离心泵原理部分

1、2021-12-131第九章第九章 离心泵离心泵第一节第一节 离心泵的工作原理与构造离心泵的工作原理与构造 一、离心泵的工作原理一、离心泵的工作原理 离心泵是利用叶轮旋转时使液体产生离心力的方式来工作的。 见下页工作原理图。 1、各主要零部件及运动； 2、操作过程: a）打开灌泵口，灌泵排气； b）关闭灌泵口和排液阀门； c）启动电机；d）缓慢打开排液阀门。 2021-12-1322021-12-133 二、离心泵的构造二、离心泵的构造 离心泵种类较多，常用的有：单级单吸离心泵、单级双吸离心泵、分段多级离心泵。 1 1、单级单吸离心泵、单级单吸离心泵（按国际标准设计的IS型）（见结构图） 主要

2、由叶轮、泵体、泵盖、泵轴、密封环、填料盒、轴承等零件组成。 叶轮叶轮 有开式、半开式、闭式叶轮三种。（见叶轮图） 作用是：抛甩液体，使其产生离心力，将外界输入的机械能转化为液能。 泵壳泵壳 由泵体和泵盖组成。 作用是：收集叶轮抛出的液体，并引导其向出口流动，并使流速降低，将部分动能转化为压能。2021-12-134 密封密封 有两处密封： （见结构图） （a）在叶轮与泵盖之间，其作用是防止高能液体直接流向吸入口；采用间隙式（非接触）密封。 （b）在泵体与泵轴之间，其作用是防止液体向泵外泄漏；采用接触式填料密封。 轴向力轴向力 单吸离心泵的叶轮都会承受指向吸入口的轴向力。 轴向力平衡方式： （a

3、）开平衡孔。在叶轮的背部增加一间隙密封，再在吸入口相对处开轴向孔。该方法简单、可靠，但泄漏有所增大。 （b）在叶轮背面增加平衡叶片。该方法简单，不增加泄漏，但效果不如开平衡孔法。 2021-12-135单级单吸离心泵单级单吸离心泵2021-12-136叶轮类型叶轮类型（a）闭式；（b）开式；（c）半开式（a）（b）（c）2021-12-137叶轮受力图叶轮受力图2021-12-138 轴向力的平衡轴向力的平衡a）开平衡孔；b）增加平衡叶片；c）专用平衡盘装置2021-12-139 2 2、单级双吸离心泵、单级双吸离心泵 主要结构与单级单吸离心泵相似，工作原理相同。（见结构图） 与单级单吸离心泵

4、的区别： （1）在结构上左右对称； （2）轴向力完全自平衡； （3）泵轴为两端支撑，而不是悬臂，支撑刚度好； （4）在相同条件下，流量大，扬程高； （5）泵体由经泵轴轴线的水平面剖分，安装检修方便。 在城市给水系统中应用广泛。2021-12-1310单级双吸离心泵单级双吸离心泵2021-12-1311 3 3、分段多级离心泵、分段多级离心泵 从总体看，由多个单级单吸离心泵串联而成。（见结构图） 特点： （1）在相同条件下，流量与单级单吸离心泵相同； （2）扬程为单级单吸离心泵的K倍； （3）轴向力为单级单吸离心泵的K倍，故应增设专门的轴向力平衡装置（见图），或采取其他分担轴向力的方法。 （4）

5、可以根据扬程的需要增减级数； （5）结构复杂，维修较难。 应用于将液体输送到更远更高的场合。2021-12-1312分段多级离心泵分段多级离心泵2021-12-1313单级单吸离心泵吸入口直径（mm）出液口直径（mm）叶轮出口名义直径（mm） 三、离心泵的型号三、离心泵的型号 1 1、单级单吸离心泵、单级单吸离心泵 按国际标准设计： IS 200-150-315IS 200-150-315 2 2、单级双吸离心泵、单级双吸离心泵 10 Sh 19 A10 Sh 19 A吸入口直径（英寸）单级双吸卧式离心比转数的1/10叶轮外径被切削2021-12-1314 3 3、分段多级离心泵、分段多级离心

6、泵 4 DA 84 DA 86 6吸入口直径（英寸）分段式多级离心泵比转数的1/10级数2021-12-1315第二节第二节 离心泵的基本性能参数离心泵的基本性能参数 离心泵的基本性能参数在泵的名牌上标定，主要有：流量、扬程、功率、效率、转速、允许吸上真空高度等，是正确选择和使用离心泵的依据。 一、流量一、流量 Q Q 定义：单位时间内离心泵输出液体的体积。 单位：立方米/秒、升/分。 二、扬程二、扬程 H H 定义：单位重量液体流经泵后所获得的能量。 单位：米。 三、功率三、功率 功率有两个概念： 轴功率 ： 单位时间动力机输送给离心泵的能量，属机械能； 有效功率 ：单位时间离心泵输出的能量

