第二章第一节

1、2022-2-16第二章第二章 流体输送机械流体输送机械化工原理化工原理2022-2-16若将某池子热水送至高的凉水塔，倘若外界不提供机械能，若将某池子热水送至高的凉水塔，倘若外界不提供机械能，水能自动由低处向高处流吗？水能自动由低处向高处流吗？在池面与凉水塔液面列柏努利方程得：在池面与凉水塔液面列柏努利方程得：fHgugpzHgugpz222222211101012umz，00211ppz，(表压表压)， 若泵未有开动，则若泵未有开动，则 0H代入上式得：代入上式得： 2201012elludgdllgue121022化工原理化工原理2022-2-16输送机械的作用：输送机械的作用： 对流体

2、做功，使流体对流体做功，使流体E, 结果流体的动能结果流体的动能， 或位能或位能，静压能静压能，克服摩擦阻力。，克服摩擦阻力。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。输送机械的分类：输送机械的分类：流体输送机械流体输送机械液体输送机械液体输送机械气体输送机械气体输送机械离心泵离心泵往复泵往复泵通风机通风机鼓风机鼓风机压缩机压缩机真空泵真空泵按输送流体的分：按输送流体的分：化工原理化工原理2022-2-16按其工作原理，泵与压缩机又可分为：按其工作原理，泵与压缩机又可分为： 本节以离心泵为代表重点讨论其工作原理、结构和工本节以离心泵为代表重点讨

3、论其工作原理、结构和工作特性。对其它类型的流体输送机械仅作一般性介绍。更多作特性。对其它类型的流体输送机械仅作一般性介绍。更多的专业性知识应随时从该行业新近出版的技术手册、专著或的专业性知识应随时从该行业新近出版的技术手册、专著或专业科技期刊中得以补充。专业科技期刊中得以补充。 离心式、轴流式（统称叶轮式）：离心式、轴流式（统称叶轮式）：利用高速旋转的叶轮利用高速旋转的叶轮使流体获得动能并转变为静压能；使流体获得动能并转变为静压能； 容积式或正位移式（往复式、旋转式）：容积式或正位移式（往复式、旋转式）：利用活塞或转利用活塞或转子的周期性挤压使流体获得静压能与动能；子的周期性挤压使流体获得静压

4、能与动能； 流体动力式：流体动力式：利用流体高速喷射时动能与静压能相互转利用流体高速喷射时动能与静压能相互转换的原理吸引输送另一种流体。换的原理吸引输送另一种流体。 化工原理化工原理2022-2-161. 离心泵的主要特性参数；离心泵的主要特性参数；2. 离心泵的特性曲线；离心泵的特性曲线；3. 离心泵的安装高度；离心泵的安装高度；4. 离心泵的选用、安装与操作离心泵的选用、安装与操作；5. 离心泵的基本方程离心泵的基本方程 。掌握掌握内容内容化工原理化工原理2022-2-161. 往复泵的结构和工作原理；往复泵的结构和工作原理； 2. 离心式通风机的结构和工作原理。离心式通风机的结构和工作原

5、理。 1. 理论压头的推导；理论压头的推导；2. 三种能量损失；三种能量损失；3. 泵的串并联。泵的串并联。 熟悉熟悉内容内容了解了解内容内容化工原理化工原理2022-2-16离心泵离心泵其他类型液体输送机械其他类型液体输送机械气体输送和压缩机械气体输送和压缩机械本章内容本章内容化工原理化工原理2022-2-16第一节第一节 离心泵（离心泵（Centrifugal Pumps）5 5离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节1 1离心泵的结构与工作原理离心泵的结构与工作原理6 6离心泵的类型、选择、安装与使用离心泵的类型、选择、安装与使用3 3离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性

6、能参数与特性曲线2 2离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式4 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化工原理化工原理2022-2-16重点：重点：离心泵基本方程离心泵基本方程式；离心泵主要式；离心泵主要特性参数、特性特性参数、特性曲线曲线 。本节的重本节的重点及难点点及难点难点：难点：离心泵基本原理、离心泵基本原理、安装高度、工作点安装高度、工作点与流量调节、离心与流量调节、离心泵选用、安装与操泵选用、安装与操作。作。 第一节第一节 离心泵（离心泵（Centrifugal Pumps）化工原理化工原理2022-2-16一、离心泵的结构与工作原理一、离心泵的结构与工作原理

7、离心泵由两个主要离心泵由两个主要部分构成：包括叶部分构成：包括叶轮和泵轴的轮和泵轴的旋转部旋转部件件与由泵壳、填料与由泵壳、填料函和轴承组成的函和轴承组成的静静止部件。止部件。1. 离心泵的结构离心泵的结构化工原理化工原理2022-2-16（1）叶轮：叶片（）叶轮：叶片（+盖板）盖板） 叶轮是离心泵的重要部件，对它的要求是在流体能量损叶轮是离心泵的重要部件，对它的要求是在流体能量损失最小的情况下，使单位质量流体获得较高的能量。失最小的情况下，使单位质量流体获得较高的能量。叶轮的作用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，提高液体的静压能和动能。提高液体的静压能和动能。化工

