流体输送机械2-离心泵

1、第二节第二节 液体输送机械液体输送机械离心泵离心泵任课教师：段益琴任课教师：段益琴第二节第二节 液体输送机械液体输送机械离心泵离心泵 离心泵的工作原理离心泵的工作原理 离心泵的主要部件离心泵的主要部件 离心泵的性能参数离心泵的性能参数 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线 影响离心泵性能的因素影响离心泵性能的因素 离心泵的气蚀现象与安装高度离心泵的气蚀现象与安装高度 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节 离心泵的类型与选择离心泵的类型与选择1234562.2.1 离心泵的工作原理液体的排出过程：液体的排出过程： 高速旋转的叶轮高速旋转的叶轮液体旋转液体旋转液体向四周甩出液体向四周甩出（

2、高速高速中压）中压）泵壳转能（中速泵壳转能（中速高压高压）排出排出液体的吸入过程：高速旋转的叶轮液体的吸入过程：高速旋转的叶轮液体旋转液体旋转液体向四周甩出液体向四周甩出中心负压中心负压内外压差内外压差吸入液体吸入液体2.2.1 离心泵的工作原理灌泵：离心泵启动前，须将所送液体灌满吸入管路、灌泵：离心泵启动前，须将所送液体灌满吸入管路、叶轮和泵壳。叶轮和泵壳。气缚：如启动离心泵前不灌泵，则吸入管路、叶轮和气缚：如启动离心泵前不灌泵，则吸入管路、叶轮和泵壳内没有完全充满液体而存在泵壳内没有完全充满液体而存在部分空气部分空气。由于空气密。由于空气密度远小于液体，叶轮旋转时对气体产生的离心力很小，度

3、远小于液体，叶轮旋转时对气体产生的离心力很小，气体还会产生体积变化，既气体还会产生体积变化，既不足以驱动不足以驱动前方前方液体在泵壳液体在泵壳中流动中流动，又不足以在，又不足以在叶轮中心处形成叶轮中心处形成使液体吸入所必需使液体吸入所必需的的低压低压，于是，液体就，于是，液体就不能正常不能正常地被地被吸入吸入和和排出排出。2.2.1 离心泵的工作原理2.2.2 离心泵的主要部件旋转部件：叶轮及泵轴静止部件：泵壳、轴封装置离心泵由两个主要部分构成一、一、 叶轮：将原动机的能量传给液体。叶轮：将原动机的能量传给液体。分类：分类：1.敞式（开式）、半开（敞）式、闭式（平衡孔的作用）敞式（开式）、半开

4、（敞）式、闭式（平衡孔的作用）2.2.2 离心泵的主要部件（）敞式（开式）：结构简单、制造容易、清洗方便，适于输（）敞式（开式）：结构简单、制造容易、清洗方便，适于输送含较多固体悬浮物或带有纤维的液体。但易内泄，效率低。送含较多固体悬浮物或带有纤维的液体。但易内泄，效率低。（）半开式（有后盖板）：适于输送易沉淀或含固体悬浮物的（）半开式（有后盖板）：适于输送易沉淀或含固体悬浮物的液体，效率也较低。液体，效率也较低。（）闭式（有前后盖板）：结构较复杂，适于输送不含固体杂（）闭式（有前后盖板）：结构较复杂，适于输送不含固体杂质的清洁液体，内泄较少，效率高。大多采用闭式叶轮。质的清洁液体，内泄较少，

5、效率高。大多采用闭式叶轮。平衡孔平衡孔的作用：使部分液体漏向低压区，减小叶轮两侧压强差，同时会的作用：使部分液体漏向低压区，减小叶轮两侧压强差，同时会使泵的效率有所降低。使泵的效率有所降低。2.2.2 离心泵的主要部件2.单吸式、双吸式吸液方式不同单吸式、双吸式吸液方式不同（）单吸式：（）单吸式：（）双吸式：液休从叶轮两侧同时吸入，因而具有较大的吸（）双吸式：液休从叶轮两侧同时吸入，因而具有较大的吸液能力，且可消除轴向推力，但构造较复杂，常用于大流量的液能力，且可消除轴向推力，但构造较复杂，常用于大流量的输送。输送。二、二、 泵壳泵壳作用：作用：汇集和导出液体转能装置汇集和导出液体转能装置三、

