离心泵工作原理[1]

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1、联系方式：联系方式：15773249446李洪峰、谢建波李洪峰、谢建波 编制编制能源与动力能源与动力离心泵第一节离心泵的工作原理和性能特点3-1-1 离心泵的工作原理 主要工作部件是叶轮和泵壳。叶轮通常是由57个弧形叶片和前、后圆形盖板所构成。叶轮用键和螺母固定在泵轴的一端。固定叶轮用的螺母通常采用左旋螺纹，以防反复起动因惯性而松动。轴的另一端穿过填料箱伸出泵壳，由原动机带动。泵壳呈螺线形，亦称螺壳或蜗壳。图3-1 悬臂式单级离心泵3-1-1 离心泵的工作原理 充满在泵中的液体随叶轮回转，产生离心力，向四周甩出 在叶轮中心形成低压，液体便在液面压力作用下被吸进叶轮。从叶轮流出的液体，压力和速度

2、增大。蜗壳-汇聚并导流。扩压管A增大，流速降低，大部分动能变为压力能，然后排出。叶轮不停回转，吸排就连续地进行 液体通过泵时所增加的能量，是原动机通过叶轮对液体作功的结果。3-1-2 液体在叶轮中的流动情况 为研究简化，我们假定：(1)液体由无限多个完全相同的单元流束所组成 所有液体质点流动轨迹都相同，都与叶片断面相符合，在相同半径上各液体质点的流动状态亦均相同。这只有在叶片无限多、厚度无限薄且断面形状完全相同的理想叶轮中才可能实现。(2)液体在流动时没有摩擦、撞击和涡流损失 设液体为无粘性的理想液体，液流处于无撞击、旋涡的理想工况3-1-2 离心泵的扬程方程式 叶轮带动液体高速旋转而将机械能

3、传给液体（delivery lift or delivery head）所产生的扬程与叶轮尺寸和转速密切相关，而流量又明显地会随工作扬程而改变。需要研究决定离心泵扬程的各种因素以及扬程与流量的关系 即研究离心泵的扬程方程式3-1-2 液体在叶轮中的流动情况 叶轮以回转时，液体质点有两种运动：圆周速度-随叶轮运动的速度，用u表示；相对速度-相对于叶轮的运动速度，用w表示,它与叶片型线相切。绝对速度-相对于泵壳的运动速度；是u和w的向量和。液体质点进出叶轮时的绝对运动路径即可由图中的A。C。表示。3-1-2 液体在叶轮中的流动情况 叶轮中任一质点的三个速度向量u、w、c都构成为一个速度三角形，如图

4、 C和u间的夹角用表示 w和u反方向的夹角用表示；C的周向分速度用Cu表示 C的径向分速度用Cr表示3-1-2 液体在叶轮中的流动情况 各符号下角标1者，指叶轮进口的参数 加下角标2者，指在叶轮出口的参数。在叶轮中各处，速度三角形中u、w的方向都已确定，而U=nD/60vrDBQAQc13-1-2 液体在叶轮中的流动情况 D质点所处位置的叶轮直径，mm；B质点所处位置的叶轮宽度，m；排挤系数(一般为0.750.95)，用以考虑叶片厚度使流道截面积减小的影响；v泵的容积效率。可见，当叶轮的流量、转速和尺寸既定后，叶轮内各处的速度三角形也就确定。vrDBQAQc13-1-2 扬程方程式 根据液体力

5、学知识，我们能推出扬程方程式：22222ctggcuguHrt由上图（叶片出口角对理论扬程的影响），和扬程方程式，我们可以得出以下结论扬程主要取决于叶轮的直径和转速泵的封闭扬程(Q=0)的理论值为:Ht=u2g，要提高H，必须增大D2或提高n D2关系到泵的外廓和重量 n受限于泵的汽蚀性能 离心泵n一般不超过800010000rmin 单级泵的H通常不超过150m离心泵的扬程随流量而变 当用径向叶片，即2=90时,即H与Q无关 当用后弯叶片，即2 0，Q增大则Ht减小 当用前弯叶片，即2 90时，Q增大则Ht增加guHt2222222ctggcuguHrt3-1-2 扬程方程式 比较以上三种情

6、况 尺寸和n相同的离心泵，在Q相同时，2（前弯）越大，H越高 表面上，以用前弯叶片为宜 实际中，考虑到各种损失，多用后弯叶片 Ht与所运送流体的性质无关（character）如果泵内是空气，空气密度仅为水的1800左右，泵能在吸排口间造成的压差就很小。例如H为100m的水泵，其排送空气时达到同样的H气，它只能在吸排口间产生1.268kPa的压差，在大气压下这只能将水吸上约12.9cm高。离心泵没有自吸能力图3-5 离心泵定速特性曲线理论分析3-1-3 流量-扬程曲线 Ht和Qt是下倾直线 Ht和Qt也是下倾直线（斜率小些）存在摩擦、旋涡、撞击等水力损失 沿程摩擦损失与流速(流量)的平方成正比

