离心泵的操作原理、构造与类型

1、2021-7-4 第第 二章二章 流体输送机械流体输送机械 第第 一一 节节 液体输送机械液体输送机械 2-1-1 离心泵离心泵 离心泵的操作原理、构造与类型离心泵的操作原理、构造与类型 离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式 离心泵的主要性能参数与特性曲离心泵的主要性能参数与特性曲 线线 离心泵性能的改变离心泵性能的改变 离心泵的气蚀现象与允许吸上高离心泵的气蚀现象与允许吸上高 度度 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节 2-1-2 其他类型的泵其他类型的泵 2021-7-4 流体输送机械流体输送机械：向流体作功以提高流体机械能的装置向流体作功以提高流体机械能的装置。 输送液体的机

2、械通称为泵； 例如：离心泵离心泵、往复泵、旋转泵和漩涡泵。 输送气体的机械按不同的工况分别称为: 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。 本章的目的：本章的目的： 结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的操作原操作原 理、基本构造与性能理、基本构造与性能，合理地选择其类型、决定规格、计选择其类型、决定规格、计 算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等 2021-7-4 2-1-1离心泵离心泵 一离心泵的操作原理、构造与类型一离心泵的操作原理、构造与类型 1、操作原理操作原理 由若干个弯曲的叶 片组成的叶轮叶轮置于 具有蜗壳通道的泵泵 壳壳之内。 叶轮叶轮紧固

3、于泵轴泵轴上 泵轴与电机电机相连， 可由电机带动旋转。 2021-7-4 吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装 一止逆阀。 泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀。 离心泵的工作过程离心泵的工作过程： 开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。 开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在 此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高压力增高，并以 很高的速度（15-25 m/s）流入泵壳。 2021-7-4 2021-7-4 在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢流速减慢，使 大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压强从排以较高的静压强从排 出口流入排出管道。

4、出口流入排出管道。 泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在液面压 强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便 经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。 离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮依靠高速旋转叶轮 所产生的离心力，所产生的离心力，因此称为离心泵。 2021-7-4 2021-7-4 气气 缚缚 离心泵启动启动时，如果泵壳内存在空气泵壳内存在空气，由于空气的密度远 小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小离心力很小，叶轮中心 处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样， 离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚气缚”。 为

5、了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止止 逆阀逆阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀调节阀，用于 开停车和调节流量。 2021-7-4 2021-7-4 2 2、基本部件和构造、基本部件和构造 1 1）叶轮）叶轮 a)叶轮的作用 将电动机的机械能传给液体将电动机的机械能传给液体, ,使液体的动能有所提高。 b)叶轮的分类 根据结构 闭式叶轮 开式叶轮 半闭式叶轮 叶片的内侧带有前后盖板前后盖板，适于输送干 净流体，效率较高。 没有前后盖板没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒 的液体悬浮物。 只有后盖板后盖板，可用于输送浆料或含固体 悬浮物的液体，效率较低。 2021-7-4 2021

6、-7-4 2021-7-4 按吸液方式 单吸式叶轮 双吸式叶轮 液体只能从叶轮一侧被吸入，结 构简单。 相当于两个没有盖板的单吸式叶 轮背靠背并在了一起，可以从两可以从两 侧吸入液体侧吸入液体，具有较大的吸液能 力，而且可以较好的消除轴向推 力。 2021-7-4 2021-7-4 2 2）泵壳）泵壳 泵壳的作用 汇集液体，作导出液体的通道；汇集液体，作导出液体的通道； 使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。 导叶轮 为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之 间有时还装有一个固定不动的带有叶片的圆盘，称为导导 叶轮。叶轮。导叶轮上的

7、叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲 方向相反相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相 适应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，使能使能 量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。 2021-7-4 2021-7-4 3 3）轴封装置）轴封装置 A 轴封的作用 为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界 空气漏入泵壳内。 B 轴封的分类 轴封装置 填料密封： 机械密封： 主要由填料函壳、软填料和填料压盖组 成，普通离心泵采用这种密封。 主要由装在泵轴上随之转动的动环动环和固 定于泵壳上的静环静环组成，两个环形端面 由弹簧的弹力互相贴紧而作相

