化工原理第二章离心泵

1）离心泵基本方程式的导出

理想情况：
1）泵叶轮的叶片数目为无限多个，也就是说叶片的 厚度为无限薄，液体质点沿叶片弯曲表面流动，不发 生任何环流现象。 2）输送的是理想液体，流动中无流动阻力。
理论压头
离心泵在上述理想情况下产生的压头，就做理论压头， 用H∞表示。
离心泵的基本方程
H
u2 c2 cos 2 g
离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的
状态参数。

在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。一般
要求操作时的效率应不低于最高效率的92%。
2、液体性质对离心泵特性的影响
1）液体密度的影响 离心泵的流量
QT 2r2b2c2 sin 与液体密度无关。
离心泵的压头 H u2c2 cos 2 / g 与液体的密度无关 H～Q曲线不因输送的液体的密度不同而变 。 泵的效率η不随输送液体的密度而变。
且可以较好的消除轴向推力。
2）泵壳
a) 泵壳的作用

汇集液体，作导出液体的通道；

使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。
b)导叶轮

为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之间有
时还装有一个固定不动的带有叶片的圆盘，称为导叶轮。

导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方向相反，
N QHg /
故 ， N~Q 曲 线上 移。
离心泵的轴功率与输送液体密度有关 。
2）粘度的影响

当输送的液体粘度大于常温清水的粘度时，
•泵的压头减小 •泵的流量减小 •泵的效率下降
•泵的轴功率增大

泵特性曲线发生改变，选泵时应根据原特性曲线进行修
耐腐蚀泵 接触液体的部件（叶轮、泵体）用耐腐蚀材料制 成。要求：结构简单、零件容易更换、维修方便
、密封可靠、用于耐腐蚀泵的材料有：铸铁、高
硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等。（F型）
油泵 输送石油产品的泵 ，要求密封完善。（Y 型） 输送含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液等的泵 ，又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等 。要求不易 堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、
增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再增 大，效率便下降。
Q，H ，N，有最大值。
０2
高效区
与最高效率相比， 效率下降5％～8％
设计点


注意：
离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在与最高
效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。

与最高效率点所对应的Q、H、N值称为最佳工况参数。
远，则冲击损失越大。 考虑到这项损失后，压 头线应为曲线d。

w2 2 2
2
c2 u2
b c d
设计 流量
w1 1 c1
1
u1
理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为：
H
q-H
实际压 头 设计流 量
三．离心泵的主要性能参数
转速 流量 压头 轴功率和效率 允许汽蚀余量
泵壳
叶轮
泵轴
吸入导管
底阀
2. 离心泵的操作原理：
1）开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。
2）开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在 此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，并以很 高的速度（15-25 m/s）流入泵壳。 3）在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢，使 大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压强从排出口 流入排出管道。 4）泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在液面压 强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便经吸 入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。 离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮 所产生的离心力，因此称为离心泵。
叶片后弯，2<90，ctg2>0， 即H随流量增大而减小； 叶片径向，2=90，ctg2=0， 即H不随流量而变化； 叶片前弯，2>90，ctg2<0， 即H随流量增大而增大。
w2 2 w2 2 2 w2
后弯叶片
径向叶片
前弯叶片
思考：前弯叶片产生的理论压头最高，这类叶片
思考：泵启动前为什么要灌满液体

气缚现象：
离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远
小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心
处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样，
离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。
为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止
逆阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于
杂质泵
叶片数目少。
二、离心泵的理论压头和实际压头 1、压头的意义

泵的压头：泵向单位重量流体提供的机械能。用H表
示，单位是m。

管道输送流体系统正常工作时：H=he
he z
Байду номын сангаас
p
g

u
2

2g
h
f
泵产生的压头主要用于是液位高度增加，静压头增大
以及克服流动过程中的压头损失。
2、离心泵的理论压头
2.变压头流量计（测速管、孔板流量计和文丘里流量计 ）
3.变截面流量计（转子流量计）
4. 流体输送机械（液体输送机械；气体输送机械）
5. 泵的分类（速度式；容积式）
第一节 离心泵
一、离心泵的构造和工作原理
1、 叶轮 ： 1、离心泵的构造： 2、 泵壳 ： 3、 泵轴及轴封装置
：
压出导管
思考：三种叶轮中哪一种效率高？