6、三、 轴封装置轴封装置泵轴与泵壳间的密封称为轴封。其作用是防止高压液体沿泵轴与泵壳间的密封称为轴封。其作用是防止高压液体沿轴外泄，又要防止外界空气反向漏入泵的低压区内。轴外泄，又要防止外界空气反向漏入泵的低压区内。（）填料密封：由填料函壳、软填料、填料压盖组成。（）填料密封：由填料函壳、软填料、填料压盖组成。结构简单，加工方便，但功率消耗较大，轴向仍有泄漏，需定结构简单，加工方便，但功率消耗较大，轴向仍有泄漏，需定期更换期更换。2.2.2 离心泵的主要部件（）机械密封（端面密封）：由动环（随轴转动）（）机械密封（端面密封）：由动环（随轴转动）、静环（固定在泵体上）组成。、静环（固定在泵体上）组

7、成。密封性能好，使用寿密封性能好，使用寿命长，功率消耗低，但要求加工精度高，安装技术严命长，功率消耗低，但要求加工精度高，安装技术严，价格较高，维修麻烦。适于输送易燃、易爆、有毒，价格较高，维修麻烦。适于输送易燃、易爆、有毒、有腐蚀性液体。、有腐蚀性液体。2.2.2 离心泵的主要部件2.2.3 离心泵的主要性能参数离心泵的性能参数是用以描述离心泵的一组物理量，主要有离心泵的性能参数是用以描述离心泵的一组物理量，主要有流量、扬程、功率和效率。流量、扬程、功率和效率。一、一、流量流量q q : : 离心泵在单位时间离心泵在单位时间送到送到管路系统的液体体积，常用管路系统的液体体积，常用单位为单位为

8、m m3 3/s/s或或m m3 3/h/h其大小取决于泵的结构（叶轮直径，叶片宽其大小取决于泵的结构（叶轮直径，叶片宽度）和叶轮的转速。度）和叶轮的转速。二、二、扬程（又称压头）扬程（又称压头）H H ：离心泵对：离心泵对单位重量单位重量的液体所能提供的的液体所能提供的有效能量有效能量，其单位为，其单位为J/NJ/N，即，即m m，扬程需实测。，扬程需实测。其大小取决于泵的结构型式、尺寸、转速、流量及液体黏度。其大小取决于泵的结构型式、尺寸、转速、流量及液体黏度。 f21221212e2)(HguugppzzHHgpphH120zz=h0，流动阻力项忽略流动阻力项忽略 2.2.3 离心泵的主

9、要性能参数三、功率和效率1.1.有效功有效功率率NeNe（单位：）：指（单位：）：指单位时间单位时间内液体经内液体经离心泵所获得的实际机械能量，也即净功率。离心泵所获得的实际机械能量，也即净功率。2 2轴功轴功率率N N（单位：）（单位：）: :指指单位时间单位时间内通过泵轴传内通过泵轴传入泵的机械能量，用于向泵提供有效功率并克服各入泵的机械能量，用于向泵提供有效功率并克服各种机械能损失。种机械能损失。3.3.效率效率一般大泵可达一般大泵可达85-90%85-90%，小泵约，小泵约50-70%50-70%。gHqgHqNsVsme,00100/NNe2.2.3 离心泵的主要性能参数见教材见教材

10、P76，例，例2-1。作业：作业：P P104104，2-12-1。2.2.4 离心泵的特性曲线一、特性曲线一、特性曲线离心泵的实际特性曲线关系离心泵的实际特性曲线关系 、 、 只能靠只能靠实验测定。实验测定。测定条件：测定条件： 101.3kpa 101.3kpa， 20 20清水，清水，一定一定转速。转速。在泵出厂时列于产品样本中以供参考在泵出厂时列于产品样本中以供参考。1.H-q曲线：表示泵的扬程（压头）与流量的关系。q时，H，当q=0时，H最大。2.N-q曲线：表示泵的轴功率与流量的关系。 q时，N,当q=0时,N为最小(但是并不等于0)。离心泵启动时，要先关闭出口阀门（即q=0），待

11、电机达到规定转速时，再开启出口阀调节所需流量，以保护电机。qH qN q2.2.4 离心泵的特性曲线2.2.4 离心泵的特性曲线2.2.4 离心泵的特性曲线3.q曲线：表示泵的效率与流量的关系。 q时，先是，后又，所以q线有一极值点，在此点处（设计点），泵的效率最高（压头损失最少）。离心泵铭牌上标注的就是离心泵的额定参数（最佳工况参数、设计点）。额定值（额定流量，额定功率，额定扬程，额定效率等）。实际操作时，一般要求效率不低于额定效率的92。2.2.4 离心泵的特性曲线%92额额例：用清水测定某离心泵的特性曲线，实验装置如附图所示。当调节出口阀使管路流量为25m3/h时，泵出口处压力表读数为0

