第10讲离心泵(之一)

1、第第10讲讲 第第2章章 流体输送机械流体输送机械 教学难点：离心泵安装高度的确定。教学难点：离心泵安装高度的确定。 教学内容：教学内容： 2.1 2.1 离心泵离心泵 教学目的：掌握离心泵的构造、操作原理、主要性能教学目的：掌握离心泵的构造、操作原理、主要性能 参数及特性曲线；确定离心泵的安装高度。参数及特性曲线；确定离心泵的安装高度。 教学重点：教学重点：1 1、离心泵的操作原理、离心泵的操作原理； 2 2、离心泵的主要性能参数。、离心泵的主要性能参数。 3 3、离心泵的允许安装高度。、离心泵的允许安装高度。 输送液体的机械通称为泵，输送气体的机械通称为风机输送液体的机械通称为泵，输送气体

2、的机械通称为风机 或压缩机。或压缩机。特殊地特殊地：负压下气体输送机械负压下气体输送机械真空泵。真空泵。 概述：概述： （1 1）流体输送机械：向流体做功以提高流体机械能的装置。）流体输送机械：向流体做功以提高流体机械能的装置。 B B、提高流体的压强（加压。例：压缩机）或造成真空度以满、提高流体的压强（加压。例：压缩机）或造成真空度以满 足工艺要求。足工艺要求。 （2 2）流体输送的目的：）流体输送的目的： A A、将工艺流体以一定的流量从低位到高位、从一处送到另一、将工艺流体以一定的流量从低位到高位、从一处送到另一 处（向流体作功以提高机械能）；处（向流体作功以提高机械能）； （3 3）流

3、体输送机械分类：按工作原理分类。）流体输送机械分类：按工作原理分类。 A、动力式（叶轮式）、动力式（叶轮式） B、容积式（正位移式）、容积式（正位移式）C、流体作用式、流体作用式 2.1 离心泵离心泵 2.1.1 离心泵的工作原理离心泵的工作原理 和主要部件和主要部件 在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体；启动后，叶在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体；启动后，叶 轮由泵轴带动高速转动，在离心力的作用下，液体从叶轮轮由泵轴带动高速转动，在离心力的作用下，液体从叶轮 中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗 形泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的

4、逐渐扩大而减速，又形泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又 将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管 道。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成一定的道。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成一定的 真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液 体便被连续压入叶轮中心。体便被连续压入叶轮中心。 1 1、离心泵的工作原理、离心泵的工作原理 可见：离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋可见：离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋 转的叶轮，液体在离心力的作用下获得能

5、量以提高静压转的叶轮，液体在离心力的作用下获得能量以提高静压 强。强。 解决措施：解决措施： 为了使泵内充满液体，通常在吸入管底部为了使泵内充满液体，通常在吸入管底部 安装一带滤网的底阀，该底阀为止逆阀，也称单向底阀。目的：安装一带滤网的底阀，该底阀为止逆阀，也称单向底阀。目的： 保证泵停止工作时，吸入管路中的液体不倒流。滤网的作用是保证泵停止工作时，吸入管路中的液体不倒流。滤网的作用是 防止固体杂质进入泵内损坏叶轮或防碍泵的正常操作。防止固体杂质进入泵内损坏叶轮或防碍泵的正常操作。 离心泵的离心泵的“气缚气缚”现象现象 离心泵在启动时，若泵壳内和吸入管内未充满液体或离心离心泵在启动时，若泵壳

6、内和吸入管内未充满液体或离心 泵在动转过程中发生漏气，均会使泵内积存空气。因空气的密泵在动转过程中发生漏气，均会使泵内积存空气。因空气的密 度比液体的密度小得多而产生较小的离心力。从而，贮槽液面度比液体的密度小得多而产生较小的离心力。从而，贮槽液面 上方与泵吸入口处之压力差不足以将贮槽内液体压入泵内，即上方与泵吸入口处之压力差不足以将贮槽内液体压入泵内，即 离心泵无自吸能力，使离心泵不能正常输送液体，此种现象称离心泵无自吸能力，使离心泵不能正常输送液体，此种现象称 为为“气缚现象气缚现象”。 启动前进行灌液排气，运转时防止空气漏入。启动前进行灌液排气，运转时防止空气漏入。 2 2、离心泵的主要

