離心泵的基本結構、原理與運行調節(jié)

離心泵的基本機構、原理與運行調節(jié)6-1泵與風機緒論1.1泵與風機在制冷空調工程中的地位和作用

1.2泵與風機的分類

某中央空調系統(tǒng)示意圖

離心泵與離心風機圖例離心式泵工作示意圖軸流泵與軸流風機圖例混流泵圖例混流泵1（渦殼式）混流泵2（導葉式）混流泵的葉輪貫流式風機圖例羅茨真空泵羅茨真空泵工作動畫其它類型泵圖例螺桿泵示意圖內嚙合轉子油泵噴射泵工作原理示意圖外嚙合齒輪油泵常用泵的總型譜圖

離心風機軸流風機混流風機按介質流動分類的風機可分為：低壓、中壓和高壓風機。低壓風機：風機全壓值小于或等于981Pa

（即100mmH2O）。中壓風機：風機全壓值在981Pa～2943Pa

（即100mmH2O～300mmH2O）之間。高壓風機：風機全壓值大于2943Pa

（即300mmH2O）。

按風機產生的壓力大小分類按葉片出口角分類

可分為：后向式、徑向式和前向式三種。后向式的葉片出口角β2<900；如圖a）所示

徑向式β2=900；如圖b）所示

前向式β2>900；如圖c）所示

本節(jié)要點1．泵與風機在制冷空調工程中是必不可少的輸送流體的動力設備。2．泵按工作原理可分為葉片式泵、容積式泵和其它類型泵三種，其中葉片式泵按流體在其葉輪內部流動的方向又分為離心式、軸流式、旋渦式和混流式等幾種形式。3．各種泵的自身特點決定了其使用范圍。4．風機的不同分類方式體現出各種風機的使用場所及其部分性能。制冷空調工程中所使用的風機除滿足一般要求外，還需在噪聲、外形尺寸等方面有嚴格限制。6-2

離心泵的結構與工作原理離心泵的基本構造與工作原理

單級單吸式離心泵的工作狀態(tài)示意圖。主要包括：泵體（蝸殼，泵軸，葉輪等）、吸水管路、壓水管路附件等。1-底閥；2-壓水室；3-葉輪；4-蝸殼；5-閘閥；6-接頭；7-壓水管；8-止回閥；9-壓力表

DL型立式多級離心泵單級單吸全不銹鋼耐腐蝕離心泵GDL型立式多級管道泵IS單級離心泵IS、ISR、ISY型離心泵ISG型系列管道泵IS單級離心泵S型單級雙吸中開泵TSWA型臥式多級離心泵單級單吸臥式離心泵結構示意圖1—葉輪；2—泵軸；3-鍵；4—泵殼；5—泵座；6—灌水孔；7—放水孔；8—真空表接孔；9—壓力表接孔；10—泄水孔；11—填料盒；12—減漏環(huán)；13—軸承座；14—填料壓蓋調節(jié)螺栓；15—傳動輪離心泵結構剖切圖單吸式、雙吸式葉輪示意圖

1—前蓋板；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

開式、半開式、封閉式葉輪示意圖

（a）為封閉式葉輪；（b）為敞開式葉輪；（c）為半開式葉輪

葉輪的作用是什么？開式、半開式、封閉式葉輪原型各部件的作用1、泵軸的作用是什么？2、泵殼的作用是什么？3、泵座的作用是什么？4、填料盒的種類和組成有哪些？5、填料盒的作用是什么？裝哪？6、減漏環(huán)的作用是什么？裝哪？軸承密封機械式密封填料式密封壓蓋填料盒示意圖

填料盒

水封環(huán)（其中1為環(huán)圈空間，2為水孔1—軸封套；2—填料；3—水封管；4—水封環(huán)；5—壓蓋減漏環(huán)

減漏環(huán)類型示意圖

軸承座構造

1-雙列滾珠軸承；2-泵軸；3-阻漏油橡皮圈；4-油杯孔；5-封板；6-冷卻水套

滾動軸承動畫滾動軸承圖滑動軸承滑動軸承軸向力平衡措施

1—排出壓力；2—加裝的減漏環(huán)；3—平衡孔；

4—泵殼上的減漏環(huán)

軸向推力

離心泵的工作原理

離心泵在啟動之前，應先用水灌滿泵殼和吸水管道。

3個問題：1）水是怎樣在葉輪里獲得速度能（動能）的？2）水的部分速度能是如何轉化為出水口的壓力能的？3）水為什么會源源不斷地流進葉輪，進而使水泵能連續(xù)出水？