7、，属液能。 NQHgzNN2021-12-1316 四、效率四、效率 定义：离心泵输出功率与输入功率之比。 五、转速五、转速 n n 离心泵轴的旋转速度，转/分。 泵名牌上标有泵的额定转速，一般，泵只能在额定转速之下工作。转速的改变，泵的性能将随之改变。ZNN2021-12-1317 六、允许吸上真空高度六、允许吸上真空高度 HsHs 该参数反映离心泵的抗汽蚀能力，值越大，抗汽蚀能力越强。也表明泵的吸入性能，值越大，吸入性能越强。后面详述。 离心泵的基本性能参数一般都标注在泵的铭牌上。 例： 离心式清水泵离心式清水泵 型号型号 12SH28A 转转 速速 1450r/min 扬程扬程 10米

8、效效 率率 78% 流量流量 684m3/h 轴功率轴功率 28KW 允许吸上真空高度允许吸上真空高度 4.5米 重重 量量 66Kg2021-12-1318第三节第三节 离心泵的基本能量方程离心泵的基本能量方程 离心泵是将机械能转化为液能的装置。能量的转换主要是在叶轮内实现的。 本节的目的：研究叶轮传递给液体多少能量，该能量与哪些因素有关。 一、液体在叶轮中的流动一、液体在叶轮中的流动 在叶轮流道内流动的任何液体质点都做复合运动： （1）牵连运动液体质点跟随叶轮做圆周运动，其运动速度用 表示，其速度大小等于叶轮在该处的圆周速度，方向沿圆周方向； （2）相对速度液流质点相对于叶轮的运动，其运动

9、速度用 表示； （3）绝对速度液流质点相对于地球的运动，其运动速度用 表示。 cwu2021-12-1319 根据矢量合成原则，三个速度矢量的关系可以用矢量平行四边形直观表示，三个速度矢量有大小和方向共六个参数，只要知道4个，便可作出该速度矢量平行四边形。 如果能够准确做出速度矢量平行四边形，则液体质点在叶轮流道内任何一点的运动状况便清楚了(包括各速度矢量的大小、方向)。 研究液体在叶轮中的流动，就是要研究速度矢量平行四边形的作法。研究液体在叶轮中的流动，就是要研究速度矢量平行四边形的作法。三个速度的关系是： cuw2021-12-1320液体在叶轮中的流动液体在叶轮中的流动2021-12-1

10、321 在离心泵叶轮中，任何一点处的液体质点的运动状况都是不同的，十分复杂，要作出任何点的速度矢量平行四边形是不可能的，也是不必要的。从分析叶轮内能量转换的目的出发，只要搞清出叶轮流道的进口、出口处的速度矢量平行四边形便可以了。 为分析叶轮流道进口、出口处的速度矢量平行四边形，做如下规定： 水利角： 正向与 正向之间的夹角为； 正向与 反向之间的夹角为； 下 标： 叶轮进口处的参数加下标 1； 叶轮出口处的参数加下标 2； 叶轮流道结构参数加下标 k； 按照这个规定，就可以研究叶轮流道的进、出口速度矢量平行四边形了。uucw2021-12-1322 1、叶轮进口速度矢量平行四边形、叶轮进口速度

11、矢量平行四边形 对于任意工况对于任意工况 1）对于 ，方向沿圆周切线，已知；大小为 ，已知； 所以 可以作出。 2）对于 ，绝大多数离心泵，设计时，液体都沿径向进入流道 ， 则方向已知；大小： 。 式中， 为泵的理论流量； 为叶轮入口断面积。 可以作出。 3）由上述 和 可以唯一地确定相对速度 。这时，可以根据 是否与叶轮入口的叶片相切，判断液体进入叶轮流道时是否有冲击： 若与叶片相切，离心泵处于无冲击工况，效率最高； 若 ，液体将冲击叶片的背面； 若 ，液体将冲击叶片的正面。112uDn1u1c11cu11TQcFTQ1F1c1u1u1c1w1w11k11k2021-12-1323 对于无冲