12、.28MPa（表压），泵入口处真空表读数为0.025MPa，测得泵的轴功率为3.35kW，电机转速为2900转/分，真空表与压力表测压截面的垂直距离为0.5m。试由该组实验测定数据确定出与泵的特性曲线相关的其它性能参数。解：与泵的特性曲线相关的性能参数有泵的转速n、流量q 、压头H、轴功率N和效率。其中流量和轴功率已由实验直接测出，压头和效率则需进行计算。以真空表和压力表两测点为1，2截面，对单位重量流体列柏努利方程 扬程的测定 %2 .6435. 315. 2NNe把数据代入，得在工作流量下泵的有效功率为泵轴功率为kW15. 2W2150360081. 91000256 .31,gHqNsV

13、egpphH1202.2.4 离心泵的特性曲线二、影响特性曲线的主要因素二、影响特性曲线的主要因素1、液体物性的影响与水相差较大时需校正（）黏度的影响：，q、H、，N。一般在液体运动黏度2010（相当于水黏度的20倍左右）时,需要对特性曲线进行修正。（）密度的影响：q、H不随变化（在中，）。只有q曲线需按进行校正。gpphH12012pp gHqgHqNsVsme,2、转速对特性曲线的影响2121nnqq转速变化特性曲线变化。当泵的效率基本不变，转速变化小于20%范围内，可根据下式换算：22121)(nnHH32121)(nnNN（比例定律）（比例定律）2.2.4 离心泵的特性曲线3、叶轮直径

14、对特性曲线的影响在叶轮外径的减小变化不超过5时，可根据下式换算：1212DDqq21212DDHH31212DDNN（切割定律）（切割定律）2.2.4 离心泵的特性曲线作业：作业：P P104104，2-32-3。2.2.5 离心泵的工作点与流量调节一、管路特性曲线表示在特定管路系统中，于固定操作条件下，流体流经该管路时所需的压头与流量的关系。特特性性，与与管管路路情情况况无无关关泵泵本本身身的的离离心心泵泵的的特特性性曲曲线线只只是是共共同同决决定定的的。特特性性和和管管路路本本身身的的特特性性是是由由泵泵的的离离心心泵泵的的实实际际工工作作情情况况eHH 2522228244qdllggu

15、dllHdquudqeef ，代入得由2.2.5 离心泵的工作点与流量调节fffefeHgpzgpzHgugpzHguugppzzHHgugpzHgugpzAH，/2gu22)(22e222122121222222111则可略为一定值，令对一定管路，2 2e e2 25 5e e2 2e eBqBqA AH Hq qd dl ll lg g8 8g gp pz zH H 1低阻管路低阻管路2高阻管路高阻管路2.2.5 离心泵的工作点与流量调节泵的特性曲线H-q线与所在管路特性曲线Heqe线的交点（M 点)。工作点工作点由泵的特性和由泵的特性和管路的特性管路的特性共同决定共同决定 二、工作点工作

16、点对应的工作点对应的q q和和H H既是既是泵能够提供泵能够提供的，也是的，也是管路所需管路所需要的；要的；工作点反映了一台泵的工作点反映了一台泵的实际工作状态实际工作状态。 2.2.5 离心泵的工作点与流量调节EDCHQ三、流量调节实际生产中，离心泵的流量调节即改变泵的工作点。可通过改变泵的特性和管路特性实现。1、调节阀门开度改变管路特性以增加阻力损失（由E到C到D点）为代价，并且还有可能使离心泵转入低效率区工作，所以经济上不合算。但这种调节方法非常方便，所以常用于经常性、小范围调节流量的场合。 2.2.5 离心泵的工作点与流量调节节能、方便，但造价高（因为常需要采用微机控制）。这对大型泵的

17、节能尤为重要。 2、调节泵的转数改变泵的特性3、切割叶轮外径节能，但不方便，常用于周期性，较大范围的流量调整。2.2.5 离心泵的工作点与流量调节见教材见教材P81，例，例2-3。作业：作业：P P104104，2-2,2-4,2-2-2,2-4,2-7 7。【例】【例】 将将2020的清水从贮水的清水从贮水池送至水塔，已知塔内水面高池送至水塔，已知塔内水面高于贮水池水面于贮水池水面13m13m。水塔及贮。水塔及贮水池水面恒定不变，且均与大水池水面恒定不变，且均与大气 相 通 。 输 水 管 为气 相 通 。 输 水 管 为1401404.5mm4.5mm的钢管，总长为的钢管，总长为200m2

