泵,活塞,离心压缩机

1、 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器化工过程机器 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器第1章 泵 广东石油化工学院广东石油化工学院 化

2、工过程机器化工过程机器第第1 1章章 泵泵1.1 1.1 概述概述 1.2 1.2 离心泵的基本方程离心泵的基本方程1.3 1.3 有限叶片数及叶片离角对理论扬程的影响有限叶片数及叶片离角对理论扬程的影响1.4 1.4 泵汽蚀理论及计算泵汽蚀理论及计算1.5 1.5 相似理论在离心泵中的应用相似理论在离心泵中的应用1.6 1.6 液体性质对离心泵的影响与换算液体性质对离心泵的影响与换算1.7 1.7 离心泵的主要零部件离心泵的主要零部件1.8 1.8 其它类型泵其它类型泵1.9 1.9 泵的选用泵的选用 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器1.1 1.1 概述概述 泵是把

3、机械能转换成液体的能量，用来增压输送泵是把机械能转换成液体的能量，用来增压输送液体的机械。液体的机械。 机械能机械能 来自原动机：电动机、蒸汽透平来自原动机：电动机、蒸汽透平液体的能量液体的能量 位能、压能、动能位能、压能、动能 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器1.1 1.1 概述概述泵的分类：按泵的工作原理和结构形式，分为三类：泵的分类：按泵的工作原理和结构形式，分为三类：泵泵叶片泵（透平泵）叶片泵（透平泵）容积式泵容积式泵往复泵：活塞泵，柱塞泵，隔膜泵往复泵：活塞泵，柱塞泵，隔膜泵转子泵：齿轮泵，螺杆泵，滑片泵转子泵：齿轮泵，螺杆泵，滑片泵离心泵离心泵轴流泵轴流泵

4、混流泵混流泵旋涡泵旋涡泵 其他类型泵（流体作用泵）：其他类型泵（流体作用泵）：喷射泵，水锤泵，喷射泵，水锤泵，真空泵真空泵 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器叶片式泵叶片式泵 依靠泵内作高速旋转的叶轮将能量传依靠泵内作高速旋转的叶轮将能量传给液体，从而实现液体输送的机器。给液体，从而实现液体输送的机器。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器泵泵叶片泵（透平泵）叶片泵（透平泵）容积式泵容积式泵往复泵：活塞泵，柱塞泵，隔膜泵往复泵：活塞泵，柱塞泵，隔膜泵转子泵：齿轮泵，螺杆泵，滑片泵转子泵：齿轮泵，螺杆泵，滑片泵离心泵离心泵轴流泵轴流泵混流泵混流泵旋涡

5、泵旋涡泵 其他类型泵（流体作用泵）：其他类型泵（流体作用泵）：喷射泵，水锤泵，喷射泵，水锤泵，真空泵真空泵 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器容积式泵容积式泵 通过封闭而充满液体容积的周期性变通过封闭而充满液体容积的周期性变化，不连续地给液体施加能量。化，不连续地给液体施加能量。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器根据液根据液流流动流流动方向不方向不同，叶同，叶片泵分片泵分为离心为离心泵、轴泵、轴流泵和流泵和混流泵混流泵三种。三种。单级离心泵单级离心泵最通用的泵最通用的泵大流量，中等扬大

6、流量，中等扬程，检修方便程，检修方便泵扬程是各级扬程泵扬程是各级扬程之和，高达数百米之和，高达数百米中等扬程，大流中等扬程，大流量，结构简单量，结构简单扬程低，大流量扬程低，大流量轴流泵轴流泵多级离心泵多级离心泵导叶式混流泵导叶式混流泵扬程在扬程在1020m之之间，径向尺寸小间，径向尺寸小蜗壳式混流泵蜗壳式混流泵叶叶片片式式泵泵双吸离心泵双吸离心泵 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器离心泵的典型结构与工作原理离心泵的典型结构与工作原理离心泵的典型结构：离心泵的典型结构： 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器主要部件主要部件及作用及作用过流部件：吸液

7、室、叶轮、蜗壳（压液室）；过流部件：吸液室、叶轮、蜗壳（压液室）；密封部件：轴封装置、密封环；密封部件：轴封装置、密封环；其它部件：轴承箱、转轴。其它部件：轴承箱、转轴。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器离心泵的分类离心泵的分类（1）按流体吸入叶轮的方式分类按流体吸入叶轮的方式分类 单吸式泵：结构简单，广泛应用。单吸式泵：结构简单，广泛应用。双吸式泵：轴向力平衡好，流量增加一倍。双吸式泵：轴向力平衡好，流量增加一倍。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（2）按级数分类）按级数分类单级泵单级泵: 扬程低，结构简单，使用广泛。扬程低，结构简单，使用

8、广泛。多级泵：扬程高，结构复杂。多级泵：扬程高，结构复杂。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（3）按泵）按泵体形式分类体形式分类蜗壳泵：壳体呈螺旋形状。蜗壳泵：壳体呈螺旋形状。筒形泵：外壳呈筒结构，能承受高压。筒形泵：外壳呈筒结构，能承受高压。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（4）其他结构形式）其他结构形式高速部分流泵，屏蔽泵等。高速部分流泵，屏蔽泵等。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数（1）扬程 H H 扬程是单位重量液体从泵进口（泵进口法兰）处到泵出口扬程是单位重量液体从

