离心泵典型结构工作原理

铸铁、青铜、钢
叶轮在轴上的安装方式 悬臂式离心泵是否可以反转？
A：悬臂式叶
B ：搁置式叶
C ：双面进水
轮固定发法
轮固定法
式叶轮固定法
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蜗壳与导叶：离心泵转能装置 蜗壳（螺旋形泵体）是单级泵转能装置，其形
状应使流体流过的损失小，并且断面逐渐扩大
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导叶 多级泵采用导叶，末级之后采用蜗壳。导叶是
原动机输入功率应大于泵轴功率。 原动机配用功率P
选用的原动机功率，W。 泵的轴功率是选配原动机功率的依据。原动机一般为 电动机，因为考虑到电动机有超负荷的可能性，通常可按 使用中最大流量下计算出来的轴功率，再考虑一个安全系 数K作为所需电动机的功率，即原动机配用功率为：
P K•Pa
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4） 与效率有关的其它效率参数
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由于泵的理论扬程与液流性质无关，所以一台离 心泵，在同一个转速，同一个流量下工作时，不 论输送什么液体，叶轮所给出的，用被输送的液 柱高度表示的理论扬程是相同的。但由于各种液 体重度不同，因此泵出口处的压力是不一样的。
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6 有限叶片数对理论扬程的影响
菜单
在叶片数有限时，由于惯性作用产生附加相对速
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7.3 水力损失(流动损失)
流动摩阻损失=沿程损失+局部损失
h
l
v2
v2
d 2g 2g
流体流速m/s
摩擦损失系数
局部阻力损失系数
流道长度m
流道断面的水力直径m
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冲击损失
hs=K(Q-Q*)2
泵的工作流量
泵的设计流量
菜单
实际压头
由于前弯叶片的绝对速度c2大，液体在泵壳内产生的冲
击剧烈得多，转化时的能量损失大为增加，效率低。故
设计流量 设计单位为了适应生产与用户的要求，往往根
据需要和可能确定设计泵所采用的流量，在设计 和生产泵系列产品时尽可能满足社会需要。离心 泵的流量是可变的，在离心泵铭牌上或样本中给 出的流量是指额定流量，即离心泵在这一流量运 行时效率最高。离心泵尺寸就是根据这一特定的 设计流量设计的。
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2） 与扬程H有关的其他扬程参数
使液体按规定方向流动，或使它的部分速度转化 为压力能的具有叶片的零件。由正向导叶和反向 导叶组成。
菜单
密封
内部泄漏 内密封
外部泄漏 外密封
菜单
内密封形式
Labyrinth
菜单
外密封形式
填料密封
结构简单、易于制造；
用于普通水泵和一般化工泵；
效果较差；
泄漏量大，需经常更换填料。
1、填料箱体；2、填料；3、液封圈；4、填料压盖；5、底衬套 菜单
菜单
1） 叶轮几何形状及表示方法
叶轮由前、后盖板和叶片组成，一般，盖板表面 是回转曲面。
叶片形式有：直叶片、单曲率叶片、双曲率叶片
轴面投影
平面投影
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2） 液流在流动时的速度三角形（理想叶轮、理想液体） 泵叶轮中任意一点i的液流的三个速度为
ci ui i
3） 欧拉方程式-离心式机械基本方程式
容积效率 泵的流量与理论流量之比为容积效率，说明泵漏损的
程度，即泵密封情况的好坏
v Q/QT
对于离心泵，一般为96%~99%。 水力效率
泵的扬程H与理论扬程HT之比，是衡量泵对流过它的液 流阻力大小的指标
h H/HT
对于离心泵一般为80%~92%。
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机械效率 水力功率与轴功率之比，是衡量泵的运动部件机械摩
过程流体机械
泵（离心泵典型 结构与工作原理）
作业 (10月26日交)
P188: 练习题1,2,3题
内容回顾
1.问答题 1）什么是汽蚀？如何获得泵的临界汽蚀余量和允许汽蚀余量？ 2）提高离心泵抗汽蚀性能有哪些措施？
2.判断题
1）有效汽蚀余量数值的大小与泵本身的结构尺寸有关，而与泵 吸入装置的条件等无关，故又称其为泵吸入装置的有效汽蚀 余量。（ ）
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液体前后盖板与液体发生摩擦所引起的损失，叫 圆盘（轮阻）损失
ΔPdf=Kρn3D25 KW
圆盘摩擦系数
流体密度 Kg/m3
转速
叶轮出口直径
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7.2 容积损失 由于转动部件与静止部件存
在间隙，当叶轮转动时，两 侧间隙产生压差而使液体从 高压侧向低压侧泄漏称为容 积损失 几乎在所有比转速的变化范 围内，容积损失等于圆盘摩 擦损失的一半。
