第四章離心泵與軸流泵

第四章離心泵與軸流泵第一頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五第四章

葉片式流體機(jī)械第二頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.1概述

葉片式流體機(jī)械在國民經(jīng)濟(jì)的各個部門以及人民生活中都有廣泛的應(yīng)用。在石油工程上，葉片式流體機(jī)械主要用在油田注水、油井采油、油品輸送以及作為鉆井泵的灌注用泵等；而軸流泵用作熱電站中的循環(huán)水泵、油田供水用泵等。本章主要介紹葉片式流體機(jī)械（離心泵）的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性曲線、水力設(shè)計和選擇使用等問題。第三頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.1.1離心泵的工作原理圖4-1離心泵工作原理示意圖

l-葉輪；2-葉片；3-螺殼；4-吸入管；5-排出管第四頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五

離心泵開始工作后，充滿葉輪的液體由許多彎曲的葉片帶動旋轉(zhuǎn)。在離心力的作用下，液體沿葉片間流道，由葉輪中心甩向邊緣，再通過螺形泵殼(簡稱螺殼)流向排出管。隨著液體的不斷排出，在泵的葉輪中心形成真空，吸入池中液體在大氣壓力作用下，通過吸入管源源不斷地流入葉輪中心，再由葉輪甩出。葉輪的作用是把泵軸的機(jī)械能傳給液體，變成液體的壓能和動能；螺殼的作用則是收集從葉輪甩出的液體，并導(dǎo)向排出口的擴(kuò)散管。由于擴(kuò)散管的斷面是逐漸增大的，使得液體的流速平緩下降，把部分動能轉(zhuǎn)化為壓能。在有些泵上，葉輪外緣裝有導(dǎo)葉，其作用也是導(dǎo)流及轉(zhuǎn)換能量。在吸入管上及排出口的擴(kuò)散管后分別裝有真空表和壓力表，用以測量泵進(jìn)口處的真空度及出口壓力，從而了解泵的工作狀況。第五頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.1.2離心泵的工作特點(diǎn)

（1）工作件(葉輪)等速旋轉(zhuǎn)，液流均勻、平穩(wěn)。（2）液體被葉輪甩出后其壓能與動能均增加，再經(jīng)轉(zhuǎn)能裝置，把動能轉(zhuǎn)化為壓能，液體所能增加的壓能有限。（3）吸入和排出在時間上是同時進(jìn)行的，從而取消了泵閥（4）泵的流量隨壓力的增加而減少，調(diào)節(jié)方便。4.1.3離心泵的分類離心泵通常按葉輪數(shù)目、葉輪結(jié)構(gòu)、泵殼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其用途等進(jìn)行分類。葉輪數(shù)目葉輪吸入方式

泵殼結(jié)構(gòu)

單級泵和多級泵單吸泵和多吸泵螺殼泵和透平泵第六頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.1.3離心泵的特性參數(shù)（1）流量。是指泵在單位時間內(nèi)所輸送的液體體積,用Q來表示,其單位為L／s或m3

/h。（2）壓頭(或揚(yáng)程)。是指每一單位重量(N)的液體通過泵后,其能量的增加值,用H示,其單位為J／N或m；由于一般離心泵的工作壓力不高，所以通常不采用MPa，而只用“m液柱”來表示壓頭的大小。（3）功率。離心泵的功率通常是指泵的軸功率，也就是動力機(jī)輸入到泵軸的功率，以N軸表示，其單位為kW。單位時間內(nèi)流過離心泵的液體從泵那里得到的能量叫做有效功率，用N表示。（4）效率。任何泵不可能把動力機(jī)輸入的軸功率完全傳遞給液體，成為有效功率，因?yàn)樵诒脙?nèi)有各種能量損失。泵的效率為有效功率與軸功率之比。（5）轉(zhuǎn)速。指泵軸每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，其單位為r/min。第七頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.2離心泵的典型結(jié)構(gòu)及主要零部件