8、原理化工原理2022-2-16根据结构根据结构闭式叶轮闭式叶轮开式叶轮开式叶轮 半闭式叶轮半闭式叶轮 叶片的内侧带有叶片的内侧带有前后盖板前后盖板，适于，适于输送干净流体，效率较高。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，适合输送含有固体颗粒的液体悬浮物。体颗粒的液体悬浮物。只有只有后盖板后盖板，可用于输送浆料或含，可用于输送浆料或含固体悬浮物的液体，效率较低。固体悬浮物的液体，效率较低。叶轮的分类叶轮的分类化工原理化工原理2022-2-16按吸液方式按吸液方式 单吸式叶轮单吸式叶轮 双吸式叶轮双吸式叶轮液体只能从叶轮一侧被吸入，结液体只能从叶轮一侧被吸入，结构简单。

9、构简单。相当于两个没有盖板的单吸式叶轮相当于两个没有盖板的单吸式叶轮背靠背并在了一起，背靠背并在了一起，可以从两侧吸可以从两侧吸入液体，入液体，具有较大的吸液能力，而具有较大的吸液能力，而且可以较好的消除轴向推力。且可以较好的消除轴向推力。 化工原理化工原理2022-2-16（2）泵壳）泵壳v离心泵的外壳多为蜗壳形，其内离心泵的外壳多为蜗壳形，其内有一个截面逐渐扩大的蜗形通道。有一个截面逐渐扩大的蜗形通道。叶轮在泵壳内顺着蜗形通道逐渐叶轮在泵壳内顺着蜗形通道逐渐扩大的方向旋转，由于通道逐渐扩大的方向旋转，由于通道逐渐扩大，以高速从叶轮四周抛出的扩大，以高速从叶轮四周抛出的流体可逐渐降低流速，减

10、少能量流体可逐渐降低流速，减少能量损失，从而使部分动能有效地转损失，从而使部分动能有效地转化为静压能。化为静压能。v泵壳的作用泵壳的作用 不仅能收集和导出流体，同时不仅能收集和导出流体，同时又是能量转换装置。又是能量转换装置。 化工原理化工原理2022-2-16导轮导轮 为了减少液体直接进入蜗壳时的碰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撞，在叶轮与泵壳之间有时还装有一个一个固定不动的带有叶片的圆盘固定不动的带有叶片的圆盘，称为称为导轮。导轮。导轮上的叶片的弯曲方导轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方向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其

11、弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳的的方向相适应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，通道内平缓的改变方向，使能量损使能量损失减小，使动能向静压能的转换更失减小，使动能向静压能的转换更为有效。为有效。（3）泵轴：）泵轴：垂直叶轮面，垂直叶轮面，叶轮中心，泵轴与叶轮中心，泵轴与电机电机相连，相连，可由电机带动旋转。可由电机带动旋转。化工原理化工原理2022-2-16（4）轴封装置）轴封装置轴封的作用轴封的作用 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。界空气漏入泵壳内。轴封的分类轴封的分类 轴封装置轴

12、封装置 填料密封：填料密封： 机械密封：机械密封： 主要由填料函壳、软填料和填料压盖主要由填料函壳、软填料和填料压盖组成，普通离心泵采用这种密封。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主要由装在泵轴上随之转动的动环动环和和固定于泵壳上的固定于泵壳上的静环静环组成，两个环形组成，两个环形端面由弹簧的弹力互相贴紧而作相对端面由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，起到密封作用。运动，起到密封作用。 化工原理化工原理2022-2-16由若干个弯曲的叶片组由若干个弯曲的叶片组成的成的叶轮叶轮(Impeller)置置于具有蜗壳通道的于具有蜗壳通道的泵壳泵壳(Volute)之内。之内。叶轮叶

13、轮紧固于紧固于泵轴泵轴上，上，泵轴与泵轴与电机电机相连，可相连，可由电机带动旋转。由电机带动旋转。 2. 离心泵的工作原理离心泵的工作原理化工原理化工原理2022-2-16 吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部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。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。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，先在泵内开泵前，先在泵内灌满要输送的液体灌满要输送的液体。 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

14、下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，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，并以并以 很高的速度（很高的速度（1525 m/s）流入泵壳）流入泵壳。 在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的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，使使大部分动能转化为压力能大部分动能转化为压力能。最后液体。最后液体以较高的静压强以较高的静压强从排出口流入排出管道。从排出口流入排出管道。 化工原理化工原理2022-2-16 泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在液面压在液面压强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便强（大气压）与泵内

15、压力（负压）的压差作用下，液体便经吸入管路进入泵内经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。填补了被排除液体的位置。 液体随叶轮旋转，在离心力的作用下自叶轮中心被液体随叶轮旋转，在离心力的作用下自叶轮中心被甩向外周进入蜗形泵壳并获得了能量。在泵壳内由于流甩向外周进入蜗形泵壳并获得了能量。在泵壳内由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转化为静压能，最道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转化为静压能，最后沿切向压出管道。同时，在叶轮中心处形成真空。压后沿切向压出管道。同时，在叶轮中心处形成真空。压差作用下，液体吸入泵内。差作用下，液体吸入泵内。 离心泵主要是依靠高速旋转的叶轮所产生的离心力离心泵主要

