离心泵说明书课件

第七章离心泵

一、离心泵的基本知识

二、离心泵的基本工作理论

三、离心泵的轴向力及其平衡

四、离心泵的管路特性与工况调节

五、离心泵的选择钻井机械8/1/20231钻机机械——任连城第七章离心泵

一、离心泵的基本知识

离心泵是一种典型的叶轮式泵，它在国民经济中应用很广。在石油矿场上，离心泵主要用于油田注水，采油，油品输送，钻井泵灌注和供排水等。离心泵的基本知识8/1/20232钻机机械——任连城离心泵是一种典型的叶轮式泵，它在国民经济中应离心泵工作时，发动机经泵轴带动叶轮1旋转，蜗壳内的液体受到叶轮上许多弯曲的叶片作用而随之旋转，在离心力的作用下，液体沿叶片间流道，由叶轮中心甩向边缘再通过螺形泵壳（简称蜗壳)流向排出管。一、离心泵的工作原理离心泵的基本知识8/1/20233钻机机械——任连城离心泵工作时，发动机经泵轴带动叶轮1旋转，蜗壳内

随着液体的不断排出，在泵的叶轮中心形成真空，在大气压力的作用下，吸入池中的液体通过吸入管源源不断地流入叶轮中心，再由叶轮甩出。离心泵的基本知识8/1/20234钻机机械——任连城随着液体的不断排出，在泵的叶轮中心形成真空，在大气压力的

吸入管的下部装有滤网和底阀对液体起过滤作用，并防止管中液体倒流入吸入池。离心泵的基本知识8/1/20235钻机机械——任连城吸入管的下部装有滤网和底阀对液体起过滤作用，并防止管中液

排出管汇装有用以调节流量的闸门。蜗壳的顶部装有漏斗，用以在开泵前向泵内灌水，排除泵腔内气体。启泵前一般要关闭排出闸门，启动后方打开。离心泵的基本知识8/1/20236钻机机械——任连城排出管汇装有用以调节流量的闸门。蜗壳的顶部装有漏斗，用离心泵必须与吸入管汇和排出管汇等共同组成如图示的装置才能正常工作.离心泵的基本知识8/1/20237钻机机械——任连城离心泵必须与吸入管汇和排出管汇等共同组成如图示的离心泵的基本知识8/1/20238钻机机械——任连城离心泵的基本知识8/1/20238钻机机械——任连城离心泵的基本知识8/1/20239钻机机械——任连城离心泵的基本知识8/1/20239钻机机械——任连城二、离心泵的种类

离心泵的种类很多，分类方法各不相同。离心泵按泵轴的布置方式按吸入方式按叶轮级数分按用途分按泵体形式分按壳体剖分方式分按比转数分清水泵污水泵油泵酸泵碱泵砂泵分段式泵中剖分式泵低比转数泵中比转数泵高比转数泵涡壳泵透平泵离心泵的基本知识8/1/202310钻机机械——任连城二、离心泵的种类

离心泵的种类很多，分类方法各不按泵轴的布置方式分，主要有：

1）卧式泵:泵轴水平布置2）立式泵：泵轴竖直布置离心泵的基本知识8/1/202311钻机机械——任连城按泵轴的布置方式分，主要有：1）卧式泵:泵轴水平布

1）单吸泵叶轮从一个方向吸入液体。

按吸入方式分，主要有：离心泵的基本知识8/1/202312钻机机械——任连城1）单吸泵按吸入方式分，主要有：离心泵的基本知识8/1/2

2）双吸泵液体从叶轮两侧吸入。离心泵的基本知识8/1/202313钻机机械——任连城2）双吸泵离心泵的基本知识8/1/202313钻机机械—双吸泵，叶轮从两侧吸入离心泵的基本知识8/1/202314钻机机械——任连城双吸泵，叶轮从两侧吸入离心泵的基本知识8/1/202314钻离心泵的基本知识8/1/202315钻机机械——任连城离心泵的基本知识8/1/202315钻机机械——任连城按叶轮级数分，主要有单级泵和多级泵：1）单级泵泵轴上只安装一个叶轮。离心泵的基本知识8/1/202316钻机机械——任连城按叶轮级数分，主要有单级泵和多级泵：离心泵的基本知识8/1/