9、泵进口（泵进口法兰）处到泵出口（泵出口法兰）处能量的增值，也就是（泵出口法兰）处能量的增值，也就是1N液体通过泵获得的有液体通过泵获得的有效能量。效能量。单位：单位： m 扬程亦称有效能量头。扬程亦称有效能量头。mNmN 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器化工原理化工原理流体能量衡算流体能量衡算 位能：位能：流体因受重力作用，在不同的高度处具有流体因受重力作用，在不同的高度处具有不同的位能。质量为不同的位能。质量为m 的流体自基准水平面升举到的流体自基准水平面升举到高度高度 Z 做的功：做的功： 流体总能量内能机械能流体总能量内能机械能 内能位能动能静压能内能位能动能静

10、压能mgZ位能 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器动能：动能：流体以一定的速度运动时，便具有一定的动流体以一定的速度运动时，便具有一定的动能。质量为能。质量为m 流速流速为为c 的流体具有的动能：的流体具有的动能：2c21m动能静压能（压强能）：静压能（压强能）：流体内部任何一处都有一定的流体内部任何一处都有一定的静压强。质量为静压强。质量为m 、体积为、体积为V 的流体流经某一截面的流体流经某一截面（截面积为（截面积为A ），流体带入系统的静压能：），流体带入系统的静压能：mppVAVpA静压能 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器总机械能：总机

11、械能：mpmmgZE2c21 静压能动能位能机械能单位重量流体的总机械能：单位重量流体的总机械能：gpgcZE22 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器gppgccZ）gpgc（Z）gpgc（ZEEHsdsdsssdddsd2 2 2 2222扬程 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器hh水力损失：冲击损失、水力损失：冲击损失、 摩擦阻力损失、局部阻力损失摩擦阻力损失、局部阻力损失泵的做功元件（叶轮）对流经的单位重量的液体所做的功。泵的做功元件（叶轮）对流经的单位重量的液体所做的功。理论扬程：理论扬程：hthHH 广东石油化工学院广东石油化工学院 化

12、工过程机器化工过程机器水力损失：水力损失：产生原因与组成：产生原因与组成： 沿程摩擦损失沿程摩擦损失 液体与固体壁面及液体内部的摩液体与固体壁面及液体内部的摩擦引起的能量损失。擦引起的能量损失。 局部阻力损失局部阻力损失 流道截面形状及大小变化，使液流道截面形状及大小变化，使液体产生旋涡引起能量损失。体产生旋涡引起能量损失。 冲击损失冲击损失 流量偏离设计工况，液体进入叶轮的相流量偏离设计工况，液体进入叶轮的相对速度方向不与叶型线相切，产生冲击和旋涡，造成对速度方向不与叶型线相切，产生冲击和旋涡，造成能量损失。能量损失。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器水力损失：水力

13、损失：影响因素：影响因素： 结构、流体性质结构、流体性质改善措施：改善措施： 流道变化平缓，避免死角和突变；流道变化平缓，避免死角和突变； 提高流道的加工精度；提高流道的加工精度； 设计流量附近工作。设计流量附近工作。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数（2）流量 Q Q（G G）流量是泵在单位时间内输送出去的液体量。用流量是泵在单位时间内输送出去的液体量。用Q表示容积流量，表示容积流量，单位是单位是m3/s，用，用G表示质量流量，单位是表示质量流量，单位是kg/s。QG 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器

14、理论流量：理论流量： 单位时间内流入泵做功元件内的液量。单位时间内流入泵做功元件内的液量。QtQ+qq单位时间内泵容积流量的泄漏量（外部泄单位时间内泵容积流量的泄漏量（外部泄漏，内部泄漏）漏，内部泄漏） 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器容积损失：容积损失：产生原因：产生原因：内泄漏内泄漏 叶轮与泵壳的缝隙，平叶轮与泵壳的缝隙，平衡孔漏入入口低压处。衡孔漏入入口低压处。外泄漏外泄漏 轴端密封处漏出泵外。轴端密封处漏出泵外。改善措施：改善措施：改善口环密封结构、材料、间隙；改善口环密封结构、材料、间隙；性能好的密封装置；性能好的密封装置；影响因素：影响因素：结构、流量、压

15、差、扬程结构、流量、压差、扬程 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（3 3）功率）功率有效功率：有效功率：N NekWgQHNe1000kWHgQNtti1000单位时间内泵排出口流出的液体从泵获得的能量。单位时间内泵排出口流出的液体从泵获得的能量。 水力功率（内功率）：水力功率（内功率）：N Ni单位时间内做功部件所给出的能量。单位时间内做功部件所给出的能量。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器轴功率：轴功率：N NkWNNNmi通常指输入功率，即单位时间原动机传递给泵轴的功，用通常指输入功率，即单位时间原动机传递给泵轴的功，用N N表表示，单

16、位是示，单位是W W或或kWkW。Nm 机械损失功率：外部机械摩擦损失功率、轮阻损失功率。机械损失功率：外部机械摩擦损失功率、轮阻损失功率。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器机械损失：机械损失：产生原因：产生原因： 泵轴与轴承、密封装置的摩擦损失；泵轴与轴承、密封装置的摩擦损失； 叶轮前后盖板外表面与液体之间的摩擦损失。叶轮前后盖板外表面与液体之间的摩擦损失。影响因素：影响因素： 叶轮前后盖板外表面形状及粗糙度、泵壳的形叶轮前后盖板外表面形状及粗糙度、泵壳的形状、液体粘度。状、液体粘度。 轴承、密封结构及润滑。轴承、密封结构及润滑。 广东石油化工学院广东石油化工学院