12、击工况对于无冲击工况 已知离心泵处于无冲击工况， 沿叶轮入口叶片的切向，即方向已知； 可以分解为沿半径方向和沿圆周切向的两个分量， 即： ， 其中， 的大小和方向均知， 大小为： ； 的方向知，大小不知。 沿圆周切向，方向已知； 在此情况下，根据矢量合成原则，利用 、 以及 、 的已知方向，可以作出叶轮入口的速度矢量平行四边形。 1w1c111ruccc1rc1uc1u1rc1uc1w11FQcTr1u2021-12-1324 2、叶轮流道出口速度矢量平行四边形、叶轮流道出口速度矢量平行四边形 分析：分析： 1）对于 ，方向沿圆周切线，已知 ； 大小： ，已知；则 可以作出。 2）对于 ，方向

13、沿叶片切向，大小不知，可作出方向线； 3）对于 ，可以分解为沿半径方向和圆周切向两个分量，即： 其中， 的方向圆周切向； 大小为： ，方向沿半径向外。 根据上述条件，便可以作出叶轮流道出口速度矢量平行四边形。 （见图）2u22uD n2u222ruccc2uc2rc22TrQcF2w2c2021-12-1325 二、离心泵能量方程的推导二、离心泵能量方程的推导 在掌握了液流运动规律后，就可以讨论离心泵的能量方程了。 为分析问题的方便，做如下假设假设： 1）液体为理想液体。即：液体无粘性、不可压缩，在流动过程中，没有能量损失。 2）叶轮的叶片无限多、无限薄。即：液体完全按照叶片所规定的方向流动，

14、叶片厚度不影响液体流动断面积。 3）液体在流道中做稳定流动。即：在流道内任意点处，液体的流速、压力、密度不随时间而变化。 推导方法： 1）用液流动量矩定律； 2）用伯努利方程。2021-12-1326 用液流动量矩定律推导离心泵能量方程 液流动量矩定理：液流动量矩定理：在稳定流动状态下，单位时间流过的液体质量，从一个断面流到另一个断面时，其动量矩的变化等于作用在这两个断面间的液体上的外力矩。 取叶轮入口断面为第一断面，叶轮出口断面为第二断面，则：单位时间内流过的液体质量为： （Kg）式中， 泵的理论流量（ ）； 液体密度（ ）；叶轮流道入口处液流动量矩为： 式中， 叶轮入口处液流绝对速度（m/

15、s）； 转轴中心到绝对速度方向线的距离（m）； TmQ11 1Mmcl3/Kg m3/msTQ1c1l2021-12-1327 叶轮出口处液流动量矩为： 式中， 叶轮入口处液流绝对速度（m/s）； 转轴中心到绝对速度方向线的距离（m）； 由液流动量矩定理可得：式中， 为外界输入的力矩。 代入各动量矩表达式，整理后得： 根据速度矢量图的几何关系知： 2l2c21iMMMiM2211()iMm clc l121122121212cos,cos22,coscosuuDDllcccc222Mm cl2021-12-1328 将几何条件代入液流动量矩定理表达式，化简得： 根据能量守衡原理，若液体流经叶轮

16、流道过程中无能量损失，则输入泵的机械能将全部转化为液体能量，即： 式中， 泵轴的旋转速度（ ）； 泵的理论扬程（单位重量液体经过泵后获得的能量）。 将上两式合并，并注意到： 整理后可得： 此就是离心泵的能量方程。221 1()2iuumMD cDcTH2iTTMnQg Hnminr,TmQ22,ucDn11,ucD n2 21 11()TuuHu cu cg2021-12-1329 为提高离心泵的扬程，改善吸入性能，绝大多数离心泵都设计成液体沿径向进入叶轮，即： 则 离心泵的能量方程可以化简为：分析分析： 1）当转速一定时，叶轮直径越大，扬程越高； 2）当叶轮直径一定时，转速越高，扬程越大；

17、3）式中没有任何与液体性能相关的参数，故，离心泵的扬程与液体性质无关。换句话说，离心泵可以用来输送任何液体。 4）由于 当 时， 最小； 当 时， 居中； 当 时， 最大； 工程中，总取 ，一般 ，这样，泵运转稳定，效率高。0190 ,10,uc221TuHucg2222,urkcucctg22,TrQcF020202909090kkk222222,uuucucucuTTTHHH0290k00220302021-12-1330叶轮出口结构角对性能的影响叶轮出口结构角对性能的影响2021-12-1331 三、离心泵能量方程的修正三、离心泵能量方程的修正 上述离心泵能量方程是在三个假设的前提下导出

