储运 泵与压缩机 第一章 离心泵

1、泵和压缩机泵和压缩机1第一节第一节 离心泵的工作原理及分类离心泵的工作原理及分类泵和压缩机泵和压缩机2第一节第一节 离心泵的工作原理及分类离心泵的工作原理及分类一、离心泵的基本构成一、离心泵的基本构成二、离心泵的二、离心泵的工作原理工作原理三、离心泵的分类三、离心泵的分类四、离心泵的四、离心泵的主要工作参数主要工作参数泵和压缩机泵和压缩机3一、离心泵的基本构成一、离心泵的基本构成泵和压缩机泵和压缩机4一、离心泵的基本构成一、离心泵的基本构成1 轴轴2 轴封箱轴封箱3 扩压管扩压管4 叶轮叶轮5 吸入室吸入室6 口环口环7 蜗壳蜗壳泵和压缩机泵和压缩机5一、离心泵的基本构成一、离心泵的基本构成泵

2、和压缩机泵和压缩机61. 启动前：启动前：2. 启动后：启动后： 一般离心泵转速：一般离心泵转速：970 rpm、1450 rpm、2950 rpm液体离心力大大超过重力。液体离心力大大超过重力。驱动机带动驱动机带动叶轮高速旋转叶轮高速旋转叶轮带动液体高速旋转叶轮带动液体高速旋转液体液体获得能量获得能量（压力（压力能、速度能增加能、速度能增加） 二、离心泵的工作原理二、离心泵的工作原理泵和压缩机泵和压缩机71 1 泵泵2 2 吸液罐吸液罐3 3 底阀底阀4 4 吸入管路吸入管路5 5 吸入管调节阀吸入管调节阀6 6 真空表真空表7 7 压力表压力表8 8 排出管调节阀排出管调节阀9 9 单向阀

3、单向阀10- 10- 排出管路排出管路11- 11- 流量计流量计12- 12- 排液罐排液罐二、离心泵的工作原理二、离心泵的工作原理泵和压缩机泵和压缩机8为什么要灌泵？为什么要灌泵？若在离心泵启动前没向泵壳内灌满被液体，由于空气密度小，叶轮旋转后产生的离心力小，不足以在叶轮中心区形成吸入贮槽内液体的低压，因而虽启动离心泵也不能输送液体。这表明离心泵无自吸力，此现象称为气缚。这就是启动泵前必须进行灌泵的缘故。)2)(2220zgrRgpp R 中心真空度中间形成中间形成真空度真空度二、离心泵的工作原理二、离心泵的工作原理泵和压缩机泵和压缩机9二、离心泵的工作原理二、离心泵的工作原理离心泵：是通

4、过高速旋转的叶轮对液体做功，提高液体离心泵：是通过高速旋转的叶轮对液体做功，提高液体的压力和速度，在涡壳和排出口等扩压装置内，一部分的压力和速度，在涡壳和排出口等扩压装置内，一部分速度能转换为压力能；同时由于离心力的作用下，在叶速度能转换为压力能；同时由于离心力的作用下，在叶轮叶片的入口处产生负压，使得液体源源不断的被吸入轮叶片的入口处产生负压，使得液体源源不断的被吸入。特点：结构简单、体积小、质量轻、操作平稳、流量稳特点：结构简单、体积小、质量轻、操作平稳、流量稳定、性能参数范围广、易于制造、便于维修。定、性能参数范围广、易于制造、便于维修。应用：应用广泛、目前使用最多。应用：应用广泛、目前

5、使用最多。泵和压缩机泵和压缩机101. 按液体吸入叶轮方式按液体吸入叶轮方式 单吸式泵单吸式泵 双吸式泵双吸式泵 2. 按叶轮级数按叶轮级数 单级泵：只有一个叶轮单级泵：只有一个叶轮 多级泵：一轴上串有两个以上的叶轮多级泵：一轴上串有两个以上的叶轮 3. 按壳体剖分方式按壳体剖分方式 中开式泵：通过轴水平线水平分开，多为蜗壳中开式泵：通过轴水平线水平分开，多为蜗壳 。 分段式泵：垂直于轴平面分开，导叶式。分段式泵：垂直于轴平面分开，导叶式。 三、离心泵的分类三、离心泵的分类泵和压缩机泵和压缩机114. 按泵体形式按泵体形式 蜗壳式蜗壳式 双蜗壳式：平衡径向力，双蜗壳或双层蜗室。双蜗壳式：平衡径

6、向力，双蜗壳或双层蜗室。 筒式泵：双层泵壳，外层承压，内筒起蜗室的作用。筒式泵：双层泵壳，外层承压，内筒起蜗室的作用。5. 按输送介质按输送介质清水、油泵、耐腐蚀泵、液态烃泵、医药泵清水、油泵、耐腐蚀泵、液态烃泵、医药泵冷凝水泵、油浆泵、泥浆泵、污水泵、饮料泵。冷凝水泵、油浆泵、泥浆泵、污水泵、饮料泵。三、离心泵的分类三、离心泵的分类泵和压缩机泵和压缩机12筒式多级离心泵筒式多级离心泵泵和压缩机泵和压缩机13多级分段式离心泵多级分段式离心泵泵和压缩机泵和压缩机14单级双吸水平中开式离心泵单级双吸水平中开式离心泵泵和压缩机泵和压缩机15 流量流量 Q Q 扬程扬程 H H 转速转速 n n 功率

7、功率 N N 效率效率 其他（其他（hhr r、H Hs s、n ns s）四、离心泵的主要工作参数四、离心泵的主要工作参数泵和压缩机泵和压缩机161. 流量：流量： m=Q 液体密度液体密度kg/m3。2.2.扬程扬程：单位质量单位质量的液体经过泵压获得的的液体经过泵压获得的有效能头有效能头。 包括压力能、速度能、位能。即总扬程。包括压力能、速度能、位能。即总扬程。 常用常用H，单位，单位 J/kg、m液柱。液柱。指单位质量的液体从泵进口（进口法兰）到泵出口（出口指单位质量的液体从泵进口（进口法兰）到泵出口（出口法兰）的能头的增值。法兰）的能头的增值。 体积流量体积流量Q ： m3/h m3

