化工原理第二章离心泵

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）。
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
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
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
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

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
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
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，
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
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

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 。
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）
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@
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
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


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
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。
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。
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。
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
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
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

u2 c2u g

1 g
[( r2 ) 2
Q co t 2 2 b 2