专题一 离心泵柱塞泵

1、一、 离心泵的基本知识二、 离心泵的基本工作理论四、 离心泵的管路特性与工况调节五、 离心泵的选择离心泵 离心泵工作时，发动机经泵轴带动叶轮离心泵工作时，发动机经泵轴带动叶轮1 1旋转，蜗壳内的液体受到叶轮上旋转，蜗壳内的液体受到叶轮上许多弯曲的叶片作用而随之旋转，在离心力的作用下，液体沿叶片间流道，许多弯曲的叶片作用而随之旋转，在离心力的作用下，液体沿叶片间流道，由叶轮中心甩向边缘再通过螺形泵壳（简称蜗壳由叶轮中心甩向边缘再通过螺形泵壳（简称蜗壳) )流向排出管。流向排出管。一一. .离心泵的工作原理离心泵的工作原理离心泵的基本知识离心泵的基本知识 随着液体的不断排出随着液体的不断排出，在泵

2、的叶轮中心形，在泵的叶轮中心形成真空，在大气压力成真空，在大气压力的作用下，吸入池中的作用下，吸入池中的液体通过吸入管源的液体通过吸入管源源不断地流入叶轮中源不断地流入叶轮中心，再由叶轮甩出。心，再由叶轮甩出。离心泵的基本知识离心泵的基本知识 吸入管的下部装有滤吸入管的下部装有滤网和底阀对液体起过滤网和底阀对液体起过滤作用，并防止管中液体作用，并防止管中液体倒流入吸入池。倒流入吸入池。离心泵的基本知识离心泵的基本知识 排出管汇装有用以调节流量的闸门。蜗壳的顶部装有漏斗，用以在开泵前向泵内灌水，排除泵腔内气体。启泵前一般要关闭排出闸门，启动后方打开。离心泵的基本知识离心泵的基本知识离心泵的基本知

3、识离心泵的基本知识二、离心泵的种类二、离心泵的种类 离心泵的种类很多，分类方法各不相同。离心泵的基本知识离心泵的基本知识按泵轴的布置方式分，主要有按泵轴的布置方式分，主要有： 1 1）卧式泵）卧式泵: : 泵轴水平布置2 2）立式泵：）立式泵： 泵轴竖直布置离心泵的基本知识离心泵的基本知识 1 1）单吸泵：）单吸泵： 叶轮从一个方向吸入液体叶轮从一个方向吸入液体。 按吸入方式分，主要有：按吸入方式分，主要有：离心泵的基本知识离心泵的基本知识 2 2）双吸泵）双吸泵 液体从叶轮液体从叶轮两侧吸入。两侧吸入。离心泵的基本知识离心泵的基本知识双吸泵，双吸泵，叶轮从两侧吸入离心泵的基本知识离心泵的基本

4、知识按叶轮级数分，主要有单级泵和多级泵：按叶轮级数分，主要有单级泵和多级泵：1 1）单级泵：泵轴上只安装一个叶轮。）单级泵：泵轴上只安装一个叶轮。离心泵的基本知识离心泵的基本知识 2 2）多级泵）多级泵 泵轴上安装两个或两个以上叶轮。泵轴上安装两个或两个以上叶轮。离心泵的基本知识离心泵的基本知识按泵壳能量转换部按泵壳能量转换部分的结构分分的结构分： 1)1)蜗壳泵，泵壳蜗壳泵，泵壳作成截面逐渐扩大的作成截面逐渐扩大的蜗壳形，流体从叶轮蜗壳形，流体从叶轮甩出后直接进入蜗壳甩出后直接进入蜗壳的螺旋形流通，再被的螺旋形流通，再被引入排出管线。引入排出管线。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2)2)导叶

5、泵，导叶泵，在泵壳内装有固定的导叶(导轮)，如图所示， 液体从叶轮流出后先进入导叶转换能量，再流入泵壳。这种泵亦称透平泵。离心泵的基本知识离心泵的基本知识 按照所输送的液体性质又可分为水泵、热油泵、汽油泵、酸泵、碱泵、污水泵，电动潜油泵、砂泵等。离心泵的基本知识离心泵的基本知识三三. .离心泵的典型结构离心泵的典型结构 （1 1）单吸单级卧式离心泵）单吸单级卧式离心泵 石油矿场上使用各种类型的离心泵。单级离心泵中最常见的是单级悬臂式BA型离心泵，下图为其典型结构。该系列的泵排量范围为5.5330m3/h，扬程8150米。吸入口排出口单吸离心泵离心泵的基本知识离心泵的基本知识离心泵的结构示意图离

