离心泵讲稿课件

第二章

流体输送机械

第一节

液体输送机械

一、离心泵的操作原理、构造与类型离心泵的主要性能参数与特性曲线

离心泵的气蚀现象与允许吸上高度离心泵的工作点与流量调节二、

其他类型的泵2023/7/22流体输送机械：向流体作功以提高流体机械能的装置。流体输送机械的分类：（一）按输送流体的类型分：（1）输送液体的机械通称为泵；

例如：离心泵、往复泵、旋转泵和漩涡泵。（2）输送气体的机械按不同的工况分别称为:

通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。

（二）按工作原理可分为：

离心式正位移式(容积式)：往复式、旋转式其它（如喷射式）2023/7/22一、离心泵2023/7/22离心泵外形：2023/7/22（一）．离心泵的操作原理、构造与类型离心泵的结构主要结构：蜗壳（外壳）；叶轮：敞式,半蔽式,蔽式单吸式、双吸式。附属装置：底阀、滤网、调节阀、平衡孔(平衡管)、排气孔、轴封。2023/7/22开式半开式闭式图2-2离心泵叶轮2023/7/222023/7/22

由若干个弯曲的叶片组成的叶轮置于具有蜗壳通道的泵壳之内。

叶轮紧固于泵轴上，泵轴与电机相连，可由电机带动旋转。

(2)、操作原理2023/7/22吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装一止逆阀。泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀。离心泵的工作过程：开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。

开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，并以

很高的速度（15-25m/s）流入泵壳。

2023/7/22在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢，使

大部分动能转化为静压能。最后液体以较高的静压强从排出口流入排出管道。泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在液面压强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。

离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮所产生的离心力，因此称为离心泵。

2023/7/22离心泵原理的动画2023/7/22气缚离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样，离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止逆阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于开停车和调节流量。2023/7/22按离心泵的不同用途可分为

水泵

输送清水和物性与水相近、无腐蚀性且杂质很少的液体的泵,（IS）

耐腐蚀泵

接触液体的部件（叶轮、泵体）用耐腐蚀材料制成。要求：结构简单、零件容易更换、维修方便、密封可靠、用于耐腐蚀泵的材料有：铸铁、高硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等。（F型）油泵

输送石油产品的泵，要求密封完善。（Y型）杂质泵

输送含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液等的泵，又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等。要求不易堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、叶片数目少。2023/7/22离心泵的主要性能参数铭牌二．离心泵的主要性能参数与特性曲线

2023/7/221、离心泵的性能参数

1）离心泵的流量

指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一般用Q表示，单位为m3/s。又称为泵的送液能力。2）离心泵的压头泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以H表示，单位为m。又称为泵的扬程。离心泵的压头取决于：①泵的结构（叶轮的直径、叶片的弯曲情况等）②转速n③流量Q

2023/7/22如何确定转速一定时，泵的压头与流量之间的关系呢？实验测定H的计算可根据b(进)、c(出)两截面间的柏努利方程：2023/7/22离心泵的压头又称扬程。必须注意，扬程并不等于升举高度△Z，升举高度只是扬程的一部分。

3）离心泵的效率离心泵输送液体时，电动机对泵轴提供的功率，由于存在多方面的损失不可能全部转化为有效功率。致使泵的有效压头和流量都较理论值低，通常用效率来反映能量损失。效率是指有效功率Ne与泵轴功率N之比，常用η来表示。2023/7/22η的大小主要与以下三方面的损失有关：容积损失:泵的液体泄漏（内漏）所造成的水力损失:液体的摩擦阻力和局部阻力损失机械损失

:泵轴与轴承,泵轴与填料物之间的摩擦小型水泵：一般为5070%

大型泵：可达90%以上泵的效率反应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。与泵的大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质有关2023/7/224）轴功率及有效功率轴功率：

电机输入离心泵的功率,用

N表示，

N=IU

单位为

J/S

,或W

、KW

。有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne表示

轴功率和有效功率之间的关系为：有效功率可表达为

轴功率可直接利用效率计算2023/7/222、离心泵的特性曲线

离心泵的H、η、N

都与离心泵的

Q有关，它们之间的关系由确定离心泵压头的实验来测定，实验测出的一组关系曲线：

——离心泵的特性曲线注意：特性曲线随转速而变。各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状基本相似，具有共同的特点。2023/7/222023/7/221）H～Q曲线：表示泵的压头与流量的关系，离心泵的压头普遍是随流量的增大而下降（流量很小时可能有例外）2）N～Q曲线：表示泵的轴功率与流量的关系，离心泵的轴功率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小。