7、非设计工况进、出叶轮的撞击损失，(设计工况=零)Qt-H曲线为减除这两部分扬程损失后的曲线。3-1-3 流量-扬程曲线 漏泄造成的v 密封环内部漏泄和轴封外部漏泄 多级泵还存在级间漏泄 当泵设有平衡孔(管)或平衡盘时，有附加的容积损失。总漏泄量一般为理论流量的410 QH曲线为考虑了漏泄流量g后的损失3-1-3 流量-功率曲线 根据Qt和Ht，求出泵的水力功率 Ph=gQtHt 即可作出Qt一Ph曲线。如将Ph加上机械摩擦功率损失，即可得到理论流量与轴功率的关系曲线Qt一P。再将Qt一P曲线中的各Qt值减去相应的漏泄流量g，即可得到实际流量与轴功率的关系曲线Q一P3-1-3 流量-功率曲线 机

8、械损失包括:轴封及轴承的机械摩擦损失 约占轴功率的15，采用机械轴封时损失较小；叶轮的圆盘摩擦损失 是盖板使两侧液体因受离心力作用而形成回流所导致的能量损失 约占轴功率的210 它与叶轮D2的五次方和n的平方成正比。提高n和相应减小叶轮外径(H不变时）可减小圆盘摩擦损失。3-1-3 流量-效率曲线 根据Q一H曲线和Q一P曲线，求出每一流量时的效率=gQH/P 然后可得关系曲线Q图36 离心泵的定速特性曲线3-1-3实测的定速特性曲线 实际定速特性曲线是由制造厂通过实验测定的。(1)离心泵都用后弯叶片，其QH曲线趋势下倾。由于叶片出口角的不同，曲线形状可分为三类：3-1-3实测的定速特性曲线 陡

9、降形(高比转数)叶片出口角较小，H变化时Q变化较小 用于H变动又不希望Q变化的场合(舱底水泵压载泵等)平坦形(中低比转数泵)叶片出口角稍大，H变化时Q变化较大 用于那些经常需要调节Q而又不希望节流损失太大的场合(凝水泵、锅炉给水泵)3-1-3实测的定速特性曲线 驼峰形 叶片出口角较大 其Q一H曲线就比较平坦，而在小Q时撞击损失又大，于是QH曲线就会出现驼峰 有驼峰形QH曲线的泵，工作时可能发生喘振 应尽量避免使用 适当限制叶片出口角和叶片数，即可避免出现驼峰3-1-3实测的定速特性曲线(2)Q-P曲线向上倾斜 即轴功率随Q增大而增加。在Q=0时 轴功率最小（3550）这时泵的H(亦称封闭扬程)

10、也不很高 泵关闭排出阀起动电流较低，可减小电网电压的波动 但封闭运转时，效率为零，泵会发热3-1-4 管道特性曲线和泵的工况点 液体流过管道时所需的压头与流量间的函数关系 包括两个部分 位置头，压力头，与流量没有关系 消费于克服管道阻力 下图曲线A就是表明上述函数关系的管路特性曲线的一般形状2KQgppzhHHsrdru3-1-4 管道特性曲线和泵的工况点 静压头Hu是一条水平线 管路阻力h=Q2，是一条二次抛物线 倾斜程度取决于阻力 纵坐标起点位置取决于管路的静压头 当管路阻力变化，如K值增加，曲线变陡 如静压头变化，管路曲线相应向上平移3-1-4 管道特性曲线和泵的工况点 将特性曲线和管路

11、的特性曲线画在一张图上 QH曲线与管路特性曲线的交点即泵的工况点 点C工况产生的H正好等于液体以此工况的Q流过该管路时所需的压头 大多数离心泵的HQ曲线是向下倾斜，其工况点是稳定的3-1-4 管道特性曲线和泵的工况点 如干扰使泵的Q增加 泵工况点右移至D 产生的HD将不能满足较大Q流过该管路所需的HD，泵的流速和流量将随之减少，直至回到Qc，即工况点回到C为止。反之，Q减小，点左移，HD大于所需H，Q会增加，点又回到C。可见，是稳定工况点。3-1-4 管道特性曲线和泵的工况点 如Q一H是驼峰形，管路特性与Q一H会有两交点，靠左边的是不稳定工况点 当管路特性改变时，例如A或A”，工况点也会相应变