2）多级泵泵轴上安装两个或两个以上叶轮。离心泵的基本知识8/1/202317钻机机械——任连城2）多级泵离心泵的基本知识8/1/2023对于多级泵，由于泵轴上装有两个以上的叶轮，液体依次通过各个叶轮，它的总压头是各级叶轮压头之和。离心泵的基本知识8/1/202318钻机机械——任连城对于多级泵，由于泵轴上装有两个以上的叶轮，液体依次卧式泵。离心泵的基本知识8/1/202319钻机机械——任连城卧式泵。离心泵的基本知识8/1/202319钻机机械——任连按泵壳能量转换部分的结构分：

1)蜗壳泵，泵壳作成截面逐渐扩大的蜗壳形，流体从叶轮甩出后直接进入蜗壳的螺旋形流通，再被引入排出管线。离心泵的基本知识8/1/202320钻机机械——任连城按泵壳能量转换部分的结构分：

1)蜗壳泵，泵壳2)导叶泵，在泵壳内装有固定的导叶(导轮)，如图所示，液体从叶轮流出后先进入导叶转换能量，再流入泵壳。这种泵亦称透平泵。离心泵的基本知识8/1/202321钻机机械——任连城2)导叶泵，在泵壳内装有固定的导叶(导轮)，如图所示，液

按照所输送的液体性质又可分为水泵、热油泵、汽油泵、酸泵、碱泵、污水泵，电动潜油泵、砂泵等。离心泵的基本知识8/1/202322钻机机械——任连城按照所输送的液体性质又可分为水泵、热油泵、汽油泵、三、离心泵的典型结构

1、单吸单级卧式离心泵

石油矿场上使用各种类型的离心泵。单级离心泵中最常见的是单级悬臂式BA型离心泵，下图为其典型结构。该系列的泵排量范围为5.5～330m3/h，扬程8～150米。离心泵的基本知识8/1/202323钻机机械——任连城三、离心泵的典型结构

1、单吸单级卧式离心泵离心泵的结构示意图离心泵的基本知识8/1/202324钻机机械——任连城离心泵的结构示意图离心泵的基本知识8/1/202324钻机机8/1/202325钻机机械——任连城8/1/202325钻机机械——任连城离心泵的基本知识8/1/202326钻机机械——任连城离心泵的基本知识8/1/202326钻机机械——任连城

其优点是结构紧凑、造价低廉，使用方便、工作可靠。这种泵的排出管线可根据安装条件装成任何角度(水平、垂直或与水平成角30°、60°等)，这只需在法兰联结处加以调整即可。离心泵的基本知识8/1/202327钻机机械——任连城其优点是结构紧凑、造价低廉，使用方便、工作可靠。2、双吸单级离心泵

当排量较大而扬程不高时，一般采用sh系列的单级双吸泵。它广泛用于矿场输水、输油、民用供水等。该系列泵一般流量为90～3500m3/h，扬程为10～104m。离心泵的基本知识8/1/202328钻机机械——任连城2、双吸单级离心泵

当排量较大而扬程不高时，一般采离心泵的基本知识8/1/202329钻机机械——任连城离心泵的基本知识8/1/202329钻机机械——任连城这种泵结构较简单，泵壳一般为水平剖分式，叶轮、轴和密封装置等可事先装好，然后整体装入泵壳中去，因而制造和检修都较方便。离心泵的基本知识8/1/202330钻机机械——任连城这种泵结构较简单，泵壳一般为水平剖分式，叶轮、3、多级离心泵离心泵的基本知识8/1/202331钻机机械——任连城3、多级离心泵离心泵的基本知识8/1/202331钻机机械—多级离心泵中液体流动过程

多级离心泵每一级的工作原理同单级离心泵原理。但级与级之间的液体靠导叶导向，即前一级叶轮出口的液体经导叶引导到后一级叶轮的入口处。其液体的流动路线如图所示。离心泵的基本知识8/1/202332钻机机械——任连城多级离心泵中液体流动过程多级离心泵每一级的工作原理四、离心泵的主要零部件1、叶轮

叶轮是泵进行能量转换的关键零件。单级离心泵只装一个叶轮，多级离心泵则装多个叶轮。离心泵的基本知识8/1/202333钻机机械——任连城四、离心泵的主要零部件1、叶轮叶轮是泵进行能量

叶轮的种类单吸式叶轮双吸式叶轮闭式叶轮由前盖板、后盖板、叶片及轮毂组成。闭式叶轮一般用于输送粘度较低的液体或清水的泵。闭式叶轮半开式叶轮开式叶轮闭式叶轮离心泵的基本知识8/1/202334钻机机械——任连城叶轮的种类单吸式叶轮闭式叶轮闭式叶轮闭式叶轮离心泵的基本半开式叶轮由后盖板、叶片及轮毂组成；半开式叶轮一般用于输送含有固相颗粒或粘度较高的的液体。