17、化工过程机器化工过程机器机械损失：机械损失：改善措施：改善措施： 减小叶轮前后盖板外表面粗糙度；减小叶轮前后盖板外表面粗糙度； 合理设置泵壳与叶轮外表面形成的间隙的形状合理设置泵壳与叶轮外表面形成的间隙的形状及尺寸；及尺寸； 合理选择轴承、及密封的结构形状。合理选择轴承、及密封的结构形状。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（4 4）效率）效率反映了泵中能量损失的程度反映了泵中能量损失的程度。容积效率：容积效率：v用来衡量泄漏量的大小，也即密封好坏的指标。用来衡量泄漏量的大小，也即密封好坏的指标。)()(理论容积流量容积流量tvQQ 广东石油化工学院广东石油化工学院 化

18、工过程机器化工过程机器水力效率：水力效率：h用来衡量液体流经泵时水力损失大小的指标。用来衡量液体流经泵时水力损失大小的指标。)()(理论扬程扬程thHH 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器机械效率：机械效率：m用来衡量泵运动部件之间的摩擦损失及轮阻损失大小的指标。用来衡量泵运动部件之间的摩擦损失及轮阻损失大小的指标。)()(轴功率水力功率NNim 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器总效率：总效率：用以衡量泵经济性的指标。用以衡量泵经济性的指标。mvhttiiieeNQHg NQHgNNNNNN )()(轴功率有效功率水力效率水力效率h容积效率容积

19、效率v机械效率机械效率m 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（5 5）汽蚀余量）汽蚀余量表示泵汽蚀性能的参数。表示泵汽蚀性能的参数。 允许汽蚀余量允许汽蚀余量NPSHNPSH；允许吸上真空；允许吸上真空度度(Hs)a(Hs)a泵汽蚀的理论和计算泵汽蚀的理论和计算1.41.4（6 6）转速）转速离心泵每分钟旋转的速度，用离心泵每分钟旋转的速度，用n表示，单位表示，单位r/min 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器n例题1-1 某B型离心泵，其吸入管口径吸入管口径 为0.1m，排出管口径排出管口径 为0.075m，流量流量 为0.025m3/s，出口

20、出口压力表压力表 读数为 0.33MPa（表压），进口真空表进口真空表 读数为0.04MPa，两表位差位差 为0.8mH2O，电机功率电机功率为12.5kw，电机效率电机效率 为0.95，泵与电机直联，输送介质为水，问此泵的扬程扬程为多少？泵的有效有效功率功率为多少？轴功率轴功率为多少？效率效率为多少？ 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器n已知：已知：Ds = 0.1m， Dd = 0.075m，Ps =（0.10.04）MPa，Pd =（0.330.1）MPa，Q = 0.025m3s，Z = 0.8mH2O，N= 12.5kw，= 0.95 广东石油化工学院广东石油

21、化工学院 化工过程机器化工过程机器OmHgscdcgspdpZH2163.408 . 922)21 . 04025. 0(2)2075. 04025. 0(3108 . 9510)6 . 03 . 4(8 . 0222kWgHQeN84. 91000025. 0163.408 . 93101000kWNN875.1195. 05 .12%86.82875.1184. 9NeN 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器离心泵的型号标志离心泵的型号标志 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器型式代号型式代号泵泵 的的 名名 称称型式代号型式代号泵泵 的的 名名

22、 称称ISISO国际标准型单级单吸离心泵S或Sh单级双吸式离心泵B或BA单级单吸悬臂式离心清水泵DS多级分段式首级为双吸叶轮D或DA多级分段式离心泵KD中开式多级离心泵DL多级立式筒形离心泵KDS多级中开式离心泵首级为双吸叶轮Y离心式油泵Z自吸式离心泵YG离心式管道油泵FY耐腐蚀液下式离心泵YT筒式油泵W一般旋涡泵P屏蔽式离心泵NB卧式凝结水泵QJ井用潜水泵NL立式凝结水泵PS沙泵NQ农用潜水电泵PH灰渣泵NDL低扬程立式泥浆泵F耐腐蚀系ND高扬程卧式泥浆泵IH单级单吸耐腐蚀离心泵NDJF低扬程卧式耐腐蚀衬胶泥浆泵JC长轴离心深井泵WGF高扬程卧式耐腐蚀污水泵WX旋涡离心泵WDL低扬程立式污水

23、泵 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器150S50A 150D305 IS80-65-160 入口法兰直径150mm，单级双吸离心泵，扬程50mH2O，第一次切割入口法兰直径150mm ，分段式多级离心泵，单级扬程30mH2O，级数5单级单吸清水泵，入口法兰直径80mm，出口法兰直径65mm，叶轮直径160mm 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器1.2 1.2 离心泵的基本方程离心泵的基本方程1.2.1 1.2.1 液体在离心泵叶轮中的流动液体在离心泵叶轮中的流动流动较为复杂，为便于研究，先作如下假设：流动较为复杂，为便于研究，先作如下假设：液体

