离心旋涡喷射泵

离心泵第四章离心泵§4-1离心泵的工作原理和性能特点

离心泵定义：利用叶轮旋转(rotation)时的离心力(centrifugalforce/pull)作用，吸入液体提高液体压力能获得压头的泵。

离心泵分类：

1.立式(vertical/upright)和卧式(horizontal)

2.单级(simple)和多级(multistage/manystage)

3.单吸(singleentry/suction)和双吸(doublesuction)

4.闭式(close)和开式(open)及半开式(semi-opened)

5.涡壳式(volute)和导叶式(guidevane)

6.其他分类（按用途）图立式、卧式离心泵实物一、离心泵的基本工作原理

1.基本结构:

由工作叶轮、泵轴、泵壳、轴封装置、吸入管和排出管等组成。2.基本工作原理：

叶轮旋转之前，泵壳内部充满了液体(水泵先灌满水)，当叶轮迅速转动时，泵壳里的液体就被叶轮上的叶片(blade/vane)带着一起转动，能量便传给液体。液体在离心力的作用下，沿叶轮流道向外缘(outerboundary/outeredge)甩出，流到泵壳中，然后从排出管排出。这样，泵壳里转动泵轴附近的压强就要小于1个大气压，形成真空（其中心处则形成低压，不断吸进液体充满叶轮）。于是在外面大气压力的作用下迫使外界的液体源源不断地被吸进并充满叶轮，代替已经排出的液体，然后又被叶轮甩出。这就是离心泵能连续不断地输送液体的原理。

液体在叶轮流道(impellerpassage)中流过时，获得机械能，使其压力和速度均得到提高。在蜗旋状泵壳中或在固定的扩压流道中，高速液体的动能部分转换为压力能，连续排出泵外。离心泵的压头和排量有关，可能产生的最高压头是有限的，由其转速、叶轮直径尺寸、级数等多种因素决定。二、离心泵的扬程方程式和特性曲线1.流体在叶轮中的流动情况U-圆周速度(circular/peripheral/circumferentialvelocity/speed)（也称牵连速度），随叶轮作圆周运动的速度。W-相对速度(relativevelocity/speed)是相对于工作叶轮的速度。C-绝对速度(absoluevelocity/speed)是相对于泵壳的速度。UWCβαCUCr2.离心泵的扬程（压头）方程式液体流过理想叶轮后所产生的理论压头HT∞：

HT∞=E2—E1

E1=Z1+p1/ρg+C12/2gE2=Z2+p2/ρg+C22/2gHT∞=（Z2—Z1）+（p2—p1）/ρg+（C22—

C12）/2g（1）以叶轮为参照物研究相对运动可得：

Z1+p1/ρg+w12/2g+W=Z2+p2/ρg+w

22/2g（2）

W——离心力对单位液体所做的功

代入式（2）得：（p2-p1）/ρg=（Z1-Z2）+p1/ρg+（w12-

w

22）/2g+（u22-u12）/2g（3）式（3）代入式（1）

HT∞=（Z2—Z1）+（p2—p1）

/ρg+（C22—

C12）/2g得：HT∞=（u22—u12）/2g+（w12—w

22）/2g+（C22—

C12）/2g

上式称为扬程(欧拉)方程式（u22-u12）/2g+（w12-w

22）/2g—液体在叶轮增加的静压头。其中：（u22-u12）/2g是离心力所做的功，占绝大部分：（w12-w

22）/2g是叶片流道截面变化引起相对速度变化

的静压能，一般不大。（C22-

C12）/2g—液体在叶轮增加的速度能。欧拉方程式的另一种表达方式：从速度三角形可知：

w12=C12+u12—2C1u1cosα1w22=C22+u22—2C2u2cosα2

代入欧拉方程式得另一种欧拉方程式：HT∞=（C2u2cosα2—C1u1cosα1）/g=u2C2u—u1C1u/g考虑到多数离心泵都是使液体无预旋地径向进入叶轮，即：α1=90°则C1u=0而C2u=u2—C2rctgβ2

欧拉方程式可写成为：

HT∞=u22/g—u2C2rctgβ2/g（米）见下图扬程(欧拉)方程式得出结论:（1）所能产生的扬程取决于叶轮直径、转速和级数。

离心泵最高压头是有限的，由转速、叶轮尺寸、级数等多种因素决定。离心泵产生的压头不可能太高。需要高扬程可采用多级离心泵。U2=πD2n/60（2）理论扬程随理论流量而变，并与叶片出口角(bladedischarge/exit/outletangle)β2有关。

Qt=C2rA2=C2rπD2B2φ

φ——排挤系数（0.75~0.95），与叶片厚度使流道截面积(sectionalarea)减少有关

理论扬程与理论流量关系：

①叶轮采用后弯叶片(backward-curvedvane/blade)，β2＜90°，理论扬程随理论流量的增加而增小，只有当Q=0时，Ht为最大值。②叶轮采用前弯叶片(forward-curvedvane/blade)

，β2＞90°，理论扬程随理论流量的增加而增大，只有当Q=0时，Ht为最小值。③叶轮采用径向叶片(radialvane/blade)，β2=90°，理论扬程与理论流量无关。离心泵叶轮叶片安装角应前弯还是后弯？

