第二章输送装置

1、 泵泵输送液体输送液体 风机、真空泵、压缩机和烟囱风机、真空泵、压缩机和烟囱等等输送气体。输送气体。（2）按工作原理分有：按工作原理分有： 动力式动力式(叶轮式叶轮式)包括离心式、轴流式等，它包括离心式、轴流式等，它 们是藉高速旋转的叶轮使流体获得能量。们是藉高速旋转的叶轮使流体获得能量。 容积式容积式(正位移式正位移式)包括往复式、旋转式等，包括往复式、旋转式等， 它们是利用活塞或转子的挤压使流体升压以获得它们是利用活塞或转子的挤压使流体升压以获得 能量。能量。 其他类型其他类型如喷射式、浮升式如喷射式、浮升式(如烟囱如烟囱)等等 ，它它 们是利用设备的形状使流体的静压能、位能转换们是利用设

2、备的形状使流体的静压能、位能转换 成动能等。成动能等。注：注：（1 1）各种气体输送机械的出口终压）各种气体输送机械的出口终压 通风机：终压不大于通风机：终压不大于14.714.7kPakPa（表压）表压） 鼓风机：终压为鼓风机：终压为14.714.7kPakPa 294kPa294kPa（表压），压缩比表压），压缩比 4 4 压缩机：压缩机：终压在终压在294294kPa kPa （表压）以上，压缩比表压）以上，压缩比 4 4。 真空泵：用于减压，真空泵：用于减压，终压为大气压，压缩比由真空终压为大气压，压缩比由真空 度决定。度决定。 （2 2）正位移特性）正位移特性 流体输送能力仅受活塞或

3、转子位移的影响而与管路流体输送能力仅受活塞或转子位移的影响而与管路 情况无关；压头与流量无关仅受管路承受能力的限制的情况无关；压头与流量无关仅受管路承受能力的限制的 特性特性第一节第一节 液体输送机械液体输送机械 液体输送机械按其工作原理通常分两大类：液体输送机械按其工作原理通常分两大类： 即离心泵和正位移泵（往复泵和旋转泵）即离心泵和正位移泵（往复泵和旋转泵）2-1-12-1-1离心泵离心泵1.11.1 离心泵的结构与工作原理离心泵的结构与工作原理1.1.11.1.1 离心泵的结构离心泵的结构 离心泵主要由叶轮、泵壳、轴封装置等构成离心泵主要由叶轮、泵壳、轴封装置等构成 (1) (1) 叶轮

4、叶轮 结构：结构：如图如图2-2所示，上有所示，上有612片向后弯的叶片。片向后弯的叶片。 作用：作用：使液体产生旋转运动并使液体产生旋转运动并将原动机的机械能传将原动机的机械能传 给液体，使液体的静压能和动能均有所提给液体，使液体的静压能和动能均有所提 高。高。 类型：类型： 敞式叶轮敞式叶轮 半蔽式叶轮半蔽式叶轮 蔽式叶轮蔽式叶轮 图图2 22 2 叶轮的类型叶轮的类型敞式叶轮敞式叶轮 ：两侧都没有盖板：两侧都没有盖板 ，制造简单，清洗方便。但效率较制造简单，清洗方便。但效率较 低，只适用于输送含杂质的悬浮液。低，只适用于输送含杂质的悬浮液。半蔽式叶轮半蔽式叶轮：叶轮吸入口一侧没有前盖板，

5、而另一侧有后盖板，它也叶轮吸入口一侧没有前盖板，而另一侧有后盖板，它也 适用于输送悬浮液，但效率比适用于输送悬浮液，但效率比敞式叶轮的高并产生敞式叶轮的高并产生轴向推轴向推 力力。蔽式叶轮：蔽式叶轮：叶片两侧都有盖板叶片两侧都有盖板 ，效率较高，应用最广，但只适，效率较高，应用最广，但只适适用适用 于输送清洁液体并产生于输送清洁液体并产生轴向推轴向推力力 产生轴向推力原因产生轴向推力原因：蔽式或半蔽式叶轮的后盖板与泵壳之间的缝蔽式或半蔽式叶轮的后盖板与泵壳之间的缝隙内，液体的压强较入口侧为高，这便产生了指向叶轮吸入口方向的轴隙内，液体的压强较入口侧为高，这便产生了指向叶轮吸入口方向的轴向推力。

6、向推力。轴向推力的危害轴向推力的危害： 使叶轮向吸入口窜动，引起叶轮与泵壳接触处使叶轮向吸入口窜动，引起叶轮与泵壳接触处磨损，严重时造成泵振动。磨损，严重时造成泵振动。 消除轴向推力办法消除轴向推力办法 :(1)在后盖板上在后盖板上 钻几个小孔，称为平衡孔钻几个小孔，称为平衡孔(见图见图23(a)，让一部分高压液体漏到低压区以降低让一部分高压液体漏到低压区以降低叶轮两侧的压力差。其缺点是增加了内叶轮两侧的压力差。其缺点是增加了内泄漏量，因而降低了泵的效率；泄漏量，因而降低了泵的效率；(2)采采用双吸入口的叶轮（见图用双吸入口的叶轮（见图2-3（b)。 叶轮的吸液方式叶轮的吸液方式： 单吸式：构

