第十一章離心泵

1、1離 心 泵v概述v離心泵的工作原理和基本構造v離心泵的基本性能參數(shù)v離心泵的基本方程式v離心泵的性能曲線v離心泵裝置的工況v水泵相似律和比轉數(shù)v切削葉輪改變泵的性能v離心泵并聯(lián)及串聯(lián)工作v離心泵吸水條件和汽蝕v離心泵的引水方法 流體輸送機械流體輸送機械流體輸送機械 為流體提供能量的機械。 泵 輸送液體機械； 風機或壓縮機 輸送氣體機械。 水泵按作用原理分三類:1.葉片式水泵利用裝有葉片的葉輪,在高速旋轉時完成對液體的輸送。屬于這一類的主要有離心泵、軸流泵、混流泵等。 2.容積式水泵：依靠改變泵體工作室的容積來達到輸送液體的目的。有活塞式往復泵、柱塞式往復泵、轉子泵等。.其它類型水泵：把不屬于

2、上述兩類的水泵全部歸納為本類。主要有螺旋泵、射流泵（又稱水射器）、水錘泵、水輪泵、氣升泵等。 3 圖 葉片式泵結構示意圖（a）離心泵示意圖 1葉輪；2壓出室；3吸入室；4擴散室 （b）軸流泵示意圖 1葉輪；2導流器；3泵殼 （c）混流泵示意圖 1葉輪；2導葉離心泵的分類v按吸水方式可分為單面吸水泵（葉輪一面進水）和雙面吸水泵（葉輪兩面進水）；v按裝置方式分為臥式泵（泵軸水平安裝）和立式泵（泵軸豎直安裝）；v按葉輪級數(shù)分為單級泵（單個葉輪）和多級泵（多個葉輪串聯(lián)）；v按輸送水質(zhì)分為清水泵、污水泵和耐腐蝕泵；離心泵的工作原理離心泵的工作原理工作原理： 在離心力的作用下，高速流體在渦形通道截面逐漸增

3、大，動能轉變?yōu)殪o壓能，液體獲得較高的壓力，進入壓出管;與此同時，葉輪中央液體被離心力甩向外部，產(chǎn)生真空，因此在水源水面大氣壓的作用下，水就通過吸水管進入進水口，或者說水從進水口“吸”進來。這樣連續(xù)不斷地出水和進水就構成了水泵的連續(xù)工作。 6 圖 單級單吸臥式離心泵 1葉輪；2泵軸；3鍵銷；4泵殼；5泵座；6灌水孔；7放水孔；8接真空表孔；9接壓力表孔；10泄水孔；11填料盒；12減漏環(huán)；13軸承座；14壓蓋調(diào)節(jié)螺栓；15傳動輪 離心泵的基本構造離心泵的基本構造1.1.葉輪葉輪 一般可分為單吸式葉輪和雙吸式葉輪兩種。通常大流量的離心泵大都采用雙吸式葉輪。 圖 單吸式葉輪 圖 雙吸式葉輪1前蓋板；

4、2后蓋板；3葉片；4葉槽； 1吸入口；2輪蓋；3葉片；5吸水口；6輪轂；7泵軸 4輪轂；5軸孔8按其蓋板型式分類按其蓋板型式分類: 圖 葉輪形式（a）封閉式葉輪；（b）敞開式葉輪（c）半開式葉輪v封閉式兩側都有蓋板，適用于輸送潔凈水的清水泵； v半開式只有一塊蓋板 v敞開式無完整的蓋板 沒有封閉的流道，它們的特點是雜物不容易堵塞流道，且易檢修和去除污物，適用于抽送泥漿、污水等含有雜物的液體。 v2泵體通常做成蝸殼形。蝸殼內(nèi)部的流道，從隔舌起順著葉輪的轉動方向，水流斷面逐漸增大，泵體也稱泵殼 。v3泵軸帶動葉輪旋轉的部件，它通過鍵銷來帶動。而泵軸則由電動機等來驅動。v4軸承套在泵軸上支撐泵軸的部