24、为理想液体即无粘性且为稳定流动；液体为理想液体即无粘性且为稳定流动；假如叶轮中叶片数无限多，且叶片的厚度忽略不计，液体流假如叶轮中叶片数无限多，且叶片的厚度忽略不计，液体流经叶道时紧紧地受到叶片的约束，严格按叶形流动，且在同一经叶道时紧紧地受到叶片的约束，严格按叶形流动，且在同一半径上，液体沿叶形流动的相对速度大小和方向均相同。半径上，液体沿叶形流动的相对速度大小和方向均相同。 所以，对于叶片无限多的理想叶轮，液体流过叶轮时的复所以，对于叶片无限多的理想叶轮，液体流过叶轮时的复杂运动，便可以由叶轮的旋转运动（牵连运动）和与叶片形状杂运动，便可以由叶轮的旋转运动（牵连运动）和与叶片形状一致的相对

25、运动来合成一致的相对运动来合成 。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器液体在叶轮中的流动的绝对运动分解为对于动坐标的相对运液体在叶轮中的流动的绝对运动分解为对于动坐标的相对运动和该动座标相对于静止坐标的牵连运动。动和该动座标相对于静止坐标的牵连运动。所以，对于叶片无限多的理想叶轮，液体流过叶轮时的复杂所以，对于叶片无限多的理想叶轮，液体流过叶轮时的复杂运动，便可以由叶轮的旋转运动（牵连运动）和与叶片形状一运动，便可以由叶轮的旋转运动（牵连运动）和与叶片形状一致的相对运动来合成致的相对运动来合成 。相对速度：液体沿叶形流动的速度；用相对速度：液体沿叶形流动的速度；用w表示

26、。表示。牵连速度：叶轮旋转的速度，用牵连速度：叶轮旋转的速度，用u表示。表示。绝对速度：两个速度的合成，用绝对速度：两个速度的合成，用c表示。表示。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器1.2.2 1.2.2 液体在液体在叶轮中叶轮中流动时流动时的速度的速度三角形三角形速度三角形如图示：三个速度构成了速度速度三角形如图示：三个速度构成了速度，表示表示c c与与u u之间的夹角，之间的夹角，表示表示w w与与u u反方向延长线反方向延长线之间的夹角，之间的夹角，称为流动角，其大小与叶轮称为流动角，其大小与叶轮的结构有的结构有关关。根据余弦定理，则：。根据余弦定理，则： co

27、s2222cuucw 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器1.2.2 1.2.2 液体在液体在叶轮中叶轮中流动时流动时的速度的速度三角形三角形 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器nu、Cu、Cr可确定速度三角形可确定速度三角形吸液室为轴向收缩管状的吸液室为轴向收缩管状的Cu10入口速度三角形入口速度三角形出口速度三角形出口速度三角形 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器DbQctr绝对速度的周向分速绝对速度的周向分速-绝对速度的径向分速绝对速度的径向分速-rcuc叶片阻塞系数叶片阻塞系数(考虑叶片厚度考虑叶片厚度使叶轮流体面积

28、减小的系数使叶轮流体面积减小的系数)DzDAsin/260DDnu速度三角形底边速度三角形底边uD直径n转速Qt流量b轴面流道宽度z叶片数A叶片的安置角(出口的A2称为叶片离角) 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 流体在泵体内流动遵循连续性方程、伯努力方程、流体在泵体内流动遵循连续性方程、伯努力方程、欧拉方程。欧拉方程。欧拉方程表示为旋转叶轮传递给单位重量液体的能欧拉方程表示为旋转叶轮传递给单位重量液体的能量，亦称理论扬程。该方程的数学表达式为量，亦称理论扬程。该方程的数学表达式为mgcucuHuut1122

29、gccgwwguuHt222212222212122或或1.2.3 1.2.3 欧拉方程欧拉方程叶片无限多时叶片无限多时的理论扬程的理论扬程 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器欧拉方程是用来计算原动机通过轴和叶轮将机械能转欧拉方程是用来计算原动机通过轴和叶轮将机械能转换给流体的能量，称为叶轮机械的基本方程。由流体换给流体的能量，称为叶轮机械的基本方程。由流体力学的动量矩定理导出。力学的动量矩定理导出。理论力学中的质点系动量矩定理：质点系对某轴的理论力学中的质点系动量矩定理：质点系对某轴的动量矩对时间的导数，等于外力对同轴的矩。动量矩对时间的导数，等于外力对同轴的矩。 E

30、OOMdtdK*推导：推导： 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器质点对固定点的动量矩：质点对固定点的动量矩： 设质点设质点M M的质量为的质量为m,m,某瞬时的速度为某瞬时的速度为v v，质点相对，质点相对于固定点于固定点O O的矢径的矢径（由定点（由定点O O画到动点画到动点M M的有向线段的有向线段, ,称称为动点为动点M M的矢径）的矢径）为为r r，质点对固定点的动量矩定义为，质点对固定点的动量矩定义为: :质点质点M M的动量对于的动量对于O O点的矩，称为质点对于点的矩，称为质点对于O O点的动量矩，点的动量矩，即：即： mvrLo 广东石油化工学院广东石油