18、00m（包括局部阻力的当量（包括局部阻力的当量长度）。现拟选用长度）。现拟选用4B204B20型水泵，当转速为型水泵，当转速为2900r/min2900r/min时，其特时，其特性曲线见附图，试分别求泵在运转时的流量、轴功率及效率。性曲线见附图，试分别求泵在运转时的流量、轴功率及效率。摩擦系数摩擦系数可按可按0.020.02计算。计算。2.2.5 离心泵的工作点与流量调节解：（解：（1 1）管路特性曲线方程）管路特性曲线方程在贮水池水面与水塔水面间列柏努利方程在贮水池水面与水塔水面间列柏努利方程 式中式中ZZ=13m =13m pp=0=0由于离心泵特性曲线中由于离心泵特性曲线中q q的单位为

19、的单位为L/sL/s，故输送流量，故输送流量q qe e的单的单位也为位也为L/sL/s，输送管内流速为：，输送管内流速为： 本题的管路特性方程为：本题的管路特性方程为： H He e=13+=13+ feHgpZHeeeqqdqu0742. 0131. 041000100042281. 920742. 0131. 020002. 0222eefqgudllH200857.0eq200857. 0eqqe/Ls10481216202428He/m1313.1413.5514.2315.216.4317.9419.72由上表数据可在由上表数据可在4B204B20型水泵的特性曲线图上标绘出管路特性

20、曲线型水泵的特性曲线图上标绘出管路特性曲线H He eq qe e。（3 3）流量、轴功率及效率）流量、轴功率及效率 附图中泵的特性曲线与管路特性附图中泵的特性曲线与管路特性曲线的交点就是泵的工作点，从图中点曲线的交点就是泵的工作点，从图中点M M读得：读得： 泵的流量泵的流量 q q=27L/s=97.2m=27L/s=97.2m3 3/h/h 泵的轴功率泵的轴功率 N N=6.6kW=6.6kW 泵的效率泵的效率 =77%=77%（2 2）标绘管路特性曲线根据管路特性方程，可计算不）标绘管路特性曲线根据管路特性方程，可计算不同流量所需的压头值，现将计算结果列表如下：同流量所需的压头值，现将

21、计算结果列表如下：一、汽蚀现象一、汽蚀现象2.2.6 离心泵的汽蚀现象与安装高度 当Hg增加到使（液体饱和蒸气压）时,即汽蚀状态。pp 12.2.6 离心泵的汽蚀现象与安装高度 叶轮中心处，液体汽化，产生大量气泡；气泡在由叶轮中心向周边运动时，由于周边压力较大，气泡急剧凝结，产生局部真空，周围液体以很高的流速冲向真空区域；当气泡的冷凝发生在叶片表面附近时，众多液滴尤如细小的高频水锤撞击叶片。一、汽蚀现象一、汽蚀现象汽蚀现象离心泵在汽蚀状态下工作：泵体振动并发出噪音；气泡的存在，导致扬程（压头）、流量、效率大幅度下降，严重时不能输送液体，即可能出现气缚； 时间长久,在水锤冲击和液体中微量溶解氧对

22、金属化学腐蚀的双重作用下,叶片表面出现斑痕和裂缝,甚至呈海绵状逐渐脱落。2.2.6 离心泵的汽蚀现象与安装高度pp 1造成叶片入口附近液体静压力过低的原因可能有：泵的安装高度超过允许值；泵输送液体温度过高； 泵吸入管路的局部阻力过大。怎样保证操作时就不会发生汽蚀? 即：泵的实际安装高度低于允许安装高度，使p1pV。2.2.6 离心泵的汽蚀现象与安装高度1、离心泵的汽蚀余量NPSH为防止气蚀现象的发生，在离心泵的入口处液体的静压头和动压头之和必须大于操作温度下的液体饱和蒸汽压头某一数值，即指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压头的富余能量。二、汽蚀余量gpgugpNPSH22112.2.6