16、是依靠高速旋转的叶轮所产生的离心力来输送液体，故名离心泵。来输送液体，故名离心泵。综上所述离心泵的工作原理为：综上所述离心泵的工作原理为：化工原理化工原理2022-2-16 灌液灌液克服气缚现象；克服气缚现象； 启动启动先关闭出口阀门，先关闭出口阀门，再合闸；再合闸； 运转运转逐步开启出口阀逐步开启出口阀门，调节流量；门，调节流量； 停车停车先关闭出口阀门，先关闭出口阀门，再拉闸。再拉闸。工作原理：工作原理：1）液体的排出）液体的排出 2）液体的吸入）液体的吸入 离心泵的操作：离心泵的操作：化工原理化工原理2022-2-16气缚气缚(Airbound)： 离心泵离心泵启动启动时，如果时，如果泵

17、壳泵壳内存在空气内存在空气，由于空气的，由于空气的密度远小于液体的密度，密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的叶轮旋转所产生的离心力离心力很小很小，叶轮中心处产生的，叶轮中心处产生的低压低压不足以造成吸上液体不足以造成吸上液体所需要的真空度所需要的真空度，这样，这样， 为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一为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此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀调节阀，用于，用于开停车和调节流量。开停车和调节流量。离心泵就无法工作，这种现象称作离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚气缚”。化工原理化工原理2022-2

18、-16二、离心泵的基本方程式二、离心泵的基本方程式 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）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，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。何环流现象。 2）输送的是）输送的是理想液体理想液体，流动中，流动中无流动阻力无流动阻力。 化工原理化工原理2022-2-16在高速旋转的叶轮当在高速旋转的叶轮当中，液体质点的运动中，液体质点的运动包括：包括： 液体随叶轮旋转液体随叶轮旋转 经叶轮流道

19、向外流动经叶轮流道向外流动 液体与叶轮一起旋转的速度液体与叶轮一起旋转的速度u1或或u2方向与所处圆周的切线方方向与所处圆周的切线方向一致，大小为：向一致，大小为： 60211nru60222nru化工原理化工原理2022-2-16液体沿叶片表面运动的相对速度液体沿叶片表面运动的相对速度1、2，方向为液体质点所处方向为液体质点所处叶片的切线方向，大小与液体的流量、流道的形状等有关叶片的切线方向，大小与液体的流量、流道的形状等有关 cpHHH2221212ppccgg单位重量液体由点单位重量液体由点1到点到点2获得的机械能为获得的机械能为: 单位重量理想液体，通过无数叶片的旋转，获得的能量单位重

20、量理想液体，通过无数叶片的旋转，获得的能量称作称作理论压头，理论压头，用用H表示。表示。两个速度的两个速度的合成速度合成速度就是液体质点在点就是液体质点在点1或点或点2处处相对于静止相对于静止的壳体的速度的壳体的速度，称为，称为绝对速度，绝对速度，用用c1、c2来表示。来表示。HC: 液体经叶轮后液体经叶轮后动能的增加动能的增加 HP: 液体经叶轮后液体经叶轮后静压能的增加静压能的增加化工原理化工原理2022-2-16静压能增加项静压能增加项HP主要由于两方面的因素促成：主要由于两方面的因素促成：（1）液体在叶轮内接受离心力所作的外功液体在叶轮内接受离心力所作的外功，单位质量液，单位质量液体所

21、接受的外功可以表示为：体所接受的外功可以表示为： 2)(221222122222121uurrdrrFdrrrrr（2）叶轮中相邻的两叶片构成自中心向外沿逐渐扩大的液）叶轮中相邻的两叶片构成自中心向外沿逐渐扩大的液体流道，液体通过时体流道，液体通过时部分动能转化为静压能，部分动能转化为静压能，这部分静这部分静压能的增加可表示为：压能的增加可表示为： 22221化工原理化工原理2022-2-16单位重量流体经叶轮后的静压能增加为单位重量流体经叶轮后的静压能增加为:gguuHP2222212122 222212222212122gccgguuH（a）根据余弦定理，上述速度之间的关系可表示为：根据余

22、弦定理，上述速度之间的关系可表示为： 111212121cos2ucuc222222222cos2ucuc化工原理化工原理2022-2-16代入（代入（a）式，并整理可得到：）式，并整理可得到：2221 11coscosu cu cHg(b)一般离心泵的设计中，为提高理论压头，使一般离心泵的设计中，为提高理论压头，使1=90，即，即cos1=0222cosu cHg离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式离心泵理论压头的表达式离心泵理论压头的表达式 化工原理化工原理2022-2-162. 理论压头与理论流量理论压头与理论流量QT关系关系 流量可表示为叶轮出口处的径向速度与出口截面积的乘积：流量可表

