心泵的工作点 泵泵HQ 泵泵 Q g P zA A 34/1

30、26 注意：注意： 管路特性曲线管路特性曲线he=A+BQ2为开口向上的为开口向上的 抛物线，它在纵轴截距反映了管路上下游总抛物线，它在纵轴截距反映了管路上下游总 势能差；势能差；B反映了管路阻力的大小；反映了管路阻力的大小；B，同，同 样流量下管路的阻力越大，样流量下管路的阻力越大，B较大的管路称较大的管路称 为为高阻管路高阻管路，反之则称为，反之则称为低阻管路低阻管路； 泵特性曲线中流量的单位可能是泵特性曲线中流量的单位可能是m3/s 或或m3/h ；求工作点时，管路特性曲线的整理；求工作点时，管路特性曲线的整理 应注意保持单位一致；应注意保持单位一致； 离心泵工作点的求法：离心泵工作点的

31、求法：解析法解析法即当泵即当泵 的特性曲线已知，可与管路特性曲线联立求的特性曲线已知，可与管路特性曲线联立求 工作点；若泵特性曲线未知，只有特性曲线工作点；若泵特性曲线未知，只有特性曲线 图，则用图，则用图解法图解法即将管路特性曲线画在泵特即将管路特性曲线画在泵特 性曲线图上，两线的交点即为工作点。性曲线图上，两线的交点即为工作点。 OQQ H H 1 管路管路heQ 离心泵的工作点离心泵的工作点 泵泵HQ 泵泵 Q g P zA A 35/126 （3 3）流量调节流量调节 流量调节就是设法改变工作点的位流量调节就是设法改变工作点的位 置，有以下置，有以下两种方法两种方法： 改变管路特性曲线

32、改变管路特性曲线 在离心泵出口处的管路上安装调节在离心泵出口处的管路上安装调节 阀。改变出口阀门的开度即改变管路阻阀。改变出口阀门的开度即改变管路阻 力系数（力系数（K亦变）可改变管路特性曲线亦变）可改变管路特性曲线 的位置，达到调节流量的目的。的位置，达到调节流量的目的。 OQ2Q1Q he2 H2 2 1 低阻低阻 g p zA 高阻高阻 H1 优点优点：操作简便、灵活，应用范围广。对于调节幅度不大操作简便、灵活，应用范围广。对于调节幅度不大 而经常需要改变流量的场合，此法尤为适用。而经常需要改变流量的场合，此法尤为适用。 缺点缺点：不仅增加了管路阻力损失（在阀门关小时），且使不仅增加了管

33、路阻力损失（在阀门关小时），且使 泵在低效率点工作，在经济上很不合理。因阀门关小多消耗的泵在低效率点工作，在经济上很不合理。因阀门关小多消耗的 功率为功率为 ghHQgHQ N 2e222 36/126 改变泵的特性曲线改变泵的特性曲线 由前述比例定律、切割定律可由前述比例定律、切割定律可 知，改变泵的转速、切削叶轮都可知，改变泵的转速、切削叶轮都可 以达到改变泵的特性曲线的目的。以达到改变泵的特性曲线的目的。 如图所示，泵的转速由如图所示，泵的转速由n1减小至减小至n2时，时， 泵的泵的HQ线下移，工作点由点线下移，工作点由点A A1 1移移 至点至点A A2 2，流量由，流量由Q1减小至减

34、小至Q2。 优点优点：不额外增加管路阻力，在一定范围内可保持泵在高不额外增加管路阻力，在一定范围内可保持泵在高 效率区工作（效率区工作（n改变改变 n2 改变泵的特性曲线改变泵的特性曲线 A A2 2 Q2 37/126 OQ2=90Q H2 H(m) A2 关小阀门改变泵的工作点关小阀门改变泵的工作点 A1 he2 Q(m3/h)O Q2 =90 Q1 H2 H(m) 减小转速并辅以阀门调节流量减小转速并辅以阀门调节流量 A1 he2=64 A1 Q(m3/h)Q1 A2 38/126 工工作作点点 e h H泵的特性曲线 Q 阀阀门门开开大大 he 节节 流流 损损 失失 两种方法 改改变

