流体输送机械课件

1、第二章 流体输送机械 通过本章学习，掌握化工中常用流体输送机械的基本结构、工作原理和操作特性，能够根据生产工艺要求和流体特性，合理地选择和正确操作流体输送机械，并使之在高效下安全可靠运行。学习目的重重 点：离心泵的特性和选用。点：离心泵的特性和选用。覆盖内容：离心泵的结构（主要部件及其作用）；覆盖内容：离心泵的结构（主要部件及其作用）；工作原理；类型；气缚现象产生的原因及消除措工作原理；类型；气缚现象产生的原因及消除措施；离心泵的理论流量与理论扬程、离心泵的基施；离心泵的理论流量与理论扬程、离心泵的基本方程式及影响扬程、流量的主要因素；离心泵本方程式及影响扬程、流量的主要因素；离心泵的主要性能

2、参数（流量、扬程、轴功率、效率）；的主要性能参数（流量、扬程、轴功率、效率）；特性曲线的测定、换算和应用；离心泵的工作点特性曲线的测定、换算和应用；离心泵的工作点及其调节；气蚀现象（避免措施）、最小气蚀余及其调节；气蚀现象（避免措施）、最小气蚀余量、允许气蚀余量、最大吸上真空高度；允许吸量、允许气蚀余量、最大吸上真空高度；允许吸上真空高度等概念及测定；泵的安装高度的确定；上真空高度等概念及测定；泵的安装高度的确定；泵的主要型号及选择原则；正位移式输送设备的泵的主要型号及选择原则；正位移式输送设备的特点及操作要点。特点及操作要点。作用：作用：1）克服能量损失；）克服能量损失；2）低位向高位；）低

3、位向高位；3）低压向高压）低压向高压1、流体输送机械：、流体输送机械：给流体提供能量的机械装置。给流体提供能量的机械装置。1）按被输送流体种类：）按被输送流体种类：输送液体输送液体泵泵 输送输送气体气体通风机、鼓风机、压缩机、真空泵通风机、鼓风机、压缩机、真空泵2、分类：、分类：2）按工作原理分：）按工作原理分：离心式（叶轮式）：依靠旋转运动的叶轮进行工作离心式（叶轮式）：依靠旋转运动的叶轮进行工作的输送设备。如离心泵、轴流泵、风机等。的输送设备。如离心泵、轴流泵、风机等。容积式（正位移式）：依靠容积周期性的变化进行容积式（正位移式）：依靠容积周期性的变化进行工作。如往复泵。工作。如往复泵。流

4、体动力式：依靠某一流体的运动实现另一流体的流体动力式：依靠某一流体的运动实现另一流体的输送。输送。 由于气体的密度和压缩性与液体有显著差异，使气体和由于气体的密度和压缩性与液体有显著差异，使气体和液体输送机械在结构和特性上有不同之处。液体输送机械在结构和特性上有不同之处。2-1 液体输送机械液体输送机械 离心泵是典型的高速旋转叶轮式液体输送机械，在离心泵是典型的高速旋转叶轮式液体输送机械，在泵类机械中具有很好的代表性。其突出特点是结构简泵类机械中具有很好的代表性。其突出特点是结构简单、体积小、流量均匀、调节控制方便、故障少、寿单、体积小、流量均匀、调节控制方便、故障少、寿命长、适用范围广（包括

5、流量、压头和介质性质）、命长、适用范围广（包括流量、压头和介质性质）、购置费和操作费用均较低。购置费和操作费用均较低。 2-1-1 离心泵离心泵一、离心泵的工作原理与主要部件一、离心泵的工作原理与主要部件图图2-1 2-1 离心泵装置简图离心泵装置简图 泵泵壳壳叶叶轮轮吸入口吸入口排出排出口口泵泵轴轴离心泵的工作原理离心泵的工作原理07 1、工作原理、工作原理 离心泵的基本部件是旋转的叶轮和泵壳。叶轮上有离心泵的基本部件是旋转的叶轮和泵壳。叶轮上有若干弯曲的叶片，叶轮安装在泵壳内，且固定在泵轴若干弯曲的叶片，叶轮安装在泵壳内，且固定在泵轴上，泵轴与电机相连，由电机带动旋转。泵壳中央吸上，泵轴与

6、电机相连，由电机带动旋转。泵壳中央吸入口与吸入管路相连入口与吸入管路相连,吸入管底部安有单向阀，当泵启吸入管底部安有单向阀，当泵启动时，此阀门打开，当泵不工作时阀门关闭。动时，此阀门打开，当泵不工作时阀门关闭。在离心泵启动之前，需要先向壳内充满被输送的流体在离心泵启动之前，需要先向壳内充满被输送的流体（灌泵）。当泵启动后，流体随叶轮旋转向外运动。（灌泵）。当泵启动后，流体随叶轮旋转向外运动。随流体在惯性离心力的作用下自叶轮中心被甩向外随流体在惯性离心力的作用下自叶轮中心被甩向外周并获得能量，使液体静压强周并获得能量，使液体静压强p，流速，流速u。液体进入。液体进入泵壳后，由于壳内泵壳后，由于壳

7、内流道流道，uu，故静压强，故静压强pp，到，到泵的泵的排出口具有较高的静压排出口具有较高的静压，液体自动进入排出管路，液体自动进入排出管路而被输送到所需的场合。在叶轮而被输送到所需的场合。在叶轮中心形成低压区中心形成低压区，故，故液体能自动吸入管路。液体能自动吸入管路。若泵启动前不灌满液体，则泵内有一部分空气，当泵启若泵启动前不灌满液体，则泵内有一部分空气，当泵启动时，不能产生足够大的离心力（见下面公式），故叶轮动时，不能产生足够大的离心力（见下面公式），故叶轮中心不能形成足够大的真空，流体不能被吸入泵内，从而中心不能形成足够大的真空，流体不能被吸入泵内，从而不能实现流体输送。此现象称为不能

