离心泵

离心水泵——编写人：渝666第一节流体输送机械1.概述流体输送是化工生产过程中常见的单元操作之一。

为了将流体从一处送到另一处，不论是提高其位置高度或增加其压强，还是克服管路的沿程阻力，都需要向流体施加外部机械能。

流体输送机械就是向流体作功以提高其机械能的装置。

目前流体输送机械为通用机械产品，在生产中如何选用既符合生产需要，又比较经济合理的输送机械，同时在操作中做到安全可靠、高效率运行，除了熟知被输送流体的性质、工作条件外，还必须了解各类输送机械的工作原理、结构和特性，以便进行正确地选择和合理使用。

本章内容就是介绍常用的流体输送机械及其工作原理、选型计算等。

1.1 输送机械的用途（1）补充能量：将流体从一处输送到另一处(2) 提高压强：给流体加压（3）造成设备真空：给流体减压为液体提供能量的输送机械称为泵，如离心泵、往复泵、旋涡泵等。

为气体提供能量的输送机械称为风机或压缩机，如离心通风机、鼓风机等。

1.2输送机械的分类流体输送机械按照其工作原理分为：(1)动力式：利用高速旋转的叶轮使流体的机械能增加，典型的是离心式、轴流式输送机械。

(2)容积式：利用活塞或转子运动改变工作室容积而对流体作功。

典型的是往复式、旋转式输送机械。

(3)其它类型：如利用另外一种流体作用的喷射式。

第二节离心泵液体输送机械的种类很多，按照工作原理的不同，分为离心泵、往复泵、旋转泵、旋涡泵等几种，其中，离心泵由于其适用范围广、操作方便，便于实现自动调节和控制而在化工生产中应用最为普遍。

2.1 离心泵的基本结构和工作原理2.1.1.离心泵的基本结构离心泵主要由叶轮、泵壳等组成，由若干弯曲叶片组成的叶轮紧固在泵轴上安装在蜗壳形的泵壳内。

泵壳中央的吸入口与吸入管路相连，侧旁的排出口与排出管路连接，如图。

2.1.2 离心泵的工作原理离心泵启动前应在泵壳内灌满所输送的液体，当电机带动泵轴旋转时，叶轮亦随之高速旋转(转速一般为1000～3000r/min)。

叶轮的旋转一方面迫使叶片间的液体在随叶轮作等角速旋转的同时，另一方面，由于受离心力的作用使液体向叶轮外缘作径向运动。

在液体被甩出的过程中，流体通过叶轮获得了能量，并以15～25m/s的速度进入泵壳。

在蜗壳中由于流道的逐渐扩大，又将大部分动能转变为静压强，使压强进一步提高，最终以较高的压强沿切向进入排出管道，实现输送的目的，此即为排液原理。

当液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心处形成了低压。

在液面压强与泵内压强差的作用下，液体经吸入管路进入泵的叶轮内，以填补被排除液体的位置，此即为吸液原理。

只要叶轮旋转不停，液体就被源源不断地吸入和排出，这就是离心泵的工作原理。

若离心泵在启动前泵壳内不是充满液体而是空气，由于空气的密度远小于液体的密度，产生的离心力很小，因而叶轮中心区形成的低压不足以将贮槽内液体压入泵内，此时虽启动离心泵但不能够输送液体，这种现象称作气缚。

表示离心泵无自吸能力。

因此在启动泵前一定要使泵壳内充满液体。

通常若吸入口位于贮槽液面上方时，在吸入管路中安装一单向底阀和滤网，以防止停泵时液体从泵内流出和吸入杂物。

2.2 离心泵的主要部件包括叶轮、泵壳、轴封装置。

2.2.1.叶轮它通常由6～12片后弯叶片所组成，本身被固定在泵轴上并随之旋转。

作用是将原动机的机械能直接传给液体，以提高液体的静压能和动能。

根据其结构和用途分为开式、半开式和闭式三种。

开式叶轮：没有前后盖板。

适于输送含大颗粒的溶液，效率低。

半开式叶轮(半闭式叶轮)：吸入口一侧无前盖板，适于输送含小颗粒的溶液，输送效率低。

闭式叶轮：叶片两侧带有前后两块盖板，液体在两叶片间通道内流动时无倒流现象，适于输送较清洁的流体，输送效率高，一般离心泵多采用这种叶轮。

（1）开式(2)半闭式（3）闭式闭式或半闭式叶轮在工作时，部分高压液体可由叶轮与泵壳间的缝隙漏入两侧，除影响效率外也使叶轮受到指向液体吸入口的轴向推力，导致叶轮向吸入口移动，严重时造成与泵壳的接触摩擦直至损坏。

