2.离心泵设计——基础理论
化工原理第二章离心泵
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
一、离心泵的构造和工作原理
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
复习：
1. 流量测量（变压头流量计；变截面流量计）。
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
思考：三种叶轮中哪一种效率高？
闭式叶轮的内漏最小，故效率最高，
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
液体只能从叶轮一侧被吸入，结
构简单。 按吸液方式
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
1）离心泵基本方程式的导出
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。
理论压头
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。
离心泵的基本方程
H
化工原理第二章-流体输送机械
w2 w2 w2 c2小，泵内流动阻力损失小
c2 c2
c2
uuu222
前径后弯向弯叶叶叶片片片
3) 理论流量
H T
u22 g
u2ctg2 gD2b2
若离心泵的几何尺寸（b2、D2、β2）和转速n一定，则式可表示
为
表示HT∞与QT呈线性关系，该直线的斜率与叶 片形状β2有关，即 β2>90°时，B<0, HT∞随QT的增加而增大。 β2=90°时，B=0, HT∞与QT的无关。 β2<90°时，B>0, HT∞随QT的增加而减少。
Ne
轴功率 N ：电机输入到泵轴的功率，由于泵提供给流 体的实际扬程小于理论扬程，故泵由电机获得的轴功并不 能全部有效地转换为流体的机械能。
N Ne
有效功率 Ne：流体从泵获得的实际功率，可直
接由泵的流量和扬程求得
Ne = HgQρ
N QH 102
电机
泵
2. 离心泵特性曲线及其换算
用20C清水测定
包括 ：H~Q曲线(平坦型、陡降型、 驼峰型) N~Q曲线、 ~Q曲线
QgH
N
由图可见： Q，H ，N，
有最大值。
思考： ➢ 离心泵启动时均关闭 出口阀门，why？ ➢为什么Q＝0时，N0？
０2
高效区
与最高效率相比， 效率下降5％～8％
设计点
3.离心泵性能的改变和换算
1）液体性质的影响 （1）密度:
思考：泵壳的主要作用是什么？
①汇集液体，并导出液体； ②能量转换装置
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。
作用：防止高压液体从泵壳内沿间隙漏出，或外界空气 漏入泵内。
第二章 叶片泵基本理论
第二章 叶片泵基本理论2.1 泵的主要性能的参数1 流量 流量是泵在单位时间内输送出去的液体量(体积或质量)体积流量用q 表示，单位是：m 3／s ，m 3／h ，l ／s 等。
质量流量用m q 表示，单位是：t ／h ， kg ／s 等。
流量和体积流量的关系为 ρq q m =2 扬程 H 扬程是泵所抽送的单位重量液体从泵进口处(泵进口法兰)到泵出口处兰)能量的增值。
也就是一牛顿液体通过泵获得的有效能量。
其单位是m N /m N =⋅，即被抽送液体的液柱高度、习惯简称为米。
根据定义、泵的扬程可以写为s d E E H -= （2-1）式中：d E —在泵出口处单位重量液体的能量(m)；s E —在泵进口处单位重量液体的能量(m)。
单位重量液体的能量在水力学中称为水头，通常由压力水头、速度水头和位置水头三部分组成，即d 2d d d z 2g v g p E ++=ρ，s 2s s s z 2gv g p E ++=ρ，得22d s d d d s p p v v E z z g 2g()ρ--=++- （2-2）式中 p d 、p s ——泵出口、进口处液体的静压力v d 、v s ——泵出口、进口处液体的速度z d 、z s ——泵出口、进口到任选的测量基准面的距离图1—1是计算泵扬程的简图。
泵的扬程表征泵本身的性能，只和泵进、出口法兰处的液体的能量有关，而和泵装置无直接关系。
但是，利用能量方程，可以用泵装置中液体的能量表示泵的扬程。