18、的，与实际有一定的差距，应加以修正： 1）当叶轮转速不变时，可以近似认为“液体做稳定流动”假设成立； 2）叶片不可能无限多、无限薄，在同一圆周上，液流速度的不相同，叶片正面流速高，而叶片背面流速低，同时还会产生涡流，影响扬程，修正后的扬程为： （P为修正系数）当叶片数为6-12片时， ，叶片多时，取小值。 3）实际液体是有粘性的，流动中有能量损失，会使扬程下降，即： 式中， 为水力效率。,1TTHHP0.111P 1TThhHHHPh2021-12-1332第四节第四节 离心泵的性能曲线离心泵的性能曲线 泵的性能曲线反映各个性能参数之间的关系及变化规律，是选择和正确使用泵的依据。 性能曲线：性

19、能曲线：在转速恒定的前提下，泵的扬程 、轴功率 、效率 、允许吸上真空高度 与流量 之间的关系曲线。 即： 曲线、 曲线、 曲线、 曲线。 离心泵的特性曲线由实验得出，并附在说明书或产品样本上。了解和运用这些特性曲线，对我们正确选择和使用离心泵有指导意义。 一、理论性能曲线的定性分析一、理论性能曲线的定性分析 这里讨论扬程与流量的关系曲线。 能量基本方程式： HNsHQQHzQNQsQH221TuHucg2021-12-1333 根据叶轮流道出口速度矢量图知：将上式代入能量方程中，得：该式反映了理论扬程与流量之间的关系。 分析分析： 当泵以及转速确定之后， 、 、 均为常数，扬程与流量之间呈线

20、性关系。在 小于 的情况下，为一条倾斜向下的直线（如下页图所示）。 根据实际测出的离心泵的扬程与流量关系曲线，其形状与理论关系曲线差异很大，原因主要在以下几方面： 1）实际泵的叶片不是无限多、无限薄；）实际泵的叶片不是无限多、无限薄；2222,urkcucctg22,TrQcF22222kTTu ctguHQgg F2k2F2u0902k2021-12-1334离心泵理论特性曲线离心泵理论特性曲线2021-12-1335 2）泵内存在三种能量损失：）泵内存在三种能量损失： a）水力损失液体在叶轮流道内流动，与器壁之间产生的流动摩擦损失，液体进入叶轮流道时，没有圆滑进入，造成水力冲击损失。该项损

21、失可以用水力效率 表示其相对大小。 b）机械摩擦损失在轴承、轴与泵壳之间的接触密封处产生的机械摩擦损失以及叶轮端面在液体中高速旋转产生的机械摩擦损失。该项损失可以用机械效率 表示其相对大小。 c）泄漏损失在叶轮内获得能量的液体，没有从泵的排出口排出，而是由叶轮与泵盖之间的间隙密封处直接流回吸入口，或从轴与泵壳之间的接触密封处漏到泵外，造成泄漏损失。该项损失可以用容积效率 表示其相对大小。 见下页示意图。Jhv2021-12-1336离心泵能量平衡示意图离心泵能量平衡示意图 2021-12-1337二、实际性能曲线二、实际性能曲线离心泵实际性能曲线是在20，清水条件下实测得到的，出厂时在产品样本

22、中给出（通常给出特性曲线的局部，即常用段）。对于大多数离心泵，性能曲线的形态基本相似。1 1、 曲线曲线（见图）分析：1）为一条倾斜向下的弧线，随 扬程增加，流量下降；2）流量Q = 0时，扬程 H 最大；3）通常在 曲线上会标出 “高效工作区”。该曲线是选择离心泵的重要依据。QHQH2021-12-13382 2、 曲线曲线（见图）分析：1） 近似为一条经过原点的开口向下的抛物线；2）当流量等于设计流量时，效率最高；3）通常，将最高效率的90%作为高效工作区，泵长期工作时应处于该区。Q2021-12-13393 3、 曲线曲线（见图）分析：1）为一条倾斜向上的斜线，流量增大，轴功率增大；2）

23、当流量为 0 时，轴功率最小，故离心泵应该闭 闸启动，以保护电机；3）当流量为 0 时，轴功率 并不为 0，此时输入的 功率全部用来发热，故 离心泵不能长时间处于 闭闸状态。zQN2021-12-13404 4、三条重要特性曲线的应用、三条重要特性曲线的应用（见图）扬程流量、轴功率流量、 效率流量三条特性曲线是正确 使用和选择离心泵的重要依据。用相同的比例尺表示三条曲 线的流量，按照纵向排列，可以 看到三者的关系。离心泵使用原则：1）长期工作必须使工作点 处于高效工作区；2）动力机不能超载；2021-12-1341第五节第五节 相似定理在离心泵的应用相似定理在离心泵的应用一、问题的引出一、问题

