康勇版过程流体机械41泵

1、4. 4. 泵泵重点讲： 离心泵 （Centrifugal Pump) 主要内容： 1、离心泵的结构 2、离心泵的理论计算 3、离心泵的吸入特性 4、离心泵的性能及调节 5、相似理论，其他泵4.1 4.1 概概 述述 泵泵用来输送液体的叶轮机械。用来输送液体的叶轮机械。 即把机械能转换为液体能的叶轮机械。即把机械能转换为液体能的叶轮机械。 （一）泵的种类（一）泵的种类 离心式离心式 叶轮式叶轮式 轴流式轴流式 混流式混流式 旋涡式旋涡式 泵泵 往复式往复式 ：活塞泵；柱塞泵；隔膜泵：活塞泵；柱塞泵；隔膜泵 容积式容积式 回转式回转式 ：齿轮泵；螺杆泵；滑片泵；罗茨泵；：齿轮泵；螺杆泵；滑片泵；

2、罗茨泵； 滚动活塞泵；摇摆转子泵；滚动活塞泵；摇摆转子泵；. 其他类型其他类型 ：喷射泵；震动泵；水锤泵；真空泵；酸蛋：喷射泵；震动泵；水锤泵；真空泵；酸蛋 泵的种类很多，应用面很广，属于通用机械。泵的种类很多，应用面很广，属于通用机械。 泵应用范围：水利、农业、化工、石油、采矿、造船、城市、环保、医药、卫泵应用范围：水利、农业、化工、石油、采矿、造船、城市、环保、医药、卫生、军事、交通、各类厂矿等。其中离心泵占生、军事、交通、各类厂矿等。其中离心泵占95%以上。以上。混流泵混流泵离心泵离心泵轴流泵轴流泵旋涡泵旋涡泵射流泵 水锤泵真空泵真空泵酸蛋软管泵4.1.1 离心泵（一）（一）. .离心泵

3、的工作原理离心泵的工作原理 叶轮泵叶轮泵与离心式压缩机工作原理相同。工作原理：工作原理： 靠叶轮的高速旋转，由叶片拨动液体旋转液体旋转，使液体产生产生离心离心力力，离心力使液体产生动能和压能动能和压能，实现机械能向液压能（液力，实现机械能向液压能（液力能）的转化。能）的转化。吸入原理： 叶轮中心被吸空后，形成真空，液体在外界大气压力的作用下，推动液体沿吸入管进入泵轮。（二）（二）.离心泵的特点离心泵的特点 优点：优点： 排量大、平稳均匀。排量大、平稳均匀。 结构简单、紧凑，尺寸小，重量轻。结构简单、紧凑，尺寸小，重量轻。 易损件少，检修、管理和使用方便。易损件少，检修、管理和使用方便。 可与高

4、速电机直接驱动，速度越高，压头越高。可与高速电机直接驱动，速度越高，压头越高。 容易实现多级，满足高压头。容易实现多级，满足高压头。 如：高压水泵：如：高压水泵：11级，级，H=2300 m 电动潜油离心泵：电动潜油离心泵：180、201、330、453、526级，级， H=20003500 m。 缺点：缺点： 不适应小流量工况。不适应小流量工况。 同功率下没有往复式泵的压力高。同功率下没有往复式泵的压力高。 输送高粘度、含砂、杂质液体的问题多。输送高粘度、含砂、杂质液体的问题多。 泵吸入管与泵腔内需要灌满液体后启动。泵吸入管与泵腔内需要灌满液体后启动。 如：如： 高速泵高速泵 ： n=100

5、00 r/min , 单级扬程：单级扬程：H=1150 m n=25000 r/min , 单级扬程：单级扬程： H=1760 m （三）（三） 离心泵的分类离心泵的分类 1. 按叶轮数目分：按叶轮数目分： 单级泵：悬臂式单叶轮结构。单级泵：悬臂式单叶轮结构。 多级泵：多级泵： 2526个叶轮。个叶轮。 2. 按吸入方式分：按吸入方式分： 单吸式：一个吸入口。单吸式：一个吸入口。 双吸式：二个吸入口。双吸式：二个吸入口。 3. 按扬程分（压力分）：按扬程分（压力分）： 低压泵：低压泵： H 20 m 水柱水柱 （p 160 m 水柱水柱 （p 1.6 MPa)。 4. 按用途分：按用途分： 清

6、水泵、污水泵、酸泵、减泵、热油泵、稠油泵清水泵、污水泵、酸泵、减泵、热油泵、稠油泵 5. 其他：卧式泵、立式泵、斜式泵、轴流泵、混流泵、旋涡泵、其他：卧式泵、立式泵、斜式泵、轴流泵、混流泵、旋涡泵、潜水泵等。潜水泵等。（四）（四） 离心泵的主要结构离心泵的主要结构 普通离心泵结构：普通离心泵结构： 泵壳泵壳蜗壳蜗壳轴轴叶轮叶轮盘根密封盘根密封吸入管吸入管排出管排出管轴支架。轴支架。（1）.叶轮：叶轮： 闭式叶轮闭式叶轮清水泵清水泵 半开式叶轮半开式叶轮污水泵、稠油泵、砂泵、高速泵、部分流泵污水泵、稠油泵、砂泵、高速泵、部分流泵 开式叶轮开式叶轮轴流泵。轴流泵。 双吸叶轮双吸叶轮双吸清水泵。双吸