6、心泵的结构示意图离心泵的基本知识离心泵的基本知识（2）双吸单级离心泵 当排量较大而扬程不当排量较大而扬程不高时，一般采用高时，一般采用shsh系列的系列的单级双吸泵。它广泛用于单级双吸泵。它广泛用于矿场输水、输油、民用供矿场输水、输油、民用供水等。该系列泵一般流量水等。该系列泵一般流量为为90903500 m3500 m3 3/h/h，扬程为，扬程为101010104 4m m。离心泵的基本知识离心泵的基本知识离心泵的基本知识离心泵的基本知识 多级离心泵每一级多级离心泵每一级的工作原理同单级离心的工作原理同单级离心泵原理。但级与级之间泵原理。但级与级之间的液体靠导叶导向，即的液体靠导叶导向，即

7、前一级叶轮出口的液体前一级叶轮出口的液体经导叶引导到后一级叶经导叶引导到后一级叶轮的入口处。其液体的轮的入口处。其液体的流动路线如图所示。流动路线如图所示。离心泵的基本知识离心泵的基本知识 叶轮是泵进行能量叶轮是泵进行能量转换的关键零件。转换的关键零件。 单级离心泵只装一单级离心泵只装一个叶轮，多级离心泵则个叶轮，多级离心泵则装多个叶轮。装多个叶轮。离心泵的基本知识离心泵的基本知识 叶叶轮轮的的种种类类q单吸式叶轮单吸式叶轮q双吸式叶轮双吸式叶轮闭式叶轮闭式叶轮由前盖板、后盖板、叶片及轮由前盖板、后盖板、叶片及轮毂组成。毂组成。闭式叶轮一般用于输送粘度较闭式叶轮一般用于输送粘度较低的液体或清水

8、的泵。低的液体或清水的泵。离心泵的基本知识离心泵的基本知识q半开式叶轮半开式叶轮由后盖板、叶片及轮毂组成；由后盖板、叶片及轮毂组成；半开式叶轮一般用于输送含有固半开式叶轮一般用于输送含有固相颗粒或粘度较高的的液体。相颗粒或粘度较高的的液体。 叶叶轮轮的的种种类类半开式叶轮半开式叶轮开式叶轮开式叶轮q开式叶轮开式叶轮由叶片及轮毂组成；由叶片及轮毂组成；开式叶轮一般用于输送污水或含有纤开式叶轮一般用于输送污水或含有纤维的液体。维的液体。q双吸式叶轮双吸式叶轮结构类似于闭式叶轮，结构类似于闭式叶轮，不同的是液体可叶轮的不同的是液体可叶轮的两侧吸入。两侧吸入。 双吸式叶轮用于输送双吸式叶轮用于输送大流

9、量的双吸泵上。大流量的双吸泵上。 叶叶轮轮的的种种类类双吸式叶轮双吸式叶轮离心泵的基本知识离心泵的基本知识2 2、泵轴、泵轴 泵轴是传递泵轴是传递功率和力矩的主要功率和力矩的主要零件。零件。离心泵的基本知识离心泵的基本知识 具有收集、导流和降速增压具有收集、导流和降速增压的作用。的作用。 泵壳是一个能量转换装置，泵壳是一个能量转换装置，它导引从叶轮流出的液体，随它导引从叶轮流出的液体，随着流道面积的逐渐增大，使液着流道面积的逐渐增大，使液流平缓地降低速度，使部分动流平缓地降低速度，使部分动能转化为压能能转化为压能。离心泵的基本知识离心泵的基本知识 按装在叶轮外缘，按装在叶轮外缘，并固定在泵壳上

