第1章 离心泵

1、1.1 离心泵的结构、分类及其性能参数第一章 离心泵1.2 离心泵的工作原理1.3 离心泵的汽蚀及预防措施1.4 离心泵的特性曲线1.5 相似理论在离心泵中的应用1.6 离心泵的工作特性及工况调节1.7 离心泵的主要零部件1.8 离心泵的选用1.9 离心泵的驱动方式第一节 离心泵的结构、分类及其性能参数一、离心泵的结构 在此从功用功用的角度来认识离心泵的主要构件，即各主要部件起什么作用。而以结构的形状结构的形状与作用效能相关的分析与作用效能相关的分析则在本章后面叙述。 不同型号离心泵在个别零部件上会有差异，在此仅以典型离心泵为例介绍其组成。 1离心泵系统的构成离心泵系统的构成 通常是“低进高出

2、低进高出”，入口有真空表入口有真空表，出口出口有压力表有压力表。 要使离心泵能正常工作，必须将离心泵与吸入和排出管汇等部分共同组成如图所示的泵系统装置。 2离心泵的构造离心泵的构造离心泵的基本构件离心泵的基本构件1-吸入室吸入室(泵盖泵盖)；2-叶轮；叶轮；3-排出室排出室(蜗壳蜗壳)；4-轴；轴；5-密封填料；密封填料；6-轴承箱；轴承箱；7-支座支座 主要由吸入吸入室室1、叶轮叶轮2、排出室排出室3、轴轴4、密封填料密封填料5和支座支座7等组成。有些还有导叶导叶、诱导轮诱导轮和平平衡盘衡盘等。吸入口排出口单吸离心泵 离心泵的过流部件过流部件包括吸入室、叶轮及排出室（蜗壳）等，其作用如下：

3、吸入室吸入室：处于叶轮进口前。作用是引液体引液体入叶轮入叶轮。要求要求吸入室的流动损耗较小流动损耗较小，液体流入叶轮时速度分布较均匀速度分布较均匀。 叶轮叶轮：作用是对液体做功对液体做功。要求要求在流动损失最小情况下液体获得较高能头液体获得较高能头。 排出室排出室：位于叶轮出口之后。作用是把从叶轮流出来的液体收集液体收集起来，减速增压减速增压，以减少蜗壳中的流动损失。二、离心泵的分类 1按液体吸入叶轮的方法分类按液体吸入叶轮的方法分类 单吸式单吸式：叶轮只有单侧有吸入口，液体从叶轮一侧进入。 双吸式双吸式：叶轮两侧都有吸入口，液体从两侧进入叶轮，因而流量较大流量较大，轴向力基本平衡轴向力基本平

4、衡。S型双吸式中开泵型双吸式中开泵1-泵体；泵体；2-泵盖；泵盖；3-叶轮；叶轮；4-轴；轴；5-密封环；密封环；6-轴套；轴套；7-联轴器；联轴器；8-轴轴承体；承体；9-填料压盖；填料压盖；10-填料填料 2按叶轮级数分类按叶轮级数分类 单级泵单级泵：泵体中只装有1个叶轮。 多级泵多级泵：同一根泵轴上串装2个以上叶轮，可产生较高的能头。D型分段式多级泵型分段式多级泵1-吸入段；吸入段；2-中段；中段；3-压出段；压出段；4-轴；轴；5-叶轮；叶轮；6-导叶；导叶；7-密封密封环；环；8,9-平衡盘；平衡盘；10-轴承架；轴承架；11-螺栓螺栓 3按壳体剖分方式分类按壳体剖分方式分类 中开式

5、泵中开式泵：壳体按通过泵轴中心线的水平面剖分。（图如上所示） 分段式泵分段式泵：壳体按与轴垂直的平面剖分。 此外，还可按泵轴在空间的方位分为卧式泵卧式泵、立式泵立式泵和斜式泵斜式泵；按泵壳结构分为蜗壳式泵蜗壳式泵和透平式泵透平式泵；按输送介质不同又可分为清水泵清水泵、油泵油泵、杂质泵杂质泵及耐腐蚀泵耐腐蚀泵等。卧式泵卧式泵立式泵立式泵三、离心泵的性能参数流量流量Q表示泵表示泵在单位时间在单位时间内排出的液内排出的液体量。体量。单位：单位：m3/h或或m3/s扬程扬程H又称压又称压头。表示单头。表示单位质量的液位质量的液体从泵进口体从泵进口到泵出口的到泵出口的能量增值。能量增值。 单位：单位：m

6、转速转速n表示泵表示泵轴转动的速轴转动的速度。度。 单位单位:r/min功率功率N表示泵表示泵对液体做功对液体做功的快慢程度。的快慢程度。 单位：单位：kW或或W效率效率h h表示泵表示泵转换能量的转换能量的有效程度。有效程度。 单位：无单位：无 1流量流量Q 泵单位时间内排出的液体量称为泵的流量，体积流量用Q表示，单位为m3/s或m3/h。式中：V 被排出液体的体积，m3； t 排出液体的时间，s或h。 也可用质量流量质量流量G表示，单位为kg/s。二者关系为：QG式中： -液体密度，kg/m3。tVQ 2扬程扬程H 扬程不能简单理解为泵输送液体所能达到的高度（m），而是位置能位置能和流动阻

7、力流动阻力，以及静静压能压能和速度能速度能的总和。sd2s2dsd2zzgccgppH式中：g 重力加速度，m/s2; ps, pd 泵入、出口处压力，Pa或kPa； cs, cd 泵入、出口处流速，m/s； zs, zd -泵入、出口处高度，m。 从上述伯努利方程可看出，泵进、出口截面动能差（cd2-cs2）和高度差（zd-zs）均不大，所以泵的扬程主要是增加液体的压力扬程主要是增加液体的压力。 3转速转速n 泵轴单位时间旋转的次数，单位为r/min。 4功率功率N 是反映泵做功的快慢程度，即泵做功能力的大小。 因泵中存在损耗，所以各处的功率不相同。 轴功率轴功率N：即泵轴泵轴单位时间内从原