4.2.1離心泵的典型結(jié)構(gòu)在石油工程上使用著各種類型的離心泵。在壓頭不大的場合，往往使用單級離心泵；在注水站和長距離輸油干線上，需要很大的壓頭，使用多級離心泵；在一些特殊的場合，送熱油產(chǎn)品或從深井中采油，要用不同類型的熱油泵或多級電動潛油泵。圖4-2單級懸臂式B型泵1-帶吸入短管的泵蓋；2-密封環(huán)；3-葉輪的環(huán)狀突起；4-泵殼；5-葉輪；6-鎖緊螺母；7-泵軸；8-填料套筒；9-填料；10-壓緊套筒；11-支承架；12-13一軸承第八頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五圖4-3分段式多級高壓注水泵1-吸入端蓋；2-第一級葉輪；3-第一級導(dǎo)葉；4-中間級葉輪；5-中間級導(dǎo)葉；6-段；7-最末級的導(dǎo)葉；8-排出端蓋；9-軸封裝置；l0-滑動軸承；11-壓緊裝置；12-底座第九頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.2.2離心泵的主要零部件離心泵的主要零部件有葉輪、泵殼、導(dǎo)葉、軸、軸承、密封裝置及軸向力平衡裝置等。1.葉輪葉輪是離心泵中最重要的零件，它將動力機(jī)的能量傳給液體。圖4-4所示為單吸式葉輪，它由兩個輪蓋構(gòu)成，一個蓋板帶有輪轂，泵軸從其中通過，另一蓋板形成了吸入孔。蓋板之間鑄有葉片，從而形成一系列流道，葉片一般為6～12片，視葉輪用途而定。圖4-5所示為雙吸式葉輪。在這種葉輪上，兩個輪蓋都有吸入孔，液體從兩側(cè)同時進(jìn)入葉輪。

圖4-4葉輪和導(dǎo)葉圖4-5雙吸式葉輪第十頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五2.泵殼是一個液體能的轉(zhuǎn)能裝置，分為有導(dǎo)葉的透平泵泵殼和螺旋形的泵殼兩種。螺殼泵的泵殼結(jié)構(gòu)很簡單，如圖4-6和圖4-7所示。圖4-6螺殼泵泵殼及擴(kuò)散管圖4-7雙層螺殼和加導(dǎo)葉的螺殼結(jié)構(gòu)第十一頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五3.導(dǎo)葉導(dǎo)葉的作用與螺殼相同，它用于分段式多級泵中，具有結(jié)構(gòu)緊湊和在各種工況下平衡徑向力的優(yōu)點(diǎn)。導(dǎo)葉按其結(jié)構(gòu)型式可分為徑向式導(dǎo)葉和流道式導(dǎo)葉。圖4-8和圖4-9中給出徑向式導(dǎo)葉和流到式導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)。圖4-8徑向式導(dǎo)葉圖4-9流道式導(dǎo)葉第十二頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.密封裝置為了保證泵的正常工作，應(yīng)當(dāng)防止液體外漏、內(nèi)漏或外界空氣吸入泵內(nèi)，因此必須在輪與泵殼間、軸與殼體間都裝有密封裝置。圖4-10葉輪的密封環(huán)圖4-11機(jī)械密封簡圖1-靜環(huán)；2-動環(huán)；3-彈簧；4-傳動彈簧座；5-固定螺釘；6、8-密封圈；7-防轉(zhuǎn)銷；9-壓蓋圖4-12軟填料密封裝置1-套筒；2-填料；3-封漏環(huán)；4-壓蓋；5-填料盒第十三頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五

5.軸向力平衡裝置

圖4-13離心泵的軸向推力圖1，2-葉輪兩側(cè)空間；3-密封環(huán)第十四頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.3離心泵的基本工作理論4.3.1葉輪流道投影圖及主要尺寸

葉輪流道的幾何形狀常用軸面投影圖和平面投影圖來表示，見圖4-14。圖4-14葉輪投影圖

a)軸面投影；(b)平面投影D0—葉輪的進(jìn)口直徑；D1,D2—葉輪的葉片進(jìn)、出口直徑；b1,b2—葉輪的葉片進(jìn)、出口寬度；—葉輪的葉片進(jìn)、出口的結(jié)構(gòu)角，是葉片進(jìn)、出口端部中線的切線和圓周切線的夾角，在離心泵中，一般小于40°；t—節(jié)距。