β2＞90°时，为前弯，β2=150～160°，C2大，动压大，通风机通常。

β2

＜90°时，为后弯，β2=30～40°，C2小，静压大，离心泵都采用后弯叶片。（后弯叶片水力效率高，经济性好。前弯叶片水力损失大，但要比后弯叶片获得更高的压头）

β2=90°时，为径向叶片，C2处于两者之间。（3）理论扬程与输送流体性质无关，无自吸能力。

H=△p/ρg

当抽空气产生的压力差很小，如；100m扬程的离心泵自吸时，由于空气密度相当于水密度的1/800，只能把水提上12.9cm

3.离心泵的定速特性曲线(characteristiccurve)

定速特性曲线定义：离心泵在定速(constantspeed)情况下和其他特定条件下，所得到的Q—H、Q—P、Q—η曲线称为离心泵的定速特性曲线。是表述离心泵在一定转速下的主要性能参数间的关系曲线。

定速特性曲线一般以Q为横坐标，压头、功率、效率等以各自的比例为纵坐标。

曲线的测绘：在定速下，通过改变排出阀开度(opening)的方法，测出各工况下离心泵的流量、压头、功率并算出效率，在坐标系中找出各自相应的工况点，连成曲线即可得到泵的定速特性曲线。

取得定速特性曲线的理论分析：

（离心泵的各种损失会造成离心泵特性曲线的变化）1.流量—扬程曲线Q—H2.流量—功率曲线Q—P3.流量—效率曲线Q—η离心泵定速特性曲线实用意义：①利用特性曲线可查出运行工况各参数值，判断泵的运行状态(runningstate/duty/status)，指导管理人员选择合理的运行工况。②借特性曲线来指导泵的选型。③根据曲线的形状分析泵内液体运动状态。④指导设计人员不断完善设计和进行新泵设计。由定速特性曲线可以得出以下结论：①离心泵叶轮采用后弯叶片，H随Q的增大而下降。②泵的轴功率随Q的增大而增大，Q=0时的扬程为最大扬程（闭死扬程），并且泵的轴功率较小，可封闭启动。③η随Q增加而增大，有最大值，η最大值时泵的流量、扬程称为泵的额定流量、额定扬程。离心泵外部管道特性曲线和工况点：管路特性曲线定义：流体流过某一管路所需的压头是与流过这一管路的流量有关的，表示这种关系的曲线即称为管路特性曲线。工况点：管路的特性曲线和离心泵的Q—H曲线相交而决定了离心泵工况的点称为工况点。HH1H2HSTQQ2Q1A1A2H=HST+h变工况分析：离心泵额定扬程和流量的估算公式：扬程的估算公式：

H=Kn2D22

m

K—系数（1~1.5）10-4D2（m）流量的估算公式：

Q=5D02

m3/h

D0—泵吸口直径（英寸）

三、离心泵的工作特点

优点：⑴离心泵的流量均匀连续，工作平稳，且流量调节方便，流量范围大；⑵转速高，结构简单紧凑，造价低；⑶对杂质不敏感，易损件少，管理维护方便。

缺点：⑴离心泵没有自吸能力，需要引水设备预先将液体充满泵内及吸入管路才能工作；⑵Q随H变化，不适合作为液压泵；⑶H的大小取决于泵的转速、叶轮外径，不适合于小流量，高压头；

⑷对液体的粘性较敏感，粘性增加时泵的H、Q、η均下降，而P增加；排量较大时效率很高；⑸输液过程中，对液体有搅伴作用，故不易输送混合液体。

离心泵最大排压有限，不必设安全阀。四、叶轮式泵的比转速(specificspeed)两台离心泵液体流动情况相似条件：几何相似、运动相似、动力相似。

1.几何相似(geometricsimilarity)

两台离心泵的零部件相应点的同名角度相等，同名尺寸比值相等。

2.运动相似(kinematicsimilarity)

两台离心泵内相应点的液体流速(flowvelocity)方向相同，大小成同一比例，即相应点的速度三角形(speedtriangle)相似。

几何相似是运动相似的前提，没有几何相似就不可能有运动相似

3.动力相似(dynamicsimilarity)

作用在两台离心泵相应点液体上的同名力（惯性力/inertiaforce、摩擦力/frictionforce、粘性力/viscosityforce和重力/gravitation）的比值相等。

动力相似条件是自然满足的。实用上离心泵的相似只考虑前面两个条件。相似定律：

两台离心泵满足相似三条件（工况/condition相似），其流量、压头和功率、转速之间存在的关系，即：

流量相似定律：扬程相似定律：功率相似定律：

以上称为离心泵的相似三定律离心泵的比转数ns1．引入参数“比转数”的意义⑴利用ns可对叶轮进行分类比较；⑵以ns为基础可编制泵系列；⑶根据ns选择模型泵进行设计计算。2.比转数的定义

又称比转速,是几何相似的诸离心泵，在相似工况下各基本特性参数间的综合参数。

3.比转数：

ns=3.65式中：n—泵额定转速；Q—流量（以单吸计），双吸时以Q/2代入Q；

H—泵扬程（单级叶轮），m水柱，多级泵时为H/i；

3.65—为流量、扬程、功率之间的单位换算系数。国际上常以型式数k代替比转数：

ns=193.2KK=0.0051759ns

4.比转数的实用性：比转数是一个数序，它按己知离心泵叶轮的主要结构尺寸和转速的不同，反映出其性能上的差异而用以对离心泵进行排列和分类的准则数。

5.比转数的

分类及特性

见表结论：

⑴泵在不同工况下的比转数不同，通常以最佳工况下的ns代表一系列泵叶轮的比转数。⑵比转数与液体的性质、转速的大小无关，仅与Q、H有关。ns小，则叶轮外径和吸入口直径比大、压头高而流量小。也即叶轮流道相对细长。ns大，则叶轮外径和吸入口直径比小、压头低而流量大。也即叶轮流道相对地矮胖。不同的流量和压头，取决于不同的叶轮尺寸。⑶比转数不同，泵的特性曲线不同。低比转数泵的H—Q较平坦，ns越大，H—Q曲线越陡，大到一定程度，出现“S”形；低比转数泵的P—Q较陡斜，ns越大，越平坦，高比转数的混流泵和轴流泵的P—Q曲线反而向下倾斜。ns增大，η—Q曲线的高效区变窄。