8、动机（电动机）那里获得的功率获得的功率，也就是输入功率输入功率。 水力功率水力功率Nh：指单位时间内泵的叶轮给出叶轮给出的能量的能量。单位为W。（也称为转化功率转化功率）式中：式中：HT 理论扬程，指不考虑泵内流动损失（包括流体的粘理论扬程，指不考虑泵内流动损失（包括流体的粘 性造成的性造成的摩阻损失摩阻损失和泵的实际流量偏离设计流量所和泵的实际流量偏离设计流量所 造成的造成的冲击损失冲击损失）时，流经泵的液体获得的扬程，）时，流经泵的液体获得的扬程， m； QT 理论流量，指不考虑泵的转动部分和静止部分之间理论流量，指不考虑泵的转动部分和静止部分之间 的的间隙所造成的流量损失间隙所造成的流量

9、损失时的流量，时的流量，m3/s。TThHgQN返返P78 有效功率有效功率Ne：指单位时间内泵出口液体所获得的能量，即泵的输出功率泵的输出功率。单位为kW。 机械损失功率机械损失功率Nm：指叶轮外盘面与液体之间、轴与填料密封件之间以及轴与轴承之间的机械摩擦损失功率机械摩擦损失功率，其值为泵轴功率与水力功率之差：1000egQHNhmNNN返返P78 5效率效率 效率即功率的利用率，反映损耗的大小反映损耗的大小。对应不同的损耗，可用不同的效率来度量。 容积效率容积效率h hv：指实际流量Q与理论流量QT之比，衡量泵泄漏程度的大小衡量泵泄漏程度的大小。0.930.98（流量之比）TTTvQqQQ

10、Qh 容积损失容积损失是由于液体在泵内的内漏（窜流）+外漏=q引起的。其中窜流是主要的。返返P76 水力效率水力效率h hh：指有效扬程与理论扬程之比，衡量流动损失所占比例衡量流动损失所占比例。（扬程之比）TshfTThHHHHHHh 水力损失水力损失(也称泵内阻力损失泵内阻力损失)含两部分： 摩擦阻力损失摩擦阻力损失Hf：液体在流道中的沿程阻流道中的沿程阻力力损失和局部阻力损失。为系数）（1212f2CQCgvH 与Q的平方成正比。 冲击损失冲击损失Hsh：液体进入叶轮和导轮时，与叶片发生冲击与叶片发生冲击而引起的能量损失。为系数）（22d2sh)(CQQCH 也与Q的平方成正比。 冲击损失

11、主要是液体进入叶轮或导轮时的水力角水力角与叶片结构角叶片结构角不一致而造成的。两角一致叫无冲击工况无冲击工况，此时没有冲击损失，对应的排量叫设计流量设计流量Qd（最优排量（最优排量Q优优）。返返P76返返P90返返P101返返P112 机械效率机械效率h hm：指水力功率与轴功率之比，衡量机械摩擦损失的大小衡量机械摩擦损失的大小。0.90.95 泵效率泵效率h h：指有效功率与轴功率之比，即泵的总效率，衡量泵工作的经济性衡量泵工作的经济性。NNNNNmhmhmhvhTThhee)(hhhhNNHQQHNNNNNN 另外还有汽蚀余量汽蚀余量、比转速比转速等参数，在后面章节中介绍。 上述参数反映了

12、离心泵的综合性能指标。一般在泵的铭牌铭牌上都标出了这些参数的值。如IS 65-50-125型单级、单吸悬臂式离心泵铭牌为：立式单级离心泵立式单级离心泵 型号：型号：IS65-50-125 转速：转速：2900r/min 流量：流量：25m3/h 效率：效率：69% 扬程：扬程：20m 电动机功率：电动机功率：3kW 允许吸上真空度：允许吸上真空度：7m 质量：质量： 出厂编号：出厂编号： 出厂日期：出厂日期： 年年 月月 日日 1离心泵吸入室、叶轮和排出室相应有何作用？（形成一定真空，引液体入叶（形成一定真空，引液体入叶轮；将机械能转化成液体的动轮；将机械能转化成液体的动能及压能；减速增压，将

13、液体能及压能；减速增压，将液体动能转为压能。）动能转为压能。） 2下列概念相同或相近的有 。A总能头；B扬程；C轴功率；D有效功率；E输入功率；F输出功率（A-B，C-E，D-F） 3看图填空。 AN；BNh；CNe； DNm；ENv；FN水损（a-A;b-B;c-C;d-D;e-E;f-F）(a)(b)(c)(d)(e)(f)第二节 离心泵的工作原理一、离心泵的工作过程 1启动前应启动前应“灌泵灌泵” 泵内出现断流断流时，将很难再吸入液体。 2泵的连续工作泵的连续工作 驱动机叶轮旋转液体沿叶片流道被甩向外沿出口排液； 同时叶轮中心形成真空将液体吸入； 如此不断 2是 离心泵启、停的操作程序。

14、（片长：6分28秒）二、液体在叶轮中的流动 1液体在叶轮中流动时的液体在叶轮中流动时的3点假设点假设 液体在叶轮中的流动是稳定流动流动是稳定流动，即无冲击流动； 通过叶轮的液体是理想液体液体是理想液体，即液体在叶轮内（不包括吸入、排出管道）流动时无能量损失； 叶轮叶片无限多、无限薄叶轮叶片无限多、无限薄，则液体在叶片流道间作相对运动时，其流线与叶片曲线的形状完全一致，叶轮相同半径圆周上液体质点的速度相等。 2液体质点的运动液体质点的运动 液体在叶轮内既沿着叶片作相对运动相对运动，又随着叶轮的旋转作圆周运动圆周运动。因此，液体在叶轮中的运动是液体的旋转运动和相对运动的矢量和，称为绝对运动绝对运动