7、造简单，液体从叶轮一侧被单吸式：构造简单，液体从叶轮一侧被 (a)单吸式单吸式 (b)双吸式双吸式 吸入吸入 ，存在轴向推力，存在轴向推力 。 图图23 吸液方式吸液方式 双吸式：比较复杂，液体从叶轮两侧吸双吸式：比较复杂，液体从叶轮两侧吸 1平衡孔；平衡孔；2后盖板后盖板 入，具有较大的吸液能力，基本上可以入，具有较大的吸液能力，基本上可以 消除轴向推力。消除轴向推力。211 （2）泵壳）泵壳 结构结构：大多为截面逐渐扩大的蜗牛壳形的通道，故又称：大多为截面逐渐扩大的蜗牛壳形的通道，故又称为蜗壳，为蜗壳，叶轮在泵壳内顺着蜗形通道逐渐扩大的方向旋叶轮在泵壳内顺着蜗形通道逐渐扩大的方向旋转转 作

8、用：作用：a a、汇集液体引导液体流动；、汇集液体引导液体流动； b b、降低流速，减少能量损失；、降低流速，减少能量损失； c c、使部分动能转化为静压能。、使部分动能转化为静压能。（3 3）轴封装置）轴封装置 泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。结构：结构：-见多媒体见多媒体作用：作用：a a、防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，、防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出， b b、外界空气漏进泵内以保持离心泵的正常运、外界空气漏进泵内以保持离心泵的正常运 行。行。 1.1.2 1.1.2 离心泵的工作原理离心泵的工作原理启动步骤启动步骤： (1) (1)泵内灌满液体

9、泵内灌满液体 ( (2)2)关出口阀关出口阀 ( (3)3)开泵开泵 ( (4)4)开出口阀开出口阀工作原理：工作原理： 离心泵工作时，叶轮由电机驱动作高速旋转离心泵工作时，叶轮由电机驱动作高速旋转运动，迫使叶片间液体也随之作旋转运动。同时因离运动，迫使叶片间液体也随之作旋转运动。同时因离心力的作用，使液体由叶轮心力的作用，使液体由叶轮 中心向外缘作径向运动。中心向外缘作径向运动。液体在流经叶轮的运动过程中获得能量，并以高速离液体在流经叶轮的运动过程中获得能量，并以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在泵壳内，由于流道的逐开叶轮外缘进入蜗形泵壳。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

10、静压能，达到较渐扩大而减速，又将部分动能转化为静压能，达到较高的压强，最后沿切向流入压出管道。高的压强，最后沿切向流入压出管道。 在液体受迫由叶轮中心流向外缘的在液体受迫由叶轮中心流向外缘的同时，在叶轮同时，在叶轮中中心处形成真空。泵的吸入管路一端与叶轮中心处相心处形成真空。泵的吸入管路一端与叶轮中心处相通，另一端则浸没在输送的液体内，在液面压力（常通，另一端则浸没在输送的液体内，在液面压力（常为大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体为大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体经吸入管路进入泵内，只要叶轮的转动不停，离心泵经吸入管路进入泵内，只要叶轮的转动不停，离心泵便不断地吸入和排出

11、液体。由此可见离心泵主要是依便不断地吸入和排出液体。由此可见离心泵主要是依靠高速旋转的叶轮所产生的离心力来输送液体，故名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。离心泵。 离心泵的气缚现象离心泵的气缚现象 离心泵启动时，离心泵启动时，若未充满液体，则泵内存在空若未充满液体，则泵内存在空气，由于空气密气，由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。吸度很小，所产生的离心力也很小。吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内，虽启动入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内，虽启动离心泵，但不能输送液体，这种现象就称为离心泵，但不能输送液体，这种现象就称为“气缚气缚”。所以离心泵启动前必须向壳体内

12、灌满液体，在吸入管所以离心泵启动前必须向壳体内灌满液体，在吸入管底部安装带滤网的底阀。底阀为止逆阀，防止启动前底部安装带滤网的底阀。底阀为止逆阀，防止启动前灌入的液体从泵内漏失。滤网防止固体物质进入泵内。灌入的液体从泵内漏失。滤网防止固体物质进入泵内。 推导离心泵的基本方程式的假设：推导离心泵的基本方程式的假设： 叶轮具有无限多叶片叶轮具有无限多叶片; 理想液体理想液体 离心泵的基本方程为：离心泵的基本方程为： (2-11)式中：式中：HT 理论压头理论压头 QT 理论流量理论流量 D2 叶轮外径叶轮外径b2 叶轮出口宽度叶轮出口宽度 n 叶轮的转速叶轮的转速 2 叶轮出口的流动角叶轮出口的流

13、动角讨论讨论：(1) 则则 (2) 叶片几何形状叶片几何形状后弯叶片后弯叶片 静压头大比例大静压头大比例大径向叶片径向叶片 前弯叶片前弯叶片 动压头比例大动压头比例大(3) 理论流量与理论扬程理论流量与理论扬程 线性关系线性关系TTQbDgctguguH2222226022nDu222bDcQrT2,DnTTQH,902guHT/22902902guHT/22guHT/22TTBQAH2 90时，HT随流量的增大而加大。2 = 90 时，HT与流量QT无关；2 90 时，HT随流量QT增大而减小。由上和下图可见，前弯叶片产生的理论压头最高，但理论压头包由上和下图可见，前弯叶片产生的理论压头最高

14、，但理论压头包括动压头及静压头两部分。对后弯叶片静压头提高大于动压头提括动压头及静压头两部分。对后弯叶片静压头提高大于动压头提高，而前弯叶片则相反。离心泵希望获得的是静压头，而不是动高，而前弯叶片则相反。离心泵希望获得的是静压头，而不是动压头。虽有一部分动压头可经蜗壳部分转化为静压头，但在此转压头。虽有一部分动压头可经蜗壳部分转化为静压头，但在此转化过程中将导致较多的能量损失，因此为获得较高的能量利用率，化过程中将导致较多的能量损失，因此为获得较高的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片。离心泵总是采用后弯叶片。 H HT 2 HC HP 2 HP 2 HT 、HP 与与 2关系曲线关系曲线 1.