23、示为叶轮出口处的径向速度与出口截面积的乘积：2222sin2cbrQT从点从点2处的速度三角形可以得出：处的速度三角形可以得出：222222sincosctgcuc代入代入 H=u2c2cos2/g )sin(22222ctgcugu)2(1222222brctgQuugTTQgbDctgugu222222H离心泵基本方程式离心泵基本方程式 表示离心泵的表示离心泵的理论压头与理论流量，叶轮的转速和直径、叶理论压头与理论流量，叶轮的转速和直径、叶轮的几何形状轮的几何形状间的关系。间的关系。化工原理化工原理2022-2-16对于某个离心泵（即其对于某个离心泵（即其2、r2、b2固定），当转速固定）

24、，当转速一定时一定时，理论压头与理论流量之间呈线形关系，可表示为：，理论压头与理论流量之间呈线形关系，可表示为：TBQAH 3. 离心泵基本方程式的讨论离心泵基本方程式的讨论 （1）离心泵的理论压头与叶轮的转速和直径的关系）离心泵的理论压头与叶轮的转速和直径的关系 当叶片几何尺寸（当叶片几何尺寸（b2，2）与理论流量一定时，离心泵的）与理论流量一定时，离心泵的理理论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大。论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大。（2）离心泵的理论压头与叶片几何形状的关系）离心泵的理论压头与叶片几何形状的关系 根据叶片出口端倾角根据叶片出口端倾角2的大小，叶片形状可分为三种的大小，叶片

25、形状可分为三种: 化工原理化工原理2022-2-16u2w22c2(a)后弯叶片后弯叶片w22u2c2(b)径向叶片径向叶片w22u2c2(c)前弯叶片前弯叶片（a）后弯叶片后弯叶片(20 。理论压头随流量理论压头随流量Q的增大的增大而减小而减小 （b）径向叶片径向叶片(2=90)，ctg2=0 。理论压头不随流量理论压头不随流量QT而变而变化。化。（c）前弯叶片前弯叶片(290)，ctg20 。理论压头随理论流量理论压头随理论流量QT的的增大而增大。增大而增大。 化工原理化工原理2022-2-16前弯叶片产生的理论压头最高，这类叶片是最佳形式的叶前弯叶片产生的理论压头最高，这类叶片是最佳形式

26、的叶片吗？片吗？ NO 化工原理化工原理2022-2-16H静压头的增加：静压头的增加：g2g2uu22212122动压头的增加：动压头的增加：g2cc2122前弯叶片，动能的提高大于静压能的提高。前弯叶片，动能的提高大于静压能的提高。由于液体的流速过大，在动能转化为静压能的实际过程由于液体的流速过大，在动能转化为静压能的实际过程中，会有大量机械能损失，使泵的效率降低。中，会有大量机械能损失，使泵的效率降低。一般都一般都采用后弯叶片采用后弯叶片 化工原理化工原理2022-2-16 （3）实际压头与理论压头）实际压头与理论压头 离心泵的实际压头与理论压头有离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异较

27、大的差异，原因在于流，原因在于流体在通过泵的过程中体在通过泵的过程中存在着压头损失存在着压头损失，它主要包括：，它主要包括： 叶片间的环流叶片间的环流 流体的阻力损失流体的阻力损失 冲击损失冲击损失 理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为化工原理化工原理2022-2-16化工原理化工原理2022-2-16三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. 离心泵的性能参数离心泵的性能参数 （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，一指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一般用般用

28、Q表示，单位为表示，单位为m3/h。又称为泵的送液能力。又称为泵的送液能力 。（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，以泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以H表示，单表示，单位为位为m。又称为泵的。又称为泵的扬程。扬程。化工原理化工原理2022-2-16离心泵的压头取决于：离心泵的压头取决于： 泵的结构泵的结构（叶轮的直径、叶片的弯曲情况等）（叶轮的直径、叶片的弯曲情况等） 转速转速 n 流量流量 Q， 如何确定转速一定时，如何确定转速一定时，泵的泵的压头压头与与流量流量之间的之间的关系呢？关系呢？ 实验测定实验测定压力计压力计pM真空表真空表Z1Z2ho流量计

29、流量计bc化工原理化工原理2022-2-16H的计算可根据的计算可根据b、c两截面间的柏努利方程：两截面间的柏努利方程：bcfccbbHgugPZHgugP)(2222bcfbcbcHguugPPZH)(222gPPZHbc/ )( 离心泵的压头又称扬程。必须注意，离心泵的压头又称扬程。必须注意，扬程并不等于升举高扬程并不等于升举高度度Z，升举高度只是扬程的一部分。，升举高度只是扬程的一部分。 化工原理化工原理2022-2-16（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

30、免的会有能量损失，也就是说泵轴转动所做的功不能过程中，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，通常用全部都为液体所获得，通常用效率效率来反映能量损失来反映能量损失。这些能量损失包。这些能量损失包括：括：容积损失容积损失 v：指泵的液体泄漏所造成的损失。指泵的液体泄漏所造成的损失。0.850.95水力损失水力损失h：黏性黏性 液体流经叶轮通道和蜗壳时产生的摩擦阻力以及液体流经叶轮通道和蜗壳时产生的摩擦阻力以及在泵局部处因流速和方向改变引起的环流和冲击而产生的局部阻力。在泵局部处因流速和方向改变引起的环流和冲击而产生的局部阻力。0.80.9机械损失机械损失 m：由泵

