离心泵理论及特性曲线

离心式水泵的分类1.按叶轮数目分1)单级水泵泵轴上仅装有-个叶轮2)多级水泵泵轴上装有几个叶轮2.按水泵吸水方式分1)单吸水泵叶轮上仅有-个进水口2)双吸水泵叶轮两侧各有-个进水口3.按泵壳的结构分1)螺壳式水泵2)分段式水泵垂直泵轴心线的平面上有泵壳接缝3)中开式水泵在通过泵轴心线的水平面上有泵壳接缝4.按泵轴的位置分1)卧式水泵泵轴呈水平位置2)立式水泵泵轴呈垂直位置5.按比转数分1)低比转数水泵比转数nS=4O～802)中比转数水泵比转数nS=8O～1503)高比转数水泵比转数nS=150～300第一页第二页，共21页。离心式水泵的工作参数1、流量水泵在单位时间内所排出水的体积，称为水泵的流量，用符号Q表示，单位m3/s,m3/h。2、扬程单位重量的水通过水泵后所获得的能量，称为水泵的扬程，用符号H表示，单位为m。1）.吸水扬程(吸水高度)泵轴线到吸水井水面之间的垂直高度，称为吸水扬程，用符号HX表示，单位为m。2）排水扬程（排水高度）泵轴线到排水管出口处之间的垂直高度，称为排水扬程。3）实际扬程（测地高度）从吸水井水面到排水管出口中心线间的垂直高度，称为实际扬程。4)总扬程总扬程H为实际扬程、损失扬程和在水在管路中以速度v流动时所需的（速度水头）扬程之和，称为水泵的总扬程第二页第三页，共21页。3、功率水泵在单位时间内所做的功的大小叫做水泵的功。1）水泵的轴功率电动机传给水泵轴的功率，即水泵的轴功率（输入功率）2）水泵的有效功率

水泵实际传递给水的功率，即水泵的有效功率（输出功率）第三页第四页，共21页。4、效率：水泵的有效功率与轴功率之比，叫做水泵的效率，用符号表示。

5、转速水泵轴每分钟的转速，叫做水泵的转速。第四页第五页，共21页。6、允许吸上真空度或汽蚀余量在保证水泵不发生汽蚀的情况下，水泵吸水口处所允许的真空度，叫做水泵的允许吸上真空度。用符号Hs表示。水泵吸水口处单位重量的水超出水的汽化压力的富余能量，叫做水泵的汽蚀余量。第五页第六页，共21页。离心式水泵的工作理论及特性曲线一、离心式水泵理论压头及特征曲线1.水在叶轮中的运动分析2.离心式水泵的理论压头方程式由于水流经叶轮时情况非常复杂，为了便于分析，先作如下假设：1)水在叶轮内的流动为稳定流动，即速度图不随时间变化；2)水是不可压缩的，即密度ρ为一常数；3)水泵在工作时没有任何能量损失，即原动机传递给水泵轴的功率完全用于增加流经叶轮水的能量；4)叶轮叶片数目无限多且为无限薄。这样水流的相对运动方向恰好与叶片相切；叶片的厚度不影响叶轮的流量；在叶轮同一半径处的流速相等、压力相同。在上述条件下求出的压头，叫做离心式水泵的理论压头。第六页第七页，共21页。水泵工作时，叶轮传递给水的理论功率为=水泵的轴功率PZ可用叶轮入口间水流上的外力矩M和叶轮的角速度之乘积来表示，即

根据动量矩定理可知：作用在叶轮上的外力矩等于每秒钟流经叶轮出入口间水的动量矩的增量，即则

即为离心式水泵的理论压头方程式，又称为欧拉公式。第七页第八页，共21页。于是由此方程式可以看出：1)水从叶轮中所获得的能量，仅与水在叶轮进口及出口处的运动速度有关，与水在流道中的流动过程无关。如果水在叶轮进口时没有扭曲，即=900=0，这时公式可改写为：