叶轮的种类半开式叶轮开式叶轮开式叶轮由叶片及轮毂组成；开式叶轮一般用于输送污水或含有纤维的液体。离心泵的基本知识8/1/202335钻机机械——任连城半开式叶轮由后盖板、叶片及轮毂组成；叶轮的种类半开式叶轮双吸式叶轮结构类似于闭式叶轮，不同的是液体可叶轮的两侧吸入。双吸式叶轮用于输送大流量的双吸泵上。

叶轮的种类双吸式叶轮离心泵的基本知识8/1/202336钻机机械——任连城双吸式叶轮结构类似于闭式叶轮，不同的是液体可叶轮的两侧吸入。离心泵的基本知识8/1/202337钻机机械——任连城离心泵的基本知识8/1/202337钻机机械——任连城离心泵的基本知识8/1/202338钻机机械——任连城离心泵的基本知识8/1/202338钻机机械——任连城2、泵轴

泵轴是传递功率和力矩的主要零件。离心泵的基本知识8/1/202339钻机机械——任连城2、泵轴

泵轴是传递功率和力矩的主要零件。离心泵3、泵壳

具有收集、导流和降速增压的作用。

泵壳是一个能量转换装置，它导引从叶轮流出的液体，随着流道面积的逐渐增大，使液流平缓地降低速度，使部分动能转化为压能。离心泵的基本知识8/1/202340钻机机械——任连城3、泵壳具有收集、导流和降速增压的作用。离心泵的基一般为圆柱形。由进水端、出水端、中间泵壳用拉杆连接成一个整体。分段式多级离心泵泵壳离心泵的基本知识8/1/202341钻机机械——任连城一般为圆柱形。分段式多级离心泵泵壳离心泵的基本知识8/1/24、导叶轮（导轮）

按装在叶轮外缘，并固定在泵壳上，用于多级透平式泵中。内部也有叶片形成逐渐增大的流道，也具有收集、倒流、降速增压的作用。离心泵的基本知识8/1/202342钻机机械——任连城4、导叶轮（导轮）按装在叶轮外缘，并固定在泵壳5、密封装置

泵工作时，

防止液体内漏、外漏和外界空气吸入。

密封环密封：防止液体从叶轮出口通过叶轮与壳体间的间隙漏回到入口（称为内漏），提高容积效率。并承受叶轮与壳体接缝处可能产生的机械磨损（又称承磨环）。离心泵的基本知识8/1/202343钻机机械——任连城5、密封装置泵工作时，防止液体内漏、外漏和盘根密封或软填料密封：

在泵轴与泵壳间，为防止外界空气侵入或泵内液体泄漏，可用盘根密封或软填料密封。离心泵的基本知识8/1/202344钻机机械——任连城盘根密封或软填料密封：在泵轴与泵壳间，为防机械密封：

靠两个经过精密加工的动环与静环的端面，沿轴向紧密接触实现密封。机械密封又叫端面密封。

机械密封结构１－静环；２－动环；３－压盖；４－弹簧；５－传动座；６－螺钉；７、８－密封圈；９－防转销176542389离心泵的基本知识8/1/202345钻机机械——任连城机械密封：靠两个经过精密加工的动环与静环的端第二节离心泵的理论基础

液体在离心泵内的流动可以分为三部分：液体进入叶轮前在进液流道(吸入室)中的流动，在叶轮内的流动和在排液流道(压出室或导叶)中的流动。液体是在叶轮内被叶轮强制运动时获得能量，而在其余两个部分中流动时要消耗能量。离心泵是通过叶轮的转动，带动泵内液体，使之获得能量的。因此研究离心泵的工作理论，首先必须研究液体在泵内通过叶轮的运动。8/1/202346钻机机械——任连城第二节离心泵的理论基础液体在离心泵内的流动可一、叶轮内液体的运动

1.三种速度

液体在叶轮内的运动是复杂的，为了便于研究，我们先作如下假设：

1)叶轮有无限多，无限薄的叶片，因此液体质点完全按照叶片形状规定的轨迹运动

2)液体是理想的，即液体没有粘性，流动时无摩擦阻力损失。

3)叶轮转速和液体流量是恒定的。第二节离心泵的理论基础8/1/202347钻机机械——任连城一、叶轮内液体的运动第二节离心泵的理论基础8/1/202

我们可以把液体在叶轮内的流动看成在叶片推动下随叶轮以速度u作圆周运动和液体沿叶片以相对速度W作相对运动的合成。第二节离心泵的理论基础8/1/202348钻机机械——任连城我们可以把液体在叶轮内的流动看成在叶片推动下随叶