7、部件：、离心泵的主要部件：叶轮、泵壳和轴封装置。叶轮、泵壳和轴封装置。 （1 1）叶轮：）叶轮： 作用：将原动机的机作用：将原动机的机 械能直接传给液体，以械能直接传给液体，以 增加液体的静压能和动增加液体的静压能和动 能能( (主要增加静压能主要增加静压能) )。 按结构分类：按结构分类： 开式、半闭式和闭式开式、半闭式和闭式 按吸液方式分：按吸液方式分： 单吸式和双吸式单吸式和双吸式 （2 2） 泵壳泵壳 泵壳是将叶轮封闭在一定的泵壳是将叶轮封闭在一定的 空间，以便由叶轮的作用吸入和空间，以便由叶轮的作用吸入和 压出液体。压出液体。 泵壳作用：泵壳作用： 既是一个液体汇集装置，既是一个液体

8、汇集装置， 同时又是一个能量转换装置。同时又是一个能量转换装置。 思考：泵壳为什么多做成蜗壳形？思考：泵壳为什么多做成蜗壳形？ 由于流道截面积逐渐扩大，由于流道截面积逐渐扩大， 故从叶轮四周甩出的高速液体故从叶轮四周甩出的高速液体 逐渐降低流速，使部分动能有逐渐降低流速，使部分动能有 效地转换为静压能。效地转换为静压能。 导轮：导轮： 在叶轮与泵壳之间有在叶轮与泵壳之间有 时还装有一个固定不动而时还装有一个固定不动而 带有叶片的导轮。带有叶片的导轮。 作用：使高速液体流过时，作用：使高速液体流过时， 能均匀而平缓地降低流速，调能均匀而平缓地降低流速，调 整流向，减少能量损失。整流向，减少能量损

9、失。 思考：导轮叶片方向与叶轮思考：导轮叶片方向与叶轮 叶片方向相反，为什么？叶片方向相反，为什么？ 常用密封方式：常用密封方式： （3 3）轴封装置：）轴封装置： 作用作用: 在固定不动的泵壳与转动的泵轴之间进行的密封在固定不动的泵壳与转动的泵轴之间进行的密封, 防止泵壳内液体沿轴漏出或防止泵壳内液体沿轴漏出或 外界空气漏入泵壳内。外界空气漏入泵壳内。 A A、填料函密封：填料一般用、填料函密封：填料一般用 浸油或涂有石墨的石棉绳。浸油或涂有石墨的石棉绳。 B B、机械密封：机械密封主要、机械密封：机械密封主要 是由一个装在转轴上的动环和是由一个装在转轴上的动环和 另一固定在泵壳上的静环所构

10、另一固定在泵壳上的静环所构 成，两环的端面借弹簧力互相成，两环的端面借弹簧力互相 贴紧而作相对运动，达到密封贴紧而作相对运动，达到密封 的目的。的目的。 2.1.3 离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线 离心泵的主要性能参数有：转速离心泵的主要性能参数有：转速n n、流量、流量Q Q、压头、压头H H、轴、轴 功率功率NeNe、效率、效率和气蚀余量。和气蚀余量。 (2) (2)压头压头H H：离心泵的压头又称扬程，指离心泵对单位重：离心泵的压头又称扬程，指离心泵对单位重 量（量（1N1N）液体所能提供的有效能量。单位：）液体所能提供的有效能量。单位：m m。 1 1、离

11、心泵的主要性能参数、离心泵的主要性能参数 （1 1）流量）流量Q Q：离心泵在单位时间内排送到管路系统的液：离心泵在单位时间内排送到管路系统的液 体体积。单位：体体积。单位：m m3 3/s/s或或m m3 3/h/h。 注意：注意：Q Q与泵的结构、尺寸（主要为叶轮直径和宽度）及与泵的结构、尺寸（主要为叶轮直径和宽度）及 转速有关。操作时，转速有关。操作时，Q Q还与管路特性有关。还与管路特性有关。 注：注： 与泵的结构（如叶片的弯曲情况、叶轮直径与泵的结构（如叶片的弯曲情况、叶轮直径 等）、转速及流量有关。实际压头一般用实验方法测定。等）、转速及流量有关。实际压头一般用实验方法测定。 泵的

12、轴功率泵的轴功率N是指泵轴运转所需功率，即电机传给泵是指泵轴运转所需功率，即电机传给泵 轴的功率。单位：轴的功率。单位：W或或kW。 （3 3）轴功率）轴功率N N、有效功率、有效功率NeNe和效率和效率： 有效功率有效功率NeNe液体从泵获得的实际功率。液体从泵获得的实际功率。 效率效率反映泵对外加能量的利用程度。反映泵对外加能量的利用程度。 注：注：值与泵的类型、大小、结构、制造精度、液体的值与泵的类型、大小、结构、制造精度、液体的 流量和输送液体的性质有关。流量和输送液体的性质有关。 e w H g v h m vhm see wWQgHNHQ g e NHQ g NN A A、容积损失

