第10讲离心泵

解决措施： ①为了使泵内充满液体，通常在吸入管底部安 装一带滤网的底阀，该底阀为止逆阀，也称单向底阀。目的： 保证泵停止工作时，吸入管路中的液体不倒流。滤网的作用是 防止固体杂质进入泵内损坏叶轮或防碍泵的正常操作。
②启动前进行灌液排气，运转时防止空气漏入。
2、离心泵的主要部件：叶轮、泵壳和轴封装置。
泵出口处表压：2.55×105 Pa
泵入口处真空度：2.67×104 Pa
功率表测得电动机所消耗的功 率：6.2 kW
泵由电动机直接带动，电动 机的效率为93%。试求该泵在输 送条件下的压头，轴功率和效率。
1 2 2’ 1
1’
解：（1）泵的压头H：
以真空表和压力表所在处的截面分别为1-1’、2-2’截面， 在两截面间对单位重量流体列柏努利方程：
（1）叶轮：
作用：将原动机的机 械能直接传给液体，以 增加液体的静压能和动 能(主要增加静压能)。
按结构分类： 开式、半闭式和闭式
按吸液方式分： 单吸式和双吸式
（2） 泵壳
泵壳是将叶轮封闭在一定的 空间，以便由叶轮的作用吸入和 压出液体。
思考：泵壳为什么多做成蜗壳形？
泵壳作用： 既是一个液体汇集装置，
2.1.2 离心泵基本方程式
离心泵基本方程从理论上表达了泵的压头与其结构、尺 寸、转速及流量等因素之间的关系，是计算离心泵理论压头 的基本公式。
离心泵的理论压头HT∞： 具有无限多叶片的离心 泵对单位重量的理想液 体所提供的能量。
HTu2c2cgos2ABQT
注：实际压头小于理论压头。
2.1.3 离心泵的主要性能参数与特性曲线
在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体；启动后，叶 轮由泵轴带动高速转动，在离心力的作用下，液体从叶轮 中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗 形泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又 将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管 道。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成一定的 真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液 体便被连续压入叶轮中心。
1.91m/s;u2
4Q d22
15103 0.7850.082
2.98m/s
代入：
2 .5 5 1 0 5 2 .6 7 1 0 4 2 .9 8 2 1 .9 1 2
H 0 .5

2 9 .5 m
1 0 0 0 9 .8 1
2 9 .8 1
（2）泵的轴功率Ne
（3）轴封装置：
作用: 在固定不动的泵壳与转动的泵轴之间进行的密封, 防止泵壳内液体沿轴漏出或 外界空气漏入泵壳内。
常用密封方式：
A、填料函密封：填料一般用 浸油或涂有石墨的石棉绳。 B、机械密封：机械密封主要 是由一个装在转轴上的动环和 另一固定在泵壳上的静环所构 成，两环的端面借弹簧力互相 贴紧而作相对运动，达到密封 的目的。
（2）流体输送的目的： A、将工艺流体以一定的流量从一处送到另一处（向流体作功 以提高机械能）；
B、提高流体的压强（加压。例：压缩机）或造成真空度以满 足工艺要求。

（3）流体输送机械分类：按工作原理分类。
A、动力式
B、容积式
C、流体作用式
2.1 离心泵
2.1.1 离心泵的工作原理 和主要部件
1、离心泵的工作原理
'


n' n
2

N N
'


n' n
3
适用范围：泵的转速变化小于±20%。
3、离心泵叶轮直径的影响
切割定律：
Q'

D
' 2
Q D2
H H
'


