离心泵原理部分

1、2021-7-251 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。 2021-7-252 2021-7-253 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）

2、主要由叶轮、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。 2021-7-254 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

3、方式： （a）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。 2021-7-255 单级单吸离心泵单级单吸离心泵 2021-7-256 叶轮类型叶轮类型 （a）闭式；（b）开式；（c）半开式 （a）（b） （c） 2021-7-257 叶轮受力图叶轮受力图 2021-7-258 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 2021-7-259 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

4、。（见结构图） 与单级单吸离心泵的区别： （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。 2021-7-2510 单级双吸离心泵单级双吸离心泵 2021-7-2511 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），

5、或采取其他分担轴向力的方法。 （4）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。 2021-7-2512 分段多级离心泵分段多级离心泵 2021-7-2513 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 Sh10 Sh 19 A 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 202

6、1-7-2514 3 3、分段多级离心泵、分段多级离心泵 4 4 DA 8DA 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 2021-7-2515 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

7、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，属液能。 NQHg z N N 2021-7-2516 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。 Z N N 2021-7-2517 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

8、水泵 型号型号 12SH28A 转转 速速 1450r/min 扬程扬程 10米 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 66Kg 2021-7-2518 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

9、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。 c w u 2021-7-2519 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

10、个速度的关系是： cuw 2021-7-2520 液体在叶轮中的流动液体在叶轮中的流动 2021-7-2521 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

11、的进、出口速度矢量平行四边形了。 u u c w 2021-7-2522 1、叶轮进口速度矢量平行四边形、叶轮进口速度矢量平行四边形 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

12、面。 11 2uDn 1 u 1 c 11 cu 1 1 T Q c F T Q 1 F 1 c 1 u 1 u 1 c 1 w 1 w 11k 11k 2021-7-2523 对于无冲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。 1 w 1 c 111ru ccc 1r c 1u c 1 u 1r c 1u

13、c 1 w 1 1 F Q c T r 1 u 2021-7-2524 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） 2 u 22 uD n 2 u 222ru ccc 2u c 2r c 2 2 T r Q c F 2 w 2 c 2021-7-2525

14、 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，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。 2021-7-2526 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

15、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/s）； 转轴中心到绝对速度方向线的距离（m）； T mQ 11 1 Mmcl 3 /Kg m 3 /ms T Q 1 c 1 l 2021-7-2527 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，

16、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： 2 l 2 c 21i MMM i M 2211 () i Mm clc l 12 1122 12 12 12 cos,cos 22 , coscos uu DD ll cc cc 222 Mm cl 2021-7-2528 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。

17、 221 1 () 2 iuu m MD cDc T H 2 iTT MnQg H nminr , T mQ 22 , u cDn 11 , u cD n 221 1 1 () Tuu Hu cu c g 2021-7-2529 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； 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

18、中； 当 时， 最大； 工程中，总取 ，一般 ，这样，泵运转稳定，效率高。 0 1 90 , 1 0, u c 22 1 Tu Huc g 2222 , urk cucctg 2 2 , T r Q c F 0 2 0 2 0 2 90 90 90 k k k 22 22 22 , , , u u u cu cu cu T T T H H H 0 2 90 k 00 2 2030 2021-7-2530 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 2021-7-2531 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的，与实际有一定的差距

19、，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。 , 1 T T H H P 0.111P 1 T Thh H HH P h 2021-7-2532 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

20、。 性能曲线：性能曲线：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： H N s H QQH z QNQ s QH 22 1 Tu Huc g 2021-7-2533 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

21、速确定之后， 、 、 均为常数，扬程与流 量之间呈线性关系。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 , urk cucctg 2 2 , T r Q c F 2 222 2 k TT u ctgu HQ gg F 2k 2 F 2 u 0 90 2k 2021-7-2534 离心泵理论特性曲线离心泵理论特性曲线 2021-7-2535 2）泵内存在三种能量损失：）泵内存在三种能量损失： a）水力

22、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 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。 J h v 2021-7-2536 离心泵能量平衡示意图离心泵能

23、量平衡示意图 2021-7-2537 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。 QH QH 2021-7-2538 2 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，

24、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。 Q 2021-7-2539 3 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）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。 z QN 2021-7-2540 4 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

25、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； 2021-7-2541 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。 2021-7-2542 二、

26、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。 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。 2121 2121 1122 , mmmm kkkkm mm DDbb DDbb zz , , k D b 2021-7-2543 2 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

27、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。 121212 121212 11221122 , m mmmm mmmm ccwwuun ccwwuun , ,c w u , m n n , 2021-7-2544 3 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

28、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”。 2021-7-2545 三、相似定理三、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 mmv v m n n Q

29、Q 3 )( 2021-7-2546 2 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。 , , s Hn 22 )( )( mms s m n n H H 2021-7-2547 3 3、第三相似定理、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。 , , zJ Nn 35 )( )()