13、：容积效率、容积损失：容积效率 C C、水力损失：水力效率、水力损失：水力效率 B B、机械损失：机械效率、机械损失：机械效率 且有：且有： 相互关系：相互关系： 说明：说明：能量损失的三种主要形式：能量损失的三种主要形式： 2 2、离心泵的特性曲线、离心泵的特性曲线 （1 1）HQHQ曲线曲线 （2 2）NQNQ曲线曲线 （3 3）QQ曲线曲线 注：注：特性曲线是特性曲线是 对特定的离心泵在固定对特定的离心泵在固定 转速下于常压下用转速下于常压下用2020 的清水实验得到的。的清水实验得到的。 离心泵的铭牌上标出的性能参数是指泵在运转时效离心泵的铭牌上标出的性能参数是指泵在运转时效 率最高点

14、（设计点）的参数。率最高点（设计点）的参数。 离心泵启动时应关闭出口阀，以使功率为最小。离心泵启动时应关闭出口阀，以使功率为最小。 例例22用附图所示的装置测定离心泵的性能。泵的吸入管内径用附图所示的装置测定离心泵的性能。泵的吸入管内径 为为100mm，排出管内径为，排出管内径为80mm，两测压口间垂直距离为，两测压口间垂直距离为0.5m。 泵的转速为泵的转速为2900r/min，以，以20的清水为介质测得以下数据：的清水为介质测得以下数据： 流量：流量：15 L/s 泵出口处表压：泵出口处表压：2.55105 Pa 泵入口处真空度：泵入口处真空度：2.67104 Pa 功率表测得电动机所消耗

15、的功率表测得电动机所消耗的 功率：功率：6.2 kW 泵由电动机直接带动，电动机的效率为泵由电动机直接带动，电动机的效率为93%。试求该泵在。试求该泵在 输送条件下的压头，轴功率和效率。输送条件下的压头，轴功率和效率。 离心泵主要性能参数的实验测定方法：离心泵主要性能参数的实验测定方法： 分析：与泵的特性曲线相关的性能参数有泵的转速分析：与泵的特性曲线相关的性能参数有泵的转速n n、流量、流量Q Q、 压头压头H H、轴功率、轴功率N N和效率和效率。其中流量和电动机输入功率已由实。其中流量和电动机输入功率已由实 验直接测出，压头和效率则需进行计算。验直接测出，压头和效率则需进行计算。 解：（

16、解：（1 1）泵的压头）泵的压头H H： 以真空表和压力表所在处的截面分别为以真空表和压力表所在处的截面分别为1-11-1、2-22-2截截 面，在两截面间对单位重量流体列柏努利方程：面，在两截面间对单位重量流体列柏努利方程： 22 2121 21,1 2 () 2 f ppuu HzzH gg 已知：已知：z2-z1=0.5m d1=0.1m d2=0.08m Hf,1-20 p1= -2.67104Pa（表压）（表压） p2=2.55105Pa(表压）表压） 3 1 2 2 1 15 10 1.91/ ; 0.785 0.1 4 Q um s d 代入：代入： 5422 2.55 102.

17、67 102.981.91 0.529.5 1000 9.812 9.81 Hm 3 2 2 2 2 15 10 2.98/ 0.785 0.08 4 Q um s d （2）泵的轴功率）泵的轴功率Ne 已知：已知： 电 电=93% ，一般 ，一般 传 传=100% 泵的轴功率为泵的轴功率为 N=6.20.93=5.77kW (3)泵的效率泵的效率: 4.34 100%75.2% 5.77 e N N 3 15 101000 29.5 9.814.34 ese NwWQHgkW 效率效率: 有效功率有效功率: 2.1.4 离心泵的气蚀现象与允许安装高度离心泵的气蚀现象与允许安装高度 1. 离心

18、泵的气蚀现象离心泵的气蚀现象 (1)(1)气蚀产生原由气蚀产生原由 叶轮入口叶轮入口处压强小于操作条处压强小于操作条 件下液体饱和蒸气压件下液体饱和蒸气压，液体，液体 气化，气泡向边缘运动，被气化，气泡向边缘运动，被 增压的流体压碎凝结，周围增压的流体压碎凝结，周围 液体以极高的速度涌向原气液体以极高的速度涌向原气 泡处，冲击叶轮和泵壳，发泡处，冲击叶轮和泵壳，发 出噪声，泵的流量、扬程及出噪声，泵的流量、扬程及 效率都达不到要求。严重时效率都达不到要求。严重时 吸不上液体，叶轮很快损坏吸不上液体，叶轮很快损坏。 2 011 ,0 1 2 gf pup HH ggg 合理确定泵的安装高度，以确