8、/s L/s 质量流量质量流量m ： kg/h kg/s T/h四、离心泵的主要工作参数四、离心泵的主要工作参数泵和压缩机泵和压缩机17绝对压力、相对压力、真空压力、大气压力绝对压力、相对压力、真空压力、大气压力绝压绝压 表压表压 真空度真空度 大气压大气压压力压力泵和压缩机泵和压缩机18 在已知管路中输送一定的流量时，计算泵所需要的扬程在已知管路中输送一定的流量时，计算泵所需要的扬程。 扬程的工程计算：扬程的工程计算：两种情况两种情况泵泵给出给出的扬程（能头）的扬程（能头）H = 输送液体输送液体的能头。的能头。J/kg 2)(22fABABABhccHHgppH （1-1 ）pB,pA：进

9、出口液面压力 pa；：液体密度 kg/m3 进出口相同cA,cB：进出口罐液面平均流速 m/s；hf：阻力损失J/kg。（不计泵内损失）pS,pD：进出口液面压力，pa；ZSD：进出口垂直距离m ；cS,cD：进出口罐液面平均流速 m/s；进出口直径相同或相差很少时cS=cD 计算运转中的泵的计算运转中的泵的实际扬程实际扬程。泵出入口的能量方程泵出入口的能量方程： J/kg （1-2）222SDSDSDccgZppH进出口直径相同或相差很少时进出口直径相同或相差很少时cS=cD SDSDgZppHJ/kg （1-3）四、离心泵的主要工作参数四、离心泵的主要工作参数泵和压缩机泵和压缩机19p p

10、B B,p,pA A : : p pa a。 : kg/m : kg/m3 3 进出口相同进出口相同c cA A,c,cB B: : 进出口罐液面平均流速进出口罐液面平均流速 m/sm/s；hhf f : : 阻力损失阻力损失J/kgJ/kg。( (不计泵内损失不计泵内损失) )pS,pD ZSD：进出口垂直距离 cS,cD：进出口罐液面平均流速 m/s进出口直径相同或相差很少时cS=cD J/kg 2)(22fABABABhccHHgppH四、离心泵的主要工作参数四、离心泵的主要工作参数泵和压缩机泵和压缩机20pS,pD ；ZSD：进出口垂直距离 cS,cD：进出口罐液面平均流速 m/s进出

11、口直径相同或相差很少时cS=cD 222SDSDSDccgZppHSDSDgZppH四、离心泵的主要工作参数四、离心泵的主要工作参数泵和压缩机泵和压缩机21 实际工程应用中，泵的扬程常用实际工程应用中，泵的扬程常用“米液柱米液柱”来表示。来表示。 米液柱米液柱 ：每公斤重量液体获得的能量。：每公斤重量液体获得的能量。 国际单位制：泵的扬程用国际单位制：泵的扬程用“J/kg ”来表示。来表示。 mNmNsmkgmsmkgsmkgmNgkgJ222/四、离心泵的主要工作参数四、离心泵的主要工作参数泵和压缩机泵和压缩机22则以上（则以上（1-1）、（）、（1-2）、（）、（1-3）为：）为： v扬程

12、与压差关系扬程与压差关系 ：J/kg-H m-H HpgHpmSDSDZgppHfABABABhgccHHgppH2)(22mgccZgppHSDSDSD222m四、离心泵的主要工作参数四、离心泵的主要工作参数泵和压缩机泵和压缩机23 提高位高提高位高 克服阻力克服阻力 增加液体静压能增加液体静压能增加液体速度能增加液体速度能 H是液体获得的能量，不是简单的排送高度！是液体获得的能量，不是简单的排送高度！特别注意特别注意！由能量方程显然由能量方程显然可以看出可以看出四、离心泵的主要工作参数四、离心泵的主要工作参数J/kg 2)(22fABABABhccHHgppH泵和压缩机泵和压缩机243.

13、转速转速n：一般离心泵转速一般离心泵转速970 rpm、1450 rpm、2950 rpm；高速离心泵的转速可达高速离心泵的转速可达 20000 rpm以上。以上。四、离心泵的主要工作参数四、离心泵的主要工作参数泵和压缩机泵和压缩机254. W1sJ 1smN 1 工程单位工程单位：1 kW=1000 W 单位时间内泵输送出去的液体单位时间内泵输送出去的液体有效能头有效能头。1000QHNekW （1-4） 有效功率有效功率Ne: 轴功率轴功率N：泵轴输入泵轴输入的功率。的功率。四、离心泵的主要工作参数四、离心泵的主要工作参数泵和压缩机泵和压缩机265. 两者的差别在于损失，包括流动损失、泄漏

14、、机械摩擦等。两者的差别在于损失，包括流动损失、泄漏、机械摩擦等。 N：泵输入功率：泵输入功率 （轴功率）（轴功率）Ne：液体得到功率（有效功率）液体得到功率（有效功率）%100NNe（1-5）汽汽 蚀蚀 余余 量：量：hr吸入真空度：吸入真空度：Hs比比 转转 数：数： ns四、离心泵的主要工作参数四、离心泵的主要工作参数泵和压缩机泵和压缩机27第一节第一节 作业作业 1、2泵和压缩机泵和压缩机28离心泵的工作原理？离心泵启动为什么要灌泵？离心泵的工作原理？离心泵启动为什么要灌泵？泵和压缩机泵和压缩机29第二节第二节 离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式泵和压缩机泵和压缩机30泵和压缩机泵和

15、压缩机31图图1-23 离心泵叶轮、叶片形状离心泵叶轮、叶片形状一、液体在叶轮中的流动一、液体在叶轮中的流动速度三角形速度三角形泵和压缩机泵和压缩机32叶轮的三维造型叶轮的三维造型 泵和压缩机泵和压缩机33叶轮优化设计过程叶轮优化设计过程泵和压缩机泵和压缩机34 液体从叶轮中获得能头，首先表现在液体从叶轮中获得能头，首先表现在流速大小流速大小和和流动方流动方向向的改变，的改变，速度三角形速度三角形就是研究这种流动规律有效工具就是研究这种流动规律有效工具。 两点假设：两点假设： 通过叶轮的液体为通过叶轮的液体为理想液体理想液体，即液体在叶轮内流动即液体在叶轮内流动时时无能量损失无能量损失。 液体