35、变泵泵的的特特性性曲曲线线 改改变变管管路路特特性性曲曲线线 -改变转速、叶轮切割 39/126 离心泵的联合操作离心泵的联合操作 （1）两台同型泵并联）两台同型泵并联 如图所示，两台同型泵并联，则两泵的各如图所示，两台同型泵并联，则两泵的各 自流量和压头必定相同，则在同一压头下，并自流量和压头必定相同，则在同一压头下，并 联泵的流量为单台泵的两倍。联泵的流量为单台泵的两倍。 当并联泵置于管路中时，由于流量加大使当并联泵置于管路中时，由于流量加大使 管路流动阻力加大，则并联后的总流量必低于管路流动阻力加大，则并联后的总流量必低于 单台泵流量的两倍，而并联压头也高于单泵压单台泵流量的两倍，而并联

36、压头也高于单泵压 头但小于两倍压头。头但小于两倍压头。 H 并联泵 单台泵 2 2 Q BAH 并并 并并 40/126 (2) 串联串联 对泵来说：在相同 Q 下， 单单串串 HH2 2 BQ2A2H 串串串串 H 串联泵 单台泵 0 Q 41/126 （3）离心泵组合方式的选择）离心泵组合方式的选择 如果单台泵所能提供的最大压头小于管 路两端的（ ）值，则只能 采用泵的串联操作。 对于管路特性曲线较平坦的低阻型管低阻型管 路路，采用并联组合方式并联组合方式可获得较高的流 量和压头 ； 反之，对于管路特性曲线较陡的 高阻型管路高阻型管路，则宜采用串联组合方式串联组合方式。 g p z 42/

37、126 举例：用两台泵向高位槽送水，单泵的特性曲线方程为H=25- 11062，管路特性曲线方程为He10105e2(两式中 Q的单位为m3s，的单位为m)。求：两泵并、串联时的流量 及压头。 解：单泵时：H25-106Q210+1105Q2 故：Q3.6910-3m3/s， H11.36m 并联时：H不变， Q2Q，QQ/2 即每台泵流量Q为管中流量Q的1/2。 故：H25-1106(/2)2=10+1105 Q6.5510-3m3s， H14.29m 串联时，H2H， QQ， HH/2， 即每台泵提供的压头仅为管路压头的1/2，故泵特性曲线方程为 ： H/225-11062 即：H50-2

38、1062 由：H 50-21062 1011052 得：Q=4.3610-3m3/s， H=11.9m 43/126 14.1.7 14.1.7 离心泵的安装高度离心泵的安装高度 zs ps K e 离心泵的安装高度离心泵的安装高度 s 如图所示，液面较低的液体如图所示，液面较低的液体 能被吸入泵的进口，是由于叶轮能被吸入泵的进口，是由于叶轮 将液体从其中央甩向外周，在叶将液体从其中央甩向外周，在叶 轮中心进口处形成轮中心进口处形成负压（真空负压（真空） ，从而在液面与叶轮进口之间形，从而在液面与叶轮进口之间形 成一定的压差，液体籍此压差被成一定的压差，液体籍此压差被 吸入泵内。现在的问题是离

39、心泵吸入泵内。现在的问题是离心泵 的安装高度的安装高度zs（zs即叶轮进口与液即叶轮进口与液 面间的垂直距离）是否可以取任面间的垂直距离）是否可以取任 意值？意值？ 44/126 1 1、 汽蚀汽蚀（Cavitation）现象）现象 在液面在液面s与泵内压强最低处即叶轮中心进口处与泵内压强最低处即叶轮中心进口处K-K面之间面之间 列机械能衡算式，得列机械能衡算式，得 ksf 2 kk 2 h g u z g p g p s s zs ps K e 图图2-15 离心泵的安装高度离心泵的安装高度 s 若液面压强若液面压强ps一定，吸入管路流量一一定，吸入管路流量一 定（即定（即uk一定），安装高

