化工原理：第二章 流体输送机械
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说明：
①H～Q曲线，Q，H。 Q很小时可能例外 ②N～Q曲线： Q，N 。 大流量大电机
关闭出口阀启动泵，启动电流最小 ③～Q曲线 ：小Q ， ；大Q ， 。 max
泵的铭牌～与max对应的性能参数
选型时 max
21
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2．离心泵特性的影响因素
（1）流体的性质：
密度： （H，Q，）与无关； , (N、Ne)
有效功率Ne：单位时间液体获得的能量 Ne HQg
18
返回
（5）效率： = Ne/ N
<100% —— 容积损失，水力损失，机械损失
2-4．离心泵的特性曲线
1. H～Q N～Q ～Q
厂家实验测定产品说明书
在一定n下用20C清水
19
返回
H,m
~Q
H ~Q N ~Q
20
离 心 泵
N特 性 曲 线
Q, m3 / h
24
返回
管路&流体一定 Q
令
f
(Q)
u2 2g
8 2g
l
le d5
Q
2
A z p
g
于是 he A f (Q) ——管路特性方程(曲线)
说明：
① A z p 曲线在H轴上截距；管路所需最小外加压头
g
② 阻力平方区， 与Q无关，并忽略动能差
he A BQ2
其中
粘度： ，（H，Q，）; N 工作流体与20℃水差别大 参数和曲线变化
（2）转速——比例定律
Q2 n2 Q1 n1
2
H2 H1
n2 n1
N2 N1
n2 n1
3
Q D2b2C2Sin2 u2 r2ω
ω 2 n
1 H g u2c2 cos α2
60
N QHρg η
22
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第二章 流体输送机械
1
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流体输送机械分类
介质： 液体——泵 气体——风机、压缩机
工作原理： 离心式 正位移式：往复式、旋转式 其它（如喷射式）
2
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第一节 离心泵
离心泵的外观
3
返回
2-1 离心泵的操作原理、构造与类型
一 主要部件和工作原理
1 主要部件（1）叶轮——叶片（+盖板）
4
返回
4-8个叶片（前弯、后弯，径向） 液体通道。 前盖板、后盖板，无盖板
13
返回
P
Δc2
H =位头（z）+静压头（ ρg）+动压头（ 2g ）
而 β2 90°的前弯叶片流体出口的绝对速度 C2很大，
此时增加的压头主要是动压头，静压头反而比后
弯叶片小。动压头虽然可以通过蜗壳部分地转化
为静压头，但由于 C2 大，液体在泵壳内产生的冲
击剧烈得多，转换时的能量损失大为增加，效率
D2 D1
23
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2-5 离心泵的工作点和流量调节
问题： 工作时，Q, H, N, =?
1.管路特性曲线
外加压头
he
z
p
g
u 2 2g
hf
Q ，hf ，he h e～Q
——管路流量～所需外加压头 ——管路特性(方程)
管路压头损失
hf
l
le d
u2 2g
8 2g
l
le d5
Q2
（1）(叶轮)转速n： 1000～3000rpm；2900rpm常见
（2）(体积)流量Q: m3/h，～叶轮结构、尺寸和转速
（3）压头（扬程）H： 1N流体通过泵获得的机械能。
J/N, m ～Q、叶轮结构、尺寸和n有关。H。z
（4）轴功率N： 单位时间原动机输入泵轴的能量
N N电机输出 传动 N电机输入 电机 传动
总结：（1）装置角：β>90度 — 前弯叶片 < 90度 — 后弯～流动能量损失小 = 90度 — 径向叶片
（2）后弯叶片，ctg β>0b、r、ω(u2 r2 ), 则H
Q ，则H （线性规律）
（3）理论压头H与流体的性质无关
（4）H与H的差距— 叶片间环流；阻力损失；冲击损失
17
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2-3 离心泵的主要性能参数
度 b2 、流量 Q 一定时，H 随叶片形状 2 而变。
①径向叶片，
与 Q 无关。2
90 ,cotβ
0,
H
u22 g
②后弯叶片，2 <90,cotβ >0,
H
<
u22 g
③前弯叶片，
2 >90,cotβ <0,
H
>
u22 g
由此可见，前弯叶片产生的 H 最大，似乎前弯叶片
最有利，实际情况是否果真如此呢？
低。故为获得较多的能量利用率，离心泵总是采
用后弯叶片（ β2 25 30）。
14
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3.