第十五頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.3.2葉輪內(nèi)液體的運(yùn)動

圖4-15液體質(zhì)點(diǎn)在葉輪內(nèi)的運(yùn)動情況1．葉輪進(jìn)口速度三角形圖4-16葉輪內(nèi)液體的運(yùn)動1.葉輪進(jìn)口速度三角形第十六頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五液體進(jìn)入葉片流道的相對速度可由下式確定：已知和就可由繪制的進(jìn)口速度三角形,求得相對速度如圖4-16所示。圖4-16葉輪內(nèi)液體的運(yùn)動4-1第十七頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五2.葉輪出口速度三角形

圓周速度與相對速度的合成，即為出口處液體的絕對速度。

圖4-17進(jìn)口速度三角形隨流量而變的情況4-2第十八頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.3.3離心泵的基本能量方程式

假設(shè)：①葉輪具有無限多、無限薄的葉片，這樣就可以認(rèn)為液體質(zhì)點(diǎn)是完全按照葉片形狀規(guī)定的軌跡運(yùn)動的；②液體是理想的，即液體沒有粘性，流動時沒有摩擦阻力損失。圖4-18液體運(yùn)動速度圖第十九頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五以表示每秒內(nèi)流過葉輪的液體質(zhì)量，那么在半徑的葉輪進(jìn)口處，液體相對于葉輪軸線的動量矩為在半徑為的葉輪出口處，液體相對于葉輪軸線的動量矩為液體動量矩的增加應(yīng)等于作用在液體上的外力矩，即由圖4-18所示的速度三角形可知考慮到

式中

——通過葉輪的液體的重量流量，N/s；

——重力加速度，m／s2——液體的密度，kg/m24-34-4第二十頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五將上述有關(guān)式子代入式(4-3)，可得假設(shè)液體通過葉輪時沒有能量損失，根據(jù)能量守恒定律，葉輪消耗的機(jī)械功率應(yīng)全部變成液體的水力功率，即為葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度；為葉輪傳遞給每一N重量液體的能量稱為泵的理論壓頭。因?yàn)榧俣ㄈ~輪葉片為無限多，所以用表示。4-54-6因此，離心泵的理論壓頭等于：4-7上式就是離心泵的基本能量方程式。因（4-7）可改寫為：第二十一頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4-8由于在一般離心泵中，液體通常是沿徑向進(jìn)入葉輪，即因此，基本能量方程式可簡化為：4-9，

從式(4-9)可見，離心泵的理論壓頭與出口圓周速度(或葉輪外徑及轉(zhuǎn)速n)，出口絕對速度的周向分量（或及等)有關(guān)。當(dāng)葉輪的外徑越大、轉(zhuǎn)速越高以及越大、越小時，離心泵給出的理論壓頭也越大。在基本能量方程式中，沒有包含液體物理性質(zhì)的參數(shù)(如密度、粘度等)，所以此式適用于輸送任何物理性質(zhì)的液體。第二十二頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五離心泵的基本能量方程式的另一種表達(dá)式可得：4-10式(4-10)的右端前兩項(xiàng)代表壓頭中壓能的增量部分，稱為靜壓頭。其中是液體在圓周(牽連)運(yùn)動中由離心力作功，使液體在葉輪出口處壓能的增加值；是由于一般葉輪流道略帶擴(kuò)散性，所以從葉輪進(jìn)口到葉輪出口，液體的相對速度是減小的，從而使部分動能轉(zhuǎn)換為壓能。式(4-10)的右端最末一項(xiàng)是液體動能的增值部分，稱為動壓頭。即：由此可知，泵的理論壓頭是液體壓能增量部分與動能增量部分的總和，即：4-11第二十三頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五在離心泵葉輪的設(shè)計中，一般盡量使壓能增量大些，動能增量小些，因?yàn)閯幽艿脑黾右鹆魉僮兇?，使葉輪流道內(nèi)或進(jìn)壓出室后液流的水力損失都相應(yīng)地增加，從而使泵的效率下降。離心泵中，一般采用，即葉片向后彎的葉輪，反應(yīng)系數(shù)為0.7-0.75。4.3.4葉片出口角對離心泵理論壓頭的影響從離心泵的基本能量方程式(4-9)可見，泵的理論壓頭與葉輪出口處絕對速度的圓周分速成正比，而則可由確定。第二十四頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五因此，泵的理論壓頭可用下式求得4-12上式表明，理論壓頭和葉片出口處的結(jié)構(gòu)角有密切關(guān)系。根據(jù)葉片出口角的變化，可以分為三種情況如圖4-19：①葉片朝葉輪旋轉(zhuǎn)方向的后方彎曲，a即②葉片出口沿半徑方向，b即③葉片朝葉輪旋轉(zhuǎn)方向的前方彎曲，c即第二十五頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五圖4-19離心泵葉輪的三種結(jié)構(gòu)第二十六頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.3.5葉輪片數(shù)對離心泵理論壓頭的影響圖4-20圓形容器內(nèi)的相對運(yùn)動（a）（b）圖4-21葉輪流道內(nèi)相對速度的分布