24、的引出在工程中，往往遇到下列问题：1）同一台离心泵，已知其在某一转速下的特性，能否由此得到在其它转速下的特性？2）有两台离心泵为相似工况泵，其结构完全相似，只是尺寸不同。若已知一台泵的特性，能否由此得到另一台泵的特性？此类问题完全可以用相似定理得到解决。因此，掌握了相似定理，就能对离心泵有更进一步的理解，就能灵活应用离心泵的特性，使其应用范围大大扩展。2021-12-1342二、相似的概念二、相似的概念根据流体力学的知识，在两台离心泵中，液流的水动力相似，应具备三个条件：1 1）几何相似）几何相似（液流的几何相似）叶轮流道的几何形状相似，就能达到液流的几何相似。即：各对应角相等，对应尺寸成比例

25、。 式中，用有、无下标 m 区分不同的泵；下标“1”、“2”分别代表叶轮进口和出口。z 为叶片数； 为相似比（某个常数）。 分别代表叶轮直径、流道宽度、叶片结构角。 212121211122,mmmmkkkkmmmDDbbDDbbzz, ,kD b2021-12-13432 2）运动相似）运动相似（液流的运动相似）即：相似泵中，叶轮流道内各对应点处的液流速度大小成比例，方向相同。式中，用有、无下标 m 区分不同的泵；下标“1”、“2”分别代表叶轮进口和出口。 分别代表绝对流速、相对流速、牵连速度。 分别代表两泵的转速。 分别绝对流速正向与牵连速度正向的夹角、相对流速正向与牵连速度反向的夹角。

26、12121212121211221122,mmmmmmmmmccwwuunccwwuun, ,c w u,mn n, 2021-12-13443 3）动力相似）动力相似（液流的动力相似）即：相似泵中，叶轮流道内各对应点处的液流所受的外力（重力、压力、粘滞力、惯性力等）大小成比例，方向相同。 满足“几何相似”、“运动相似”、“动力相似”的工作状态，称作“工况相似”，工况相似的两台离心泵，就称之为“相似工况泵”。 “相似工况泵”一定满足相似定理。 实际工程中，要做到动力相似几乎是不可能的。因此，近似认为只要满足“几何相似”、“运动相似” ，就认为是“工况相似”。2021-12-1345三、相似定理

27、三、相似定理在相似理论中，有三条相似定理：1 1、第一相似定理、第一相似定理为两相似工况泵流量之间的关系。利用“量刚分析”的方法，可以得到两相似工况泵流量之间的关系：式中，用有、无下标 m 区分不同的泵； 分别代表泵的流量、容积效率、相似比、转速。, ,Qn mmvvmnnQQ3)(2021-12-13462 2、第二相似定理、第二相似定理为两相似工况泵扬程之间的关系。利用“量刚分析”的方法，可以得到两相似工况泵扬程之间的关系：式中，用有、无下标 m 区分不同的泵； 分别代表泵的扬程、水力效率、相似比、转速。, ,sHn 22)()(mmssmnnHH2021-12-13473 3、第三相似定

28、理、第三相似定理为两相似工况泵轴功率之间的关系。利用“量刚分析”的方法，可以得到两相似工况泵扬程之间的关系： 式中，用有、无下标 m 区分不同的泵； 分别代表泵的轴功率、机械效率、相似比、转速。, ,zJNn35)()()(mmJJmzznnNN2021-12-13484 4、相似定理的简化、相似定理的简化在上述三条相似定理中，泵的三个“分效率”机械效率、容积效率、水力效率并不好得到，使得应用起来很不方便。工程中往往加以简化，以便应用。简化条件：1）两泵几何尺寸相差不太大；2）两泵的转速相差不太大。则认为： “两泵的分效率近似相等”。从而得简化相似定理： ； ；利用简化相似定理，可以解决工程中

29、提出的“第二个问题”。35)()(mmzznnNN22)(mmnnHHmmnnQQ32021-12-13495 5、相似定理的特例、相似定理的特例比例定理比例定理在上述“简化相似定理”中，令： ，则得比例定理：利用“比例定理”，可以解决工程中提出的“第一个问题”同一台泵，在不同转速下，流量、扬程、轴功率的变化。11122QnQn21122HnHn31122zzNnNn2021-12-1350例题 有一输水的离心泵，当转速为1450 r/min时，其流量为180 L/min，扬程为10 M。若泵的效率为70%，该泵此时的轴功率为多少？ 若转速降为1000 r/min，其流量、扬程、轴功率又为多少

