第四章-离心泵典型结构与工作原理-12

1、LOGO泵（离心泵典型泵（离心泵典型结构与工作原理）结构与工作原理）过程流体机械过程流体机械作业 (10月26日交)P188:P188: 练习题练习题1,2,31,2,3题题内容回顾内容回顾 1.1.问答题问答题 1 1）什么是汽蚀？如何获得泵的临界汽蚀余量和允许汽蚀余量？）什么是汽蚀？如何获得泵的临界汽蚀余量和允许汽蚀余量？ 2 2）提高离心泵抗汽蚀性能有哪些措施？）提高离心泵抗汽蚀性能有哪些措施？2.2.判断题判断题 1 1）有效汽蚀余量数值的大小与泵本身的结构尺寸有关，而与泵）有效汽蚀余量数值的大小与泵本身的结构尺寸有关，而与泵吸入装置的条件等无关，故又称其为泵吸入装置的有效汽蚀吸入装置

2、的条件等无关，故又称其为泵吸入装置的有效汽蚀余量。（余量。（ ） 2 2）提高离心泵抗汽蚀性能主要有两种措施，一种是改进泵本身）提高离心泵抗汽蚀性能主要有两种措施，一种是改进泵本身的结构参数或结构型式，使泵具有尽可能小的必需汽蚀余量的结构参数或结构型式，使泵具有尽可能小的必需汽蚀余量NPSHrNPSHr；另一种是合理设计泵前装置及安装位置，使泵入口处；另一种是合理设计泵前装置及安装位置，使泵入口处具有足够大的有效汽蚀余量具有足够大的有效汽蚀余量NPSHaNPSHa，以防止发生汽蚀。（，以防止发生汽蚀。（ ）第二节离心泵典型结构与工作原理u离心泵的工作原理离心泵的工作原理u离心泵的分类离心泵的分

3、类u离心泵典型结构和主要零部件离心泵典型结构和主要零部件u离心泵命名方式离心泵命名方式u离心泵的性能参数及基本方程离心泵的性能参数及基本方程u有限叶片数对理论扬程的影响有限叶片数对理论扬程的影响u离心泵的各种损失离心泵的各种损失菜单菜单1离心泵的工作原理菜单菜单底阀的作用底阀的作用? ?自吸自吸 ( (self priming) ) 需要强调指出的是需要强调指出的是: : 若在离心泵启动前若在离心泵启动前没有没有向泵壳内向泵壳内灌满灌满被输送的被输送的液体液体，由，由于于空气密度低空气密度低，叶轮旋转后产生的，叶轮旋转后产生的离心力小离心力小，叶轮中心区，叶轮中心区不足以形成吸入贮槽内液体的低

4、压，因而虽启动离心泵也不足以形成吸入贮槽内液体的低压，因而虽启动离心泵也不能输送液体。这表明不能输送液体。这表明离心泵无自吸能力离心泵无自吸能力，此现象称为此现象称为气气缚缚。（。（容积泵每次运行前是否需要灌泵容积泵每次运行前是否需要灌泵？）？） 吸入管路安装吸入管路安装单向底阀单向底阀是为了是为了防止启动前防止启动前灌入泵壳内的灌入泵壳内的液体从泵壳内流出液体从泵壳内流出。空气空气从吸入管道进到泵壳中都会从吸入管道进到泵壳中都会造成造成气缚气缚。 2离心泵的分类按叶片安装方法按叶片安装方法可调叶片可调叶片固定叶片固定叶片按壳体剖分方式按壳体剖分方式分段式分段式中开式中开式按泵体形式按泵体形式