8、实现流体输送。此现象称为气缚现象气缚现象。22FmRVR离心力气体 较小， 所产生的离心力也很小。故泵启动前一定要灌满液体。故泵启动前一定要灌满液体。1）、叶轮）、叶轮a.作用：将原动机的机械能传给液体，使液体静压能和作用：将原动机的机械能传给液体，使液体静压能和动能动能。b.b.结构：一般由结构：一般由4 41212片后弯叶片组成（后弯指叶片弯片后弯叶片组成（后弯指叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相反）。曲方向与叶轮旋转方向相反）。2、主要部件、主要部件 离心泵主要由包括旋转的叶轮、静止的泵壳防泄离心泵主要由包括旋转的叶轮、静止的泵壳防泄漏的密封装置。漏的密封装置。c.分类.按机械结构分：闭式半闭

9、式开式 闭式：叶片两侧有前后盖板。特点：适于输送清洁流体；闭式：叶片两侧有前后盖板。特点：适于输送清洁流体； 流体回流程度低，效率高。流体回流程度低，效率高。半开式：只有一侧有盖板。特点：输送有悬浮物的流体；半开式：只有一侧有盖板。特点：输送有悬浮物的流体； 液体有液体有 一定的回流，效率低于闭式。一定的回流，效率低于闭式。开式：无前后盖板。特点：输送有悬浮物、短纤维的流开式：无前后盖板。特点：输送有悬浮物、短纤维的流 体，液体有较高的回流，效率低。体，液体有较高的回流，效率低。.按吸液方式分：按吸液方式分：单吸式单吸式双吸式双吸式 平衡平衡孔孔单吸：在叶轮两侧，只有一侧进液。单吸：在叶轮两侧

10、，只有一侧进液。特点：流量低；会产生轴向推动力（因为对于闭式叶轮，特点：流量低；会产生轴向推动力（因为对于闭式叶轮，一部分高压液体可漏入叶轮与泵壳间的空腔中，而叶轮前一部分高压液体可漏入叶轮与泵壳间的空腔中，而叶轮前测吸入口为低压，故两侧压力不等，产生指向叶轮入口处测吸入口为低压，故两侧压力不等，产生指向叶轮入口处的轴向推动力，引起叶轮与泵壳间的磨损甚至造成泵的振的轴向推动力，引起叶轮与泵壳间的磨损甚至造成泵的振动）。动）。消除轴向推动力的办法：消除轴向推动力的办法：在叶轮后盖板上开平衡小孔；在叶轮后盖板上开平衡小孔；采用双吸式叶轮。采用双吸式叶轮。双吸式：叶轮两侧进液。双吸式：叶轮两侧进液。

11、特点：吸液能力强；平衡特点：吸液能力强；平衡了轴向推动力。了轴向推动力。轴向力轴向力2).泵壳泵壳a.结构：成蜗牛形，越接近泵出口，流道结构：成蜗牛形，越接近泵出口，流道，u,u,故静故静压能压能。b.作用：汇集液体，并导出液体；能量转换装置，将部作用：汇集液体，并导出液体；能量转换装置，将部分动能转化成静压能。分动能转化成静压能。在叶轮与泵壳间通常安装一导轮（如图）在叶轮与泵壳间通常安装一导轮（如图）导轮的作用：导轮的作用：减少液体直接进入泵壳时因减少液体直接进入泵壳时因碰撞引起的能量损失；并使碰撞引起的能量损失；并使部分动能转化为静压能。部分动能转化为静压能。3）.轴封装置轴封装置由于泵轴

12、转动，泵壳不动，故轴穿过泵壳处必存在空隙。由于泵轴转动，泵壳不动，故轴穿过泵壳处必存在空隙。所以要设置轴封装置。所以要设置轴封装置。a.轴封作用：减少泵内高压液体外流，防止空气进入泵内。轴封作用：减少泵内高压液体外流，防止空气进入泵内。b.分类：填料密封和机械密封。分类：填料密封和机械密封。机械密封的效果好，但价格高。一般用于易燃易爆、有毒机械密封的效果好，但价格高。一般用于易燃易爆、有毒液体的输送。液体的输送。二、离心泵的性能参数及基本方程二、离心泵的性能参数及基本方程1、性能参数、性能参数A.流量流量Q(m3/h,L/s) ：单位时间内，流体输送设备提供给：单位时间内，流体输送设备提供给管

13、管 路系统的流体体积量，是泵供液能力的一个参数。路系统的流体体积量，是泵供液能力的一个参数。Q=f(结构、尺寸、转速）结构、尺寸、转速）D.效率效率:泵输送液体时，必然存在一部分能量损失，故泵输送液体时，必然存在一部分能量损失，故泵得到的能量不能全传给流体，用效率来衡量。泵得到的能量不能全传给流体，用效率来衡量。B.压头压头H（J/N,m）：又称扬程，单位重量流体从流体）：又称扬程，单位重量流体从流体输送设备上获得的机械能，是泵供能能力的一个参数。输送设备上获得的机械能，是泵供能能力的一个参数。H=f(结构、尺寸、流量、转速）。结构、尺寸、流量、转速）。C.轴功率轴功率N(W,kW):泵单位时

14、间得到的能量。即电机传给泵单位时间得到的能量。即电机传给泵轴的功率。泵轴的功率。QeeNHgNNN流体单位时间得到的能量。W其能量损失一般包括以下几部分。其能量损失一般包括以下几部分。容积损失：指泵的泄漏，流体回流造成的损失。以容积容积损失：指泵的泄漏，流体回流造成的损失。以容积 效率效率v表示表示。闭式叶轮的容积效率值在闭式叶轮的容积效率值在0.850.95。机械损失：指泵轴与轴承之间，泵轴与填料函之间的摩机械损失：指泵轴与轴承之间，泵轴与填料函之间的摩 擦而损失的一部分能量。用机械效率擦而损失的一部分能量。用机械效率m表示表示。其值其值在在0.960.99之间。之间。 水力损失：流体因具有

