离心泵基础知识讲解

2-1离心泵活页轮2-1离心泵活页轮向着大型化、高转速的方向进展。离心泵的主要部件和工作原理一、离心泵的主要部件叶轮动机的机械能直接传给液体，提高液体的动能和静压能。于后弯叶片可获得较多的静压能，所以被广泛承受。叶轮按其机械构造可分为闭式、半闭式和开式〔即敞式〕三种，如图2-1所示。在叶片的两侧带有前后盖板的叶轮称为闭式叶轮〔c图；在吸入口侧无盖板的叶轮称为半闭式叶轮〔b图；在叶片两侧无前后盖板，仅由叶片和轮毂组成的叶轮称为开式叶轮〔a图。由于闭式叶轮宜用于输送清洁的液体，泵的效率较高，一般离心泵多承受闭式叶轮。双吸式从叶轮两侧对称地吸入液体〔2－3。双吸式叶轮不仅具有较大的吸液力量，而且可以根本上消退轴向推力。泵壳扩大的蜗壳形通道〔2－2。泵壳的作用有：①集合液体，即从叶轮外周甩变为静压能。不动的导轮〔2-43不仅可以使局部动能转变为静压能，而且还可以减小流淌能量损失。有利于动能转换为静压能及可以削减流淌的能量损失。轴封装置保证离心泵正常、高效运转，常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种。装置简图如附图。1．排液过程〔称为灌泵，启动后，泵轴带动叶轮及叶片间的液体高速旋转，在惯性离心力的作排出口进入排出管路。吸液过程被连续地吸入泵内。气缚现象置低于槽内液面，则启动时就无需灌泵。一、离心泵的主要性能参数离心泵的性能参数是用以描述一台离心泵的一组物理量1．〔叶轮〕n：1000～3000rpm；2900rpm有关。泵总是安装在管路中，故流量还与管路特性有关。尺寸和转速有关。扬程并不代表升举高度。一般实际压头由试验测定。功率：有效功率NeNeHQg；此处Qm3/sN：指泵轴所需的功率。当泵直接由电机驱动时，它就是电机传给泵轴的功率。效率：由于以下三方面的缘由，由电机传给泵的能量不行能100%地传给液体，因此离心泵都有一个效率的问题，它反映了泵对外加能量的利用程度：Ne/N二、离心泵的特性曲线H～QN～Q曲线。2-3某种型号离心泵的特性曲线明书中，其测定条件一般是20℃清水，转速也固定。典型的离心泵性能曲线如2-3争论H～Q的状况可能不适用。口阀的状况下启动，这样可以使电机的启动电流最小，以保护电机。泵的效领先随着流量的增加而上升，到达一最大值后便下降。但流量92%。能参数，称为最正确工况参数。三、离心泵特性的影响因素液体的性质：率又与密度无关。液体的粘度：假设粘度大于常温下清水的粘度，则泵的流量、压头、效曲线也要发生变化。转速泵的特性曲线也将发生变化。假设离心泵的转速变化不大〔20％导出以下关系：Q2n2

H 2

2 N2

n 3 2〔2-2〕

Q1 n1，

H1 n1 ，

N1 n1 〔比例定律〕叶轮外径5〔1〕叶轮外径〔2〕叶轮外径变化前后，离心泵的效率3〕系：Q”

H” D”2

N” D” 3，2 2 2 2，2〔2-3〕

Q D2， H D

N D2 〔切割定律〕与比例定律同样，要留意公式使用的条件。[例2-1]：以20oC2900r/min能时，某次试验的数据如下：流量12m3/h,泵出口处压强表的读数为 0.37MPa，泵入口处真空表读数为泵的吸入管路和排出管路直径一样测定装置如附图求这次试验中泵的压和效率。1〕泵的压头41－1”伯努利方程，即u2 p u2 pz