31、化工学院 化工过程机器化工过程机器在在dt时间内流过叶轮的液流动量矩变化：时间内流过叶轮的液流动量矩变化： 因此作用在液流上诸外力对因此作用在液流上诸外力对 O O轴的力矩是：轴的力矩是： )22(1122uutOcDcDdtQdK)22(1122uutOOcDcDQdtdKM 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器此力矩就是叶片推动液流时转轴所受的力矩，即在流此力矩就是叶片推动液流时转轴所受的力矩，即在流量为量为Q Qt t时转轴的作功力矩。由此力矩可计算出时转轴的作功力矩。由此力矩可计算出单位时单位时间内叶轮所作的功（泵的水力功率）间内叶轮所作的功（泵的水力功率）,即：

32、即： 由：由： kW )(1000 )22(10001000112211220uutuuticucugQcDcDgQgMNgcucuHuut1122kWQgHNtti 1000得：得： 欧拉方程式欧拉方程式 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器2222222222222222cos2ucucucucuw)(2122222222wcucuu1121211112121212cos2ucucucucuw)(2121212111wcucuugccgwwguugcucuHuut222 2122222121221122有：有：欧拉第二方程式欧拉第二方程式 广东石油化工学院广东石油化工

33、学院 化工过程机器化工过程机器gccgwwguuHt222212222212122Hp（静压头）（静压头） Hd(动压头动压头) 离心力的作用下离心力的作用下叶轮旋转所增加叶轮旋转所增加的静压头的静压头 叶片间通道面积逐渐加叶片间通道面积逐渐加大使液体的相对速度减大使液体的相对速度减少所增加的静压头少所增加的静压头 液体流经叶轮后所增加的动液体流经叶轮后所增加的动压头（在蜗壳中其中一部分压头（在蜗壳中其中一部分将转变为静压能）将转变为静压能）Hp用于克服装置中的流阻、用于克服装置中的流阻、液位差和反压。要求液位差和反压。要求Hp大于大于这三者之和。这三者之和。Hd表现为液流的绝对速度增加。表现

34、为液流的绝对速度增加。要求要求Hd不宜过大，因为不宜过大，因为Hd大大流阻大。流阻大。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器对欧拉方程式的分析对欧拉方程式的分析在离心泵设计中，为提高理论压头，一般使在离心泵设计中，为提高理论压头，一般使190 （液体径向进入叶片间通道），（液体径向进入叶片间通道），cos10，则，则cu1=0gcucuHuut1122gcuHut22 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 H Htt与转速与转速n n有关：有关：n n H Ht t ；反之相反；反之相反； H Htt与与D D 有关有关, ,即与叶轮的直径有关，增大

35、叶轮直即与叶轮的直径有关，增大叶轮直径，扬程增加；径，扬程增加；gcuHut22 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 H Htt与与2 2有关有关, ,即与叶片型式有关；即与叶片型式有关；2）后弯叶片（叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相反） 1）径向叶片3）前弯叶片 gcuHut22 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器噪音小、效率高、工作平稳、不会过载。噪音小、效率高、工作平稳、不会过载。对叶片出口角对叶片出口角2的讨论：的讨论： 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器理论扬程的大小与叶轮进出口速度三角形的理论扬程的大小与叶轮进出口

36、速度三角形的形状有关，与输送介质的性质无关，由叶轮的形状有关，与输送介质的性质无关，由叶轮的形状尺寸、工作转速、流量所决定。形状尺寸、工作转速、流量所决定。但各种液体密度不同，泵出口的压力是不一但各种液体密度不同，泵出口的压力是不一样的。样的。gcucuHuut1122 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器欧拉方程的物理意义：欧拉方程的物理意义：欧拉方程指出的是叶轮与流体之间的能量转换关系，欧拉方程指出的是叶轮与流体之间的能量转换关系，它遵循能量转换与守恒定律；它遵循能量转换与守恒定律；只要知道叶轮进出口的流体速度，即可计算出单位重只要知道叶轮进出口的流体速度，即可计算出

37、单位重量流体与叶轮之间机械能转换的大小、而不管叶轮内量流体与叶轮之间机械能转换的大小、而不管叶轮内部的流动情况；部的流动情况；该方程适用于任何气体或液体，既适用于叶轮式的泵，该方程适用于任何气体或液体，既适用于叶轮式的泵，也适用于叶轮式的压缩机；也适用于叶轮式的压缩机；推而广之只需将等式右边各项的进出口符号调换一下，推而广之只需将等式右边各项的进出口符号调换一下，亦适用于叶轮式的原动机如汽轮机、燃气轮机等。亦适用于叶轮式的原动机如汽轮机、燃气轮机等。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器n例题例题1-2 设一离心泵叶轮尺寸设一离心泵叶轮尺寸b1=3.5cm，b2=1.9c

38、m，D1=17.8cm，D2=38.1cm,A1=18，A2=20，n=1450r/min， 轴向收缩吸液室，轴向收缩吸液室，求求Qt及此流量下的及此流量下的Ht。（已知。（已知1=2=0.9 ）入口速度三角形入口速度三角形出口速度三角形出口速度三角形 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器n解：解： u1=D1n/60=13.5m/s 由无限叶片进口速度三角形知：由无限叶片进口速度三角形知： cu1=0 cr1=u1tgA1=13.5tg18=4.39 m/s Qt=D1b11 cr1 0.1780.0350.94.39 =0.0773 m3/s 广东石油化工学院广东石油