3 转速n转速是泵轴单位时间的转数，单位：r ／min4 汽蚀余量 NPSH汽蚀余量又叫净正吸头，是表示汽蚀性能的主要参数。
5 功率和效率泵的功率通常指输入功率。
即原动机传到泵轴上的功率，故又称轴功率。
用P 表示。
泵的有效功率又称输出功率，用P e 表示。
它是单位时间内从泵中输送出去的液体在泵中获得的有效能量。
因为扬程是泵输出的单位重量液体从泵中获得的有效能量，所以扬程是质量流量及重力加速度的乘积，就是单位时间内从泵中输出液体所获得的有效能量——泵的有效功率。
泵基础设计
泵基础设计一、泵基础设计规定1.设计机泵类设备基础时，应取得以下资料：（1）机泵类设备的型号、转速、功率、规格及轮廓尺寸图等；（2）机器自重及重心位置或压缩机、电动机及辅助设备的质量分布图；（3）基础模板图、基础顶面的设计标高、二次灌浆层厚度、地脚螺栓（或地脚螺栓孔）的位置、规格（或尺寸）；（4）设备基础在生产装置中的坐标位置；（5）建设场地的工程地质和水文地质勘察资料。
2.对地基的要求：（1）基础应坐在老土层上；（2）功率小于100KW的机泵类设备基础，当对沉降无特殊要求时，可设置在经分层夯实的回填土地基土，其压实系数不应小于0.93；（3）基础顶面高出地面不宜小于200mm，其埋深不宜小于0.8m，且不小于冻结深度，南方地区埋置深度应在耕土层以下即0.5m；（4）设备基础的地基容许变形值：设备基础类别容许变形值中心沉降量（mm）倾斜常压装置高压装置泵类基础离心泵0.002活塞泵功率≥500KW100~20050~1000.002活塞泵功率≤500KW0.0033.对基础的要求：（1）基础底板尺寸宜由以下三个条件确定：•基础质量应大于机器质量的3~5倍；•P≤（0.5~0.7）f式中P—基础底面处的平均静压力设计植，kpa；f—地基承载力设计值，kpa；•基组总重心与基础底面形心应位于同一铅垂线上，其相对偏心不应超过3%；（2）基础的混凝土等级用C20，垫层用C10；（3）基础的混凝土体积小于20m3时，可不配置表面构造钢筋；混凝土体积为20~40m3时，应在基础顶面配置直径为10mm、间距为200mm的钢筋网；混凝土体积大于40m3时，尚应在基础四周和顶、底面配置直径为10~14mm、间距为200~300mm的钢筋网；基础底板悬臂部分应按强度计算配置上、下侧钢筋，当底板悬臂长度小于地板厚度时，可不必配筋；（4）基础顶面的二次浇灌层，厚度宜为30~50mm，材料应采用细石混凝土，其强度等级应比基础的混凝土强度等级高一级，当厚度小于30mm时可采用1：2水泥砂浆；基础外露部分用1：2水泥砂浆抹面；（5）自制地脚螺栓宜采用直钩式，直钩段长度不得小于4d(d为地脚螺栓直径)；埋置深度L不得小于20倍直径，对于带锚板的地脚螺栓，应不小于15倍直径，构造螺栓不受此限，且不得小于300mm；埋置方法宜采用预留孔，地脚螺栓预留孔底至基础底面的距离，不得小于100mm；地脚螺栓底端至预留孔底的距离，不得小于50mm;预留孔边至基础边缘的距离，不得小于100mm；当预埋螺栓时：当φ≤20时，不小于100mm,当φ＞20时，不小于150mm。
《泵与风机》课件02(第2章+叶片式泵)
铭牌上简明列出：泵在设计转速下运行，效率最高 时的流量、扬程、轴功率、允许吸上真空高度及汽 蚀余量
第2章 叶片式泵
2.4 离心泵的基本方程式
§2.4.1 叶轮中液体的流动情况
离心泵叶轮中水流速度
2个坐标系 3个速度
出水工作角 出水角 进水角
静坐标系——固定不动的泵壳 相对速度W 牵连速度u 进水工作角 动坐标系——旋转的叶轮 4个角度 绝对速度C （相对于动坐标系叶轮） （相对于静坐标系泵壳） （速度W和u的合成）
复合的圆周运动
§2.4.1 叶轮中液体的流动情况
速度三角形
径向分速度：
C2 r C2 sin 2
2u
切向分速度： C
C2 cos 2 u2 C2 r ctg 2
§2.4.1 叶轮中液体的流动情况
离心泵叶片的形状
离心泵常用后弯式叶片，β2在20°~30°之间
§2.4.2 基本方程式的推导
g
(C2 R2 cos 2 C1 R1 cos1 )
u1 R1 ，u2 R2
C2u C2 cos 2，C1u C1 cos1
1 H T (u2C2u u1C1u ) g
离心泵的基本方程式
§2.4.3 基本方程式的讨论
（1） 为提高水泵扬程和改善吸水性能，一般
机械密封可以应用在输送有毒、有腐蚀性及
贵重的液体情况下。
§2.2 离心泵的主要零件