5、件。單級單吸離心泵在吸水端沒有軸承支撐，成為懸空的，所以又稱為懸臂式離心泵。單級單吸臥式離心泵 1葉輪；2泵軸；3鍵銷；4泵殼；5泵座；6灌水孔；7放水孔；8接真空表孔；9接壓力表孔；10泄水孔；11填料盒；12減漏環(huán)；13軸承座；14壓蓋調(diào)節(jié)螺栓；15傳動輪 v5 5密封環(huán)密封環(huán)起密封作用。在葉輪（轉動部分）進口外緣和泵殼（固定部分）內(nèi)緣之間必然有間隙。為了既要保持較小的間隙，盡量減少漏水損失，同時又不致磨損泵殼或葉輪。又稱減漏環(huán)v6 6填料函填料函在泵軸和泵殼之間必然存在有間隙，為了防止泵內(nèi)的水漏出泵外或泵外的空氣漏進泵內(nèi)，在泵殼與泵軸之間，設置密封裝置，叫做填料函或培根箱。v為了使填料堵

6、的緊密，在填料外面還要加一壓蓋，通常松緊控制使泵軸既能較輕松地轉動，同時又只有微量滴水。v7 7軸向力平衡措施軸向力平衡措施單吸式離心泵，由于其葉輪不對稱，所以在工作時葉輪兩側的壓力不相等，形成了指向吸入端的軸向推力。采用專門的軸向力平衡裝置來解決。否則會引起泵軸和葉輪的軸向竄動，導致零部件的磨損，引起震動和噪音。v要消除這個軸向推力，在葉輪后蓋外側安裝上密封環(huán)，同時在后蓋板上開平衡孔。后蓋外側的水經(jīng)密封環(huán)后壓力下降，并經(jīng)平衡孔流回葉輪中去，使葉輪后蓋板上的壓力與前蓋板接近，剩下的軸向力由止推軸承承受，從而使軸向力得以平衡。 圖 軸向推力 1排出壓力；2加裝的減漏環(huán)； 3平衡孔； 4泵殼上的減

7、漏環(huán)離心泵的基本性能參數(shù)離心泵的基本性能參數(shù) 1.1.流量流量-水泵在單位時間內(nèi)所輸送液體的體積，以符號Q表示。 m3/h; 2. 2.揚程揚程-單位重量液體通過水泵后其能量的增值，即單位能的增值。以符號H表示. m.水泵揚程的確定水泵揚程的確定v當設計新建輸水系統(tǒng)，所需要的水泵揚程為:v v式中：H0 靜揚高；vhw1 吸水管的水頭損失；vhw2 壓水管的水頭損失；vhw 吸、壓水管的水頭損失之總和。 wwwhHhhHH0210對于運轉中的水泵，所需揚程H為 如果p1為真空度，p1則為負值，h W = 0，v1=v2，h=0。VMVMhgppzzH1212whgvvgppzzH2212212

8、12離心泵的基本性能參數(shù)離心泵的基本性能參數(shù)3 3軸功率軸功率-原動機輸送給水泵的功率，以符號N表示，常用單位為千瓦。v有效功率有效功率-水泵傳輸給液體的功率。有效功率通常以符號Nu表示，計算公式：QHNu4效率效率水泵的有效功率與軸功率之比值； v由此可得到水泵的軸功率：%100NNuQHNNu離心泵的基本性能參數(shù)離心泵的基本性能參數(shù)5轉速轉速水泵葉輪的轉動速度，以符號n表示。單位為轉/分鐘。v各種水泵都是按一定的轉速來進行設計的，如果使用時水泵的實際轉速不同于設計轉速時，則水泵的其它性能參數(shù)（如流量Q、揚程H、軸功率N等）也將會按一定的規(guī)律變化。6允許吸上真空高度允許吸上真空高度指水泵在標