D2' D2
2

N' N


D 2' D2
3
适用范围：泵的叶轮直径变化不大于10%。
(2-16) (2-17)
※注：η值与泵的类型、大小、结构、制造精度、液体的 流量和输送液体的性质有关。
说明：①能量损失的三种主要形式：
A、容积损失：容积效率 v
B、机械损失：机械效率 m C、水力损失：水力效率 h
且有： vhm
②相互关系： N e w s W e Q g H H Q g
同时又是一个能量转换装置。
由于流道截面积逐渐扩大， 故从叶轮四周甩出的高速液体 逐渐降低流速，使部分动能有 效地转换为静压能。
导轮：
在叶轮与泵壳之间有 时还装有一个固定不动而 带有叶片的导轮。 思考：导轮叶片方向与叶轮 叶片方向相反，为什么？
作用：使高速液体流过时， 能均匀而平缓地降低流速，调 整流向，减少能量损失。
※注： H 与w e 泵的结构（如叶片的弯曲情况、叶轮直径
g
等）、转速及流量有关。实际压头一般用实验方法测定。
（3）轴功率N、有效功率Ne和效率η： 泵的轴功率N——是指泵轴运转所需功率，即电机传给泵
轴的功率。单位：W或kW。
有效功率Ne——液体从泵获得的实际功率。 效率η——反映泵对外加能量的利用程度。
率（功率表测定）；泵的转速n同电机转速（同步运转）。
需计算的有：H、Ne和η 。
以真空表和压力表两测点为
1—1’、2—2’截面，对单位重
量流体列柏努利方程：
H (z2z1)p2 gp 1u2 2 2 g u 1 2 H f,1 2
若： Δu2/2g=0 ，∑Hf,1-2=0
小结：本次课重点掌握： 1、离心泵的工作原理。 2、离心泵的主要性能参数及特性曲线。
第10讲 第2章 流体输送机械
教学内容： 2.1 离心泵 教学目的：掌握离心泵的构造、操作原理、主要性能
参数及特性曲线。 教学重点：1、离心泵的操作原理；
2、离心泵的主要性能参数。 教学难点：离心泵的主要性能参数的实验测定。
概述：
（1）流体输送机械：为流体提供能量的机械设备。
输送液体的机械通称为泵，输送气体的机械通称为风机 或压缩机。特殊地：负压下气体输送机械——真空泵。
Ne HQg
NN
2、离心泵的特性曲线
（1）H——Q曲 线 （2）N——Q曲 线（3）η——Q曲线
注：①特性曲线是对 特定的离心泵在固定转 速下于常压下用20℃的 清水实验得到的。
②离心泵的铭牌上标出的性能参数是指泵在运转时效 率最高点的参数。
3、离心泵主要性能参数的实验测定方法：
（1）实验装置：如右图示。 在泵吸入口装一真空表，排 出口装一压力表。
则： H(z2z1)p2gp1
Ne HQg
1 2 22’ 1 1’
Ne N
例2—2：用附图所示的装置测定离心泵的性能。泵的吸入管内径 为100mm，排出管内径为80mm，两测压口间垂直距离为0.5m。 泵的转速为2900r/min，以20℃的清水为介质测得以下数据： 流量：15 L/s
下降，轴功率增大。当ν＞ 20cSt时，离心泵的性能需按
下式进行换算。
Q' C Q Q
H' C H H
' C
换算过程 Q H C H ; C Q ; C ; 见 图 2 — 1 4 、 2 — 1 5 .
查图过程如下： Q—H—μ—（CH、CQ、Cη） 例2-3附图：先在图上查取一定Q （1.0QS，2.84m3/min）下的H （30.5m）、η（0.82），
已知： η电=93% ，一般 η传=100% 泵的轴功率为 N=6.2×0.93=5.77kW
(3)泵的效率η:
有效功率: N e w s W e Q H g 1 5 1 0 3 1 0 0 0 2 9 . 5 9 . 8 1 4 . 3 4 k W
H (z2z1)p2 gp 1u2 2 2 g u 1 2 H f,1 2
已知：z2-z1=0.5m d1=0.1m d2=0.08m Hf,1-2≈0 p1= -2.67×104Pa（表压） p2=2.55×105Pa(表压）
u1
Q
4d12
15103
0.7850.12
1、离心泵的主要性能参数 离心泵的主要性能参数有：转速n、流量Q、压头H、
轴功率Ne、效率η和气蚀余量。
（1）流量Q：离心泵在单位时间内排送到管路系统的液 体体积。单位：m3/s或m3/h。
注意：Q与泵的结构、尺寸（主要为叶轮直径和宽度）及转 速有关。操作时，Q还与管路特性有关。
(2)压头H：离心泵的压头又称扬程，指离心泵对单位重 量（1N）液体所能提供的有效能量。单位：m。
可见：离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋 转的叶轮，液体在离心力的作用下获得能量以提高静压强。
离心泵的“气缚”现象
离心泵在启动时，若泵壳内和吸入管内未充满液体或离心 泵在动转过程中发生漏气，均会使泵内积存空气。因空气的密 度比液体的密度小得多而产生较小的离心力。从而，贮槽液面 上方与泵吸入口处之压力差不足以将贮槽内液体压入泵内，即 离心泵无自吸能力，使离心泵不能正常输送液体，此种现象称 为“气缚现象”。
2.84——30.5——220——1.0Qs
CH=0.94 H’=0.94×30.5=28.67m
CQ=0.96 Q’=0.96×2.84=2.73m3/min
Cη=0.64 η’=0.64×0.82=0.52 其他流量下依次进行，重新绘图。
2、离心泵转速的影响
比例定律：
Q ' n' Qn
H H
效率:N N e5 4..7 37 4100% 75.2%
4、离心泵性能的改变和换算
1、液体物性的影响
(1)密度：离心泵的体积流量Q、压头H及效率η均与液体 密度无关，而功率则随密度增大而增加。