16、在叶片中间流动是液体在叶片中间流动是轴对称：轴对称： 每个液体质点在流道内每个液体质点在流道内相对运动轨迹与相对运动轨迹与叶片曲线形状叶片曲线形状一致，在同一半径上液体一致，在同一半径上液体质点的相对速度大小相同，质点的相对速度大小相同，液流角液流角相等。相等。 只有在叶片数无穷多情况下才能实现：只有在叶片数无穷多情况下才能实现： (a) 相对运动相对运动w一、液体在叶轮中的流动一、液体在叶轮中的流动速度三角形速度三角形泵和压缩机泵和压缩机35。wcu(c) 绝对运动绝对运动w(a) 相对运动相对运动u(b) 圆周运动圆周运动。，方向垂直于叶轮半径相重合的叶轮圆周速度瞬时与流体质点叶轮转动，它

17、指向某一：牵连速度 u成而定。，大小方向根据矢量合：绝对速度wucc 一致（无限多叶片）其方向与叶片切线方向：相对速度 w一、液体在叶轮中的流动一、液体在叶轮中的流动速度三角形速度三角形泵和压缩机泵和压缩机36由此做出叶轮中任一液体质点的三个速度矢量，由此做出叶轮中任一液体质点的三个速度矢量，组成一个组成一个封闭的三角形封闭的三角形，称称图图1-8 1-8 速度三角形速度三角形wcu(c) (c) 绝对运动绝对运动一、液体在叶轮中的流动一、液体在叶轮中的流动速度三角形速度三角形泵和压缩机泵和压缩机37图图1-8 速度三角形速度三角形符号说明符号说明（教材上都有）（教材上都有）w、u、c。 rc

18、：径向分速度，轴面速度； uc：圆周速度u的水平方向的分量，称周向分速度。 液流绝对速度与圆周速度间的夹角； 液流角， 液流相对速度与圆周速度反方向夹角； A叶片角，叶片在该点切线与u反方向的夹角； D叶轮直径 m； b叶轮轴面流道宽度 m； z叶片数目； 下标 1：叶片进口；2：叶片出口参数 ：叶片无限多的叶轮中流动时的参数。 A A又叫叶片入口角；又叫叶片入口角； 理想情况下理想情况下A A=； 叶轮出口叶轮出口2A2A叫叶片离角。叫叶片离角。一、液体在叶轮中的流动一、液体在叶轮中的流动速度三角形速度三角形泵和压缩机泵和压缩机38? 是研究叶轮内流体流动的重是研究叶轮内流体流动的重要工具，

19、是重要的研究对象。分析泵的性能、要工具，是重要的研究对象。分析泵的性能、确定叶轮进出口几何参数都要用到它。确定叶轮进出口几何参数都要用到它。一、液体在叶轮中的流动一、液体在叶轮中的流动速度三角形速度三角形泵和压缩机泵和压缩机39wcu1.1.速度三角形的底边速度三角形的底边：2.2.速度三角形的高速度三角形的高：3.3.补充条件：补充条件：?阻塞系数阻塞系数0.90.95一、液体在叶轮中的流动一、液体在叶轮中的流动速度三角形速度三角形TrrQccDb 1122uDnuD nuD n 1u22A0c 入入口口：出出口口：泵和压缩机泵和压缩机40符号说明符号说明（教材上都有）（教材上都有）w、u、

20、c。 rc：径向分速度，轴面速度； uc：圆周速度u的水平方向的分量，称周向分速度。 液流绝对速度与圆周速度间的夹角； 液流角， 液流相对速度与圆周速度反方向夹角； A叶片角，叶片在该点切线与u反方向的夹角； D叶轮直径 m； b叶轮轴面流道宽度 m； z叶片数目； 下标 1：叶片进口；2：叶片出口参数 ：叶片无限多的叶轮中流动时的参数。 图图1-11 1-11 叶轮叶片进出口速度三角形叶轮叶片进出口速度三角形一、液体在叶轮中的流动一、液体在叶轮中的流动速度三角形速度三角形泵和压缩机泵和压缩机41二、离心泵的基本方程式二、离心泵的基本方程式泵和压缩机泵和压缩机42jjiifcfcQ。22222

21、22bDcfcQrr进口进口出口出口1111111bDcfcQQrr二、离心泵的基本方程式二、离心泵的基本方程式泵和压缩机泵和压缩机43叶片进出口伯努利方程叶片进出口伯努利方程：2222222111 cpgzHcpgzT )(212212212zzgccppHT（1-8）即：即：二、离心泵的基本方程式二、离心泵的基本方程式伯努利方程伯努利方程泵和压缩机泵和压缩机44二、离心泵的基本方程式二、离心泵的基本方程式欧拉方程欧拉方程利用动量矩定理推导基本能量方程，从而建立叶轮对液体利用动量矩定理推导基本能量方程，从而建立叶轮对液体所做的所做的功与液体运动状态功与液体运动状态之间的关系。之间的关系。oo

22、MtLdd据动量矩定理据动量矩定理：外力对外力对O轴的力矩之和轴的力矩之和液流对液流对O轴的动量矩轴的动量矩泵和压缩机泵和压缩机45?取轴取轴O O为叶轮轴，求：为叶轮轴，求：CDCDAABB分析对象分析对象t时刻时刻ABDCt+dt时刻时刻AB D C tQmmTCCDDAABBd由连续性方程，有由连续性方程，有二、离心泵的基本方程式二、离心泵的基本方程式泵和压缩机泵和压缩机46定常流动条件下，应有：定常流动条件下，应有：CDCDAABB1122ddlclctQLTo222111coscosrlrl二、离心泵的基本方程式二、离心泵的基本方程式泵和压缩机泵和压缩机47将动量矩对时间求导将动量矩