轴封装置
填料密封
§2.2 离心泵的主要零件
轴封装置
机械密封
§2.2 离心泵的主要零件
轴封装置
DY101型系列机械密封
112型系列机械密封
第二章 离心泵与风机的基本理论
（3）克服液体流动时的阻力损失 hw=Σhf+Σhj， hf为沿程阻力损失， hj为局部阻力损失。 所以选样泵时所需要的扬程，至少为
p p H Hp hw g
若流体为气体，则选择风机时计算风机所需的最小全压p为：
p ( p p) ghw
二、运转中泵与风机所提供的扬程
p2 p1 v2 v1 H E2 E1 g 2g
2 2
p1 ( pamb pm ) 34350 Pa p2 ( pamb pB ) gh 329820 Pa 4 qv qv v 3(m / s ) v2 4.32 (m / s ) 1 2 D D ( p )2
q VT v2 r2 cos 2
根据动量矩方程 M qVT (v2 r2 cos 2 v1 r1 cos1 ) 理想情况下，叶轮旋转时传递给流体的功率与流体获得的能量 相同，即功率P不变。 P M gqVT HT 所以泵的扬程为
H T 1 1 (v2u2 cos 2 v1u1 cos1 ) (u2v2u u1v1u ) g g
p ( p2 pamb )
3、定义 通风机静压
2
2
通风机动压
通风机全压
v2 pd pd 2 2
v1 pst p2 ( p1 ) 2 2
p pst pd
例：某泵装置中，进口管路直径D＝150mm，其上真空表读 数 pm＝6.665×104Pa，出口管路直径Dp＝125mm，压力表 读数 p＝0.22MPa，压力表位置比真空表高1m，输送介质密 度ρ＝900kg/m3。已知泵流量qv＝0.053m3/s，试求泵的扬程。 解：泵的扬程H为：
第三节 离心泵与风机的基本方程式
“化工原理”第2章《流体输送机械》复习题
“化⼯原理”第2章《流体输送机械》复习题“化⼯原理”第⼆章流体输送机械复习题⼀、填空题：1.离⼼泵的主要部件有如下三部分:______,_____,_______.***答案*** 泵壳; 叶轮; 泵轴2. 离⼼泵的主要参数有:______,______,______,________.***答案*** 流量; 扬程; 功率; 效率3．离⼼泵的特性曲线有: _____________,_________________,___________________.***答案*** 压头H～流量Q曲线；功率N～流量Q曲线；效率η～流量Q曲线4．离⼼泵的最⼤安装⾼度不会⼤于_______________. ***答案*** 10m5. 离⼼泵的⼯作点是如下两条曲线的交点：______________,________________.***答案*** 泵特性曲线H--Q；管路特性曲线H--Q6．调节泵流量的⽅法有：_____________,__________________,____________________.***答案*** 改变出⼝阀门的开度；改变泵的转速；车削叶轮外径7. 泵起动时，先关闭泵的出⼝开关的原因是＿＿＿＿＿＿＿＿____________**答案** 降低起动功率，保护电机，防⽌超负荷⽽受到损伤;同时也避免出⼝管线⽔⼒冲击。
8. 若被输送的流体粘度增⾼，则离⼼泵的压头＿＿＿，流量＿＿＿，效率＿＿＿，轴功率＿＿＿＿。
***答案*** 减⼩减⼩下降增⼤9. 离⼼泵的流量调节阀安装在离⼼泵＿＿＿管路上，关⼩出⼝阀门后，真空表的读数＿＿＿＿，压⼒表的读数＿＿__＿。
***答案*** 出⼝减⼩增⼤10. 离⼼泵的安装⾼度超过允许安装⾼度时，离⼼泵会发⽣＿＿___＿＿现象。
***答案*** ⽓蚀11. 离⼼泵铭牌上标明的流量和扬程指的是＿＿＿＿＿＿＿时的流量和扬程。
***答案*** 效率最⾼12. ⽤离⼼泵在两敞⼝容器间输液, 在同⼀管路中，若⽤离⼼泵输送ρ＝1200kg/m3的某液体(该溶液的其它性质与⽔相同），与输送⽔相⽐，离⼼泵的流量＿＿＿＿＿＿＿,扬程＿＿＿＿＿,泵出⼝压⼒＿＿＿＿,轴功率＿＿＿。
第二章离心泵
其一，启动前没灌泵，此时应停泵、灌泵，关闭出口阀后 再启动。 其二，吸入管路被堵塞，此情况下应疏通管路后灌泵，关 闭出口阀，然后启动泵。
3：扬程与升扬高度的区别？
答：扬程又称压头（H）：
是泵对单位重量（1N ）液体所提供的有效能J/N（m)；
升扬高度（△Z） ：
指泵上、下游两液面的垂直高度，它只是扬程中位能差一项。