7、清水泵。（2）. 密封装置：密封装置： 叶轮与壳体吸入口之间：叶轮与壳体吸入口之间： 平接密封环式平接密封环式 （属于内泄漏）（属于内泄漏） 迷宫式密封环式迷宫式密封环式 泵壳与轴之间：填料密封式。石棉绳填料；石墨浸石棉填泵壳与轴之间：填料密封式。石棉绳填料；石墨浸石棉填 料。料。 （属于外泄漏）（属于外泄漏） 机械密封。端面动、静环接触式密封。内装式；外装式机械密封。端面动、静环接触式密封。内装式；外装式 （3）.轴向力平衡装置轴向力平衡装置 轴向力的产生：由于吸入口压力轴向力的产生：由于吸入口压力p1 与叶轮出口压力与叶轮出口压力p2 不同。不同。 p1 p2 叶轮盖板前后形成一个轴向力：

8、叶轮盖板前后形成一个轴向力： 轴向力会引起轴窜动、叶轮磨损。轴向力会引起轴窜动、叶轮磨损。 为级数。：ZFZF多 级级泵的轴向力kgppdD4F单轴122021常见轴向力平衡方式常见轴向力平衡方式： 单级泵：单级泵： 平衡孔：叶轮后盖钻几个孔，使中心处压力相等。平衡孔：叶轮后盖钻几个孔，使中心处压力相等。 平衡管：叶轮背部中心与泵吸入口用管子联同，使压平衡管：叶轮背部中心与泵吸入口用管子联同，使压 力相等。力相等。 叶轮后盖径向筋板（小叶片）：把背部液体打走，形叶轮后盖径向筋板（小叶片）：把背部液体打走，形 成真空。成真空。 多级泵：叶轮背靠背排列：如双吸式叶轮。多级泵：叶轮背靠背排列：如双吸

9、式叶轮。 自动平衡盘：自动调节轴向压力，达到平衡。自动平衡盘：自动调节轴向压力，达到平衡。 平衡鼓：平衡鼓： 无磨损，有泄漏。无磨损，有泄漏。 平衡盘与平衡鼓组合：泄漏少，能自动平衡轴向力。平衡盘与平衡鼓组合：泄漏少，能自动平衡轴向力。 （4 4）. . 离心泵的命名 如：如： IS 250 30 A 150 D 605 5 Y 57A 吸入口直径mm扬程m第一次切割吸口直径mm多级泵扬程m级数吸口直径英寸单级单吸泵单级单吸清水离心泵单级单吸清水离心泵IS国际标准号如：IS5032125 50泵入口直径；32泵出口直径；125泵叶轮直径4.1.2 . 离心泵的主要性能参数 主要参数：q、H、N

10、、n（1） 流量流量 q： 定义：泵在单位时间内输送出去的液体量。定义：泵在单位时间内输送出去的液体量。 体积流量： 有效流量（排出流量） 单位： 理论流量（吸入流量） 单位： 质量流量: 单位： 吸入流量： 式中：q单位时间内泵的泄漏量（内、外泄漏）),min(slmsm33htkgskg,min,vmqqvqtqqqqvt（2）扬程）扬程 H 定义：每单位重量液体从叶轮上所获得的有效能量。定义：每单位重量液体从叶轮上所获得的有效能量。 用液柱高度表示的称扬程：H 单位：米，m 用压力表示的称为压头（能量头）：p 单位：MPa ， 液体重度：泵的出口扬程，即泵的实际扬程为：H 由伯努利方程：

11、理论扬程：Ht = H + hhyd 式中：hhyd 泵内液体摩擦阻力损失和冲击损失的总和。2mmNpHHp)(1000)(81. 933mkgfmkgfg水： mg2cczzgppH21221212（3）功率功率 N 泵的功率 N 通常指泵轴上的输入功率，即：轴功率、铭牌功率、额定功率。 轴功率轴功率 N 定义：单位时间内原动机传递给泵主轴上的功。 N=Ni +Nm = Ne / 式中：Nm 机械损失功率，包括机械摩擦损失和轮阻损失 有效功率：有效功率：Ne 泵的输出功率，即单位时间内泵出口液体所获得的能量。)(PS735pqNkW10gHq10pqNve3v3ve马力上式中各参数：扬程：H

