第二章离心泵

化工原理主讲人:姜美英2/4/20231化工原理绪论第二章：液体输送机械—离心泵一、离心泵的主要部件和工作原理二、离心泵的主要性能和特性曲线三、影响离心泵性能的主要因素四、离心泵的工作点和流量调节五、离心泵的串、并联六、离心泵的安装高度与气蚀现象七、离心泵的安装与注意事项2/4/20232化工原理绪论流体从低处→高处、低压→高压、近处→远处,需要对流体做功，增加流体的机械能，流体输送机械的作用就是向系统补充所需机械能，用于流体的输送或加压第二章：液体输送机械—离心泵2/4/20233化工原理绪论由于被输送液体的性质,如黏性、腐蚀性、混悬液的颗粒等都有较大差别，温度、压力、流量也有较大的不同，因此，需要用到各种类型的泵。根据施加给液体机械能的手段和工作原理的不同，大致可分为四大类。泵的分类离心泵：依靠旋转运动的叶轮产生的离心力进行工作往复泵：依靠作往复运动的活塞进行工作旋转泵：依靠旋转的转子进行工作流体作用泵：依靠另一种流体进行工作2/4/20234化工原理绪论液体输送机械的分类其中离心泵具有结构简单、流量大而且均匀、操作方便等优点，在化工生产中的使用最为广泛。本章重点讲述离心泵、往复泵，对其它类型的泵作一般介绍。2/4/20235化工原理绪论一、离心泵的工作原理与主要部件1、离心泵的结构叶轮泵壳电机泵轴排出口吸入管道吸入口轴封装置泵单向底阀滤网2/4/20236化工原理绪论离心泵外形2/4/20237化工原理绪论（1）排出阶段叶轮旋转(产生离心力，使液体获得能量→流体流入涡壳(动能转化成静压能)→流向输出管路

（2）吸入阶段液体自叶轮中心甩向外缘→叶轮中心形成低压区→贮槽液面与泵入口形成压差→液体吸入泵内2、工作原理2/4/20238化工原理绪论气缚现象：泵内未充满液体，气体密度低，产生离心力小，在叶轮中心形成的低压不足以将液体吸上离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充满液体——灌泵离心泵的第一现象：2/4/20239化工原理绪论2/4/202310化工原理绪论1）叶轮：叶轮由6～12片叶片组成作用：把原动机(电机)的机械能传递给液体，提高液体的动能和静压能。叶轮的类型3、主要部件及作用分类：按叶片两侧有无盖板:闭式、半开式、开式2/4/202311化工原理绪论闭式叶轮：适用于输送清洁液体，效率高开式和半开式叶轮：流道不易堵塞，适用于输送含有固体颗粒的液体悬浮液，但效率低一般离心泵大多采用闭式叶轮2/4/202312化工原理绪论(a)后盖板平衡孔单吸式双吸式按吸液方式叶轮分为：单吸式、双吸式单吸式：结构简单，液体从叶轮一侧被吸入双吸式：吸液能力大，基本上消除轴向推力2/4/202313化工原理绪论

2）泵壳：蜗壳形作用：动能→静压能，提高液体压力,能量转换装置2/4/202314化工原理绪论3）轴封装置作用：防止高压液体外泄及外部空气进入泵内。密封装置分类：填料密封、机械密封比较：机械密封性能更好，但价格较高2/4/202315化工原理绪论②扬程（泵的压头）指泵对单位重量（1N）的液体所提供的有效能量。用符号He表示，其单位为m液柱。离心泵压头取决于泵的结构（叶轮直径、叶片弯曲情况）转速和流量，也与液体的密度有关。对于一定的泵在指定的转速下，与qv之间存在一定关系.二、离心泵的性能参数与特性曲线①

流量：（送液能力）指单位时间内泵排到管路系统中的液体体积，用符号qv

表示，其单位为m³/h或m³/s，其大小主要取决于泵的结构、尺寸和转速等。注意与升扬高度的区别1、主要性能参数2/4/202316化工原理绪论③功率：泵的有效功率是指单位时间内液体从泵中叶轮获得的有效能量，用符号Ne表示，单位为W或kW。因为离心泵排出的液体质量流量为qm