15、粘性而在流动时产生的摩擦阻力水力损失：流体因具有粘性而在流动时产生的摩擦阻力 及因碰撞而产生的局部阻力损失的能量。以水力效率及因碰撞而产生的局部阻力损失的能量。以水力效率 h表示。表示。其值在其值在0.80.9的范围。的范围。 =vmh。离心泵的效率与泵的类型、尺寸、。离心泵的效率与泵的类型、尺寸、制造精度、液体的流量和性质等有关。小型离心泵的制造精度、液体的流量和性质等有关。小型离心泵的效率为效率为50%70%，大型的可达，大型的可达90%。A.离心泵的理想工作状况：离心泵的理想工作状况：.流体为理想流体，即流体在泵里流动时没有流动阻力；流体为理想流体，即流体在泵里流动时没有流动阻力；.叶轮

16、的叶片数量无穷多且薄，即液体质点完全沿着叶叶轮的叶片数量无穷多且薄，即液体质点完全沿着叶片表面走，无回流、环流等；片表面走，无回流、环流等；泵内为定态流动过程。泵内为定态流动过程。 以上假设与实际并不相符，它是为了便于分析研究液以上假设与实际并不相符，它是为了便于分析研究液体在叶轮内的运动情况从而得出离心泵基本方程。体在叶轮内的运动情况从而得出离心泵基本方程。B.液体通过叶轮的流动速度三角形液体通过叶轮的流动速度三角形（如下图）（如下图）2、离心泵的基本方程、离心泵的基本方程 指离心泵在理想工作状况下时，从理论上表示离心泵指离心泵在理想工作状况下时，从理论上表示离心泵的扬程与泵的结构、尺寸、转

17、速及流量等因素间的关系。的扬程与泵的结构、尺寸、转速及流量等因素间的关系。1叶片入口处叶片入口处2叶片出口处叶片出口处w：液体相对于叶片：液体相对于叶片的相对速度的相对速度m/s。u：圆周运动速度：圆周运动速度m/sc：绝对运动速度，：绝对运动速度，即液体质点相对于即液体质点相对于地面的速度地面的速度m/s。绝对运动速度与圆周运动速度的夹角绝对运动速度与圆周运动速度的夹角相对运动速度与圆周运动速度反方向的夹角，称为相对运动速度与圆周运动速度反方向的夹角，称为流动角流动角CrCr绝对速度在径向上的分量绝对速度在径向上的分量CuCu绝对速度在切向（圆周速度方向）上的分量绝对速度在切向（圆周速度方向

18、）上的分量由由w u c 构成构成的称速度三角形。（如图）的称速度三角形。（如图）2222(1)602cossin(3)coscot(4)nu rrnwcucuCr CCu Cu Cr 转速，rpm（转/分）（余弦定理）(2)由图可得如下关系式：由图可得如下关系式：C.离心泵基本方程的推导离心泵基本方程的推导在叶片入口、出口（在叶片入口、出口（1、2）处列能量衡算式：）处列能量衡算式：对单位重量的流体有对单位重量的流体有22112221220;0)TTfpCpCHggggHZZZZh离心泵对理想流体提供的理论压头，m（离心泵旋转， 交替出现，几率相等理想流体2.1aFmrkg由离心力做功而获得

19、。，则对流体有2221212TppCCHgg21ppg其中称为静压头，它产生的原因：22222221212221()222rrruurdrruug2211rrrFd对单位重量的流体而言，这部分压头为222121222222121.22g2TbppuugguuCCHgg 2212221222将前面式（ ）12带入由于流道扩大，一部分动能转化成静压能，ww其值为：2gww故2gww2122242222190cos1(cot)TTHc ugHu uCrg 将（ ）式带入一般在设计离心泵时，使，则2221 111(coscos)THc ucug22222222222cot1TTTQCrD bbDQ u

20、HugD b又叶片宽度叶轮外直径离心泵基本方程2222222()60)TTnurrfnHfrbnQT分析一下，H 与哪些因素有关呢？结构、结构（ 、， ，3、离心泵理论压头影响因素分析、离心泵理论压头影响因素分析1）叶轮的直径）叶轮的直径D与转速与转速n: 从基本方程可知，在其它条件不变时，随着转速或叶从基本方程可知，在其它条件不变时，随着转速或叶轮直径轮直径，则离心泵的理论扬程，则离心泵的理论扬程HT。2）叶片形状）叶片形状,即流动角即流动角2 2的影响的影响： 当结构一定时（即当结构一定时（即D2、b2、2 2一定）和一定）和n n一定时，一定时，离心泵基本方程写成如下的直线形式离心泵基本

21、方程写成如下的直线形式222222cot,TTuuHABQABgg D b22222290 ,cot0,0,90 ,cot0,0,90 ,cot0,0,TTTTTTTBHAQHBHABHAQH后弯叶片：即随。径向叶片：前弯叶片：即随。 按叶片的弯曲方向，可分为后弯叶片、径向叶片和前按叶片的弯曲方向，可分为后弯叶片、径向叶片和前弯叶片，其流动角如下图所示。弯叶片，其流动角如下图所示。 由上面的分析可以看出，似乎采用前弯叶片最好，由上面的分析可以看出，似乎采用前弯叶片最好，因为在同一因为在同一QT下，下，HT最大，但实际的离心泵却常采最大，但实际的离心泵却常采用后弯叶片，为什么？用后弯叶片，为什么

22、？HT QTHT与与QT的关系曲线的关系曲线A分析：分析：(TpCpHHHHHc静压头，动压头)由前面的分析知，在液体输送过程中，希望获得的是静由前面的分析知，在液体输送过程中，希望获得的是静压头，而静压头和动压头的比例与压头，而静压头和动压头的比例与2 2有关。有关。(P(P9090图图2-92-9）一般一般90 ,90 ,ppppfHHHHh22222当随，且所占比例较大。当随，且所占比例很小；另外出口速度C 较大，因而比后弯叶片大。故实际的离心泵常采用后弯叶片。故实际的离心泵常采用后弯叶片。 实际的离心泵由于存在能量损失，叶片也有一定厚度，实际的离心泵由于存在能量损失，叶片也有一定厚度，