30、？解：1）求该泵在1450 r/min时的轴功率 有效功率为： 轴功率为： 31180 1010 1000 9.860294( )NQHgw294420( )0.7zNNw2021-12-13512）利用比例定理求变速后的流量、扬程 由 得： 由 得： 1122QnQn21122HnHn22111000180120( /min)1450nQQLn2222111000104.8( )1450nHHmn2021-12-13523）求变速后的轴功率（有两种求法）a）用比例定理求由 得： b）用功率计算式求注：两种算法有一定的差异，原因在于舍入误差。31122zzNnNn322113100042013

31、7.8( )1450zznNNnw2223/1120 104.8 1000 9.8/0.760134.4( )zNQ Hgw2021-12-1353四、离心泵的比转数及其应用四、离心泵的比转数及其应用1 1、比转数的确定、比转数的确定对于一批相似工况泵（其中有一台模型泵，其参数加下标m），利用简化的第一和第二相似定理，消去相似比 ，可以推出：该式表明：不同尺寸的相似工况泵，其在“最优工况”下的流量、扬程、转速之间存在一个相同的关系。为了表达相似工况泵的这一共性，我国规定了一个“标准模型泵”，用该模型泵最优工况下的转速作为它的所有相似工况泵的“比转数”。标准模型泵：标准模型泵：转速为 ，扬程 ，

32、 流量 ，水功率 11223 43 43 412mmmnQnQnQconstHHHmsnn1( )mHm30.075(/ )mQms735( )mmmNQ Hgw水2021-12-1354 将模型泵的参数代入上式，则可得出相似工况泵比转数比转数的计算式：注：1）式中的参数都是泵的设计参数（最优工况下的参数）； 2）上式用于单级单吸离心泵。 对于单级双吸离心泵，取 ； 对多级单吸离心泵，取 ， 为级数。 3）各参数的量纲必须按规定： 扬程：米（ ）；流量： ；转速： 4）比转数的单位为 ，但一般不标出。3 43.65sn QnH2QH kkm33m s米秒minrminr2021-12-1355

33、2 2、比转数的应用、比转数的应用由于相似工况泵都具有相同的比转数，因此比转数在叶片泵的研究中有重要的作用。1 1）对速度型泵进行分类）对速度型泵进行分类随比转数的变化，速度型泵的结构、叶轮形状、性能发生有规律的变化，为我们进一步认识速度型泵的本质提供了依据。见图。2021-12-1356比转数对速度型泵的影响比转数对速度型泵的影响2021-12-13572）进行泵的选型根据工程实际需要，已知所需的流量、扬程，在选定电机后，则转速已知，则可初步计算出比转数，再按照“速度型泵分类图”，初步选出泵型，再进一步查产品样本，得到具体泵的具体型号。根据要求，求流量、扬程根据电机系列，求转速计算比转数 根

34、据泵图谱、产品样本选出泵型根据产品样本选泵型号查出具体性能参数2021-12-13583）进行速度型泵的类比设计为给某现场设计专用泵，根据现场要求，已知泵的流量、扬程，根据国内现有电机系列，确定出常用的电机转速。由此可以算出一个比转数。然后在现有速度型泵中选出其比转数与所需比转数相近、效率高、抗汽蚀性能好、运行可靠的泵作为“模型泵”，再根据相似原则，求出新泵的尺寸、和特性。根据要求，求流量、扬程根据电机系列，求转速计算比转数根据泵图谱、产品样本选出“模型泵”根据相似原则设计新泵实验验证新泵性能结束2021-12-1359第六节第六节 离心泵与管路联合工作离心泵与管路联合工作前面讲的“离心泵特性

35、”，是指离心泵自身的特性。在实际中，离心泵总是要与管路连接在一起才能工作，即：泵与管路联合工作。离心泵的实际工作点（即：实际的流量和扬程）是在联合工作状态下自然确定的。一、管路特性曲线一、管路特性曲线管路特性：单位重量液体在从管路的一端流到另一端，管路消耗的能量 与管路中液体的流量 之间的关系。根据流体力学，管路消耗的能量由沿程阻力损失、局部阻力损失两部分组成。即：考虑到： ，上式可以简化为：其中，A 是与管路结构、管道性质有关的系数。H管Q管2222L vvHhhdgg局沿管24Qvd2HAQ管管2021-12-1360离心泵管路特性曲线离心泵管路特性曲线2021-12-1361二、泵二、泵