即液体在叶轮内任一点的绝对速度c：这种速度矢量合成图，称为速度三角形。由于要研究的是进叶轮前到出叶轮后的液体能量的变化情况，故我们只研究进口、出口的液流速度三角形。第二节离心泵的理论基础8/1/202349钻机机械——任连城即液体在叶轮内任一点的绝对速度c：第二节离心泵的理论2.进、出口速度三角形当离心泵工作时，吸入池中液体在大气压力作用下，沿吸入管流向泵的叶轮进口，其速度为c0。在叶轮内，液体由轴向变为径向，并以速度c1流向叶片间的流道，如图2－13。第二节离心泵的理论基础8/1/202350钻机机械——任连城2.进、出口速度三角形当离心泵工作时，吸入池中一般离心泵的液体沿半径方向进入叶片，故其绝对速度的方向α1＝90°，绝对速度的大小为：

式中：Qi－流经叶轮的流量；

F1－进口断面的环形有效过流面积。

下角标r或u，表示径向或周向分速度。

第二节离心泵的理论基础8/1/202351钻机机械——任连城一般离心泵的液体沿半径方向进入叶片，故其绝对速度的方而进口处的圆周速度u1的方向为周向，大小为u1=πnD1/60，n为叶轮转速。由于u1，c1的大小和方向皆己确定,故液体进入流道的相对速度W1即可确定，W1＝c1－u1。进口处的速度三角形见图2-13，即液体进入叶轮时的水力角β1就确定了.

第二节离心泵的理论基础8/1/202352钻机机械——任连城而进口处的圆周速度u1的方向为周向，大小为u1=πnD1/6

为了使液体进入叶片时与叶片不产生冲击，进口处相对速度W1的方向应和叶片进口表面相切，即相对速度W1与圆周速度u1反方向的夹角βl应与叶片结构角βlK相等。即使βl＝βlK。当离心泵选定后，其叶轮的叶片结构角是不会变的，而βl的数值取决于c1和u1的大小。当泵轴转速一定时，u1为常数，速度c1的方向是一定的，其大小取决于流量，因此βl的数值也取决于流量。第二节离心泵的理论基础8/1/202353钻机机械——任连城为了使液体进入叶片时与叶片不产生冲击，进口处相对速度

从图可知，只有离心泵流量为额定流量(最优流量)时，βl＝βlK，符合无冲击的条件。而当流量增大或减小时都将产生水力冲击。

第二节离心泵的理论基础8/1/202354钻机机械——任连城从图可知，只有离心泵流量为额定流量(最优流量)时，βl

在叶轮出口处的圆周速度u2=πnD2/60，相对速度W2与叶片相切，即水力角β2＝β2K，绝对速度的径向分速度c2r＝Qi/F2,F2为出口断面环形有效过流面积。因此，出口处的速度三角形就确定了。第二节离心泵的理论基础8/1/202355钻机机械——任连城在叶轮出口处的圆周速度u2=πnD2/60，相对速度W二、离心泵的理论扬程

了解了离心泵叶轮内液体运动情况以后，就能进一步研究泵内的能量转换规律。在离心泵中，影响叶轮和液体进行能量转换的因素很多，如叶轮转速，叶轮的尺寸，叶片的数量，叶片的角度和液体的性质等。为了研究主要因素的影响，先作以下两点假设：

①叶轮具有无限多，无限薄的叶片，这样就可以认为液体质点是完全按照叶片形状规定的轨迹运动的；

②液体是理想的，即液体没有粘性，流动时没有摩擦阻力损失。第二节离心泵的理论基础8/1/202356钻机机械——任连城二、离心泵的理论扬程

了解了离心泵叶轮内液体运动情

在上述假设的基础上，就可以利用动量矩定理来推导离心泵的基本能量方程式。

图2－16中表示液体质点从进叶轮时的起始位置a，到流出叶轮时的最终位置b为止的运动情况。

第二节离心泵的理论基础8/1/202357钻机机械——任连城在上述假设的基础上，就可以利用动量矩定理来推导离心泵的

质点是沿着叶片形状所规定的轨迹运动的。根据动量矩定理，在稳定流情况下，单位时间内流过的液体质量，从一个断面到另一个断面的动量矩变化，等作用在这两个断面间的液流上的外力矩。第二节离心泵的理论基础8/1/202358钻机机械——任连城质点是沿着叶片形状所规定的轨迹运动的。根据动量矩定理，