H
与
Байду номын сангаас
Q
的关系
令
A
u
2 2
,
B u2 cot β2
g
2πr2b2g
H A BQ
则(2-10)式化简为
H
2>90
H
2=90
2<90
Q
15
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4.实际压头H
实际压头H与流量Q的关系只能通过实验测定
16
返回
9
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2-2 离心泵的理论压头与实际压头
1. 离心泵的理论压头——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
叶片数——液体无环流 理想流体——无能量损失
H
1 g
r 2
Q 2 b2 g
ctg
u2c2
cos2 (2 7)
g
——离心泵基本方程
r—叶轮半径；ω—叶轮旋转角速度；Q—泵的体积流量； b—叶片宽度； β—叶片装置角。
7
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（2）泵壳： 液体的汇集与能量的转换 （动静）
（3）吸上原理与气缚现象
叶轮中心负压的形成 —液体高速离开 p 泵内有气， 则 泵入口压力 液体不能吸上 ——气缚 所以启动前要灌泵
（4）轴封的作用——使泵壳与泵轴之间密封
（5）平衡孔的作用 ——消除轴向推力
8
返回
（6）导轮的作用——减少能量损失
10
返回
11
返回
离心泵基本方程式的另一表达式：
H
u22 g
u2ctg2
gA2
Q(2
10)
A2 2 r2b2 -----叶轮周边面积
Q A2c2r 2 r2b2c2 sin2
u2 r2
2 n （弧度/s）
60
12
返回
2.叶片形状对理论压头的影响
当泵转速 n 、叶轮直径 D2 、叶轮出口处叶片宽
闭式叶轮 半开式 开式 （2）泵壳： 泵体的外壳，包围叶轮
截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道 液体入口——中心
出口——切线 （3）泵轴：垂直叶轮面，叶轮中心。
5
返回
离心泵装置简图
6
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2．离心泵的工作原理
（1）原动机——轴——叶轮，旋转 离心力 叶片间液体 中心外围 ——液体被做功 静压能及动能 高速离开叶轮
—— n 20%以内(η不变)
(3)叶轮直径——①切割定律（某一尺寸叶轮外
径经过切削而使D2变小）
Q2 D2 Q1 D1
H2 H1
D2 D1
2
3
N2 N1
D2 D1
——D 20%以内(η不变)
② 同一系列两种尺寸不同的泵
Q2 Q1
D2 D1
3
H2 H1
D2 D1
2
5
N2 N1
说明：
①H～Q曲线，Q，H。 Q很小时可能例外 ②N～Q曲线： Q，N 。 大流量大电机
关闭出口阀启动泵，启动电流最小 ③～Q曲线 ：小Q ， ；大Q ， 。 max
泵的铭牌～与max对应的性能参数
选型时 max
21
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2．离心泵特性的影响因素
（1）流体的性质：
密度： （H，Q，）与无关； , (N、Ne)
有效功率Ne：单位时间液体获得的能量 Ne HQg
18
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（5）效率： = Ne/ N
<100% —— 容积损失，水力损失，机械损失
2-4．离心泵的特性曲线
1. H～Q N～Q ～Q
厂家实验测定产品说明书
在一定n下用20C清水
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H,m
~Q
H ~Q N ~Q
20
离 心 泵
N特 性 曲 线
Q, m3 / h
24
返回
管路&流体一定 Q
令
f
(Q)
u2 2g
8 2g
l
le d5
Q
2
A z p
g
于是 he A f (Q) ——管路特性方程(曲线)
说明：
① A z p 曲线在H轴上截距；管路所需最小外加压头
g
② 阻力平方区， 与Q无关，并忽略动能差
he A BQ2
其中
粘度： ，（H，Q，）; N 工作流体与20℃水差别大 参数和曲线变化
（2）转速——比例定律
Q2 n2 Q1 n1
2
H2 H1
n2 n1
N2 N1
n2 n1
3
Q D2b2C2Sin2 u2 r2ω
ω 2 n
1 H g u2c2 cos α2
60
N QHρg η
22
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第二章 流体输送机械
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流体输送机械分类
介质： 液体——泵 气体——风机、压缩机
工作原理： 离心式 正位移式：往复式、旋转式 其它（如喷射式）
2
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第一节 离心泵
离心泵的外观
3
返回
2-1 离心泵的操作原理、构造与类型
一 主要部件和工作原理
1 主要部件（1）叶轮——叶片（+盖板）
4
返回
4-8个叶片（前弯、后弯，径向） 液体通道。 前盖板、后盖板，无盖板
13
返回
P
Δc2
H =位头（z）+静压头（ ρg）+动压头（ 2g ）
而 β2 90°的前弯叶片流体出口的绝对速度 C2很大，
此时增加的压头主要是动压头，静压头反而比后
弯叶片小。动压头虽然可以通过蜗壳部分地转化
为静压头，但由于 C2 大，液体在泵壳内产生的冲
击剧烈得多，转换时的能量损失大为增加，效率
D2 D1
23
返回
2-5 离心泵的工作点和流量调节
问题： 工作时，Q, H, N, =?