12、为C或C”如泵特性曲线发生改变，工况点也会改变 同一泵在管路情况改变时Q将发生较大变化 泵在额定工况下效率最高，应尽可能使泵在额定工况点附近工作。选择题1 下列泵中理论流量与排出压力有关的是 。A 往复泵 B 叶片泵 C 螺杆泵 D 离心泵2 下列泵中必须设置安全阀的是 。A 旋涡泵 B 齿轮泵 C 离心泵 D 水环泵3.离心泵的理论压头与 无关。A 泵的几何尺寸 B 叶轮的转速 C 液体的种类 D 液体的流速思考题4，离心泵的水力损失的含义是什么?它包括哪几部分损失?5为什么离心泵在设计工况运行时效率最高?6，根据离心泵特性图说明用节流调节法如何能减少流量。并指出节流造成的压头损失。7画出离

13、心泵特性图说明回流阀开启后，回流管路与主管路的合成特性曲线，并标出该3-1-5离心泵额定扬程和流量的估算 离心泵的H与叶轮出口处的u2有很大关系。铭牌失落的离心泵可按经验公式估算其额定扬程 式中，系数K：(115)X10-4 D2 叶轮外径 排送冷水的离心泵，设计的进口流速大约在3ms左右，因此其额定流量可按下面公式估算：式中，D。为泵吸口直径，（英寸）222DKnH 205DQ 3-1-6离心泵的优点1流量连续均匀，工作平稳 Q容易调节。所适用的Q范围很大，常用范围5 20000m3h。2转速高 可与电动机或汽轮机直接相连 结构简单紧凑，尺寸和重量比同样流量的往复泵小得多，造价低。3，对杂质

14、不敏感，易损件少,管理和维修较方便。无论在陆上或船上，离心泵的数量和使用范围超过了其它类型泵。3-1-6离心泵的缺点4本身没有自吸能力 为扩大使用范围 在结构上采取特殊措施制造各种自吸式离心泵 在离心泵上附设抽气引水装置。5泵的Q随工作扬程而变 H升高，Q减小 达到封闭扬程时，泵即空转而不排液 不宜作滑油泵、燃油泵等要求Q不随H而变的场合3-1-6离心泵的缺点6扬程由D2和n决定的，不适合小Q、高H 这要求叶轮流道窄长，以致制造困难，效率太低。离心泵产生的最大排压有限，故不必设安全阀。水泵系统常见故障及原因：水泵漏水，检查漏水部位 1.外套筒连接处，紧固泵头螺母，如不能消除，建议更换外套筒密封

15、圈 2.机械密封处漏水，更换机械密封，可能原因干转或密封质量问题。水泵噪音:1.泵内有异物，建议清除异物 2.流量跑位，建议关小阀门水泵系统常见故障及原因：电机噪音 电机缺油，加注油脂 电机轴承问题，更换轴承 水泵流量跑位，电机过载，关小水泵出口阀门水泵系统常见故障及原因：气蚀1.泵内或系统内气未排尽，解决办法排尽泵内的气2.流量跑位，解决办法关小出口阀门3.吸程过高或底阀漏，解决办法检查系统并整改水泵系统常见故障及原因：电机跳闸 1.检查电机对地及相间绝缘是否良好 2.电机控制相关元器件是否可靠正常 3.负荷是否过载水泵系统常见故障及原因：扬程流量达不到要求 1.泵内有气，对水泵排气 2.水

16、泵进口或出口堵塞，清除堵塞杂物 电机温度高或电流大 1.电机接线星三角是否接错 2.水泵是否在工作曲线范围内 低压区低压区产生气泡产生气泡高压区高压区气气泡破裂泡破裂产生局部真空产生局部真空水力冲水力冲击击发生振动、噪音，对部件产发生振动、噪音，对部件产生麻点、蜂窝状的破坏现象。生麻点、蜂窝状的破坏现象。离心泵的汽蚀离心泵的汽蚀一一离心泵汽蚀的危害离心泵汽蚀的危害 泵的流量泵的流量小于小于设计流量时，压设计流量时，压力最低的部位在此。力最低的部位在此。泵的流量泵的流量大于大于设计流量时，设计流量时，压力最低的部位在此。压力最低的部位在此。一、气蚀现象及危害一、气蚀现象及危害二、气蚀余量二、气蚀