⑷转速n相同，比转数不一定相同，ns大，n不一定高，ns小，n不一定就低。⑸比转数相同的泵，可能具有不同的效率。⑹相似的泵在相似工况下，比转数相等，但同一台泵在不同的工况下（转速不同）工作时比转数并不相等。§3-2离心泵的一般结构一、叶轮和压出室

1.叶轮

叶轮的作用：带动液体转动并将机械能传给液体。

叶轮的分类：1）闭式叶轮；2）半开式叶轮；3）开式叶轮。半开式叶轮实物与图示开式叶轮图示闭式叶轮(enclosed/closed/shroundedimpeller)实物叶轮的分类：叶轮也可按其吸入方向的不同而分为单侧吸入式和双侧吸入式两种。单侧吸入示意图2.离心泵的压出室压出室的任务：以最小的撞击损失汇集叶轮甩出的液体，将其引向泵的出口或下一级；并以最小的水力损失使液体流速降低，将大部分动能转换为压力能，完成导流与扩压(diffuser)。压出室的种类：涡壳式和导叶（导轮）式两种。1）涡壳式压出室

（包含涡壳和扩压室）涡壳的主要作用：平顺收集液体

扩压室的作用：速度能转换成压力能（即起能量转换作用）。涡壳式特点：涡壳连同其后的扩压出口接管构成泵内液体速度能转换为压力能的能量转换机构。这种能量转换机构，结构简单，流线平顺，泵内水力损失小，广泛应用。但因其体积较大，流道过渡困难，多级离心泵较少采用。2）导轮式压出室见下2图

作用：与涡壳同。

导轮结构分类：径向叶片(radialvane)式、扭曲叶片(twisted/warped/curvedvane)式、流道(flowpassage)式。导轮工作原理：流道前段是等速度区，用以收集叶轮甩出的液流；后段断面逐渐扩散，成为动能转换为压能的扩压区。导流叶片间的进口宽度往往做成稍大于叶轮叶片间的出口宽度以减少水力损失。

导轮式离心泵特点：加工简单，结构紧凑，多级离心泵采用导轮式可减少重量，非额定工况工作时不会产生额外径向力。但单级离心泵导轮式效率比涡壳式低。

导轮式离心泵应用情况：一般是多级离心泵才使用导轮式。1.密封环(sealring/wearring/leatherring/filling-inring)（也称阻漏环(ring)、口环(mouthring)）作用：减少内部漏泄(internalleakage)。见上图

安装位置：叶轮入口处或泵壳上，分动环(rotarypackingring)和静环（stationarysealring）,装于泵壳上的称静环，装于叶轮上的称动环。动、静环之间的间隙构成漏泄通道。见下图

型式：平环（flatring)和曲径环(labyrinthring)

。见后图曲径越多、间隙越小，阻漏效果越好。二、离心泵的密封装置2．轴封

作用：防止外部漏泄（阻止水漏出以及空气的漏入）。

设置部位：泵轴伸出泵壳处的密封装置。

形式：机械轴封、软填料轴封。见下图3．水封式填料箱(stuffingbox/packingbox)

结构：装有水封(waterseal/closing/lock/packing/watermain/hydraulicseal/hydraulicefficiencyseal)装置的软填料箱。通常用于离心泵吸入端泵壳出轴处。加装一截面呈H形的水封环(lanternring)。见下图

水封环作用：密封（防止空气漏入）、冷却/cooling、润滑。

常用填料的种类：植物填料、石棉纤维填料和人造纤维填料，高压有用聚四乙烯充填石墨的填料。填料安装注意事项：

1.

填料接头必须错开120°；

2.

填料切口(cut/notch)30～40°;3.

填料要一圈一圈地放进去，要平整服贴；

4.填料盖两侧螺栓要均匀上紧，但不要压太紧；

5.有水封环的填料箱，要注意不要堵住水封孔。三、离心泵的轴向推力

1.轴向推力产生原因：单侧吸入式离心泵闭式与半开式叶轮两侧压力分布不均衡，吸入侧的吸入口所占面积上受吸入压力作用，其值较小，背侧的对应面积上，受排液漏入作用，其值较大，因此使叶轮受指向吸入端的轴向推力。见下图

2.轴向推力的危害：产生很大的轴向串动，影响轴承寿命，破坏机械轴封，导致大量漏泄；叶轮和泵体发生摩擦，使泵无法工作。

3.轴向推力的平衡方法：

①采用止推轴承；一般用于小型泵，可完全平衡。作为大型泵平衡措施的补充。

②采用平衡孔(balancing/equalizinghole)或平衡管(balancing/equalizingpipe)

：容积效率有所下降，平衡不是很完善。

③采用双吸叶轮或叶轮对称布置：双吸叶轮的平衡不是很完善。叶轮对称布置适用于多级偶数叶轮。

④采用平衡盘(balancedisc)法（液力(hydraulic/fluid)自动平衡(automaticbalance/self-balancing)）：平衡效果好，但结构较复杂，多数用在多级离心泵上。采用平衡盘法不能使用止推轴承。四、离心泵的径向力