23、故与理想情况相比，实际的流量故与理想情况相比，实际的流量Q，压头，压头H都要小。都要小。如下图：如下图：（3）液体密度）液体密度 离心泵的理论压头与液体密度无关。离心泵的理论压头与液体密度无关。离心泵的压头和流量关系曲线离心泵的压头和流量关系曲线4、离心泵的特性曲线、离心泵的特性曲线 反应了离心泵各个性能参数之间的关系（三条曲反应了离心泵各个性能参数之间的关系（三条曲线）。是在转速一定下，用线）。是在转速一定下，用20清水为介质，常压下清水为介质，常压下由实验测得。由实验测得。2aHAGQ实际的流量压头关系由实验测定。可表达为如下：实际的流量压头关系由实验测定。可表达为如下：QQQTQT1）

24、HQ曲线：曲线： HQ曲线代表的是在一定转速曲线代表的是在一定转速n下，流体流经离心泵下，流体流经离心泵所获得的能量与流量的关系，是最为重要的一条特性曲线。所获得的能量与流量的关系，是最为重要的一条特性曲线。由图可知，由图可知，n一定时，流量一定时，流量Q，扬程扬程H (流量较小时流量较小时不明显不明显)，这是因为采，这是因为采用了能量损失较小的用了能量损失较小的后弯叶片，与基本方程后弯叶片，与基本方程结论一致。结论一致。当当Q0时，时，H02） NQ曲线：曲线：n一定时，一定时，Q，N。Q=0时，时，N最小。因此最小。因此启动离心泵时，应关闭启动离心泵时，应关闭出口阀，使泵在出口阀，使泵在最

25、小最小N下启动，电流最小，以免烧坏电机下启动，电流最小，以免烧坏电机02040608010012014004812162024283236010203040506070809004812n=2900r/minIS00-80-160B 离心泵 H mQ/ m3/h % N kWHN3）Q曲线：曲线：当当Q=0时，时，N0。当当Q=0时，效率时，效率0。随流量随流量Q，泵的效率曲线出现一极大值，即最高效，泵的效率曲线出现一极大值，即最高效率点，在与之对应的流量下工作，泵的能量损失最小，率点，在与之对应的流量下工作，泵的能量损失最小，该点称为该点称为设计点设计点。离心泵铭牌上标出的。离心泵铭牌上标出

26、的H、Q、N性能性能参数即为设计点时的数据。一般将最高效率值的参数即为设计点时的数据。一般将最高效率值的92%的范围称为泵的高效区，泵应尽量在该范围内操作。的范围称为泵的高效区，泵应尽量在该范围内操作。 设计点设计点最佳工最佳工况参数况参数高效区高效区N5.特性曲线的测定：特性曲线的测定：（1）流量）流量Vs的测定：的测定：a.涡轮流量计：涡轮流量计：Vs=f/ f仪表上显示的频率读数；仪表上显示的频率读数； 流量系数，流量系数，1/L，为一已知参数。，为一已知参数。b.Vs=V/=W/() 需测需测V(W)、。c.测取压差计读数测取压差计读数R，再由，再由QR曲线查出对应的流量。曲线查出对应

27、的流量。注意：注意： 泵的特性曲线随转速而变，故特性曲线上一定泵的特性曲线随转速而变，故特性曲线上一定要标明转速要标明转速n。每种型号的离心泵在特定转速下有其独特的特性曲每种型号的离心泵在特定转速下有其独特的特性曲线，且不受管路特性的影响。线，且不受管路特性的影响。在固定转速下，离心泵的流量和压头，效率不随被在固定转速下，离心泵的流量和压头，效率不随被输送液体的密度而变，但泵的功率与液体密度成正比。输送液体的密度而变，但泵的功率与液体密度成正比。 前已指出，泵的特性曲线是由实验测定的。而实验都是前已指出，泵的特性曲线是由实验测定的。而实验都是在特定条件下进行的。一般都是在一定在特定条件下进行的

28、。一般都是在一定n下，常压，下，常压，20清水条件下测定的。当泵输送的液体的实际情况与上述清水条件下测定的。当泵输送的液体的实际情况与上述条件不符时，特性曲线将发生变化，所以不能直接应用，条件不符时，特性曲线将发生变化，所以不能直接应用，而应进行修正。而应进行修正。6、特性曲线的修订、特性曲线的修订(即影响离心泵性能参数的因素）即影响离心泵性能参数的因素）（2）扬程）扬程H:在泵的入口、出口间列柏努利方程，以单位重量的流体为基准。在泵的入口、出口间列柏努利方程，以单位重量的流体为基准。22221122212121()222pupuppuuHZHZZgggggg要测得要测得H,H,需测定需测定p

29、 p2 2（表）、（表）、p p1 1（真）、流量（真）、流量Q Q、Z Z已知，已知，由温度查手册。由温度查手册。（3）轴功率）轴功率Na.N电电=c a，c仪表常数，已知；仪表常数，已知；a功率表读数，测得的数值。功率表读数，测得的数值。N=N电电电电 传传， 电电电机效率，查电机特性曲线；电机效率，查电机特性曲线； 传传取取1。（4）效率）效率PeHgQPP直接由其它几个参数计算得到。直接由其它几个参数计算得到。A.液体物性的影响液体物性的影响即轴功率即轴功率N则随则随而而，故故NQ曲线要变。曲线要变。N校正式为：N密度密度的影响：由基本方程知，离心泵的理论流量和的影响：由基本方程知，离

30、心泵的理论流量和理论压头与理论压头与无关，说明无关，说明HQ曲线不随曲线不随而变，由此而变，由此Q曲线也不随曲线也不随而变。然而而变。然而粘度的影响：粘度的影响：液体粘度的改变将直接改变其在离心泵内的能量损失液体粘度的改变将直接改变其在离心泵内的能量损失hf ，一般，一般，h hf f。H,Q,H,Q,N,N。 HQ、NQ、 Q曲线都将随之而变。曲线都将随之而变。当液体的运动粘度当液体的运动粘度2010-6m2/s (20cSt)时影响不大，时影响不大，超过此值则应进行换算。有关手册上给出了不同条件下超过此值则应进行换算。有关手册上给出了不同条件下通过实验得到的换算系数。通过实验得到的换算系数