31、轴与轴承之间、泵轴与填料函之间以及叶轮盖板由泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间以及叶轮盖板外表面与液体之间产生摩擦而引起的能量损失。外表面与液体之间产生摩擦而引起的能量损失。0.960.99泵的效率反应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。泵的效率反应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。= v h h与泵的大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质有关。一般小与泵的大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质有关。一般小型泵的效率为型泵的效率为50%70%，大型泵可高达，大型泵可高达90% 。化工原理化工原理2022-2-16（4）轴功率）轴功率轴功率：电机输入离心泵的功率，用轴功率：电机输入离

32、心泵的功率，用N表示，单位为表示，单位为J/S，W或或kW有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne表示表示 轴功率和有效功率之间的关系为轴功率和有效功率之间的关系为 ：/eNN 有效功率可表达为有效功率可表达为 ：gQHNe轴功率可直接利用效率计算：轴功率可直接利用效率计算：102QHgQHN化工原理化工原理2022-2-162. 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线 (Characteristic curves) 离心泵的离心泵的H、 、 N都与离心泵的都与离心泵的Q有关，它们之间的有关，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

33、的一组关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：系曲线：对一定类型的泵，在一定转速下，离心泵的扬程对一定类型的泵，在一定转速下，离心泵的扬程、轴功率和效率与流量的关系曲线。、轴功率和效率与流量的关系曲线。 HQ 、Q 、 NQ 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线注意：特性曲线随转速而变。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。基本相似，具有共同的特点。化工原理化工原理2022-2-16hmQ/,3mH,NQN QH Q离心泵特性曲线化工原理化工原理2022-2-16（1）H

34、Q曲线：曲线：表示泵的压头与流量的关系，离心泵表示泵的压头与流量的关系，离心泵的的压头普遍是随流量的增大而下降压头普遍是随流量的增大而下降（流量很小时可能（流量很小时可能有例外）有例外）（2）NQ曲线：曲线：表示泵的轴功率与流量的关系，表示泵的轴功率与流量的关系，离心离心泵的轴功率随流量的增加而上升泵的轴功率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率，流量为零时轴功率最小。最小。离心泵启动时，应关闭出口阀，离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最使启动电流最小，以保护电机。小，以保护电机。（3）Q曲线：曲线：表示泵的效率与流量的关系，表示泵的效率与流量的关系，随着流量随着流量的增大，泵的效率将上升并

35、达到一个最大值，以后流的增大，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。量再增大，效率便下降。化工原理化工原理2022-2-16 离心泵在一定转速下有一离心泵在一定转速下有一最高效率点最高效率点称为称为泵的设计泵的设计点点。离心泵在与最高效率点相对应的流量及压头下工作最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。为经济。 与最高效率点所对应的与最高效率点所对应的Q、H、N值称为值称为最佳工况参最佳工况参数数。离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率。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。点的状态参数。 注意：注意：在选用离心泵时，应使离心

36、泵在该点附近工作。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一般要求操作时的效率应不低于最高效率的92%，为泵的，为泵的最佳工作区域。最佳工作区域。化工原理化工原理2022-2-163. 离心泵性能的改变离心泵性能的改变 （1）液体性质的影响）液体性质的影响 液体密度的影响液体密度的影响 2222sin2cbrQT离心泵的流量离心泵的流量 与液体密度无关。与液体密度无关。 离心泵的压头离心泵的压头 gcuH/cos222与液体的密度无关与液体的密度无关 HQ曲线不因输送的液体的密度不同而变曲线不因输送的液体的密度不同而变 。泵的效率泵的效率不随输送液体的密

37、度而变。不随输送液体的密度而变。 /gQHN 离心泵的轴功率与输送液体密度有关离心泵的轴功率与输送液体密度有关 。化工原理化工原理2022-2-16粘度的影响粘度的影响 当输送的液体粘度大于常温清水的粘度时，能量损失增大：当输送的液体粘度大于常温清水的粘度时，能量损失增大：泵的泵的压头减小压头减小泵的泵的流量减小流量减小泵的泵的效率下降效率下降泵的泵的轴功率增大轴功率增大 泵的特性曲线发生改变，选泵时应根据原特性曲线进行修正泵的特性曲线发生改变，选泵时应根据原特性曲线进行修正当液体的运动粘度小于当液体的运动粘度小于20cst（厘池）时，如汽油、柴油、煤（厘池）时，如汽油、柴油、煤油等粘度的影响

38、可不进行修正。油等粘度的影响可不进行修正。化工原理化工原理2022-2-16（2）转速对离心泵特性的影响）转速对离心泵特性的影响 当液体的粘度不大且泵的效率不变时，泵的流量、压头、当液体的粘度不大且泵的效率不变时，泵的流量、压头、轴功率与转速的近似关系可表示为：轴功率与转速的近似关系可表示为：nnQQ2)(nnHH3)(nnNN比例定律比例定律 （3）叶轮直径的影响）叶轮直径的影响当泵的转速一定时，压头、流量与叶轮外径有关。对于某当泵的转速一定时，压头、流量与叶轮外径有关。对于某同一型号的离心泵，若对其叶轮外径进行同一型号的离心泵，若对其叶轮外径进行“切割切割”，而其，而其他他尺寸不变，在叶轮