以m表示每秒内流过叶轮的液体质量，那末，在半径为R1的叶轮进口处，液体相对于叶轮轴线的动量矩为

第二节离心泵的理论基础8/1/202359钻机机械——任连城以m表示每秒内流过叶轮的液体质量，那末，在半径为R1的叶

在半径为R2的叶轮出口处，液体相对于叶轮轴线的动量矩为第二节离心泵的理论基础8/1/202360钻机机械——任连城在半径为R2的叶轮出口处，液体相对于叶轮轴线的动量矩为液体动量矩的增加应等于作用在液体上的外力矩M。即第二节离心泵的理论基础8/1/202361钻机机械——任连城液体动量矩的增加应等于作用在液体上的外力矩M。即第二节离心

由图2-16所示的速度三角形可知第二节离心泵的理论基础8/1/202362钻机机械——任连城由图2-16所示的速度三角形可知第二节离心泵的理论基础8考虑到

m＝G/g＝Qiρ

式中G－通过叶轮的液体的重量流量，N/s。

g－重力加速度，m/s。

ρ－液体的密度，kg／m3。

将上式子及l2＝R2cosα2，l1＝R1cosα1

代入式：Mi＝M2－M1＝m（c2l2－c1l1)

可得

第二节离心泵的理论基础8/1/202363钻机机械——任连城考虑到

m＝G/g＝Qiρ

式中G－通过

假设液体通过叶轮时没有能量损失，根据能量守恒定律，叶轮消耗的机械功率应全都变为液体的水力功率，即

Miω＝ρgQiHi

式中ω－叶轮的旋转角速度；

Hi－叶轮传递给每一N重量液体的能量，称为泵的理论压头。因为假定叶轮叶片为无限多，所以Hi用Hi∞表示。第二节离心泵的理论基础8/1/202364钻机机械——任连城假设液体通过叶轮时没有能量损失，根据能量守恒定律，所以，离心泵的理论压头Hi∞等于

Hi∞＝Miω/ρgQi

＝Qiρ(c2R2cosα2－c1R1cosα1)ω/ρgQi

＝(c2R2cosα2－c1R1cosα1)ω/g

＝(c2R2ωcosα2－c1R1ωcosα1)/g

因为R2ω＝u2，R1ω＝u1

所以上式就是离心泵的基本能量方程式米液柱第二节离心泵的理论基础8/1/202365钻机机械——任连城所以，离心泵的理论压头Hi∞等于

Hi∞＝Miω因c2cosα2＝c2u，c1cosα1＝c1u

可改写为米液柱由于在一般离心泵中。液体通常是沿径向进入叶轮，即α1＝90°，因此，基本能量方程式可进一步简化为第二节离心泵的理论基础8/1/202366钻机机械——任连城因c2cosα2＝c2u，c1cosα1＝c1u从式Hi∞＝u2c2u/g可见，

离心泵的理论压头与出口圆周速度(或叶轮外径D2及转速n)、出口绝对速度的周向分量c2u(或α2及β2等)有关。当叶轮的外径越大，转速越高以及β2越大，α2越小时，离心泵给出的理论压头也越大。第二节离心泵的理论基础8/1/202367钻机机械——任连城从式Hi∞＝u2c2u/g可见，

离心泵

在基本能量方程式中，没有包含液体物理性质的参数(如密度，粘度等)，所以此式适用于输送任何物理性质的液体。第二节离心泵的理论基础8/1/202368钻机机械——任连城在基本能量方程式中，没有包含液体物理性质的参数(如密

实际上，离心泵叶轮叶片数通常在3～12之间，一般不超过9个，于是液体在叶轮中的运动除了有一个均匀的相对运动以外，还存在一个相对的轴向旋涡运动，而使其不完全与叶片的形状相同，使泵理论扬程降低。第二节离心泵的理论基础8/1/202369钻机机械——任连城实际上，离心泵叶轮叶片数通常在3～12之间，一般

大量实验表明，有限叶片数的叶轮所产生的理论扬程要比无限多叶片数的叶轮理论扬程小15～20％。此外，叶轮出口角，泵壳结构等也对理论扬程有影响。为此引入扬程修正系数K：

Hi＝KHi∞

上式中:Hi为叶片有限时离心泵的理论扬程;

K值通常在0.7～0.9之间，叶片越多，K也就越大。

第二节离心泵的理论基础8/1/202370钻机机械——任连城大量实验表明，有限叶片数的叶轮所产生的理论扬程要比无限三、离心泵的功率与效率流量Q压头H效率η功率N转速n