,所以泵的有效功率为

液体泵电动机轴功率有效功率2/4/202317化工原理绪论小型泵效率：50~70%；大型泵效率：90%左右④效率η：有效功率和轴功率的百分比能量损失包括：容积损失（泄漏、倒流、重复做功）、机械损失（摩擦）、水力损失（局部能量损失）2/4/202318化工原理绪论

离心泵典型的特性曲线2、离心泵的特性曲线及影响因素分析（1）离心泵的特性曲线2/4/202319化工原理绪论（C）η-Q曲线：存在最高效率点.设计点：最高效率点。（A）H-qv

曲线：qv↑，H↓选用离心泵，尽可能在高效区内工作离心泵典型的特性曲线（2）泵的共性（特性曲线的共同点）：（B）N-qv

曲线:qv↑，N↑关出口阀启动目的：减小启动电流,防止烧坏电机。2/4/202320化工原理绪论FI-03FI-01FI-02离心泵性能曲线测定装置图（3）离心泵性能曲线实验测定2/4/202321化工原理绪论①测定原理

②测定数据

不同流量下真空表、压力表、功率表的读数③绘制曲线2/4/202322化工原理绪论（4）液体物性对离心泵特性曲线的影响

流体密度变化时，应校正N-Q曲线①、密度对泵特性曲线的影响2/4/202323化工原理绪论

②粘度对泵特性曲线的影响

定性分析：③叶轮转速对特性曲线的影响同一台离心泵，转速改变，特性曲线也发生变化比例定律：适用：叶轮转速变化不超过20%2/4/202324化工原理绪论④叶轮直径对特性曲线的影响切削法：同一型号的泵，可通过切削叶轮直径，而维持其余尺寸（包括叶轮出口截面积）不变来改变泵的特性曲线的方法切削定律：在叶轮直径变化不大（不超过5%）时适用2/4/202325化工原理绪论三、离心泵的工作点与流量调节1．管路的特性曲线:每种型号的离心泵在一定转速下，都有其自身固有的特性曲线。但当离心泵安装在特定管路系统操作时，实际的工作压头和流量不仅遵循特性曲线上二者的对应关系，而且还受管路特性所制约。

管路特性曲线：表示流体通过某一特定管路所需要的压头与流量的关系。19如图所示，若两液面皆维持恒定，则流体流过管路所需要的压头为:因为2/4/202327化工原理绪论对于固定的管路和一定的操作条件，

为固定值，与管路中的流体流量无关。管径不变,

用A表示用B表示即管路特性曲线方程。20所以上式可写成

讨论①曲线在H轴上截距；管路所需最小外加压头；②高阻管路，曲线较陡；低阻管路曲线较平缓。③管路特性曲线的形状由管路布局和流量等条件来确定，而与离心泵的性能无关。2.离心泵的工作点若将泵的特性曲线和管路的特性曲线绘在同一图中,两曲线交点P称为泵在该管路上的工作点。21工作点对应的

（qv，H）即泵的实际工作状态

若泵在该点所对应的效率是在最高效率区,即为系统的理想工作点。22流量调节的方法有两种：（1）改变管路特性：改变泵出口阀的开度。阀门开度减小时,流量减小，泵的扬程升高，工作点由P移到P1,管路特性曲线变陡；阀门开度增大时，流量增大，泵的扬程降低，工作点由P移至P2,管路特性曲线变缓。

特点：操作方便，简单易行，当阀门开度减小时,因局部阻力增加,需额外消耗部分能量，

--生产中最常用的手段23（2）改变泵的特性：改变泵的转速和叶轮的直径可使泵的特性曲线发生改变，A、改变转速：当转速n减小到n1时，工作点由P移到P1，流量就相应地减小；当转速n增大到n2时，工作点由P移到P2，流量就相应地增大。B、改变叶轮直径：增大叶轮直径，曲线上移减小叶轮直径，曲线下移要装变速器调节幅度有限24（1）并联泵单台泵不能满足输送任务要求可采用多台泵的并联和串联，增大流量或者压头。两泵型号相同，吸入管路相同在同一压头下，两台并联泵的流量等于单台泵的两倍2、泵的组合操作