離心泵裝置簡圖和工作原理離心式泵工作示意圖離心泵的工作過程離心泵的工作過程，實際上是一個能量的傳遞和轉換的過程。它把電動機高速旋轉的機械能轉化為被抽升水的動能和勢能。在這個轉化過程中，必然伴隨著許多能量損失，從而影響離心泵的效率。這種能量損失越大，離心泵的性能就越差，工作效率就越低。在泵啟動時，如果泵內存在空氣，則由于空氣密度遠比液體的小，所以葉輪旋轉后空氣產生的離心力也小，使葉輪吸入口中心處只能造成很小的真空，液體不能進到葉輪中心，泵就不能出水。

離心泵的性能

離心泵的性能參數

流量：單位時間內由泵所輸送的流體體積，即指的是體積流量，Q表，單位為m3/s或m3/h

揚程：即壓頭，指單位重量的流體通過泵之后所獲得的有效能量，也就是泵所輸送的單位重量流體從泵進口到出口的能量增值。H，單位為mH2O功率：通常指輸入功率，即由原動機傳到泵軸上的功率，也稱為軸功率，N，單位為W或kW

效率：有效功率Ne與軸功率N之比，η轉速：泵的葉輪每分鐘的轉數，n，單位是r/min或rpm

允許吸上真空高度Hs及汽蝕余量Hsv

離心泵的揚程

H=Hd+Hv

只要把正在運行中的水泵裝置的真空表和壓力表讀數（按mH2O計）相加，就可得出該水泵的工作揚程

水泵揚程也可以用管道中水頭損失及揚升液體高度來計算

離心泵的有效功率

有效功率用Ne表示

輸入功率，所謂輸入功率即由原動機（如電機等）傳到泵軸上的功率，也稱為軸功率，用符號N表示

泵的輸出功率又稱為有效功率，表示單位時間內流體從泵中所得到的實際能量，它等于重量流量與揚程的乘積

效率

離心泵的效率用來表示輸入的軸功率N被流體利用的程度，即用有效功率Ne與軸功率N之比來表示效率。效率用符號η表示

離心泵的特性曲線

離心泵的理論特性曲線

離心泵的實測特性曲線14SA型離心泵的特性曲線

葉輪葉型對離心泵性能的影響

前向葉型的泵所需要的軸功率隨流量的增加而增加得很快。因此這類泵在運行中增加流量時，原動機超載的可能性比徑向葉型的泵大得多，而后向葉型的葉輪一般不會發(fā)生原動機的超載現象。這也是后向式葉型被離心泵廣泛采用的原因之一。

葉輪葉型與出口安裝角

具有前向葉型的葉輪所獲得的理論揚程最大，其次為徑向葉型，而后向葉型的葉輪的理論揚程最小。前向葉型的泵雖然能提供較大的理論揚程，但由于流體在前向葉型的葉輪中流動時流速較大，在擴壓器中流體進行動、靜壓轉換時的損失也較大，因而總效率比較低。所以，離心式泵全部采用后向葉型的葉輪，這樣一來還可以避免發(fā)生電動機的超載現象

本節(jié)要點

1．離心泵的基本構造與工作原理。離心泵的基本構造中主要掌握各主要組成部件及其相互位置、作用，離心泵的工作原理主要是要掌握液體獲得能量的過程及能量轉換的過程。2．離心泵的主要性能參數及其含義。3．離心泵揚程的計算。4．離心泵理論特性曲線與實際特性曲線的特點。5．不同形式的葉輪葉型對泵的性能的影響。

實訓！6-3離心泵的運行工況及其分析

一、工況點與決定離心泵裝置工況點的因素的3個方面在實際運行中，泵的瞬時出水量Q、揚程H、軸功率N及效率η等在Q-H、Q-N、Q-η曲線上的具體位置，稱為該泵裝置的瞬時工況點，它表示了該泵在此瞬間的實際工作能力。

影響工況點的因素：1）泵本身的型號；2）泵的實際轉速；3）輸、配水管路系統(tǒng)的布置以及水池、水塔的水位值及其變動等邊界條件。二、水泵工況點的調節(jié)方法

這些調節(jié)方法基本上可歸結為二條，即：1）改變輸、配水管路系統(tǒng)的性能調節(jié)；2）改變泵本身的特性調節(jié)。實際運行中，可根據系統(tǒng)的具體情況選用合適的調節(jié)方法，并可同時采用數種調節(jié)方式以使水泵運行在所需要的或最佳的狀態(tài)。閥門節(jié)流調節(jié)轉速調節(jié)串/并聯臺數調節(jié)變葉輪大小調節(jié)三、離心泵管道系統(tǒng)特性曲線