径向力产生原因：涡壳式离心泵在非额定流量下工作，涡室与叶轮之间的工作协调性遭到破坏，叶轮出口绝对速度发生变化，液体发生撞击和混合(mix)，使涡室的压力分布不均，叶轮所受的静压力也不均匀(irregularity)，使得泵轴受到一个径向力。见下图

径向力产生的危害：

泵轴承受交变载荷，导致疲劳破坏(endurancefailure/fatiguefailure/breakdown/charactristic)，使泵轴产生挠度(deflection)，使阻漏环及其他间隙较小的部件发生碰擦。径向力平衡方法：

1）双层涡室；

2）相邻涡室180°布置；

3）和双涡室结构。见下图

对于导叶式离心泵，产生的径向力相互平衡。§3-3船用离心泵的自吸（引水(pilot)方法）

离心泵的引水方法：⑴

充水启动，船用泵一般不采用；

⑵

采用泵本身结构上的设计有特殊形状的流道和气水分离(airwaterseparate)空间来达到自动引水(selfpriming)（由于结构复杂，造价高，船用泵一般不采用）；

⑶

采用机械引水装置，即设置真空泵(vacuumpump/evacuationpump)（附设在离心泵上或设置集中式真空系统(centralvacuumsystem)）。重点介绍一、离心泵带水环泵自吸装置1.水环泵的结构、工作原理和特点：水环泵(也称液环泵、属于容积式泵)：利用叶轮与壳体的偏心(eccentric)布置，叶轮旋转时壳体中的水在离心力的作用下形成水环(waterring)，使叶片间容积作周期变化以产生吸排作用的泵。水环泵的种类：

1．按作用数分：单作用和双作用。

2．按叶轮的结构形式分：开式和闭式、径向叶片和前弯叶片。图示1）水环泵的结构和工作原理：基本组成：由叶轮（转子/rotor）、泵壳（定子/stator）、端盖等组成。装配关系：端盖上开有两半月牙形(cresent)吸、排口。叶轮有若干径向叶片或前弯叶片(叶片不象叶片泵的叶片能滑动)，当叶轮旋转时，积存在偏心泵壳里的液体受离心力作用，在泵壳内形成水环（以水环作为定子）。水环、叶轮轮毂(wheelboss/hub/nave)impellerboss和叶片之间被围成封闭空间。

吸排原理：水环泵的工作原理(以单作用为例)当叶轮回转时，泵壳内的工作水被带动回转，形成一个紧贴泵壳内壁的水环。水环内表面与叶轮轮毂表面及两侧盖之间形成一个月牙形的工作腔室，并由叶片分隔成若干个互不相通的工作小腔。由于叶轮和泵壳是偏心布置，这些封闭空间的容积在回转一周中经历着由小到大，又由大到小的变化，遂从端盖上的吸、排液口进行吸入和排出。工作过程是：吸入过程压缩过程排出过程

双作用水环泵：将泵腔做成椭圆(oval)，并将叶轮同心地安装在椭圆形(ellipse/oval)泵壳中，则叶轮每转一周就会产生两次吸、排作用，这就构成了一双作用水环泵。2）水环泵的工作（性能）特点

图示（1）理论流量主要取决于叶轮的尺寸和转速。

（2）抽吸(draw/aspirating/extracting/negativedisplacement/sucking/suction)能力强。单级泵可达最高极限真空压力为30mmHg

（3）效率低。抽送气体时约30～50％，若抽送液体不大于20％，故一般不用来输送液体。

当x（压力比）

=xr

（临界压力比）时，效率最高。（4）水环真空泵的流量和所能产生的真空度随工作水温增加而减小。原因是工作水温度高水易汽化，反之则相反。（5）结构简单，维护方便，工作平稳，噪声小，工作过程接近等温压缩(constanttemperaturecompression/isothermalcompression)，无直接摩擦的零部件，宜输送易燃易爆(flammableandcombustible)与高温下易分解(decompose/breakup)的气体，以及气液混合物。（6）所能达到的压力比(pressureratio)

x（排出与吸入绝对压力之比）取决于叶轮的尺寸和转速。

工作时:

当x≤xr（临界压力比/criticalpressureratio）时，理论流量不变，实际流量随x增加而减少；

当x（压力比）=xr

时，效率最高。

当

x＞xr

时，流量迅速减少；

当x＝xmax

（极限压力比/extreme/limiting/ultimatepressureratio）时，流量为0。∴无需设安全阀

（7）不宜输送含颗粒(grain/granule/pellet)杂质的混合液。水环泵的管理要点

1)叶轮与端盖间的端面间隙(sideclearance)直接影响泵的容积效率，一般应维持在0.1—0.25mm；

2)水环泵中水环起能量传递、密封、冷却等作用，工作水易汽化与泄漏，故在运行中应连续不断地补充工作水；

3)水环泵不宜长时间封闭运行，以防工作水温度升高发生过热。2.离心泵带离合器(clutch)的水环泵引水装置二、离心泵的空气喷射器(airinjector0自吸装置三、离心泵带喷射泵(injectionpump)的引水装置§3-4离心泵的管理一、离心泵的汽蚀1.汽蚀现象及其危害汽蚀的概念：离心泵中局部空间液体压力降低达其饱和压力(saturationpressure)时（临界），液体本身汽化和分离出溶解于其中的气体，生成汽泡的现象。这种形成的汽泡统称为气穴或空泡，而由汽泡所造成的破坏即为汽蚀现象。