15、。 相对速度相对速度w：液体质点相对于叶轮运动的速度。在无限多叶片的假设下，其方向与叶片方向与叶片相切相切。 圆周速度圆周速度u：与所求液体质点瞬时重合的那点叶轮圆周速度。其方向与圆周相切，其方向与圆周相切，指向叶轮旋转方向指向叶轮旋转方向。uw r。 绝对速度绝对速度c：液体质点相对于静止壳体的速度。其大小和方向大小和方向由由w和和u的矢量和决定的矢量和决定。 3液体质点的速度三角形液体质点的速度三角形 为了方便理论分析，把绝对速度c分为两个分量：与圆周速度u垂直的径向分量径向分量cr；与圆周速度u平行的周向分量周向分量cu。wb ba auccrcu 速度三角形中几个角度的定义： a a

16、绝对流动角绝对流动角，即c与u之间的夹角； b b 相对流动角相对流动角，即w与u反方向间的夹角； b bA 叶片角叶片角，即叶片在该点的切线与u反方向间的夹角，理论上bbA。叶轮出口处的叶片角b2A也称为叶片的离角叶片的离角。三、欧拉方程 1图中符号说明图中符号说明 角标1和2：分别代表叶片进、出口处参数； 角标：表示液体在叶片数为无限多的叶轮中流动时的参数； r1、r2：叶轮进、出口处的半径； l1、l2：进、出口对轴的垂直距离； 圆周速度u与叶片数无关，无需角标； 叶片角直接用b1或b2表示，不再用A下标。c2uc2rc2u2w2a a2b b2u1c1c1rw1b b1a a1r2r1

17、l2a a2a a1l1w wc1u 2欧拉方程欧拉方程 设叶轮的理论质量流量为QT，则dt时间内流过叶轮液体的质量为QTdt，那么出、入口动量动量矩的变化量矩的变化量为QTdt（c2l2c1l1）。即mcl 对时间求导得：dtlclcdtQ)(1122T)(1122TlclcQ222Tcos(arcQ)cos111arcc2uc2rc2u2w2a a2b b2u1c1c1rw1b b1a a1r2r1l2a a2a a1l1w wc1u 由动量矩定理动量矩定理可知：质点系对某一轴线的动质点系对某一轴线的动量矩对时间的导数作用于该质点系诸外力对量矩对时间的导数作用于该质点系诸外力对该轴的力矩之

18、和该轴的力矩之和。而合外力矩就是驱动机输入的力矩力矩M0，所以：)coscos(111222T0aarcrcQM叶轮角速度）（-0TwwMN 另，驱动机输给叶轮的功率功率NT为： 理论上液体经叶轮获得的功率功率NT为：叶片无穷的理论扬程）（-TTTTHHgQN 理想情况下泵内无损失，驱动机功率NT液体获得的功率NT，所以：TTHgQMw0)coscos(111222TTT0TaawwrcrcQgQgQMH（欧拉方程）)(11u12u2TcucugH)coscos(111222aawrcrcgwru acosu ccc2uc2rc2u2w2a a2b b2u1c1c1rw1b b1a a1r2r

19、1l2a a2a a1l1w wc1u 又：cuucrcotbA 对采用轴向吸入室的离心泵，液流进入叶轮时无预旋，即c1u0，所以：2u2T1cugH 利用余弦定理进而可得：gwwgccguuHT222222121222122 由欧拉方程可看出由欧拉方程可看出： 离心泵的理论压头离心泵的理论压头HT只与进、出口速度有关。只与进、出口速度有关。 理论压头与被理论压头与被输送液体性质无关输送液体性质无关。c2uc2rc2u2w2a a2b b2u1c1c1rw1b b1a a1r2r1l2a a2a a1l1w wc1u返返P115 3叶片数目对离心泵理论压头影响叶片数目对离心泵理论压头影响 实际

20、叶轮片数有限，泵工作时叶轮流道中会产生一个相对轴向涡流。 使HTHT。滑移系数）（ -TTHH叶轮流道中的轴向涡流运动叶轮流道中的轴向涡流运动 的计算较繁。叶轮叶片数通常为612片，而 值一般为值一般为0.50.9。叶片数Z越大时， 值就越大，HT就越接近于 HT。 返返P76四、叶片类型对理论扬程的影响 1伯努利方程伯努利方程 理想状态下伯努利方程为：）（12212212T2zzgccgppH 一般情况下z2z10，所以：dynpot212212T2HHgccgppH其中：Hpot 液体获得的静压能静压能； Hdyn 液体获得的动扬程动扬程。 考虑到：gwwgccguuHT222222121

21、222122 即静压能可看成是两部分组成：gwwguugpp222221212212gww22221guu22122液体作圆周运动因离心力在出口处液体作圆周运动因离心力在出口处静压能静压能头头的提高；的提高；因叶片间流道截面扩大，因叶片间流道截面扩大，w 由进到出是由进到出是减小的，这部分速度能变为减小的，这部分速度能变为静扬程静扬程。 从上述分析可知，静扬程是由圆周速度静扬程是由圆周速度u的的增加和相对速度增加和相对速度w的减小而产生的的减小而产生的。 静扬程可直接用于克服流动阻力、提高液体静扬程可直接用于克服流动阻力、提高液体压力及位高压力及位高，因此希望叶轮使液体获得的静扬静扬程越大越好

22、程越大越好。 动扬程是由于绝对速度动扬程是由于绝对速度c的增加而产生的的增加而产生的，动扬程越大，表示c2越大，流体流出叶轮后速度越大，造成其后的流动损失也越大，因此要求理论扬程HT中动扬程越小越好动扬程越小越好。 2叶片出口安装角叶片出口安装角b b2A与理论扬程与理论扬程HT的关的关系系 由速度三角形可知：wb ba auccrcu2A2r22ucotbcuc2222bDQcTr而：式中：QT 理论流量； D2 叶轮出口处直径，D2=2r2； b2 叶轮出口处轴面流道宽度； 2 叶轮出口处阻塞系数阻塞系数，反映叶片厚度对叶轮流通面积的影响，一般取一般取0.90.95。返返P115 将上述两

