第二章離心泵

化工原理主講人:姜美英2/4/20231化工原理緒論第二章：液體輸送機(jī)械—離心泵一、離心泵的主要部件和工作原理二、離心泵的主要性能和特性曲線三、影響離心泵性能的主要因素四、離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)五、離心泵的串、并聯(lián)六、離心泵的安裝高度與氣蝕現(xiàn)象七、離心泵的安裝與注意事項(xiàng)2/4/20232化工原理緒論流體從低處→高處、低壓→高壓、近處→遠(yuǎn)處,需要對(duì)流體做功，增加流體的機(jī)械能，流體輸送機(jī)械的作用就是向系統(tǒng)補(bǔ)充所需機(jī)械能，用于流體的輸送或加壓第二章：液體輸送機(jī)械—離心泵2/4/20233化工原理緒論由于被輸送液體的性質(zhì),如黏性、腐蝕性、混懸液的顆粒等都有較大差別，溫度、壓力、流量也有較大的不同，因此，需要用到各種類型的泵。根據(jù)施加給液體機(jī)械能的手段和工作原理的不同，大致可分為四大類。泵的分類離心泵：依靠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的葉輪產(chǎn)生的離心力進(jìn)行工作往復(fù)泵：依靠作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞進(jìn)行工作旋轉(zhuǎn)泵：依靠旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行工作流體作用泵：依靠另一種流體進(jìn)行工作2/4/20234化工原理緒論液體輸送機(jī)械的分類其中離心泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流量大而且均勻、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在化工生產(chǎn)中的使用最為廣泛。本章重點(diǎn)講述離心泵、往復(fù)泵，對(duì)其它類型的泵作一般介紹。2/4/20235化工原理緒論一、離心泵的工作原理與主要部件1、離心泵的結(jié)構(gòu)葉輪泵殼電機(jī)泵軸排出口吸入管道吸入口軸封裝置泵單向底閥濾網(wǎng)2/4/20236化工原理緒論離心泵外形2/4/20237化工原理緒論（1）排出階段葉輪旋轉(zhuǎn)(產(chǎn)生離心力，使液體獲得能量→流體流入渦殼(動(dòng)能轉(zhuǎn)化成靜壓能)→流向輸出管路

（2）吸入階段液體自葉輪中心甩向外緣→葉輪中心形成低壓區(qū)→貯槽液面與泵入口形成壓差→液體吸入泵內(nèi)2、工作原理2/4/20238化工原理緒論氣縛現(xiàn)象：泵內(nèi)未充滿液體，氣體密度低，產(chǎn)生離心力小，在葉輪中心形成的低壓不足以將液體吸上離心泵無(wú)自吸能力，啟動(dòng)前必須將泵體內(nèi)充滿液體——灌泵離心泵的第一現(xiàn)象：2/4/20239化工原理緒論2/4/202310化工原理緒論1）葉輪：葉輪由6～12片葉片組成作用：把原動(dòng)機(jī)(電機(jī))的機(jī)械能傳遞給液體，提高液體的動(dòng)能和靜壓能。葉輪的類型3、主要部件及作用分類：按葉片兩側(cè)有無(wú)蓋板:閉式、半開(kāi)式、開(kāi)式2/4/202311化工原理緒論閉式葉輪：適用于輸送清潔液體，效率高開(kāi)式和半開(kāi)式葉輪：流道不易堵塞，適用于輸送含有固體顆粒的液體懸浮液，但效率低一般離心泵大多采用閉式葉輪2/4/202312化工原理緒論(a)后蓋板平衡孔單吸式雙吸式按吸液方式葉輪分為：?jiǎn)挝健㈦p吸式單吸式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，液體從葉輪一側(cè)被吸入雙吸式：吸液能力大，基本上消除軸向推力2/4/202313化工原理緒論

2）泵殼：蝸殼形作用：動(dòng)能→靜壓能，提高液體壓力,能量轉(zhuǎn)換裝置2/4/202314化工原理緒論3）軸封裝置作用：防止高壓液體外泄及外部空氣進(jìn)入泵內(nèi)。密封裝置分類：填料密封、機(jī)械密封比較：機(jī)械密封性能更好，但價(jià)格較高2/4/202315化工原理緒論②揚(yáng)程（泵的壓頭）指泵對(duì)單位重量（1N）的液體所提供的有效能量。用符號(hào)He表示，其單位為m液柱。離心泵壓頭取決于泵的結(jié)構(gòu)（葉輪直徑、葉片彎曲情況）轉(zhuǎn)速和流量，也與液體的密度有關(guān)。對(duì)于一定的泵在指定的轉(zhuǎn)速下，與qv之間存在一定關(guān)系.二、離心泵的性能參數(shù)與特性曲線①