5、蜗壳泵蜗壳泵筒式泵筒式泵一些特殊结构的离心泵一些特殊结构的离心泵潜水泵潜水泵液下泵液下泵管道泵管道泵自吸式泵自吸式泵屏蔽泵屏蔽泵菜单菜单（高速）部分流泵（高速）部分流泵-Partial emission pump-Partial emission pump3离心泵典型结构和主要零部件u典型结构典型结构u主要零部件主要零部件菜单菜单3.1 典型结构单级悬臂泵菜单菜单单级双吸泵菜单菜单多级泵多级泵菜单菜单立式泵立式泵菜单菜单3.2 主要零部件吸吸入入室室叶叶轮轮轴压出室压出室密封装置密封装置轴向力平衡装置轴向力平衡装置菜单菜单u叶轮：作功部件叶轮：作功部件n结构型式结构型式：闭式输送不含杂质的液体

6、，效率高；造价高半开式输送易于沉淀或含有固体颗粒的液体开式输送沙浆、污水、含纤维液体；效率低 叶片数可少到2-4片菜单菜单n材料：铸铁、青铜、钢n叶轮在轴上的安装方式A：悬臂式叶轮固定发法B ：搁置式叶轮固定法C ：双面进水式叶轮固定法菜单菜单悬臂式离心泵是否可以反转？悬臂式离心泵是否可以反转？u蜗壳与导叶：离心泵转能装置蜗壳与导叶：离心泵转能装置蜗壳（螺旋形泵体）是单级泵转能装置，其形蜗壳（螺旋形泵体）是单级泵转能装置，其形状应使流体流过的损失小，并且断面逐渐扩大状应使流体流过的损失小，并且断面逐渐扩大菜单菜单u导叶导叶多级泵采用导叶，末级之后采用蜗壳。导叶是多级泵采用导叶，末级之后采用蜗壳

7、。导叶是使液体按规定方向流动，或使它的部分速度转化使液体按规定方向流动，或使它的部分速度转化为压力能的具有叶片的零件。为压力能的具有叶片的零件。由正向导叶和反向由正向导叶和反向导叶组成导叶组成。菜单菜单u密封密封内部泄漏外部泄漏内密封外密封菜单菜单n内密封形式内密封形式菜单菜单Labyrinth外密封形式外密封形式n填料密封填料密封结构简单、易于制造；用于普通水泵和一般化工泵；效果较差；泄漏量大，需经常更换填料。 1、填料箱体；2、填料；3、液封圈；4、填料压盖；5、底衬套菜单菜单n机械密封机械密封：由垂直于主轴的两个光制的、精密的平面在弹性元件及密封液体压力的作用下相互紧帖并作相对运动而构成

8、的动密封装置。效果好；使用寿命长；造价高。1、弹簧座；2、弹簧；3、动环；4、静环；5、动环密封圈；6、压盖；7、静环密封圈；8、防转销；9、紧定螺钉菜单菜单n副叶轮密封副叶轮密封非接触式离心密封输送高（低）温、易燃、易爆、强腐蚀且含颗粒的液体 菜单菜单u轴向力平衡轴向力平衡单级单级开平衡孔开平衡孔平衡叶片平衡叶片双吸叶轮双吸叶轮多级多级卸荷盘卸荷盘平衡盘平衡盘叶轮对称排列叶轮对称排列菜单菜单开平衡孔平衡叶片菜单菜单双吸叶轮卸荷盘菜单菜单平衡盘叶轮对称排列菜单菜单4 离心泵的命名方式u国产离心泵的国产离心泵的系列化系列化、通用化通用化和和标准化标准化按汉语拼音方案编制的，将离心泵按用途及输按汉

9、语拼音方案编制的，将离心泵按用途及输送液体性质分成水泵及专用泵。水泵输送水及粘送液体性质分成水泵及专用泵。水泵输送水及粘度、化学性质和水相近的液体，专用泵指输送悬度、化学性质和水相近的液体，专用泵指输送悬浮液及腐蚀性等液体用泵。浮液及腐蚀性等液体用泵。u编制方法一律采用大写汉语拼音及阿拉伯数字编制方法一律采用大写汉语拼音及阿拉伯数字菜单离心泵的命名u泵的国际标准（轴向吸入离心泵的标准）泵的国际标准（轴向吸入离心泵的标准）nISO-2858-型号，额定性能点和尺寸nISO3069-装机械密封和软填料的空腔尺寸nISO-3661-底座尺寸和安装尺寸u我国已制定了与我国已制定了与ISOISO等效的国