8、对运动， 起到密封作用。 端面密封 2021-7-4 2021-7-4 2021-7-4 2021-7-4 2021-7-4 2021-7-4 3 3、离心泵的分类、离心泵的分类 1 1）按照轴上叶轮数目的多少）按照轴上叶轮数目的多少 单级泵 多级泵 轴上只有一个叶轮一个叶轮的离心泵，适用于出口压力 不太大的情况； 轴上不止一个叶轮不止一个叶轮的离心泵 ，可以达到较高的 压头。离心泵的级数就是指轴上的叶轮数级数就是指轴上的叶轮数，我国 生产的多级离心泵一般为2929级级。 2 2）按叶轮上吸入口的数目）按叶轮上吸入口的数目 单吸泵 双吸泵 叶轮上只有一个吸入口一个吸入口，适用于输送量不大的情况

9、。 叶轮上有两个吸入口两个吸入口，适用于输送量很大的情况。 2021-7-4 2021-7-4 2021-7-4 3 3）按离心泵的不同用途）按离心泵的不同用途 水泵水泵 输送清水和物性与水相近、无腐蚀性且杂质很清水和物性与水相近、无腐蚀性且杂质很 少的液体少的液体的泵, （B型） 耐腐蚀泵耐腐蚀泵 接触液体的部件（叶轮、泵体）用耐腐蚀材料耐腐蚀材料制 成。要求：结构简单、零件容易更换、维修方便 、密封可靠、用于耐腐蚀泵的材料有：铸铁、高 硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等。（F型） 油泵 输送石油产品石油产品的泵 ，要求密封完善。（Y 型） 杂质泵 输送含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液含有固体颗

10、粒的悬浮液、稠厚的浆液等的泵 ，又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等 。要求不易 堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、 叶片数目少。 2021-7-4 2021-7-4 2021-7-4 二、离心泵的基本方程式二、离心泵的基本方程式 1 1、离心泵基本方程式的导出、离心泵基本方程式的导出 假设如下理想情况假设如下理想情况： 1）泵叶轮的叶片数目为无限多个叶片数目为无限多个，也就是说叶片的厚度 为无限薄，液体质点沿叶片弯曲表面流动，不发生任 何环流现象。 2）输送的是理想液体理想液体，流动中无流动阻力无流动阻力。 2021-7-4 3 3、实际压头、实际压头 离心泵的实际压头与理论压头有较大的差

11、异，原因在于 流体在通过泵的过程中存在着压头损失，它主要包括： 1）叶片间的环流 2）流体的阻力损失 3）冲击损失 理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为 2021-7-4 三离心泵的主要性能参数与特性曲线三离心泵的主要性能参数与特性曲线 1 1、离心泵的性能参数、离心泵的性能参数 1 1）离心泵的流量）离心泵的流量 指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一 般用Q表示，单位为m3/h。又称为泵的送液能力 。 2 2）离心泵的压头）离心泵的压头 泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以H表示， 单位为m。又称为泵的扬程。 2021-7-4 离心泵的压头取决于： 泵的结构（叶轮的直径

12、、叶片的弯曲情况等） 转速 n 流量 Q， 如何确定转速一定时， 泵的压头与流量之间 的关系呢？ 实验测定实验测定 2021-7-4 3 3）离心泵的效率）离心泵的效率 离心泵输送液体时，通过电机的叶轮将电机的能量传给 液体。在这个过程中，不可避免的会有能量损失，也就是说 泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得，通常用效率 来反映能量损失。这些能量损失包括： 容积损失 水力损失 机械损失 泵的效率反应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。 与泵的大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质有关 2021-7-4 2 2、离心泵的特性曲线、离心泵的特性曲线 离心泵的H H、 、 N N都与离心泵的