流量：（送液能力）指單位時(shí)間內(nèi)泵排到管路系統(tǒng)中的液體體積，用符號(hào)qv

表示，其單位為m3/h或m3/s，其大小主要取決于泵的結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速等。注意與升揚(yáng)高度的區(qū)別1、主要性能參數(shù)2/4/202316化工原理緒論③功率：泵的有效功率是指單位時(shí)間內(nèi)液體從泵中葉輪獲得的有效能量，用符號(hào)Ne表示，單位為W或kW。因?yàn)殡x心泵排出的液體質(zhì)量流量為qm

,所以泵的有效功率為

液體泵電動(dòng)機(jī)軸功率有效功率2/4/202317化工原理緒論小型泵效率：50~70%；大型泵效率：90%左右④效率η：有效功率和軸功率的百分比能量損失包括：容積損失（泄漏、倒流、重復(fù)做功）、機(jī)械損失（摩擦）、水力損失（局部能量損失）2/4/202318化工原理緒論

離心泵典型的特性曲線2、離心泵的特性曲線及影響因素分析（1）離心泵的特性曲線2/4/202319化工原理緒論（C）η-Q曲線：存在最高效率點(diǎn).設(shè)計(jì)點(diǎn)：最高效率點(diǎn)。（A）H-qv

曲線：qv↑，H↓選用離心泵，盡可能在高效區(qū)內(nèi)工作離心泵典型的特性曲線（2）泵的共性（特性曲線的共同點(diǎn)）：（B）N-qv

曲線:qv↑，N↑關(guān)出口閥啟動(dòng)目的：減小啟動(dòng)電流,防止燒壞電機(jī)。2/4/202320化工原理緒論FI-03FI-01FI-02離心泵性能曲線測(cè)定裝置圖（3）離心泵性能曲線實(shí)驗(yàn)測(cè)定2/4/202321化工原理緒論①測(cè)定原理

②測(cè)定數(shù)據(jù)

不同流量下真空表、壓力表、功率表的讀數(shù)③繪制曲線2/4/202322化工原理緒論（4）液體物性對(duì)離心泵特性曲線的影響

流體密度變化時(shí)，應(yīng)校正N-Q曲線①、密度對(duì)泵特性曲線的影響2/4/202323化工原理緒論

②粘度對(duì)泵特性曲線的影響

定性分析：③葉輪轉(zhuǎn)速對(duì)特性曲線的影響同一臺(tái)離心泵，轉(zhuǎn)速改變，特性曲線也發(fā)生變化比例定律：適用：葉輪轉(zhuǎn)速變化不超過(guò)20%2/4/202324化工原理緒論④葉輪直徑對(duì)特性曲線的影響切削法：同一型號(hào)的泵，可通過(guò)切削葉輪直徑，而維持其余尺寸（包括葉輪出口截面積）不變來(lái)改變泵的特性曲線的方法切削定律：在葉輪直徑變化不大（不超過(guò)5%）時(shí)適用2/4/202325化工原理緒論三、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)1．管路的特性曲線:每種型號(hào)的離心泵在一定轉(zhuǎn)速下，都有其自身固有的特性曲線。但當(dāng)離心泵安裝在特定管路系統(tǒng)操作時(shí)，實(shí)際的工作壓頭和流量不僅遵循特性曲線上二者的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而且還受管路特性所制約。

管路特性曲線：表示流體通過(guò)某一特定管路所需要的壓頭與流量的關(guān)系。19如圖所示，若兩液面皆維持恒定，則流體流過(guò)管路所需要的壓頭為:因?yàn)?/4/202327化工原理緒論對(duì)于固定的管路和一定的操作條件，