23、对时间求导：由动量矩定理：由动量矩定理：111222coscosddrcrcQtLMToo外力矩之和外力矩之和Mo=轴的作用力矩轴的作用力矩驱动机输入的作功力矩驱动机输入的作功力矩1122ddlclctQLTo111222coscosddrcrcQtLTo驱动机驱动机传递给叶轮的功率：传递给叶轮的功率：0MNT叶轮角速度叶轮角速度理想状态理想状态下叶轮对液体所作下叶轮对液体所作功率功率：TTTHQN叶片数无限多情叶片数无限多情况下的理论扬程况下的理论扬程二、离心泵的基本方程式二、离心泵的基本方程式泵和压缩机泵和压缩机48TTNNTToHQMToTQMH111222coscosddrcrcQtL

24、MToo111222coscosrcrcQQHTTT合合并并cosccruu ,欧拉公式欧拉公式（重要（重要！）！）coscos11222crcrHTJ/kg (1-7)uuTcucuH1122uuTcucugH11221m液柱液柱 (1-7a)coscos11222crcrHT二、离心泵的基本方程式二、离心泵的基本方程式泵和压缩机泵和压缩机49 轴向吸入轴向吸入的离心泵，的离心泵， 液流在叶轮入口液流在叶轮入口无预旋无预旋： 蜗形吸入蜗形吸入的离心泵的离心泵 ：0u1c2u21u1u1 0ucucc但)(111221122uuTuuTcucugHcucuHuTuTcugHcuH22221简化

25、简化二、离心泵的基本方程式二、离心泵的基本方程式泵和压缩机泵和压缩机50uuTcucuH1122cos ,uccru22222221111111 bDcfcQbDcfcQQrrrrTH 1.；TH 2.二、离心泵的基本方程式二、离心泵的基本方程式泵和压缩机泵和压缩机51u，w，c，cr，cu。得到速度三角形的得到速度三角形的伯努利方程的含义。伯努利方程的含义。欧拉方程的含义、推导、欧拉方程的含义、推导、理论能头只与进出口运动状态有关，与介质性质理论能头只与进出口运动状态有关，与介质性质 无关。无关。泵和压缩机泵和压缩机52第二节第二节 作业作业: 3、4泵和压缩机泵和压缩机53第三节第三节 流

26、体所获能头的分析流体所获能头的分析泵和压缩机泵和压缩机54内容：结合速度三角形，利用三个基本方程式来对泵内内容：结合速度三角形，利用三个基本方程式来对泵内 液体所获得的能头进行分析。液体所获得的能头进行分析。 泵和压缩机泵和压缩机55叶片进出口伯努利方程叶片进出口伯努利方程：静压能头静压能头 速度能头速度能头 位高能头位高能头能头能头增量增量离心泵的理论能头离心泵的理论能头（1-8）2222222111 cpgzHcpgzT 伯努利方程伯努利方程TH22122cc 12pp 的分析的分析泵和压缩机泵和压缩机56cos2222uccuw速度三角形中，按照余弦定理有：速度三角形中，按照余弦定理有：

27、 ucucu1121212ucucu222222222122uu 111212121cos2cucuw222222222cos2cucuwuuTcucuH112221212121wcuucu22ucu1122222221wcuTH（1-9）22122cc 22221ww 离心泵基离心泵基本方程式本方程式的分析的分析泵和压缩机泵和压缩机57222212222212122ccwwuuHT速度能头速度能头静压能头静压能头转化能头转化能头能头能头增量增量2212212ccppHT静扬程静扬程Hpot动扬程动扬程Hdyn伯努利方程：伯努利方程：欧拉方程：欧拉方程：的分析的分析泵和压缩机泵和压缩机58可以

28、证明：可以证明：2212212uupp的分析的分析泵和压缩机泵和压缩机59的分析的分析泵和压缩机泵和压缩机60 dynpotTHHH Hpot：Hdyn：速度速度损失损失希望希望pot、Hdyn。potentialdynamic 达西公式 22cdlhf速度提高速度提高。克服流动阻力，提高位高及压力克服流动阻力，提高位高及压力。的分析的分析泵和压缩机泵和压缩机61（1-7b）uTcuH22欧拉方程式的近似形欧拉方程式的近似形前述：前述：的分析的分析泵和压缩机泵和压缩机62cc2u2c2r22fQcTruTcuH22TATQbDctguuH2222222 （1-10）222bDQTuc2Arct

29、gcu222ATctgbDQu22222的分析的分析泵和压缩机泵和压缩机63TATQbDctguuH2222222 6022nDu 叶轮直径、转速对能头影响分析叶轮直径、转速对能头影响分析当当叶片尺寸（叶片尺寸（b2、2）和和理论流量理论流量QT一定时一定时， nD 2、 TH分析分析：的分析的分析泵和压缩机泵和压缩机64叶片的几何形状对能头影响分析叶片的几何形状对能头影响分析(a)后弯型叶片后弯型叶片(b)径向叶片径向叶片(a)前弯型叶片前弯型叶片泵和压缩机泵和压缩机65与与Q QT T成向下的斜直线成向下的斜直线与与Q QT T是一水平线是一水平线与与Q QT T成向上的斜直线成向上的斜直

30、线2.2A=900, B=0 =A(常数常数)：1. 2A900 , B0：3. 2A0：TATQbDctguuH2222222ABTTBQAHTAH2 图图1-131-13泵和压缩机泵和压缩机66结果表明：结果表明：在三种叶片中，前弯型叶片产生在三种叶片中，前弯型叶片产生的能头最高的能头最高。 ？ 但在实际工业应用中，离心泵绝大多数都但在实际工业应用中，离心泵绝大多数都不采用前弯而是采用后弯型叶片。不采用前弯而是采用后弯型叶片。泵和压缩机泵和压缩机67dynpotTHHH 前述：前述：其中其中：potHdynH0u1c入口无预旋入口无预旋rrcc12 轴面速度轴面速度 变化不大变化不大222