39、化工学院 化工过程机器化工过程机器smnDu/93.28601450381. 06022smctgctgbDQucAtu/55.18 209 . 0019. 0381. 00773. 093.28 222222由无限叶片出口速度三角形：由无限叶片出口速度三角形：OmHgcuHut222 76.54 8 . 9/55.1893.28 / 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器1.3 1.3 有限叶片数及叶片离角有限叶片数及叶片离角A2A2对理论扬程的影响对理论扬程的影响1.3.1 1.3.1 液体在叶片数目有限时的实际叶轮中的流动液体在叶片数目有限时的实际叶轮中的流动在实际的

40、离心泵叶轮在实际的离心泵叶轮中，叶片数目是有限中，叶片数目是有限的，且叶片间的流道的，且叶片间的流道较宽，叶道中液流的较宽，叶道中液流的惯性力还会起一定作惯性力还会起一定作用，使之产生附加的用，使之产生附加的相对运动相对运动与叶轮与叶轮转向相反的轴向旋涡。转向相反的轴向旋涡。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器在叶片数有限的叶在叶片数有限的叶轮中，液体的相对运轮中，液体的相对运动可以看成是由跟叶动可以看成是由跟叶片形状完全一致的均片形状完全一致的均匀相对运动和因惯性匀相对运动和因惯性力而产生的附加轴向力而产生的附加轴向漩涡运动叠加而成。漩涡运动叠加而成。叠加的结果，使得

41、叠加的结果，使得在同一个圆周上，液在同一个圆周上，液体流过实际叶轮时相体流过实际叶轮时相对速度的大小不一样。对速度的大小不一样。在叶片工作面一侧相在叶片工作面一侧相对速度小，在叶片的对速度小，在叶片的背面（非工作面）相背面（非工作面）相对速度大对速度大。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器1.3.21.3.2有限叶片数对液道进出口速度三角形的影响有限叶片数对液道进出口速度三角形的影响在叶轮出口处，由于轴向漩在叶轮出口处，由于轴向漩涡产生的附加相对速度方向涡产生的附加相对速度方向同叶轮的周速方向相反，故同叶轮的周速方向相反，故在叶道出口处由在叶道出口处由wu与与wu2叠叠

42、加成液流相对速度加成液流相对速度w2 ，它的，它的方向与该处的叶片安置方向方向与该处的叶片安置方向不一致，即不一致，即2A2并且是偏向并且是偏向叶轮转动的相反方向叶轮转动的相反方向2A2 。附加相对速度对附加相对速度对出口出口速度三角形的影响速度三角形的影响 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器在叶片数目有限的叶轮中，在叶片数目有限的叶轮中，由于惯性作用，使液体流出由于惯性作用，使液体流出叶轮时表现出旋转不足。反叶轮时表现出旋转不足。反映在出口速度三角形上便是映在出口速度三角形上便是cu2cu2。从图还可看出，。从图还可看出，这个旋转不足的量这个旋转不足的量 cu2 cu

43、2 cu2 wu2完全是由完全是由于轴向漩涡产生的。于轴向漩涡产生的。附加相对速度对附加相对速度对出口出口速度三角形的影响速度三角形的影响 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器附加相对速度对出口速度三角形的影响附加相对速度对出口速度三角形的影响 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器于叶道进口处叶片间流道较窄，能让惯性起作用的余地很少，于叶道进口处叶片间流道较窄，能让惯性起作用的余地很少，一般可以认为一般可以认为wu10。即叶片数目有限对液道进口处的速度。即叶片数目有限对液道进口处的速度三角形影响很小，通常可以不考虑三角形影响很小，通常可以不考虑 。附

44、加相对速度对附加相对速度对入口入口速度三角形的影响速度三角形的影响 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器实际叶轮理论扬程：实际叶轮理论扬程：ttHH环流系数（又称周速纠正系数），用以考虑叶片环流系数（又称周速纠正系数），用以考虑叶片 数有限对理论扬程的影响数有限对理论扬程的影响 22uuttccHH与叶片数与叶片数z、叶片离角、叶片离角A2、叶轮形状尺寸、叶轮形状尺寸D1/D2等参数有等参数有关关 叶片有限的实际叶轮：叶片有限的实际叶轮：gcuHut221.3.3 1.3.3 有限叶片数对理论扬程有限叶片数对理论扬程H Ht t的影响的影响 广东石油化工学院广东石油化工学

45、院 化工过程机器化工过程机器gcucuHuut1122欧拉方程欧拉方程进液无预旋时：进液无预旋时：cu10 则：则：gcuHut222222Aructgcuc2222bDQctr代入代入及及得：得：)60(60222222bDctgQnDgnDHAtt1.3.4 1.3.4 叶片离角叶片离角A2A2对理论扬程的影响对理论扬程的影响A2A2增加时，增加时，H Htt也增加。也增加。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器A2A2增加时，增加时，H Htt也增加。也增加。A290时：时：Hd1/2Ht 径向叶片；径向叶片；A290时：时：1/2 后弯叶片；后弯叶片；A290时：