10、家标准，全名为等效的国家标准，全名为悬悬臂式离心泵型式和基本参数臂式离心泵型式和基本参数，并且按，并且按ISO ISO 设计设计了了IHIH型化工泵型化工泵IBIB型化工泵，它的型号由三部分组型化工泵，它的型号由三部分组成，依次分别代表泵的吸入口直径、排出口直径成，依次分别代表泵的吸入口直径、排出口直径和叶轮名义直径。如：和叶轮名义直径。如：IH 80-50-250IH 80-50-250。菜单菜单5离心泵性能参数和基本方程式u离心泵性能参数离心泵性能参数u离心泵基本方程离心泵基本方程菜单菜单5.1 离心泵性能参数理 论 流 量规 定 流 量设 计 流 量与 泵 流 量 有 关 的 其 他 流

11、 量 参 数理 论 扬 程规 定 扬 程设 计 扬 程吸 入 扬 程 或 吸 入 压 头排 出 扬 程 或 排 出 压 头与 扬 程 H有 关 的 其 他 扬 程 参 数水 力 功 率机 械 损 失 功 率原 动 机 输 入 功 率原 动 机 配 用 功 率与 功 率 有 关 的 其 他 功 率 参 数容 积 效 率水 力 效 率机 械 效 率机 组 效 率与 效 率 有 关 的 其 他 效 率 参 数离 心 泵 的 性 能 参 数菜单菜单1）与泵流量与泵流量Q Q有关的其他流量参数有关的其他流量参数 u理论流量理论流量单位时间内流入泵工作元件的液体量单位时间内流入泵工作元件的液体量, ,用符

12、号用符号表示表示, ,单位为单位为m m3 3/s/su规定流量规定流量这是用户使用泵所要求的泵体积流量，也就是这是用户使用泵所要求的泵体积流量，也就是用户与设计部门合同上所规定的流量。用户与设计部门合同上所规定的流量。qQQT菜单菜单u设计流量设计流量设计单位为了适应生产与用户的要求，往往根设计单位为了适应生产与用户的要求，往往根据需要和可能确定设计泵所采用的流量，在设计据需要和可能确定设计泵所采用的流量，在设计和生产泵系列产品时尽可能满足社会需要。离心和生产泵系列产品时尽可能满足社会需要。离心泵的流量是可变的，泵的流量是可变的，在离心泵铭牌上或样本中给在离心泵铭牌上或样本中给出的流量是指额

13、定流量，即离心泵在这一流量运出的流量是指额定流量，即离心泵在这一流量运行时效率最高行时效率最高。离心泵尺寸就是根据这一特定的。离心泵尺寸就是根据这一特定的设计流量设计的。设计流量设计的。 菜单菜单2）与扬程H有关的其他扬程参数u理论扬程理论扬程叶轮传递给单位质量液体的能量叶轮传递给单位质量液体的能量，用符号，用符号H HT T表表示，单位为示，单位为m m。因为液体流过泵时要消耗一定的能。因为液体流过泵时要消耗一定的能量来克服流经泵时的阻力，所以泵扬程总是小于量来克服流经泵时的阻力，所以泵扬程总是小于理论扬程。即理论扬程。即u式中式中 为单位质量液体从泵的入口到出口消为单位质量液体从泵的入口到

14、出口消耗在泵中的能量头，也就是液体在泵中流过时所耗在泵中的能量头，也就是液体在泵中流过时所受到的摩擦损失压头及收缩、扩大、冲击等局部受到的摩擦损失压头及收缩、扩大、冲击等局部损失压头之和。损失压头之和。阻hHHT阻h菜单菜单u规定扬程规定扬程用户与设计单位在合同单上规定流量时所要求用户与设计单位在合同单上规定流量时所要求的扬程。的扬程。u设计扬程设计扬程设计单位在设计泵时采用的扬程。设计单位在设计泵时采用的扬程。u吸入扬程或吸入压头吸入扬程或吸入压头吸液池液面吸液池液面到到泵基准面泵基准面之间的扬程。之间的扬程。u排出扬程或排出压头排出扬程或排出压头泵基准面泵基准面到到排液面排液面之间的扬程。