15、3 离心泵的性能参数与特性曲线离心泵的性能参数与特性曲线 离心泵的主要性能参数有流量，压头，轴功率，效率离心泵的主要性能参数有流量，压头，轴功率，效率和气蚀余量等。离心泵性能参数间的关系通常用特性曲和气蚀余量等。离心泵性能参数间的关系通常用特性曲线来表示线来表示 1 .3 .1 离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数（1）流量流量 Q 离心泵的流量离心泵的流量Q是指离心泵在单位时间内排送到管路是指离心泵在单位时间内排送到管路系统的液体体积，常用单位为系统的液体体积，常用单位为 L/S 或或 m3/h； Q =f (结构结构 ，尺寸尺寸 ，n ,等因素）等因素）应予指出，离心泵总是和特定的管路

16、相连系的，因此应予指出，离心泵总是和特定的管路相连系的，因此离心泵的实际流量还与管路特性有关离心泵的实际流量还与管路特性有关。 （2）压头）压头 H 离心泵的压头离心泵的压头H又称扬程，它是指离心泵对单位重量又称扬程，它是指离心泵对单位重量(1N)的液体所能提供的有效能量，其单位为的液体所能提供的有效能量，其单位为J/N=m H=f (结构结构 , n , Q)对于一定的泵和转速对于一定的泵和转速 H=f ( Q) H一般由实验测定。一般由实验测定。(3) 功率与效率功率与效率 类型类型 ：轴功率和有效功率；：轴功率和有效功率； 轴功率轴功率N： 泵轴所需的功率，即电机传给泵轴的功泵轴所需的功

17、率，即电机传给泵轴的功率，单位为率，单位为W或或kW。 有效功率有效功率Ne：液体从叶轮获得的能量液体从叶轮获得的能量,单位为单位为W或或kW。 Ne=HQg W = HQ /102 KW轴功率大于有效功率，二者之比称为效率，用轴功率大于有效功率，二者之比称为效率，用 表示，表示，即即 =(Ne/N)100% 小于小于1 = =f f( (类型类型 ，尺寸，尺寸 ，制造精度，制造精度 ，Q Q ，液体性质等液体性质等) )泵设计点的效率泵设计点的效率: 小型泵为小型泵为5070%，大型泵可达，大型泵可达90%左右。左右。离心泵在输送液体过程中存在能量损失，主要有三种：离心泵在输送液体过程中存在

18、能量损失，主要有三种：(1)容积损失容积损失 容积损失是指泵的泄漏所造成的损失，容容积损失是指泵的泄漏所造成的损失，容积损失可由容积效率积损失可由容积效率v表示。表示。 (2)机械损失机械损失 由机械摩擦而引起的能量损失称为机械由机械摩擦而引起的能量损失称为机械 损失；用机械效率损失；用机械效率 m来反映这种损失；来反映这种损失； m一般为一般为0.96到到0.99。 (3)水力损失水力损失 粘性液体流经叶轮通道和蜗壳时产生的摩粘性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而产生的局部阻力，统称为水擦阻力以及在泵局部处而产生的局部阻力，统称为水力损失。这种损失可用水力效率力损失。这种

19、损失可用水力效率h来反映。来反映。额定流量额定流量下离心泵的水力效率下离心泵的水力效率h一般为一般为0.8到到0.9。 离心泵的效率反映上述三项能量损失的总和，故又离心泵的效率反映上述三项能量损失的总和，故又称为称为总效率总效率 = v m h 离心泵的效率在某一流量下为最高，而小于或大于离心泵的效率在某一流量下为最高，而小于或大于该流量时该流量时,都将降低。通常将最高效率下的流量称为都将降低。通常将最高效率下的流量称为额定流量。额定流量。离心泵输送液体中的能量传递、变化过程：离心泵输送液体中的能量传递、变化过程：1.3.2 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线或工

20、作性能曲线或工作性能曲线: : 压头压头H H 、轴功率轴功率N N及及效率效率 与与流量流量Q Q 之之间的间的关系曲线关系曲线. .此曲线由实验测定此曲线由实验测定(1)(1)H-QH-Q曲线曲线 表示泵的压头与流量的表示泵的压头与流量的 关系。关系。Q Q H H ( (在流量极小时可能有例外在流量极小时可能有例外) ) 图图2-7 2-7 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线 （2)N-Q2)N-Q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。 Q Q N N Q = Q = 0 0 时时 , , N=N=最小最小 故故离心泵启动时，应关闭泵的出口阀门，使启动电流减少，

21、以离心泵启动时，应关闭泵的出口阀门，使启动电流减少，以保护电机保护电机。 (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 当当Q=0时，时， =0，随着，随着Q 泵的效率泵的效率 当当Q 到某一值到某一值时，时， = maxmax , , 此后随着此后随着Q 即离心泵在一定转速下有一即离心泵在一定转速下有一最高效率点最高效率点，通常称该点，通常称该点为设为设计点计点(泵铭牌上标明的参数为设计点的值泵铭牌上标明的参数为设计点的值)泵的高效率区泵的高效率区: 0.92 maxmax 的区域的区域泵工作时的效率泵工作时的效率: :为降低操作费用为降低操作费用, ,节省能量节省能