31、。 eNHgQNNQQc QHHc Hc :QHCCC、各项修正系数，可查图得。u2u2r2w2w2c22c2rc2rc2不同转速下的速度三角不同转速下的速度三角形形B.设备的影响设备的影响转速转速n的影响的影响 实际的离心泵在工作时，转速实际的离心泵在工作时，转速n常发生变化，故常发生变化，故H、Q、N也会发生变化。也会发生变化。假设：假设：a. n变化前后，泵的变化前后，泵的效率效率不变；不变；b.液体运动的液体运动的速度三角形相似。速度三角形相似。泵没变化，泵没变化，有如下关系：有如下关系：已知特性曲线上的一点（已知特性曲线上的一点（Q,H），通过比例定律式），通过比例定律式就可求得与之

32、对应的一个点（就可求得与之对应的一个点（Q,H），要得新的），要得新的特性曲线，需对诸多点进行换算。特性曲线，需对诸多点进行换算。 2/222222222222222222222232602sin601cos(eeQnQnnrQD b CrCrCurnCrCCrCurru CHu Cgu CNH gQH QNHgQHHnHnNnNnQ又不变）以上几式称为比例定律。以上几式称为比例定律。其适用条件是离心泵的转速变化不大于其适用条件是离心泵的转速变化不大于20%20%。 离心泵叶轮直径离心泵叶轮直径D2的影响：的影响：23222222DDDQHNQDHDND，以上几式称为切割定律。以上几式称为切割

33、定律。“切割切割”:对同一型号的离心泵，若采用直径较小的叶轮，对同一型号的离心泵，若采用直径较小的叶轮，而其它尺寸不变。而其它尺寸不变。假设：假设：a. “切割切割”前后，液体离开叶轮时的速度三角形相前后，液体离开叶轮时的速度三角形相 似；似；b.叶轮出口的流通截面积不变，即叶轮出口的流通截面积不变，即D2b2=D2b2； c. “切割切割”前后效率前后效率相同。则同理可推导如下关系式：相同。则同理可推导如下关系式：三、离心泵的安装高度三、离心泵的安装高度1、气蚀现象：、气蚀现象：p00011p1PkHg 其适用条件是固定转速下，其适用条件是固定转速下，叶轮直径的叶轮直径的切切销不大于销不大于

34、5%5%D D2 2。 由离心泵的工作原理知，在离心泵的叶片入口附近有由离心泵的工作原理知，在离心泵的叶片入口附近有一低压区（真空度）一低压区（真空度）pk，泵的吸上高度与这一真空度数值，泵的吸上高度与这一真空度数值密切相关。若此处压强越低（真空度越大），则吸上高度密切相关。若此处压强越低（真空度越大），则吸上高度就越大。然而，叶片入口处的低压是有限的，必须要求就越大。然而，叶片入口处的低压是有限的，必须要求pkpv，即不能低于液体在输送温度下的饱和蒸汽压，即不能低于液体在输送温度下的饱和蒸汽压pv。若若pkpv，则液体将气化，产生大量的气泡，这些气泡，则液体将气化，产生大量的气泡，这些气泡随

35、液体从低压区流向高压区；气泡在高压下迅速冷凝成随液体从低压区流向高压区；气泡在高压下迅速冷凝成液体，其体积大大缩小，周围的液体以极高的速度冲向液体，其体积大大缩小，周围的液体以极高的速度冲向这些原气泡所占的空间，产生极大的冲击速度和冲击力，这些原气泡所占的空间，产生极大的冲击速度和冲击力，这种冲击作用使泵体震动，长久下来会使叶轮破坏。这种冲击作用使泵体震动，长久下来会使叶轮破坏。气蚀现象气蚀现象 与气缚现象的区别与气缚现象的区别 为了防止气蚀现象的发生，必须要求叶片入口附近的最为了防止气蚀现象的发生，必须要求叶片入口附近的最低压强大于输送温度下液体的饱和蒸汽压，即泵的安装高低压强大于输送温度下

36、液体的饱和蒸汽压，即泵的安装高度不宜太高。度不宜太高。2、气蚀余量及安装高度、气蚀余量及安装高度A.临界临界(最小最小)气蚀余量气蚀余量(NPSH)cp00011p1Pk如图，在如图，在1-1、k-k建立柏努利方程：建立柏努利方程：对单位重量的流体有：对单位重量的流体有：Hg2211,12211,1,2222kkfkkkfkpupuHggggpupuHgggg变形得：11min221min1,121min1,22)2()vkfkvcpppupuHf QggggppuNPSHgggNPSHkvc当泵刚好发生气蚀现象时有：p =p上式变为：（结构）定义(临界气蚀余量，反应离心泵抵抗气蚀能力大小。

37、上式表示为了防止气蚀现象的发生，在泵入口处液体上式表示为了防止气蚀现象的发生，在泵入口处液体的静压头和动压头之和必须大于液体在操作温度下的饱的静压头和动压头之和必须大于液体在操作温度下的饱和蒸汽压头的某一最小值，即最小气蚀余量。和蒸汽压头的某一最小值，即最小气蚀余量。其值随流量增加而加大。其值随流量增加而加大。(NPSH)c越小，泵的抗气蚀性能越好。越小，泵的抗气蚀性能越好。（NPSH）c值仅与泵的结构和尺寸有关，由泵的制造厂值仅与泵的结构和尺寸有关，由泵的制造厂实验测定。实验测定。B.B.允许汽蚀余量允许汽蚀余量NPSHNPSHNPSH(NPSH)0.5c利用气蚀余量可计算泵的安装高度利用气

38、蚀余量可计算泵的安装高度 在水池液面在水池液面00与叶片入口与叶片入口kk间列能量衡算式，以间列能量衡算式，以水池液面为基准水平面：水池液面为基准水平面：C.泵的安装高度泵的安装高度Hg201,0201,1,0 122kkfkkkgfkfppuZHgggppuZHHHggmax0max,0 1max,() ,()0.50.5cgvgcfcgNPSHNPSHHppHNPSHHgNPSHNPSHmHHgmkv允刚好发生气蚀现象时，p =p对应安装高度为最大安装高度(一般一般NPSH随随Q而而，因此计算安装高度时，应取高流，因此计算安装高度时，应取高流量下的量下的NPSH值才能保证泵的正常工作。值才