0.4m,u

z 1 1Hz1 2g g 2u

2 2H2g g

f12其中，1 2 1 2，p=-2.7×104Pa〔表压，p=3.7×105Pa〔表压〕1因测压口之间距离较短，流淌阻力可无视，即Hf1-2

20；故泵的压头为：泵的效率

3.71052.71040.4 40.87mH＝ 10009.81HQg40.871210009.810.581N 36002.31000 ，即58.1％。HηH-Q、N-Q、η-Qn＝2900r/min一、管路特性曲线联系和制约的。因此在争论泵的工作状况前，应先了解管路特性。需的压头〔即要求离心泵供给的压头，即：pH z He g

〔2-4〕该管路输送系统的压头损失可表示为：LL u2H ( e)f d 2gQu ed2因 4故 〔2-5〕式中 Q－管路中液体流量，m3/s；em；m；λ－摩擦系数，无因次。Le

和分别表示局部阻力的当量长度和阻力系数。对特定的管路系统，上式中等式右边各物理量中，除了λ和Q外，其它各物理e量为定值。且e f f(Q)， 则H f”(Qe f pHe

z f”(Q)g e

即为管路特性方程。 〔2-7〕p对特定的管路，且在肯定条件下操作，则 z和g均为定值，并令：z〔2-8〕λQe

pKg( 8 )(

LLe

)B2g

d5 d4〔2-9〕则可得特定管路的特性方程：〔2-10〕

H KBQ2e eHe

Qe

的平方而变。将此关系方程标绘在相应的坐标图上，即可得到H-Q曲线。这条曲线称为管路特性曲线。此线的外形由管路布置和操作条e e二、离心泵的工作点H～QHe～Q

e为泵的工作点M。如图2-4所示。2-4管路特性曲线和泵的工作点求解泵的特性方程和管路的特性方程得到；泵供给的，也是管路需要的；〔Q,H,,N反映了一台泵的实际工作状态。三、离心泵的流量调整由于生产任务的变化，管路需要的流量有时是需要转变的，这实际上就是要的特性和管路特性均能转变工作点，从而到达调整流量的目的。转变出口阀的开度——转变管路特性出口阀的开度实际上是转变管路的特性。图2-5 转变阀门开度时工作点变化leMM1leMM2流量上升，泵所供给的压头下降。如图2-5所示。泵不在高效区下工作，不是很经济。转变叶轮转速——转变泵的特性22

nn1

，转速增加，流量和压头均能增加。这种调整流种调整方法能够使泵在高效区工作，这对大型泵的节能尤为重要。图2-6 转变泵转速时工作点变化车削叶轮直径时，可承受离心泵并联或串联操作。2-2]确定泵是否满足输送要求。将浓度为95%的硝酸自常压贮槽输送至常压设备中去要求输送量为36m3/h, 体的升扬高度为7m。输送管路由内径为80mm的钢化玻璃管构成，总长为160m〔包括全部局部阻力的当量长度。输送条件下管路特性曲线方程为：H 70.06058Qe

2〔Qe

L/s。现承受某种型号的耐酸泵，其性能列于下问：〔1〕该泵是否合用？〔2〕实际的输送量、压头、效率及功率消耗各为多少？Q(L/s)03691215H(m)19.51917.916.514.412(%)017304246441545kg/m3。摩擦系数可0.015。1〔1-1之间列柏努利方程求得：u2 p u2 p1 z2g

1Hg

22g

z 2H2 g fz

0,z121

7m,pp1 4Q

0(表压)，uu 01 236u

3600*0.785*0.0802

1.99m/sH

lle

u20.0151601.992 管路压头损失：f

d 2g 0.08 H zH 76.0613.06me 2 1 f以〔L/s〕Q

3600

10L/s14.4m，当流13.06m。因此我们说该泵对于该输送任务是可用的。另一个值得关注的问题是该泵是否在高效区工作。由附表可以看出，该泵的46%10L/s43%因此我们说该泵是在高效区工作的。〔2〕实际的输送量、功率消耗和效率取决于泵的工作点，而工作点由管路特性和泵的特性共同打算。e题给管路的特性曲线方程为：HeL/s〕