23、式代入下式2u2T1cugH)cot(1A22222brTcuugH得：)cot(1222A2222TQbDuugbA22gu令：BbDgu222A22cotbTTQHB-A则：返返P76 当D2和n 一定时，u2为定值。 从上式可看出，QT一定时，一定时，HT与叶片出口与叶片出口安装角安装角b b2A有关有关；而b b2A一定时，一定时， HT与与QT成线成线性关系性关系，此直线斜率与b2A有关。 b2A=90：B=0， HT=u22/g，HT与 QT无关。HT-QT曲线为水平线，为径向式叶片径向式叶片。 b2A0， HT=A-BQT是一条斜率为负值的向下直线，为后弯式叶片后弯式叶片。HTQ

24、TOb b2A90b b2A=90b b2A90：B0， HT= A-BQT是一条斜率为正值的向上直线，为前弯式叶片前弯式叶片。w2w wb b2Ac2rc2uc2u2b b2A90c2u90c2uu2u2w2返P125 所以，叶轮叶片出口安装角b2A对离心泵理论扬程HT有明显的影响，不同形式叶片的理论扬程不同。 相同QT下，b2A越大HT越高，这样的叶片是否就越好呢？还应进一步分析理论扬程HT中的静扬程静扬程Hpot与与b b2A的关系的关系。 3b b2A与反作用度与反作用度 R的关系的关系 静扬程Hpot在理论扬程HT中的比列称为反作反作用度用度 R。越大越有利）（RTdynTpotR1

25、HHHH 如前所述，动扬程Hdyn为：gccgccgccH22221r22r21u22u2122dyngcH222udyn 对一般离心泵而言，轴面速度cr变化不大，可认为c2rc1rcr，且c1u=0，故：2A22rTdynRcot21211bucHH可推导 所以，在u2和c2r相同时，b2Ac2u HT；但R随b2A增大而减小而不利。其b2A的极值可对R进行求导分析。 后弯形叶片b2A1/2；径向形叶片b2A=90，R=1/2；前弯形叶片b2A90，R1/2，所以常用后弯形叶片，常用后弯形叶片，b b2A=15 40 。w2w wb b2Ac2rc2uc2u2b b2A90c2u90c2uu

26、2u2w2 后弯式叶片具有如下优点后弯式叶片具有如下优点： 液体出口速度c2相对于进口速度c1增加不大，为了使速度能转化为压力能，在转能装置中的损失也不大，且静压头比重远比动压头大（反作用度较大）； 这种叶片的弯曲率不大，液体在泵内流动时的水力损失较小，故泵的水力效率高； 这种叶轮工作较平稳，振动噪音小，且工况变化时泵的轴功率变化较小。 4下列速度与叶片数无关的是 。 A相对速度w； B圆周速度u； C绝对速度c； D液体移动速度。（B） 5离心泵出口方向是垂直于泵轴的。（ ）（） 6离心泵要求静扬程大动扬程小，为什么？（静扬程能克服流动阻力、提（静扬程能克服流动阻力、提高压力；动扬程会增大流

27、动损高压力；动扬程会增大流动损失。）失。） 7离心泵采用后弯式叶片的主要因素是什么？（能获得较大的静扬程）（能获得较大的静扬程）作业：P78-1，2第三节 离心泵的汽蚀及预防措施一、产生汽蚀的机理及危害 1汽蚀机理汽蚀机理 当叶轮入口处最低压力最低压力pk该处温度下液体饱和蒸汽压饱和蒸汽压pv时，液体在就会气化，同时溶解在液体中的气体会逸出，形成大量小气泡形成大量小气泡。 当气泡流到叶道内压力较高处时，会被压破被压破形成空穴。随之周围液体以极高速度冲入空穴，造成局部压力陡增局部压力陡增（可达数百大气压），阻碍液体正常流动。 若上述空穴形成于叶道壁附近，则周围液体以极高速度连续冲击金属壁连续冲击

28、金属壁，金属因疲劳而剥落，造成金属壁损坏。 若气泡内还含有活性气体（如氧气等），借助气泡破裂时的高温（局部可达200300），对金属起电化学腐蚀作用电化学腐蚀作用，会加快金属的剥落。上述综合现象称为“汽蚀现象”。 汽蚀产生的过程汽蚀产生的过程： 汽化汽化气体逸出，形成小气泡；气体逸出，形成小气泡； 凝结凝结气泡溃灭，重新凝结；气泡溃灭，重新凝结； 水击水击形成空穴，产生汽蚀；形成空穴，产生汽蚀； 腐蚀腐蚀电化学腐蚀，加重金属剥落。电化学腐蚀，加重金属剥落。 2汽蚀的危害汽蚀的危害 产生振动和噪声产生振动和噪声。汽泡溃灭时，液体质点互相撞击，产生各种频率的噪音，严重时可听到 “噼啪”的爆破声，同

29、时伴有机器的振动。此时，泵停止工作。 降低泵的性能降低泵的性能。汽蚀产生大量气泡，阻塞流道，破坏泵内液体流动的连续性，泵的流量、扬程和效率明显下降。 破坏过流部件破坏过流部件。因机械剥蚀和电化学腐蚀的作用，使叶轮材料呈现海绵状海绵状、沟槽状沟槽状、鱼鳞状鱼鳞状等破坏现象，严重时会出现叶片蚀穿叶片蚀穿。 汽蚀现象对离心泵的危害较大，即使在轻微汽蚀现象对离心泵的危害较大，即使在轻微的汽蚀下离心泵也不允许长期工作的汽蚀下离心泵也不允许长期工作。海绵状海绵状鱼鳞状鱼鳞状叶片蚀穿叶片蚀穿二、汽蚀余量与汽蚀判别式 如前分析可知，达到吸入口最低压力pk液体饱和蒸汽压pv，即满足不汽蚀的条件。其富余能头称为汽

30、蚀余量汽蚀余量。泵的吸入装置泵的吸入装置S-S断面断面泵与吸入装置法兰截面；泵与吸入装置法兰截面；K断面断面泵内压力最低处；泵内压力最低处；pA吸入罐液面压力，吸入罐液面压力，Pa；zg泵的安装高度，泵的安装高度，m 汽蚀余量又分为有有效汽蚀余量效汽蚀余量和泵必须泵必须的汽蚀余量的汽蚀余量。 1有效汽蚀余量有效汽蚀余量NPSHa 液体从液体从AS截面时高出汽化压力截面时高出汽化压力pv的那部的那部分能头分能头。反映吸入装置吸入装置对汽蚀的影响。gpgcgpNPSHv2SSa2式中：pS, cS 泵入口泵入口压力和速度，Pa, m/s； 液体密度，kg/cm3； pv 液体的饱和蒸汽压，Pa。