(a)葉片無限多時；(b)葉片有限多時圖4-22有限葉片數(shù)時葉輪出口速度三角形離心泵葉輪的葉片數(shù)通常在6～12之間，一般不超過9個。第二十七頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.3.6離心泵內(nèi)的損失及泵的功率和效率

在離心泵轉(zhuǎn)換能量過程中，不是所有的機(jī)械能都能成為有效功，運(yùn)轉(zhuǎn)時不可避免地會有能量損失。因此，要提高泵的效率，做到合理地選擇和使用離心泵，必須研究泵內(nèi)的各種損失。泵內(nèi)的能量損失可分為：水力損失、容積損失和機(jī)械損失三類。1.水力損失①阻力損失

②沖擊損失泵內(nèi)總的水力損失為：

圖4-23離心泵的水力損失第二十八頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五泵的有效壓頭因而，水力效率為4-134-14上式的理論壓頭是表示有限葉片數(shù)時葉輪傳給每N液體的能量，而有效壓頭則表示每液體從離心泵凈得的有效能量。第二十九頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五2.容積損失主要是由于高壓液體在泵內(nèi)竄流和向泵外漏失引起的。實(shí)際有效流量為4-15容積效率為4-16圖4-24離心泵的漏失

泵的容積效率值一般為0.93～0.98。當(dāng)泵的尺寸較大時，這個效率會有所提高。改善密封環(huán)及密封結(jié)構(gòu)，可以降低漏失量，提高泵的容積效率。在檢修離心泵時，檢查密封環(huán)的完好情況是十分必要的。第三十頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五3.機(jī)械損失機(jī)械損失是指葉輪蓋板兩側(cè)面與液體之間的摩擦損失(也圓盤損失)，以及泵軸在密封裝置、軸承等機(jī)件間旋轉(zhuǎn)時的摩擦損失。機(jī)械效率為4-17圖4-25q-H關(guān)系曲線式中—泵軸上輸人的功率；

—葉輪傳遞給液體的轉(zhuǎn)化功率。

通常，泵的機(jī)械效率為0.9～O.95。在輸送粘性液體時，由于圓盤損失顯著增加，機(jī)械效率會大大降低。第三十一頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五

液體通過離心泵得到的有效功率為(kW)(4-18)

葉輪傳給液體的轉(zhuǎn)化功率為(kW)(4-19)

泵的轉(zhuǎn)化效率，即表示流道部分完善程度的效率為(4-20)泵的總效率為(4-21)第三十二頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五離心泵的總效率最高可達(dá)0.85～0.9。離心泵的軸功率和總效率都是由實(shí)驗(yàn)測定的，并標(biāo)注在產(chǎn)品樣本上。表4-1不同類型離心泵的效率值

效率泵類型大流量泵0.95～0.980.950.95～0.97小流量低壓泵0.90～0.950.85—0.900.90～0.95小流量高壓泵0.85～0.900.80～0.850.85～0.90第三十三頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.4離心泵的特性曲線圖4-26離心泵的特性曲線第三十四頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.4.1離心泵內(nèi)的特性曲線及其用途