46、时：1/2 前弯叶片前弯叶片gccgwwguuHT222212222212122Hp（静压头）（静压头） Hd(动压头动压头) 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器A290时：时：Hd1/2Ht 径向叶片；径向叶片；A290时：时：1/2 后弯叶片；后弯叶片；A290时：时：1/2 前弯叶片前弯叶片2221ucHHutp反作用度：反作用度：反映静扬程在理论扬程中所占的比例反映静扬程在理论扬程中所占的比例 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器希望离心泵使液体获得的静扬程在理论扬程中希望离心泵使液体获得的静扬程在理论扬程中占有比例较大，即希望有较大的占有

47、比例较大，即希望有较大的；希望动扬程较小，则流动损失小，泵效率高。希望动扬程较小，则流动损失小，泵效率高。多采用的多采用的A290的后弯叶片。通常的后弯叶片。通常A2 15 40 ，石化用泵通常，石化用泵通常A2 25 30 。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器1.3.5 1.3.5 离心泵的性能曲线离心泵的性能曲线H- Q特性曲线是选择和使用特性曲线是选择和使用泵的主要依据，一般有泵的主要依据，一般有“陡陡降降”、“平坦平坦”“”“驼峰驼峰”三三种形状。种形状。N-Q曲线是合理选择原动机曲线是合理选择原动机功率和操作启动泵的依据。功率和操作启动泵的依据。-Q曲线是检

48、查泵工作经济曲线是检查泵工作经济性的依据。泵最高效率以下性的依据。泵最高效率以下58%（一般取（一般取7%）范围内）范围内所对应的工况为高效工作区。所对应的工况为高效工作区。NPSHr-Q曲线是检查泵工作曲线是检查泵工作是否发生汽蚀的依据。是否发生汽蚀的依据。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 HtQt关系式，关系式， Ht和和Qt呈直线关系。当泵呈直线关系。当泵与转速一定时，对后弯叶轮（与转速一定时，对后弯叶轮（A290），）， HtQt为向下的直线，为向下的直线， Qt增大，对应的增大，对应的Ht减小，当减小，当Qt =0时，泵的理论扬程最大，即：时，泵的理论扬程

49、最大，即：1.3.6 1.3.6 泵特性曲线的理论分析泵特性曲线的理论分析tAtQgbnctgnDgH2222260)60(1gunDgHt2222max)60(1叶片数无限时扬程与流量的关系：叶片数无限时扬程与流量的关系： 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器hthHH叶片数有限时对理论扬程的修正：叶片数有限时对理论扬程的修正： 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 欲使离心泵获得较大的扬程，可取较大的欲使离心泵获得较大的扬程，可取较大的n 、D2、A2，htAhththQgbnctgnDghHhHH2222260)60(1 广东石油化工学院广东石

50、油化工学院 化工过程机器化工过程机器 HQ曲线因叶轮、蜗壳与导叶的流道尺寸、形曲线因叶轮、蜗壳与导叶的流道尺寸、形状和叶片数的不同有三种形状状和叶片数的不同有三种形状 ：H-Q曲线的各种形状曲线的各种形状 为单调下降形扬程，用以输为单调下降形扬程，用以输送易于堵塞管路的液体介质送易于堵塞管路的液体介质为平坦形扬程，对流量不敏感为平坦形扬程，对流量不敏感为驼峰形，易产生不稳定工况为驼峰形，易产生不稳定工况 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器离心泵的轴功率与流量（离心泵的轴功率与流量（NQ）曲线）曲线 ：tAtQgbnctgnDgH2222260)60(160)60(110

51、00100022222tAtttiQgbnctgnDgQgQHgN 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器离心泵的轴功率与流量（离心泵的轴功率与流量（NQ）曲线）曲线 ：miNNN机械损失功率机械损失功率容积损失容积损失 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 泵的轴功率与泵的理论扬程、理论流量及泵的轴功率与泵的理论扬程、理论流量及机械损失、容积损失及液体性质有关机械损失、容积损失及液体性质有关 。 一般离心泵性能曲线图中的一般离心泵性能曲线图中的NQ曲线，如曲线，如不特别说明，则是指输送不特别说明，则是指输送 20的水时的功率。的水时的功率。 由于泵的

52、功率与所输送液体的密度成正比，由于泵的功率与所输送液体的密度成正比，因此当被输送液体的密度与因此当被输送液体的密度与 20的水不相同时，的水不相同时，原图中读出的功率应加以换算。原图中读出的功率应加以换算。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器离心泵的效率与流量（离心泵的效率与流量（Q）曲线）曲线 ：1000gHQNe/NNe性能曲线很性能曲线很难精确求得难精确求得（损耗难以（损耗难以计算），因计算），因此靠实际测此靠实际测量。量。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器1.3.7 1.3.7 离心泵的管路特性曲线离心泵的管路特性曲线对对AA截面及截面

53、及BB截面列伯截面列伯努利方程努利方程 ：ABfABABABhgccZgppL222ABABsZgppL静扬程：静扬程：gQLLABs22AB管路系统管路系统A、B截面间的阻截面间的阻力系数，它与管子截面形状、大小力系数，它与管子截面形状、大小及管长、管内流动情况、阀门开启及管长、管内流动情况、阀门开启度有关度有关 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器管路特性曲线管路特性曲线如果改变泵出口阀的如果改变泵出口阀的开启度，则开启度，则AB变化，变化，开度越大开度越大AB越小，越小，曲线变平坦，从图中曲线变平坦，从图中的的变为变为曲线。如曲线。如果改变果改变A、B液位的高液位的