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规定扬程 用户与设计单位在合同单上规定流量时所要求
的扬程。 设计扬程
设计单位在设计泵时采用的扬程。 吸入扬程或吸入压头
吸液池液面到泵基准面之间的扬程。 排出扬程或排出压头
泵基准面到排液面之间的扬程。
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3） 与功率有关的其他功率参数
水力功率 单位时间内，叶轮给予液体的能量
Ph gQ THT
理论功率W
动量矩定理
由动量矩定理和能量守恒的推导，可得泵的理
论扬程：
HT
u2cu2 u1cu1 g
,m
上式即为离心式机械的基本方程式-欧拉方程
式。
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欧拉方程式的第二表达式 利用进出口速度三角形，可推导出：
HTu2 22 gu12
12 2 2c2 2Fra Baidu bibliotek12 2g 2g
叶轮中离心力对单 位质量液流作的功
叶轮给出的理论扬 程中有一部分是液 流流过叶轮时相对 速度的降低而获得
理论扬程m
液体密度kg/m3
理论流量m3/s
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机械损失功率Pm 泵的各个运动部件机械摩擦损失耗费的功率。
机械损失包括：
泵轴在轴承内转动的摩擦损失； 轴与轴封之间的摩擦损失； 叶轮前后盖板和液体间发生的摩擦损失。
机械损失功率Pm和水力功率之和为泵轴功率，即
Pa PmPh
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原动机输入功率 泵的原动机所接受的功率，考虑到原动机本身的效率，
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5 离心泵性能参数和基本方程式
离心泵性能参数 离心泵基本方程
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5.1 离心泵性能参数
离心泵的性能参数
与泵流量有关的其他流量参数 与扬程H有关的其他扬程参数 与功率有关的其他功率参数 与效率有关的其他效率参数
理论流量 规定流量 设计流量
理论扬程 规定扬程 设计扬程 吸入扬程或吸入压头 排出扬程或排出压头
为获得较高的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片。
流体通过泵的过程中压头损失的原因：
（1）叶片间的环流：由于叶片数目并非无限多，液体有环流出现，
产生涡流损失。
压
头
与
理论压头
（2）阻力损失：输送的是粘性流体，从泵
压 头
1)
的进口到出口有阻力损失
损
失
3)
（3）冲击损失：液体离开叶轮周边冲入蜗壳四
实际压头
2)
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单级双吸泵
菜单
多级泵
菜单
立式泵
菜单
3.2 主要零部件
压出室
吸 入 室
叶 轮
轴
密封装置
轴向力平衡装置
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叶轮：作功部件
结构型式： 闭式 半开式 开式
输送不含杂质的液体，效率高；造价高 输送易于沉淀或含有固体颗粒的液体 输送沙浆、污水、含纤维液体；效率低
叶片数可少到2-4片
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材料：
机械密封：由垂直于主轴的两个光制的、精密的平面在弹
性元件及密封液体压力的作用下相互紧帖并作相对运动而构成 的动密封装置。效果好；使用寿命长；造价高。
1、弹簧座；2、弹簧；3、动环；4、静环；5、动环密封圈；
6、压盖；7、静环密封圈；8、防转销；9、紧定螺钉
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副叶轮密封 非接触式离心密封
输送高（低）温、易燃、易爆、强腐蚀且含颗粒 的液体
2 离心泵的分类
可调叶片
按叶片安装方法
固定叶片
按壳体剖分方式
分段式 中开式
按泵体形式
蜗壳泵 筒式泵 潜水泵
液下泵
一些特殊结构的离心泵
管道泵 自吸式泵
屏蔽泵
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（高速）部分流泵-Partial emission pump
3 离心泵典型结构和主要零部件 典型结构 主要零部件
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3.1 典型结构
单级悬臂泵
擦损失大小的指标
m Ph/Pa m94%~98%
因为泵效率 P u
Pa
所以 P u P hm Q Q TgT g H H mvhm 即泵效率是容积效
率、水力效率与机械效率的乘积，也就是说泵效率低于任 何一个效率值。近代水泵的效率一般为70%~90%。
菜单