壓頭一流量功率一流量效率一流量對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)速有不同的特性曲線。一般用流量作橫坐標(biāo)，其他幾個參數(shù)作縱坐標(biāo)，如圖4-26所示。每一個流量都有相對應(yīng)的壓頭、功率和效率，它代表泵的一種工作狀態(tài)(簡稱工況)。對應(yīng)最高效率時的工況稱為最優(yōu)工況，相應(yīng)的參數(shù)用下標(biāo)“opt”表示。設(shè)計泵時所選定的一組參數(shù)，即設(shè)計工況應(yīng)與最優(yōu)工況相重合。第三十五頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五1.H-Q曲線—是離心泵選擇和使用的主要依據(jù)。駝峰式陡降式平坦式—壓頭變化較大時流量變化較小，適用于壓力波動而流量基本上保持不變的場合。—當(dāng)流量變化較大時壓頭變化較小，或者當(dāng)壓頭改變很小時流量變化較大。一般離心泵都具這種特性曲線形式，適用于調(diào)節(jié)排出閥門改變流量以及流量自動調(diào)節(jié)的場合?！环€(wěn)定工作段，應(yīng)避免使用。圖4-27離心泵的特性曲線形式第三十六頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五2.曲線—是合理選擇離心泵的動力機(jī)功率和操作啟動泵依據(jù)。

一般離心泵在時軸率最小，所以必須關(guān)閉排出閥門啟動離心泵最有利。3.曲線—是檢查離心泵工作經(jīng)濟(jì)性的依據(jù)

.為了擴(kuò)大離心泵的使用范圍，各種泵都規(guī)定一個高效工作區(qū)，一般取最高效率以下7％范圍內(nèi)備點(diǎn)所對應(yīng)的工況點(diǎn)為高效工作區(qū)。離心泵在高效工作區(qū)內(nèi)工作便認(rèn)為是經(jīng)濟(jì)合理的。在有些泵樣本中，只繪出高效工作區(qū)內(nèi)的泵特性曲線。第三十七頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.4.2離心泵內(nèi)的特性曲線的理論分析

1.H-Q特性曲線的分析圖4-28特性曲線形式第三十八頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五2.特性曲線的分析圖4-27特性曲線的分析第三十九頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五3.特性曲線的分析圖4-28特性曲線的分析第四十頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.4.3液體粘度對離心泵特性曲線的影響

1.液體的粘度對離心泵特性曲線的影響隨著液體粘度的增加，和特性曲線都要下降，而特性曲線則要上升。液體粘度越大，這種變化越明顯。

產(chǎn)生上述變化的原因是：隨著液體濃度的增加，泵內(nèi)液體的流動過程發(fā)生了變化。當(dāng)粘性液體沿葉輪流道的壁面流動時，形成了較厚的邊界層。在邊界層內(nèi)的切向粘滯力對液流起阻滯作用。隨著液體粘度的增加，這種阻滯作用逐漸擴(kuò)大到葉片間的液流中，使其流速降低，從而了減小了泵的流量。同時，隨著液體粘度的增加，泵內(nèi)水力阻力也增大，使泵的壓頭下降。此外，由于葉輪的圓盤損失、密封環(huán)的摩擦損失都隨粘度的增加而變大，使得泵軸所需功率上升，而其機(jī)械效率下降。雖然泵的容積損失因液體粘度的增加而略有減小，即容積效率略有提高，但是水力效率下降得更明顯，因此，離心泵輸送粘性液體時總效率仍然是下降。第四十一頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五圖4-29離心泵輸送不同粘度液體時特性曲線的變化第四十二頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.4.3輸送粘性液體時對離心泵特性曲線的換算目前，有關(guān)特性曲線的換算方法很多，常用前蘇聯(lián)列波可夫所推薦的輸送粘性液體時離心泵特性曲線的換算方法。實(shí)踐證明，將此法用于換算電動潛油離心泵及其他石油工程用離心泵輸送粘性液體時的特性曲線，精度較高，換算簡便。圖4-30中給出列波可夫所推薦的換算系數(shù)圖解。圖4-30離心泵輸送粘性液體時特性曲線換算系數(shù)圖解第四十三頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五當(dāng)已知某臺離心泵輸送常溫清水的特性曲線時，利用下列關(guān)系式換算成輸送粘性液體的特性曲線：

