第9课 泵基础知识

1、第9课 泵基础知识第一节 泵的分类与组成一、泵的分类与组成泵的种类很多，常用的主要有有离心泵、计量泵、螺杆泵、往复泵、轴流泵、真空泵、齿轮泵等，主要介绍离心泵。二、离心泵的种类1.按叶轮数目来分类1) 单级泵：即在泵轴上只有一个叶轮。2) 多级泵：即在泵轴上有两个或两个以上的叶轮，这时泵的总扬程为n个叶轮产生的扬程之和。2.按工作压力来分类1) 低压泵：压力低于100米水柱；2) 中压泵：压力在100650米水柱之间；3) 高压泵：压力高于650米水柱。3.按叶轮吸入方式来分类1) 单侧进水式泵：又叫单吸泵，即叶轮上只有一个进水口；2) 双侧进水式泵：又叫双吸泵，即叶轮两侧都有一个进水口。它的

2、流量比单吸式泵大一倍，可以近似看作是二个单吸泵叶轮背靠背地放在了一起。4.按泵壳结合来分类1) 水平中开式泵：即在通过轴心线的水平面上开有结合缝。2) 垂直结合面泵：即结合面与轴心线相垂直。5.按泵轴位置来分类1) 卧式泵：泵轴位于水平位置。2) 立式泵：泵轴位于垂直位置。6.按叶轮出方式分类1) 蜗壳泵：水从叶轮出来后，直接进入具有螺旋线形状的泵壳。2) 导叶泵：水从叶轮出来后，进入它外面设置的导叶，之后进入下一级或流入出口管。7.按安装高度分类1) 自灌式离心泵：泵轴低于吸水池池面，启动时不需要灌水，可自动启动。2) 吸入式离心泵（非自灌式离心泵）：泵轴高于吸水池池面。启动前，需要先用水灌

3、满泵壳和吸水管道，然后驱动电机，使叶轮高速旋转运动，水受到离心力作用被甩出叶轮，叶轮中心形成负压，吸水池中水在大气压作用下进入叶轮，又受到高速旋转的叶轮作用，被甩出叶轮进入压水管道。8.另外，根据用途也可进行分类，如油泵、水泵、凝结水泵、排灰泵、循环水泵等。第二节 离心泵一、离心泵的工作原理1.离心泵的工作原理叶轮安装在泵壳2内，并紧固在泵轴3上，泵轴由电机直接带动。泵壳中央有一液体吸入4与吸入管5连接。液体经底阀6和吸入管进入泵内。泵壳上的液体排出口8与排出管9连接。在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体；启动后，启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动。在离心力的作用

4、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道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。2.气缚现象当泵壳内存有空气，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，使离心泵不能输送液体，此种现象称为“气缚现象”。为了使泵内充满液体，通常在吸入

5、管底部安装一带滤网的底阀，该底阀为止逆阀，滤网的作用是防止固体物质进入泵内损坏叶轮或防碍泵的正常操作。二、离心泵的主要部件离心泵的主要部件有叶轮、泵壳、泵轴、轴承箱和轴封装置。1.叶轮叶轮的作用是将原动机的机械能直接传给液体，以增加液体的静压能和动能(主要增加静压能)。叶轮一般有612片后弯叶片。叶轮有开式、半闭式和闭式三种，如图22所示。开式叶轮在叶片两侧无盖板，制造简单、清洗方便，适用于输送含有较大量悬浮物的物料，效率较低，输送的液体压力不高；半闭式叶轮在吸入口一侧无盖板，而在另一侧有盖板，适用于输送易沉淀或含有颗粒的物料，效率也较低；闭式叶轮在叶轮在叶片两侧有前后盖板，效率高，适用于输送

6、不含杂质的清洁液体。一般的离心泵叶轮多为此类。叶轮有单吸和双吸两种吸液方式。2.泵壳作用是将叶轮封闭在一定的空间，以便由叶轮的作用吸入和压出液体。泵壳多做成蜗壳形，故又称蜗壳。由于流道截面积逐渐扩大，故从叶轮四周甩出的高速液体逐渐降低流速，使部分动能有效地转换为静压能。泵壳不仅汇集由叶轮甩出的液体，同时又是一个能量转换装置。3.泵轴的作用是借联轴器和电动机相连接，将电动机的转矩传给叶轮，所以它是传递机械能的主要部件。4.轴封装置作用是防止泵壳内液体沿轴漏出或外界空气漏入泵壳内。常用轴封装置有填料密封和机械密封两种。填料一般用浸油或涂有石墨的石棉绳。机械密封主要的是靠装在轴上的动环与固定在泵壳上