闭式叶轮的内漏最小，故效率最高，
敞式叶轮的内漏最大。
敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵 塞现象

平衡孔：在后盖板上钻有小孔，以
把后盖前后空间连通起来。
单吸式叶轮
液体只能从叶轮一侧被吸入，结
构简单。 按吸液方式
双吸式叶轮 相当于两个没有盖板的单吸式叶轮 背靠背并在了一起，可以从两侧吸 入液体，具有较大的吸液能力，而

u2 c2u g

1 g
[( r2 ) 2
Q co t 2 2 b 2
]
——离心泵基本方程
r—叶轮半径；—叶轮旋转角速度；Q—泵的体积流量； b—叶片宽度； —叶片装置角。

意义：表示离心泵的理论压头与理论流量，叶轮
的转速和直径、叶轮的几何形状间的关系。

w2 2 2
2
c2 u2
是最佳形式的叶片吗？NO！

由于液体的流速过大，在动能转化为静压能的
实际过程中，会有大量机械能损失，使泵的效率降
低。

一般都采用后弯叶片。
3、实际压头
离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异，原因在于 流体在通过泵的过程中存在着压头损失，它主要包括： 1）叶片间的环流 2）流体的阻力损失 3）冲击损失
具体原因如下：
（1）叶片间的环流运动

主要取决于叶片数目 、
装置角 2 、叶轮大小等
因素 ， 而几乎与流量大 小无关。

考虑这一因素后，图中
理论压头线a变为直线b 。
（2）阻力损失

此损失可近似视为与流速的平方呈正比。 考虑到这项损失后，压头线变为曲线c 。
b c
（3）冲击损失 在设计流量下，此项损失最小。流量若偏离设计量越

Ne N
N e HQ g

Ne
H
机械能衡算
具体解题步骤见P60，例2-1
四．离心泵的特性曲线及应用
1、离心泵特性曲线 离心泵的H、η 、 N都与离心泵的Q有关，它们之间的关系 由确定离心泵性能的实验来测定，实验测出的一组关系曲 线：
H～Q 、η～Q 、 N～Q
——离心泵的特性曲线 注意：特性曲线随转速而变。 各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状基 本相似，具有共同的特点 。
小型水泵：一般为5070%
大型泵：可达90%以上
N
Ne
例2-1
用水对一离心泵的性能进行测定，在某一次实验中
测得：流量10m3/h，泵出口压力表读数0.17MPa，泵入口的 真空表读数160mmHg，轴功率1.07kW。真空表与压力表两测 压截面的垂直距离为0.5m。试计算泵的压头及效率。
思路：
离心泵的主要性能参数
铭 牌
(一)．压头与流量
1 离心泵的流量
指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一
般用Q表示，单位为m3/s或m3/h。又称为泵的送液能力 。
2 离心泵的压头
泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以H表示，单
位为m。又称为泵的扬程。