13、Q Q有关，它们之间的 关系由确定离心泵压头的实验来测定，实验测出的一组关 系曲线： H HQ Q 、Q Q 、 N NQ Q 离心泵的特性曲线 注意：特性曲线随转速而变。 各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状 基本相似，具有共同的特点 2021-7-4 2021-7-4 1）HQ曲线曲线：表示泵的压头与流量的关系，离心泵的压 头普遍是随流量的增大而下降（流量很小时可能有例外） 2 2）N NQ Q曲线：曲线：表示泵的轴功率与流量的关系，离心泵的轴 功率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小。 离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保 护电机。 3 3）Q Q曲线：曲线：表

14、示泵的效率与流量的关系，随着流量的 增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再增 大，效率便下降。 2021-7-4 离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在与最 高效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。 与最高效率点所对应的Q、H、N值称为最佳工况参数。 离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的 状态参数。 注意：在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。 一般要求操作时的效率应不低于最高效率的92%。 2021-7-4 五、离心泵的气蚀现象与允许吸上高度五、离心泵的气蚀现象与允许吸上高度 1 1、气蚀现象、气蚀现象 气蚀产生的条件 叶片入口附近K 处的压强PK等于 或小

15、于输送温度 下液体的饱和蒸 气压 2021-7-4 气蚀产生的后果： 气蚀发生时产生噪音和震动，叶轮局部在巨大冲击的反 复作用下，表面出现斑痕及裂纹，甚至呈海棉状逐渐脱落 液体流量明显下降，同时压头、效率也大幅度降低，严 重时会输不出液体。 2 2、离心泵的允许吸上高度、离心泵的允许吸上高度 离心泵的允许吸上高度又称为允许安装高度，指泵的吸 入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，以Hg 表示。 2021-7-4 2021-7-4 HS值越大，表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能好，安 装高度Hg越高。 HS与泵的结构、流量、被输送液体的物理性质及当地大气 压等因素有关。 通常由泵的制造工

16、厂 试验测定，实验在大 气压为10mH2O（9.81Pa） 下,以20清水为介质 进行的。 2021-7-4 注意：注意： 1）离心泵的允许吸上真空度和允许气蚀余量值是与其流量 有关的，大流量下h较大而HS较小，因此，必须注意使用 最大额定流量值进行计算。 2）离心泵安装时，应注意选用较大的吸入管路，减少吸入 管路的弯头、阀门等管件，以减少吸入管路的阻力。 3）当液体输送温度较高或液体沸点较低时，可能出现允许 安装高度为负值的情况，此时，应将离心泵安装于贮槽液面 以下，使液体利用位差自流入泵内。 2021-7-4 3 3、离心泵的并联和串联、离心泵的并联和串联 1 1）串联组合泵的特性曲线）串

17、联组合泵的特性曲线 两台相同型号的离心泵串联组合，在同样的流量下，其提 供的压头是单台泵的两倍 。 2021-7-4 2 2）并联组合泵的特性曲线）并联组合泵的特性曲线 两台相同型号的离心泵并联，若其各自有相同的吸入管 路，则在相同的压头下，并联泵的流量为单泵的两倍。 2021-7-4 3 3）离心泵组合方式的选择）离心泵组合方式的选择 对于低阻输送管路a，并联 组合泵流量的增大幅度大于 串联组合泵； 对于高阻输送管路b，串联 组合泵的流量增大幅度大于 并联组合泵。 低阻输送管路-并联优于串联； 高阻输送管路-串联优于并联。 2021-7-4 七、离心泵的选用、安装与操作七、离心泵的选用、安装

18、与操作 1 1、离心泵的选择、离心泵的选择 1）确定输送系统的流量和压头：）确定输送系统的流量和压头：一般情况下液体的输送 量是生产任务所规定的，如果流量在一定范围内波动，选 泵时按最大流量考虑，然后，根据输送系统管路的安排， 用柏努利方程计算出在最大流量下管路所需压头。 2）选择泵的类型与型号：选择泵的类型与型号：首先根据被输送液体的性质和 操作条件确定泵的类型，按已确定的流量和压头从泵样本 或产品目录中选出适合的型号。 2021-7-4 若是没有一个型号的H、Q与所要求的刚好相符，则在邻近 型号中选用H和Q都稍大的一个；若有几个型号的H和Q都能 满足要求，那么除了考虑那一个型号的H和Q外，