為固定值，與管路中的流體流量無(wú)關(guān)。管徑不變,

用A表示用B表示即管路特性曲線方程。20所以上式可寫(xiě)成

討論①曲線在H軸上截距；管路所需最小外加壓頭；②高阻管路，曲線較陡；低阻管路曲線較平緩。③管路特性曲線的形狀由管路布局和流量等條件來(lái)確定，而與離心泵的性能無(wú)關(guān)。2.離心泵的工作點(diǎn)若將泵的特性曲線和管路的特性曲線繪在同一圖中,兩曲線交點(diǎn)P稱為泵在該管路上的工作點(diǎn)。21工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的

（qv，H）即泵的實(shí)際工作狀態(tài)

若泵在該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的效率是在最高效率區(qū),即為系統(tǒng)的理想工作點(diǎn)。22流量調(diào)節(jié)的方法有兩種：（1）改變管路特性：改變泵出口閥的開(kāi)度。閥門開(kāi)度減小時(shí),流量減小，泵的揚(yáng)程升高，工作點(diǎn)由P移到P1,管路特性曲線變陡；閥門開(kāi)度增大時(shí)，流量增大，泵的揚(yáng)程降低，工作點(diǎn)由P移至P2,管路特性曲線變緩。

特點(diǎn)：操作方便，簡(jiǎn)單易行，當(dāng)閥門開(kāi)度減小時(shí),因局部阻力增加,需額外消耗部分能量，

--生產(chǎn)中最常用的手段23（2）改變泵的特性：改變泵的轉(zhuǎn)速和葉輪的直徑可使泵的特性曲線發(fā)生改變，A、改變轉(zhuǎn)速：當(dāng)轉(zhuǎn)速n減小到n1時(shí)，工作點(diǎn)由P移到P1，流量就相應(yīng)地減??；當(dāng)轉(zhuǎn)速n增大到n2時(shí)，工作點(diǎn)由P移到P2，流量就相應(yīng)地增大。B、改變?nèi)~輪直徑：增大葉輪直徑，曲線上移減小葉輪直徑，曲線下移要裝變速器調(diào)節(jié)幅度有限24（1）并聯(lián)泵單臺(tái)泵不能滿足輸送任務(wù)要求可采用多臺(tái)泵的并聯(lián)和串聯(lián)，增大流量或者壓頭。兩泵型號(hào)相同，吸入管路相同在同一壓頭下，兩臺(tái)并聯(lián)泵的流量等于單臺(tái)泵的兩倍2、泵的組合操作

2/4/202333化工原理緒論將單臺(tái)泵特性曲線A的橫坐標(biāo)加倍，縱坐標(biāo)保持不變便可得到兩臺(tái)并聯(lián)泵的合成特性曲線B。A線泵特性曲線C線管路特性曲線B線組合操作曲線

并聯(lián)泵的合成特性曲線按同一壓頭下兩臺(tái)并聯(lián)泵流量是單泵兩倍的原則取點(diǎn)。由圖可見(jiàn)：合成曲線B與管路曲線C交于新工作點(diǎn)2qV單H1CqV并H并AB22/4/202334化工原理緒論（2）串聯(lián)泵

在同一流量下，兩臺(tái)串聯(lián)泵的壓頭為單臺(tái)泵的兩倍串聯(lián)泵的合成特性曲線按同一流量下兩臺(tái)串聯(lián)泵的壓頭是單泵兩倍的原則取點(diǎn)的坐標(biāo)122/4/202335化工原理緒論H單MM’qV串H串HqVOqV單2/4/202336化工原理緒論四、離心泵的安裝高度和汽蝕現(xiàn)象1、什么是離心泵的安裝高度?是指泵吸入口中心線與貯槽液面的垂直距離3、什么是飽和蒸汽壓？氣液達(dá)到平衡時(shí)氣相的壓強(qiáng)用P飽表示。當(dāng)溶液上方壓強(qiáng)低于P飽時(shí)，溶液即沸騰汽化，P飽與沸騰溫度是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。P飽↑

→

t

↑，要使液體沸騰，可用升溫或減壓的方法。2、什么是離心泵的允許安裝高度?是指泵吸入口中心線與貯槽液面的所能允許的最大垂直距離。用Hg表示2/4/202337化工原理緒論3、什么是離心泵的氣蝕現(xiàn)象？—又稱離心泵的第二現(xiàn)象當(dāng)離心泵葉輪中心附近的低壓區(qū)壓強(qiáng)低于液體的飽和蒸氣壓，液體將在該處氣化并產(chǎn)生氣泡，它隨同液體從低壓區(qū)流向高壓區(qū)，氣泡在高壓作用下迅速液化，周圍的液體以很高的速度填補(bǔ)這空間，并在慣性作用下沖擊葉輪和泵殼，造成疲勞破壞；