离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保护电机。3）η～Q曲线：表示泵的效率与流量的关系，随着流量的增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再增大，效率便下降。2023/7/22

离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在与最高效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。与最高效率点所对应的Q、H、N值称为最佳工况参数。离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的状态参数。

注意：在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。一般要求操作时的效率应不低于最高效率的92%。2023/7/22三、离心泵选择与示例【例1】某地区一化工厂，需将60℃的热水用泵送至高的凉水塔冷却，如图所示。输水量为80-85m3/h输水管内径为106mm，管道总长（包括局部阻力当量长度）为100m，管道摩擦系数为0.025，试选一合适离心泵。解：在水池液面与喷水口截面列柏努利方程2023/7/22代入上式得查书本附录，可选IS100-80-125型离心泵2023/7/22四、离心泵的安装高度

1、气蚀现象

气蚀产生的条件叶片入口附近K处的压强PK等于或小于输送温度下液体的饱和蒸气压，液体将发生沸腾部分汽化，所生成的大量蒸汽，汽泡在随液体从叶轮进口向叶轮外2023/7/22围流动时，又因压强升高，气泡立即凝聚，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极大的速度冲向气泡原来所在的空间，在冲击点处产生很高的局部压强（高达几百个大气压），冲击频率高达每秒几万次之多。尤其当气泡的凝结发生在叶轮表面时众多的液体质点如细小的高频水锤撞击着叶片，另外气泡中可能带有氧气等对金属材料发生化学腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将导致叶片过早损坏。这种现象称为泵的汽蚀现象。汽蚀现象发生时，泵体振动，发出噪音，泵的流量、扬程、效率下降，严重时甚至吸不上液体。2023/7/22气蚀产生的后果：

气蚀发生时产生噪音和震动，叶轮局部在巨大冲击的反复作用下，表面出现斑痕及裂纹，甚至呈海棉状逐渐脱落液体流量明显下降，同时压头、效率也大幅度降低，严重时会输不出液体。2、离心泵的允许吸上高度

离心泵的允许吸上高度又称为允许安装高度，指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，以Hg表示。2023/7/22贮槽液面0-0’与入口处1-1’两截面间列柏努利方程若贮槽上方与大气相通，则P0即为大气压强Pa

2023/7/222、离心泵的允许吸上真空度

注意：HS’单位是压强的单位，通常以m液柱来表示。在水泵的性能表里一般把它的单位写成m（实际上应为mH2O）。——离心泵的允许吸上真空度定义式将

代入得——允许吸上高度的计算式2023/7/22HS’值越大，表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能好，安装高度Hg越高。

HS’与泵的结构、流量、被输送液体的物理性质及当地大气压等因素有关。通常由泵的制造工厂试验测定，实验在大气压为10mH2O（9.81Pa）下,以20℃清水为介质进行的。2023/7/22HS’随qV增大而减小确定离心泵安装高度时应使用泵最大流量下的HS’进行计算若输送其它液体，且操作条件与上述实验条件不符时，需对HS’进行校正。3、气蚀余量

为防止气蚀现象发生，在离心泵入口处液柱的静压头

与动压头

之和必需大于液体在操作温度下的饱和蒸汽压头

的一个最小值。

2023/7/22——气蚀余量定义式△h与Hg

的关系当叶轮入口附近(k-k’)最小压强等于液体的饱和蒸汽压pv

时，泵入口处压强(1-1’)必等于某确定的最小值p1。在1-1’和k-k’间列柏努利方程：

2023/7/22当流量一定且流体流动为阻力平方区时，气蚀余量仅与泵的结构和尺寸有关，是泵抗气蚀性能参数。将

代入

——允许吸上高度的计算式离心泵的气蚀余量

值也是由生产泵的工厂通过实验测定的△h随qV增大而增大计算允许安装高度时应取高流量下的△h值。2023/7/22泵性能表上所列的△h值也是按输送20℃的清水测定的，当输送其它液体时应乘以校正系数予以校正，但因一般校正系数小于1，故把它作为外加的安全系数，不再校正。4、离心泵的实际安装高度离心泵的实际安装高度应小于允许安装高度，一般比允许值小0.5～1m。