7、的静环之间端面作相对运动而达到密封的目的。5.轴承箱主要是安装轴承并起承载泵轴力的作用。三、离心泵的主要性能参数1.流量Q(m3/h或m3/s)离心泵的流量即为离心泵的送液能力，是指单位时间内泵所输送的液体体积。泵的流量取决于泵的结构尺寸(主要为叶轮的直径与叶片的宽度)和转速等。操作时，泵实际所能输送的液体量还与管路阻力及所需压力有关。2.扬程H(m)离心泵的扬程又称为泵的压头，是指单体重量流体经泵所获得的能量。泵的扬程大小取决于泵的结构(如叶轮直径的大小，叶片的弯曲情况等、转速。目前对泵的压头尚不能从理论上作出精确的计算，一般用实验方法测定。泵的扬程可同实验测定，即在泵进口处装一真空表，出口

8、处装一压力表，若不计两表截面上的动能差(即u2/2g=0),不计两表截面间的能量损失(即f1-2=0)，则泵的扬程可用下式计算注意以下两点：(1)式中p2为泵出口处压力表的读数(Pa)；p1为泵进口处真空表的读数(负表压值，Pa)。(2) 注意区分离心泵的扬程(压头)和升扬高度两个不同的概念。扬程是指单位重量流体经泵后获得的能量。在一管路系统中两截面间(包括泵)列出柏努利方程式并整理可得式中H为扬程，而升扬高度仅指z一项。例2-1现测定一台离心泵的扬程。工质为20清水，测得流量为60m/h时，泵进口真空表读数为-0.02Mpa,出口压力表读数为0.47Mpa(表压)，已知两表间垂直距

9、离为0.45m若泵的吸入管与压出管管径相同，试计算该泵的扬程。解由式查20， h=0.45m           p=0.47Mpa=4.7*10Pa           p=-0.02Mpa=-2*10Pa           H=0.45+ &#

10、160;          =50.5m3.效率泵在输送液体过程中，轴功率大于排送到管道中的液体从叶轮处获得的功率，因为容积损失、水力损失物机械损失都要消耗掉一部分功率，而离心泵的效率即反映泵对外加能量的利用程度。泵的效率值与泵的类型、大小、结构、制造精度和输送液体的性质有关。大型泵效率值高些，小型泵效率值低些。4.轴功率N(W或kW)泵的轴功率即泵轴所需功率，其值可依泵的有效功率Ne和效率计算，即(kW)四、离心泵特特性曲线及其应用离心泵的特性曲线是将由实验测定的Q、H、N、等数据标绘而成的一

11、组曲线。此图由泵的制造厂家提供，供使用部门选泵和操作时参考。不同型号泵的特性曲线不同，但均有以下三条曲线：(1) H-Q线  表示压头和流量的关系；(2) N-Q线  表示泵轴功率和流量的关系；(3) -Q线   表示泵的效率和流量的关系；(4) 泵的特性曲线均在一定转速下测定，故特性曲线图上注出转速n值。离心泵特性曲线上的效率最高点称为设计点，泵在该点对应的压头和流量下工作最为经济。离心泵铭牌上标出的性能参数即为最高效率点上的工况参数。离心泵的性能曲线可作为选择泵的依据。确定泵的类型后，再依流

12、量和压头选泵。例2-2用清水测定一台离心泵的主要性能参数。实验中测得流量为10m/h,泵出口处压力表的读数为0.17MPa（表压），入口处真空表的读数为-0.021Mpa,轴功率为1.07KW，电动机的转速为2900r/min，真空表测压点与压力表测压点的垂直距离为0.2m。试计算此在实验点下的扬程和效率。解泵的主要性能参数包括转速n、流量Q、扬程H、轴功率N和效率。直接测出的参数为转速n=2900r/min         流量Q10m/h=0.00278m/s   

13、60;     轴功率N1.07KW需要进行计算的有扬程H和效率。用式计算扬程H，即已知：h=0.5m                                     &#

14、160;=              m于是=20*0.00278*1000.9.81         =545W=0.545KW                    

15、          =51%五、影响离心泵性能的主要因素1.液体物理性质对特性曲线的影响生产厂所提供的特性曲线是以清水作为工作介质测定的，当输送其它液体时，要考虑液体密度和粘度的影响。(1)粘度 当输送液体的粘度大于实验条件下水的粘度时，泵体内的能量损失增大，泵的流量、压头减小，效率下降，轴功率增大。(2) 密度  离心泵的体积流量及压头与液体密度无关，功率则随密度增大而增加。2.离心泵的转速对特性曲线的影响当液体粘度不大，泵的效率不变时，泵的流量、压头、