10、，用于并固定在泵壳上，用于多级透平式泵中。内部多级透平式泵中。内部也有叶片形成逐渐增大也有叶片形成逐渐增大的流道，也具有收集、的流道，也具有收集、倒流、降速增压的作用。倒流、降速增压的作用。离心泵的基本知识离心泵的基本知识 泵工作时，泵工作时， 防止液体内防止液体内漏、外漏和外界空气吸入。漏、外漏和外界空气吸入。 密封环密封：密封环密封：防止液体防止液体从叶轮出口通过叶轮与壳体间从叶轮出口通过叶轮与壳体间的间隙漏回到入口（称为内的间隙漏回到入口（称为内漏），提高容积效率。并承受漏），提高容积效率。并承受叶轮与壳体接缝处可能产生的叶轮与壳体接缝处可能产生的机械磨损。机械磨损。离心泵的基本知识离心

11、泵的基本知识 液体在离心泵内的流动可以分为三部分：液体进入叶轮前在进液流道液体在离心泵内的流动可以分为三部分：液体进入叶轮前在进液流道( (吸吸入室入室) )中的流动，在叶轮内的流动和在排液流道中的流动，在叶轮内的流动和在排液流道( (压出室或导叶压出室或导叶) )中的流动。中的流动。液体是在液体是在叶轮内被叶轮强制叶轮内被叶轮强制运动时获得能量运动时获得能量，而在其余而在其余两个部分中流动时要消耗能两个部分中流动时要消耗能量量。离心泵是通过叶轮的转。离心泵是通过叶轮的转动，带动泵内液体，使之获动，带动泵内液体，使之获得能量的。因此研究离心泵得能量的。因此研究离心泵的工作理论，首先必须研究的工

12、作理论，首先必须研究液体在泵内通过叶轮的运动。液体在泵内通过叶轮的运动。一、叶轮内液体的运动一、叶轮内液体的运动 1.1.三种速度三种速度 液体在叶轮内的运动是复杂的，为了便于研究，我们先作如下假液体在叶轮内的运动是复杂的，为了便于研究，我们先作如下假设：设： 1)1)叶轮有无限多，无限薄的叶片，因此液体质点完全按照叶片形叶轮有无限多，无限薄的叶片，因此液体质点完全按照叶片形状规定的轨迹运动状规定的轨迹运动 2)2)液体是理想的，即液体没有粘性，流动时无摩擦阻力损失。液体是理想的，即液体没有粘性，流动时无摩擦阻力损失。 3)3)叶轮转速和液体流量是恒定的。叶轮转速和液体流量是恒定的。离心泵的理

13、论基础离心泵的理论基础即液体在叶轮内任一点的绝对速度c： 这种速度矢量合成图，称为速度三角形。由于要研究的是进叶轮前到出叶轮后的液体能量的变化情况，故我们只研究进口、出口的液流速度三角形。CUW离心泵的理论基础离心泵的理论基础2.进、出口速度三角形 当离心泵工作时，吸入池中液体在大气压力作用下，沿吸入管流向泵的叶轮进口，其速度为c0。在叶轮内，液体由轴向变为径向，并以速度c1流向叶片间的流道，如图213。离心泵的理论基础离心泵的理论基础 一般离心泵的液体沿半径方向进入叶片，故其绝对速度的方向一般离心泵的液体沿半径方向进入叶片，故其绝对速度的方向1 19090， 绝对速度的大小为：绝对速度的大小

14、为： 式中：式中：Q Qi i流经叶轮的流量；流经叶轮的流量； F F1 1进口断面的环形有效过流面积。进口断面的环形有效过流面积。 下角标下角标r r或或u u，表示径向或周向分速度。，表示径向或周向分速度。 111/riCCQF离心泵的理论基础离心泵的理论基础 为了使液体进入叶片时与叶片不产生冲击，为了使液体进入叶片时与叶片不产生冲击，进口处进口处相对速度相对速度W W1 1的方向应和叶片进口表面相切，的方向应和叶片进口表面相切，即相对速度即相对速度W W1 1与圆周速度与圆周速度u u1 1反方向的夹角反方向的夹角l l应与叶片结构角应与叶片结构角lKlK相等。相等。即使即使l llKl