（4-22）

（4-23）

（4-24）式中—分別為輸送粘性液體時的壓頭、流量和效率；

—分別為輸送20℃清水時的壓頭、流量和效率；—分別為壓頭、流量和效率的換算系數(shù)。輸送粘性液體時的泵軸功率可由下式確定：(4-25)式中—粘性液體的密度。第四十四頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.5離心泵的相似理論及其應(yīng)用1.幾何相似幾何相似指的是在兩臺相似的離心泵中，流道部分的幾何形狀必須相似。為此，其相應(yīng)的結(jié)構(gòu)尺寸成比例，各相應(yīng)的結(jié)構(gòu)角都相同2.運(yùn)動相似運(yùn)動相似指的是在兩臺幾何相似的泵中，流道中對應(yīng)點(diǎn)的流速方向一致和大小成比例。也就是相似液流中對應(yīng)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡相似，而且流速的比值相同，即速度三角形相似圖2-31所示。4.5.1離心泵的相似概念和相似公式圖4-31速度三角形相似第四十五頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五3.動力相似動力相似是要求在流道的對應(yīng)點(diǎn)上液體的重力、壓力和粘性力等都成一定的相似關(guān)系。其中特別是粘性力的影響，它主要取決于雷諾數(shù)的大小。但在一般離心泵中，雷諾數(shù)都很大，雷諾數(shù)的一些差異對液流阻力及運(yùn)動狀況的影響不顯著，所以當(dāng)前面兩個條件滿足時，動力相似往往也是滿足的。（4-26）相似公式第四十六頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.5.2離心泵在改變轉(zhuǎn)速時的特性曲線與通用特性曲線圖4-32轉(zhuǎn)速改變時離心泵的特性曲線