液体在叶轮流动时压力最低的地方：见下图

汽蚀发生的原因：

⑴离心泵的叶片处，因局部流速增高而使压力降低；⑵吸入高度过大或流注高度降低，吸入管路阻力过大；⑶吸入液面压力过低（吸空）；⑷工作液体温度过高。

汽蚀危害：

⑴使液体流量下降，甚至中断；⑵产生剧烈振动和噪音；⑶金属表面受到剥蚀(erosion)破坏而降低寿命。⑷搅乱系统和机械性能(mechanicalproperty/behaviour)，降低效率。汽蚀部位：

⑴叶轮进口叶片背面和叶轮盖板上；⑵叶片尖端(pointofblade)处（出口处）；见图⑶泵舌、导叶、涡壳甚至下一级叶轮上。

最容易发生汽蚀的船用泵：排送液体温度较高或吸入条件较差的泵。（锅炉给水泵/boilerfeedpump、热水循环泵/hotwatercirculatingpump、冷凝水泵/condensationpump和工作后期的货油泵/cargooilpump/loadingoilpump）2.汽蚀余量

不发生汽蚀的条件：汽蚀余量：是指在泵进口处单位重量液体所具有超过汽化压头的富裕能量。

有效汽蚀余量：

泵工作时实际所具有的汽蚀余量。取决于泵的吸入条件和液体的饱和压力Pv，与泵无关。

Z不是吸入高度，是与泵的安装形式有关。见下图必需汽蚀余量△hr：是为了使泵不发生汽蚀，泵进口处所必需具有的超过汽化压头的能量即为必需汽蚀余量，也称最小汽蚀余量,用△表示。也即为避免汽蚀所必需的汽蚀余量。取决于泵进口部分的几何形状以及泵的转速和流量，与泵的吸入条件和液体的饱和压力Pv无关。见下图

汽蚀余量的关系：为了使泵不发生汽蚀，有效汽蚀余量△ha必须至少等于必需汽蚀余量△hr

，在装置设计上应适当增加△ha作为安全量。△

＞△

≥△

≥△

＝△

＋0.3m

△

临界汽蚀余量3.离心泵汽蚀特性曲线

△ha小于△hr时，斜线段部分称为不稳定汽蚀区；△ha进一步下降进入下垂线的稳定“断裂工况”；两线交点K称为断裂点(breakingdownpoint)。4.提高抗汽蚀性能和减免汽蚀现象的具体措施(measure)：

1）设计上抗汽蚀

1）尽量设法减少吸入阻力（内容包括吸入管长度/length、吸入管径(pipediameter)、弯头(elbow/bend/clinch/angle)数、吸程高度、吸入阀，底阀(bottom/foot/pushvalve)，过滤器的过流面积）；

2）改进叶轮入口处的几何形状(geometry)（双吸叶轮、较低的叶轮进口速度(entrancevelocity/inletvelocity)、增大叶片入口(bladeinlet)处宽度(width/breadth)，使W小、适当选择叶片数和冲角）；3）采用抗汽蚀材料制造叶轮（包括加工工艺、强度(strength)和硬度(hardness)）。2）运行管理和保养(maintenance)上减轻并消除汽蚀

1）适当控制泵的流量，降低转速；

2）降低吸入液体的温度，使pv相应降低到ps>pv；

3）降低泵的吸入高度，必要时形成流注高度；

4）及时拆洗过滤器和清通叶轮流道，清除管道堵塞(clog/bottlingup/blindup/blockup/blockage/chocking/fouling/locking)。

二、离心泵的工况调节

工况调节：根据离心泵工作系统的要求，改变泵的流量和压头，改变工况点所进行的调节。

改变工况点方法：改变管路特性曲线或改变泵的特性曲线均可改变工况点。

常用的调节方法有：叶轮切割法(impellercutmethod)、变速(tansmission/adjustablespeed/change)调节(regulation/governing)法、节流调节法(throttlegoverning/throttleregulation)、回流(return/loop/backflow/backwash/spill)调节法、汽蚀调节法、串并联(series-parallel)调节法。1.节流(throttle)调节法

改变泵的排出截止阀开度。关小排出截止阀，管路特性曲线变陡（K值大），流量减少，压头提高。这种方法简便易有节流损失，经济性较差,并且节流厉害，时间长还会发热。见下图

2.回流调节法(旁通调节法)

改变回流阀(return/reflux/spillvalve)

(旁通阀/bypass/bypathvalve)的开度，利用调节回流量(quantityofreflux)来改变工作（主）管路的流量。见下图

回流调节特点：

⑴该法简便但不经济；⑵流经泵的流量大于流过泵装置的流量，这是因为工作管路和回流管路的并联管路特性曲线变平坦，泵的总流量增大，压头降低，而流过工作管路的流量减少；⑶长时间大流量回流，也会使液体发热而汽化。●●A1Q1Q4Q3AQA●A’R’2R’Q’4Q’3Q’AR2R1RQ-H

回流阀全开时泵的流量QA：

QA=Q3+Q4＞Q1

Q1—回流阀关闭的流量

回流阀关小的流量Q’A：QA＞Q’A=Q’3+Q’4＞Q1

主管路流量变化：Q’3＞Q3

，回流量变化：

Q4

＜Q’4HH1HA3.变速调节法：改变原动机(primemover)的转速，一般只能下调。采用变速电机(adjustable/change/variablespeedmotor)或变频调速(speedcontrolbyfrequencyvariation)。变速依据是比例(rate)定律(law)。比例三定律：