16、轴功率与转速可近似用比例定律计算，即式中：Q1、H1、N1离心泵转速为n1时的流量、扬程和功率。Q2、H2、N2离心泵转速为n2时的流量、扬程和功率。上面的一组公式称为比例定律。当转速变化小于20%时，可认为效率不变，用上工进行计算误差不大。若在转速为n1的特性曲线上多选几个点，利用比例定律算出转速为n2时相应的数据，并将结果标绘在坐标纸上，就可以得到转速为n2时的特性曲线。3 叶轮直径对特性曲线的影响当泵的转速一定时，其扬程、流量与叶轮直径有关。下面为切割定律。式中：Q1、H1、N1离心泵转速为在D1时的流量、扬程和功率。Q2、H2、N2离心泵转速为D2时的流量、扬程和功率。六、离

17、心泵的汽蚀现象与安装高度1.离心泵的汽蚀现象离心泵的汽蚀现象是指被输送液体由于在输送温度下饱和蒸汽压等于或低于泵入口处(实际为叶片入口处的)的压力而部分汽化，引起泵产生噪音和震动，严重时，泵的流量、压头及效率的显著下降，显然，汽蚀现象是离心泵正常操作所不允许发生的。避免汽蚀现象发生的关键是泵的安装高度要正确，尤其是当输送温度较高的易挥发性液体时，更要注意。2.离心泵的安装高度Hg允许吸上真空高度Hs是指泵入口处压力p1可允许达到的最大真空度根据Hs计算的安装高度公式为而实际的允许吸上真空高度Hs值并不是根据式计算的值，而是由泵制造厂家实验测定的值，此值附于泵样本中供用户查用。位应注意的是泵样本

18、中给出的Hs值是用清水为工作介质，操作条件为20及及压力为1.013×105Pa时的值，当操作条件及工作介质不同时，需进行换算。(1) 输送清水，但操作条件与实验条件不同，可依下式换算Hs1Hs(Ha10.33)  (H0.24)(2) 输送其它液体当被输送液体及反派人物条件均与实验条件不同时，需进行两步换算：第一步依上式将由泵样本中查出的Hs1；第二步依下式将Hs1换算成HsHs=最后再将Hs代入Hg=HsHf 0-1计算出安装高度。3.汽蚀余量h对于油泵，计算安装高度时用汽蚀余量h来计算，即用汽蚀余量h由油泵样本中查取，其值也用2

19、0清水测定。若输送其它液体，亦需进行校正，详查有关书籍。从安全角度考虑，泵的实际安装高度值应小于计算值。又，当计算之Hg为负值时，说明泵的吸入口位置应在贮槽液面之下。例2-3 某离心泵从样本上查得允许吸上真空高度Hs=5.7m。已知吸入管路的全部阻力为1.5mH2O，当地大气压为9.81×104Pa，液体在吸入管路中的动压头可忽略。试计算：(1) 输送20清水时泵的安装；(2) 改为输送80水时泵的安装高度。解：(1) 输送20清水时泵的安装高度已知：Hs=5.7m      Hf0-

20、1=1.5m      u12/2g0当地大气压为9.81×104Pa，与泵出厂时的实验条件基本相符，所以泵的安装高度为Hg=5.7-0-1.5=4.2 m。(2) 输送80水时泵的安装高度输送80水时，不能直接采用泵样本中的Hs值计算安装高度，需按下式对Hs时行换算，即Hs1Hs(Ha10.33)  (H0.24)已知Ha=9.81×104Pa10mH2O，由附录查得80水的饱和蒸汽压为47.4kPa。Hv=47.4×103 Pa4.83 mH2OHs15.7+1

21、010.334.83+0.24=0.78m将Hs1值代入式中求得安装高度Hg=Hs1Hf0-1=0.781.5=0.72mHg为负值，表示泵应安装在水池液面以下，至少比液面低0.72m。汽蚀余量计算例2-4用油泵从密闭容器里送出30的丁烷。容器内丁烷液面上的绝对压力为。液面降到最低时，在泵入口中心线以下2.8m。丁烷在30时密度为580Kg/m，饱和蒸汽压为。泵吸入管路的压头损失为1.5m。所选用的泵汽蚀余量为3m。试问这个泵能否正常工作？解按所给条件考虑这个泵能否正常操作，就必须计算出它的安装高度，再与题中所给数值相比较主，看它是否发生汽蚀。已知    