22、量, ,泵工作时泵工作时 的效率应在的效率应在泵的高效率区泵的高效率区. 1.3.3 转速转速、叶轮直径和液体性质对、叶轮直径和液体性质对离心泵特性曲线的影响离心泵特性曲线的影响 泵的生产部门所提供的离心泵特性曲线一般都是在一定转速和常泵的生产部门所提供的离心泵特性曲线一般都是在一定转速和常压下，以常温的清水为介质做实验测得的，所输送的液体不同、泵的压下，以常温的清水为介质做实验测得的，所输送的液体不同、泵的转速或叶轮直径发生变化时特性曲线应当重新进行换算。转速或叶轮直径发生变化时特性曲线应当重新进行换算。 1.3.3.1离心泵的转速对特性曲线的影响离心泵的转速对特性曲线的影响 离心泵的特性曲

23、线是在一定转速下测定的，离心泵的特性曲线是在一定转速下测定的，在液体的在液体的粘度不大粘度不大, ,假设泵的效率不变的前提下，假设泵的效率不变的前提下，当转速由当转速由n1改变改变为为n2时，与流量、压头及功率的近似关系为时，与流量、压头及功率的近似关系为: (比例定律比例定律)当转速变化小于当转速变化小于20%时，可认为效率不变，用上式计时，可认为效率不变，用上式计算误差不大。算误差不大。 1.3.3.2 叶轮直径对特性曲线的影响叶轮直径对特性曲线的影响 当叶轮直径变化不大，转速不变时，叶轮直径与流当叶轮直径变化不大，转速不变时，叶轮直径与流量、压头及功率之间的近似关系为量、压头及功率之间的

24、近似关系为: (切割定律切割定律)当切割量小于当切割量小于10%D2时时, ,用上式计算误差不大。用上式计算误差不大。 1.3.3.3液体物理性质的影响液体物理性质的影响 （1）密度的影响）密度的影响 由离心泵的基本方程式可知，离心泵的压头、流量由离心泵的基本方程式可知，离心泵的压头、流量均与液体的密度无关，所以效率也不随液体的密度而均与液体的密度无关，所以效率也不随液体的密度而改变，但轴功率会随着液体密度而变化。改变，但轴功率会随着液体密度而变化。 (2) 粘度的影响粘度的影响 影响的规律：影响的规律：粘度增加粘度增加，能量损失增大，因此泵的，能量损失增大，因此泵的压头，流量都要减小，效率下

25、降，而轴功率增大压头，流量都要减小，效率下降，而轴功率增大，亦，亦即泵的特性曲线发生改变。即泵的特性曲线发生改变。粘度变化时性能参数的计算式：粘度变化时性能参数的计算式：当液体的运动粘度当液体的运动粘度大于大于20cSt(厘沲厘沲)时时，离心泵的性能需按下式进行换算，离心泵的性能需按下式进行换算，即即： Q=CQ Q H=CH H =C Q、 H 、 常温清水的常温清水的 性能参数值性能参数值 C CQ Q 、C CH H、C C 换算系数，换算系数， 由右图查取。由右图查取。已知：吸入管内径100mm、 排出管内径80mm、Z=0.5m、 n=2900r/min、介质为20清水。求H、N和

26、数据：v=15 L/S, P2=2.55 105 pa, P1=-2.67 104 pa, N电=6.2 KW 电=0.93。解：（1） 泵的压头 其中其中: Z2-Z1=0.5m; p1=-2.6710 4 pa(表表) p2=2.5510 5 pa(表表) （2）泵的轴功率 N=电 N电=6.2 0.93=5.77 KW2211221222efupupzHzHgggg331222,1 2542215 1015 101.91 / ;2.98 /0.785 0.10.785 0.0802.55 102.67 102.981.910.529.51000 9.812 9.81feum sum sH

27、HHm泵的压头： （3）泵的效率1.4 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 1.4.1 气蚀现象气蚀现象(1)(1)气蚀现象的概念：气蚀现象的概念：离心泵在工作时出现大量气泡的离心泵在工作时出现大量气泡的生成和破裂，从而造成叶片的腐蚀和泵体的振动的现生成和破裂，从而造成叶片的腐蚀和泵体的振动的现象。象。-多媒体多媒体 气蚀现象的特点：气蚀现象的特点：泵体振动并发出噪音，流量、扬程泵体振动并发出噪音，流量、扬程和效率都明显下降，严重时甚至吸不上液体。和效率都明显下降，严重时甚至吸不上液体。 （2）气蚀形成的过程与原因或条件：）气蚀形成的过程与原因或条件： 为了说明气蚀形

28、成的过程与原因或条件我们先来了解为了说明气蚀形成的过程与原因或条件我们先来了解一下离心泵内压强的分布规律。离心泵内压强的分布一下离心泵内压强的分布规律。离心泵内压强的分布规律如下图所示规律如下图所示%2 .75%10077. 5102100010005 .2915102NQH 气泡形成和破裂的过程与原因气泡形成和破裂的过程与原因：液体的压强随着从泵吸入口向叶轮入口而下降，叶片入口附近K处的压强为最低，此后，由于叶轮对液体作功，压强很快又上升。当K处的最低压强等于或小于被输送液体温度下的饱和蒸汽压即P kP v时，部分液体开始汽化，产生气泡，同时，原来溶于液体中的某些活泼气体如水中氧气，也会逸出