17、余量h h 指泵的入口处的液体具有的压头与液体汽化时的压头指泵的入口处的液体具有的压头与液体汽化时的压头(饱和蒸汽压头饱和蒸汽压头p pv v /g g）之差。之差。又称又称NPSH静正吸上水头（静正吸上水头（Net Positive Suction Head）有效气蚀余量有效气蚀余量h ha a 泵工作时，实际具有的气蚀余量。泵工作时，实际具有的气蚀余量。必需气蚀余量必需气蚀余量h hr r 为避免气蚀所必需的气蚀余量。为避免气蚀所必需的气蚀余量。必需气蚀余量必需气蚀余量h hr r很难用理论准确求得，均用试验确定。等于试验中的临界气很难用理论准确求得，均用试验确定。等于试验中的临界气蚀余量

18、蚀余量h hc c 加上加上0.3m0.3m。（。（h hr r h hc c+0.3m+0.3m）必需气蚀余量必需气蚀余量h hr r取决于泵的结构型式和流量。取决于泵的结构型式和流量。必需气蚀余量必需气蚀余量h hr r和允许吸上真空高度均由试验得出，均来表示泵的吸入和允许吸上真空高度均由试验得出，均来表示泵的吸入性能好坏。性能好坏。4cavitationhahrH当有效气蚀当有效气蚀ha降到低于必需气蚀余量hr时，产生噪音、振动、压头明显降低，称不稳定气蚀区。当有效气蚀当有效气蚀ha进一步降低，噪音和振动并不强烈，压头和流量脉动消失，特性曲线呈一条下垂线，称“断裂工况”，也称“稳定气蚀”

19、。HQ三、气蚀特性曲线三、气蚀特性曲线cavitationha3hrHHQha2ha1Z Zs3s3Z Zs2s2Z Zs1s1不同的吸高不同的吸高Zs（Zs3 Zs3 Zs3）吸高吸高Zs越大，有效气蚀余量越大，有效气蚀余量ha越小，越小，断裂工况向小流量的方向移动泵，不发断裂工况向小流量的方向移动泵，不发生气蚀的流量范围越小。生气蚀的流量范围越小。有效气蚀余量有效气蚀余量ha三、气蚀特性曲线三、气蚀特性曲线cavitation四、防止气蚀的措施四、防止气蚀的措施避免发生气蚀的措施避免发生气蚀的措施）降低液体温度（使对应的液体饱和压力降低）；）降低液体温度（使对应的液体饱和压力降低）；）减小

20、吸上高度或变净正吸入为灌注吸入（使吸口压力增大）；）减小吸上高度或变净正吸入为灌注吸入（使吸口压力增大）；）降低吸入管阻力（采用粗而光滑的吸管，减少管路附件等）；）降低吸入管阻力（采用粗而光滑的吸管，减少管路附件等）；）关小排出阀或降低泵转速（降低流量）。）关小排出阀或降低泵转速（降低流量）。提高泵抗蚀性能的措施提高泵抗蚀性能的措施）改进叶轮入口处形状（加大进口直径、加大叶片进口边的宽度、）改进叶轮入口处形状（加大进口直径、加大叶片进口边的宽度、增大叶轮前盖板转弯处的曲率半径、采用扭曲叶片、加设诱导轮）；增大叶轮前盖板转弯处的曲率半径、采用扭曲叶片、加设诱导轮）；）采用抗蚀材料（铝铁青铜、）采

21、用抗蚀材料（铝铁青铜、2G2Gr r1313、稀土合金铸铁、高镍铬合、稀土合金铸铁、高镍铬合金）；金）；）叶轮表面光滑，叶片流道圆滑。）叶轮表面光滑，叶片流道圆滑。cavitation第三章第三章 离心泵离心泵第三节第三节 离心泵的相似理论和比转数离心泵的相似理论和比转数 1.离心泵的相似理论的作用：离心泵的相似理论的作用：对泵设计、研究和使用有重要意义，新产品设计时需要在其指导下进对泵设计、研究和使用有重要意义，新产品设计时需要在其指导下进行模型试验，以便验证和改进设计。在现有的产品资料基础上，利用相似行模型试验，以便验证和改进设计。在现有的产品资料基础上，利用相似关系来设计新泵，是快捷、可

22、靠的设计方法；关系来设计新泵，是快捷、可靠的设计方法；根据相似理论，可以了解泵在改变转速或线性尺寸时性能参数的变根据相似理论，可以了解泵在改变转速或线性尺寸时性能参数的变化关系；化关系；用相似理论可推导出离心泵的相似准则数用相似理论可推导出离心泵的相似准则数比转数，作为离心泵进比转数，作为离心泵进行分类的依据行分类的依据。确定两台泵液体流动相似，必须满足三个条件：确定两台泵液体流动相似，必须满足三个条件：（1）几何相似几何相似两泵过流部分各相应的几何尺寸比值相等两泵过流部分各相应的几何尺寸比值相等:zz 常数 44332211DDDDDDDD 离心泵的相似理论和比转数离心泵的相似理论和比转数A