Q/Q’=n/n’H/H’=（n/n’）2P/P’=（n/n’）3

[从相似三定律得来，因为D=D’]变速调节特点：改变泵的特性曲线这种调节来改变泵的工况使功率得到最佳匹配，是最为经济的。但需要变速设备(equipment)使初置费用高。4.叶轮切割法：一般原设计不当，Q与H大于实际所需，供过于求，为了避免浪费，可切削叶轮外径以降低泵的参数，切削不多，对η影响不大；切削的依据是切割定律。切割定律：

Q/Q’=（D2/D’2）3

H/H’=（D2/D’2）2P/P=（D2/D’2）5

叶轮切割特点：在管路特性不变的前提下，泵的流量、压头和功率均下降。（改变泵的特性曲线）

*注意叶轮不能任意切割，切削量不大于原直径的7～20％。见P80表三、离心泵的并联和串联工作（串并联调节）：1.离心泵并联工作（并联调节）：两台以上离心泵并联向同一泵系统供液的运行工况。两台小水泵并联运行要比用一台大水泵节流运行经济的多。

应用场合：一般是需要扬水装置的流量范围变化很大的场合，或是从不同的水源向同一管路系统供水的场合。也即所需流量变动范围较大时，才选择并联形式供水。工作要求：

⑴泵的性能要相同，否则并联运行不稳定；⑵并联泵的特性曲线应没有驼峰，而且零流量的功率要相等，才没有问题；⑶应避免共用吸入管道，否则会使吸入性能急剧恶化；⑷泵的口径不一定要相同，应在排出汇合前是完全分开。

工作特点：

⑴扬程相同，流量叠加；⑵并联后的总流量比单泵的流量大，但不等于两泵单独工作时的流量之和。

运行工况图：见图2.串联工作（串联调节）：两台以上离心泵串联向同一系统供液的运行工况。

应用场合：在一台离心泵的压头不能克服系统背压(backpressure/counterpressure)供液，或者只能在极小流量下供液而导致效率低和工作不稳定时，可用多泵串联供液。

工作要求：

1）基本原则是“流量相同，扬程叠加”；

2）泵的性能不一定要相同，但额定流量应相近，否则无法使每泵都在高效率区工作；

3）原则上要使用相同口径的泵，因为液体是在前一台泵提高压力后，接着进入下一台泵的；

4）应注意串联后各工作泵的密封情况和强度是否允许。性能见下图HRA。Q性能不同R＇H。QRA性能相同四、离心泵输送黏性液体特性五、离心泵的使用和检修1.离心泵起动、运行和停车的注意事项

（1）离心泵启动前的检查（阀门状态、盘车、润滑点、转向、冷却等）；（2）启动及运行中的工况调节（避免干转、封闭起动和根据需要进行工况调节）；（3）停车后的检查保养（防冻(anti-freeze/deice/frostproof/winterization)防锈(protectagainstrust/anti-corrosive)等）2.离心泵的检修注意事项

1）叶轮2）泵轴（见后2图）

3）泵体4）轴承使用手动螺杆校直机使用铜棒打轴的凹部六、离心泵常见故障的分析

分析方法：从外到内,先直观后相关;从装置到系统,先直接后交叉。例如：⑴泵的启动后不出水——直观[阀门启闭状态、电动机状态及转向]；相关[引水情况、水环泵状态]。装置[轴封及吸入接头是否漏气、底阀和滤器是否堵塞、叶轮是否脱落(peel/bare/breakoff)、堵塞或卡死(seizing/seizure/sticking/jam)]；系统[吸水处液位状态、吸高和流注高度]。

⑵泵有振动和噪音——直观[固定件(locatingcone/mountingblock)以及连接件(connectingfittings/jointpiece/junctionpiece/attachment)是否松动(loose/backlash)（地脚螺栓/wallscrew/anchorrod/anchorbolt)、联轴器、轴承和泵轴）]；相关[间隙状态、叶轮碰擦或失衡(outoftrim/unbalance)]。装置[看仪表/instrument、听辨声音（金属敲击或液体撞击、汽化）]；系统[是否吸空、漏气、喘振/surge]等。

⑶泵的流量不足⑷泵的电动机过载解释：离心泵的喘振现象：

泵带有右升走向的特性曲线称为不稳定的驼峰特性曲线。当这种泵向压力水柜供水，容易引起喘振。

喘振机理：

流量从B、C、O点循环变化引起喘振见图

防止发生离心泵的喘振现象的管理注意事项：

⑴上升段是离心泵喘振的主要原因，应特别加以注意；⑵管路特性曲线的起点扬程必须小于泵的闭死扬程，以避免泵在不稳定工况运行。第五章旋涡泵PERIPHERALPUMP天津海运职业学院姜世勋TIANJINMARITIMEVOCATIONALINSTITUTEJIANGSHIXUN第五章

旋涡泵利用叶轮高速回转，带动液体在叶片和泵壳两侧环形槽道间做螺旋运动，多次从叶轮获取能量的泵。

旋涡泵属于叶轮式泵。§5-1旋涡泵的结构和工作原理分类：

按叶轮型式分：开式叶轮(open/unshroudedimpeller)旋涡泵和闭式叶轮(closed/enclosed/shrouded/doubleshrouded)旋涡泵；见后图