为了平衡轴向推力，可在叶轮后侧板上钻一些平衡孔，使漏入后侧的部分高压液体由平衡孔向低压区泄漏，减小两侧的压强差，但同时也使泵的效率有所下降。

叶轮按其吸液方式的不同分为单吸式和双吸式两种，如图。

双吸式叶轮可从两侧同时吸液，吸液能力大，而且可基本上消除轴向推力。

（1）单吸式（2）双吸式2.2.2. 泵壳泵壳亦称为蜗壳、泵体，构造为蜗牛壳形，其作用是将叶轮封闭在一定空间内，汇集引导液体的运动，并将液体的大部分动能转化为静压能。

这是因为随叶轮旋转方向，叶轮与泵壳间的通道截面逐渐扩大至出口时达到最大，使能量损失减少的同时实现了能量的转化。

为了减少由叶轮外缘抛出的液体与泵壳的碰撞而引起能量损失，有时在叶轮与泵壳间还安装一固定不动而带有叶片的导轮，以引导液体的流动方向(见图)。

2.23. 轴封装置在泵轴伸出泵壳处，转轴和泵壳间存有间隙，在旋转的泵轴与泵壳之间的密封，称为轴封装置。

其作用是防止高压液体沿轴泄漏，或者外界空气以相反方向漏入。

常用的有填料密封和机械密封。

（1）填料密封装置：由填料函壳、软填料和填料压盖构成，软填料为浸油或涂石墨的石棉绳，将其放入填料函与泵轴之间，将压盖压紧迫使它产生变形达到密封。

（2）机械密封装置：由装在泵轴上随之转动的动环和固定在泵壳上的静环组成，两环形端面由弹簧力使之紧贴在一起达到密封目的。

动环用硬质金属材料制成，静环一般用浸渍石墨或酚醛塑料等制成。

机械密封的性能优良，使用寿命长，部件的加工精度要求高，安装技术要求比较严格，价格较高。

用于输送酸、碱、盐、油等密封要求高的场合。

2.3 离心泵的性能参数与特性曲线2.3.1 离心泵的主要性能参数为了正确地选择和使用离心泵，就必须熟悉其工作特性和它们之间的相互关系。

反映离心泵工作特性的参数称为性能参数，主要有转速、流量、压头、轴功率和效率、气蚀余量等。

离心泵一般由电机带动，因而转速是固定的，其性能参数通常在离心泵的铭牌或样本说明书中标明，以供选用时参考。

（1）.流量Q离心泵在单位时间内排出的液体体积，亦称为送液能力，用Q表示，单位为m3／h、m3／s、L/s。

离心泵的流量与其结构、尺寸(叶轮直径和宽度)、转速、以及密封装置的可靠程度等有关。

离心泵的实际流量并不是固定不变的，操作时可以在一定范围内进行调节。

铭牌上标明的流量是泵的额定流量或设计流量，在此流量下，泵的效率最高。

（2）.压头（扬程H ） 指离心泵对单位重量的液体所提供的有效能量，又称为扬程，用H 表示，单位为m 液柱。

泵的压头与泵的结构尺寸、转速、流量等有关。

对于一定泵而言，在转速一定和正常工作范围内，压头与流量间有一定的关系，流量越大，扬程越小。

铭牌上的扬程为该泵设计流量下的扬程值。

在泵的入口和出口间列柏努利方程，以单位重量流体为基准：Z:出、入口高度差P0：真空压力 U1: 吸入口流速P1: 大气压力 U2：压出口流速例如：为测定一台离心泵的扬程，以293K （20℃）时的清水为物料，测得出口处压力表的读数为：470.88Kpa ，入口处真空表读数为19.62Kpa 。