39、外径减小变化不超过尺寸不变，在叶轮外径减小变化不超过10时，离心泵的时，离心泵的性能可进行近似换算。性能可进行近似换算。 从而可以导出以下关系：从而可以导出以下关系：22DDQQ222DDHH322DDNN切割定律切割定律 化工原理化工原理2022-2-16汽蚀产生的条件汽蚀产生的条件叶片入口附近叶片入口附近K处处的压强的压强PK等于或小等于或小于输送温度下液体于输送温度下液体的饱和蒸气压的饱和蒸气压 1. 汽蚀现象汽蚀现象四、离心泵的汽蚀现象与允许安装高度四、离心泵的汽蚀现象与允许安装高度汽蚀现象产生的原因：汽蚀现象产生的原因：安装高度太高；安装高度太高；被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高

40、；被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；吸入管路阻力或压头损失太高。吸入管路阻力或压头损失太高。化工原理化工原理2022-2-16泵叶片入口附近的最低压泵叶片入口附近的最低压强等于或小于输送温度下强等于或小于输送温度下液体饱和蒸汽压时，部分液体饱和蒸汽压时，部分液体将在该处汽化产生汽液体将在该处汽化产生汽泡，被液流带入叶轮内压泡，被液流带入叶轮内压力较高处凝结或破裂，产力较高处凝结或破裂，产生瞬间真空，造成很大的生瞬间真空，造成很大的局部冲击力，冲击叶轮，局部冲击力，冲击叶轮，发生噪声，引起震动，金发生噪声，引起震动，金属表面剥蚀。同时泵的流属表面剥蚀。同时泵的流量、扬程和效率等均明显量、扬程

41、和效率等均明显下降。下降。化工原理化工原理2022-2-16汽蚀产生的后果：汽蚀产生的后果：2. 离心泵的允许安装高度离心泵的允许安装高度 离心泵的允许安装高度又称为允许吸上高度，指泵的吸离心泵的允许安装高度又称为允许吸上高度，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。表示。离心泵的性能下降，泵的流量、压头和效率均降低。若离心泵的性能下降，泵的流量、压头和效率均降低。若生产大量的气泡，则可能出现气缚现象，且使离心泵停止生产大量的气泡，则可能出现气缚现象，且使离心泵停止工作。工作。产生噪声和振动，影响离心泵的正常运行和工作环

42、境。产生噪声和振动，影响离心泵的正常运行和工作环境。泵壳和叶轮的材料遭受损坏，叶轮局部在巨大冲击的反泵壳和叶轮的材料遭受损坏，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复作用下，表面出现斑痕及裂纹，甚至呈海棉状逐渐脱落降低了泵的寿命。降低了泵的寿命。化工原理化工原理2022-2-16 为避免汽蚀现象，安装高度必须加以限制，为避免汽蚀现象，安装高度必须加以限制，即存在最大安装高度。即存在最大安装高度。为什么会有安装高度问题？为什么会有安装高度问题？ 汽蚀现象：汽蚀现象： 当当pkpv时，时，K处发生部分汽化现象。处发生部分汽化现象。 叶片表面产生蜂窝状腐蚀叶片表面产

43、生蜂窝状腐蚀 ；泵体震动，并发出噪音；泵体震动，并发出噪音；流量、压头、效率都明显下降；流量、压头、效率都明显下降；严重时甚至吸不上液体。严重时甚至吸不上液体。化工原理化工原理2022-2-16贮槽液面贮槽液面0-0与入口处与入口处1-1两截面间列柏努利方程两截面间列柏努利方程1021102fHgugPPHg若贮槽上方与大气相通，则若贮槽上方与大气相通，则P0即为大气压强即为大气压强Pa 102112faHgugPPHg化工原理化工原理2022-2-163. 离心泵的允许吸上真空度离心泵的允许吸上真空度 gppHaS1注意注意：HS 单位是压强的单位，通常以单位是压强的单位，通常以m液柱液柱来

44、表示。在水泵来表示。在水泵的性能表里一般把它的单位写成的性能表里一般把它的单位写成m（实际上应为（实际上应为mH2O）。）。离心泵的允许吸上真空度离心泵的允许吸上真空度 定义式定义式10212fSHguHHg允许安装高度的计算式允许安装高度的计算式泵吸入口处的压力泵吸入口处的压力p1允许达到的最小真空度。允许达到的最小真空度。将将 代入代入102112faHgugPPHg得得gppHaS1化工原理化工原理2022-2-16HS值越大值越大，表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能好，表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能好，安安装高度装高度Hg越高。越高。 HS与泵的结构、流量、被输送液体的物理性质及当