15、之间的扬程。菜单菜单3）与功率有关的其他功率参数u水力功率水力功率 单位时间内，叶轮给予液体的能量单位时间内，叶轮给予液体的能量TThHgQP理论功率W液体密度kg/m3理论流量m3/s理论扬程m菜单菜单u机械损失功率机械损失功率P Pm m泵的各个运动部件机械摩擦损失耗费的功率。泵的各个运动部件机械摩擦损失耗费的功率。机械损失包括：机械损失包括：n泵轴在轴承内转动的摩擦损失；n轴与轴封之间的摩擦损失；n叶轮前后盖板和液体间发生的摩擦损失。u机械损失功率机械损失功率P Pm m和水力功率之和为和水力功率之和为泵轴功率泵轴功率，即，即hmaPPP菜单菜单u原动机输入功率原动机输入功率泵的原动机所

16、接受的功率，考虑到原动机本身的效率，泵的原动机所接受的功率，考虑到原动机本身的效率，原动机输入功率应大于泵轴功率。原动机输入功率应大于泵轴功率。u原动机配用功率原动机配用功率P P选用的原动机功率，选用的原动机功率，W W。泵的轴功率是选配原动机功率的依据。原动机一般为泵的轴功率是选配原动机功率的依据。原动机一般为电动机，因为考虑到电动机有超负荷的可能性，通常可按电动机，因为考虑到电动机有超负荷的可能性，通常可按使用中最大流量下计算出来的轴功率，再考虑一个安全系使用中最大流量下计算出来的轴功率，再考虑一个安全系数数K K作为所需电动机的功率，即原动机配用功率为：作为所需电动机的功率，即原动机配

17、用功率为：aPKP菜单菜单4）与效率有关的其它效率参数u容积效率容积效率泵的流量与理论流量之比为容积效率，说明泵漏损的泵的流量与理论流量之比为容积效率，说明泵漏损的程度，即泵密封情况的好坏程度，即泵密封情况的好坏对于离心泵，一般为对于离心泵，一般为96%96%99%99%。u水力效率水力效率泵的扬程泵的扬程H H与理论扬程与理论扬程H HT T之比，是衡量泵对流过它的液之比，是衡量泵对流过它的液流阻力大小的指标流阻力大小的指标对于离心泵一般为对于离心泵一般为80%80%92%92%。TvQQ/ThHH /菜单菜单u机械效率机械效率水力功率与轴功率之比，是衡量泵的运动部件机械摩水力功率与轴功率之

18、比，是衡量泵的运动部件机械摩擦损失大小的指标擦损失大小的指标因为泵效率因为泵效率所以所以即泵效率是容积效即泵效率是容积效率、水力效率与机械效率的乘积，也就是说泵效率低于任率、水力效率与机械效率的乘积，也就是说泵效率低于任何一个效率值。近代水泵的效率一般为何一个效率值。近代水泵的效率一般为70%70%90%90%。 ahmPP /%98%94mauPPmhvmTThmugHQQgHPP菜单菜单菜单菜单5.2离心泵基本方程u叶轮几何形状及表示方法叶轮几何形状及表示方法u液流在叶轮中流动的速度三角形液流在叶轮中流动的速度三角形u欧拉方程欧拉方程菜单菜单1）叶轮几何形状及表示方法u叶轮由前、后盖板和叶