40、度一定），安装高度zs， hf(s-k)，pk，当，当pk至等于操作至等于操作 温度下被输送液体的饱和蒸汽压温度下被输送液体的饱和蒸汽压pv时时 （即（即pkpv）：）： 45/126 液体将发生液体将发生部分汽化现象部分汽化现象，所生成的大所生成的大 量蒸汽泡在随液体从叶轮进口向叶轮外周流量蒸汽泡在随液体从叶轮进口向叶轮外周流 动时，又因压强升高，气泡立即凝聚，气泡动时，又因压强升高，气泡立即凝聚，气泡 的消失产生局部真空，周围的液体以极大的的消失产生局部真空，周围的液体以极大的 速度冲向气泡原来所在的空间，在冲击点处速度冲向气泡原来所在的空间，在冲击点处 产生很高的局部压强（高达几百个大气

41、压）产生很高的局部压强（高达几百个大气压） ，冲击频率高达每秒几万次之多。尤其当汽，冲击频率高达每秒几万次之多。尤其当汽 泡的凝结发生在叶轮表面时，众多的液体质泡的凝结发生在叶轮表面时，众多的液体质 点尤如细小的高频水锤撞击着叶片；另外汽点尤如细小的高频水锤撞击着叶片；另外汽 泡中还可能带有氧气等对金属材料发生化学泡中还可能带有氧气等对金属材料发生化学 腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将导腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将导 致叶片过早损坏。这种现象称为泵的致叶片过早损坏。这种现象称为泵的汽蚀现汽蚀现 象。象。 zs ps K e 图图2-15 离心泵的安装高度离心泵的安装高度 s 46/

42、126 泵的性能下降，流量、压头、效率均降低，泵的性能下降，流量、压头、效率均降低， 最终变成最终变成气缚气缚。 气蚀的危害： 产生振动和噪音，影响离心泵的正常运行产生振动和噪音，影响离心泵的正常运行 和工作环境。和工作环境。 泵壳和叶轮的材料遭受损坏，降低泵的使泵壳和叶轮的材料遭受损坏，降低泵的使 用寿命。用寿命。 47/126 发生气蚀的原因： 泵的安装高度超过允许值； 泵输送液体的温度过高； 泵吸入管路的局部阻力过大。 P叶片入口过低的原因: 液体饱和蒸汽压叶片入口 pp * 吸入管路尽量短，少走弯路；吸入管路尽量短，少走弯路； * 进口管路直径一般大于出口管路直径；进口管路直径一般大于

43、出口管路直径； * 进口管路上避免不必要的管件，如泵装于液面下可进口管路上避免不必要的管件，如泵装于液面下可 免装止逆阀（并且启动前不用灌泵），流量调节阀装于出免装止逆阀（并且启动前不用灌泵），流量调节阀装于出 口管路；口管路； 48/126 49/126 g p g p g u NPSH V 1 2 1 2 离心泵的抗气蚀性能 1）气蚀余量 临界气蚀余量 p叶轮入口处压强（最低）p液体的饱和蒸汽压 指泵入口处单位重量水所具有的、超过当时温度下汽化压力的富裕能 量，h，m液柱 50/126 ,min11,minkV pppp 11和kk列柏努利方程 Kf KV H g u g p g u g

44、p 1 , 22 1 min, 1 22 Kf K V C H g u g u g pp NPSH 1 , 22 1 min, 1 22 )( 临界气蚀余量 发生气蚀的临界条件： 气蚀性能试验时，水泵开始发生气蚀时测得的泵进口处的气蚀 余量称为临界气蚀余量。 51/126 临界气蚀余量的测定 在固定的流量下，通过关小泵吸入管路的阀门，逐渐在固定的流量下，通过关小泵吸入管路的阀门，逐渐 降低降低p1，直至泵内刚好发生气蚀，测得相应的，直至泵内刚好发生气蚀，测得相应的p1,min 必需气蚀余量 为确保离心泵的正常操作，将临界气蚀余量加上一定的安全量 3 . 0)()( Cr NPSHNPSH 反映