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5.2 离心泵基本方程 叶轮几何形状及表示方法 液流在叶轮中流动的速度三角形 欧拉方程
理论扬程
叶轮传递给单位质量液体的能量，用符号HT表 示，单位为m。因为液体流过泵时要消耗一定的能
量来克服流经泵时的阻力，所以泵扬程总是小于
理论扬程。即
HT Hh阻
式中 h阻 为单位质量液体从泵的入口到出口消 耗在泵中的能量头，也就是液体在泵中流过时所
受到的摩擦损失压头及收缩、扩大、冲击等局部
损失压头之和。
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轴向力平衡
单级 多级
开平衡孔 卸荷盘
平衡叶片 平衡盘
双吸叶轮 叶轮对称排列
菜单
开平衡孔
平衡叶片
菜单
双吸叶轮
卸荷盘
菜单
平衡盘
叶轮对称排列
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4 离心泵的命名方式
国产离心泵的系列化、通用化和标准化 按汉语拼音方案编制的，将离心泵按用途及输
送液体性质分成水泵及专用泵。水泵输送水及粘 度、化学性质和水相近的液体，专用泵指输送悬 浮液及腐蚀性等液体用泵。 编制方法一律采用大写汉语拼音及阿拉伯数字
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离心泵的命名
泵的国际标准（轴向吸入离心泵的标准）
ISO-2858-型号，额定性能点和尺寸 ISO3069-装机械密封和软填料的空腔尺寸 ISO-3661-底座尺寸和安装尺寸
我国已制定了与ISO等效的国家标准，全名为《悬 臂式离心泵型式和基本参数》，并且按ISO 设计 了IH型化工泵IB型化工泵，它的型号由三部分组 成，依次分别代表泵的吸入口直径、排出口直径 和叶轮名义直径。如：IH 80-50-250。
容积损失
叶轮进口处容积损失 平衡装置处容积损失
水力损失
摩擦损失和局部损失 冲击损失
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7.1 机械损失 轴承和轴封处的摩擦损失与轴
承和轴封的结构形式以及输送 液体的重度有关，一般采用下 列公式：
Δ P= (0.01-0.05)Pa
对于功率大的泵，取Δ P=0.01Pa 对于功率小的泵，取Δ P=0.05Pa
周流动的液体中，产生涡流。
流量
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1 离心泵的工作原理
底阀的作用?
自吸 (self priming)
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需要强调指出的是:
• 若在离心泵启动前没有向泵壳内灌满被输送的液体，由 于空气密度低，叶轮旋转后产生的离心力小，叶轮中心区 不足以形成吸入贮槽内液体的低压，因而虽启动离心泵也 不能输送液体。这表明离心泵无自吸能力，此现象称为气 缚。（容积泵每次运行前是否需要灌泵？） • 吸入管路安装单向底阀是为了防止启动前灌入泵壳内的 液体从泵壳内流出。空气从吸入管道进到泵壳中都会造成 气缚。
水力功率 机械损失功率 原动机输入功率 原动机配用功率
容积效率 水力效率 机械效率 机组效率
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1） 与泵流量Q有关的其他流量参数 理论流量
单位时间内流入泵工作元件的液体量,用符号 表示,单位为m3/s
QT Qq
规定流量 这是用户使用泵所要求的泵体积流量，也就是
用户与设计部门合同上所规定的流量。
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液流流经叶轮前 后动能头的增值
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4） 方程的物理意义 指出的是叶轮与液体之间的能量转换关系，遵循
能量转换与守恒定律； 只要知道叶轮进出口的液体速度，即可计算出一
千克流体与叶轮之间机械能转换的大小，而不管 叶轮内部的流动情况； 适用任何气体和液体； 只需将等式右边各项的进出口符号调换以下，也 适用于叶轮式的原动机如气轮机、燃气轮机等。
度后，使Cu2<Cu2∞及Cu1>Cu1∞
HT
u2cu2 u1cu1 g
,m
因此同一几何尺寸的泵，在同一流量及转速下
工作时，其进出口速度三角形的底边U及高Cr虽然 相同，但叶片数有限的实际叶轮给出的理论扬程
小于叶片数无限的理想叶轮给出的扬程，
即:HT<HT∞。
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7 离心泵的各种损失
机械损失
轴承的摩擦损失 轴封处的摩擦损失 前后盖板外侧和液体之间的摩擦损失
2）提高离心泵抗汽蚀性能主要有两种措施，一种是改进泵本身 的结构参数或结构型式，使泵具有尽可能小的必需汽蚀余量 NPSHr；另一种是合理设计泵前装置及安装位置，使泵入口处 具有足够大的有效汽蚀余量NPSHa，以防止发生汽蚀。（ ）
第二节 离心泵典型结构与工作原理 离心泵的工作原理 离心泵的分类 离心泵典型结构和主要零部件 离心泵命名方式 离心泵的性能参数及基本方程 有限叶片数对理论扬程的影响 离心泵的各种损失