36、管路联合工作点的确定管路联合工作点的确定泵与管路联合工作时，泵的作用是为液体提供能量，管路则消耗能量。在正常情况下，必须遵循以下原则：1）能量守恒泵提供的能量等于管路消耗的能量与液体能量增量之和。即：式中， 是单位重量液体进入管道前、流出管道后能量的增量，通常是比位能（或称“静扬程”）。2）质量守恒单位时间内，泵输出的液体质量等于流过管路的液体质量。若不计液体的压缩性，则： stHHH管stHQQ管2021-12-1362用相同的比例尺绘制离心泵自身特性曲线、管路特性曲线（含能量增量），然后将它们重合，两曲线必然有一个交点，该交点必然满足“能量守恒”和“质量守恒”原则，因此该点就是泵与管路的联

37、合工作点。联合工作点的确定2021-12-1363三、泵三、泵管路联合工作点的调节管路联合工作点的调节在实际工程中，往往要进行流量的调节，一方面满足实际工作需要，另一方面，保证泵长时间处于高效工作区。调节流量，实际上就是调节泵管路联合工作点。根据联合工作点确定原则可以得到调节方法： a）改变泵自身的特性；b）改变管路特性。1 1、改变泵自身的特性、改变泵自身的特性 1 1）调速调节）调速调节 依据：比例定理注：a）通常泵的转速不得超过其额定转速，故采用降速调节； b）速度下降， 向下平移；反之，向上平移； c）变速调节被认为是“等效率调节”。1122QnQn21122HnHn31122zzNn

38、NnQH2021-12-1364由于泵的转速改变，使得泵自身的特性改变。管路特性不变，联合工作点的位置改变，泵的流量得到调节。（见图）2021-12-13652 2）变径调节）变径调节通过改变叶轮的直径来调节（更换不同外径的叶轮）。依据：切割定理注：a）离心泵出厂配有三个叶轮，一个标准叶轮，两个外径进行过不同切削的叶轮；根据实际需要，可以计算出所需的叶轮直径，自己切割；b）叶轮直径减小， 特性曲线下移；c）叶轮切割量越大，泵的效率下降的越多，故要限制切割率 ： 22DQQD222DHHD322zzNDND222100%DDDQH2021-12-1366泵叶轮外径的改变，泵自身的特性改变，而管路

39、特性不变，使得联合工作点的位置改变，泵的流量得到调节。（见图） 比转数 60 120 200 300 350 350最大切削量 20% 15% 11% 9% 7% 0效率下降值每切削10%，下降1%每切削4%，下降1%2021-12-13672 2、改变管路特性、改变管路特性所谓改变管路特性，就是通过改变管路的结构，使结构系数A得到改变，从而改变管路特性。1 1）调节排出闸阀的开启度）调节排出闸阀的开启度开启度减小，阻力增大，管路特性曲线上翘变陡；反之，曲线变缓；注：该方法操作方便，用于实验室研究。2 2）改变管路结构）改变管路结构通过改变管道长度、部分管段管径、弯道结构，使结构系数A得到改变

40、，从而改变管路特性。注：该方法适用于泵站管路系统建设中或建成后，目的在于保证离心泵长期处于高效工作区。2021-12-1368四、泵四、泵管路联合运行时，泵实际扬程的确定管路联合运行时，泵实际扬程的确定通常，为监测泵的工作状态，泵的排出口装有压力表，吸入口装有真空表。利用两表的读数，可以确定泵的实际扬程。列泵吸入口、排出口之间的伯努力方程，以吸入口为基准面：吸入口液体比能：排出口液体比能：则：由于 ，考虑到则： （ 分别是真空表、压力表读数） 211102pvEgg22222pvEZgg222121212ppvvHEEZgg12,avadppppppdvppHg12,vvZ 很小,vdpp20

41、21-12-1369离心泵工作装置2021-12-1370通过压力表、真空表读数，计算出泵的实际扬程后，结合泵的 和 特性曲线，便可知道此时泵的流量、是否工作在高效区。QHQH2021-12-1371第七节第七节 离心泵与串并联工作离心泵与串并联工作 在工程实际中，一般用单台泵工作，往往不能满足要求，经常采用多台泵联合工作。泵联合工作分为并联、串联两种。一、离心泵并联工作一、离心泵并联工作1 1、定义、定义：两台或两台以上的泵同时向同一条管路输液，称作泵的并联。2 2、目的、目的：1）增加供液量。管路总流量等于各泵流量之和； 2）通过开、停泵的台数来调节总供液量，以适应管网中流量 的变化； 3