12、 m ， 流量： qv 压力： p MPa 密度： ， 重力加速度：g=9.81 内功率内功率 Ni： 也叫：水力功率、叶轮功率。单位时间内叶轮传给液体的能量。sm33mkg2smkW10qgHN3ttiNi Ne N（4） 效率效率 泵内效率分为：容积效率v、水力效率hyd、机械效率 mec 。 泵的总效率： 容积效率v ：衡量泵泄漏所造成的能量损失。NNemhydvttvvqq1qq水力效率hyd ：衡量泵内液体沿程摩擦和冲击所造成的能力损失。机械效率m ：衡量泵内机械摩擦和轮阻所造成的能量损失。thydthydHh1HHNN1NNmim（5） 转速转速 n 泵主轴转速，即叶轮的转速。 直

13、联电机时，泵转速及为电机转速。 常用电机：n=18002900 r/min (转/分，rpm）（6）允许汽蚀余量允许汽蚀余量NPSH 衡量泵吸入性能的抗汽蚀能力，用来标定泵的安装高度。4.4.1.3 1.3 离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式 (一) . 泵叶轮进、出口速度三角形 (1) . 进出口速度三角形 c1=u1+w1w1u1c111C1rC1u进口速度矢量和进口速度矢量和： C1=u1+w1式中式中： 叶片厚度对断面影响系数。取 =0.90.95。 q 理论流量（设计流量）。222111111111sinruruccccccc con绝对速度：分速度：111 11160trqqcA

14、DbDnu径向分速度：圆周速度： 叶轮上的速度：2211u2w2C2u1C1w12Aw222u2C2w11u1C11C2rC2u1A(2). 叶轮出口速度三角形叶轮出口速度三角形 C2=u2+w2C2u222w2C2rC2u22222222222222222222222222601sinsin2urArAqcuc ctgctgD bD nucqwD bcuwu w con周向分速度：圆周速度：相对速度：2222222222222222sinrururccccccc conqqcAD b绝对速度：分速度：径向分速度：（二）（二）. .离心泵的基本方程离心泵的基本方程 欧拉方程式欧拉方程式 利用动

15、量矩定理推导出基本方程式利用动量矩定理推导出基本方程式欧拉方程式。欧拉方程式。 欧拉涡轮方程表述了叶轮对单位重量液体所作的功。 221 1TuuJLu cu ckg理论能量头：221 1222222211221222uuTTu cu cHmguuwwccHmggg理论扬程：物理方程：（1） 理论流量下无限多叶片扬程：理论流量下无限多叶片扬程： （额定流量下） 液体进入叶轮无预旋、无冲击，沿叶道径向进入叶轮。 由出口速度三角形：由出口速度三角形： 理论扬程：mgcuHconccccuTur22111110理论扬程：此时：2222222222221sinrurrconccucuc ctguctgu

16、222221rTcuHctgmug（ ）（2）有限叶片的理论扬程）有限叶片的理论扬程 考虑叶片厚度造成叶道内产生轴向涡流，使周向分速度减小。考虑叶片厚度造成叶道内产生轴向涡流，使周向分速度减小。 根据斯陀道拉公式得：根据斯陀道拉公式得：222222sinurAAucuc ctgZ2222222221sinrtAAuucuHctgmguZg理论扬程：（ ）A2A22r2u2Zctguc1sin能量头系数： 泵出口扬程（有效扬程）：泵出口扬程（有效扬程）： 泵内流动损失泵内流动损失： 水力效率：水力效率：mhHHhydt局部阻力损失摩擦阻力损失式中：shm2shmhydhhmqahhhthydth

17、ydtthydHHmHhHHH（三）三）. . 工程中测定泵有效扬程工程中测定泵有效扬程泵的理论扬程 Ht 是叶轮上的扬程，即叶轮实际输给液体的能量。 泵出口扬程（泵有效扬程）：H =Ht - hhyd hhyd 泵内流动阻力损失。 当水力效率和泵内流动阻力损失hhyd 不知道或无法测定时，可在泵的进出口安装压力表，用压力表读书来计算出泵的有效扬程。 由伯努利方程：由伯努利方程：mCCg21ZgppH2c2DcD)( 式中： 出口压力 为实测值，内包含了hhyd 内容。 泵进、出口液体流速。泵进、出口压力表高差泵进、出口绝对压力。DcDcCCZpp,Dp221()( )2DaacDCppppH

18、ZCCmgg 上式变换上式变换：221( )2DCppHZCCmgg表真 式中： 若泵的进出口流速取相等：CC =CD (如进出口流道直径相同） 则： 大气压力）。皆为表的实际读数（泵进口真空表压力数。泵出口表压力数。真真表表aCaaDpppppppppmZgppH真表（四）（四） 泵管路系统扬程计算泵管路系统扬程计算 管路与泵组成一个输液系统，进出口管路中存在较大的流动阻力损失。管路中总的流动损失：mg2Cg2CdLhBA2jj2iiiBAiAB伯努利方程：伯努利方程： 式中：式中： mhCCg21ZgppHAB2A2BABmhsmCCmZPppABBAaBA管路流动损失，从吸液面到排液面整个速度，吸液面，排液面的升降吸排液面的高差，力，吸液面、排液面上的压,（1）液面上皆为大气压时：）液面上皆为