15、K。当离心泵选定后，其叶轮的叶片结构角。当离心泵选定后，其叶轮的叶片结构角是不会变的，而是不会变的，而l l的数值取决于的数值取决于c c1 1和和u u1 1的大小。的大小。当泵轴当泵轴转速一定时，转速一定时， u u1 1为常数，速度为常数，速度c c1 1的方向是一定的，其大的方向是一定的，其大小取决于流量，因此小取决于流量，因此l l的数值也取决于流量。的数值也取决于流量。离心泵的理论基础离心泵的理论基础 在叶轮出口处的圆周速度u2=nD2/60，相对速度W2与叶片相切，即水力角22K，绝对速度的径向分速度c2rQi/F2, F2为出口断面环形有效过流面积。因此，出口处的速度三角形就确

16、定了。离心泵的理论基础离心泵的理论基础二、离心泵的理论扬程二、离心泵的理论扬程 了解了离心泵叶轮内液体运动情况以后，就能进一步研究泵内了解了离心泵叶轮内液体运动情况以后，就能进一步研究泵内的能量转换规律。在离心泵中，影响叶轮和液体进行能量转换的因素的能量转换规律。在离心泵中，影响叶轮和液体进行能量转换的因素很多，如叶轮转速，叶轮的尺寸，叶很多，如叶轮转速，叶轮的尺寸，叶 片的数量，叶片的角度和液体片的数量，叶片的角度和液体的性质等。为了研究主要因素的影响，先作以下两点假设：的性质等。为了研究主要因素的影响，先作以下两点假设： 叶轮具有无限多，无限薄的叶片叶轮具有无限多，无限薄的叶片，这样就可以

17、认为液体质点是，这样就可以认为液体质点是完全按照叶片形状规定的轨迹运动的；完全按照叶片形状规定的轨迹运动的； 液体是理想的，即液体没有粘性，流动时没有摩擦阻力损失。液体是理想的，即液体没有粘性，流动时没有摩擦阻力损失。离心泵的理论基础离心泵的理论基础 假设液体通过叶轮时没有能量损失，根据能量守恒定律，叶轮消耗的机械功率应全都变为液体的水力功率，即 M Mi igQgQi iH Hi i 式中 叶轮的旋转角速度； Hi叶轮传递给每一N重量液体的能量，称为泵的理论压头。因为假定叶轮叶片为无限多，所以Hi用Hi表示。离心泵的理论基础离心泵的理论基础2221 111(coscos)iHu cu cg所

18、以，离心泵的理论压头Hi等于 HiMi/gQi Qi(c2R2cos2c1R1cos1)/gQi (c2R2cos2c1R1cos1)/g (c2R2cos2c1R1cos1)/g因为R2u2 ，R1u1所以上式就是离心泵的基本能量方程式米液柱离心泵的理论基础离心泵的理论基础从式从式 H Hii u u2 2c c2u2u /g /g 可见，可见， 离心泵的理论压头与离心泵的理论压头与出口圆周速度出口圆周速度( (或叶轮外径或叶轮外径D D2 2及转速及转速n)n)、出口绝出口绝对速度的周向分量对速度的周向分量c c2 2u u ( (或或2 2及及2 2等等) )有关。当叶轮的外径越大，转速

19、越有关。当叶轮的外径越大，转速越高以及高以及2 2越大，越大，2 2越小时，离心泵给出的理论压头也越大。越小时，离心泵给出的理论压头也越大。离心泵的理论基础离心泵的理论基础 在基本能量方程式中，没有包含液体物理性质的参数(如密度，粘度等)，所以此式适用于输送任何物理性质的液体。离心泵的理论基础离心泵的理论基础 大量实验表明，有限叶片数的叶轮所产生的理论扬程要大量实验表明，有限叶片数的叶轮所产生的理论扬程要比无限多叶片数的叶轮理论扬程小比无限多叶片数的叶轮理论扬程小15152020。此外，叶轮出。此外，叶轮出口角，泵壳结构等也对理论扬程有影响。为此引入扬程修正口角，泵壳结构等也对理论扬程有影响。