出入口之间的高度差为：0.4m ，实测泵的流量为70.37m 3／h ，若吸入管和压出管的管径相同，试计算该泵的扬程？解： 20℃时清水密度为：998.2Kg ／m 3 ，u 1=u 2 ，Z=0.4m ，根据扬程公式即：g p p g u u Z H ρ1021222++-+=m g p p g u u Z H 5081.92.99810)62.1988.470(04.023102221=⨯⨯+++=++-+=ρ（3）.效率 指泵轴对液体提供的有效功率与泵轴转动时所需功率之比，称为泵的总效率，用η表示，其值恒小于100%。

它的大小反映泵在工作时能量损失的大小，泵的效率与泵的大小、类型、制造精密程度、工作条件等有关。

离心泵的能量损失主要包括：1) 容积损失：由于泵的泄漏、液体的倒流等所造成，使得部分获得能量的高压液体返回去被重新作功而使排出量减少，浪费能量。

容积损失用容积效率ηV 表示。

2) 机械损失：由于泵轴与轴承间、泵轴与填料间、叶轮盖板外表面与液体间的摩擦等机械原因引起的能量损失。

机械损失用机械效率ηm 表示。

3) 水力损失：由于液体具有粘性，在泵壳内流动时与叶轮、泵壳产生碰撞、导致旋涡等引起的局部能量损失。

水力损失用水力效率ηh 表示。

％理论流量实际流量100%100⨯=⨯=T e V Q Q η％有效功率理论功率100N N %100e T ⨯=⨯=m η％理论压头实际压头100H H %100Te ⨯=⨯=h η总效率： η= ηv ×ηm ×ηh一般：小泵：η= 50～70％大泵：η>90％4）.轴功率(N a ) 泵转动时从电机所获得的功率为轴功率，单位：W ，液体经泵后获得的功率为实际功率，也称为有效功率。

用N 表示。

泵的有效功率与轴功率之比为总功率。

泵的轴功率与泵的结构、尺寸、流量、压头、转速等有关。

2.3.2 离心泵的特性曲线试验表明，离心泵工作时的扬程、功率和效率等主要性能参数并不是固定的，而是随流量的变化而变化的。

生产上常把Q-H 、Q-N 和 Q-η的变化关系画在同一坐标纸上，得出一组曲线，称为离心泵的工作性能曲线或特性曲线。

不同型式的泵有不同的特性曲线；同一型号的泵，当转速和叶轮直径不同时，其特性曲线也不同。

通常在特性图的左上角，注明泵的型式和转速。

下图为：IS100-80-125（4B20）型水泵的特性曲线图，曲线的形状随转速而变化，故曲线应标明转速。

%100⨯=aN N η效率最大时的性能参数为：Q=90 m3／h，H=20m，η= 78％，N a=7Kw，N=2900 r/min(1)、Q-H曲线表示扬程和流量的关系。

离心泵的扬程一般随流量的增大而下降。

(2）、Q-N表示泵的轴功率与流量的关系。

轴功率随流量的增大而上升；流量为零时轴功率最小。

(3）、Q-η表示泵的效率与流量的关系。

泵的效率开始时随泵的流量的增大而升高，达到最高峰后，则随流量的增大而降低。

水泵铭牌上标注的Q、H、N都是泵在最高效率点时的数值。

为了让泵在最高效率点工作，有时可以改变泵的转速或叶轮的直径，泵的性能则产生相应的变化。

（1）液体密度的影响离心泵的压头、流量均与液体的密度无关，故泵的效率亦不随ρ而改变，但泵的轴功率随密度不同而变化，应重新进行计算。

（2） 液体粘度的影响当被输送液体的粘度大于常温下清水的粘度时，由于叶轮、泵壳内流动阻力的增大，致使泵的压头、流量都要减小，效率下降，而轴功率增大。

2.3.4 离心泵的工作点与流量调节1) 工作点当离心泵安装在一管路中时，泵所提供的压头与流量，必然和管路所要求的压头与流量相一致才能工作，因此同时满足管路特性和泵特性的点称为泵的工作点。