70.06058Qe2

〔据此可以计算出各流量下管路所需要的压头，如下表所示：Q(L/s)03691215H(m)77.5459.18111.9115.7220.6314.8m11.4L/s；0.45；轴功率可计算如下：HQ 14.8*11.4103*1545N102

102*0.45

5.68kW222022201816141210864030m 201000 2 4 6 8 10 12 14 16Q,L/s分析说明192%〔11.4L/s〔10L/s此时，还需要调整管路的特性以适用其原始需求。思考题：1、是不是全部状况下离心泵启动前都要灌泵？2、离心泵构造中有哪些是转能部件？3、离心泵铭牌〔标牌〕上标出的性能参数是指该泵的最大值吗？4、离心泵的扬程和升扬高度有什么不同？离心泵的气蚀现象与安装高度使用寿命，因此在管路计算中应正确确定泵的安装高度。一、离心泵的气蚀现象与泵的吸上高度亲热相关。泵的吸上高度是指贮槽液面与离心泵吸入口之间的垂直距离。〔一般在叶轮入口四周压强等于或低于该液体在工作温度下的饱和蒸汽压pV时，液体将局部气化，产的局部冲击压力，造成对叶轮和泵壳的冲击，使材料受到破坏。，称为气蚀现象。离心泵在汽蚀状态下工作：〔1〕〔2〕压头、流量效率大幅度下降，严峻时不能输送液体3重作用下，叶片外表消灭斑痕和裂缝，甚至呈海绵状渐渐脱落。〔又称吸上性能〕来确定其安装高度。二、离心泵的抗气蚀性能一般承受两种指标来表示离心泵的抗气蚀性能〔又称吸上性能〕离心泵的允许吸上真空度真空度〔即最低确实定压强。其值通过试验测定。由于试验中不易测出叶轮入口四周处的最低压强的位置，因此以测定泵入口处的压强代替。如下图，假设大气压强为p，泵的入口处的液体静压强为p，则允许吸上真空度的定义为：

H”s

a 1p pa 1g 〔2-11〕式中Hs－离心泵的允许吸上真空度，mpPa；apPa；1ρ－液体的密度，Kg/m3。图2-7 离心泵的吸液示意图留意：离心泵的允许吸上真空度H”s值越大，表示该泵在肯定操作条件下抗气蚀性能越好。H”s值大小与泵的构造、流量、被输送液体的性质及当地大气压等因上。应留意，该试验是在大气压为10mHgHO〔9.81×104Pa〕下，以20oC清水为2下式进展换算：H” [H

(H

10)(

0.24)]

1000〔2-12〕

s s a

9.81103 s式中 H”－操作条件下，输送液体时允许吸上真空度，m液柱；sHs－试验条件下，输送清水时的允许吸上真空度，mHmHO；a 2pPa；vρ－操作温度下液体的密度，Kg/m3；10－试验条件下的大气压强，mHO；20.24－试验条件下水的饱和蒸气压，mHO；21000－试验条件下水的密度，Kg/m3不同海拔高度的大气压强见教材表2－1mm，两者数值上是相等的。允许吸上真空度也是泵的性能之一，一些离心泵的特性曲线图中也画出Hs－QHs

值来进展计算。离心泵的气蚀余量量Δh，其定义为p u 2 p1 1 g 2g

v hg 或pp u2h1 v 1g 2g m 〔2-13〕式中：p－在操作温度下液体的饱和蒸气压，Pa。vNPSHΔh

p p

u2 u 2h 1min v1 K H而临界汽蚀余量 c

g 2g 2g

f,1K

m 〔2-14〕Δh寸有关，它是泵的抗气蚀性能参数。ccΔh〔NPSH〕rr泵用ΔhΔh－Qr r三、离心泵的允许安装高度由离心泵的吸液示意图2-7，列出伯努力方程式，可求得离心泵的允许安装Hgp p u2H a 11 Hg g 2g