29、，成为气泡，并被液体带入泵的叶片间的流道向外缘方向流动，随着液体压强升高，气泡又被压缩突然凝结消失。腐蚀振动的过程与原因：腐蚀振动的过程与原因：在气泡凝结的一瞬间，周围液体以极大的速度冲向气泡原来所在空间，产生高达几百大气压的局部压力，冲击频率可高达每秒几万次之多，尤其当气泡凝聚发生在叶片表面附近时，众多液体质点如细小的高频水锤撞击着叶片。此外，气泡中的活泼气体如氧气等与金属材料发生化学腐蚀作用，使叶轮表面很快破坏成蜂窝状或海绵 。同时在冲击力的作用下，泵体发生振动。 形成气蚀的条件形成气蚀的条件:P kP v(3) 影响影响P k的主要因素的主要因素 -泵的安装高度：泵的安装高度：泵吸入口泵

30、吸入口与吸液面间的垂直距离即与吸液面间的垂直距离即Hg为了看出为了看出Hg对对P k的影响的影响,现自吸现自吸液面液面00至至KK截面列柏努利截面列柏努利方程得到：方程得到：)2(12100kfkfgkHguHHgPgP由上式可知，在液面压强、管路情况和流量一定时，P0、 均为定值，因此安装高度Hg 越大，同时 H f 0-1 也越大，P k则越小。反之P k则越大。当安装高度增大到某一值时，P k则降至P v，离心泵即发生汽蚀现象；当安装高度小于某一允许值时，则始终有P kP v，此时离心泵不会发生汽蚀现象。因此，通过控制离心泵的安装高度即可避免汽蚀现象发生。而此关键是要知道不发生汽蚀现象泵

31、所允许的安装高度值。 1.4.2 离心泵允许安装高度的计算离心泵允许安装高度的计算1.4.2.1 安装高度计算的基本公式安装高度计算的基本公式在图28中，自0011截面列柏努利方程可得安装高度计算的基本 公式： （2-22）)2(12kfkHgu1021102fgHgugPPH1.4.2.2 允许安装高度、吸上真空高度、最大吸上真空高允许安装高度、吸上真空高度、最大吸上真空高度和允许吸上真空高度的概念度和允许吸上真空高度的概念（1）允许安装高度（又称允许吸上高度）允许安装高度（又称允许吸上高度）Hg允允： (P0-P1)/g 达到某一允许值即达到允许吸上真空高度或气蚀余量达到允许气蚀余量时泵的

32、安装高度（2）吸上真空高度）吸上真空高度HS： HS= (P0-P1)/g 泵吸入口的吸上真空度泵吸入口的吸上真空度 ： P0为大气压时的HS（3）最大最大吸上真空高度吸上真空高度H max： P1=P1min 时的时的HS P k= P v 时 P1=P1min （4）允许允许吸上真空高度吸上真空高度HS允允: HS允允= H max0.3 泵样本给出的HS允是实验条件（常压200C清水）下的值 1.4.2.3 允许安装高度的计算方法和计算公式允许安装高度的计算方法和计算公式（1）计算方法）计算方法：两种允许吸上真空高度法允许吸上真空高度法：根据泵的允许吸上真空高度来计算离心泵允许安装高度的

33、方法。允许汽蚀余量法允许汽蚀余量法：根据泵的允许汽蚀余量来计算离心泵允许安装高度的方法1021102fgHgugPPH(2)计算公式计算公式允许吸上真空高度法：允许吸上真空高度法： . （2-27）允许汽蚀余量法：允许汽蚀余量法： 汽蚀余量汽蚀余量NPSH：指离心泵入口处，液体的静压头与动压头之和超过液体在操作温度下的饱和蒸汽压头的富余能量，即 （2-29） 最小汽蚀余量最小汽蚀余量NPSHc: P1=P1min 时的汽蚀余量即 （2-31） 允许汽蚀余量允许汽蚀余量NPSHr： NPSHr = NPSH c+ 0.3 （2-31） 泵样本给出的NPSHr是实验条件（常压200C清水）下的值1

34、0212fsgHguHH允允2112vPPuN PSHggg21min12vcPPuNPSHggg 用用NPSH计算泵安装高度的公式：计算泵安装高度的公式：由式（2-29）可得 代入式(222)得用NPSH表示的泵安装高度的计算公式 （2-30）用允许汽蚀余量法对允许安装高度的计算公式：用允许汽蚀余量法对允许安装高度的计算公式： 由允许安装高度的定义知： 当NPSH = NPSHr时 Hg= Hg允故 （2-33）2112vPPuNPSHggg00 1vgfPPHHNPSHg00 1vfrgPPHHNPSHg允例22 今某车间有一台离心水泵，铭牌上标着流量为468m3/h，扬程为38.5m，转

35、数为2900转/分，允许吸上真空高度为6m。现流量和扬程均符合要求，且已知吸入管路的全部阻力损失和动压头之和约为2.5mH2O。泵位于吸液面以上2m处。试确定车间位于海平面、输送水温为20时泵的允许几何安装高度解：已知海平面处大气压为10.33mH2O，输送水温为20，操作条件与泵的Hs允测定条件相同 ，故Hs允=6将已知条件代入式（2-27）得： =62.5=3.5 =62.5=3.5 m m 10212fsgHguHH允允(3)(3)允许吸上真空高度和允许汽蚀余量的修正允许吸上真空高度和允许汽蚀余量的修正及之间关系及之间关系 由由Hs允和NPSHr的定义式可知， Hs允和NPSHr的值除与