30、( mmJ J mz z n n N N 2021-7-2548 4 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，可以解决工程中提出的“第二个问题”。 35 )( )( mmz z n n N N 22 )( mm n n H H mm n n Q Q 3 2021-7-2549 5 5、相似定理的特例、相似定理的特

31、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。 1 11 22 Qn Qn 2 11 22 Hn Hn 3 11 22 z z Nn Nn 2021-7-2550 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？ 解：1）求该泵在1450 r/min时的轴功率 有效功率为： 轴功率为： 3 1 180 101

32、0 1000 9.8 60 294( ) NQHg w 294 420( ) 0.7 z N N w 2021-7-2551 2）利用比例定理求变速后的流量、扬程 由 得： 由 得： 11 22 Qn Qn 2 11 22 Hn Hn 2 21 1 1000 180120( /min) 1450 n QQL n 2 2 2 21 1 1000 104.8( ) 1450 n HHm n 2021-7-2552 3）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。 3 11 22 z z Nn Nn 3 2 21 1 3

33、 1000 420137.8( ) 1450 zz n NN n w 222 3 / 1 120 104.8 1000 9.8/0.7 60 134.4( ) z NQ Hg w 2021-7-2553 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

34、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 ， 流量 ，水功率 1122 3 43 43 4 12 mm m nQnQnQ const HHH ms nn1( ) m Hm 3 0.075(/ ) m Qms 735( ) mmm NQ Hgw 水 2021-7-2554 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

35、 ，但一般不标出。 3 4 3.65 s n Q n H 2Q H kk m 33 m s米秒minr minr 2021-7-2555 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。 2021-7-2556 比转数对速度型泵的影响比转数对速度型泵的影响 2021-7-2557 2）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

36、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 2021-7-2558 3）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

37、 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 2021-7-2559 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”，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

38、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 22 22 L vv Hhh dgg 局沿管 2 4 Q v d 2 HAQ 管管 2021-7-2560 离心泵管路特性曲线离心泵管路特性曲线 2021-7-2561 二、泵二、泵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

39、流过管路的液体质量。 若不计液体的压缩性，则： st HHH 管 st H QQ 管 2021-7-2562 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合工作点。 联合工作点的确定 2021-7-2563 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

40、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”。 11 22 Qn Qn 2 11 22 Hn Hn 3 11 22 z z Nn Nn QH 2021-7-2564 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） 2021-7-2565 2 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：

41、 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 ： 2 2 DQ QD 2 2 2 DH HD 3 2 2 z z ND ND 22 2 100% DD D QH 2021-7-2566 泵叶轮外径的改变，泵自身 的特性改变，而管路特性不变， 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%

42、，下降1%每切削4%，下降1% 2021-7-2567 2 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， 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。 2021-7-2568 四、泵四、泵管路联合运行时，泵实际扬程

43、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） 2 11 1 0 2 pv E gg 2 22 2 2 pv EZ gg 22 2121 21 2 ppvv HEEZ gg 12 , avad pppppp dv pp H g 12, vvZ 很小 , vd pp 2021-7-2569 离心泵工作装置 2021-7-2570 通过压力表、真空表

44、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。 QH Q H 2021-7-2571 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）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

45、泵站可靠供液。 2021-7-2572 3 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 ()QH 12 12 1 2 QQQ HHH C Hst o BA 1 2 ()QH 2021-7-2573 H Q 0 2021-7-2574 2）绘制管路特性曲线 式

46、中， 是管路系数。 由此可以绘制管路特性曲线。 QH 管管 22 1 2 1 4 AOOCAOOC AOOC HhhA QA Q AAQ 管管管 管 1 1 () 2 QQ 管管 , AOOC AA C Hst o BA H Q 0 QH 管管 2021-7-2575 3）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。 st HHH 管 QH

47、 管管 st H QQ 管 QH H Q 0 st H 2021-7-2576 H Q 0 st H Q1Q 2021-7-2577 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 。 Hst 12 12 HHH QQQ 1 2 ()QH 1 2 ()QH 2021-7-2578 2）绘制管路特

48、性曲线 绘制方法与前相似。 QH 管管 H Q 0 st H 两相同泵串联特性曲线管路特性曲线 0 Q H 2021-7-2579 H Q 0 st H A 3）求联合工作点 将用相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。 2021-7-2580 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，

49、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）。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。 2021-7-2581 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

50、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 hZ g v g p g p EE X a ) 2 ( 2 11 10 ) 2 ( 2 11 吸 hZ g v g p g p X a 2021-7-2582 2021-7-2583 为使泵不发生汽蚀现象，必须保证： 即： 由于： g v g v d L h 22 22 吸吸 吸 所以： 化压力）液体在工作温度下的汽 vava ppp( 1 vaXa phZ g v gpp ) 2 ( 2 1 1吸 vaXa p g v g v d L Z g v gp ) 222 ( 22 2 1吸吸 2021-7-2584 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）吸入管的长度L。 L越大，越容易发生汽蚀； 3）吸入管的直径d。 d