离心泵特性曲线

2.2.1 离心泵的工作原理
1．离心泵的构造：
1、叶轮： 2、泵壳： 3、泵轴及轴封装置：
气缚现象：泵壳和吸入管路内没有充满液体， 泵 内有空气，由于空气密度远小于液体的 密度，叶轮旋转对其产生的离心力很小，叶 轮中心处所形成的低压不足以形成吸上液体 所需要的真空度，泵就无法工作。
（3) 导轮
思考4： 为什么导轮的弯曲方向与叶 片弯曲方向相反？
（4). 轴封装置
旋转的泵轴与 固定的泵壳之 间的密封。 作用：防止高 压液体沿轴漏 出或外界空气 漏入。
填料密封 机械密封
离心泵的理论压头和实际压头
压头：单位重量液体所获得的能量称为泵的压头，用 H表示，单位m。 理论压头：理想情况下单位重量液体所获得的能量称 为理论压头，用HT表示。
离心泵：靠高速旋转的叶轮，液体在离心力作用下 获得能量，以提高压强。 往复泵：利用活塞的往复运动，将能量传给液体， 以完成输送任务。 旋转泵：靠泵内一个或一个以上的转子旋转来吸入 和排出液体。 旋涡泵：一种特殊类型的离心泵。
气体输送机械：据出口气体压强可分为通风机， 鼓风机，压缩机，真空泵
压缩比=出口压力/进口压力
1. 理论压头表达式的推导
w2 液体在高速旋转的叶轮中的运动分为2种: 2 2 2 c2 u2
周向运动:
u r
w1 1 1 c1
与叶片的相对运动：
处处与叶片相切
u1
在 1 与 2 之间列机械能衡算方程式，得：
2 2 p 2 p1 c 2 c 1 HT g 2g
(1)
转速
n
流量 qV，泵单位时间实际输出的液体量，m3/s或m3/h。 可测量 压头 He，又称扬程，泵对单位重量流体提供的有效能量，m。 可测量
在泵进口b、泵出口c间列机械能衡算式：
流量计 真空表 c 压力表 h0 b
pc u pb u h0 H f He g 2 g g 2 g
2 u2
HT
qV u2 q 2 ctg 2 r2 V ctg 2 2r2b2 2b2 g g
HT = B+AqV
H = B + AqV2
2.2.2 离心泵的特性曲线
转 速 流 量 压 头 轴 功 率 和 效 率 允 许 汽 蚀 余 量
1．离心泵的主要性能参数
思考 1： 为什么叶片弯曲？泵壳呈蜗壳状？
调节阀 排出管 排出口 吸入口 吸入管 泵 壳 叶轮 泵 轴
离心泵叶轮
底 阀 滤 网
2 离心泵主要构件的结构及功能
(1)．叶轮
闭式叶轮 敞式叶轮 半闭式叶轮
思考 2：三种叶轮中那一种效率高？
思考 2：三种叶轮中那一种效率高？
闭式叶轮的内漏较弱些，敞式叶轮的最大。 但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象
qV u2 qV 2 u ctg 2 r2 ctg 2 2r2b2 2b2 HT g g
2 2
HT = B + Aqv
Байду номын сангаас
请思考：与 HT 有关的因素有那些？分别是什么关系？
讨论： （1） 理论压头与流量 qV、 叶轮转速、 叶轮的尺寸和构 造（r2、b2、 2）有关；
2. 离心泵特性曲线 包括 ：He~qV曲线 Pa~qV曲线 ~qV曲线
０2
高效区
由图可见： qV，He ，Pa ， 有最大值
用20C清水测定
3. 影响离心泵性能的因素
（1）液体性质的影响
密度的影响：
对 He~qV 曲 线 、 ~qV 曲 线 无 影 响 ， 但 qV gH e Pa ，
2 u2
Pa n 比例定律 若不变，则 Pa n （3）叶轮直径的影响 当叶轮直径因切割而变小时， 若变化程度小于 20%，则
qV D2 qV D2 D2 He H e D2
2
qV n qV n

n He He n
w2 2
c2 u2
w2 2
c2 u2 2
w2 u2
c2
后弯叶片
径向叶片 叶轮出口速度三角形
前弯叶片
qV u2 qV 2 u ctg 2 r2 ctg 2 2r2b2 2b2 HT g g
2 2
（4）理论压头与液体密度无关。 这就是说，同一台泵无论输送何种液体，所 能提供的理论压头是相同的。 注意：泵对单位体积流体所加的能量=gHT 与密度呈正比。
• • • • 通风机:终压≯14.7kpa(表压) 压缩比1～1.15 鼓风机:终压14.7～294.kpa (表压) 压缩比＜4 压缩机：终压 ＞294 kpa (表压) 压缩比＞4 真空泵：使设备产生真空（绝压＜大气压），一 般在0.2kgf/cm2(绝) 以下。
2.2
离心泵(Centrifugal Pump)
2 b
2 c
pc pb p c ( 表 ) p b (真 ) H g g
轴功率和效率
Pa，又称功率，单位W 或kW
，无量纲
电功率
P 电出 电功率电
电
P 电出
传
Pa
Pe
电机
PP 电出 传