按流道型式分：开式流道(flowpassage/sprue/passage)和闭式流道旋涡泵（见后2图）。

开式旋涡泵具有开式叶轮与闭式流道和开式流道（见第4图）；闭式旋涡泵具有闭式叶轮与开式流道。闭式叶轮开式流道分类方法：

采用开式叶轮称开式旋涡泵采用闭式叶轮称闭式叶轮旋涡泵旋涡泵的闭式流道图旋涡泵实物

一、闭式旋涡泵

基本组成：（见后图）叶轮是一个等厚的圆盘，外周径向布置很多短直叶片成一叶片圈。叶片多为20～48片之间。泵壳是由与叶片圈相对的部位则形成比叶轮宽大的、等截面环形槽，由吸入口开到排出口，并在吸排口之间用隔块隔断，也称隔舌。泵轴与叶轮用键固定。

工作原理：叶片间的液体在旋转时受离心力作用（沿叶片径向流出叶片，沿叶轮旋转方向朝前转），因受泵壳的限制，它们沿环形流道流向两侧，又从根部进入后续旋转的叶片间。如此反复，多次进入和离开叶轮，获取和转化能量，直到从排出口排出为止。纵向旋涡形成原理：环形流道中液体的圆周速度小于叶轮的圆周速度，使得流道中液体产生的离心力小于叶轮中液体的离心力，液体就会从叶片间甩出，迫使流道中的液体产生向心流动，再次从叶片根部进入叶片之间形成了纵向旋涡（螺旋线）。运动轨迹：相对于叶轮是后退的螺旋线，相对于泵壳是前进的螺旋线。闭式旋涡泵特点：（与开式旋涡泵比较）

效率较高，可达35～45％。

汽蚀性能差。因这种泵入口处的液流是从叶轮外缘进入叶间，该处园周速度较大，且液流情况复杂，速度分布不均，故闭式旋涡泵,汽蚀余量必须大一些。

一般不能抽送气液混合物，也无自吸能力。泵吸入气体时，气体密度小，会聚集在叶片的根部，以致在转到流道出口时不易排出，又经过隔舌被带回吸入端，故闭式旋涡泵一般不能抽送气液混合物，也无自吸能力。注：要使其能够自吸，必须在排出端设气液分离室，并设回液口使分离室中分离出来的液体能在排出端挤入叶片根部驱赶气体，然后又被带回吸入端重新裹携气体。闭式旋涡泵多为单级或二级。二、开式旋涡泵

工作原理：

开式旋涡泵特点：

汽蚀性能较好。因为液流进入叶轮处叶片的圆周速度较小，汽蚀性能比闭式旋涡泵好。具有自吸和抽送气液混合物的能力。采用闭式流道的开式旋涡泵只要将吸、排口朝上安装，并在初次起动前向泵内灌满液体，就具有自吸和抽送气液混合物的能力。能量损失较大，效率低。采用闭式流道虽然能够排送气体和提高泵的自吸能力，但因液体必须在排出口处急剧地改变运动方向，并克服离心力做功，故能量损失较大，以致使泵的总效率仅为20～35％。开式旋涡泵提高效率方法：采用吸入端为闭式，排出端为普通开式的流道，以保持较高的效率。但会使它失去自吸能力。为了既保持自吸能力，同时又尽量减少排出端的水力损失，可采用向心开式流道的形式，（见上图b）这样泵的效率可提高到27～35％。另外一种折衷的办法是在排出端采用开式流道并附加辅助闭式流道，（见上图C），即在主流道的排出端让大部分液体从排出口a排出，而使其余的一部分液体进入辅助闭式流道c，以便让这部分液体能够在辅流道的末端进人叶片间，把气体从泵体侧面与压出室相通的气体压出口b排出。开式旋涡泵可做成单级，也可做成径向剖的分段式多级，最多可至6级。注意：旋涡泵内部的漏泄途径主要是叶轮端面与泵体和泵盖之间的轴向间隙。§5-２旋涡泵的性能和特点一、旋涡泵的性能1.流量和扬程估算：旋涡泵额定流量估算：Q=CA=KQuA

m3/hC—液体在流道中的平均圆周速度，一般是5～6m/s；A—流道轴截面积，m2；KQ—流量系数，开式0.45～0.56，闭式0.44～0.58，ns高取大值；u—叶轮在流道轴截面重心处的圆周速度m/s。

旋涡泵扬程估算：H=KHu2/2g

mKH—扬程系数。表旋涡泵的扬程系数KHns61020304050闭式泵97543.22.5开式泵4.33.632.32.旋涡泵特性曲线

当

C（液体在流道中的平均圆周速度）达到0.7～1.0u（叶轮在流道轴截面重心处的圆周速度）时，泵的扬程为零；轴功率P随流量增加而下降；泵的特性曲线H比离心泵要陡斜得多。3.旋涡泵径向力和轴向力

存在径向力，作用方向大致垂直于通过隔舌中间位置的轴截面指向低压侧，由轴承平衡。

一般不产生轴向力，但叶轮两端面间隙不等可能产生轴向力，常采用在叶轮上开平衡孔来预防。

二、开、闭式旋涡泵特点（与离心泵比较）

1)

结构简单，重量轻、体积小，制造和维修方便。

2)在相同的叶轮直径和转速下,旋涡泵的扬程比离心泵高2～4倍。适用于小流量、高压头的场合。

3)泵的特性曲线比离心泵要陡斜得多。H随Q得增加而下降，Q大，流道内的圆周速度就大，减弱了形成纵旋涡的能力，所以H低。流道中的圆周速度越小，纵向旋涡越强，泵的压头也就越高。见图

4)泵的ns一般10～40,大于40效率

4)