2)理论扬程Hl与u2有关，而=因此，增加转速n和加大叶轮直径D2，可以提高水泵的理论扬程。

3)流体所获得的理论扬程Hl与流体种类无关。对于不同流体，只要叶轮进、出口处流体的速度三角形相同，都可以得到相同的Hl。第八页第九页，共21页。3.离心式通风机理论压头与理论流量的关系式，式中4.离心式水泵的理论压头线离心式水泵的叶轮的叶片型式有三种，即前弯式、后弯式和径向叶片。第九页第十页，共21页。在几何尺寸、转速以及流体进入叶片运动情况相同的条件下，三种叶片的工作状态分析如下：1)理论压头的关系根据离心式水泵欧拉方程分析可知，前弯叶片c2u>u2,后弯叶片c2u<u2，径向叶片c2u=u2。所以前弯叶片产生的理论压头最高，后弯叶片产生的理论压头最低，径向叶片居中。2)叶轮流道与效率的关系就叶轮流道阻力而言，后弯叶片因流道长，断面变化的扩散角小，流动结构变化缓慢，所以流动能量损失最小，效率最高。相反前弯叶的流道短而宽，断面变化的扩散角大，流动结构变化剧烈，流动阻力较大，流动损失也大，效率是三种叶片中最低的；径向叶片的叶轮效率居中。第十页第十一页，共21页。3)理论压头与理论流量的关系⑴前弯叶片，β2>90º，cotβ2<0,故Hl=A+BQl；理论压头随理论流量增加而增大，即Hl随着Ql的增加而增加，是一条上升的直线。⑵径向叶片，β2＝90ºcotβ2＝０B＝０故Hl=A；理论压头为定值不变，即Hl不随着Ql的增加而变化，是一条与横坐标平行的直线。⑶后弯叶片β2<90ºcotβ2>0B>0故Hl=A-BQl；理论压头与理论流量成反比，是一条下降的直线。三种不同叶型叶片工作特性分析比较结果见下表第十一页第十二页，共21页。

不同叶型叶片工作特性的比较比较项目叶片型式前弯径向后弯理论总压头大中小静力压头/总压头小中大叶道阻力损失大中小理论总压头随理论流量变化情况升高不变降低理论功率随理论流量变化情况急剧增大逐渐增大开始增大逐渐趋缓综上分析，在实践中通常使用后弯叶片叶轮，β2一般在２０o～２5o之间，叶片数一般为５～７片。第十二页第十三页，共21页。离心式水泵的实际压头及特性曲线1.有限多叶片的影响式中K——环流系数，一般K=0.6～0.9。第十三页第十四页，共21页。2．能量损失的影响水流经水泵过流部件时的能量损失(水力损失)主要有下列两种：1)摩擦损失和扩散器损失摩擦损失为

扩散器损失为所以摩擦损失和扩散器损失为式中——摩擦和扩散损失系数。2)冲击损失和涡流损失冲击损失和涡流损失hq的大小与水泵运转时流量Q和设计流量Qe之差的平方成正比，即

第十四页第十五页，共21页。离心式水泵实际特性曲线

第十五页第十六页，共21页。三、离心式水泵的效率根据能量损失的形式不同，可将离心式水泵的损失分为机械损失、容积损失和水力损失三种。1．机械损失和机械效率水泵在运转时存在着机械损失。它包括轴与轴承和填料间的摩擦阻力损失；叶轮在泵腔内的水中转动时产生的圆盘摩擦损失；以及因级间泄漏而增加的功率损耗。机械损失的大小用机械效率来衡量。水泵的机械效率为

第十六页第十七页，共21页。Hl/——叶轮叶片有限多时水泵的理论压头，m；Ql/————叶轮叶片有限多时水泵的理论流量，即

式中PZ——水泵轴功率，ΔPm——机械损失功率，——叶轮叶片厚度使叶轮出口断面缩小的系数，称为收缩系数。第十七页第十八页，共21页。2．容积损失和容积效率当水流过叶轮时，由于叶轮对水做功，使水的能量(压力能和速度能)增大。但得到能量后的水，不是全部流到排水管中，而有少量的高压水通过动静部件的间隙(如在叶轮入口处、平衡孔或平衡盘处以及级间隙等处)重新流回到低压区，使水泵的实际流量小于理论流量。这种因间隙泄漏而造成的能量损失叫做容积损失。容积损失的大小用容积效率来衡量。水泵的容积效率为式中Q、ΔQ——实际流量与泄漏流量，