45、液体从泵入口处到叶片进口能量的降低值，因此 越小抗气蚀性能越好 52/126 在离心泵样本性能表中给出的是必需气蚀余量 QNPSH r QH S 53/126 离心泵的允许吸上真空度离心泵的允许吸上真空度 Hs值的大小与泵的结构、流量、被输送液体的性质及当值的大小与泵的结构、流量、被输送液体的性质及当 地大气压等因素有关。通常由泵的制造工厂在地大气压等因素有关。通常由泵的制造工厂在98.1kPa下，下， 用用20 20 清水为介质进行清水为介质进行测定。若输送其他液体，或操作测定。若输送其他液体，或操作 条件与上述的实验条件不同时，应按下式进行换算，即条件与上述的实验条件不同时，应按下式进行换

46、算，即 若以输送液体的液柱高度来计算离心泵入口处的最高真空若以输送液体的液柱高度来计算离心泵入口处的最高真空 度，则此真空度称为离心泵的度，则此真空度称为离心泵的允许吸上真空度允许吸上真空度，以，以Hs 来来 表示，即表示，即 g pp H a S 1 1000 )24. 0 1081. 9 ()10( 3 p HHH aSS 54/126 最大吸上真空高度 1,min ,max () a s pp H g 当泵的气蚀现象刚发生时，所对应的吸上真空高度当泵的气蚀现象刚发生时，所对应的吸上真空高度 为保证泵在运转中不发生汽蚀现象，而又尽可能有最为保证泵在运转中不发生汽蚀现象，而又尽可能有最 大的

47、吸上真空度，规定留有大的吸上真空度，规定留有0.30.3米的安全量。米的安全量。 3 . 0 max, Ss HH 55/126 10 , 2 110 2 )( fg H g u g pp H 10 , 2 11 2 )( f a g H g u g pp H （5）离心泵的允许安装高度 56/126 10, 0 )( fr V g HNPSH g pp H 用必需气蚀余量表示的安装高度 用允许吸上真空度表示的安装高度 10, 2 1 2 fSg H g u HH 离心泵实际的安装高度比允许安装高度低0.51m 57/126 举例：举例：某台离心泵从样本上查得允许吸上真空高度某台离心泵从样本上

48、查得允许吸上真空高度 H Hs s=6m=6m，现将该泵安装在海拔高度为，现将该泵安装在海拔高度为500m500m处处( (Ha=9.74m )， 若夏季平均水温为若夏季平均水温为4040。问修正后的。问修正后的H Hs s应为多少？应为多少？ 若吸入管路的压头损失为若吸入管路的压头损失为0.1mH0.1mH2 2O O，泵入口处动压头为，泵入口处动压头为 0.2mH0.2mH2 2O O。问该泵安装在离水面。问该泵安装在离水面5m5m高度处是否合适？高度处是否合适？ 58/126 解解: 当水温为当水温为40时，时，Hv=0.75m。 Hs=Hs+(Ha10)(Hv0.24) =6(9.74

49、10)(0.750.24) =5.23m 泵的安装高度为泵的安装高度为: H =Hs u12/2g Hf =5.230.20.1 =4.93m5m 故泵安装在离水面故泵安装在离水面5m高度处不合适。高度处不合适。 59/126 14.1.8 14.1.8 离心泵的类型离心泵的类型 离心泵类型的划分离心泵类型的划分 按输送流体的性质：清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵等；按输送流体的性质：清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵等； 按叶轮的吸入方式：单吸泵、双吸泵；按叶轮的吸入方式：单吸泵、双吸泵； 按叶论数目：单级泵、多级泵；按叶论数目：单级泵、多级泵； （1 1）清水泵）清水泵（Clean water

50、pumpsClean water pumps） 输送清水或物性与水相近且无腐蚀、杂质少的液体。输送清水或物性与水相近且无腐蚀、杂质少的液体。 单级单吸泵：单级单吸泵：ISIS（或（或B B）型，中小型水泵，结构简单操作）型，中小型水泵，结构简单操作 容易；扬程容易；扬程8 898m98m，流量，流量4545360360m3/h 多级泵：多级泵：D D型，扬程高，型，扬程高，1414351m351m，10.810.8850850m3/h 双吸泵：双吸泵：SHSH型，流量大，型，流量大，9 9140m140m，1201201250012500m3/h 型号：型号： IS100-65-250 IS1