23、A11AA22两泵同名安装角、叶片数、和厚度相等：两泵同名安装角、叶片数、和厚度相等：2.离心泵的相似条件离心泵的相似条件（2）运动相似）运动相似 两泵各对应点的相应速度方向相同，比值相等：两泵各对应点的相应速度方向相同，比值相等：nDnDuuuuwwwwcccc1122112211221111222.离心泵的相似条件离心泵的相似条件 几何相似是运动相似的前提，几何相似不一定运动相似几何相似是运动相似的前提，几何相似不一定运动相似,而运动相似则而运动相似则必必 定几何相似；如果几何相似，又运动相似，即两泵工况相似。定几何相似；如果几何相似，又运动相似，即两泵工况相似。1122两泵叶轮同名点速度

24、三角形相似：两泵叶轮同名点速度三角形相似：离心泵的相似理论和比转数离心泵的相似理论和比转数（3）动力相似）动力相似 两台泵在对应流体质点上同名力方向相同，比值相等。两台泵在对应流体质点上同名力方向相同，比值相等。流体主要受惯性力、粘性力、重力和压力的作用流体主要受惯性力、粘性力、重力和压力的作用只要前两种力相似就认为满足了动力相似的要求只要前两种力相似就认为满足了动力相似的要求由流体力学，惯性力和粘性力的相似准则是雷诺数由流体力学，惯性力和粘性力的相似准则是雷诺数Re。离心泵的离心泵的Re=D2u2。试验证明，在输送水或粘度不是特别大的油时，一般试验证明，在输送水或粘度不是特别大的油时，一般R

25、e105，阻力系数与，阻力系数与Re无无关。关。两台泵只要几何相似和运动相似一般都认为能满足动力相似的要求。两台泵只要几何相似和运动相似一般都认为能满足动力相似的要求。2.离心泵的相似条件离心泵的相似条件 离心泵的相似理论和比转数离心泵的相似理论和比转数两台满足相似三条件的离心泵，存在以下关系。两台满足相似三条件的离心泵，存在以下关系。1.流量相似关系流量相似关系 如果尺寸比值不是很大，满足相似三条件的离心泵如果尺寸比值不是很大，满足相似三条件的离心泵v=v，可得：，可得：vrvrcBDcBDQQ22222222322nnDDQQ 离心泵的相似理论和比转数离心泵的相似理论和比转数2.扬程相似关

26、系扬程相似关系3.功率相似关系功率相似关系 222222nnDDHH322522nnDDPP两台满足相似三条件的离心泵，存在以下关系。两台满足相似三条件的离心泵，存在以下关系。以上三式表达了满足相似三条件的离心泵各主要性能参数间的关系，以上三式表达了满足相似三条件的离心泵各主要性能参数间的关系，称为相似三定律。称为相似三定律。离心泵的相似理论和比转数离心泵的相似理论和比转数4.比例定律：对于一台泵，若输送的液体介质不变，其流量、扬程和功率随比例定律：对于一台泵，若输送的液体介质不变，其流量、扬程和功率随 转速的变化规律，转速的变化规律，称为比例定律称为比例定律。2121nnQQ22121)(n

27、nHH32121)(nnNN4.离心泵的比转数离心泵的比转数比转数通常指其额定工况的比转数。比转数通常指其额定工况的比转数。我国所用的单位是：我国所用的单位是：转速转速nrmin；流量；流量Q m3s:扬程扬程H m4/365.3HQnns 一个只包含泵的设计参数一个只包含泵的设计参数Q、H、n，而不包括几何尺寸的离心泵相似准，而不包括几何尺寸的离心泵相似准则数，称为比转数则数，称为比转数ns，即，即:国际标准中，以型式数国际标准中，以型式数K来代替比转数来代替比转数ns。43602gHQnKssnKKn0051759.0;2.193第三节第三节 离心泵的相似理论和比转数离心泵的相似理论和比转数1 1）n ns s小的泵，叶片小的泵，叶片较较“窄长窄长”，反之相，反之相反；反；2 2）n ns s小的泵，小的泵，H/QH/Q的比值较大，反之的比值较大，反之相反；相反；3 3）n ns s小的泵，小的泵，H HQ Q曲线较平坦，反之相曲线较平坦，反之相反；反；4)n4)ns s增大，增大，H-QH-Q曲曲线变陡、线变陡、P-QP-Q曲线曲线变平、高效区变变平、高效区变窄。窄。THE END THANKS EVERYONE