20、为此引入扬程修正系数系数K K： H Hi i KHKHii 上式中上式中:H:Hi i为叶片有限时离心泵的理论扬程为叶片有限时离心泵的理论扬程; ; K K值通常在值通常在0.70.70.90.9之间，叶片越多，之间，叶片越多，K K也就越大。也就越大。 离心泵的理论基础离心泵的理论基础流量流量Q压头压头H效率效率功率功率N转速转速n表示泵表示泵轴转动的速轴转动的速度。影响泵度。影响泵的流量。的流量。单位单位:r/min:r/min表示泵表示泵对液体做功对液体做功的能力。的能力。单位：单位：KWKW表示泵表示泵转换能量的转换能量的经济性。经济性。单位：无单位：无又称扬又称扬程。表示泵程。表示

21、泵使单位质量使单位质量液体产生的液体产生的能量增加值。能量增加值。单位：单位：m m表示泵表示泵在单位时间在单位时间内的输液量。内的输液量。单位：单位：m3/hKWgHQN310KWQgHNiii3101 1、离心泵的功率、离心泵的功率1 1）输出功率）输出功率N N 单位时间内液体通过泵后所得到的能量，即离心泵实际输出的单位时间内液体通过泵后所得到的能量，即离心泵实际输出的功率。又叫离心泵的功率。又叫离心泵的有效功率或水功率。有效功率或水功率。2 2）转化功率）转化功率N Ni i 通过叶轮传递给液体的功率。又称通过叶轮传递给液体的功率。又称指示功率指示功率。3 3）输入功率）输入功率N N

22、a a 单位时间由动力机提供给泵的能量单位时间由动力机提供给泵的能量。又称又称轴功率。轴功率。可分别用下式来计算：可分别用下式来计算：KWNNa式中式中 : :Q Q泵的实际流量，泵的实际流量，m m3 3s s，可实际测量；，可实际测量；H H泵的实际输出压头或有效压头，泵的实际输出压头或有效压头，m m 液柱，可液柱，可实际测量；实际测量；被输送液体的密度，被输送液体的密度，KgKgm m3 3；Q Qi i泵的转化流量泵的转化流量; ;H Hi i泵的转化压头泵的转化压头; ;离心泵的总效率。离心泵的总效率。 离心泵在能量转换的过离心泵在能量转换的过程中，不可避免地存在各程中，不可避免地

23、存在各种能量损失。这些能量损种能量损失。这些能量损失必将消耗相应的能量。失必将消耗相应的能量。aNN泵的效率，反映泵的经济性好坏。泵的效率，反映泵的经济性好坏。离心泵的理论基础离心泵的理论基础水hHHHHih泵的水力效率为：泵的水力效率为： 离心泵的总效率为：离心泵的总效率为：hvmaiiaNNNNNN离心泵的理论基础离心泵的理论基础 在选择和使用离心泵时，人们最关心的是离心泵能输送多大的流量在选择和使用离心泵时，人们最关心的是离心泵能输送多大的流量Q Q、产生多大的压头（扬程）产生多大的压头（扬程）H H、其功率、其功率N N、效率、效率的高低和带泵动力机的转速的高低和带泵动力机的转速n n

24、、功率功率N Na a等。等。 特性曲线是在转速特性曲线是在转速n n一定的条件下，通过实验一定的条件下，通过实验得出的得出的H HQ Q、N Na aQ Q、Q Q等关系曲线。一般由生产等关系曲线。一般由生产厂家给出，在泵的说明书厂家给出，在泵的说明书和产品样本上可以查询到。和产品样本上可以查询到。从离心泵的特性曲线可以得出如下结论：从离心泵的特性曲线可以得出如下结论：1 1）离心泵的压头（扬程）离心泵的压头（扬程）随着流量的增加而降低。因此，随着流量的增加而降低。因此，离心泵的流量和扬程很容易通离心泵的流量和扬程很容易通过排出闸门来调节控制。过排出闸门来调节控制。2 2）离心泵的轴功率（输