31、 udyncHA速度分解定理速度分解定理（直角分解）（直角分解）相对而言相对而言22122uu2221222122rruucccc22122cc 22221ww 泵和压缩机泵和压缩机68TdynTpotHHHH1dynpotTHHH dynTpotHHHR反作用度：定义：定义：静扬程在总扬程中所占比例静扬程在总扬程中所占比例。?泵和压缩机泵和压缩机69TpotHH222 udyncHATdynRHH1（1-11）QT、D、n不变不变不变。、22 ucr分析分析：可知可知2ATdynHH1uucuc222221222221uctgcuAr2222121uctgcArR 液体所获静压能头中比例液体

32、所获静压能头中比例不希望！不希望！ 2AR 液体所获静压能头中比例液体所获静压能头中比例 但但HT ！ 泵和压缩机泵和压缩机702222121uctgcArR2A范围分析：范围分析：1R0 THrcc22时时泵无能泵无能量传递量传递uTcuH22rAcuctg22202uc欧拉方程式欧拉方程式泵和压缩机泵和压缩机712222121uctgcArR2A范围分析：范围分析：0R时222ucu泵只有动能增加，泵只有动能增加，无压力能头提高无压力能头提高rAcuctg22max2泵和压缩机泵和压缩机722222121uctgcArR2A范围分析：范围分析：02uc1R0 TH但rcc22时时泵无能量传

33、递泵无能量传递0R时222ucu泵只有动能增加，无压力能头提高泵只有动能增加，无压力能头提高图图1-142u2泵和压缩机泵和压缩机7321 2190R2，TdynAHH21 902RA，21 902RA，结论结论：后弯型叶片动扬程小、流动损失小、泵效高后弯型叶片动扬程小、流动损失小、泵效高。后弯型叶片后弯型叶片径向型叶片径向型叶片前弯型叶片前弯型叶片泵和压缩机泵和压缩机742u2222111222rARccctguu 图图1-14泵和压缩机泵和压缩机75泵和压缩机泵和压缩机76理论扬程与出口安装角理论扬程与出口安装角 之间的关系之间的关系 。泵和压缩机泵和压缩机77第二节第二节 作业作业 5泵

34、和压缩机泵和压缩机78第四节第四节 有限叶片数对理论扬程的影响有限叶片数对理论扬程的影响泵和压缩机泵和压缩机79第四节第四节 有限叶片数对理论扬程的影响有限叶片数对理论扬程的影响泵和压缩机泵和压缩机80叶片间流道无限薄叶片间流道无限薄任一流体质点均被任一流体质点均被“绝对控制绝对控制”叶片间流道较宽叶片间流道较宽流体的流线与叶片形状流体的流线与叶片形状完全重合完全重合流体质点具有一定流体质点具有一定的自由度的自由度流体的流线与叶片形状流体的流线与叶片形状不能完全重合不能完全重合一、液体在有限叶片数叶轮中的流动一、液体在有限叶片数叶轮中的流动泵和压缩机泵和压缩机81图图1-17 轴向旋涡实验轴向

35、旋涡实验一、液体在有限叶片数叶轮中的流动一、液体在有限叶片数叶轮中的流动泵和压缩机泵和压缩机82图图1-16 流道内的轴向旋涡运动流道内的轴向旋涡运动叠加结果叠加结果同一半径同一半径r r圆周液流相圆周液流相对速度对速度，叶片工作面侧叶片工作面侧w w小；小；叶片非工作面侧叶片非工作面侧w w大。大。一、液体在有限叶片数叶轮中的流动一、液体在有限叶片数叶轮中的流动泵和压缩机泵和压缩机83 22，A2w结果结果叶轮出口处叶轮出口处叶轮入口处叶轮入口处uAc11u11c ，uwww111结果结果 有限叶片数对出口速度三角形的影响有限叶片数对出口速度三角形的影响uc22uc uww22一、液体在有限

36、叶片数叶轮中的流动一、液体在有限叶片数叶轮中的流动泵和压缩机泵和压缩机84uTcuH22无限叶片数叶轮无限叶片数叶轮有限叶片数叶轮有限叶片数叶轮uTcuH22uucc221222222uuuuTTcccucuHH二、有限叶片数对理论扬程的影响二、有限叶片数对理论扬程的影响泵和压缩机泵和压缩机85TTHH（1-12）22111211rrz（1-13）uuTTcucuHH2222滑移滑移系数系数A2sin6 . 0)68. 055. 0 (叶片数少时取大值！叶片数少时取大值！扬程扬程校正校正系数系数普弗列尔捷来尔公式普弗列尔捷来尔公式 重要！ucu22二、有限叶片数对理论扬程的影响二、有限叶片数对

37、理论扬程的影响泵和压缩机泵和压缩机86 两个理论扬程之间的差别两个理论扬程之间的差别仅仅说明仅仅说明在有限叶在有限叶片叶轮内，由于片叶轮内，由于轴向涡流轴向涡流的存在对理论能头的存在对理论能头H HTT 产生产生影响，使液体所获得能头有所减少。影响，使液体所获得能头有所减少。二、有限叶片数对理论扬程的影响二、有限叶片数对理论扬程的影响泵和压缩机泵和压缩机87HT与与HT的差别在何处，有无能量损失？的差别在何处，有无能量损失？轴向涡流产生的机理，方向。轴向涡流产生的机理，方向。轴向涡流对速度三角形、理论扬程的影响。轴向涡流对速度三角形、理论扬程的影响。 。泵和压缩机泵和压缩机88第五节第五节 离

38、心泵的性能曲线离心泵的性能曲线泵和压缩机泵和压缩机89第五节第五节 离心泵的性能曲线离心泵的性能曲线泵和压缩机泵和压缩机90第五节第五节 离心泵的性能曲线离心泵的性能曲线泵和压缩机泵和压缩机91图图1-19 1-19 理想状态下泵性能曲线理想状态下泵性能曲线ATTctgbDQuuH2222222TBQA22222222)(TTATTTTTBQAQctgbDQuuQHQNNNe第五节第五节 离心泵的性能曲线离心泵的性能曲线泵和压缩机泵和压缩机921.1.流动损失：流动损失：3.3.机械损失机械损失：2.2.流量损失流量损失：液体在泵内流动时所产生的液体在泵内流动时所产生的摩擦阻力摩擦阻力损失损失