19、保泵内压强最低值高于合理确定泵的安装高度，以确保泵内压强最低值高于 操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压。操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压。 (4)(4)有效防范措施有效防范措施 (3)(3)气蚀产生的危害气蚀产生的危害 (5)(5)离心泵抗气蚀性能参数离心泵抗气蚀性能参数 气蚀余量、允许吸上真空度。气蚀余量、允许吸上真空度。 叶轮及泵壳受损。气蚀严重时，泵吸不上液体，不能工作。叶轮及泵壳受损。气蚀严重时，泵吸不上液体，不能工作。 (2)(2)气蚀特征气蚀特征 汽蚀发生时，泵体因受冲击而发生振动，噪音增大；汽蚀发生时，泵体因受冲击而发生振动，噪音增大； 因产生大量气泡，使泵的流量、压头及效率明显下

20、降。因产生大量气泡，使泵的流量、压头及效率明显下降。 2.离心泵的抗气蚀性能离心泵的抗气蚀性能 (1)离心泵的气蚀余量离心泵的气蚀余量 2 11 2 v ppu NPSH ggg 当当pk=pv时，在时，在1-1与与k-k间：间： 22 1,min 1 ,1 22 vk fk ppuu H gggg 22 1,min 1 ,1 () 22 vk cfk ppuu NPSHH gggg 临界气蚀余量临界气蚀余量 必须气蚀余量：必须气蚀余量：hr=（NPSH）r=（NPSH）c+安全量安全量 (2)(2)离心泵的允许吸上真空度离心泵的允许吸上真空度 1a s pp H g 3 1000 100.2

21、4 9.81 10 v ssa p HHH 若输送其它液体或操作条件与实验条件不符时，若输送其它液体或操作条件与实验条件不符时， 应校正为：应校正为： 校正大气压校正大气压 校正蒸气压校正蒸气压 校正密度校正密度 (2-22) (2-21) 3.离心泵的允许安装（或允许吸上）高度离心泵的允许安装（或允许吸上）高度 如图示，在如图示，在0-0与与1-1间：间： 2 011 ,0 1 2 gf pup HH ggg 2 011 ,0 1 2 gf ppu HH gg 得：得： ,0 1 av gf r pp HNPSHH g 用允许吸上真空度表示：用允许吸上真空度表示： 2 1 ,0 1 2 gs

22、f u HHH g 若若p0=pa， ，离心泵的允许安装高 离心泵的允许安装高 度度用必须气蚀余量表示：用必须气蚀余量表示： 注：为安全起见，离注：为安全起见，离 心泵的实际安装高度心泵的实际安装高度 应比允许值低应比允许值低0.5 1m。 (2-26) (2-25) 例例2-62-6用用IS80-65-160IS80-65-160型水泵从一敞口水槽中将水送到它处，型水泵从一敞口水槽中将水送到它处， 槽内液面恒定。输水量为槽内液面恒定。输水量为454555m55m3 3/h/h，在最大流量下吸入管路，在最大流量下吸入管路 的压头损失为的压头损失为1m1m，液体在吸入管路的动压头可忽略。试计算，

23、液体在吸入管路的动压头可忽略。试计算： （1 1）输送）输送2020水时泵的安装高度；（水时泵的安装高度；（2 2）输送）输送65 65 水时泵的水时泵的 安装高度。安装高度。 泵安装地区的大气压为泵安装地区的大气压为9.819.8110104 4PaPa。在泵的流量。在泵的流量 范围内允许吸上真空度范围内允许吸上真空度HsHs分别为分别为5.0m5.0m和和3.0m3.0m。 解：解：（1 1）输送）输送2020水时泵的安装高度水时泵的安装高度 2 1 ,0 1 2 gsf u HHH g 已知：已知： 2 1 ,0 1 1 ,0 2 f u Hm g 取取H Hs s=3m=3m 3 12 g Hm 为安全起见，泵的实际安装高度应该小于为安全起见，泵的实际安装高度应该小于2m2m。 （2）输送）输送65水时泵的安装高度水时泵的安装高度 3 1000 100.24 9.81 10 v ssa p HHH 4 3 2.554 101000 310 100.240.65 9.81 10980.5 s Hm 其中：其中：Hs=3m，Ha=9.81104Pa10mH2O 查得查得65水的饱和蒸汽压水