39、能保证泵的正常工作。0,0 1vfgppHNPSHHg允即3、吸上真空度、吸上真空度Hs及泵的安装高度及泵的安装高度A.吸上真空度吸上真空度Hso1sppHg定义：即泵入口处的压强用真空度的液柱高来表示，m。1min,max1min,max,max0.5ossssppHgpHHHm为了防止气蚀现象发生时泵入口处的最小压强最大吸上真空度为了安全起见，一般允许吸上真空度B.用用Hs计算安装高度计算安装高度Hg 如图，以如图，以0-0面为基准面、在面为基准面、在0-0、1-1截面间列柏截面间列柏努利方程，得：努利方程，得：2011,0 1201min1max,0 121max,0 1max2220.

40、5gfgfsfggppuHHggppuHHgguHHgHH允p00011p1PkHg 泵的Hs与泵的结构、流量、被输送液体的物性、当地大气压等有关。Hs，表示泵的抗气蚀性能越好，Hg。同一泵的允许吸上真空度随流量Q而。应取大流量下的Hs来计算Hg。 通常泵的制造厂以20的清水在压强为1at下通过实验测定得到泵的允许吸上真空高度Hs，并列在泵的性能表中。当泵的实际工作状况与测试的实验条件不同时，需要通过换算得到实际工况下的允许吸上真空高度。22221000(10)(0.24)9.81 1000vssassavpHHHHmHmH OHmH OpmH OmH O3操作条件下输送液体时的允许吸上真空度

41、， 液柱；实验条件下输送水时的允许吸上真空度,；泵安装地区的大气压，；操作温度下液体的饱和蒸汽压，pa；10实验条件下的大气压，；0.2420 C下水的饱和蒸汽压头，；1000实验温度下水的密度，kg/m ；3操作条件下液体的密度，kg/m 。四、管路特性曲线及离心泵的调节四、管路特性曲线及离心泵的调节1、管路特性曲线与泵的工作点、管路特性曲线与泵的工作点1 12 2 如图所示的管路系统，取如图所示的管路系统，取1-1、2-2截面，基准面：截面，基准面：1-1对单位重量的流体列柏努利方程：对单位重量的流体列柏努利方程：2211221222efupupZHZHgggg只要管路系统的布置确定，则只

42、要管路系统的布置确定，则Z1、Z2、p1、p2为定值，即上式可为定值，即上式可变形为：变形为：忽略动压头差忽略动压头差22212121()( )2(1)effppuupHZZHZHagggpZconstg令KHe管路所需的压头，管路所需的压头，m。22222222()Q24()( 2 )24()1(3 )2412)eefeefeeeeLLuHudgdLLQHdgdLLLc o n s tdgdaHKB Q 当 管 路 一 定 时 ，、 d 、 L 、都 一 定 ，设处 于 阻 力 平 方 区 ， 则令 B =将 （ ） 、 （） 、 ( 3 ) 带 入 (式 有 ：表管路所需扬程和流量间的关系

43、。表管路所需扬程和流量间的关系。 由上式可以看出，在特定的管路中输送某液体时，由上式可以看出，在特定的管路中输送某液体时，管路所需的压头管路所需的压头He随流量的平方变化，将上述关系随流量的平方变化，将上述关系反应在图上，如下图反应在图上，如下图He Qe曲线。曲线。2aHAGQ已知：泵的特性方程：已知：泵的特性方程： 联立泵的特性方程式和管路特性方程式所解得的联立泵的特性方程式和管路特性方程式所解得的流量和压头即为泵的工作点。流量和压头即为泵的工作点。 在特定曲线图上，泵的工作点对应泵的特性曲线和在特定曲线图上，泵的工作点对应泵的特性曲线和管路特性曲线的交点管路特性曲线的交点 ，如下图。，如

44、下图。在在工作点工作点，泵提供的，泵提供的流量流量 = 管路所需的流量，管路所需的流量，泵提供的压头泵提供的压头H = 管路管路所需的压头所需的压头He。离心泵。离心泵只能在这一点处正常工作只能在这一点处正常工作注意区别：工作点与设计点。注意区别：工作点与设计点。流量流量 Q 扬程扬程 H管路特性曲管路特性曲线线HeQe泵的特性曲泵的特性曲线线HQ工作点工作点Q1H1M2、工作点的调节、工作点的调节 离心泵在指定的管路工作时，由于生产任务发生变离心泵在指定的管路工作时，由于生产任务发生变化，出现泵的工作流量与生产要求不相适应；或已选化，出现泵的工作流量与生产要求不相适应；或已选好的泵在特定的管

45、路中运行时，所提供的流量不一定好的泵在特定的管路中运行时，所提供的流量不一定能满足生产任务要求，此时需对泵进行流量调节能满足生产任务要求，此时需对泵进行流量调节（即工作点的调节）。（即工作点的调节）。工作点工作点调节调节改变管路改变管路特性曲线特性曲线改变泵的改变泵的特性曲线特性曲线改变管路的局部阻改变管路的局部阻力，即泵出口阀的力，即泵出口阀的开度开度改变叶轮的转速改变叶轮的转速n改变叶轮的直径改变叶轮的直径D1）改变管路特性曲线）改变管路特性曲线通过改变阀门开度来调节。由式通过改变阀门开度来调节。由式当阀门关小时，当阀门关小时，B，QeQe，HeHe，管路特性曲，管路特性曲线变陡。当阀门开