圖4-33離心泵的通用特性曲線第四十七頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.5.3比轉(zhuǎn)速——離心泵的相似準(zhǔn)數(shù)比轉(zhuǎn)數(shù)是一個能說明離心泵結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)的參數(shù)，它是利用相似理論求得的。取一臺相似泵作為標(biāo)準(zhǔn)泵，它在壓頭水柱，有效功率kW（即流量）時，轉(zhuǎn)速r/min，就定義為比轉(zhuǎn)速，有公式如下：(4-27)所以比轉(zhuǎn)速的定義就是：它是某一標(biāo)準(zhǔn)泵葉輪的轉(zhuǎn)速，該標(biāo)準(zhǔn)泵和同一類型泵幾何相似，水力效率和容積效率相同；它在壓頭水柱，有效功，即流量時具有的轉(zhuǎn)速。一種類型的離心泵只有一個比轉(zhuǎn)數(shù)，而不同類型的離心泵具有不同的比轉(zhuǎn)數(shù)。第四十八頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五比轉(zhuǎn)數(shù)值與泵的壓頭及流量有關(guān)。泵的壓頭越大，流量越小，其比轉(zhuǎn)數(shù)越小；而泵的壓頭越小，流量越大，則其比轉(zhuǎn)數(shù)就越大。從離心泵的特性曲線可知，同一臺泵，其壓頭及流量是改變的。當(dāng)壓頭及流量改變后，比轉(zhuǎn)數(shù)當(dāng)然也要改變，即離心泵的每一工況都有自己的比轉(zhuǎn)數(shù)。但是，應(yīng)該注意，實(shí)際上對每臺泵通常只給出一個比轉(zhuǎn)數(shù)。這指的是其最優(yōu)工況時的比轉(zhuǎn)數(shù)。對于單級單吸式泵，其比轉(zhuǎn)數(shù)為對于多級單吸式泵，一般只以其一級的壓頭來計算比轉(zhuǎn)數(shù)，其比轉(zhuǎn)數(shù)為為葉輪級數(shù)。對于單級雙吸式泵，葉輪數(shù)相當(dāng)于兩個單吸葉輪，流入葉輪的流量左右各半，其比轉(zhuǎn)數(shù)為第四十九頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.6離心泵的的氣蝕與最大允許安裝高度4.6.1氣蝕現(xiàn)象當(dāng)葉輪進(jìn)口處某點(diǎn)的壓力降低到輸送溫度下液體的汽化壓力時，就有一部分液體汽化，生成汽泡。蒸汽泡被液流帶到壓力較高的區(qū)域時迅速凝結(jié)。在凝結(jié)過程中，汽泡周圍的液體就以高速向汽泡中心運(yùn)動，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的水擊現(xiàn)象。水擊的地方產(chǎn)生非常巨大的瞬時壓力(可達(dá)幾十個MPa)，如汽泡緊貼在葉輪或其他部分的金屬表面上，這里就會受到?jīng)_擊，同時由于氧的析出和伴隨汽泡凝結(jié)過程所產(chǎn)生的局部高壓和高溫，使葉輪表面受到化學(xué)腐蝕。這種液體的汽化、凝結(jié)、水擊和腐蝕的綜合就稱為汽蝕現(xiàn)象。汽蝕現(xiàn)象對于離心泵的危害性很大，因此，離心泵即使在輕微的汽蝕現(xiàn)象下長期工作也是不允許的。第五十頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五汽蝕主要是由于葉輪進(jìn)口處的壓力低于液體的汽化壓力引起的。造成葉輪進(jìn)口處壓力過分降低的原因可能：吸入高度過高；所輸送的液體溫度較高；氣壓太低(如泵在海拔較高的地方使用)以及泵內(nèi)流道設(shè)計不完善而引起液流速度過高等。圖4-34離心泵中的汽蝕現(xiàn)象圖4-35泵在發(fā)生汽蝕時的特性曲線第五十一頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.6.2離心泵的吸入真空度和最大允許安裝高度的確定圖4-36離心泵裝置圖離心泵的最大允許安裝高度允許吸上真空度

第五十二頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.6.3離心泵的汽蝕余量和最大允許安裝高度的計算

1.有效的汽蝕余量有效的汽蝕余量是指液體從吸入池經(jīng)吸入管線到達(dá)泵吸入口后，所余的高出汽化壓頭的那部分能量。當(dāng)泵運(yùn)轉(zhuǎn)時，不發(fā)生汽蝕的必要條件是式中為規(guī)定的允許汽蝕余量。

2.必需的汽蝕余量必需的汽蝕余量又稱為泵的汽蝕余量。式中——葉輪進(jìn)口處的平均流速；

——絕對流速變化及水力損失引起的壓降系數(shù)，一般情況下

——液體繞流葉片頭部引起的壓降系數(shù)，一般在無沖擊入流的情況下，第五十三頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五根據(jù)專門的試驗(yàn)研究，得出必需汽蝕余量的計算公式有：式中——泵的轉(zhuǎn)速，r/min；

——泵的流量，m3/s。C成為汽蝕比系數(shù)，是一個表示離心泵汽蝕性能的系數(shù)表4-2汽蝕比轉(zhuǎn)速和比轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)50～7070～8080～150150～200600～750800800～10001000～1200設(shè)計離心泵時，還常用來計算對于單吸泵對于雙吸泵3.離心泵最大允許安裝高度的另一種表達(dá)式第五十四頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.6.4改善泵吸入性能的措施

1.適當(dāng)加大葉輪吸入口直徑2.合理選取葉片進(jìn)口沖角3.采用雙吸式葉輪4.改進(jìn)葉片進(jìn)口邊位置及前蓋板的形狀5.加誘導(dǎo)輪圖4-37離心泵前置誘導(dǎo)輪第五十五頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.7離心泵的軸向力及平衡4.7.1軸向力的計算離心泵的軸向力主要包括下列兩部分：①葉輪前后兩側(cè)因液體壓力分布情況不同(輪蓋側(cè)壓力低，輪盤側(cè)壓力高)引起的軸向力，其方向?yàn)樽匀~輪背面指向入口。②液體流入和流出葉輪的方向和速度不同而產(chǎn)生的動反力，其方向與相反。