f,01

m 〔2-15〕假设离心泵的必需气蚀余量Δh，则有：rH pag

pvhg

Hf,01

〔2-16〕假设离心泵的允许吸上真空度，则有：u2四、争论

H H”g

1 2g

f,01

〔2-17〕从前面的争论中简洁使人获得这样一种生疏，即汽蚀是由于安装高度太变化而产生汽蚀，如被输送物料的温度上升，或吸入管线局部堵塞。液面以下。允许安装高度Hg

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Hg

越小。因此用可能使用的最大流量来计算Hg

是最保险的。实际安装高度的上升。当液体的操作温度较高或其沸点较低时，应留意尽量减小吸入管路的压头损失〔如可以选用较大的吸入管径，削减管件和阀门，缩短管长等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。一、离心泵的类型：清水泵：适用于输送清水或物性与水相近、无腐蚀性且杂质较少的液体Dsh〕〔F〕〔Y型〕杂质泵：输送含固体颗粒的液体、稠厚的浆液，叶轮番道宽，叶片数少。〔P〕单吸泵；双吸泵；单级泵；多级泵；依据被输送液体的性质和操作条件确定泵的类型。路的特性方程来定。依据所需流量和压头确定泵的型号查性能表或特性曲线，要求流量和压头与管路所需相适应。对应值查找。HQHQ假设几个型号都满足，应选一个在操作条件下效率最高的为保险，所选泵可以稍大；但假设太大，工作点离最高效率点太远，则能量利用程度低。泵的类型和型号选出后，应列出该泵的性能参数。功率，重配置电动机。三、离心泵的安装与操作安装：安装高度不能太高，应小于允许安装高度。门，调整阀应装于出口管路。操作：启动前应灌泵，并排气。应在出口阀关闭的状况下启动泵，使启动功率最小，以保护电动机。停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮。热与否；常常检查轴承是否过热，留意润滑。[例2-3]IS80－6－12550oC50m3/h2m，动压头可无视，当地大气压为9.81×104Pa。求：该离心泵的安装高度H。g解：由附录可查出：对IS80－65－1252900r/min，流量50m3/hΔh＝3.0m。r988.1Kg/m3,p 1.234v故离心泵的允许安装高度可用下式计算：p p 9.811041.234104H a g ghr

Hf01

323.85m988.19.81为安全起见，离心泵的实际安装高度应比允许安装高度Hg

0.5～1m。[例2-4]：652.37KP〔绝压1.5m1.6m530Kg/m3，饱和蒸气压为KPa3.5m。试问：该泵能否正常操作？即能否避开汽蚀现象。比较。H pag

pvhg

Hf01由题意知：p 652.37103Pa,p 637.65103Pa,h

3.5m,H

1.6m，代a v入上式得：

r f01H (652.37637.65)1033.51.62.27mg 5309.81说明：泵的实际安装高度为-1.5m，大于允许安装高度-2.27m，即说明泵的实际安装高度偏高，可能发生气蚀现象，故该泵不能正常操作。思考：假设要使该泵能够正常操作，则应当实行什么措施？措施1：必需使该泵的安装位置向下移动，至少移动〔2.27-1.5〕＝0.77m，但为了安全起见，应向下移动：0.77+0.5＝1.27m该离心油泵能正常操作？[例2-5]20oC的水送至塔顶水1.5m路计算总长度为52m〔包括直管长度和全部局部阻力的当量长度，摩擦系数λ72m3/h。试由教材附录中选用一台适宜的离心泵。1〕确定输送水管的规格及水在管内的实际流速。1-1u1.5m/sd，V36000.785uh723600V36000.785uh7236000.7851.51404.5mmd1404.52131mm管径确定后应重核定流速，水在管内实际流速为：u 72 1.48m/s36000.785(0.131)2Hf1-2e由题给LL 52m,0.018eH

LLe

u20.018 52 (1.48)2 0.80m则f12

d 2g 0.131 29.81确定管路所需的外加压头He2