51、00-65-250 （或（或2B31 2B31A 2B31B2B31 2B31A 2B31B） 60/126 含义：含义： 为泵吸入口直径为泵吸入口直径，英寸英寸 基本型号在最高效率下的基本型号在最高效率下的 扬程，扬程，m m； 泵类型泵类型 叶轮直径在基本型号基础上切叶轮直径在基本型号基础上切 削一圈削一圈 2B31A2B31A IS100-65-250IS100-65-250 为泵排出直径为泵排出直径，mmmm 叶轮公称直径叶轮公称直径，mmmm 为泵吸入口直径为泵吸入口直径，mmmm 61/126 （2 2）耐腐蚀泵）耐腐蚀泵（Corrosion resistant pumps） 与液

52、体接触的部件由耐腐蚀材料（铸铁、高硅铁、合与液体接触的部件由耐腐蚀材料（铸铁、高硅铁、合 金钢、玻璃、塑料等）制成且更换容易，密封可靠，适用金钢、玻璃、塑料等）制成且更换容易，密封可靠，适用 于输送具有腐蚀性的液体。扬程于输送具有腐蚀性的液体。扬程15195m，流量，流量2400m3/h 型号：型号：50F-103 50F-103A 50F-103B 意义：意义：50为吸入口直径，为吸入口直径，mm；F为泵类型；为泵类型；103为基本为基本 型号在最高效率下的扬程，型号在最高效率下的扬程，m。 （3 3）油泵）油泵（Oil pumps） 用于输送石油产品，由于油品易燃易爆，密封要求高。适用于输

53、送石油产品，由于油品易燃易爆，密封要求高。适 用温度用温度-45 400 ，扬程，扬程60603m，流量，流量6.25500 m3/h 。 型号：型号：50Y-60 50Y-60A 50Y-602 50Y-60A2 意义：意义：50为吸入口直径，为吸入口直径，mm；Y为泵类型；为泵类型；60为基本型为基本型 号在最高效率下的扬程，号在最高效率下的扬程，m；2为叶轮级数。为叶轮级数。 62/126 （4 4）杂质泵）杂质泵 输送液体中含有固体颗粒杂质，粘度大的液体输送液体中含有固体颗粒杂质，粘度大的液体 如泥浆等；杂质泵不易堵塞，耐磨，叶轮流道宽（如泥浆等；杂质泵不易堵塞，耐磨，叶轮流道宽（23

54、片）。片）。 （5 5）液下泵）液下泵（Submerged pumps） 安装于贮槽内液面下，安装于贮槽内液面下， 适用于输送各种腐蚀性流体，密封要求不高（泵内外均为输送适用于输送各种腐蚀性流体，密封要求不高（泵内外均为输送 的流体，无泄漏问题）。的流体，无泄漏问题）。 （6 6）屏蔽泵）屏蔽泵（Canned motor pumps）叶轮与轴相连固定，密）叶轮与轴相连固定，密 封性能高，根本上消除了泄漏，适用于输送易燃易爆、有毒、封性能高，根本上消除了泄漏，适用于输送易燃易爆、有毒、 具有放射性或贵重的液体。扬程具有放射性或贵重的液体。扬程1695m，流量，流量0.65200m3/h ，温度，

55、温度-35 400 。 （7 7）管道泵）管道泵（Pipeline pumps） 适用于长距离管道输送的中适用于长距离管道输送的中 途加压，途加压，24150m，6.25360。 （8 8）低温用泵）低温用泵（Cryogenic pumps） 63/126 14.1.9 14.1.9 离心泵的选用离心泵的选用、安装与运转安装与运转 （1 1）选用）选用 根据被输送液体的性质确定泵的类型；根据被输送液体的性质确定泵的类型； 根据管路系统的性质和工艺要求确定流量和压头根据管路系统的性质和工艺要求确定流量和压头（应（应 以生产中可能出现的最大流量计算）以生产中可能出现的最大流量计算）； 根据所需流量