36、泵的类型和流量有关外，还和操作条件（密度、饱和蒸汽压和大气压即温度和大气压）有关。当操作条件与实验条件不同时，Hs允和NPSHr的值与泵样本给出的不一样。这时允许安装高度计算公式中的Hs允和NPSHr必须代实际操作条件下的值。 实际操作条件下的值可通过泵样本的值和实际操作条件进行换算。具体换算公式为：允许吸上真空高度的修正式为允许吸上真空高度的修正式为 （2-28） HS允操作条件下的允许吸上真空高度，m；HS允实验条件下的允许吸上真空高度，m； P0 吸液面压强，为当地大气压Pa，N/m2；不同 海拔高度的大气压强见书表2-1 P v 操作温度下液体的饱和蒸汽压，N/m2； 10.33实验条

37、件下的大气压强，mH2O； 0.24实验温度(20)下水的饱和蒸汽压，mH2O； 操作条件下 输送液体的密度，kg/m3。 允许汽蚀余量的修正式为允许汽蚀余量的修正式为 （2-34）010.330.2410vssavssPPHHggPPHHg允允允允rrNPSHNPSH式中 NPSHr 输送其它液体时的允许汽蚀余量，m； 允许汽蚀余量校正系数，为输送液体的 密度与饱和蒸汽压之函数。因 1， 故为安全和简便计，也可不校正。 HS允允与与NPSHr之间的换算式：之间的换算式：比较式(227)与(233)可得 (235)实验条件时， ，若忽略动压头则有： Hs允10-NPSHr 或 Hs允10-NP

38、SHr+u12/2g (236)2012vrSPPuHNPSHggg允24. 0,10gPatmPPva例例2-3 条件与例条件与例2-2相同，求车间位于海拔相同，求车间位于海拔1000m的的高原处，输送水温为高原处，输送水温为80时，泵的允许几何安装时，泵的允许几何安装高度并判断泵能否正常工作。高度并判断泵能否正常工作。 解：由于操作条件与实验条件不同，实际的解：由于操作条件与实验条件不同，实际的HS允允与实验条件下给出的与实验条件下给出的HS允允不同，须进行换算后才不同，须进行换算后才能代入公式计算。由表能代入公式计算。由表2-1查得查得海拔海拔1000m处的大处的大气压气压PaPa为为9

39、.169.16m m H H2 2O O即即8.998.99 10104 4 N / m2由附录查得80水的饱和蒸汽压Pv为 4.74104 N / m2 ，密度为= 971.8kg/m3。因此 另一种算法是先按式(236)算得NPSHr NPSHr 10-HS允+u12/2g=106+ u12/2g =4+ u12/2g再按式(233)计算Hg允 10avSsPPHHg允允44210 18.99 104.74 106 100.458971.8 9.810.4582.52.042fgsmuHHHmg 允允00 1448.99 104.74 102.5 4971.8 9.812.04vfrgPP

40、HHNPSHgm允 其次判断泵能否正常工作：正常工作即不发生气蚀现象泵不发生气蚀现象的条件是泵不发生气蚀现象的条件是：实际安装高度小于或等于允许安装高度 。现实际安装高度为2m大于允许的安装高度-2.04m 故泵不能正常工作 说明：（1）在一定条件下，增大流量与Pk=Pv对应的P1min增大 因此由式(226)与(232)可知，在一定条件下流 量增大，HS允减小，而NPSHr则增大。故在计算Hg允 时，必须按使用过程中可能达到的最大流量进行计 算。 （2）国际上使用临界气蚀余量（NPSH）C、必需气蚀余 量（NPSH）r 、实际气蚀余量（NPSH）p 的概念，它 们与最小气蚀余量、允许气蚀余量

41、的关系为: （NPSH）C= h min , （NPSH）p= h+0.5 （NPSH）r = h min+ 安全余量安全余量= h (3) 为了防止气蚀现象的发生，离心泵的实际安装高度应 小于允许安装高度。为安全起见实际安装高度一般应 低于允许安装高度0.51m。 （4） 防止气蚀发生的方法防止气蚀发生的方法提高允许安装高度的值使其大于或等于实际安装高度提高允许安装高度的值使其大于或等于实际安装高度的值即：的值即：尽量减小吸入管的阻力损失，如选用较大的吸入管径；泵的安装尽量靠近液源；缩短管道长度，减少不必要的管件和阀门等。 降低实际安装高度的值使其等于或小于允许安装高度降低实际安装高度的值使

42、其等于或小于允许安装高度的值即：的值即：将泵安装在贮液池液面以下，使液体自动灌入泵体内。1.5 1.5 离心泵的工作点离心泵的工作点 与流量调节与流量调节1.5.1 管路特性曲线与泵的工作点管路特性曲线与泵的工作点（1）管路特性曲线管路特性曲线: 管路中输送的管路中输送的流量流量 Q e 与需要的能量与需要的能量 H e间的关系曲线间的关系曲线对右图所示的管路输送系统，对右图所示的管路输送系统，在在1-1与与2-2间列柏努利方程间列柏努利方程得：得： feHguZgpH22 对于一定的管路系统，上式中的对于一定的管路系统，上式中的Z与与p/ g均为定均为定值，即：值，即： Z+p/ g = A

43、 一般一般 u2/2g 0, 上式可简化为：上式可简化为： He=A+H f若输送管路的直径均一，则：若输送管路的直径均一，则： (2-37)式中式中: : Q e管路系统的输送量，管路系统的输送量，m3/s ; A管路截面积，管路截面积，m2。 对特定的管路，上式中的对特定的管路，上式中的d、L、Le等均为定值，湍等均为定值，湍流时流时 变化不大，于是令：变化不大，于是令： gAQdLLgudLLHeeef2)/()(2)(22则上式可简化成：则上式可简化成： He=A+B Qe2 (2-38) 式式2-38即为管路特性方程即为管路特性方程，表示管路所需压头，表示管路所需压头He与液与液体流