19、片组成，一般，盖板表面叶轮由前、后盖板和叶片组成，一般，盖板表面是回转曲面。是回转曲面。u叶片形式有：直叶片、单曲率叶片、双曲率叶片叶片形式有：直叶片、单曲率叶片、双曲率叶片轴面投影平面投影菜单菜单2） 液流在流动时的速度三角形（理想叶轮、理想液体）u泵叶轮中任意一点泵叶轮中任意一点i i的液流的三个速度为的液流的三个速度为iiiuc3）欧拉方程式-离心式机械基本方程式u动量矩定理动量矩定理由动量矩定理和能量守恒的推导，可得泵的理由动量矩定理和能量守恒的推导，可得泵的理论扬程：论扬程：上式即为离心式机械的上式即为离心式机械的基本方程式基本方程式-欧拉方程欧拉方程式式。mgcucuHuuT,11

20、22菜单菜单u欧拉方程式的第二表达式欧拉方程式的第二表达式利用进出口速度三角形，可推导出：利用进出口速度三角形，可推导出：gccgguuHT222212222212122叶轮中离心力对单位质量液流作的功叶轮给出的理论扬程中有一部分是液流流过叶轮时相对速度的降低而获得液流流经叶轮前后动能头的增值菜单菜单4）方程的物理意义u指出的是叶轮与液体之间的能量转换关系，遵循指出的是叶轮与液体之间的能量转换关系，遵循能量转换与守恒定律；能量转换与守恒定律；u只要知道叶轮进出口的液体速度，即可计算出一只要知道叶轮进出口的液体速度，即可计算出一千克流体与叶轮之间机械能转换的大小，而不管千克流体与叶轮之间机械能转

21、换的大小，而不管叶轮内部的流动情况；叶轮内部的流动情况；u适用任何气体和液体；适用任何气体和液体；u只需将等式右边各项的进出口符号调换以下，也只需将等式右边各项的进出口符号调换以下，也适用于叶轮式的原动机如气轮机、燃气轮机等。适用于叶轮式的原动机如气轮机、燃气轮机等。菜单菜单u由于泵的理论扬程与液流性质无关，所以由于泵的理论扬程与液流性质无关，所以一台离一台离心泵心泵，在，在同一个转速同一个转速，同一个流量同一个流量下工作时，不下工作时，不论输送什么液体，叶轮所给出的，用被输送的液论输送什么液体，叶轮所给出的，用被输送的液柱高度表示的理论扬程是相同的。但由于各种液柱高度表示的理论扬程是相同的。

22、但由于各种液体重度不同，因此泵出口处的压力是不一样的。体重度不同，因此泵出口处的压力是不一样的。菜单菜单6 有限叶片数对理论扬程的影响菜单菜单u在叶片数有限时，由于惯性作用产生附加相对速在叶片数有限时，由于惯性作用产生附加相对速度后，使度后，使C Cu2u2CCCu1u1因此同一几何尺寸的泵，在同一流量及转速下因此同一几何尺寸的泵，在同一流量及转速下工作时，其进出口速度三角形的底边工作时，其进出口速度三角形的底边U U及高及高C Cr r虽然虽然相同，但叶片数有限的实际叶轮给出的理论扬程相同，但叶片数有限的实际叶轮给出的理论扬程小于叶片数无限的理想叶轮给出的扬程，小于叶片数无限的理想叶轮给出的

23、扬程，即即:H:HT THHTT。mgcucuHuuT,1122菜单菜单7 离心泵的各种损失机械损失轴承的摩擦损失轴封处的摩擦损失前后盖板外侧和液体之间的摩擦损失容积损失叶轮进口处容积损失平衡装置处容积损失水力损失摩擦损失和局部损失冲击损失菜单菜单7.1机械损失u轴承和轴封处的摩擦损失与轴轴承和轴封处的摩擦损失与轴承和轴封的结构形式以及输送承和轴封的结构形式以及输送液体的重度有关，一般采用下液体的重度有关，一般采用下列公式：列公式： P= (0.01-0.05)Pa P= (0.01-0.05)Pan对于功率大的泵，取 P=0.01Pan对于功率小的泵，取 P=0.05Pa菜单菜单u液体前后盖板与液体发生摩擦所引起的损失，叫液体前后盖板与液体发生摩擦所引起的损失，叫圆盘（轮阻）损失圆盘（轮阻）损失PPdf