39、和和冲击损失冲击损失。在在压力差压力差的作用下，部分液体通过高压侧的作用下，部分液体通过高压侧向低压侧泄露（向低压侧泄露（泵内泄露泵内泄露、内外泄露内外泄露）。）。相对运动部件（液体、泵部件）之间因摩擦而相对运动部件（液体、泵部件）之间因摩擦而产生的损失产生的损失一、离心泵中的各种损失一、离心泵中的各种损失泵和压缩机泵和压缩机93吸入室吸入室叶轮流道叶轮流道蜗壳蜗壳扩压器等扩压器等转弯、突然收缩或扩大等转弯、突然收缩或扩大等摩擦阻力损失摩擦阻力损失局部阻力损失局部阻力损失达西公式：达西公式：22cdlhf21Qchkf(1-14)=const主要区域：边界层内部的有旋流动。主要区域：边界层内部

40、的有旋流动。泵内流速高，处于阻力平方区。泵内流速高，处于阻力平方区。1. 流动损失流动损失（1） 摩擦阻力损失（摩阻损失）摩擦阻力损失（摩阻损失）hf泵和压缩机泵和压缩机9421Qchkf与流道表面粗糙度、流道形状、及过流面积等有关图图1-20 流动损失曲线流动损失曲线 1. 流动损失流动损失（1） 摩擦阻力损失（摩阻损失）摩擦阻力损失（摩阻损失）hf泵和压缩机泵和压缩机95 流体流体相对运动相对运动的的方向角方向角与叶道与叶道入口叶片角入口叶片角或或转能装置叶片角不一致时产生的能量损失。转能装置叶片角不一致时产生的能量损失。1. 流动损失流动损失（2） 冲击损失冲击损失hs泵和压缩机泵和压缩

41、机96n 液流进入叶道时：液流进入叶道时：设计设计Qd工况下：工况下：1=1A 不产生冲击损失不产生冲击损失图图1-21非设计非设计Q工况下：工况下：QQd11A 例如例如：QQd11A ABCABD结果：液流在工作面上发生冲击、在非结果：液流在工作面上发生冲击、在非工作面上产生旋涡，造成能量损失工作面上产生旋涡，造成能量损失。正冲角正冲角1. 流动损失流动损失泵和压缩机泵和压缩机97n 液流离开叶轮进入转能装置时液流离开叶轮进入转能装置时离心泵在非设计工况下工作，液流在离开叶轮进入转离心泵在非设计工况下工作，液流在离开叶轮进入转能装置时也会产生冲击损失。能装置时也会产生冲击损失。n 泵内总冲

42、击损失泵内总冲击损失22)1 (dksQQch图图1-20 流动损失曲线流动损失曲线 ck2与冲击损失系数及过流与冲击损失系数及过流 面积有关的系数面积有关的系数。1. 流动损失流动损失泵和压缩机泵和压缩机98n 冲角冲角: :图图1-20 流动损失曲线流动损失曲线 Q=Q Q=QD D无冲击无冲击 QQ QQ QQD D冲击非工作面冲击非工作面=00105，惯性力的影响大大超过粘滞力，惯性力的影响大大超过粘滞力，粘滞力可忽略，此时流动状态即流速分布已不再随粘滞力可忽略，此时流动状态即流速分布已不再随Re而变化而变化。即：即： 离心泵内的流动处于离心泵内的流动处于自动模化状态自动模化状态，摩擦

43、阻力系数摩擦阻力系数与与Re无关，液体流动无关，液体流动自动满足动力相似自动满足动力相似的要求的要求。两泵相似条件：两泵相似条件：几何相似、运动相似几何相似、运动相似。！1. 离心泵的相似条件离心泵的相似条件泵和压缩机泵和压缩机128相似定律：是研究来两台相似泵的性能参数相似定律：是研究来两台相似泵的性能参数 （H、Q、N、hr）之间的关系。）之间的关系。rvTvcbDQQ2222vrvrcbDcbDQQ22222222几何相似：几何相似： 运动相似：运动相似： 2222bbDD22nDnDuuccrr222222vvLvvnnnnDDQQ3322)(（1-21）2. 相似定律相似定律（1）

44、流量关系流量关系泵和压缩机泵和压缩机129uhThcuHH22huhucucuHH2222两泵运动相似两泵运动相似 2222222)(nDnDcucuuu代入代入hhLhhnnnDnDHH22222)()(（1-22）2. 相似定律相似定律（2） 扬程关系扬程关系泵和压缩机泵和压缩机130QHN mvh35)(mmLnnHQQHNN（1-23）2. 相似定律相似定律（3） 功率关系功率关系泵和压缩机泵和压缩机13135)(mmLnnNNhhLnnHH22)(vvLnnQQ335)(nnNNL22)(nnHHLnnQQL3（1-24）（1-25）（1-26）mmvhvv，相似泵：注意：注意：介质

45、相同、转速、几何尺寸相差不大介质相同、转速、几何尺寸相差不大。相似定律相似定律2. 相似定律相似定律泵和压缩机泵和压缩机132离心泵离心泵 的比例定律是相似定律的延伸，是相似的比例定律是相似定律的延伸，是相似定律在同一台泵上转速改变后的应用。定律在同一台泵上转速改变后的应用。比例定律比例定律 35)(nnNNL22)(nnHHLnnQQL332121)(nnNN22121)(nnHH2121nnQQ21nn 1L（1-27）（1-28）（1-29）比例定律表达式比例定律表达式相似定律的特殊形式相似定律的特殊形式3. 比例定律和相似抛物线比例定律和相似抛物线泵和压缩机泵和压缩机133图图1-34