9、準狀況下（即20，一個標準大氣壓）運轉時，水泵所允許的最大吸上真空高度。以符號HS表示，單位為米水柱。v氣蝕余量氣蝕余量指水泵進口處，單位重量液體所具有超過飽和蒸汽壓力的富裕能量。以符號HSV表示，單位為米水柱。離心式清水泵v型號 12Sh-28A 轉數(shù) 1450轉/分 v揚程 10米 效率 78% v流量 684米3/小時 軸功率 23.9千瓦 v允許吸上真空高度 4.5米 重量 660公斤 v出廠編號 出廠日期 v生產(chǎn)廠家v銘牌上型號12Sh-28A的意義：v12吸水口直徑為12英寸。vSh單級雙吸臥式離心清水泵。v28比轉數(shù)被10除的整數(shù)，即比轉數(shù)為280左右。vA表示該水泵的葉輪已經(jīng)切

10、削小了一檔。 國際標準ISO2825vIS8065160，v其意義為vIS國際標準單級單吸清水離心泵。v80水泵吸入口直徑（mm）。v65水泵出口直徑（mm）。v160水泵葉輪名義直徑（mm）。離心泵的基本方程式v液體在離心泵中的運動，可分解為兩種運動速度。v牽連速度牽連速度隨著葉輪旋轉而旋轉的速度，用u表示；v相對速度相對速度相對于葉輪的速度，用W表示。v絕對速度絕對速度液體相對于固定的泵殼的運動速度，是兩個速度的合成，用C表示。20v液體牽連速度方向和葉輪上的圓周切線方向一致，液體相對速度方向和葉片方向相切，而液體絕對速度的方向則為牽連速度和相對速度合成速度的方向。v可以繪制水泵葉輪中任何

11、一個位置上的液體速度三角形，最有用的是液體在葉輪進口和出口的速度三角形。其中，足標“1”表示葉輪進口，“2”表示葉輪出口。 v根據(jù)出水角 的大小不同，可分為三種類型:v當 90時，葉片與旋轉方向呈前彎式；v當 =90時，葉片與旋轉方向呈徑向式；v當 90時，葉片與旋轉方向呈后彎式。v 角的大小反映了葉片的彎度，是構成葉片形狀和葉片性能的一個重要數(shù)據(jù)。在實際工程中，使用的葉片大多為后彎式葉片。22222離心泵基本方程式 v基本方程式的推導。作以下假定：v液流是恒定流。運動要素均不隨時間變化；v液流為理想液體。不考慮水頭損失；v葉片厚度為無窮薄，葉片的數(shù)量為無窮多。葉槽中葉輪同半徑處液流的同名速度

12、相等。v根據(jù)動量矩定律，控制體上所受的合力對某一點的力矩等于單位時間內(nèi)流出和流入該控制體的動量對該點的力矩之差。 111222coscosrCrCQMT2311221uCuCgHuuTv下標T表示理想情況下的參數(shù)uCCcosTTTHQMN1122rCrCQMHQuuTTTur離心泵的基本方程式，也稱歐拉方程 v由于:v得到:v代入:基本方程式的討論v為了使水泵的揚程最大，應使C1u=0。即進口處液體必須徑向流入葉輪即 ，v理論揚程HT的大小取決于圓周速度u2和切向速度C2u，由于 所以增大葉輪直徑D2，提高轉速n，減小 ， 都可以提高離心泵的揚程。水泵制造廠一般選用615。019022222c

13、os,60CCnDuu2,122uCugH 基本方程式的討論v離心泵的理論揚程與被輸送介質(zhì)的容重無關，即同一臺離心泵，輸送不同的流體，所產(chǎn)生的理論揚程值是完全一樣的。但水泵所消耗的功率卻是不相同的。流體容重越大，水泵消耗的功率也越大。因此，當輸送流體的容重不同，而理論揚程相同時，原動機所須供給的功率消耗是完全不相同的。,122uCugH HQN基本方程式的討論v水泵的揚程是由兩部分組成，一部分為勢揚程（H1），另一部分為動揚程（H2)。在實際應用中，由于動能轉化為壓能過程中，伴有能量損失，因此，動揚程在水泵總揚程中所占比例越小，泵內(nèi)部的能量損失也就越小，水泵的效率就越高。21212222212