45、地大气与泵的结构、流量、被输送液体的物理性质及当地大气压等因素有关。压等因素有关。通常由泵的制造工厂试验通常由泵的制造工厂试验测定，实验在大气压为测定，实验在大气压为10mH2O（9.81kPa）下）下,以以20清水为介质进行的。清水为介质进行的。QQHQNQsHQ N,h,Hs,H,QNPSH 化工原理化工原理2022-2-16HS随随Q增大而减小增大而减小确定离心泵安装高度时应使用泵确定离心泵安装高度时应使用泵最大流量下的最大流量下的HS进行计算进行计算若输送其它液体，且操作条件与上述实验条件不符时，需对若输送其它液体，且操作条件与上述实验条件不符时，需对HS进行校正。进行校正。 1000

46、24. 01081. 9)10(3vaSSPHHH4. 气蚀余量气蚀余量 为防止气蚀现象发生，在离心泵入口处液体的静压头为防止气蚀现象发生，在离心泵入口处液体的静压头 gp1与动压头与动压头 gu221之和必需大于液体在操作温度下的饱和蒸汽压头之和必需大于液体在操作温度下的饱和蒸汽压头 gpv的一个最小值。的一个最小值。 化工原理化工原理2022-2-16gpgugpNPSHv2211气蚀余量定义式气蚀余量定义式将将 gpgugpNPSHv2211代入代入 102112fagHgugppH10fvagHNPSHgppH允许安装高度的计算式允许安装高度的计算式离心泵的气蚀余量离心泵的气蚀余量 h

47、值也是由生产泵的工厂通过实验测定值也是由生产泵的工厂通过实验测定:化工原理化工原理2022-2-16泵性能表上所列的泵性能表上所列的NPSH值也是按输送值也是按输送20的清水的清水测定的，当输送其它液体测定的，当输送其它液体时应乘以校正系数予以校时应乘以校正系数予以校正，但因一般校正系数小正，但因一般校正系数小于于1，故把它作为外加的安，故把它作为外加的安全系数，不再校正。全系数，不再校正。NPSH随随Q增大而增大增大而增大计算允许安装高度时应计算允许安装高度时应取高流量下的取高流量下的NPSH值。值。QQHQNQsHQ N,h,Hs,H,QNPSH 化工原理化工原理2022-2-16注意：注

48、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）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，大流量下有关的，大流量下NPSH较大而较大而HS较小，因此，必须注较小，因此，必须注意意使用最大额定流量值使用最大额定流量值进行计算。进行计算。2）离心泵安装时，应注意）离心泵安装时，应注意选用较大的吸入管路，减少吸入选用较大的吸入管路，减少吸入管路的弯头、阀门等管件，管路的弯头、阀门等管件，以减少吸入管路的阻力。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）当液体输送温度较高或液体沸点较低时，可能出现允许允许安装高度为负值安装高度为负值的情况，此时，应的

49、情况，此时，应将离心泵安装于贮槽将离心泵安装于贮槽液面以下液面以下，使液体利用位差自流入泵内。，使液体利用位差自流入泵内。5. 离心泵的实际安装高度离心泵的实际安装高度 离心泵的实际安装高度应小于允许安装高度，一般比允离心泵的实际安装高度应小于允许安装高度，一般比允许值许值小小0.51m。 mHHgg) 15 . 0(实化工原理化工原理2022-2-16五、离心泵的工作点与流量调节五、离心泵的工作点与流量调节 1. 管路特性曲线管路特性曲线 管路特性曲线管路特性曲线 流体通过某特定管路时流体通过某特定管路时所需的压头与液体所需的压头与液体流量流量的关系曲线。的关系曲线。 在截面在截面1-1 与

50、与 2-2 间列柏努利间列柏努利方程式，并以方程式，并以1-1 截面为基准截面为基准水平面，则液体流过管路所需水平面，则液体流过管路所需的压头为：的压头为：feHgugpzH22化工原理化工原理2022-2-16Kgpz式中：式中：022gu上式简化为上式简化为 feHKH)21()4)(220gdQdllHcef而而Bgddllce4201)(令令2BQKHe管路的特性方程管路的特性方程 在特定管路中输送液体时，管路所需的压头随所输送液在特定管路中输送液体时，管路所需的压头随所输送液体流量体流量Q的平方而变。的平方而变。 化工原理化工原理2022-2-16离心泵的特性曲线与离心泵的特性曲线与

51、管路的特性曲线的交管路的特性曲线的交点点M，就是离心泵在管就是离心泵在管路中的路中的工作点。工作点。 M点所对应的流量点所对应的流量Qe和压头和压头He表示离心泵在该特定管路中表示离心泵在该特定管路中实际输送的流量和提供的压头。实际输送的流量和提供的压头。2. 离心泵的工作点离心泵的工作点化工原理化工原理2022-2-16 3. 离心泵的流量调节离心泵的流量调节（1）改变出口阀开度）改变出口阀开度 改变管路特性曲线改变管路特性曲线 阀门开度阀门开度，阻力，阻力，B，管路曲线变平坦，管路曲线变平坦，M点下点下移，移，H，Q；阀门开度阀门开度，阻力，阻力，B，管路曲线变陡峭，管路曲线变陡峭，M点上

