化工原理第二章

Q，H ，N，有最大值。


注意：
离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在与最高
效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。

高效区
与最高效率点所对应的Q、H、N值称为最佳工况参数。
离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的 状态参数。

与最高效率相比， 效率下降5％～8％
设计点
在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。一般
高，敞式叶轮的内漏最大。

敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵
塞现象

平衡孔：在后盖板上钻有小孔，以
把后盖前后空间连通起来。
单吸式叶轮 按吸液方式
液体只能从叶轮一侧被吸入，结 构简单。
双吸式叶轮 相当于两个没有盖板的单吸式叶轮 背靠背并在了一起，可以从两侧吸 入液体，具有较大的吸液能力，而 且可以较好的消除轴向推力。
1
Q cot 2 ] 2 b 2

w2 2 2
2
c2 u2
（1）理论压头与流量Q、叶轮转速、叶轮的尺寸和 构造r2、b2、2）有关； （2）叶轮直径及转速越大，则理论压头越大；
w1 1 1 c1
（3）理论压头H与液体密度无关。 这就是说，同一台泵无论输送何种密度的液体，对单 位重量流体所能提供的能量是相同的。 （4) 在叶轮转速、直径一定时，流量 Q与理论压头H 2 的影响如下： 的关系受装置角
环流损失、阻力损失和冲击损失
N
N
电
电功率
N电出
传
N
电机 N 电出 电功率 电
N N 电出 传

Ne
N e N
（3）机械损失
泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦
机械 容积 损失 损失
水力 损失
小型水泵：一般为5070% 大型泵：可达90%以上
泵
N
Ne
此处是标题
铭 牌
此处是标题
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-刘宇-
(一)．压头与流量
1 离心泵的流量 指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一 般用Q表示，单位为m3/s或m3/h。又称为泵的送液能力 2 离心泵的压头 泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以H表示，单 位为m。又称为泵的扬程。 。


离心泵的压头取决于： 泵的结构（叶轮的直径、叶片的弯曲情况等） 转速 流量 n Q，
（二）轴功率、有效功率及效率
轴功率：电机输入离心泵的功率,用N表示，单位为W或kW 有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne表示 效率： 反映泵对外加能量的利用程度，无量纲，用表示。 三者关系（如图）： N e QgH

与效率有关的各种能量损失：
（1）容积损失：
内漏
（2）水力损失
第一节
离心泵
2. 离心泵的操作原理：
1）开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。 2）开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在
压出导管
一、离心泵的构造和工作原理
1、叶轮： 1、离心泵的构造： 2、泵壳： 3、泵轴及轴封装置 ：
此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，并以很 高的速度（15-25 m/s）流入泵壳。


思考：转速一定时，出厂前如何确定泵的压头呢？ 实验测定 在泵进口b、泵出口c间列机械能衡算式：
2 p b ub p u2 H c c h0 h f g 2 g g 2 g
流量计 真空表 压力表
c b
h0
H
pc pb p ( 表 ) p b (真 ) c g g
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-刘宇-
例2-1
用水对一离心泵的性能进行测定，在某一次实验中
四．离心泵的特性曲线及应用
1、离心泵特性曲线 离心泵的H、η 、 N都与离心泵的Q有关，它们之间的关 系由确定离心泵性能的实验来测定，实验测出的一组关系
测得：流量10m3/h，泵出口压力表读数0.17MPa，泵入口的 真空表读数160mmHg，轴功率1.07kW。真空表与压力表两测 压截面的垂直距离为0.5m。试计算泵的压头及效率。
3）轴封装置
a) 轴封的作用 为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者 外界空气漏入泵壳内。 B 轴封的分类 填料密封： 主要由填料函壳、软填料和填料压盖 轴封装置 组成，普通离心泵采用这种密封。 机械密封： 主要由装在泵轴上随之转动的动环和 端面密封 固定于泵壳上的静环组成，两个环形 端面由弹簧的弹力互相贴紧而作相对 运动，起到密封作用。
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-刘宇-
2、离心泵的理论压头 1）离心泵基本方程式的导出