14、122222HHgCCgWWguuHT112222212122122pzpzgWWguuHgCCH221222基本方程式的修正 假定與實際的差異v基本方程式是基于三個假定而導出的，與實際流動存在差異。v實際葉輪的葉片數(shù)通常為212片。當葉輪旋轉時，流道中的液流由于慣性，有保持原來狀態(tài)的趨勢，即有相對于葉輪作反向旋轉的趨勢。同時葉片的兩側還存在著壓強差。所在流道中就形成 反旋現(xiàn)象，流道中的液流 不可能保持均勻一致，所 以同半徑處的同名速度不 完全相等。28v修正后的理論揚程為 ，它與原理論揚程之間的關系為：v v式中，p為修正系數(shù)，由經(jīng)驗公式確定。v由于實際液體在流動時會有水力損耗（如葉輪進、出

15、口的沖擊，葉槽中的紊動，彎道和摩阻損失等），因此水泵的實際揚程應為：v v 其中， 稱為水力效率（%）。pHHTT1pHHHThTh1hTH離心泵的特性曲線離心泵的特性曲線02900290一、離心泵的理論特性曲線一、離心泵的理論特性曲線v在轉速n一定時，HT、NT、與QT的關系曲線。v HTQT性能曲線HTQT02902ctgBQAHTT離心泵的特性曲線離心泵的特性曲線vNTQT性能曲線 2ctgBQAQHQNTTTTTNTQT029002900290 離心泵的特性曲線離心泵的特性曲線二、離心泵的實際特性曲二、離心泵的實際特性曲線線 當轉速當轉速n n一定時一定時 考慮了水力損失、容積考慮了水

16、力損失、容積損失和機械損失損失和機械損失H、N、 與與Q的關系曲線的關系曲線 H NQH Q QN Q最高效率點為工作點最高效率點為工作點性能曲線的比較性能曲線的比較vQH性能曲線形狀大致有兩種(駝峰型由于工作的不穩(wěn)定應盡量避免)v較平坦的-流量變化大而揚程變化小. 可用于自來水 廠二級泵站。 較陡降的-揚程變化大而流量變化小，可用于自來水廠一級泵站。HQ 離心泵裝置的工況離心泵裝置的工況一、管路系統(tǒng)特性曲線一、管路系統(tǒng)特性曲線220SQlQShhhjfwdlgAS2212SQHhHHSTwST 二、二、離心泵裝置的工況點（圖解法）QH泵特性曲線泵特性曲線管路特性曲線管路特性曲線工作點工作點M

17、HMQM35三、離心泵裝置的工況點的變化v離心泵裝置的工況點，是建立在水泵和管道系統(tǒng)能量平衡上。而一旦這種平衡關系被破壞，則離心泵裝置的工況點也必然會改變。v工況點的調(diào)節(jié)從兩方面考慮：v改變管道性能曲線水位變化、閥門調(diào)節(jié)等v改變水泵性能曲線改變水泵轉速、切削葉輪等。v利用水泵出水閥門進行工況點的調(diào)節(jié)，稱閥門調(diào)節(jié)。是一種作為臨時性或小型泵調(diào)節(jié)的常用方法 36水泵相似律 一、水泵葉輪相似的條件 v幾何相似幾何相似相似泵的各對應尺寸成同一比例，且相應的葉片傾斜角相等。 式中 任一線性尺寸的比例尺； D1、D2、b 為實際泵的葉輪內(nèi)徑、外徑及寬度； D1m、D2m、bm 為模型泵的葉輪內(nèi)徑、外徑及寬度

