离心泵基础知识

2-2 离心泵

离心泵结构简单，操作容易，流量均匀，调节控制方便，且能适用于多种特殊性质物料，因此离心泵是化工厂中最常用的液体输送机械。近年来，离心泵正向着大型化、高转速的方向发展。

2.2.1 离心泵的主要部件和工作原理

图2-1 离心泵活页轮

一、离心泵的主要部件

1．叶轮

叶轮是离心泵的关键部件，它是由若干弯曲的叶片组成。叶轮的作用是将原动机的机械能直接传给液体，提高液体的动能和静压能。

根据叶轮上叶片的几何形式，可将叶片分为后弯、径向和前弯叶片三种，由于后弯叶片可获得较多的静压能，所以被广泛采用。

叶轮按其机械结构可分为闭式、半闭式和开式（即敞式）三种，如图2-1所示。在叶片的两侧带有前后盖板的叶轮称为闭式叶轮（c图）；在吸入口侧无盖板的叶轮称为半闭式叶轮（b图）；在叶片两侧无前后盖板，仅由叶片和轮毂组成的叶轮称为开式叶轮（a图）。由于闭式叶轮宜用于输送清洁的液体，泵的效率较高，一般离心泵多采用闭式叶轮。

叶轮可按吸液方式不同，分为单吸式和双吸式两种。单吸式叶轮结构简单，双吸式从叶轮两侧对称地吸入液体（见教材图2－3）。双吸式叶轮不仅具有较大

的吸液能力，而且可以基本上消除轴向推力。

2．泵壳

泵体的外壳多制成蜗壳形，它包围叶轮，在叶轮四周展开成一个截面积逐渐扩大的蜗壳形通道（见图2－2）。泵壳的作用有：①汇集液体，即从叶轮外周甩出的液体，再沿泵壳中通道流过，排出泵体；②转能装置，因壳内叶轮旋转方向与蜗壳流道逐渐扩大的方向一致，减少了流动能量损失，并且可以使部分动能转变为静压能。

若为了减小液体进入泵壳时的碰撞，则在叶轮与泵壳之间还可安装一个固定不动的导轮（见教材图2-4中3）。由于导轮上叶片间形成若干逐渐转向的流道，不仅可以使部分动能转变为静压能，而且还可以减小流动能量损失。

注意：离心泵结构上采用了具有后弯叶片的叶轮，蜗壳形的泵壳及导轮，均有利于动能转换为静压能及可以减少流动的能量损失。

3．轴封装置

离心泵工作时是泵轴旋转而泵壳不动，泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。轴封的作用是防止高压液体从泵壳内沿间隙漏出，或外界空气漏入泵内。轴封装置保证离心泵正常、高效运转，常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种。

二、离心泵的工作原理

装置简图如附图。

1．排液过程

离心泵一般由电动机驱动。它在启动前需先向泵壳内灌满被输送的液体（称为灌泵），启动后，泵轴带动叶轮及叶片间的液体高速旋转，在惯性离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外周，提高了动能和静压能。进而泵壳后，由于流道逐渐扩大，液体的流速减小，使部分动能转换为静压能，最终以较高的压强从排出口进入排出管路。

2．吸液过程

当泵内液体从叶轮中心被抛向外周时，叶轮中心形成了低压区。由于贮槽液面上方的压强大于泵吸入口处的压强，在该压强差的作用下，液体便经吸入管路被连续地吸入泵内。

3．气缚现象

当启动离心泵时，若泵内未能灌满液体而存在大量气体，则由于空气的密度

远小于液体的密度，叶轮旋转产生的惯性离心力很小，因而叶轮中心处不能形成

吸入液体所需的真空度，这种虽启动离心泵，但不能输送液体的现象称为气缚。

因此，离心泵是一种没有自吸能力的液体输送机械。若泵的吸入口位于贮槽液面

的上方，在吸入管路应安装单向底阀和滤网。单向底阀可防止启动前灌入的液体

从泵内漏出，滤网可阻挡液体中的固体杂质被吸入而堵塞泵壳和管路。若泵的位

置低于槽内液面，则启动时就无需灌泵。

2.2.2 离心泵的主要性能参数和特性曲线

一、离心泵的主要性能参数 离心泵的性能参数是用以描述一台离心泵的一组物理量

1． （叶轮）转速n ：1000～3000rpm ；2900rpm 最常见。

2． 流量Q ：以体积流量来表示的泵的输液能力，与叶轮结构、尺寸和转速

有关。泵总是安装在管路中，故流量还与管路特性有关。

3． 压头（扬程）H ：泵向单位重量流体提供的机械能。与流量、叶轮结构、

尺寸和转速有关。扬程并不代表升举高度。一般实际压头由实验测定。

4． 功率：

（1）有效功率e N ：指液体从叶轮获得的能量——g HQ N e ρ=；此处Q 的单位

为m 3/s

（2）轴功率N：指泵轴所需的功率。当泵直接由电机驱动时，它就是电机传给泵轴的功率。

5．效率η：由于以下三方面的原因，由电机传给泵的能量不可能100%地传给液体，因此离心泵都有一个效率的问题，它反映了泵对外加能量的利用程度：η

=

N

N e/

①容积损失；②水力损失；③机械损失。

二、离心泵的特性曲线

从前面的讨论可以看出，对一台特定的离心泵，在转速固定的情况下，其压头、轴功率和效率都与其流量有一一对应的关系，其中以压头与流量之间的关系最为重要。这些关系的图形称为离心泵的特性曲线。由于它们之间的关系难以用理论公式表达，目前一般都通过实验来测定。包括H～Q曲线、N～Q曲线和η～Q 曲线。

图2-3 某种型号离心泵的特性曲线

离心泵的特性曲线一般由离心泵的生产厂家提供，标绘于泵的样本或产品说明书中，其测定条件一般是20℃清水，转速也固定。典型的离心泵性能曲线如

图2-3所示。

1．讨论

（1） 从H ～Q 特性曲线中可以看出，随着流量的增加，泵的压头是下降的，

即流量越大，泵向单位重量流体提供的机械能越小。但是，这一规律对流量很小

的情况可能不适用。

（2） 轴功率随着流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小，所以大流量

输送一定对应着大的配套电机。另外，这一规律还提示我们，离心泵应在关闭出

口阀的情况下启动，这样可以使电机的启动电流最小，以保护电机。

（3） 泵的效率先随着流量的增加而上升，达到一最大值后便下降。但流量

为零时，效率也为零。根据生产任务选泵时，应使泵在最高效率点附近工作，其

范围内的效率一般不低于最高效率点的92%。

（4） 离心泵的铭牌上标有一组性能参数，它们都是与最高效率点对应的性

能参数，称为最佳工况参数。

三、离心泵特性的影响因素

1．液体的性质：

（1） 液体的密度：离心泵的压头和流量均与液体的密度无关，有效功率和

轴功率随密度的增加而增加，这是因为离心力及其所做的功与密度成正比，但效

率又与密度无关。

（2） 液体的粘度：若粘度大于常温下清水的粘度，则泵的流量、压头、效

率都下降，但轴功率上升。所以，当被输送流体的粘度有较大变化时，泵的特性

曲线也要发生变化。

2．转速

离心泵的转速发生变化时，其流量、压头、轴功率和效率都要发生变化，

泵的特性曲线也将发生变化。

若离心泵的转速变化不大（小于20％），则可以假设：①转速改变前后液体

离开叶轮处的出口速度三角形相似；②转速改变前后离心泵的效率不变。从而可

导出以下关系：

1212n n Q Q =， 21212⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=n n H H ， 31212⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=n n N N （比例定律）

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