2/4/202338化工原理緒論離心泵的性能下降，流量、壓頭和效率都下降。當(dāng)生成大量的氣泡時(shí)，可出現(xiàn)氣縛現(xiàn)象。產(chǎn)生噪聲。產(chǎn)生振動(dòng)。使葉輪和泵殼疲勞破壞。氣蝕現(xiàn)象的危害：思考：如何避免氣蝕現(xiàn)象？使泵內(nèi)壓強(qiáng)最低處的壓強(qiáng)高于飽和蒸氣壓。通過(guò)保證泵入口前的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)。使安裝高度低于允許安裝高度來(lái)實(shí)現(xiàn)。2/4/202339化工原理緒論定義：泵入口處的動(dòng)壓頭與靜壓頭之和與被輸送液體在操作溫度下的飽和蒸氣壓頭之差。用NPSH表示5、離心泵的氣蝕余量6、什么離心泵的臨界氣蝕余量定義：泵內(nèi)剛好發(fā)生氣蝕時(shí)（的臨界條件下）對(duì)應(yīng)的最小的氣蝕余量。(又稱最小氣蝕余量）臨界氣蝕余量的影響因素：流量、泵的結(jié)構(gòu)2/4/202340化工原理緒論意義：與泵的結(jié)構(gòu)有關(guān)是離心泵抗氣蝕的性能參數(shù)，越小越好。

離心泵銘牌上給出的是按20℃的水標(biāo)定的必需氣蝕余量。與流量有關(guān)，流量越大，(NPSH)r越大。7、必需氣蝕余量（舊稱允許氣蝕余量）2/4/202341化工原理緒論1）用汽蝕余量來(lái)計(jì)算安裝高度恰好是允許安裝高度Hg的條件下，認(rèn)為泵的氣蝕余量恰好等于必須氣蝕余量。在0－1截面間列伯努利方程，得：8、允許安裝高度Hg計(jì)算2/4/202342化工原理緒論（NPSH）r是用20℃的清水測(cè)定的，當(dāng)使用條件與此不同時(shí)，從原理上，應(yīng)根據(jù)液體密度、飽和蒸氣壓進(jìn)行修正，然后才能用于允許安裝高度的計(jì)算。但在一般情況下，（NPSH）r的校正系數(shù)小于1，可不作校正，把它作額外的安全因數(shù)。（NPSH）r的校正2/4/202343化工原理緒論例：

用離心泵從貯罐向反應(yīng)器輸送液態(tài)異丁烷。貯罐內(nèi)異丁烷液面恒定。其上方絕對(duì)壓力為6.65kgf/cm2。泵位于貯罐液面以下1.5m處，吸入管路的全部壓頭損失為1.6m。異丁烷在輸送條件下的密度為530kg/m3，飽和蒸氣壓為6.5kgf/cm2。在泵的性能表上查得，輸送流量下泵的必須氣蝕余量為3.5m。根據(jù)異丁烷的密度和飽和蒸氣壓，查得必須氣蝕余量的校正系數(shù)為0.9。試確定該泵能否正常操作。

2/4/202344化工原理緒論解法1：用安裝高度來(lái)判斷

實(shí)際安裝高度為-1.5m，高于允許安裝高度，泵不能正常工作。2/4/202345化工原理緒論解法2：用氣蝕余量來(lái)判斷在截面0與1之間列伯努利方程，以截面0為基準(zhǔn)水平面，得：代入氣蝕余量的定義式，得：2/4/202346化工原理緒論