离心泵的基本方程
理想情况：
1）泵叶轮的叶片数目为无限多个，也就是说叶片的 厚度为无限薄，液体质点沿叶片弯曲表面流动，不发 生任何环流现象。 2）输送的是理想液体，流动中无流动阻力。
H
u2 c2 cos 2 u2 c2u Q cot 2 1 [( r2 ) 2 ] g 2 b 2 g g
考虑到这项损失后，压 头线应为曲线d。
b c

w2 2 2
2
c2 u2
b c d
设计 流量
w1 1 1 c1
u1
理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为：
三．离心泵的主要性能参数
转速 流量 压头 轴功率和效率 允许汽蚀余量
H
离心泵的主要性能参数
q-H
实际压 头 设计流 量
二、离心泵的理论压头和实际压头 1、压头的意义

泵的压头：泵向单位重量流体提供的机械能。用 H 表
示，单位是m。

管道输送流体系统正常工作时：H=he
he z

p u 2 hf g 2g
泵产生的压头主要用于是液位高度增加，静压头增大
以及克服流动过程中的压头损失。
此处是标题
泵 轴
吸入导管
底阀
此处是标题
1
-刘宇-
思考：泵启动前为什么要灌满液体

气缚现象：
离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远
小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心 处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样， 离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。 为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止 逆阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于 开停车和调节流量。

由于液体的流速过大，在动能转化为静压能的
实际过程中，会有大量机械能损失，使泵的效率降 低。

一般都采用后弯叶片。
后弯叶片
径向叶片
前弯叶片
此处是标题
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-刘宇-
3、实际压头
离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异，原因在于 流体在通过泵的过程中存在着压头损失，它主要包括：

具体原因如下：
（1）叶片间的环流运动 主 要 取 决 于 叶片 数 目、
——离心泵基本方程
r—叶轮半径；—叶轮旋转角速度；Q—泵的体积流量； b—叶片宽度； —叶片装置角。

理论压头
意义：表示离心泵的理论压头与理论流量，叶轮
离心泵在上述理想情况下产生的压头，就做理论压头， 用H∞表示。
的转速和叶轮的几何形状间的关系。
2 2）离心泵基本方程式的讨论 H g [( r2 )
一、离心泵的构造和工作原理
叶片式：如离心式 、 轴流式、喷射式等 泵
特点：依靠旋转的叶片向液体传送机械能
二．离心泵主要构件的结构及功能 三、离心泵的主要性能参数 四、离心泵的工作点与流量调节 五、离心泵的安装高度 六、离心泵的选用、安装与操作
容积式：如往复式、回转式等
特点：机械内部的工作容积不断发生变化
复习：
1. 流量测量（变压头流量计；变截面流量计）。 2.变压头流量计（测速管、孔板流量计和文丘里流量计 ） 3.变截面流量计（转子流量计） 4. 流体输送机械（液体输送机械；气体输送机械） 5. 泵的分类（叶片式；容积式）
复习：
一、离心泵的构造和工作原理 1.离心泵的构造（叶轮；泵壳；泵轴及轴封装置） 1）叶轮（作用；分类） 2）泵壳（作用；导叶轮） 3）轴封装置（作用；分类） 2. 工作原理（灌泵—叶轮旋转产生离心力—中心形成负 压—吸入液体） 二、离心泵的主要性能参数 1.转速；流量；压头；轴功率及效率；允许气蚀余量
思路：
曲线：


Ne N
H～Q 、η～Q 、 N～Q
Ne
N e HQ g
H
机械能衡算
——离心泵的特性曲线 注意：特性曲线随转速而变。 各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状基
具体解题步骤见P60，例2-1
本相似，具有共同的特点 。
1）H～Q曲线：表示泵的压头与流量的关系，离心泵的压头 普遍是随流量的增大而下降（流量很小时可能有例外） 2）N～Q曲线：表示泵的轴功率与流量的关系，离心泵的轴 功率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小。 离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保 护电机。 3）η～Q曲线：表示泵的效率与流量的关系，随着流量的 增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再增 大，效率便下降。
此处是标题
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4、离心泵的分类
1）按照轴上叶轮数目的多少 单级泵 轴上只有一个叶轮的离心泵，适用于出口压力 不太大的情况； 多级泵 轴上不止一个叶轮的离心泵 ，可以达到较高的 压头。离心泵的级数就是指轴上的叶轮数，我国 生产的多级离心泵一般为2~9级。 2）按叶轮上吸入口的数目 单吸泵 叶轮上只有一个吸入口，适用于输送量不大的情况。 双吸泵 叶轮上有两个吸入口，适用于输送量很大的情况。
-刘宇-
兰州理工大学 石油化工学院