46、 变速后变速后H-Q曲线的换算曲线的换算和相似抛物线和相似抛物线13212)(NnnN12212)(HnnH1212QnnQA1（Qa1，Ha1）B1（Qb1，Hb1）C1（Qc1，Hc1）A2（Qa2，Ha2）B2（Qb2，Hb2）C2（Qc2，Hc2）例：H1Q1H2Q23. 比例定律和相似抛物线比例定律和相似抛物线泵和压缩机泵和压缩机134相似抛物线相似抛物线 泵连续改变转速时，相似工况泵连续改变转速时，相似工况点移动的轨迹曲线点移动的轨迹曲线。A1A2A3n1n2n3B1B2B3图图1-34 变速后变速后H-Q曲线的换算和曲线的换算和相似抛物线相似抛物线3. 比例定律和相似抛物线比例定

47、律和相似抛物线泵和压缩机泵和压缩机135A1、A2、A3、B1、B2、B3、相似工况点相似工况点：2121nnQQaa22121)(nnHHaa常数aaaaaaaKQHQHQH22222112aaaQKH 同理同理：2bbbQKH 2KQH （1-30）相似抛物线通式相似抛物线通式！3. 比例定律和相似抛物线比例定律和相似抛物线泵和压缩机泵和压缩机136 由于相似工况点的效率大致相等，因而可以由于相似工况点的效率大致相等，因而可以近似近似认为相似抛物线就是泵在各种转速下的等效率曲线。相似抛物线就是泵在各种转速下的等效率曲线。3. 比例定律和相似抛物线比例定律和相似抛物线泵和压缩机泵和压缩机13

48、7相似定律：相似定律： 表示几何相似泵，相似工况的表示几何相似泵，相似工况的Q、H、N、n参数关系。参数关系。综合性能参数：综合性能参数： 表征叶片泵表征叶片泵运转性能运转性能与与叶轮几何特征叶轮几何特征的参数，包括的参数，包括Q、H、 n。便于分类设计，选择和系列化。此参数叫。便于分类设计，选择和系列化。此参数叫ns。4. 离心泵的比转数离心泵的比转数泵和压缩机泵和压缩机138比转数表达式比转数表达式据相似定律：据相似定律：35)(nnNNL22)(nnHHLnnQQL3整理整理232521)(nnNNL252545)(nnHHLnnNNHH2145)()(const4545 HNnHNns

49、n比转数4. 离心泵的比转数离心泵的比转数泵和压缩机泵和压缩机139ns：比转数p 来源于水轮机，适合于动力机械的工作参数来源于水轮机，适合于动力机械的工作参数N、H和和n。p 对于消耗动力的离心泵，其设计参数是对于消耗动力的离心泵，其设计参数是Q、H和和n，因而，因而 需要进行换算。需要进行换算。45HNnns735gQHN4365. 3HQnns（1-31）4. 离心泵的比转数离心泵的比转数泵和压缩机泵和压缩机1404365. 3HQnns注 意1.1. n ns s是有量纲的相似准数，各国因是有量纲的相似准数，各国因Q Q、H H单位制的不同而数值不单位制的不同而数值不同，但物理意义是相

50、同的同，但物理意义是相同的2. n ns s是针对泵的最高效率的工况点而言，所以一台泵具有唯一是针对泵的最高效率的工况点而言，所以一台泵具有唯一、固定的比转数，比转数不随工况点的变化而改变、固定的比转数，比转数不随工况点的变化而改变。3. n ns s可理解为可理解为H=1mH=1m，Q=0.075mQ=0.075m3 3/s/s，N=1N=1马力的转数马力的转数n n。4. 计算计算n ns s时：双吸叶轮应以时：双吸叶轮应以Q/2Q/2代入，多级泵应以代入，多级泵应以单级扬程单级扬程（H/iH/i）代入。代入。5. 几何相似泵，其几何相似泵，其ns相等；几何不相似的泵，其相等；几何不相似的

51、泵，其nS一定不等一定不等; nS不等，则几何一定不相似；不等，则几何一定不相似； nS相等，几何不一定完全相似相等，几何不一定完全相似。 4. 离心泵的比转数离心泵的比转数泵和压缩机泵和压缩机141比转数的应用比转数的应用 用比转数对泵分类用比转数对泵分类低比转数、中比转数、高比转数、混流泵、轴流泵。低比转数、中比转数、高比转数、混流泵、轴流泵。用用ns对叶片泵分类方便、确切，可以表示出叶轮形状、性能曲线对叶片泵分类方便、确切，可以表示出叶轮形状、性能曲线变化趋势变化趋势。 用比转数进行相似设计用比转数进行相似设计 用比转数编制离心泵系列，绘制型谱图。用比转数编制离心泵系列，绘制型谱图。4.

52、 离心泵的比转数离心泵的比转数泵和压缩机泵和压缩机142泵和压缩机泵和压缩机143泵和压缩机泵和压缩机144（1） 切割定律切割定律当叶轮切割量较小时，可认为切割前后叶片的出当叶轮切割量较小时，可认为切割前后叶片的出口角和通流面积近似不变、泵效率近似相等口角和通流面积近似不变、泵效率近似相等。即即：mvmvbDbDnn2222，时，当QQvrrcbDcbDv22222222rrcc22nDnD2222DD出口速度三角形近似相似出口速度三角形近似相似2222222)(DDcucuHHhuhu322)(DDQHHQNN（1-32）（1-33）（1-34）切割定律5. 切割定律与切割抛物线切割定律与

53、切割抛物线泵和压缩机泵和压缩机1452. 切割抛物线切割抛物线同一台泵，同一台泵，n一定，一定，D2不同程度切割时各对不同程度切割时各对应相似工况点轨迹称为切割抛物线。应相似工况点轨迹称为切割抛物线。 22222 )(DDQQ222)(DDHHconstkQHQH2 2由工况确定切割后切割后H-Q关系关系2KQH 切割抛物线切割抛物线5. 切割定律与切割抛物线切割定律与切割抛物线泵和压缩机泵和压缩机1465. 切割定律与切割抛物线切割定律与切割抛物线：u 由于切割后叶轮的其他尺寸并没有按由于切割后叶轮的其他尺寸并没有按 比例缩小，切割前后的叶轮比例缩小，切割前后的叶轮并不保持并不保持 几何相似