气蚀: 是指液体在泵的最低压强处(叶轮入口)汽化形成气泡，又
在叶轮中因压强升高而溃灭，造成液体对泵设备的冲击，引起振 动和腐蚀的现象。
气缚
原因：泵启动前空气未排尽或运转中有空气漏入，使泵内流体平均密度下降， 导致叶轮进、出口压差减小。 后果：吸不上液体。 解决方法：离心泵工作时、尤其是启动时一定要保证液体连续的条件。可采 用设置底阀、启动前灌泵、使泵的安装位置低于吸入液面等措施。
2 1
答：将会，p1=8kPa＜ pv
12．离心泵的效率η和流量Q的关系为（ A.Q增大,η增大 ； C.Q增大,η减小；
B.Q增大,η先增大后减小 ; D.Q增大,η先减小后增大 。 ）。
√
）。
√A.Q增大，N增大；
13．离心泵的轴功率N和流量Q的关系为（
B.Q增大，N先增大后减小； D. Q增大，N先减小后增大 。
第二章 小结与练习
主要知识点: (离心泵)
①结构、工作原理;
②性能参数(H、Q、N、η)、特性曲线及影响特性曲线的因素； ③工作点的确定及流量调节; ④离心泵选择、安装和操作。 注意 “气蚀”与“气缚”现象的区别。
练习题
一、问答题 1、何谓离心泵的气缚与气蚀现象？
答：气缚:是指启动前没灌泵或吸入管路不严密，致使泵壳内被 气体占据，泵虽启动但因泵的入口不能造成足够的低压，从而不 能吸上液体。
离心泵题库
设备部分一、泵1.以输送介质温度来区别( ) ℃为冷油泵，( ) ℃为热油泵。
(KHD：工艺基本知识)答文：20-150；150-4002.DCS中，机泵运行时，画面上其运行状态显示为( )色。
(KHD：工艺基本知识)答文：绿3.离心泵通过节流来调节泵流量时，一般由（）调节。
(KHD：设备使用维修能力)4.冷油离心泵停运后，每次盘车（）。
(KHD：技术管理及革新能力)答文：180度5.离心泵( )方可开启出口阀，往复泵( )就必须开启出口阀。
(KHD：安全与环保知识)答文：全速全压后；起动前6.两台泵（），其目的是增大扬程。
答文:串联7.两台泵（），其目的是增大流量。
答文:并联8.泵运转中，采取（）、（）、（）、（）方法定时巡检。
答文:听、看、摸、闻9.离心泵停泵时，应先关闭（），再停电机。
答文:出口阀1.备用泵盘车，每天盘车( )每次转( ) 度。
(KHD：技术管理及革新能力)答文：一次；1802.泵抽空有什么危害(KHD：设备基本知识)答文：破坏原有的轴向力平衡，使轴承承受冲击力；容易导致机械密封失效；振动大，可能导致损失泵内部件。
3.泵启动前为什么要引液灌泵(KHD：设备基本知识)答文：因为普通离心泵是依靠离心力把一定质量的液体压出叶轮来形成局部真空。
液体在局部压差的作用下被吸入泵内并形成连续流动，如果泵体内存在气体，则由于气体比重轻，产生离心力小，影响泵入口的真空度，从而导致泵的吸入性能下降。
所以要引液灌泵排净泵体内存在的气体。
4.泵振动大有哪些原因(KHD：设备基本知识)答文：吸入管未充满液体；吸入管串入气体或蒸汽；电机和泵不同心；轴承磨损或松动；旋转不平衡；轴弯曲；基础不牢固；驱动装置振动；控制阀定位错误；地脚螺栓或基础松动。
5.停泵检修时应做好哪些工作(KHD：任选操作)答文：ａ、关闭进出口阀排净泵内存液。
ｂ、有密封急冷蒸汽要关闭蒸汽。
ｃ、对干液态烃要用水冲洗干净合格。
ｄ、冷却器关闭冷却水阀。
[理学]第二章 3 离心泵工作点_OK
![[理学]第二章 3 离心泵工作点_OK](https://img.taocdn.com/s3/m/e531092b7f1922791788e818.png)
泵的转速提高，则H~Q线上移，工作点由M移至M2，流量由QM
加大到QM2；
优点：流量随转速下降而减 小，动力消耗也相应降低；
H-Q He-Qe
M2 M M1
缺点：需要变速装置或价格昂贵的
变速电动机，难以做到流量连续调
节，化工生产中很少采用。
QM1 QMQM132
3．离心泵的组合操作 (1) 离心泵的并联
管路的弯头、阀门等管件，以减少吸入管路的阻力。
3）当液体输送温度较高或液体沸点较低时，可能出现允许
安装高度为负值的情况，此时，应将离心泵安装于贮槽液面
以下，使液体利用位差自流入泵内。
5
六. 离心泵的工作点和流量调节 (一) 管路特性曲线和离心泵的工作点
在如图所示的两截面间列柏努利方程
Z1
p1 g
u12 2g
关小阀门，使B值变大，流量
变小，曲线变陡。
开大阀门，使B值变大，流量
变大，曲线变平缓。