表示泵轴转动的速度。影响泵的流量。单位:r/min

表示泵对液体做功的能力。单位：KW

表示泵转换能量的经济性。单位：无

又称扬程。表示泵使单位质量液体产生的能量增加值。单位：m

表示泵在单位时间内的输液量。单位：m3/h第二节离心泵的理论基础8/1/202371钻机机械——任连城三、离心泵的功率与效率流量Q压头H效率η功率N转速n表示

这些基本参数，反映了离心泵的综合性能指标。一般在离心泵的铭牌上都应标出这些参数的值。第二节离心泵的理论基础8/1/202372钻机机械——任连城这些基本参数，反映了离心泵的综合性能指标。第二节离心泵1、离心泵的功率1）输出功率N

—单位时间内液体通过泵后所得到的能量，即离心泵实际输出的功率。又叫离心泵的有效功率或水功率。2）转化功率Ni—通过叶轮传递给液体的功率。又称指示功率。3）输入功率Na—单位时间由动力机提供给泵的能量。又称轴功率。可分别用下式来计算：式中:Q—泵的实际流量，m3／s，可实际测量；H—泵的实际输出压头或有效压头，m液柱，可实际测量；ρ—被输送液体的密度，Kg／m3；Qi—泵的转化流量;Hi—泵的转化压头;η—离心泵的总效率。第二节离心泵的理论基础8/1/202373钻机机械——任连城1、离心泵的功率1）输出功率N—单位时间内液体通过泵后所得

离心泵在能量转换的过程中，不可避免地存在各种能量损失。这些能量损失必将消耗相应的能量。——泵的效率，反映泵的经济性好坏。第二节离心泵的理论基础8/1/202374钻机机械——任连城离心泵在能量转换的过程中，不可避免地存在各种能量损1）机械损失及机械效率

机械损失是由于叶轮盖板两侧面与液体之间的摩擦损失，泵轴与盘根、轴承等机件间旋转时所产生的摩擦损失所引起的。前者是主要的。如果用Nm表示上述摩擦产生的机械功率，则

Na—Nm=Ni

通常，泵的机械效率为0.9～0.95。随着输送液体的粘性的增加，摩擦损失将会显著增大，机械效率会显著降低。第二节离心泵的理论基础8/1/202375钻机机械——任连城1）机械损失及机械效率机械损失是由于叶轮盖板两2）容积损失及容积效率

容积损失是由于高压液体在泵内的内漏（窜流）和外漏引起的。其中，窜流是主要的。设漏失量为q，实际有效排量为Q，则

Qi—q=Q

泵的容积效率为0.93～0.98。改善泵的密封环及密封结构，可降低漏失量，提高泵的容积效率。因此，在检修离心泵时，检查泵的密封状况是十分必要的。第二节离心泵的理论基础8/1/202376钻机机械——任连城2）容积损失及容积效率容积损失是由于高压液体在泵3）水力损失及水力效率水力损失分为两类：阻力损失：

液体在流道部分的沿程阻力损失和局部阻力损失h阻。a为系数在图像区域内点击观看或停止动画第二节离心泵的理论基础8/1/202377钻机机械——任连城3）水力损失及水力效率水力损失分为两类：阻力损失：3）水力损失及水力效率2)冲击损失：

液体进入叶轮和导轮时，与叶片发生冲击而引起的能量损失h冲。在图像区域内点击观看或停止动画第二节离心泵的理论基础8/1/202378钻机机械——任连城3）水力损失及水力效率2)冲击损失：液体进入

冲击损失主要是由于液体进入叶轮或导轮时的水力角与叶片结构角不一致而造成的。在某一排量下，液体的水力角与叶片的结构角一致,叫无冲击工况，此时没有冲击损失，和无冲击工况相对应的排量叫最优流量，用Q优表示。当由于操作条件变化，排量减少或增加时，水力角将小于或大于叶片的结构角，从而引起冲击损失。b为系数泵的总水力损失：第二节离心泵的理论基础8/1/202379钻机机械——任连城冲击损失主要是由于液体进入叶轮或导轮时的水力角与叶片结泵的水力效率为：

