第二章_离心泵(1)

速度三角形中的三种角
三种角
α角：绝对速度c与圆周速度u之间的夹角；
β角：相对速度w与圆周速度u反方向之间的 夹角，又称为流动角；
βy角：叶片切线与沿圆周速度u反方向之间 的夹角，又称为叶片安装角；
当β = βy即流动角等于叶片安装角时，液体沿叶 片形线运动，无冲击损失
c
w
α
β
u
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第二章 离心泵
§2-1 离心泵构造、原理
一、构造和原理
1、离心泵的构造：
排出管
吸入口
泵轴
泵壳 叶轮
轴封
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2、离心泵的工作原理
灌满液体 叶轮旋转 离心力甩出液体
蜗壳内进行能量的转换 流体被压出
叶轮中心形成真空
在压力差的作用下流体被压入泵内
思考：
流体在泵内都获得了什么能量？ 其中那种能量占主导地位？
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一、离心泵简化假设
实际上流体在离心泵中的流动相当复杂
简化其过程→建模→用数学语言来表达
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H∞表示。∞表示理想叶轮参数
①流体为理想液体 ②叶轮内叶片的数目为无穷多，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
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速度三角形中几种速度的计算
设计时 ，一般都是使设计流量下的 α1 = π / 2 c1u 0
b2
叶轮进口
QQ
c1r∞ =
A1
= πD1b1
叶轮出口
QQ c2r∞ = A2 = πD2b2 β2 = β2 y
u1∞
=
πD1n 60
u2∞
=
πD2n 60
D2
c cr w cu
u
叶片数无限，流体相对速度一定与叶片表面相切
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动量矩定理：从一个断面到另一个断面动量矩的变化等 于同一时间内作用在这两断面间流体上的外力矩
M∞Δt = ρQ (c2∞R2 cos α2 - c1∞R1 cos α1)Δt
因 c1∞cos α1 = c1u∞ c2∞cos α2 = c2u∞
M ∞ = ρQ (c2u∞R2 - c1u∞R1)
叶轮传给液体的功率为
N∞ = M ∞ω = ρQ (c2u∞R2 - c1u∞R1)ω = ρQ (c2u∞u2∞ - c1u∞u1∞)
又因 N∞ = ρgQ H∞
所以 H∞ = (c2u∞u2∞- c1u∞u1∞) / g 基本能量方程式(Euler方程)
H表示单位重量理想流体通过理想叶轮时获得的总压头
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2、泵壳（蜗壳形）
思考：泵壳的主要作用？
①汇集液体，并导出液体 ②能量转换装置
Why?
A↑
u↓
p↑
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三、离心泵分类
叶轮 级数
单级泵
多级泵
吸入液 体方式
百度文库
叶轮 形式
能量转 换方式
单吸泵 开式叶轮 蜗壳式
常压流体 被甩出
机械旋转 的离心力
高速流体
逐渐扩大的 高压流体
泵壳通道
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思考：
泵启动前为什么要灌满液体？
气缚现象
未灌满 底阀漏液
液体未灌满 其它地方泄漏
ρ气<<ρ液
离心力甩不出气体
叶轮中心的真空度不够
吸不上液体 泵无法正常工作
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二、主要部件
1、叶轮：
作用是将原动机的机械能传给液体，使液体的静压 能和动能均有所提高 结构形状分为三种
思考：三种叶轮中哪一种效率高？
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思考：三种叶轮中哪一种效率高？
高压区
低压区
泵内液体泄漏
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
-
c12∞
因绝对速度的增大而增加的动能
2g
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设计时 ，一般都是使设计流量下的 α1 = π / 2 → cosα1 = 0
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三、基本能量方程式(Euler方程)
设时间Δt内流过叶轮液体的理论体积流量 为Q，液体密度为ρ
叶片进口处的动量矩为ρQc1∞ R1cosα1 叶片出口处的动量矩为ρQc2∞R2cosα2 作用在理想叶轮轴上的理论力矩为M ∞
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根据速度三角形并利用余弦定律
H∞
=
u22∞ - u12∞ 2g
+
w 12∞
-
w
2 2∞
2g
+
c
2 2∞
-
c12∞
2g
u
2 2∞
-
u12∞
离心力的作用而增加的压力能
2g
w
2 1∞
-
w
2 2∞
流道断面积↑使液体相对速度↓而增加的压力能
2g
c
2 2∞
泵轴中 心位置
立式泵
双吸泵 半开式
导叶式
卧式泵
闭式叶轮
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四、离心泵特点
优点
压力、流量范围广，工作平稳，流量均匀 结构简单、紧凑，可与高速原动机直接相连 体积小、重量轻、检修方便，价格便宜
运行费用低，调节性能好，液体中的颗粒对运行影响小
无自吸能力，启动前需要先灌水或者抽出吸入管内空气
片形状相同
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二、离心泵的速度三角形
1.液体质点在叶轮内的运动
液体 的复 合运 动
随叶轮做旋转 运动
叶轮内由里向 外做相对运动
相对运动速度
绝对运动速度
c 圆周运动速度
u
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2.离心泵的速度三角形
缺点
液体黏度对泵的性能影响较大，当液体粘度增加时，泵 的流量、压头和效率会显著降低
在小流量、高压头时效率不如往复泵
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§2-2 离心泵的叶轮理论
液体从离心泵叶轮获得能量从而提高了其压强
叶轮的直径
泵的结构 叶片的弯曲情况
取决于
H
转速
……
流量
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液体质点的三种速度
圆周速度u：流体随叶轮作圆周运动的速度
三种 相对速度w：流体在叶轮内作相对于叶轮运
速度 动的速度
绝对速度c：流体相对于泵壳所作的绝对运
动的速度

c = u + w 三种速度组成速度三角形，其间的关系为：
c cr w cu
u
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