22、;                  将以上数据代入式中得=2.4m题中指出，容器内液面降到最低时，实际安装高度为2.8m，而泵的允许安装高度为2.4m，说明泵安装位置太高，不能保证整个输送过程中不产生汽蚀现象。为了保证泵正常操作的，应使泵入口中心线不高于最低液面2.4m，即从原来的安装位置到少降低0.4m；或者提高容器的压力。七、离心泵的工作点和流量调节1.管路特性曲线当离心泵安装在特定的管路系统中时，泵应提供的流

23、量和压头应依管路的要求而定。管路所需压头与流量的关系曲线称为管路特性曲线，其方程用下式表示He=A+BQe22.离心泵的工作点当泵安装在一定管路系统中时，泵的特性曲线与管路与曲线的交点即为泵的工作点。工作点所示的流量与压头既是泵提供的流量和压头，又是管路所需要的流量和压头。离心泵只有在工作点工作，管中流量才能稳定。泵的工作点以在泵的效率最高区域内为宜。3.离心泵的流量调节对一台泵而言，特性曲线不会变，而管路特性曲线可变。当泵的工作点所提供的流量不能满足新条件下所需要的流量时，即应设法改变泵工作点的位置，即需要进行流量调节。流量调节的方法有：(1)在离心泵出口管路上装一调节阀，改变阀门开度，即改

24、变管路特性曲线He=A+BQe2中之B值，阀门开大，工作点远离纵轴；阀门关小，工作点靠近纵轴。这种调节方法的优点是，操作简便、灵活。其缺点是，阀门关小时，管路中阻力增大，能量损失增大，从而使泵不能在最高效率区域内工作，是不经济的。用改变阀门开度的方法来调节流量多用在流量调节幅度不大、而经常需要调节的场合。(2) 改变泵的转速，即改变泵的特性曲线。(3) 车削叶轮外径也改变泵的特性曲线。采用以上两种方法均可改变泵的我曲线。用这些方法调节流量在一定范围内可保证泵在高效率区内工作，能量利用较经济，但不方便，流量调节范围也不大，故应用不广泛。图215泵的并联操作八、离心泵的联用1.

25、并联操作两台型号相同的泵并联后，其特性曲线可用单泵特性曲线合成，见图2-15。当管路特性曲线不变时，并联后的流量增加，但小于两台单泵的流量之和，即Q2Q而 H并H单2.串联操作两台型号相同的泵串联后，其特性曲线亦可用单泵特性曲线合成，见图2-16。当管路特性曲线不变时，串联后的压头增加，但亦小于两台单泵的压头之和，即H串2H单而Q并Q单图216泵的串联操作3.组合方式的选择若管路两端的()项值大于泵所能提供的最大压头，则必须用串联操作。对低阻型管路(即管路特性曲线比较平缓)，并联泵输送的流量、压头均大于串联泵。对高阻型管路(即管路特性曲线比较陡峭)，串联泵输送的流量、压头均大于并联泵，见图2-

26、17。图217组合方式的选择 4.离心泵的安装和运转离心泵的安装高度应低于允许的安装高度(即计算的安装高度)，以免产生汽蚀现象。为减少吸入管段的流体阻力，吸入管径不应小于泵入口直径，吸入管应短而直，不装阀门，但当泵的吸入口高于液面时应加一止逆底阀。离心泵启动前应灌满液体，以免产生气缚现象；关闭出口阀门，以减小启动功率。离心泵停泵前应先关闭出口阀门。离心泵运转时，应定期检查轴封有无泄漏，轴承、填料函等发热情况，轴承应注意润滑。九、离心泵的类型和选用1.离心泵的类型按被输送液体的性质可分为：(1) 水泵(B型、D型、sh型)用于输送清水及物理、化学性质类似于水的清洁液体。(2) 

27、;耐腐蚀泵(F型)用于输送酸、碱等腐蚀性液体。(3) 油泵(Y型)用于输送石油产品。2.离心泵的选用(1) 根据被输送液体的性质及操作条件确定类型；(2) 根据流量(一般由生产任务定)及计算管路中所需压头，确定泵的型号(从样本或产品目录中选取)；(3) 若被输送液体的粘度和密度与水相差较大时， 应核算泵的特性参数：流量、压头和轴功率。选择离心泵时，可能有几种型号的泵同时满足在最佳范围内操作这一要求，此时，可分别确定各泵的工作点，比较工作点上的效率，择优选取。离心泵的特点是，送液能力大，流量均匀，但产生的压头不高，且压头随着流量的改变而变化。 十、泵的流量和流速1.流量单位时间内流过管道任一截面的流体量，称为流量。流