氣蝕余量NPSH＝2.73m小于校正后的

(NPSH)r=3.5m×0.9＝3.15m泵無(wú)法正常工作2/4/202347化工原理緒論2）用允許吸上真空度法求允許安裝高度什么是允許吸上真空度Hs？根據(jù)2/4/202348化工原理緒論在10mH2O的大氣壓下，用20℃的清水進(jìn)行測(cè)定。與泵的結(jié)構(gòu)、流量有關(guān)。（與被輸送的液體性質(zhì)、大氣壓無(wú)關(guān)）是離心泵抗氣蝕的性能參數(shù)，越大越好。校正后的允許吸上真空度Hs與被輸送的液體性質(zhì)、大氣壓有關(guān)2/4/202349化工原理緒論歷史上曾經(jīng)有過(guò)允許吸上真空度和允許氣蝕余量并存的時(shí)期，二者都可用以計(jì)算允許安裝高度，前者曾廣泛用于清水泵的計(jì)算；而后者常用于油泵中。但是，目前允許吸上真空度已經(jīng)不再被使用了。2/4/202350化工原理緒論數(shù)據(jù)的“方向”參數(shù)意義方向氣蝕余量反映泵入口前的能量狀況及飽和蒸氣壓越↑越好臨界氣蝕余量泵抗氣蝕的性能參數(shù)越↓越好必需氣蝕余量泵抗氣蝕的性能參數(shù)越↓越好允許吸上真空度泵抗氣蝕的性能參數(shù)越↑越好允許安裝高度反映液體輸送系統(tǒng)抗氣蝕的能力越↑越好實(shí)際安裝高度越↓越好2/4/202351化工原理緒論使泵內(nèi)壓強(qiáng)最低處的壓強(qiáng)高于飽和蒸氣壓。通過(guò)保證泵入口前的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)。使安裝高度低于允許安裝高度來(lái)實(shí)現(xiàn)。降低安裝高度。減小吸入管路的阻力損失：采用較大的管路，縮短吸入管的長(zhǎng)度，減少不必要的管件和閥門，不用進(jìn)口閥調(diào)節(jié)流量。（如果條件允許）降低液體的溫度。思考：9、如何避免氣蝕現(xiàn)象？2/4/202352化工原理緒論有時(shí)，計(jì)算出的允許安裝高度為負(fù)值，這說(shuō)明該泵應(yīng)該安裝在液體貯槽液面以下。允許安裝高度的大小與泵的流量有關(guān)。由其計(jì)算公式可以看出，流量越大，計(jì)算出的越小。因此用可能使用的最大流量來(lái)計(jì)算是最保險(xiǎn)的。一個(gè)原先操作正常的泵也可能由于操作條件的變化而產(chǎn)生氣蝕，如被輸送物料的溫度升高，或吸入管線部分堵塞，或由貯槽液面降低而引起的實(shí)際安裝高度的升高。安裝泵時(shí)，為確保不發(fā)生氣蝕，實(shí)際安裝高度比允許安裝高度還要小0.5至1米。討論:2/4/202353化工原理緒論五、

離心泵安裝與運(yùn)轉(zhuǎn)中的注意事項(xiàng)1、安裝時(shí)注意：1）安裝地點(diǎn)要靠近液源，場(chǎng)地明亮，干燥、便于檢修；2）在基要結(jié)實(shí)，一般用混凝土地基、地腳螺絲連接，防止震動(dòng)；3）泵軸和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸要求嚴(yán)格控制水平；4）吸入管路的安裝要嚴(yán)格控制安裝高度，并應(yīng)盡量送還減小彎頭、閥門等局部阻力，吸入管徑不應(yīng)小于泵進(jìn)口管徑安裝時(shí)注意錯(cuò)誤正確存氣2/4/202354化工原理緒論2、開(kāi)停車步驟1）開(kāi)車步驟：A、灌液排氣；（防氣縛）B、關(guān)閉出口閥；（保護(hù)電機(jī)）C、啟動(dòng)電機(jī)；

D、調(diào)節(jié)流量2）停車步驟：A、關(guān)閉出口閥；（保護(hù)泵）

B、停電機(jī)；2/4/202355化工原理緒論2）運(yùn)轉(zhuǎn)中停止吸液1、吸入管路漏氣2、灌泵時(shí)吸入側(cè)氣體未排完3、吸入側(cè)突然被異物堵住3、故障1）開(kāi)動(dòng)時(shí)不吸液1、注液不夠2、底閥泄漏3、底閥或吸入管路堵塞4、吸上高度過(guò)高5、電機(jī)接線不正確致使電機(jī)反轉(zhuǎn)2/4/202356化工原理緒論思考題:

1、為保證離心泵的正常工作，葉輪中心處的壓力必須＿＿＿液體的飽和蒸汽壓2/4