31、通常cA0，则pS可由A-S面伯氏方程求得：S-AgA2SS2hzgpgcgpzg是余下的能头？消耗的能头？式中：zS-zA=zg 泵的安装高度，m； hA-S 吸入管路A-S内流动损失，m； pA 液面A上的压力，Pa。S-AgvAa-hzgppNPSH 所以，有效汽蚀余量有效汽蚀余量NPSHa就是吸入罐液面就是吸入罐液面上的压力能头上的压力能头 pA/ g 在克服管路中的流动损失在克服管路中的流动损失 hA-S ，并把液体提高，并把液体提高zg 位差后，所剩余的超位差后，所剩余的超过汽化压力的能头。过汽化压力的能头。 NPSHa与吸入装置参数有关，与泵本身结构与吸入装置参数有关，与泵本身结

32、构无关无关。 2泵必需的汽蚀余量泵必需的汽蚀余量NPSHr S-K间管路的能头损失（含间管路的能头损失（含K处速度能）处速度能）。 由伯氏方程列S-K能量平衡关系：K-S2KKK2SSS22hgcgpzgcgpz式中：pS, pK 液体在S、K处的静压力，Pa； cS, cK 液体在S、K处绝对速度，m/s； zS, zK 泵在S、K处的位高，m； hS-K SK的流动损失，m。gcgppzzgchNPSH222SKSKS2KK-Sr 泵必需的汽蚀余量也可表示为从泵入口泵入口S截截面面叶片进口叶片进口O截面截面的绝对速度绝对速度cO和从O截面截面K截面截面的相对速度相对速度wO的形式：推导略g

33、wgcNPSH222O22O1r式中：cO, wO O截面的绝对和相对速度，m/s; 1 阻力系数，一般为1.01.3之间； 2 阻力系数，无冲击无冲击时为0.20.4。 NPSHr由离心泵结构参数及流量决定，泵出泵出厂时应附有不同流量下的汽蚀余量参数厂时应附有不同流量下的汽蚀余量参数。 3汽蚀判别式汽蚀判别式 NPSHa代表吸入装置吸入装置的有效汽蚀余量有效汽蚀余量，越大越不易发生汽蚀。 NPSHr表示泵本身泵本身必需的汽蚀余量必需的汽蚀余量，越小越不易发生汽蚀。gppNPSHNPSHvKra 所以汽蚀判别式汽蚀判别式为：）（产生汽蚀的临界状态0ra NPSHNPSH（不发生汽蚀）0ra N

34、PSHNPSH（严重汽蚀）0ra NPSHNPSH三、吸上真空度和泵的安装高度 1吸上真空度吸上真空度HS 因装置装置的有效汽蚀余量NPSHa中的参数不易直接测量，而泵入口S处的真空表读数真空表读数（以液柱高度表示）可直接测量，则该表读数即称为吸上吸上真空度真空度HS。gppHSaS式中：pa 当地大气压。 将上式代入NPSHa表达式得：S2Svaa2HgcgppNPSH 该式说明：吸上真空度吸上真空度HS越大，即泵入口越大，即泵入口处压力处压力pS越小，则越小，则NPSHa就越小，泵越容易出就越小，泵越容易出现汽蚀现象现汽蚀现象。而“允许吸上真空度允许吸上真空度HS”为：)5 . 03 .

35、0(maxSS HH式中：HSmax 称为最大吸上真空度最大吸上真空度，m。由 实验取得。 泵所处环境不同，泵所处环境不同，HS也不一样，需要进行也不一样，需要进行换算换算。教材P21式(1-37) 2泵的安装高度泵的安装高度zg 根据根据HS确定泵的安装高度确定泵的安装高度zg 将NPSHa式子与HS式子联立可得：S-AS2SAg2hgpgcgpzS-A2SaAS2hgcgpgpH 若吸入罐液面压力pA为大气压，即pA=pa，那么：S-A2SSg2hgcHz 将HS考虑成HS即为允许安装高度zg：S-A2SSg2hgcHz 因泵流量增加时，液体流动损失流动损失和速度能头速度能头均增加，使叶轮

36、进口附近压力更低，所以 zg随流量增加会有所降低随流量增加会有所降低。因此： 计算泵的允许安装高度时泵的流量未定计算泵的允许安装高度时泵的流量未定，应以最大流量为准，应以最大流量为准。 泵的实际安装高度要允许几何安装高泵的实际安装高度要允许几何安装高度度。 根据泵的根据泵的NPSHr确定泵的安装高度确定泵的安装高度 国产泵中大多已知NPSHr，根据汽蚀临界判别式NPSHaNPSHr0和NPSHa式子可得：aS-AvAgNPSHhgppzrS-AvAgNPSHhgppzrS-AvAgNPSHhgppz)5 . 03 . 0(rr NPSHNPSH 引入“允许汽蚀余量NPSHr”概念：四、提高离心

37、泵抗汽蚀的措施 有两个方面措施： 合理设计泵吸入装置及其安装位置，使NPSHa足够大； 改进泵本身结构参数或结构类型，使NPSHr足够小。 1提高提高吸入装置吸入装置有效汽蚀余量有效汽蚀余量NPSHa 由NPSHa表达式S-AgvAa-hzgppNPSH可知：改变公式右端任一参数，都能使NPSHa发生变化。 增加吸入罐液面压力增加吸入罐液面压力pA。 如原油长输管线上的输油泵多以正压进泵原油长输管线上的输油泵多以正压进泵，即增大pA，以保证泵的正常运转。zgpAzgpApazgpazg吸吸 上上 装装 置置（zg为正值）为正值）任意压力任意压力pA大气压力大气压力pa倒倒 灌灌 装装 置置（z