46、大时，线变陡。当阀门开大时， ，B ，Qe ，He，管路特性曲线变平。管路特性曲线变平。知：知：Q或或QeM2M3H或或HeM1MM2Q1Q2Q特点：可连续调节，特点：可连续调节，且比较方便；但且比较方便；但当阀门关小时，阻力当阀门关小时，阻力。通过改变阀门开度改变流量通过改变阀门开度改变流量HQHeQe2eeHKBQ2）改变泵的特性曲线）改变泵的特性曲线改变转速改变转速n：n时，时，HH，HQ曲线上移；曲线上移；nn时，时，HH，H HQ Q曲线下移。曲线下移。QHnn1n2MM1M2Q2QQ1HQHeQe特点：不能连续调节；成本特点：不能连续调节；成本。改变叶轮直径改变叶轮直径D只可切削只

47、可切削D2，流量，流量，曲线下移。曲线下移。特点：调节范围小；若叶轮切削不当，会特点：调节范围小；若叶轮切削不当，会。3）泵的组合）泵的组合(并联和串联操作并联和串联操作)A.并联组合并联组合相同型号的泵并联；各自吸入管路相同。单台泵的特性曲线方程为H=Aa-GQ2对泵的特性而言，并联后H=H，Q=2Q并联后的特性：H=Aa-G(Q/2)2可将椭圆圈视为一台泵并联若管路的特性曲线方程为：He=K+BQe2则将连解HeQe，HQ两方程,可得并联后的工作点。数学法：Q并并H并并Q单单H单单Q1QHo并联泵并联泵的工作的工作点点可通过单台泵的特性曲线作出并联后的特性曲线，可通过单台泵的特性曲线作出并

48、联后的特性曲线，与管路特性曲线的交点即为新的工作点。与管路特性曲线的交点即为新的工作点。图解法图解法由图可见：由图可见：并联后的工作点，并联后的工作点，Q并并2Q12Q单单，采用两台相同的泵并联使采用两台相同的泵并联使QQ。一般不能用不同型号的泵并联，为什么？一般不能用不同型号的泵并联，为什么？Q并并Q大大，说明主要是大泵起作用，小泵几乎不起作用。，说明主要是大泵起作用，小泵几乎不起作用。作图分析。作图分析。并联压头略高于单台泵的压头。并联压头略高于单台泵的压头。并联泵的总效率与单台的效率相同。并联泵的总效率与单台的效率相同。B.串联（同型号）：串联（同型号）：单台泵的特性曲线方程为单台泵的特

49、性曲线方程为H=Aa-GQ2对泵的特性而言：对泵的特性而言：串联后串联后H=2H，Q=Q。串联后的串联后的泵的特性曲线方程泵的特性曲线方程：H=2Aa-2GQ2。若管路的特性曲线方程为：若管路的特性曲线方程为：He=K+BQe2则联解则联解HeQe，HQ两方两方程，程， 可得串联后的工作点。可得串联后的工作点。数学法数学法图解法图解法根据单台泵的特性曲线可作出串联后的特性曲线。根据单台泵的特性曲线可作出串联后的特性曲线。Q串串H串串Q单单H单单QHoH1由图可知：由图可知：H串串=2H12H单单选择离心泵组合方式的原则：选择离心泵组合方式的原则：单台的特性曲线方程为单台的特性曲线方程为H=Aa

50、-GQ2，管路的特性曲线，管路的特性曲线方程为：方程为：He=K+BQe2。选择泵的组合方式应考虑：。选择泵的组合方式应考虑：当当AaK时时（单台泵所能提供的扬程不能使流量在某（单台泵所能提供的扬程不能使流量在某确定的管路中从指定一个位置流到另一个位置），确定的管路中从指定一个位置流到另一个位置），只能选择串联；当只能选择串联；当B较小较小（管路特性曲线比较平坦），（管路特性曲线比较平坦），应选并联应选并联（流量增大较多）；（流量增大较多）；当当B较大较大（管路特性曲（管路特性曲线比较陡峭），线比较陡峭），选择串联操作（压头增大较多）。选择串联操作（压头增大较多）。两台泵串联操作的总压头必低于

51、单台泵压头的两倍，流两台泵串联操作的总压头必低于单台泵压头的两倍，流量大于单台泵的。串联泵的效率为量大于单台泵的。串联泵的效率为Q串串下单台泵的效率。下单台泵的效率。 五、离心泵的型号与选用五、离心泵的型号与选用清水泵、油泵、耐腐蚀泵、杂质泵清水泵、油泵、耐腐蚀泵、杂质泵高温泵、高温高压泵、低温泵、高温泵、高温高压泵、低温泵、液下泵、磁力泵液下泵、磁力泵 叶轮数目叶轮数目单级泵单级泵多级泵多级泵吸液方式吸液方式单吸泵单吸泵双吸泵双吸泵泵送液体性质泵送液体性质和使用条件和使用条件IS 型（单级单吸） 水泵 Sh 型（双吸泵） 输送清水及理化性质类似于水的液体 D 型（多级泵） 油泵（Y 型）输送

52、石油产品，良好密封性能 离心泵 耐腐蚀泵（F 型）输送酸、碱等腐蚀性液体，耐腐材料制造 杂质泵（P 型）输送悬浮液及稠厚的浆液，开式或半闭式叶轮 屏蔽泵（无密封泵）输送易燃、易爆、剧毒及放射性液体 磁力泵（C 型）高效节能，输送易燃、易爆、腐蚀性液体 1）清水泵（）清水泵（B型型（IS型）型） 、D型、型、Sh型）：用型）：用于输送清水及与水物性相似的液体。于输送清水及与水物性相似的液体。B型泵：单级单吸悬臂式离心泵，流量：型泵：单级单吸悬臂式离心泵，流量：4.5360m3/h，扬程：扬程：898m.3B33A:3泵吸入口直径（英寸）泵吸入口直径（英寸）B系列代号，表单级水泵系列代号，表单级水

53、泵33泵的压头（泵的压头（m）A对叶轮进行一次切割对叶轮进行一次切割IS100-80-160IS单级单吸离心水泵单级单吸离心水泵100泵吸入管内径，泵吸入管内径，mm80泵排出口内径，泵排出口内径，mm160泵叶轮直径，泵叶轮直径，mm。D型泵：多级离心水泵。叶轮级数一般为型泵：多级离心水泵。叶轮级数一般为29级，最多级，最多可达可达12级。全系列扬程：级。全系列扬程：14351m，流量：，流量：10.8850m3/h。150D305：150泵吸入口直径（泵吸入口直径（mm）；）；DD型泵型泵30单级压头；单级压头；5级数级数Sh型泵：双吸式离心水泵。全系列扬程：型泵：双吸式离心水泵。全系列扬