19、还应考虑 效率在此条件下是否比较大。 3)3)核算轴功率核算轴功率: :若输送液体的密度大于水的密度时，按 /gQHN 来计算泵的轴功率。 2 2、离心泵的安装和使用、离心泵的安装和使用 1 1）泵的安装高度）泵的安装高度 为了保证不发生气蚀现象或泵吸不上液体，泵的实际安装 2021-7-4 高度必须低于理论上计算的最大安装高度，同时，应尽量降 低吸入管路的阻力。 2 2）启动前先）启动前先“灌泵灌泵” 这主要是为了防止“气傅”现象的发生，在泵启动前，向泵 内灌注液体直至泵壳顶部排气嘴处在打开状态下有液体冒出 时为止。 3 3）离心泵应在出口阀门关闭时启动）离心泵应在出口阀门关闭时启动 为了不

20、致启动时电流过大而烧坏电机，泵启动时要将出口阀 完全关闭，等电机运转正常后，再逐渐打开出口阀，并调节 到所需的流量。 2021-7-4 4 4）关泵的步骤）关泵的步骤 关泵时，一定要先关闭泵的出口阀，再停电机。否则，压出 管中的高压液体可能反冲入泵内，造成叶轮高速反转，使叶 轮被损坏。 5）运转时应定时检查泵的响声、振动、滴露等情况，观察 泵出口压力表的读数，以及轴承是否过热等。 2021-7-4 2-1-2其他类型泵其他类型泵 一、往复泵一、往复泵 1 1、往复泵的结构、往复泵的结构 及工作原理及工作原理 往复泵是一种容积式 泵，它依靠作往复运 动的活塞依次开启吸 入阀和排出阀从而吸 入和排

21、出液体。 2021-7-4 泵的主要部件有泵缸、活塞、活塞杆、吸入单向阀和排出 单向阀。活塞经传动和机械在外力作用下在泵缸内作往复 运动。活塞与单向阀之间的空隙称为工作室。 工作原理：工作原理： 当活塞自左向右移动时，工作室的容积增大，形成低压， 贮池内的液体经吸入阀被吸入泵缸内，排出阀受排出管内 液体压力作用而关闭。当活塞移到右端时，工作室的容积 最大。 活塞由右向左移动时，泵缸内液体受挤压，压强增大，使 吸入阀关闭而推开排出阀将液体排出，活塞移到左端时， 排液完毕，完成了一个工作循环，此后开始另一个循环。 2021-7-4 2021-7-4 活塞从左端点到右端点的距离叫行程或冲程。 活塞在

22、往复一次中，只吸入和排出液体各一次的泵，称为 单动泵。 由于单动泵的吸入阀和排出阀均装在活塞的一侧，吸液时 不能排液，因此排液不是连续的。 为了改善单动泵流量的不均匀性，多采用双动泵或三联泵 往复泵的工作原理与离心泵不同，具有以下特点： 1）往复泵的流量只与泵本身的几何形状和活塞的往复次数 有关，而与泵的压头无关。无论在什么压头下工作，只要 往复一次，泵就排出一定的液体。 2021-7-4 2021-7-4 2021-7-4 其理论流量： 对单动泵 rT ASnQ 对双动泵 rT SnaAQ)2( 2）往复泵的压头与泵的几何尺寸无关，只要泵的机械强度 及原动机的功率允许，输送系统要求多高的压头，往复泵就 能提供多大的压头。 3）往复泵的吸上真空度也随泵安装地区的大气压强、输送 液体的性质和温度而变，所以往复泵的吸上高度也有一定的 限制。但往复泵的低压是靠工作室的扩张来造成的，所以在 开动之前，泵内无须充满液体，往复泵有自吸作用。 2021-7-4 4）往复泵不能简单地用排出管路阀门来调节流量，一般采 用回路调节。 往复泵适用于小流量、高压强的场合，输送高粘度液体 时的效果也比离心泵好，但不能输送腐浊性液体和固体粒 子的悬浮液。 二、计量泵二、计量泵 计量泵就是往复泵的一种。通过偏心轮把电机的旋转运动 变成柱塞的往复运动。偏心轮的偏心距离可以调