闭式旋涡泵不具有自吸能力，可借助于简单装设气水分离室来实现自吸。开式旋涡泵具有自吸能力，但初次使用泵内部必须灌满液体。开式旋涡泵能排送汽液混合物，适于抽送含气体的易挥发液体和饱和压力很高的高温液体。

5)效率较低，—般为20～50％。故功率一般不大(＜40KW)。这是因为液体多次进出叶轮，并在流道内产生旋涡，撞击损失和摩擦损失都很大，内部漏泄也很多。闭式旋涡泵η=35～45%>开式旋涡泵η=20～35%。旋涡泵适用场合：适于小流量、高扬程、功率较小和需要自吸的场合。在船上，旋涡泵常用作辅助锅炉或压力水柜的给水泵、中小型柴油机的冷却水泵、汽油驳运泵，此外，也可用作小船的消防泵等。三、离心旋涡泵

工作特点：解决自吸、低流量高扬程的排水问题以及提高允许吸程。第六章

喷射泵

种类：按工作流体的种类，可分为液体射流泵和气体射流泵两种。以水为工作流体的称水喷射泵，以蒸汽为工作流体的称蒸汽喷射泵。

用途：常用做冷凝器和海水淡化装置等的真空泵及锅炉给水泵、扫舱泵、舱底水泵等。§6-1水喷射泵

一、水喷射泵的结构和工作原理

结构组成：喷嘴、吸入室、混合室和扩压室.

工作原理：当具有一定压力的工作流体通过喷嘴以一定速度喷出时，在喷嘴出口周围形成低压，将被输送介质吸入。然后和工作流体混合，这时工作流体的速度减小，被输送介质的速度增加，两股流体在喉管内混合并进行能量交换，从而获得其动能和热能(工作介质为蒸汽的情况)，并在截面逐渐增大的扩压器中大部分动能转换为压力能，使压力进一步提高，最后经排出管排出。

喷嘴：

喷嘴采用收缩圆锥形、流线形和孔板等形式，出口处有一圆柱段长度为喷孔直径的0.25倍，使射流从喷嘴喷出时保持一定的方向。喷嘴的作用是把工作水流的压力能转变为动能。喷嘴引起的水力损失称为喷嘴损失。通常，由离心泵供应工作压力Pp为0.3～1.5MPa的工作水流，经喷嘴射入吸入室，压力降到吸入压力ps，从而将压力能转换为动能，在喷嘴出口形成流速v1可达25～50m／s的射流。

吸入室：

喷嘴后的射流流束由于其外围部分逐渐与周围介质掺混，使保持V1流速的流核区逐渐缩小，以至最终消失，形同收缩的圆锥体；与此同时，流束的边界层在射流方向则逐渐扩大，使流束形成扩张的圆锥体。边界层的流束在内表面处与流核区的流速相同，并沿径向递减，在其外表面处则与周围介质的流速相等。当这圆锥体状的流束与混合室的壁面相遇后，流束的横截面积就不再扩大。这时，横截面上的流束分布很不均匀。混合室

(又称喉管)：混合室的作用就在于使流体充分的进行动量交换，以使其出口外的液流速度尽可能趋于均匀。实验表明，进入扩压室时的液流速度越均匀，扩压室中的能量损失就越小。混合室通常做成圆柱形或者是圆锥形与圆柱形的组合形式。当混合室进口部分做成圆锥形时，其进口能量损失最小。混合室长度过短，会使出口速度不均，这样，扩压室中的流动损失就会增大；而混合室长度过长，不仅没有必要，还会使摩擦损失增加。混合室的长度通常为其圆柱段直径线的6～7倍。扩压室又称扩散室：

扩压室一般采用一段均匀扩散的锥管，扩散角为8～10°，也可采用分段扩散，扩散角分别为2º、4º、13º。它的作用是使液流在其中降低流速，增加压力，从而将动能转换为压力能。实验证明，扩压室的扩张角做成8～10°时，扩压过程的能量损失最小。二、水射水泵的性能

水射水泵的特性曲线：

水射水泵的特性通常用无因次特性曲线来表示。它所使用的无因次量是：流量比u（亦称引射系数）和扬程比h。

流量比（引射系数）u为：u=Qs/QpQs-被引射流体的体积流量，m3/sQp-工作流体的体积流量，m3/s

当以质量流量表示时，称质量流量比，用um表示，

质量流量比：um=Gs／Gp扬程比h：

h=H/HpH—被引射流体经过泵后所增加的水头，m；

Hp—工作流体与被引射流体进泵时的水头之差，m。

流体的位置头和速度头与压力头相比可忽略不计，当工作流体与被引射流体是同一介质时，扬程比即为相对压差。喷射泵的效率η：对喷射泵来说，泵的效率η是指同一时间内被引射流体所能得到的能量（有效功率）与工作流体所失去的能量（输入功率）之比。即：

喉嘴面积比（简称面积比）:混合室圆柱段的截面积f3与喷嘴出口的截面积f1之比称为喉嘴面积比（简称面积比），用m表示。

m=圆柱段的截面积f3/喷嘴出口的截面积f1

喉嘴面积比是决定喷射泵性能的最重要尺寸参数。实际应用的水射水泵m约在1.5～25范围内。无因次特性曲线：几种面积比m（圆柱段的截面积f3与喷嘴出口的截面积f1之比）值不同的水射水泵的无因次特性曲线，它给出了扬程比（相对压差）h、效率η与流量比u（引射系数）的关系。

面积比m值不同的泵，工况分析：

m值小的泵：因其引射的流体流量较小，混合损失也就