54、程：9140m，流量：流量：12012500m3/h。12345671吸入段；吸入段；2中段；中段；3压出段；压出段；4轴；轴；5叶轮；叶轮；6导叶；导叶；7轴承部轴承部 D型水泵型水泵2）耐腐蚀泵（耐腐蚀泵（F型）：耐腐蚀泵所有与流体介质接触的部型）：耐腐蚀泵所有与流体介质接触的部件都采用耐腐蚀材料制作。不同材料耐腐蚀性能不一样，件都采用耐腐蚀材料制作。不同材料耐腐蚀性能不一样，选用时应多加注意。离心耐腐蚀泵有多种系列，其中常用选用时应多加注意。离心耐腐蚀泵有多种系列，其中常用的系列代号为的系列代号为F。需要特别注意耐腐蚀泵的密封性能，。需要特别注意耐腐蚀泵的密封性能，以防以防腐蚀液外泄。扬

55、程范围：腐蚀液外泄。扬程范围：15105m，流量范围：，流量范围：2400m3/h。40FM1-26 40吸入口直径（mm)；M与流体接触部件的材料代号；1轴封类型代号；26扬程（m）3）油泵（Y型） 油泵用于输送石油及油类产品，油泵系列代号为Y，双吸式为YS。因油类液体具有易燃、易爆的特点，因此对此类泵密封性能要求较高。输送200以上的热油时，还需设冷却装置。一般轴承和轴封装置带有冷却水夹套。100Y-1202A ：100吸入口直径（mm）；Y油泵；120单级扬程（m）；2叶轮级数；A叶轮切割次数4）杂质泵（）杂质泵（P型）：离心杂质泵有多种系列，常分为污型）：离心杂质泵有多种系列，常分为污

56、水泵（水泵（PW）、沙泵（）、沙泵（PS）、泥浆泵（）、泥浆泵（PN）等。这类泵）等。这类泵的主要结构特点是叶轮上叶片数目少，叶片间流道宽，的主要结构特点是叶轮上叶片数目少，叶片间流道宽，有的型号泵壳内还衬有耐磨材料。有的型号泵壳内还衬有耐磨材料。2、离心泵的选型、离心泵的选型a.确定输送系统的流量确定输送系统的流量Qe与压头与压头He；b.在在P113图图2-28上找到比上找到比Qe、He稍大的点（指最高效率稍大的点（指最高效率下的点）对应的一条曲线，该曲线对应的符号就是所选下的点）对应的一条曲线，该曲线对应的符号就是所选的泵的型号。的泵的型号。C.查查P362附录，列出泵的性能参数（附录，

57、列出泵的性能参数（Q与与Qe最接近的一最接近的一组数据）组数据）5)磁力泵（磁力泵（C型）型）C型磁力泵全系列扬程范围为型磁力泵全系列扬程范围为1.2100m，流量范围，流量范围为为0.1 100m3/h。3、离心泵的安装与操作、离心泵的安装与操作1）.离心泵的实际安装高度必须低于该泵的最大安离心泵的实际安装高度必须低于该泵的最大安装高度，防止气蚀。装高度，防止气蚀。2）.安装于液面以上的离心泵在启动前必须灌泵，安装于液面以上的离心泵在启动前必须灌泵，防止气缚。防止气缚。3）.离心泵的出口阀应处于关闭的状态下启动离心离心泵的出口阀应处于关闭的状态下启动离心泵，使电机在最小功率下启动，保护电机。

58、泵，使电机在最小功率下启动，保护电机。4）.停泵时也应关闭出口阀，防止水倒流，叶片反停泵时也应关闭出口阀，防止水倒流，叶片反转。转。5）.离心泵在运转中应定期检查和维修，注意泵轴离心泵在运转中应定期检查和维修，注意泵轴液体泄漏、发热等情况。液体泄漏、发热等情况。6）.长期停泵，应将泵内液体排空。长期停泵，应将泵内液体排空。d.当单台泵不能满足管路要求时，要考虑泵的串联和并联。当单台泵不能满足管路要求时，要考虑泵的串联和并联。e.若输送液体的密度大于水的密度，则要核算泵的轴功率。若输送液体的密度大于水的密度，则要核算泵的轴功率。 例2-2附图一、往复泵一、往复泵1.构造：泵缸、活塞、吸入阀、排出

59、阀构造：泵缸、活塞、吸入阀、排出阀2.工作原理：靠活塞往复运动，造成缸内外的压差，工作原理：靠活塞往复运动，造成缸内外的压差，从而不断吸入和排出液体。从而不断吸入和排出液体。单动泵：活塞往返一次，只吸入和排出液体各一次的泵。单动泵：活塞往返一次，只吸入和排出液体各一次的泵。此类型的泵送液不连续，如图。此类型的泵送液不连续，如图。 2-1-2 其它类型的泵其它类型的泵双动泵示意图双动泵示意图双动泵：在活塞两侧的泵体内都装有吸入阀和排出阀，双动泵：在活塞两侧的泵体内都装有吸入阀和排出阀，故无论活塞向哪侧运动，吸液和排液同时进行，因此故无论活塞向哪侧运动，吸液和排液同时进行，因此送液连续，如图。送液连续，如图。3、往复泵的特性(1).往复泵的扬程：往复泵的扬程与泵的几何尺寸无关，取决于泵的机械强度及原动机的功率。但由于活塞环、轴封、吸入阀、排出阀等处的泄漏，降低了可能达到的扬程。(2).往复泵的流量：往复泵的流量只与泵的几何尺寸、活塞的往复频率、冲程等有关，而与管路特性无关。只要往复一次，泵就排出一定体积的液体，因此往复泵是一种典型的容积式泵。322(2)/ min)()(1/ min).TrTrTrQASnAa S