44、量体流量Q e的平方成正比；将其标绘在相应的坐标图上的平方成正比；将其标绘在相应的坐标图上称为称为管路特性曲线管路特性曲线，如图所示。，如图所示。 (2) 泵的工作点泵的工作点 管路特性曲线与泵特性曲管路特性曲线与泵特性曲线交点线交点M称为泵在管路上的称为泵在管路上的工作点。工作点。在在M点处：点处： Q=Q e H=He；22518()2eeLLLLBdgAgd1.5.2 离心泵的流量调节离心泵的流量调节流量调节即改变工作点的位置，采用的流量调节即改变工作点的位置，采用的方法有：方法有：（1）改变管路特性曲线即改变阀门的开度）改变管路特性曲线即改变阀门的开度 改变泵改变泵出口阀门的开度出口阀

45、门的开度，即可改变管路特性曲线；，即可改变管路特性曲线； A、阀门关小，特性曲线变陡，工作点由、阀门关小，特性曲线变陡，工作点由M移至移至M1 点，流量由点，流量由QM降至降至QM1； B、反之流量加大、反之流量加大。(2)改变泵的特性曲线改变泵的特性曲线 A、改变泵的转速、改变泵的转速：改变泵的转速，即可改变泵的特改变泵的转速，即可改变泵的特性曲线，转速提高，性曲线，转速提高，H-Q线向上移，线向上移，Q增大，反之则增大，反之则Q减小减小。 设转速变化前离心泵的特性曲线方程为 H=A0B0Q2 (A) 当转速由n变化到n的变化不超过20时，转速变化后的泵的特性曲线方程可根据比例定律导出。据比

46、例定律有： 注：注：转速改变 后的工作点的 流量和扬程不解出Q和H代入式（A）可得 能用此式计算即 （B）2nnHHnnQQ2002nnQBAnnH2 020QBnnAHB、改变泵的叶轮直径、改变泵的叶轮直径：改变泵的叶轮直径与改改变泵的叶轮直径与改变泵的转速的情况相类似变泵的转速的情况相类似用类似方法可导出叶轮直径变化不超过用类似方法可导出叶轮直径变化不超过20%直直径变化后泵的特性曲线方程。其形式与转速变径变化后泵的特性曲线方程。其形式与转速变化的相同只是将转速比改为直径比化的相同只是将转速比改为直径比(3)旁路调节旁路调节A、开大旁路阀门，回流量、开大旁路阀门，回流量 ，主管路流量，主管

47、路流量B、关小旁路阀门，回流量、关小旁路阀门，回流量 ，主管路流量，主管路流量 1.5.3离心泵的并、串联离心泵的并、串联 H单=A0B0 Q单2 (A)(1) 并联操作并联操作 泵并联后有泵并联后有 H并并=H单 ， Q并 = 2 Q单 代入式（代入式（A） 得得 H并并=A0 B0（Q并/2）2 (B) 注意：对于同一管路，并联操作时泵的流量不会增注意：对于同一管路，并联操作时泵的流量不会增 大一倍，因并联后流量增大，管路阻力也增大一倍，因并联后流量增大，管路阻力也增 大。大。 (2)串联操作串联操作 泵串联后有泵串联后有 H串串=2H单 ， Q单 = Q串 代入式（代入式（A）得得 H串

48、=2A2B0 Q串2 (C) 例例2-4 如图所示的循环管路系统，管内径均为如图所示的循环管路系统，管内径均为40 mm ，管路摩擦因素管路摩擦因素 =0.02 ，吸入管长，吸入管长 =10m（包括所有局包括所有局部阻力当量长度在内），阀门全开时泵入口处真空表部阻力当量长度在内），阀门全开时泵入口处真空表读数为读数为40k Pa，泵出口处压力表读数为泵出口处压力表读数为107.5k Pa，泵泵的特性曲线方程为的特性曲线方程为H=22-B0Q2,式中，式中，H单位为单位为m ；Q单单位为位为 m3/h；B0为待定常数。试求（为待定常数。试求（1）阀门全开时泵）阀门全开时泵的输水量和扬程；（的输水

49、量和扬程；（2）转速增为原来的）转速增为原来的1.2倍时泵的倍时泵的输送水量和扬程。输送水量和扬程。解解（1）求阀门全开时泵的输水量和扬程）求阀门全开时泵的输水量和扬程 忽略泵进、出口高度差，在泵的进、出口间列柏努忽略泵进、出口高度差，在泵的进、出口间列柏努力方程，则力方程，则阀门全开时泵的扬程为阀门全开时泵的扬程为在在1-1面与面与e间列柏努力方程：间列柏努力方程：或写成或写成 式中，式中，Qe和单位为和单位为m3/ h。04.1581. 9100010)405 .107(31212gppgppHHe真空度表压gudlgugpze22021212521242136008360080eeeQg

50、dlQgdgpz将将z e=1m，p1= 40103Pa， =1000kg/m2，d=0.04m，l1=10m，=0.02 代入上式，得阀门全开时泵的输水量代入上式，得阀门全开时泵的输水量 Qe=Q=14.34 m3/ h (2)求转速增为求转速增为1.2倍时泵的输水量和扬程倍时泵的输水量和扬程 将阀门全开时的将阀门全开时的Q、H代入泵的特性曲线方程代入泵的特性曲线方程 H=22B0Q2 中，中， 得得 15.04=22B014.342 解得解得 B0=0.034 于是泵的特性方程为于是泵的特性方程为 H=220.034Q2 转速提高后泵的特性方程为转速提高后泵的特性方程为 H=22(1.22