42、）提高泵站工作的可靠性。当某台泵坏了，开启备用泵，仍能保证泵站可靠供液。2021-12-13723 3、并联工作时，工作点的确定、并联工作时，工作点的确定并联工作时，从泵的型号、水位、管路布置等几方面看，有多种情况， 比较复杂。这里只介绍最简单的情况：泵型号相同、管路对称布置泵型号相同、管路对称布置。1）绘制两台泵并联的 特性曲线（见图）方法：由于是管路对称、同水位，两支路阻力损失相同，又因为泵相同，则：由上式，利用同扬程流 量迭加原理，可以绘出总的 特性曲线。1 2()QH121212QQQHHHCHstoBA1 2()QH2021-12-1373HQ02021-12-13742）绘制管路特

43、性曲线式中， 是管路系数。由此可以绘制管路特性曲线。 QH管管221214AOOCAOOCAOOCHhhA QA QAAQ管管管管11()2QQ管管,AOOCAACHstoBAHQ0QH管管2021-12-13753）确定泵并联工作点以及各泵工作点根据 ，在 曲线上迭加能量增量 ，考虑到 ，便可得出泵并联工作点。过并联工作点做等扬程线（水平线），与单泵的 特性曲线相交，便得到此时各泵的工作点。注：1）总流量等于此时两泵实际流量之和； 2）若管路系统不变，只用单泵工作，该泵的流量大于两泵并联工作时的流量。 stHHH管QH管管stHQQ管QHHQ0stH2021-12-1376HQ0stHQ1Q

44、2021-12-1377二、离心泵串联工作二、离心泵串联工作1 1、定义、定义：前一台泵的排液口与后一台泵的吸入口相通，以此类推，该输液方式称作泵的串联。2 2、目的、目的：增加总扬程。总扬程等于各泵扬程之和。3 3、串联工作点的确定、串联工作点的确定此处只讨论最简单的同型号泵的串联问题。1）绘制两泵串联特性曲线串联时，按“等流量下扬程迭加”的原理，可得到 。 Hst1212HHHQQQ1 2()QH1 2()QH2021-12-13782）绘制管路特性曲线 绘制方法与前相似。QH管管HQ0stH两相同泵串联特性曲线管路特性曲线0QH2021-12-1379HQ0stHA3）求联合工作点将用相

45、同比例绘制的两泵串联特性曲线与管路特性曲线重合，便可以直接看到联合工作点A。2021-12-1380 第八节第八节 离心泵的汽蚀现象离心泵的汽蚀现象 一、离心泵的汽蚀现象及危害一、离心泵的汽蚀现象及危害 1 1、汽蚀现象、汽蚀现象 含义：含义：由于液体在泵内汽化，从而导致泵内产生振动和噪音，并且伴随着流量、效率、扬程下降，甚至导致过流部件破坏的现象。 原因：原因：由于泵吸入口压力低于液体在工作温度下的汽化压力，从而导致液体大量汽化形成汽泡。 过程：过程：在泵吸入口形成的汽泡，当随着流体进入叶轮流道并到达高压区后，汽泡凝结为液体而迅速破灭，原来汽泡周围的液体向汽泡中心会聚，形成巨大的冲击（水击）

46、。实验表明，局部水击产生的冲击频率可达几万次；由于作用面积小，瞬时局部压力可达几百到几千大气压。对于那些附着在器壁的汽泡，破灭时，巨大压力作用在金属材料表面，使材料疲劳剥蚀，形成蜂窝壮孔洞。2021-12-1381 2、汽蚀的危害、汽蚀的危害 1）产生振动噪音； 2）流量下降、效率降低，甚至断流，严重影响泵的正常工作； 3）造成叶轮、壳体的机械破坏。二、防止汽蚀的措施二、防止汽蚀的措施 1、影响汽蚀的因素、影响汽蚀的因素 建立泵吸入口到吸液池液面之间的百努利方程：整理得：吸hZgvgpgpEEXa)2(21110)2(211吸hZgvgpgpXa2021-12-13822021-12-1383为使泵不发生汽蚀现象，必须保证：即：由于：gvgvdLh2222吸吸吸所以：化压力）液体在工作温度下的汽vavappp(1vaXaphZgvgpp)2(211吸vaXapgvgvdLZgvgp)222(2221吸吸2021-12-1384 由上式可以得到影响汽蚀的因素： 1）泵的安装高度Zx。安装高度越大，越容易发生汽蚀； 2）吸入管的长