2/4/202333化工原理绪论将单台泵特性曲线A的横坐标加倍，纵坐标保持不变便可得到两台并联泵的合成特性曲线B。A线泵特性曲线C线管路特性曲线B线组合操作曲线

并联泵的合成特性曲线按同一压头下两台并联泵流量是单泵两倍的原则取点。由图可见：合成曲线B与管路曲线C交于新工作点2qV单H1CqV并H并AB22/4/202334化工原理绪论（2）串联泵

在同一流量下，两台串联泵的压头为单台泵的两倍串联泵的合成特性曲线按同一流量下两台串联泵的压头是单泵两倍的原则取点的坐标122/4/202335化工原理绪论H单MM’qV串H串HqVOqV单2/4/202336化工原理绪论四、离心泵的安装高度和汽蚀现象1、什么是离心泵的安装高度?是指泵吸入口中心线与贮槽液面的垂直距离3、什么是饱和蒸汽压？气液达到平衡时气相的压强用P饱表示。当溶液上方压强低于P饱时，溶液即沸腾汽化，P饱与沸腾温度是一一对应关系。P饱↑

→

t

↑，要使液体沸腾，可用升温或减压的方法。2、什么是离心泵的允许安装高度?是指泵吸入口中心线与贮槽液面的所能允许的最大垂直距离。用Hg表示2/4/202337化工原理绪论3、什么是离心泵的气蚀现象？—又称离心泵的第二现象当离心泵叶轮中心附近的低压区压强低于液体的饱和蒸气压，液体将在该处气化并产生气泡，它随同液体从低压区流向高压区，气泡在高压作用下迅速液化，周围的液体以很高的速度填补这空间，并在惯性作用下冲击叶轮和泵壳，造成疲劳破坏；

2/4/202338化工原理绪论离心泵的性能下降，流量、压头和效率都下降。当生成大量的气泡时，可出现气缚现象。产生噪声。产生振动。使叶轮和泵壳疲劳破坏。气蚀现象的危害：思考：如何避免气蚀现象？使泵内压强最低处的压强高于饱和蒸气压。通过保证泵入口前的能量来实现。使安装高度低于允许安装高度来实现。2/4/202339化工原理绪论定义：泵入口处的动压头与静压头之和与被输送液体在操作温度下的饱和蒸气压头之差。用NPSH表示5、离心泵的气蚀余量6、什么离心泵的临界气蚀余量定义：泵内刚好发生气蚀时（的临界条件下）对应的最小的气蚀余量。(又称最小气蚀余量）临界气蚀余量的影响因素：流量、泵的结构2/4/202340化工原理绪论意义：与泵的结构有关是离心泵抗气蚀的性能参数，越小越好。

离心泵铭牌上给出的是按20℃的水标定的必需气蚀余量。与流量有关，流量越大，(NPSH)r越大。7、必需气蚀余量（旧称允许气蚀余量）2/4/202341化工原理绪论1）用汽蚀余量来计算安装高度恰好是允许安装高度Hg的条件下，认为泵的气蚀余量恰好等于必须气蚀余量。在0－1截面间列伯努利方程，得：8、允许安装高度Hg计算2/4/202342化工原理绪论（NPSH）r是用20℃的清水测定的，当使用条件与此不同时，从原理上，应根据液体密度、饱和蒸气压进行修正，然后才能用于允许安装高度的计算。但在一般情况下，（NPSH）r的校正系数小于1，可不作校正，把它作额外的安全因数。（NPSH）r的校正2/4/202343化工原理绪论例：