54、几何相似。u 故切割抛物线上的点是切割前后对应故切割抛物线上的点是切割前后对应 的工况点，但的工况点，但并不是相似工况并不是相似工况。 当叶轮切割不大时，认为当叶轮切割不大时，认为效效率近似相等率近似相等，所以切割抛物线又所以切割抛物线又称为等效率曲线。称为等效率曲线。泵和压缩机泵和压缩机147第六节第六节 重点重点泵和压缩机泵和压缩机148第六节第六节 作业作业12、14、16泵和压缩机泵和压缩机149第七节第七节 离心泵的汽蚀与吸入特性离心泵的汽蚀与吸入特性泵和压缩机泵和压缩机150第七节第七节 离心泵的汽蚀与吸入特性离心泵的汽蚀与吸入特性泵和压缩机泵和压缩机151第七节第七节 离心泵的汽

55、蚀与吸入特性离心泵的汽蚀与吸入特性泵和压缩机泵和压缩机1521. 汽蚀现象汽蚀现象汽化：汽化：在一定温度和压力条件一下，物质由液态变为气态。在一定温度和压力条件一下，物质由液态变为气态。饱和蒸汽压：饱和蒸汽压：一定温度下，液体内部开始汽化时的一定温度下，液体内部开始汽化时的 临界压力，用临界压力，用pv表示。表示。一定温度一定温度t确定确定pv特定液体：特定液体：例如：水例如：水100pv=1.013105Pa 20 pv=2.337103Pa 基本概念基本概念常压条常压条下下一、汽蚀概念泵和压缩机泵和压缩机153p=pA-pk 离心泵汽蚀的产生离心泵汽蚀的产生泵的吸入：泵的吸入：pA一定：一

56、定：pkp吸入能力增强吸入能力增强pk pv冷沸现象：液体汽化；冷沸现象：液体汽化；p pv 汽泡溃灭：高频、高强冲击汽泡溃灭：高频、高强冲击溶解气析出，形成大量气泡溶解气析出，形成大量气泡1. 汽蚀现象泵和压缩机泵和压缩机154高压：达高压：达3040MPa高频：达高频：达(23)105Hz温度：温度：200300度度电化学腐蚀：电化学腐蚀：氧等活泼气体作用氧等活泼气体作用 机械剥离：机械剥离：高频、高强水击高频、高强水击汽蚀现象汽蚀现象：汽泡形成、发展和破裂以及汽泡形成、发展和破裂以及材料受到破坏的全过程材料受到破坏的全过程。1. 汽蚀现象泵和压缩机泵和压缩机155汽泡形成和发展的影响因素

57、：汽泡形成和发展的影响因素：v 饱和蒸汽压：饱和蒸汽压：p pv vv 液流的速度：液流的速度：v vv 液体的密度：液体的密度：v 液体粘滞性：液体粘滞性：v 气体溶解量：气体溶解量：q q1. 汽蚀现象泵和压缩机泵和压缩机156汽蚀是汽蚀是水力机械所特有的现象水力机械所特有的现象，它带来许多严重后果。，它带来许多严重后果。 汽蚀使过流部件被剥蚀破坏；汽蚀使过流部件被剥蚀破坏； 汽蚀使泵的性能严重下降；汽蚀使泵的性能严重下降； 汽蚀使泵产生振动和噪音；汽蚀使泵产生振动和噪音；2. 汽蚀对泵工作的影响泵和压缩机泵和压缩机157汽蚀基本条件：汽蚀基本条件：pkpv问题的关键：问题的关键：pk的影

58、响因素的影响因素不发生汽蚀的前提：不发生汽蚀的前提：pkpv二、 汽蚀余量泵和压缩机泵和压缩机1581AgA SspgHghp泵正常吸入条件：泵正常吸入条件：需要克服的阻力需要克服的阻力kkss11pkpsp1减减 小小二、 汽蚀余量泵和压缩机泵和压缩机159必须必须pkpv要避免汽蚀：要避免汽蚀：ps-pv=富裕能头富裕能头首先应有首先应有：而且而且：pspvh汽蚀余量汽蚀余量二、 汽蚀余量泵和压缩机泵和压缩机160h汽蚀余量汽蚀余量净正吸上水头净正吸上水头NPSHNet Positive Suction Head有效汽蚀余量有效汽蚀余量ha必须汽蚀余量必须汽蚀余量hr二、 汽蚀余量泵和压缩

59、机泵和压缩机161有效汽蚀余量：液体在吸入法兰有效汽蚀余量：液体在吸入法兰处截面上所具有的推动和加速液处截面上所具有的推动和加速液体进入体进入叶道时高出汽化压力叶道时高出汽化压力的能的能头。头。 gpgcgphvssa22（1-75）能头能头m液柱；液柱；压力压力Pa；速度速度m/s显然显然：ha越大，越不容易发生汽蚀。1. 有效汽蚀余量泵和压缩机泵和压缩机162由伯努利方程由伯努利方程：22AAAcpgzgcgpss22AA截面截面ss 截面截面gcgpss22安装高度：注意定义，有可能是负值安装高度：注意定义，有可能是负值sAssshcpgz22sAAsAAhzzgcgp)(22sAglA

60、AhHgcgp221. 有效汽蚀余量泵和压缩机泵和压缩机163sAglAAsshHgcgpgcgp2222gpgcgphvssa22（1-75）sAglvAahHgpph （1-78）吸入液罐液吸入液罐液面压力能头面压力能头位差位差 流动损失流动损失汽蚀余量大小与泵吸入装置的参数（汽蚀余量大小与泵吸入装置的参数（H Hglgl、p pA A、h hA-sA-s、介质、介质、温度等温度等）有关，与泵本身无关，故称）有关，与泵本身无关，故称“泵装置有效汽蚀余泵装置有效汽蚀余量量” 1. 有效汽蚀余量泵和压缩机泵和压缩机164必需汽蚀余量：液流从入口（必需汽蚀余量：液流从入口（S截截面）到泵内压力最