水流經過管道時，一定存在管道水頭損失，其值用∑h表示，它是管道中沿程摩擦阻力和局部阻力產生的水頭損失之和。對于一定的管道來說，可以表示為：

式中S代表長度、直徑已定的管道的沿程摩阻與局部摩阻之和的系數，稱為阻力系數。

上式可用一條拋物線（也即Q-∑h曲線來表示），此曲線一般稱為管道水頭損失特性曲線。曲線的曲率取決于管道的直徑、長度、管壁粗糙度以及局部阻力附件的布置情況。水泵裝置的管道系統(tǒng)特性曲線

為了確定水泵裝置的工況點，我們利用Q-∑h曲線，并且將它與水泵工作的外界條件（如水泵的靜揚程HST等）聯系起來考慮，按水泵的揚程計算式H=HST+∑h可畫出如圖所示的曲線，我們稱此曲線為水泵裝置的管道系統(tǒng)特性曲線。

該曲線上任意一點K的一段縱坐標hK，表示水泵輸送流量為QK、將水提升至HST高度時，管道中每單位重量液體所需消耗的能量值。管道水頭損失特性曲線與

管道系統(tǒng)特性曲線

管道水頭損失特性曲線

管道系統(tǒng)特性曲線

水泵裝置的靜揚程HST，在實際工程中，可以是吸水池至壓出水池水面間的垂直幾何高差，也可能是吸水池與壓水密閉水箱之間的表壓差。因此，管道水頭損失特性曲線只表示在水泵裝置管道系統(tǒng)中，當HST=0時，管道中水頭損失與流量之間的關系曲線，此情況為管道系統(tǒng)特性曲線的一個特例。

四、離心泵的定速運行工況

當離心泵的轉速保持不變時，所對應的工況稱為離心泵的定速運行工況

M點表示將水輸送到高度為HST時，水泵所供給水的總比能與管道所要求的總比能相等的那個點，稱它為該水泵裝置的平衡工況點（也稱工作點）。只要外界條件不發(fā)生變化，水泵裝置將穩(wěn)定地在這點工作，其出水量為QM，揚程為HM，該點即為該離心泵的定速工況點。

離心泵定速工況點的調節(jié)

在水泵的運行管理中，常需要人為地對水泵裝置的工況點進行必要的改變和控制，我們稱這種改變和控制為“調節(jié)”。

最常見的調節(jié)是用閘閥來節(jié)流，也就是改變水泵出水閘閥的開啟度來進行調節(jié)。

利用閘閥的開啟度可使水泵裝置的工況點由零到極限工況點QA之間變化

五、離心泵的調速運行工況

調速運行是指水泵在可調速的電機或其它變速裝置的驅動下運行，通過改變轉速來改變水泵裝置的工況點

對調速運行工況，將著眼于在管網用水量逐時變動的情況下，如何充分利用通過變速而形成的離心泵Q-H曲線的高效工作區(qū)。因此，調速運行大大地擴展了離心泵的有效工作范圍，是水泵運行中十分合理的調節(jié)方式。

相似定律（比例定律）應用

此式表示同一臺離心泵，當轉速n變化時，其它性能參數將按上述比例關系而變，上面這三個式子為相似定律的一個特殊形式，稱為比例律。它反映出轉速改變時，水泵主要性能變化的規(guī)律。在后述的關于離心泵裝置的變速調節(jié)工況就是應用比例定律來換算的。

應用：（1）已知水泵轉速為n1時的（Q-H）1曲線，但所需工況點并不在該特性曲線上，而在坐標點A2處。則要知道水泵在A2點工作時，其轉速n2應為多少；（2）已知水泵n1時的（Q-H）1曲線，試用比例律畫出轉速為n2時的（Q-H）2曲線。

比例律的應用

轉速改變時特性曲線變化

離心泵調速的注意事項

1）水泵機組的轉子與其它軸系一樣，在配置一定的基礎后，都有自己的固有頻率。要防止出現共振。2）水泵的調速一般不輕易地調高轉速（指高于額定轉速）。3）調速裝置價格昂貴，一般采用調速泵與定速泵并聯工作的方式。4）調速后工況點的揚程如果等于調速泵的啟動揚程，調速泵不起作用（即調速泵流量為零）。

5）一般地，調速后泵的轉速應在額定轉速的50%～65%以上。

六、離心泵并聯及串聯運行工況

離心泵并聯運行的適用場所：1）用戶需要大流量而單臺泵滿足不了要求；2）使用過程中流量要大幅度變化，且要求能進行水泵臺數調節(jié)時；3）要求有水泵備用以滿足不間斷供水需要時；