18、。mmmbbDDDD221137v運動相似運動相似相似泵的兩葉輪對應點上水流的同名 速度方向一致，大小成比例。即兩水泵對應的速度三角形相似。mmmmrrmuunnnDnDuuCCCC2222222238相 似 定 律相同效率v在相似工況下，兩泵性能參數(shù)之間的關系稱為相似定律。1流量之比：v流量之比與轉速的一次方及葉輪直徑的三次方成正比。2揚程之比：v揚程之比與轉速和葉輪直徑的平方成正比。3軸功率之比：v軸功率之比與轉速的三次方及葉輪直徑的五次方成正比。 mmnnQQ3222mmnnHH335mmnnNN 離心泵相似律的應用離心泵相似律的應用 比例定律：兩臺泵幾何尺寸一樣，或同一臺泵比例定律：兩

19、臺泵幾何尺寸一樣，或同一臺泵mmnnQQ2)(mmnnHH3)(mmnnNN40比轉數(shù)nsv比轉數(shù)對水泵葉輪進行分類v比轉數(shù)的意義是：在最高效率下，將水泵的幾何尺寸按比例縮小，縮小到當有效功率Nu=1馬力，揚程Hm=1m，流量Qm=75Nu/Hm=0.075m3/s，這時模型泵的轉數(shù)就稱為比轉數(shù)v各變量的單位為： n轉/分；Qm3/s；Hm。v應用時應注意：1Q、H為最高效率時的參數(shù)，即設計工況點；2Q、H是指單級、單吸泵的參數(shù)。若為多級泵，如四級泵，則揚程應取H/4；若為雙吸泵，流量應取Q/2。 4365. 3HQnns 41例 已知12sh-13型泵，額定參數(shù)為：Q=220L/s，H=32

20、.2m，n=1450轉/分，試核算其比轉數(shù)ns。解： 由于是雙吸式水泵，所流量應取Q/2=110L/s，v例 一臺D型多級泵，葉輪級數(shù)為8級，已知最高效率時Q=280m3/h，H=520m，n=1450轉/分，求比轉數(shù)ns。v解： 泵的單級揚程為，所以有：64)8520(3600/280145065. 343sn 1302 .3211.0145065.343sn 42比轉數(shù)的意義v比轉數(shù)ns小，表示流量Q小，揚程H大；而ns大，則表示Q大，H小。因此，知道了ns，就可大致知道Q與H的關系。如12sh-6和12sh-28，前者比轉數(shù)ns=60，后者為280，由于進口直徑一樣，就可知流量差不多一樣

21、大。而由于前者比轉數(shù)比后者小，所以，應該前者的H大，后者的H小。查樣本可知，H1=90m，H2=12m。v根據(jù)比轉數(shù)的大小，對葉片泵進行分類： v ns=50350，為離心泵； ns=350500，為混流泵； ns=5001200，為軸流泵。 4344比轉數(shù)的意義v比轉數(shù)ns的不同，還能反映水泵特性曲線的形狀不同。v曲線：隨著ns的增大，曲線逐漸變陡。45vQN曲線：隨著ns的增大，曲線逐漸平坦，但ns大到一定數(shù)值時，曲線重新變陡。所以，ns小的葉片泵，為避免啟動電流過大，應閉閘啟動。vQ曲線：比轉數(shù)ns小，曲線平坦，高效區(qū)寬，經(jīng)濟性能好。而比轉數(shù)ns愈大，高效區(qū)愈窄。46切削葉輪改變泵的性能

22、切削葉輪改變泵的性能v切削調(diào)節(jié)沿外徑車小水泵的葉輪，可以改變水泵 的性能曲線，擴大水泵的使用范圍。v切割定律：切割定律：v切削量切削量22DDQQ222)(DDHH322)(DDNN %100%222DDD47離心泵并聯(lián)工作 v并聯(lián)工作幾臺水泵向一條公共管道供水 特點：v增加供水量；v增強供水可靠性；v調(diào)節(jié)水量方便。v并聯(lián)工作計算規(guī)則：v流量規(guī)則：Q并=Q1+Q2；v揚程規(guī)則：H并=H1=H2。48水泵并聯(lián)運行的效率并聯(lián)臺數(shù)過多會使工作點移出水泵的高效區(qū)范圍。 49離心泵串聯(lián)工作v串聯(lián)工作后一臺水泵的吸水管接在前一臺水泵的 壓水管上。v特點：增加揚程，有時還可增加流量。v串聯(lián)工作計算規(guī)則：v流