用离心泵从贮罐向反应器输送液态异丁烷。贮罐内异丁烷液面恒定。其上方绝对压力为6.65kgf/cm2。泵位于贮罐液面以下1.5m处，吸入管路的全部压头损失为1.6m。异丁烷在输送条件下的密度为530kg/m3，饱和蒸气压为6.5kgf/cm2。在泵的性能表上查得，输送流量下泵的必须气蚀余量为3.5m。根据异丁烷的密度和饱和蒸气压，查得必须气蚀余量的校正系数为0.9。试确定该泵能否正常操作。

2/4/202344化工原理绪论解法1：用安装高度来判断

实际安装高度为-1.5m，高于允许安装高度，泵不能正常工作。2/4/202345化工原理绪论解法2：用气蚀余量来判断在截面0与1之间列伯努利方程，以截面0为基准水平面，得：代入气蚀余量的定义式，得：2/4/202346化工原理绪论

气蚀余量NPSH＝2.73m小于校正后的

(NPSH)r=3.5m×0.9＝3.15m泵无法正常工作2/4/202347化工原理绪论2）用允许吸上真空度法求允许安装高度什么是允许吸上真空度Hs？根据2/4/202348化工原理绪论在10mH2O的大气压下，用20℃的清水进行测定。与泵的结构、流量有关。（与被输送的液体性质、大气压无关）是离心泵抗气蚀的性能参数，越大越好。校正后的允许吸上真空度Hs与被输送的液体性质、大气压有关2/4/202349化工原理绪论历史上曾经有过允许吸上真空度和允许气蚀余量并存的时期，二者都可用以计算允许安装高度，前者曾广泛用于清水泵的计算；而后者常用于油泵中。但是，目前允许吸上真空度已经不再被使用了。2/4/202350化工原理绪论数据的“方向”参数意义方向气蚀余量反映泵入口前的能量状况及饱和蒸气压越↑越好临界气蚀余量泵抗气蚀的性能参数越↓越好必需气蚀余量泵抗气蚀的性能参数越↓越好允许吸上真空度泵抗气蚀的性能参数越↑越好允许安装高度反映液体输送系统抗气蚀的能力越↑越好实际安装高度越↓越好2/4/202351化工原理绪论使泵内压强最低处的压强高于饱和蒸气压。通过保证泵入口前的能量来实现。使安装高度低于允许安装高度来实现。降低安装高度。减小吸入管路的阻力损失：采用较大的管路，缩短吸入管的长度，减少不必要的管件和阀门，不用进口阀调节流量。（如果条件允许）降低液体的温度。思考：9、如何避免气蚀现象？2/4/202352化工原理绪论有时，计算出的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。允许安装高度的大小与泵的流量有关。由其计算公式可以看出，流量越大，计算出的越小。因此用可能使用的最大流量来计算是最保险的。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气蚀，如被输送物料的温度升高，或吸入管线部分堵塞，或由贮槽液面降低而引起的实际安装高度的升高。安装泵时，为确保不发生气蚀，实际安装高度比允许安装高度还要小0.5至1米。讨论:2/4/202353化工原理绪论五、

离心泵安装与运转中的注意事项1、安装时注意：1）安装地点要靠近液源，场地明亮，干燥、便于检修；2）在基要结实，一般用混凝土地基、地脚螺丝连接，防止震动；3）泵轴和电动机转轴要求严格控制水平；4）吸入管路的安装要严格控制安装高度，并应尽量送还减小弯头、阀门等局部阻力，吸入管径不应小于泵进口管径安装时注意错误正确存气2/4/202354化工原理绪论2、开停车步骤1）开车步骤：A、灌液排气；（防气缚）B、关闭出口阀；（保护电机）C、启动电机；

D、调节流量2）停车步骤：A、关闭出口阀；（保护泵）

B、停电机；2/4/202355化工原理绪论2）运转中停止吸液1、吸入管路漏气2、灌泵时吸入侧气体未排完3、吸入侧突然被异物堵住3、故障1）开动时不吸液1、注液不够2、底阀泄漏3、底阀或吸入管路堵塞4、吸上高度过高5、电机接线不正确致使电机反转2/4/202356化工原理绪论思考题:

1、为保证离心泵的正常工作，叶轮中心处的压力必须＿＿＿液体的饱和蒸汽压2/4