离心泵的总效率为：第二节离心泵的理论基础8/1/202380钻机机械——任连城泵的水力效率为：离心泵的总效率为：第二节离心泵的理论基础

在选择和使用离心泵时，人们最关心的是离心泵能输送多大的流量Q、产生多大的压头（扬程）H、其功率N、效率η的高低和带泵动力机的转速n、功率Na等。

特性曲线是在转速n一定的条件下，通过实验得出的H～Q、Na～Q、η～Q等关系曲线。一般由生产厂家给出，在泵的说明书和产品样本上可以查询到。1、特性曲线四离心泵的特性曲线第二节离心泵的理论基础8/1/202381钻机机械——任连城在选择和使用离心泵时，人们最关心的是离心泵能输2、实验参数测定与特性曲线绘制的过程：1）测定原始数据：调节排出闸门置不同开度KK1、K2…….…Kn。Q1、Q2……….Qn。PZ1、PZ2………PZn。Pb1、Pb2………Pbn。n1、n2…….…nn。M1、M2………Mn。液体密度ρ,量表高度差H0第二节离心泵的理论基础8/1/202382钻机机械——任连城2、实验参数测定与特性曲线绘制的过程：1）测定原始数据：第二2）数据处理：H1、H2…….…Hn。N1、N2……….Nn。NZ1、NZ2………NZn。η1、η

2……η

n。第二节离心泵的理论基础8/1/202383钻机机械——任连城2）数据处理：第二节离心泵的理论基础8/1/202383实验参数测定与特性曲线绘制的过程：3）描点绘制曲线：AH—Q曲线BNZ—Q曲线C

η—Q曲线第二节离心泵的理论基础8/1/202384钻机机械——任连城实验参数测定与特性曲线绘制的过程：3）描点绘制曲线：第二节从离心泵的特性曲线可以得出如下结论：

1）离心泵的压头（扬程）随着流量的增加而降低。因此，离心泵的流量和扬程很容易通过排出闸门来调节控制。

2）离心泵的轴功率（输入率）随着流量的增加而增加。在流量为零时，轴功率最小，因此，离心泵应采取闭闸启动，以防止电机过载。

3）离心泵的最高效率在其额定流量时，大于、小于该流量时，效率都会降低。第二节离心泵的理论基础8/1/202385钻机机械——任连城从离心泵的特性曲线可以得出如下结论：1）离心泵的压头（扬3、特性曲线的应用特性曲线是选择和使用离心泵的基本依据，其主要用途是：(1)根据对流量和压头变化特征的要求，选择H～Q曲线比如，当工作压力P变化较大，而希望流量变化较小时，应该选择陡降式的H～Q曲线；当流量变化较大，而希望工作压力基本保持不变时，应选择平坦式的H～Q曲线。此外，当泵的H～Q曲线是驼峰形状时，应该避免使用最高点左边的不稳定工作区。第二节离心泵的理论基础8/1/202386钻机机械——任连城3、特性曲线的应用特性曲线是选择和使用离心泵的基本依据，其主

(2)从Na～Q曲线可以看出某种工况下轴功率最小要选择在该工况下启动泵，以防止动力机过载。一般的离心泵在Q=0时轴功率最小，所以通常在关闭排出阀门的条件下启动离心泵最为有利。

(3)η～Q曲线是判断离心泵经济性能的依据一般应选择在最高效率点或其左右区域内(最高效率以下7%范围内)工作。第二节离心泵的理论基础8/1/202387钻机机械——任连城(2)从Na～Q曲线可以看出某种工况下轴功离心泵的轴向力及其平衡轴向力将严重降低轴承的使用寿命，对离心泵工作不利，必须消除。叶轮两侧压力分布图

离心泵的叶轮上要产生绐终指向泵的吸入口的轴向力。使叶轮沿轴向向入口一侧窜动，从而引起叶轮震荡和磨损。8/1/202388钻机机械——任连城离心泵的轴向力及其平衡轴向力将严重降低轴承的使用寿命，对离心1）利用叶轮的对称性平衡轴向力

对于单级泵，采用如图2-4所示的双吸叶轮，使叶轮两侧盖板上的压力相互抵消，可以有效地消除轴向力。离心泵的轴向力及其平衡8/1/202389钻机机械——任连城1）利用叶轮的对称性平衡轴向力对于单级泵，对于多级泵，利用对称排列方式，即将总级数为偶数的叶轮，如图2-7所示那样背靠背或面对面地联在一根轴上，这种方法可有效地减少轴向力，离心泵的轴向力及其平衡8/1/202390钻机机械——任连城对于多级泵，利用对称排列方式，即将总级数为偶数的叶轮，如图22)改造叶轮以平衡轴向力