1.管路特性曲线
外加压头
he
z
p
g
u 2 2g
hf
Q ，hf ，he h e～Q
——管路流量～所需外加压头 ——管路特性(方程)
管路压头损失
hf
l
le d
u2 2g
8 2g
l
le d5
Q2
（1）(叶轮)转速n： 1000～3000rpm；2900rpm常见
（2）(体积)流量Q: m3/h，～叶轮结构、尺寸和转速
（3）压头（扬程）H： 1N流体通过泵获得的机械能。
J/N, m ～Q、叶轮结构、尺寸和n有关。H。z
（4）轴功率N： 单位时间原动机输入泵轴的能量
N N电机输出 传动 N电机输入 电机 传动
总结：（1）装置角：β>90度 — 前弯叶片 < 90度 — 后弯～流动能量损失小 = 90度 — 径向叶片
（2）后弯叶片，ctg β>0b、r、ω(u2 r2 ), 则H
Q ，则H （线性规律）
（3）理论压头H与流体的性质无关
（4）H与H的差距— 叶片间环流；阻力损失；冲击损失
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2-3 离心泵的主要性能参数
度 b2 、流量 Q 一定时，H 随叶片形状 2 而变。
①径向叶片，
与 Q 无关。2
90 ,cotβ
0,
H
u22 g
②后弯叶片，2 <90,cotβ >0,
H
<
u22 g
③前弯叶片，
2 >90,cotβ <0,
H
>
u22 g
由此可见，前弯叶片产生的 H 最大，似乎前弯叶片
最有利，实际情况是否果真如此呢？
低。故为获得较多的能量利用率，离心泵总是采
用后弯叶片（ β2 25 30）。
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3.
H
与
Байду номын сангаас
Q
的关系
令
A
u
2 2
,
B u2 cot β2
g
2πr2b2g
H A BQ
则(2-10)式化简为
H
2>90
H
2=90
2<90
Q
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4.实际压头H
实际压头H与流量Q的关系只能通过实验测定
16
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2-2 离心泵的理论压头与实际压头
1. 离心泵的理论压头——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
叶片数——液体无环流 理想流体——无能量损失
H
1 g
r 2
Q 2 b2 g
ctg
u2c2
cos2 (2 7)
g
——离心泵基本方程
r—叶轮半径；ω—叶轮旋转角速度；Q—泵的体积流量； b—叶片宽度； β—叶片装置角。
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（2）泵壳： 液体的汇集与能量的转换 （动静）
（3）吸上原理与气缚现象
叶轮中心负压的形成 —液体高速离开 p 泵内有气， 则 泵入口压力 液体不能吸上 ——气缚 所以启动前要灌泵
（4）轴封的作用——使泵壳与泵轴之间密封
（5）平衡孔的作用 ——消除轴向推力
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（6）导轮的作用——减少能量损失
10
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11
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离心泵基本方程式的另一表达式：
H
u22 g
u2ctg2
gA2
Q(2
10)
A2 2 r2b2 -----叶轮周边面积
Q A2c2r 2 r2b2c2 sin2
u2 r2
2 n （弧度/s）
60
12
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2.叶片形状对理论压头的影响
当泵转速 n 、叶轮直径 D2 、叶轮出口处叶片宽
闭式叶轮 半开式 开式 （2）泵壳： 泵体的外壳，包围叶轮
截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道 液体入口——中心
出口——切线 （3）泵轴：垂直叶轮面，叶轮中心。
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离心泵装置简图
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2．离心泵的工作原理
（1）原动机——轴——叶轮，旋转 离心力 叶片间液体 中心外围 ——液体被做功 静压能及动能 高速离开叶轮
—— n 20%以内(η不变)
(3)叶轮直径——①切割定律（某一尺寸叶轮外
径经过切削而使D2变小）
Q2 D2 Q1 D1
H2 H1
D2 D1
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3
N2 N1
D2 D1
——D 20%以内(η不变)
② 同一系列两种尺寸不同的泵
Q2 Q1
D2 D1
3
H2 H1
D2 D1
2
5
N2 N1