38、g为负值）为负值）任意压力任意压力pA大气压力大气压力pa 减小泵的安装高度减小泵的安装高度zg。 减小到负值更能抗汽蚀。应用中很多泵很多泵 需需要足够大的要足够大的灌注头灌注头。 减小泵的吸上真空度减小泵的吸上真空度HS。 减小泵吸入管路阻力损失减小泵吸入管路阻力损失 hA-S。 如 尽量减少吸入管路上的弯头、阀门等尽量减少吸入管路上的弯头、阀门等； 尽可能增大吸入管直径以降低流速；尽可能增大吸入管直径以降低流速； 尽量缩短吸入管路的水平距离等尽量缩短吸入管路的水平距离等。 降低液体的饱和蒸汽压降低液体的饱和蒸汽压pv。 pv与温度有关，应尽量降低液体的温度尽量降低液体的温度。 2提高离心泵

39、本身抗汽蚀的性能提高离心泵本身抗汽蚀的性能 即减小泵必需汽蚀余量NPSHr。由gwgcNPSH222O22O1r 改进泵入口结构设计，使改进泵入口结构设计，使cO，wO， 1和和 2尽量减小尽量减小。 适当增大叶轮入口直径增大叶轮入口直径，减小轮毂直径减小轮毂直径和加大叶片进口的过流面积加大叶片进口的过流面积，可减小减小cO和和wO； 适当加大叶轮前盖板进口段的曲率半径加大叶轮前盖板进口段的曲率半径和减少叶轮表面粗糙度减少叶轮表面粗糙度，可减小阻力系数减小阻力系数 1和和 2。 采用双吸式叶轮采用双吸式叶轮 相当于两个单吸式叶轮并联，使每侧叶轮通每侧叶轮通过流量为总流量的一半，以减小过流量为总

40、流量的一半，以减小cO。 采用前置诱导轮采用前置诱导轮 预增液体进泵前的能头预增液体进泵前的能头，提高泵的吸入性能，提高泵的吸入性能。 采用抗汽蚀材料采用抗汽蚀材料 常用稀土合金铸铁、不锈钢2Cr13、铝铁青铜和高镍铬合金等。能提高叶能提高叶诱导轮诱导轮道光滑度，提高抗汽蚀性能道光滑度，提高抗汽蚀性能。五、特殊液体汽蚀性能参数的计算 略。 例例1-1 用一台水泵从湖中将水送到水池，流量为0.2m3/s，湖面高程(海拔)500m，水池水面高程530m，吸水管和排水管直径d为500mm，长度分别为l吸=10m，l排=100m，沿程摩擦系数=0.22，水泵允许吸上真空度HS=4.5m，已知底阀的局部

41、阻力系数e=2.5，90弯头的局部阻力系数b=0.3，水泵入口前变径的局部阻力系数g=0.1，设水温为10，试确定水泵允许的几何安装高度和水泵扬程。 解： 求水泵允许几何安装高度求水泵允许几何安装高度zgS-A2SSg2hgcHz 因泵所处环境不是标压下抽送20的清水，所以需对 HS进行修正。查表1-2、1-3可得：海拔500m大气压为9.7mH2O，10时水的饱和蒸汽压为0.12104Pa(0.12mH2O)，所以：24. 033.10gppHHvaSS)(99. 324. 033.1012. 07 . 95 . 4m)/(02. 15 . 02 . 04422SsmdQc而：gcdlh2)

42、(2SS-A吸 求泵扬程求泵扬程H 因吸、排管路d相等，所以流速均为cS。）（m387. 08 . 9202. 1) 1 . 03 . 05 . 25 . 01022. 0(2S-A2Sg2hgcHzS)(55. 3387. 08 . 9202. 199. 32m 排出管摩擦阻力为：不考虑阀门等）（排排m34. 28 . 9202. 15 . 010022. 0222SgcdlhZhhH排S-A）（m73.32)500530(34. 2387. 0 8离心泵铭牌上标注的汽蚀余量是有效汽蚀余量NPSHa还是必需汽蚀余量NPSHr？（后者）（后者） 9吸上真空度HS越大，越容易发生汽蚀现象。（ ）

43、（） 10在倒灌装置中，泵安装高度zg应取正值。（ ）（） 11增大NPSHa有哪些具体措施？（pA；zg；HS； hA-S；液；液体体pv） 12减小NPSHr有哪些具体措施？（优化泵入口结构；用双吸式（优化泵入口结构；用双吸式叶轮；用前置诱导轮；用抗汽叶轮；用前置诱导轮；用抗汽蚀材料）蚀材料） 13采用双吸式叶轮，相当于 。 A增大NPSHa，增大cO； B增大NPSHr，增大cO； C减小NPSHa，减小cO； D减小NPSHr，减小cO（D）作业：P78-5第四节 离心泵的特性曲线一、离心泵的理论特性曲线 离心泵在一定n下的H-Q、N-Q、h-Q和NPSHr-Q的关系曲线即为特性曲线。

44、在泵的说明书或产品样本上可以查到。 1H-Q曲线曲线HT-QT1 2 叶片有限时HT-QT曲线；HshH-QT45H-QQ，QTHT，HT，HHshHfOHf -Q67Hsh -Q8H-q3Hf2HT-QT 1 叶片无限时HT-QT曲线； 3 减去Hf的曲线； 4 减去阻力损失Hsh的H-QT曲线； 5 再减去泄漏损失q的H-Q曲线； 6,7,8 相应的损失曲线。 由上分析可知，H-Q曲线与u2、D2和b2A以及各种阻力损失密切相关。所以不同泵的H-Q曲线有较大的差别，大体分为陡降式陡降式、平坦式平坦式和驼峰式驼峰式3种： 陡降特性陡降特性：适用于排量变化小而压头调节范围大的场合，适合输送粘性

45、较大的液体。 平坦特性平坦特性：适用于压头变化小而排量调节范围大的场合。 驼峰特性驼峰特性：在最高点两侧同样压头下，可能有两种不同的排量，因而工作不稳定。 2NT -Q曲线曲线Q，QTNTONT -QT12N-QT 1 因HT-QT基本为线性关系，而理想情况下理论功率NT=Ne=Nh，所以NT-QT曲线也是Nh-QT关系，基本为平方关系基本为平方关系； 2 加上加上机械损失功率Nm的N-QT曲线； 3,4 考虑泄漏的H-QT和泄漏曲线H-q后；H-q43H-QT5N-Q 5 从N-QT曲线上减去曲线H-q上相应H的q，得到实际轴功率N与流量Q的N-Q曲线。通常实测获得 3h h -Q曲线曲线（