54、高度，则度，则LQ曲线平移，曲线平移，如果液位差增加，则如果液位差增加，则曲线由曲线由变为变为 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器运转工况点：运转工况点：当泵安装在管路中运行时，通过泵的流量必定与管路系统内的当泵安装在管路中运行时，通过泵的流量必定与管路系统内的流量相同，泵的扬程与管路所需的能量也应相同，即流量相同，泵的扬程与管路所需的能量也应相同，即H=L。泵特性曲线泵特性曲线HQ与装置特与装置特性曲线性曲线LQ的交点。的交点。1.3.8 1.3.8 离心泵的工作点离心泵的工作点在在 B点工作，则点工作，则 HBLB，泵提供的，泵提供的扬程有富裕，势必使液体加速，流量

55、扬程有富裕，势必使液体加速，流量增加至增加至F点才稳定下来。点才稳定下来。在在A点工作，点工作，HALA，管路需要的，管路需要的能量大于泵提供的扬程，管内流速下能量大于泵提供的扬程，管内流速下降，流量下降至降，流量下降至F点才稳定下来。点才稳定下来。工作点在工作点在F点运行时稳定不变，则此点运行时稳定不变，则此时的工况称时的工况称稳定工况点稳定工况点，离心泵的工作点应尽量是高效点或离心泵的工作点应尽量是高效点或设计流量点，这样最经济设计流量点，这样最经济 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 泵不稳定工作的产生泵不稳定工作的产生条件：条件： 泵具有驼峰状的性能泵具有驼峰状

56、的性能曲线曲线 HQ斜率大于斜率大于LQ的斜率的斜率不稳定工况点不稳定工况点dQdLdQdH稳定性判别式：稳定性判别式： 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 泵不稳定工作的产生泵不稳定工作的产生条件：条件： 管路中有自由升降的管路中有自由升降的液面或其他能储存和液面或其他能储存和释放能量的部分释放能量的部分泵不稳定工作的危害：泵和管路系统产生水击、振动和噪音。泵不稳定工作的危害：泵和管路系统产生水击、振动和噪音。不稳定工况点不稳定工况点有自由升降液面的不稳定工况有自由升降液面的不稳定工况 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器流量满足流量满足QI+I

57、I=QI=QII扬程满足扬程满足HIIIHIHII，两台泵串联时，泵的性能不能两台泵串联时，泵的性能不能相差太大，否则效率会降低，相差太大，否则效率会降低，通常采用两台相同的泵串连。通常采用两台相同的泵串连。两台泵串联工作后，第两台泵串联工作后，第II台泵台泵的压力增高，应注意校核轴封的压力增高，应注意校核轴封及壳体强度的可靠性。及壳体强度的可靠性。串联串联两性能不同的泵串联两性能不同的泵串联1.3.9 1.3.9 离心泵的串并联离心泵的串并联HIIIQIII曲线是根据同一流量下曲线是根据同一流量下I、II两台泵相应扬程迭加所得两台泵相应扬程迭加所得 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程

58、机器化工过程机器联合工作的流量、扬程曲线联合工作的流量、扬程曲线HI+IIQI+II是同一扬程下两泵是同一扬程下两泵流量相加得到的流量相加得到的工作点两泵的扬程相等，即工作点两泵的扬程相等，即HI=HII=HI+II工作点流量满足工作点流量满足QI+II=QI+QII，即泵并联运行按扬程相等原则即泵并联运行按扬程相等原则分配流量。分配流量。并联并联两性能不同的泵并联两性能不同的泵并联1.3.9 1.3.9 离心泵的串并联离心泵的串并联两台泵单独工作时的流量两台泵单独工作时的流量 QI、QII之和要大于并联后的流量之和要大于并联后的流量QI+II，表示因管路阻力使，表示因管路阻力使并联后的流量小

59、于两泵单独运行时的流量之和，一般希望两台扬程相差不大的泵并并联后的流量小于两泵单独运行时的流量之和，一般希望两台扬程相差不大的泵并联，否则效果不好联，否则效果不好 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器管路特性曲线较平坦管路特性曲线较平坦， L1，并联工作点为并联工作点为 1，串联工作点，串联工作点为为 l，并联工作时的流量、扬，并联工作时的流量、扬程比串联时的要大，故管路程比串联时的要大，故管路特性曲线较平坦时宜用特性曲线较平坦时宜用并联并联来提高扬程及流量。来提高扬程及流量。当管路特性曲线较陡时当管路特性曲线较陡时，L3，串联的工作点为串联的工作点为2，并联的工，并联的

60、工作点为作点为2，此时串联的流量、，此时串联的流量、扬程都高于并联的流量、扬扬程都高于并联的流量、扬程，宜用程，宜用串联串联来提高流、扬来提高流、扬程。程。1.3.9 1.3.9 离心泵的串并联离心泵的串并联应根据管路特性曲线的情况来选择泵的串、并联工作应根据管路特性曲线的情况来选择泵的串、并联工作 串串并并 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器离心泵离心泵（1）改变工况点的三种途径）改变工况点的三种途径 泵的运行工况点是泵特性曲泵的运行工况点是泵特性曲线和装置特性曲线的交点，改变线和装置特性曲线的交点，改变工况点有三种途径：工况点有三种途径：a. 改变泵的特性曲线；改变