56、和压头确定泵的型号（所选泵的流量与根据所需流量和压头确定泵的型号（所选泵的流量与 扬程应比工艺要求略高，有一定的余量；但余量又不宜太大扬程应比工艺要求略高，有一定的余量；但余量又不宜太大 ，否则会远离高效区，效率低；对多台泵都合适的情况下选，否则会远离高效区，效率低；对多台泵都合适的情况下选 择操作条件下效率最高的）；择操作条件下效率最高的）； 对泵所配电机的功率进行校核确定是否更换电机。对泵所配电机的功率进行校核确定是否更换电机。 64/126 （2 2）安装）安装 对关键管道用泵或容易损坏的泵应安装备用泵（并对关键管道用泵或容易损坏的泵应安装备用泵（并 联，一台工作，一台备用）；联，一台工

57、作，一台备用）； 安装高度不能太高，安装高度不能太高，应小于允许安装高度应小于允许安装高度； 设法尽量减少吸入管路的阻力，以减少发生汽蚀的设法尽量减少吸入管路的阻力，以减少发生汽蚀的 可能性。主要考虑：吸入管路应短而直；吸入管路的直径可能性。主要考虑：吸入管路应短而直；吸入管路的直径 可以稍大；吸入管路减少不必要的管件；可以稍大；吸入管路减少不必要的管件；调节阀应装于出调节阀应装于出 口管路口管路。 65/126 （3 3）离心泵运转）离心泵运转 启动前应灌泵启动前应灌泵（泵装在液面以下则为自然灌泵），并（泵装在液面以下则为自然灌泵），并 排气排气，防止出现气缚现象；，防止出现气缚现象； 应在

58、应在出口阀关闭出口阀关闭的情况下的情况下启动泵启动泵，使启动功率、电流，使启动功率、电流 最小，避免烧毁电机；最小，避免烧毁电机； 停泵前先关闭出口阀停泵前先关闭出口阀，避免管道中的液体倒流，带动，避免管道中的液体倒流，带动 叶轮倒转，以免损坏叶轮和电机，尤其对没有安装底阀的情叶轮倒转，以免损坏叶轮和电机，尤其对没有安装底阀的情 况；况； 多台泵组合操作（以两台同型号泵的串、并联操作为多台泵组合操作（以两台同型号泵的串、并联操作为 例）例）： 66/126 1 2 H C A Q a b Q 串 串 B H串 串 H1 H QO g p Z 串联：串联： 若单泵的特性曲线为：若单泵的特性曲线为

59、： 2 单单单单 DQCH 两台型号相同的泵串联工作时，每台泵的压头和流量下，串联两台型号相同的泵串联工作时，每台泵的压头和流量下，串联 泵的压头为单台泵的两倍。如图所示，串联泵的特性曲线在横泵的压头为单台泵的两倍。如图所示，串联泵的特性曲线在横 坐标不变，纵坐标加倍的方法合成。故其特性曲线为：坐标不变，纵坐标加倍的方法合成。故其特性曲线为： 2 22 串串串串 DQCH 在实际操作中，串联操作所提供的扬程并非是单泵的两倍，在实际操作中，串联操作所提供的扬程并非是单泵的两倍， 而是而是H串 串 2H单，单，流量则有所提高 流量则有所提高 Q串 串 2Q单，单， 67/126 Q H a C b

60、 Q并 并 Q1 H并 并 A B 并联并联 将两台型号相同的泵并联工将两台型号相同的泵并联工 作，而且各自的吸入管路相作，而且各自的吸入管路相 同，则两泵的流量和压头必同，则两泵的流量和压头必 相同。因此，在同样的压头相同。因此，在同样的压头 下，并联泵的流量为单台泵下，并联泵的流量为单台泵 的两倍。如图所示。的两倍。如图所示。并联泵并联泵 的特性曲线为：的特性曲线为： 4 2 并并并并 DQCH 并联泵的流量并联泵的流量Q并 并和压头 和压头H并 并由合成特性曲线与管路特性曲线 由合成特性曲线与管路特性曲线 的交点的交点a决定，由于并联组合中的两台泵的压头相等且均等决定，由于并联组合中的两