52、点上移，移，H，Q；优点：优点：调节迅速方便，流量可连续变化；调节迅速方便，流量可连续变化；缺点：缺点：流量阻力加大，要多消耗动力，不经济。流量阻力加大，要多消耗动力，不经济。 化工原理化工原理2022-2-16（2）改变泵的转速）改变泵的转速改变泵的特性曲线改变泵的特性曲线n，泵特性曲线下移，泵特性曲线下移，M点下移，点下移，Q，H；n，泵特性曲线上移，泵特性曲线上移，M点上移，点上移，Q，H；优点：优点：流量随转速下降而减小，动力消耗也相应降低；流量随转速下降而减小，动力消耗也相应降低；缺点：缺点：需要变速装置或价格昂贵的变速电动机，难以做到流需要变速装置或价格昂贵的变速电动机，难以做到流

53、量连续调节，化工生产中很少采用。量连续调节，化工生产中很少采用。 化工原理化工原理2022-2-16（3）车削叶轮直径）车削叶轮直径 这种调节方法实施起来不方便，且调节范这种调节方法实施起来不方便，且调节范 围也不大。叶轮直径减小不当还可能降低泵的围也不大。叶轮直径减小不当还可能降低泵的 效率，因此生产上很少采用。在生产中单台离效率，因此生产上很少采用。在生产中单台离 心泵不能满足输送任务要求时，可采用离心泵心泵不能满足输送任务要求时，可采用离心泵 并联或串联操作。并联或串联操作。 化工原理化工原理2022-2-16（4） 离心泵的并联和串联离心泵的并联和串联串联组合泵的特性曲线串联组合泵的特

54、性曲线 两台相同型号的两台相同型号的离心泵串联离心泵串联组合，在同样的流量下，其提组合，在同样的流量下，其提供的供的压头是单台泵的两倍。压头是单台泵的两倍。化工原理化工原理2022-2-16并联组合泵的特性曲线并联组合泵的特性曲线 两台相同型号的两台相同型号的离心泵并联离心泵并联，若其各自有相同的吸入管，若其各自有相同的吸入管路，则在相同的压头下，并联泵的路，则在相同的压头下，并联泵的流量为单泵的两倍。流量为单泵的两倍。化工原理化工原理2022-2-16离心泵组合方式的选择离心泵组合方式的选择 对于管路所要求的对于管路所要求的Z+p/g值高值高于单泵可提供最大压头的特定管路于单泵可提供最大压头

55、的特定管路，只能采用泵的串联操作；，只能采用泵的串联操作；对于低阻输送管路对于低阻输送管路a，并联组合泵，并联组合泵流量的增大幅度大于串联组合泵；流量的增大幅度大于串联组合泵；对于高阻输送管路对于高阻输送管路b，串联组合泵，串联组合泵的流量增大幅度大于并联组合泵。的流量增大幅度大于并联组合泵。低阻输送管路低阻输送管路-并联优于串联；并联优于串联；高阻输送管路高阻输送管路-串联优于并联。串联优于并联。化工原理化工原理2022-2-161. 离心泵的类型离心泵的类型（1）按照轴上叶轮数目的多少）按照轴上叶轮数目的多少 单级泵单级泵 多级泵多级泵 轴上只有轴上只有一个叶轮一个叶轮的离心泵，适用于出口

56、压力的离心泵，适用于出口压力不太大的情况；不太大的情况；轴上轴上不止一个叶轮不止一个叶轮的离心泵的离心泵 ，可以达到较高的，可以达到较高的压头。离心泵的压头。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，我国生产的多级离心泵一般为生产的多级离心泵一般为29级。级。（2）按叶轮上吸入口的数目）按叶轮上吸入口的数目单吸泵单吸泵 双吸泵双吸泵 叶轮上只有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。，适用于输送量不大的情况。叶轮上有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。，适用于输送量很大的情况。 六、离心泵的类型、安装与操作六、离心泵的类型、安装与操作 化工原

57、理化工原理2022-2-16化工原理化工原理2022-2-16（3）按离心泵的不同用途）按离心泵的不同用途 清水泵（清水泵（IS或或B） 用于输送物理、化学性质类似于水的清洁液体。最简单用于输送物理、化学性质类似于水的清洁液体。最简单的清水泵为单级单吸式，系列代号为的清水泵为单级单吸式，系列代号为“IS”，结构简图如图，结构简图如图，若需要的扬程较高，则可选，若需要的扬程较高，则可选D系列多级离心泵。若需要流系列多级离心泵。若需要流量很大，则可选用双吸式离心泵，其系列代号为量很大，则可选用双吸式离心泵，其系列代号为“Sh” 。耐腐蚀泵（耐腐蚀泵（F） 当输送酸、碱等腐蚀性液体时应采用耐腐蚀泵。耐腐蚀当输送酸、碱等腐蚀性液体时应采用耐腐蚀泵。耐腐蚀泵所有与液体介质接触的部件都采用耐腐蚀材料制作。离心泵所有与液体介质接触的部件都采用耐腐蚀材料