25、）离心泵的轴功率（输入率）随着流量的增加而增加。入率）随着流量的增加而增加。在流量为零时，轴功率最小，在流量为零时，轴功率最小，因此，离心泵应采取闭闸启动，因此，离心泵应采取闭闸启动，以防止电机过载。以防止电机过载。3 3）离心泵的最高效率在）离心泵的最高效率在其额定流量时，大于、小于该其额定流量时，大于、小于该流量时，效率都会降低。流量时，效率都会降低。1 1）利用叶轮的对称性平衡轴向力）利用叶轮的对称性平衡轴向力 对于单级泵，采用如图2-4所示的双吸叶轮双吸叶轮，使叶轮两侧盖板上的压力相互抵消，可以有效地消除轴向力。对于多级泵，利用对称排列方式对称排列方式，即将总级数为偶数的叶轮，如图2-

26、7所示那样背靠背或面对面地联在一根轴上，这种方法可有效地减少轴向力，2)2)改造叶轮以平衡轴向力改造叶轮以平衡轴向力 对于单吸单级离心泵，常采取适当改变叶轮结构，以达到减少或消除轴向力的目的。 右下图所示的为平衡孔法平衡孔法，是在叶轮后盖板上开一圈小孔，使后盖板密封环内的液压力与前盖板密封环内的液压力基本相等。只要使后盖板密封环直径与前盖板密封环直径相同，则轴向力基本上可以被平衡。 3)3)平衡盘法平衡盘法 油田使用的3D100150注水泵，驱动功率800Kw，当扬程为1500m时，产生的轴向力约为1.2104N，采用图211所示的平衡盘方案平衡轴向力的。离心泵的选择离心泵的选择1、收集原始资

27、料；2、初步计算泵的流量和压力；3、选择泵的类型和型号；4、验算泵的性能；5、功率计算。柱塞泵柱塞泵1 1、压力高、压力高2 2、容积效率高、容积效率高3 3、流量容易调节、流量容易调节故适用于故适用于高压、大流量、大功率高压、大流量、大功率的液压系统中。的液压系统中。按柱塞排列和运动方向不同为：按柱塞排列和运动方向不同为：1 1、径向柱塞式、径向柱塞式2 2、轴向柱塞式、轴向柱塞式柱塞泵与齿轮泵和叶片泵的相比较柱塞泵与齿轮泵和叶片泵的相比较,具有以下特点具有以下特点: 特征：特征：各柱塞排列在传动轴半径方向，即柱塞各柱塞排列在传动轴半径方向，即柱塞中心线中心线垂直于传动轴中心线垂直于传动轴中

28、心线 一、径向柱塞泵一、径向柱塞泵径向柱塞泵.swf1. 径向柱塞泵的结构及工作原理径向柱塞泵的结构及工作原理 （1） 结构结构缸体缸体( 即转子与定子有偏心即转子与定子有偏心量，转动量，转动)柱塞（相对缸体往返运动）柱塞（相对缸体往返运动）定子（不动）定子（不动）配油轴（不动）配油轴（不动）一、径向柱塞泵一、径向柱塞泵 柱塞 2-定子 3-转子 4-套 5-配流轴图3-31 径向柱塞泵工作原理一、径向柱塞泵一、径向柱塞泵 一、径向柱塞泵一、径向柱塞泵 柱塞泵柱塞泵（2） 工作原理：工作原理： V密形成密形成柱塞底部和缸体配合而成柱塞底部和缸体配合而成 上半周，吸油上半周，吸油 V密变化密变化

29、转子顺转转子顺转 下半周，压油下半周，压油 1. 径向柱塞泵的结构及工作原理径向柱塞泵的结构及工作原理 径向柱塞泵是因为有多个柱塞径向地配置在径向柱塞泵是因为有多个柱塞径向地配置在一个共同的缸体一个共同的缸体3内。缸体由电动机带动旋转内。缸体由电动机带动旋转，柱塞要靠离心力甩出，但其顶部被定子，柱塞要靠离心力甩出，但其顶部被定子2的的内壁所限制，迫使柱塞作往返运动。定子内壁所限制，迫使柱塞作往返运动。定子2是是一个与缸体偏心放置的圆环。一个与缸体偏心放置的圆环。 因此，当缸体旋转时柱塞就做往复运动。柱因此，当缸体旋转时柱塞就做往复运动。柱塞底部的容积发生变化，实现吸油和压油。塞底部的容积发生变化，实现吸油和压油。这里采用配流轴配油，又称径向配流。径向这里采用配流轴配油，又称径向配流。径向柱塞泵外形