2023/7/22注意：1）离心泵的允许吸上真空度和允许气蚀余量值是与其流量有关的，大流量下△h较大而HS’较小，因此，必须注意使用最大额定流量值进行计算。2）离心泵安装时，应注意选用较大的吸入管路，减少吸入管路的弯头、阀门等管件，以减少吸入管路的阻力。3）当液体输送温度较高或液体沸点较低时，可能出现允许安装高度为负值的情况，此时，应将离心泵安装于贮槽液面以下，使液体利用位差自流入泵内。2023/7/22例2.如图所示,需安装一台泵,将流量45m3/h、温度20℃的河水输送到高位槽，高位槽高出河面10m，管路总长为15m。试选一台离心泵，并确定安装高度。解：流量选管内流速u=2.5m/s，估算管内径，20℃水2023/7/22选φ88.5×4mm的水煤气管，内径在此d=80.5mm管内流速钢管绝对粗糙度取相对粗糙度取2023/7/22查图、局部当量长度截止阀（全开）两个９０度弯头带滤水器的底阀（全开）管出口突然扩大管路的压头扬程2023/7/22泵的允许汽蚀余量２０℃水的饱和蒸气压吸入管长5m,收入管为阻力泵的最大允许安装高度实际安装高度应小于2.31m取1.5m根据流量和扬程，选取用泵的型号为2023/7/22五、离心泵的工作点与流量调节

1、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

流体通过某特定管路时所需的压头与液体流量的关系曲线。

在截面1-1´与2-2´

间列柏努利方程式，并以1-1´截面为基准水平面，则液体流过管路所需的压头为：2023/7/22式中：上式简化为

而令2023/7/22——管路的特性方程2）离心泵的工作点离心泵的特性曲线与管路的特性曲线的交点M，就是离心泵在管路中的工作点。

在特定管路中输送液体时，管路所需的压头随所输送液体流量qV的平方而变

2023/7/22M点所对应的流量qe和压头He表示离心泵在该特定管路中实际输送的流量和提供的压头。2、离心泵的流量调节1）改变出口阀开度——改变管路特性曲线

阀门关小时：管路局部阻力加大，管路特性曲线变陡，工作点由原来的M点移到M1点，流量由QM降到QM1；

2023/7/22当阀门开大时：管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，工作点由M移到M2流量加大到QM2。

优点：调节迅速方便，流量可连续变化；缺点：流量阻力加大，要多消耗动力，不经济。

2）改变泵的转速——改变泵的特性曲线若把泵的转速提高到n1：则H~Q线上移，工作点由M移至M1，流量由QM

加大到QM1；2023/7/22若把泵的转速降至n2：则H~Q线下移，工作点移至M2,流量减小到QM2优点：流量随转速下降而减小，动力消耗也相应降低；缺点：需要变速装置或价格昂贵的变速电动机，难以做到流量连续调节，化工生产中很少采用。2023/7/22六、离心泵的选用、安装与操作

1、离心泵的选择

1）确定输送系统的流量和压头：一般情况下液体的输送量是生产任务所规定的，如果流量在一定范围内波动，选泵时按最大流量考虑，然后，根据输送系统管路的安排，用柏努利方程计算出在最大流量下管路所需压头。

2）选择泵的类型与型号：首先根据被输送液体的性质和操作条件确定泵的类型，按已确定的流量和压头从泵样本或产品目录中选出适合的型号。2023/7/22若是没有一个型号的H、qV与所要求的刚好相符，则在邻近型号中选用H和qV都稍大的一个；若有几个型号的H和qV都能满足要求，那么除了考虑那一个型号的H和qV外，还应考虑效率η在此条件下是否比较大。

3)核算轴功率:若输送液体的密度大于水的密度时，按

来计算泵的轴功率。

2、离心泵的安装和使用

1）泵的安装高度

为了保证不发生气蚀现象或泵吸不上液体，泵的实际安装2023/7/22高度必须低于理论上计算的最大安装高度，同时，应尽量降低吸入管路的阻力。2）启动前先“灌泵”

这主要是为了防止“气傅”现象的发生，在泵启动前，向泵内灌注液体直至泵壳顶部排气嘴处在打开状态下有液体冒出时为止。3）离心泵应在出口阀门关闭时启动为了不致启动时电流过