4）盡管單臺泵可滿足流量要求，但多臺泵并聯的效率高于單臺泵時。

離心泵并聯運行工況

的圖解法原理

把I號泵Q-H曲線上的1、1ˊ、1ˊˊ，分別與II號泵Q-H曲線上的2、2ˊ、2ˊˊ各點的流量相加，則得到I、II號泵并聯后的流量3、3ˊ、3ˊˊ，然后連接3、3ˊ、3ˊˊ各點即得水泵并聯后的總（Q-H）1+2曲線。

同型號、同水位的兩臺水泵的并聯工作

五臺同型號泵并聯工作示意圖

一臺泵單獨工作時的流量，大于并聯工作時每一臺泵的流量，也即兩臺泵并聯工作時，其流量不是單泵工作時的流量加倍。這種現象在多臺泵并聯時，就很明顯，而且當管道系統(tǒng)特性趨向較陡時，就更為突出。

注意：不同型號的兩臺水泵在相同水位下的并聯工作

這種情況不同于上面所述的主要是：兩臺水泵的特性曲線不同，管道中水流的水力不對稱。兩臺水泵并聯后，每臺泵工況點的揚程也不相等。因此，欲繪制并聯后的總Q-H曲線，就不能簡單地使用等揚程下流量疊加的原理，而要先扣除造成兩臺泵揚程差異的因素，即將兩臺泵的揚程換算為平衡揚程后（亦可用圖解法），才能采用等揚程下流量疊加的原理。

其具體方法是：在各臺水泵的特性曲線上分別減去各自由吸水管口到并聯交匯點這段管道的能量損失，得到兩條新的水泵特性曲線即為扣除了阻力影響的水泵等效特性曲線，再在等效特性曲線上應用圖解法即可。

離心泵串聯運行

離心泵串聯

就是將第一臺水泵的壓水管作為第二臺水泵的吸水管，水由第一臺水泵壓入第二臺水泵，水以同一流量依次流過各臺水泵。

水泵的串聯主要應用在以下場合：

1）單臺泵的揚程不能滿足供水要求時；

2）對舊系統(tǒng)進行改造后，管路系統(tǒng)的阻力增大，使原有的水泵難以滿足要求，而此時又要利用原有水泵時。

離心泵串聯運行圖解法

各臺水泵串聯工作時，其總Q-H曲線等于同一流量下揚程的疊加

水泵串聯運行，要注意參加串聯工作的各臺水泵的設計流量應是接近的，否則，就不能保證兩臺泵都在較高效率下運行，嚴重時可使小泵過載或者反而不如大泵單獨運行。因為在水泵串聯條件下，通過大泵的流量也必須通過小泵，這樣，水泵就可能在很大的流量下強迫工作，軸功率增大，電動機可能過載。另外，兩臺泵串聯時，應考慮到后一臺泵泵體的強度問題。

七、離心泵吸水性能及其影響因素

離心泵吸水管中的壓力變化過程

離心泵中的氣穴和氣蝕

氣穴現象

“氣蝕”效應

氣蝕是氣穴現象侵蝕材料的結果，很多時候將其統(tǒng)稱為氣蝕現象。在氣蝕開始時，表現在水泵外部的是輕微噪音、振動和水泵揚程、功率開始有些下降；氣蝕嚴重時，氣穴區(qū)就會突然擴大，這時，氣泡大量產生，使水泵中過流減小以致流量降低，并使水流狀態(tài)遭到破壞、能量損失增大，水泵的H、N、η就將到達臨界值而急劇下降，最后停止出水。氣蝕嚴重時，水泵的葉輪會遭到嚴重破壞與毀損，此時需要分析并排除引起氣蝕的原因并更換葉輪。

離心泵汽蝕現象氣縛現象離心泵葉輪汽蝕圖例泵汽蝕后的葉輪離心泵的最大安裝高度

水泵的安裝高度HSS，是吸水池水面的測壓管高度與泵軸的高差。由于泵通常是在一定流量下運行，其流速水頭和管路水頭損失都是定值，因此隨著水泵安裝高度HSS的增加，水泵吸入口的真空度也會增加。當吸入口真空度增加到某一最大值時，泵吸入口的壓力接近液體的氣化壓力，就易在泵內引起氣蝕效應。

水泵銘牌或樣本中，對于各種水泵都給定了一個允許吸上真空高度HS，此HS即為水泵泵殼吸入口的測壓孔處真空值HV的最大極限值。在實用中，水泵的HV超過樣本規(guī)定的HS值（即HV＞HS）時，就意味著水泵將會遭受氣蝕。由于制冷空調工程中應用水泵時，均設置為自灌式系統(tǒng)，即其安裝高度是負值，葉輪常安裝在吸水面以下，因此對其最大安裝高度的確定并未加以過多的注意。對此類泵較常采用的是用“氣蝕余量”