泵 P e P a
P e qm he gHe qV
Pe qV gHe Pa Pa
p2 p1 使静压头增加 的原因： g 原因一：离心力作功 2
r2
Fc r
p2 p1 Fc dr g 1 r1 2 rdr
r1 2 2 u u 1 2 2 1 r2 r12 2 2 2 r2

w2 2 2
2
2

3
若不变，则
Pa D2 Pa D2

3
切割定律
Pa n 若不变，则 Pa n 2
qV D2 qV D2 D2 He H e D2
qV n qV n

n He He n
2 流体输送机械分类
在化工生产中，常常需要将流体从低位输送到高处；从低 压设备输送到高压设备；沿管道输送到较远的地方。 要克服位能、静压能之差及摩擦阻力引起的能量损失，为 此，必须借助一定的输送设备，对流体作功，以补充足够的 能量，这种为输送流体而提供能量的机械---流体输送机械 流体输送机械的目的: 给流体加入机械能以实现非自动过程
2
He

3
比例定律
n
n
2. 离心泵的实际压头
实际压头比理论压头要小。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、液体粘度等因素，而 几乎与流量大小无关。
（2）阻力损失
可近似视为与流速的平方呈正比
（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远，冲击损失越大。
理论压头HT和实际压头H
叶轮轴向力问题
闭式或半闭式叶轮后 盖板与泵壳之间空腔 液体的压强较吸入口 侧高，这使叶轮遭受 指向吸入口方向的轴 向推力，这使叶轮向 吸入口侧位移，引起 叶轮与泵壳接触处的 磨损。 解决办法：叶轮后盖 板上钻一些小孔---平 衡孔。
（2）．泵壳
思考3：泵壳的主要作用是什么？ ①汇集液体，并导出液体； ②能量转换装置
高阻管路
低阻管路
d 2 4 d g
2 qv
B z+
p g
A
8(
l l ) 8( ) 8 (l + le ) d d 2d 4 g 2d 4 g 2g d5
H B Aqv 2
管路特性曲线方程
2.流体输送机械
2.1概述 2.2离心泵 2.3往复泵 2.4其他化工用泵 2.5气体输送机械
2.1 概述
1 管路特性曲线方程
以单位重量流体为蘅算基准的机械能衡算式
p1 u12 p2 u2 2 z1 H z2 Hf g 2g g 2g
p2 p1 u2 2 u12 H ( z2 ) ( z1 ) H g g 2g
p u 2 z+ H f g 2g
一般情况，动能项贡献较小
2 qv 2 2 l l u H f 4d d 2g 2g d l 8( )
理论压头：理想情况下单位重量液体所获得的能量称为 理论压头，用HT表示。
(1)流 体 为 理 想 流 体 ( 2)叶 轮 的 叶 片 数 目 为 无 穷 多，且叶片厚度不计。
问：由（1） 、 （2）可以得出什么结果？
由(1) 液体在泵内无摩擦阻力损失
由(2) 流体与叶片的相对运动的运动轨迹 可视为与叶片形状相同。
按工作原理分： 动力式（叶轮式）：离心式，轴流式； 容积式（正位移式）：往复式，旋转式； 其它类型：喷射式，流体作用式等。
按输送流体分：
泵 液 体 输 送 机 械 流体输送机械 通 风 机 、 鼓 风 机 气 体 压 送 机 械 压 缩 机 、 真 空 泵
液体输送机械：统称为泵
（2）叶轮直径及转速越大，则理论压头越大；
qV u2 qV 2 u ctg 2 r2 ctg 2 2r2b2 2b2 HT g g
2 2
（3）在叶轮转速、直径一定时，流量 qV 与理论 压头 HT 的关系受装置角 2 的影响如下：
叶片后弯，2<90，ctg2>0， 即HT随流量增大而减小； 叶片径向，2=90，ctg2=0， 即HT不随流量而变化； 叶片前弯，2>90，ctg2<0， 即HT随流量增大而增大。
2 2 2 2
w1 1 1 c1
式 3、4 代入上式得：
u1
c2u2 cos 2 c1u1 cos1 HT g
一般地，1=90
则 cos1=0，于是：
c2u2 cos 2 c2u u2 HT g g

（5）
w2 2 2 2 c2 u2
w1 1 1 c1
u1
又 qV 2r2 b2 c 2r
c2 u2
w1 1 1 c1


u1
原因二：液体由 1 流到 2 时，由于流动通道逐渐扩大，故 w 逐渐 变小，这部分能量将转化为静压能
2 2 p 2 p1 w1 w2 g 2g 2
于是：
2 2 2 2 p2 p1 p2 p1 p2 p1 u2 u1 w1 w2 g 2g g 1 g 2
故，Pa~qV 曲线上移。
粘度的影响： 当比 20℃清水的大时， He，Pa，
实验表明，当<20cst 时，对特性曲 线的影响很小，可忽略不计。
1cst=10-6m2/s，20℃清水的运动粘度=1cst
qV u2 q 2 ctg 2 r2 V ctg 2 (2)叶轮转速的影响 2r2b2 2b2 HT g g 当转速变化不大时（小于20%），利用出口速度三角形相 似的近似假定，可推知：
（ 2）
将式 2 代入式 1 得：
u u w w c c HT 2g 2g
2 2 2 1 2 1 2 2 2 2
2 1
根据余弦定理可知：
w c u 2c1 u1 cos 1 （3）
2 1
2 2
2 1
2 1

w2 2 2
2
c2 u2
w c u 2c 2 u2 cos 2 （4）
u2 c 2 u ctg 2 c 2r
w2 2
2
2
c2 c2 r c2u
2
u2
qV c2u u2 ctg 2 2r2b2
代入式 5 得：
w1
qV u2 qV 2 u ctg 2 r2 ctg 2 2r2b2 2b2 HT g g
2 2