此外，對入口壓力較高的懸臂式單吸泵，還需考慮作用在軸端上的入口壓力引起的軸向力，其方向與相反。對于立式離心泵，其轉(zhuǎn)動部分重量也是軸向力。第五十六頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五圖4-38葉輪前后兩側(cè)液體壓力分布離心泵軸向力的經(jīng)驗(yàn)計算公式1.葉輪前后兩側(cè)壓差引起的軸向力的計算第五十七頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五2.液體作用于葉輪入口的動反力的計算式中——液體的質(zhì)量流量，kg／s；

——液體的重量流量，N／s；

——葉輪進(jìn)口處液體速度，m／sc的作用方向由入口指向輪盤，與的作用方向相反。所以，總的軸向力為一般情況下，較大，很小，所以的方向總是指向吸入口。只有在啟動時，由于正常壓力尚未建立，動反力的作用才較明顯。第五十八頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.7.2軸向力的平衡1.單級離心泵的平衡措施圖4-39平衡孔和平衡管(1)采用雙吸式葉輪(2)開平衡孔或裝平衡管(3)采用平衡葉片在葉輪輪盤背面鑄出幾條徑向筋片圖4-40葉輪背面帶平衡葉片第五十九頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五2.多級離心泵的平衡措施(1)對稱布置葉輪(2)采用平衡鼓(即荷盤)(3)采用自動平衡盤圖4-41對稱布置葉輪方案圖4-42平衡鼓簡圖圖4-43自動平衡盤裝置簡圖第六十頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.8離心泵在管線上的工作4.8.1離心泵工況點(diǎn)的建立圖4-44管線特性曲線圖4-45確定泵的工況點(diǎn)第六十一頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.8.2離心泵流量的調(diào)節(jié)1.改變管線特性曲線的調(diào)節(jié)方法圖4-46調(diào)節(jié)排出閥門時管線特性曲線的變化第六十二頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五2.改變泵特性曲線的方法(1)改變泵軸轉(zhuǎn)速(2)車削葉輪外徑(3)調(diào)節(jié)吸入閥門圖4-47不同轉(zhuǎn)速時的工況點(diǎn)圖4-48車削葉輪外徑時泵特性曲線的變化第六十三頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.8.3離心泵的串聯(lián)和并聯(lián)工作1.串聯(lián)工作圖4-49泵的串聯(lián)工作兩臺泵串聯(lián)時的總壓頭等于兩泵在相同流量時的壓頭之和，兩泵的流量必然相同。為了保證兩臺泵都能在高效區(qū)工作，要求它們最優(yōu)工況點(diǎn)的流量相等或相接近。第六十四頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五2.并聯(lián)工作圖4-50泵的并聯(lián)工作兩泵并聯(lián)時的總流量等于兩泵在相同壓頭時的流量之和。第六十五頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五圖4-51相同特性曲線的泵的串聯(lián)、并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)第六十六頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.9離心泵的選擇4.9.1離心泵的特性曲線型譜圖第六十七頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五第六十八頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期五4.9.2離心泵的選擇步驟根據(jù)鉆井、采油和油品集輸工藝的要求選擇離心泵時，必須考慮以下幾點(diǎn)：①應(yīng)滿足工藝過程提出的對流量、壓頭及輸送液體性質(zhì)的要求；②應(yīng)具有良好的吸入性能，軸封裝置嚴(yán)密可靠，潤滑冷卻良好，零部件有足夠的強(qiáng)度，以及便于操作和維修；③泵的高效工作區(qū)域?qū)?，能適應(yīng)工況的變化；④泵的尺寸小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，成本低；⑤其他特殊要求，如防爆、耐腐蝕等。1.列出選擇用原始數(shù)據(jù)2.估算泵的流量和壓頭3.選擇泵的類型及型號4.核算泵的特性參數(shù)5.計算泵的軸功率和動力機(jī)功率選