51、) 0.034Q2 (1)从水槽液面开始从水槽液面开始 ，沿整个循环管路即从面沿整个循环管路即从面1-1到到1-1列柏努利方程，得管路特性方程为列柏努利方程，得管路特性方程为 He=BQe2 （为什么？）（为什么？） 将原工作点将原工作点 Q=Q e=14.34m3/h， He=H=15.04 m 代入上式代入上式 得阀门全开时，得阀门全开时， B=0.073于是，阀门全开时管路特性曲线方程为于是，阀门全开时管路特性曲线方程为 He=0.073Qe2 （2）新工作点时，新工作点时， H= He ，Q=Q e , 所以联解式（所以联解式（1）、（）、（2）得）得 Q=17.2 m3/h H=21

52、.6 m 错误解法：错误解法：Q=1.214.34 ，H=1.22 15.04例例2-5 有两台不同型号的离心泵，其特性曲线方程分别为有两台不同型号的离心泵，其特性曲线方程分别为 H1=37.2-0.0083Q2和和 H2= 40-0.07Q2（H单位为单位为m，Q单位单位为为m3/h)。在出口调节阀半开时，管路特性曲线方程为在出口调节阀半开时，管路特性曲线方程为 He=10+0.0897Qe2 （He单位为单位为m，Q e单位为单位为m3/h)。 （1）将两泵串联后在管路系统中输水。试求出口调节阀将两泵串联后在管路系统中输水。试求出口调节阀半开时管内的流量。半开时管内的流量。 （2）若将出口

53、调节阀逐渐开大至全开，试分析会发生）若将出口调节阀逐渐开大至全开，试分析会发生什么现象。什么现象。解解(1)两台不同型号的泵串联后，泵组的特性曲线方程为两台不同型号的泵串联后，泵组的特性曲线方程为 H=H1+H2=(37.20.0083Q2)+(40 0.07Q2) =77.2 0.0783Q2 (1) 出口调节阀半开时，管路特性曲线方程为出口调节阀半开时，管路特性曲线方程为 He=10+0.0897Qe2 (2)工作点时，工作点时，H=He，Q=Q e 联解（联解（1)、（、（2） Q=20m3/h (2)为便于分析，将每台泵以及串联泵组为便于分析，将每台泵以及串联泵组H-Q曲线绘于曲线绘于

54、右图中右图中将出口调节阀逐渐开大，管路将出口调节阀逐渐开大，管路 特性曲线在纵轴上的截距不变特性曲线在纵轴上的截距不变 ，但曲线逐渐变平坦。，但曲线逐渐变平坦。当出口阀开大到某一程度时，当出口阀开大到某一程度时， 管路特性曲线通过泵组特性曲管路特性曲线通过泵组特性曲 线与泵线与泵1特性曲线的交点特性曲线的交点M1， 此时，泵此时，泵2的扬程减为零，表的扬程减为零，表 明泵明泵2提供的能量全部用于克提供的能量全部用于克 服泵服泵2内流体的各种阻力损失，内流体的各种阻力损失， 而泵而泵2内的流体未获得任何有效能量。内的流体未获得任何有效能量。如果出口阀继续开大直至全开，管路特性曲线将通过图如果出口

55、阀继续开大直至全开，管路特性曲线将通过图中的阴影部分，这时泵中的阴影部分，这时泵2向流体提供的能量不足以克服向流体提供的能量不足以克服流体经过泵流体经过泵2时的各种阻力损失，尚需外界向泵时的各种阻力损失，尚需外界向泵2供能，供能，此时表明泵此时表明泵2在管路中不是能量的提供者而是能量的消在管路中不是能量的提供者而是能量的消耗者，若泵耗者，若泵2安装在泵安装在泵1的前面则会增大泵的前面则会增大泵1的吸入管路的吸入管路阻力，严重时可能导致泵阻力，严重时可能导致泵1产生气蚀现象。产生气蚀现象。讨论：讨论： (1) 不同型号的泵并联时，泵组的特性曲线方不同型号的泵并联时，泵组的特性曲线方 程分别为程分

56、别为 ： H1=A1-B01Q12 和和 H2=A2-B02Q22 则则 H并并=H1=H2 Q1=Q并并-Q2 (2) 不同型号的泵并联时不同型号的泵并联时 因为因为 H并并=H1+H2 Q并并=Q1=Q2 所以所以 H并并=H1+H2=A1+A2-(B01+B02)Q并并2 (3) 由于不同型号的泵串由于不同型号的泵串、并联操作时很难同并联操作时很难同 时使两台泵都处在高效率区内工作时使两台泵都处在高效率区内工作,因此因此, 当需要泵组操作时当需要泵组操作时,通常采用相同型号规格通常采用相同型号规格 的泵的泵 1.6 1.6 离心泵的类型和选用离心泵的类型和选用1.6.11.6.1离心泵的类型离心泵的类型 (1)清清 水泵水泵(IS型、型、D型、型、 S型型) (2) 耐腐蚀泵耐腐蚀泵(F型型) (3)油泵油泵(型、型、DY型型) (4)杂质泵杂质泵(PW型、型、 PS型、型、 PH型、型、 PN型型) (5) 屏蔽泵屏蔽泵(P型型)等等1.6.21.6.2离心泵的选用离心泵的选用选用步骤：选用步骤：1、确定输送系统的流量与压头、确定输送系统的流量与压头2、选择泵的类型与型号、选择泵的类型与型号(据液体性质和工艺条件确定据液体性质和工艺条件确定类型类型,据流量和压头确定型号据流量和压头确定型号)，列