离心泵的压头取决于：
泵的结构（叶轮的直径、叶片的弯曲情况等） 转速 流量 n Q，
其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体 在泵壳的通道内平缓的改变方向，使能量损失减小，使动能 向静压能的转换更为有效。
3）轴封装置
a) 轴封的作用
为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者
外界空气漏入泵壳内。
B 轴封的分类 主要由填料函壳、软填料和填料压盖 填料密封：
轴封装置 组成，普通离心泵采用这种密封。
机械密封： 主要由装在泵轴上随之转动的动环和 端面密封 固定于泵壳上的静环组成，两个环形
端面由弹簧的弹力互相贴紧而作相对 运动，起到密封作用。
4、离心泵的分类
1）按照轴上叶轮数目的多少 单级泵 轴上只有一个叶轮的离心泵，适用于出口压力 不太大的情况； 多级泵 轴上不止一个叶轮的离心泵 ，可以达到较高的
w1 1 c1
1
u1
2）离心泵基本方程式的讨论
（1）理论压头与流量Q、叶轮转速、叶轮的尺寸 和 构造r2、b2、2）有关； （2）叶轮直径及转速越大，则理论压头越大； （3）理论压头H与液体密度无关。 这就是说，同一台泵无论输送何种密度的液体，对单 位重量流体所能提供的能量是相同的。 （4) 在叶轮转速、直径一定时，流量 Q与理论压头H 的关系受装置角 2 的影响如下：
压头。离心泵的级数就是指轴上的叶轮数，我国
生产的多级离心泵一般为2~9级。 2）按叶轮上吸入口的数目
单吸泵 叶轮上只有一个吸入口，适用于输送量不大的情况。
双吸泵 叶轮上有两个吸入口，适用于输送量很大的情况。
3）按离心泵的不同用途 输送清水和物性与水相近、无腐蚀性且杂质很 水泵 少的液体的泵, （B型）
开停车和调节流量。
3．离心泵主要构件的结构及功能
1）叶轮 ——叶片（+盖板）
a)叶轮的作用
将电动机的机械能传给液体,使液体的动能有所提高。 b)叶轮的分类 闭式叶轮 叶片的内侧带有前后盖板，适于输送干 净流体，效率较高。 根据结构 开式叶轮 没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒 的液体悬浮物。 半闭式叶轮 只有后盖板，可用于输送浆料或含固体 悬浮物的液体，效率较低。
N
e

Q gH N
电
电功率
N 电出
传
N
Ne
N N 电出 传

泵
N
e
N
电 N 电 出 电功率 机 电

与效率有关的各种能量损失：
（1）容积损失：
内漏
（2）水力损失
环流损失、阻力损失和冲击损失
（3）机械损失
泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦
机械 容积 损失 损失 水力 损失
兰州理工大学 石油化工学院
第二章 流体输送机械
授课人：张栋强 联系方式：zhangdq@lut.cn
流体输送机械：就是向流体做功以提高其机械能
的装置。
按照输送流体的性质分类：
液体输送机械 - - - 泵
流体输送机械
气体输送机械
通风机
鼓风机 压缩机 真空泵

泵按照其工作原理和结构可分为:
速度式：如离心式 轴流式、喷射式等 、 泵
特点：依靠旋转的叶片向液体传送机械能
容积式：如往复式、回转式等
特点：机械内部的工作容积不断发生变化
一、离心泵的构造和工作原理
二．离心泵主要构件的结构及功能
三、离心泵的主要性能参数
四、离心泵的工作点与流量调节
五、离心泵的安装高度 六、离心泵的选用、安装与操作
复习：
1. 流量测量（变压头流量计；变截面流量计）。
1）H～Q曲线：表示泵的压头与流量的关系，离心泵的压头 普遍是随流量的增大而下降（流量很小时可能有例外） 2）N～Q曲线：表示泵的轴功率与流量的关系，离心泵的轴 功率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小。 离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保 护电机。
3）η～Q曲线：表示泵的效率与流量的关系，随着流量的


思考：转速一定时，出厂前如何确定泵的压头呢？ 实验测定 在泵进口b、泵出口c间列机械能衡算式：
pb
流量计 真空表 压力表
g
H

ub
2
H
pc
2g
g

uc
2
2g
h0 h f
b
c
h0
pc - pb
g

p c (表 ) p b (真 )
g
（二）轴功率、有效功率及效率
轴功率：电机输入离心泵的功率,用N表示，单位为W或kW 有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne表示 效率： 反映泵对外加能量的利用程度，无量纲，用表示。 三者关系（如图）： N