46、泵效率）NgQHhgwgcNPSH222O22O1r 所以由H-Q和N-Q曲线可绘制出h -Q曲线。 4吸入特性吸入特性NPSHr-Q曲曲线线h h, N, HQOh h -QN -QH -QQmaxQONPSHr, NPSHrNPSHr-QNPSHr-Q 所以NPSHr与与Q2成正比成正比。2O4dQc返返P104二、离心泵特性曲线的用途 1H-Q曲线的应用曲线的应用 是选择和使用泵的主要依是选择和使用泵的主要依据据。总体上离心泵的扬程H随着流量Q的增加而降低(驼峰形除外)，因此，离心泵的离心泵的h h, N, HQOh h -QN -QH -QQmaxQ和和H很容易通过调节排出阀来控制很容

47、易通过调节排出阀来控制。 2N-Q曲线的应用曲线的应用 是合理选择原动机功率和正常启动的依据是合理选择原动机功率和正常启动的依据。离心泵轴功率N随流量Q增加而增加，因此，离心泵常采取闭式启动，以防电机过载离心泵常采取闭式启动，以防电机过载。 3h h -Q曲线的应用曲线的应用 是检查泵工作经济性的依是检查泵工作经济性的依据据。离心泵的hmax点即设计工况点(Qe, He, Ne)，h hmax93%的区域为高效工作区的区域为高效工作区。 4NPSHr-Q曲线的应用曲线的应用 是检查泵是否发生汽蚀的是检查泵是否发生汽蚀的依据依据。泵的安装高度和入口阻力损失等应全面考虑，防止泵发生汽蚀。h h,

48、N, HQOh h -QN -QH -QQmaxQeh hmaxQONPSHr, NPSHrNPSHr-QNPSHr-Q三、介质粘度对离心泵性能的影响及换算 略。 14 曲线具有“陡降”、“平坦”及“驼峰”等典型形状。 AH-Q； BN-Q； Ch -Q； DNPSHr-Q（A） 15对于压头变化小而排量调节范围大的场合， 形状的H-Q曲线比较适合。（平坦型）（平坦型）16离心泵常采用“闭式启动”方式，其目的是 。 A增大扬程； B增大流量； C减小流动损失； D保护电动机（D） 17泵的高效工作区是 以内的区间。 Ah 7%； Bhmax7%； Ch 93%； Dhmax93%（D）第五节

49、相似理论在离心泵中的应用 液体在离心泵中的流动十分复杂，很难用理论方程来描述和计算，一般多用试验方法进行多用试验方法进行研究研究。流体力学中的相似原理为离心泵的相似相似原理为离心泵的相似设计、实验研究和性能换算等提供了依据设计、实验研究和性能换算等提供了依据。一、离心泵相似条件 要保证液体在两泵中流动相似流动相似，须满足几何几何相似相似、运动相似运动相似和动力相似动力相似。满足相似条件的泵称为相似泵相似泵。 1几何相似几何相似 指进行比较的模型泵模型泵和原型泵原型泵通流部分几何通流部分几何形状相似形状相似，即对应的线性尺寸之比等于对应的线性尺寸之比等于比例常比例常数数 l，对应的叶片几何角和叶

50、片数相等对应的叶片几何角和叶片数相等。 2运动相似运动相似 指流动过程中两泵对应点上同名速度比值等流动过程中两泵对应点上同名速度比值等于于速度比例常数速度比例常数 c，方向角相等，方向角相等。 3动力相似动力相似 指两泵对应点上作用的同名力之比为应点上作用的同名力之比为力比例力比例常数常数 f，方向相同方向相同。该条件自动满足。Re105二、离心泵的相似定律 即研究两相似泵参数研究两相似泵参数(H, Q, N, h h, NPSHr)之之间的关系间的关系。相似泵的“相似工况点”必满足相似定律。（流量相似定律）vvlvvnnnnDDQQhhhh3322)(（扬程相似定律）hhlhhnnnnDDH

51、Hhhhh2222)()()(（功率相似定律）mmlmmnnnnDDNNhhhh3535)()()( 在以水为介质、转速和几何尺寸相差不大情况下，可认为相似工况点的hv=hv，hh=hh，hm=hm。=（介质同为水）。所以：（流量相似定律）nnnnDDQQl33)(（扬程相似定律）2222)()()(nnnnDDHHl（功率相似定律）3535)()()(nnnnDDNNl相相似似定定律律三、比例定律和相似抛物线 1比例定律比例定律 对几何尺寸相等的两台泵或同一台泵几何尺寸相等的两台泵或同一台泵（D= D，l=1），转速由n1变为n2时（介质不变），则相似定律为如下形式，即比例定律比例定律：21

52、21nnQQ22121)(nnHH32121)(nnNN 同一台泵的同一台泵的Q，H，N与与n之间满足上述关系之间满足上述关系者即为相似工况。或同一台泵在相似工况下各者即为相似工况。或同一台泵在相似工况下各参数之间必符合比例定律。参数之间必符合比例定律。返返P115 2比例定律的应用于工况转换的确定比例定律的应用于工况转换的确定 设Q-H 、Q-N及Q-h为转速n时的曲线，然后在Q-H上任取一点A(Q, H)。利用定律求出n1时的对应点A1(H1, Q1)。如此连续在Q-H上取点，并求出其在nl时的相应点，连接起来就得到由n到n1时的新曲线Q1-H1。同样可得Q1-N1曲线。 A1点是从A点按