23、量規(guī)則：Q串=Q1=Q2；v揚程規(guī)則：H串=H1+H2。v多級泵多個葉輪 串聯(lián)起來的水泵。 離心泵汽蝕現(xiàn)象離心泵汽蝕現(xiàn)象汽蝕現(xiàn)象汽蝕現(xiàn)象葉輪旋轉時，如進口處的壓強降到等于或小于液體汽化壓強時，就會有蒸汽及溶解在液體中的氣體大量逸出，形成許多由蒸汽和氣體混合的小氣泡。并隨液體流到高壓區(qū)時，氣泡受壓會突然破裂，液體質(zhì)點從四周向氣泡中心作加速運動，質(zhì)點互相撞擊。形成強烈地局部水擊現(xiàn)象，瞬間的局部水擊壓力可達數(shù)十MPa。若這種撞擊在金屬表面的附近發(fā)生，就會對金屬產(chǎn)生頻率高、壓力大的水擊作用。導致葉輪表面產(chǎn)生腐蝕，出現(xiàn)蜂窩狀的麻點和孔洞。汽蝕危害汽蝕危害汽蝕產(chǎn)生時，水泵將有很大的噪音和震動，水泵性能明顯

24、變壞，流量Q、揚程H、效率急劇下降，甚至抽不上水。 離心泵的安裝高度離心泵的安裝高度離心泵的安裝高度離心泵的安裝高度HSS1.允許吸上真空度允許吸上真空度HS wSSShgvHH220當容器敞口時當容器敞口時1SSH Hs的校正的校正 如果水泵不在標準條件下運轉，必須根據(jù)如果水泵不在標準條件下運轉，必須根據(jù)變化了的實際條件把變化了的實際條件把HS值進行修整值進行修整。 ha 實際大氣壓；實際大氣壓；m；ht 實際溫度下水的汽化壓力實際溫度下水的汽化壓力；m HS 水泵廠給定的允許吸上真空高度水泵廠給定的允許吸上真空高度； m HS 修正后的允許吸上真空高度修正后的允許吸上真空高度； m 24.

25、 033.10taSShhHH2. 氣蝕余量氣蝕余量hgpgvgphV)2(211fVsshhgppH0fsshgvgpHgp22110fsshgvgpgpH)2(2110例題：某離心泵在樣本中查得允許吸上真空例題：某離心泵在樣本中查得允許吸上真空度為度為6m，現(xiàn)將泵安裝在海拔高度現(xiàn)將泵安裝在海拔高度500m處，處，水溫水溫40度，問度，問（1 1）修正后的）修正后的Hs? ?（2 2）若吸入管路壓頭損失為）若吸入管路壓頭損失為1m，流速水頭為，流速水頭為0.2m，該泵安裝在離水面，該泵安裝在離水面5m5m高處是否合適？高處是否合適？解：解： 水水40，ht = 0.75mH2o, 500 m

26、處處 ha = 9.70 mH2O， Hs=Hs - (10.33 -ha) - (ht - 0.24) =6 - (10.33-9.70)-(0.75-0.24) = 5.88m Hss = Hs v2/ 2g hf = 5.88 0.2 1 = 4.68 m 計算的允許安裝高度值計算的允許安裝高度值( (4.68m) )低于實際安低于實際安裝高度值裝高度值( (5m),),因此泵安裝高度不合適。因此泵安裝高度不合適。例題：例題： 用油泵從貯罐向反應器輸送異丁烷，密度用油泵從貯罐向反應器輸送異丁烷，密度530 kg / m3，罐內(nèi)液面恒定，且上方絕對壓，罐內(nèi)液面恒定，且上方絕對壓強為強為86.5 kPa ，吸入管壓頭損失為，吸入管壓頭損失為1.6m，飽和蒸汽壓為飽和蒸汽壓為65 kPa，泵的氣蝕余量泵的氣蝕余量3.5m，