23、 离心泵的汽蚀现象与安装高度 管路上实际发生的汽蚀余量称为有效汽蚀余量，用（NPSH）a表示。当液体及其流量一定时，（NPSH）a只与管路条件有关，而与泵的特性无关。 的物理意义： 越小,表明叶轮入口处的压力越低，离心泵的操作状态越接近汽蚀。a）（NPSHa）（NPSH2.2.6 离心泵的汽蚀现象与安装高度gpgugpNPSH2211 2、离心泵的必需汽蚀余量(NPSH)r对指定液体，在给定的泵转速和流量下，为避免发生汽蚀，生产现场所必须保证达到的最低汽蚀余量值，用(NPSH)r表示。实际上就是离心泵从泵入口处流到叶轮压力最低处的全部压头损失。2.2.6 离心泵的汽蚀现象与安装高度静静压压强强

24、。表表泵泵入入口口处处最最低低允允许许的的式式中中，rrrpgpgugpNPSH, 121, 12)(NPSH)r是泵的特性，与管路无关。(NPSH)r越小，泵的抗汽蚀能力越好。因此实际操作中：3、允许汽蚀余量时，不发生汽蚀；时，不发生汽蚀；rNPSHNPSH)()(a2.2.6 离心泵的汽蚀现象与安装高度；)()(时，开始发生汽蚀时，开始发生汽蚀rNPSHNPSHa时，发生严重汽蚀。时，发生严重汽蚀。rNPSHNPSH)()(arrNPSHNPSHNPSHNPSH)(3 . 11 . 1 ()(3 . 0)()(aa工艺流体：工艺流体：清水：清水： 三、离心泵的允许安装高度Hg,r指泵的吸入

25、口高于贮槽液面最大允许的垂直高度Hg,r。 )10(0)10(21, 10)10(21, 10,)10(,21, 10222fVfVVrfrrgfrgrHgpNPSHgpHgpgpgugpgpHgugppHHHgugpgpr）（变变形形得得2.2.6 离心泵的汽蚀现象与安装高度 为保证离心泵不发生汽蚀现象，必须使 ) 15 . 0(,rggrggHHHH2.2.6 离心泵的汽蚀现象与安装高度对于一定的离心泵，(NPSH)r一定，若吸入管路阻力愈大，液体的蒸气压愈高或外界大气压越低，则泵的允许安装高度越低。)10(0,fVrgHgpNPSHgpHr）（由由讨论 :汽蚀现象的产生可以有以下三方面的

26、原因： 离心泵的安装高度太高； 被输送流体的温度太高，液体蒸气压过高； 吸入管路的阻力或压头损失太高。 正是综合了以上三个因素对汽蚀的贡献。一个原先操作正常的泵也可能由于操作条件的变化 而产生汽蚀。 最大允许安装高度为负值，这说明该泵应该安装在 液体贮槽液面以下。 gH2.2.6 离心泵的汽蚀现象与安装高度)10(0,fVrgHgpNPSHgpHr）（实际安装高度比最大允许安装高度还要低0.5至1米应注意尽量减小吸入管路的压头损失，或将离心泵 安装在贮槽液面以下，使液体利用位差自动流入 泵体内。 2.2.6 离心泵的汽蚀现象与安装高度【例】 选用某台离心泵，从样本上查得其允许汽蚀余量(NPSH

27、)r=m，现将该泵安装在离水面m高处。已知吸入管的压头损失为1 mH2O，当地环境大气压为100kPa，夏季平均水温为40，问该泵安装高度是否合适？解：当水温为40时 pv=7377Pa Hg,r= =6.51m4m 故泵安装高度合适。)10(0)(frVHNPSHgpp见教材见教材P79，例，例2-2。作业：作业：P P104104，2-2-6(6(题目有错）。题目有错）。1、安装（）泵的实际高度应低于允许安装高度 ；（）应尽量缩短吸入管路的长度、减少管件；（）向高位或高压区输送液体的泵，在泵出口应设置止逆阀。2.2.7 离心泵的类型与选用一、离心泵的安装与运转15 . 0,rggHH)10(0,fVrgHgpNPSHgpHr）（由由2、运转（）灌泵；（）关闭出口阀，启动电机；（）待电机运转正常后，再逐渐打开出口阀，调节流量；（）停泵前，应先关闭出口阀。运行时，应注意是否有不正常噪音，随时观察真空表和压强表指示是否正常，定期检查轴承、轴封、泄漏等情况。2.2.7 离心泵的类型与选用一、离心泵的安装与运转1、清水泵 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“IS”；若需要扬程不高而流量较大，可选用单级双吸式离心泵，代号为“”；若需要的扬程较高，则可选D系列多级离心泵。2.2.7 离心泵的类型与选用二、离心泵的类型与规格如