53、相似公式换算得来的，因此这两点是相似工况相似工况点点，其效率也相同。因此，由Q-H曲线上A点定出对应的效率值B，由B引水平线交Al点垂线于B1，这就是A1点的效率值。连续取值，就可得出Q1-h1曲线。 3相似抛物线相似抛物线 同一台泵n连续改变时的相似工况点移动的轨迹，称为相似抛物线相似抛物线。由比例定律得：常数QknQnQ2211常数HknHnH222211 将两式合并得：常数kkkQHQHQH2222211 其实，H-Q曲线大致均是抛物线关系曲线大致均是抛物线关系。 由于相似工况点效率大致相同，可认为该抛物线是等效率曲线等效率曲线。2kQH 即：四、离心泵的比转速 为了在几何相似泵几何相似

54、泵中用某一参数某一参数判断是否相似工况，而不必再用运动相似运动相似条件就可应用相似定律。这个参数就是比转速比转速。 1比转速表达式比转速表达式22)(nnHHl由：35)(nnNNlnnNNHH2/14/5)()(得：常数即：snHNnHNn4/54/5)( ns即为比转速比转速。 相似工况时比转速相等。或几何相似泵的比相似工况时比转速相等。或几何相似泵的比转速相等转速相等。由于不同工况ns不等，规定最大效率工况点的ns为泵的比转速。我国规定：（单级单吸）4/365. 3HQnns为级数）（多级单吸， KKHQnns4/3)/(65.3（单级双吸）4/32/65.3HQnns ns并非一般意义

55、上的转速，它只代表某一系列泵的一个统并非一般意义上的转速，它只代表某一系列泵的一个统合性能参数，表达了该系列泵在性能上的统合特征。合性能参数，表达了该系列泵在性能上的统合特征。 2比转速比转速ns的应用的应用 ns在泵的分类、相似设计和编制离心泵系列方面有很大作用。 ns与与 n、Q正相关，与正相关，与H负相关负相关。 低ns的泵适合输送小流量、高压头的液体。高ns的泵能在很低压头下输送较大的流量。 ns反映系列泵结构上的特点反映系列泵结构上的特点。 ns可表示出叶轮的形状。当ns大到一定时，叶轮就从离心式过渡到混流式；当ns再增大，叶轮进一步变成轴流式。 ns反映特性曲线变化趋势反映特性曲线

56、变化趋势。 反映n、Q、N、H、h各参数之间的变化。泵的类型泵的类型比转速比转速(ns)低比转速低比转速30ns80中比转速中比转速80ns150高比转速高比转速150ns300离离 心心 泵泵混流泵混流泵轴流泵轴流泵300ns500 500ns1000叶轮形状叶轮形状尺寸比尺寸比(D2/D1)叶片形状叶片形状特性曲线特性曲线形状形状入口处扭曲入口处扭曲出口处圆柱形出口处圆柱形圆柱形叶片圆柱形叶片扭曲叶片扭曲叶片扭曲叶片扭曲叶片轴流泵翼形轴流泵翼形32.31.81.41.21.11D1D2D1D2D1D2D1D2D1D2h h,N,HQOQ-HQ-NQ-h hh h,N,HQOQ-HQ-NQ-

57、h hh h,N,HQOQ-HQ-NQ-h hh h,N,HQOQ-HQ-NQ-h hh h,N,HQOQ-HQ-h hQ-N五、切割定律和切割抛物线 略。六、汽蚀比转速 略。七、通用特性曲线 略。 18何为相似泵？（流动相似的（流动相似的 / 几何、运动、几何、运动、动力相似的）动力相似的） 19两台相似泵的转速一定相等。（ ）（） 20比转速ns越大的离心泵，其工作转速越高。（ ）（）作业：P78-3第六节 离心泵的工作特性及工况调节 离心泵必须与管路组成一个系统才能实现液体的输送。这个系统的特性称作离心泵的装置装置特性特性。不同的工作条件，有不同的装置特性。 一、离心泵的工作特性 1固定

58、转速离心泵的工作特性固定转速离心泵的工作特性 恒定转速下H-Q关系关系称为泵的工作特性。也包括N-Q特性特性和h h-Q特性特性。 用最小二乘法回归可得： 2叶轮直径变化后泵的工作特性叶轮直径变化后泵的工作特性 相同转速下不同叶轮直径可得不同泵特性：流态指数）常数；（-,2mbabQaHmm查表确定mmQDDbDDaH2020)()(式中：D0 ,D 变化前后叶轮直径，mm； a ,b 对应叶轮直径D0时，泵特性方程 中的两个常数。由切割定律 3调速泵的工作特性调速泵的工作特性 转速变化后泵的特性可描述为：mmQnnbnnaH2020)()(式中：n0 ,n 变化前后泵的转速，r/min； a

59、 ,b 对应泵的转速n0时，泵特性方程 中的两个常数。 总之，离心泵的工作特性可表述为：mBQAH2式中：A ,B 对应上述各式中的两个常数。二、单根管路特性与工作点 1单根管路特性单根管路特性 泵的总能头总能头=提高液体高度提高液体高度+克服管路两端克服管路两端压差压差+沿程摩擦阻力沿程摩擦阻力+局部摩擦阻力局部摩擦阻力。后两项阻力即为吸排管路总摩擦，局部摩擦常折算成一定的沿程摩擦，所以总摩擦损耗总摩擦损耗为：ldQhmmmw52b式中：式中：hw 液体流经吸排管路时的总摩擦阻力损失，液体流经吸排管路时的总摩擦阻力损失，m； l 管路长度，管路长度，m； d 管路内径，管路内径，m； 系数，

60、一般长输管道取系数，一般长输管道取1.01； b b 与流态有关的系数，与流态有关的系数，s2/m； 流体运动粘度，流体运动粘度，m2/s； m 流态指数流态指数推导略返返P112 在吸、排管路和泵构成的系统中，由伯努利方程可得总能头：wABABhHHgpph)(式中：h 装置装置所需能头，m； pA ,pB 吸、排罐液面上的压力，Pa； HA ,HB 吸、排罐液面至泵轴中心线的 距离，m； hw 总摩擦阻力损失，m。 通常高差(HBHA)与压力能头(pBpA)/g不随流量Q而改变，称其为静扬程静扬程Hpot。 这就是离心泵在单根离心泵在单根管路上输送液体时的管管路上输送液体时的管路特性方程路