对于单吸单级离心泵，常采取适当改变叶轮结构，以达到减少或消除轴向力的目的。

右下图所示的为平衡孔法，是在叶轮后盖板上开一圈小孔，使后盖板密封环内的液压力与前盖板密封环内的液压力基本相等。只要使后盖板密封环直径与前盖板密封环直径相同，则轴向力基本上可以被平衡。离心泵的轴向力及其平衡8/1/202391钻机机械——任连城2)改造叶轮以平衡轴向力

对于单吸单级离心泵，如图2－9所示的为平衡管法，即在叶轮前、后盖板上都装有直径相同的密封环，并自后盖板泵腔处接一平衡管，同样使叶轮后盖板密封环内的压力等于吸入压力达到平衡轴向力的目的。离心泵的轴向力及其平衡8/1/202392钻机机械——任连城如图2－9所示的为平衡管法，即在叶轮前、后盖板上都图2-10所示的叶轮后盖板上加有径向筋板，亦称为副叶片。叶轮旋转时，筋板强迫叶轮后面的液体加快旋转，使压力下降，从而达到减小轴向力的目的。上述方法简单易行，缺点是增加了能量消耗，使泵的效率略有降低。离心泵的轴向力及其平衡8/1/202393钻机机械——任连城图2-10所示的叶轮后盖板上加有径向筋板，亦称为离心泵的轴向力及其平衡8/1/202394钻机机械——任连城离心泵的轴向力及其平衡8/1/202394钻机机械——任连城

3)平衡盘法

油田使用的3D100～150注水泵，驱动功率800Kw，当扬程为1500m时，产生的轴向力约为1.2×104N，采用图2－11所示的平衡盘方案平衡轴向力的。离心泵的轴向力及其平衡8/1/202395钻机机械——任连城3)平衡盘法

油田使用的3D100～150注水泵第四节离心泵的管路特性一、单管路8/1/202396钻机机械——任连城第四节离心泵的管路特性一、单管路8/1/202396钻机机第四节离心泵的管路特性8/1/202397钻机机械——任连城第四节离心泵的管路特性8/1/202397钻机机械——任连一、单管路1、并联：第四节离心泵的管路特性8/1/202398钻机机械——任连城一、单管路第四节离心泵的管路特性8/1/202398钻机机2、串联第四节离心泵的管路特性8/1/202399钻机机械——任连城2、串联第四节离心泵的管路特性8/1/202399钻机机械二、多管路（略）1、分支管路：2、交汇管路第四节离心泵的管路特性8/1/2023100钻机机械——任连城二、多管路（略）第四节离心泵的管路特性8/1/202310三、离心泵的吸入性能1、汽蚀现象：当流道中局部地方流体压力低于输送温度下该液体的汽化压力Pt时，液体开始汽化，同时还可能有溶于液体内的气体从液体中析出，形成大量的小气泡。气泡被液流带到压力较高的区域时，迅速凝结、溃灭；在凝结过程中，气泡周围的液体以高速向气泡中心运动，液体质点相互碰撞形成水力冲击，使局部瞬时压力高达几百个大气压。气泡越大，其凝结溃灭时引起的局部水击压强越大，如果这些气泡在叶轮边缘溃灭，流道表明将会受到损伤，金属表面疲劳剥落；气泡在溃灭是可以产生200~300度的局部高温，形成热电偶，造成电解作用，析出具有强烈化学腐蚀性的初生氧，使材料因电解腐蚀而损坏。这种液体气化、凝结、水击、和腐蚀的综合称为汽蚀现象。第四节离心泵的管路特性8/1/2023101钻机机械——任连城三、离心泵的吸入性能第四节离心泵的管路特性8/1/2023汽化还造成泵内产生特殊的噪音和震动，泵的扬程、排量和效率突然降低，严重的时候会中断吸入。

汽化的主要原因是吸入口的吸入压力低与气体的汽化压力。造成叶轮吸入口压力过低的可能原因有：

1、泵吸入高度过高；

2、液体温度过高；

3、环境气压太低；第四节离心泵的管路特性8/1/2023102钻机机械——任连城汽化还造成泵内产生特殊的噪音和震动，泵的扬程、排量和效率突然2、离心泵的最大允许安装高度第四节离心泵的管路特性8/1/2023103钻机机械——任连城2、离心泵的最大允许安装高度第四节离心泵的管路特性8/1/2、离心泵的最大允许安装高度

——允许气蚀余量；第四节离心泵的管路特性8/1/2023104钻机机械——任连城2、离心泵的最大允许安装高度第四节离心泵的管路特性8/1/四、离心泵的比转数（相似理论）(选讲)

（如果两台结构形状完全相同，但