1
H-Q M1
2
M
M2
QM1 QM QM2
优点：调节迅速方便，流量可连续变化； 12
缺点：流量阻力加大，要多消耗动力，不经济。
2．改变泵的特性曲线
泵的转速降低，则H~Q线下移，工作点移至M1,流量减小到QM1；
Hg
H S
u12 2g
H f 01
式中: Hf,0-1=1.0m
u12 0 2g
此时Hs不用修正
Hg 3.0 1.0 2.0m
（2）输送65℃水时泵的安装高度
需对其Hs 进行换算，即
HS
HS
Ha
10
pV 9.81103
0.24
1000
由附录查得65℃时水的密度ρ＝980.5kg/m3，饱和蒸汽压 4 pv＝2.554×104Pa，则
第二节 离心泵的基本方程式
思考题:
1 泵扬程是什么意义？说泵扬程50m，是否可把介 质送高50m? 复习工程力学中的动量矩定理。 扬程与压差的关系，以m表示，以J/kg表示
2 3
p H ( J / kg 表示） p gH （m表示） （Pa） ( Pa)
4 5 6
轴功率N、有效功率的含义。 泵效率的含义 熟练掌握速度三角形，
绝对速度 (absolute velocity)
矢量 c表示， 液体相对于壳体的运动。 大小、方向由矢量合成 而定。
总结：速度三角形的概念
相对速度矢量 w 牵连速度矢量 u 绝对速度矢量 c
cuw
对照上页图认识以下参数:
cr
cu
α
β
βA
后面推导中还会用到的参数:
D — 叶轮直径，单位 m b — 叶轮轴面流道宽度，单位 m Z — 叶片数目
下标:
1： 叶片进口 参数 2： 叶片出口 参数 ∞ ： 叶片无限多的叶轮中流动时的参数
思考:速度三角形的构成
速度三角形底边u 1.
u Dn
(u1 D 1n
u 2 D 2n )
速度三角形的高与流量、流道面积有关，cr ，考虑叶片厚cr 2. 假设cr
QT cr Db
Leonhard Euler (1707-1783)1750年建立以上方程
轴向吸入的离心泵，液流在叶轮入口无预旋，即
c1u 0
H T u2 c2u HT
结论：
J / kg m
1 u2c2u g
1、与进出口处的速度有关，即与D、n、Q 等 有关。 2、与液体性质无关，对每公斤质量介质所给 能量相同，水、气、油。
第二节 离心泵的基本方程式
化工原理第二章离心泵
离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮
Q，H ，N，有最大值。
０2
高效区 与最高效率相比， 效率下降5％～8％
设计点
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。 ➢ 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。 ➢ 在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。一般 要求操作时的效率应不低于最高效率的92%。
Ne
Ne N
泵
与效率有关的各种能量损失：
（1）容积损失：
内漏
（2）水力损失
环流损失、阻力损失和冲击损失
（3）机械损失
泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦
小型水泵：一般为5070%
N
大型泵：可达90%以上
机械 容积 水力 损失 损失 损失
Ne
例2-1 用水对一离心泵的性能进行测定，在某一次实验 中测得：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。
q-H
实际压 头
设计流 量
三．离心泵的主要性能参数
转速
离心泵的主要性能参数 压流头量
轴功率和效率 允许汽蚀余量
铭 牌
化工原理(上)主要知识点
化工原理（上）各章主要知识点绪论三个传递：动量传递、热量传递和质量传递三大守恒定律：质量守恒定律——物料衡算；能量守恒定律——能量衡算；动量守恒定律——动量衡算第一章 流动流体第一节 流体静止的基本方程一、密度1. 气体密度：RTpMV m ==ρ2. 液体均相混合物密度：nm aa a ρρρρn 22111+++= （m ρ—混合液体的密度，a —各组分质量分数，n ρ—各组分密度） 3. 气体混合物密度：n n m ρϕρϕρϕρ+++= 2211（m ρ—混合气体的密度，ϕ—各组分体积分数）4. 压力或温度改变时，密度随之改变很小的流体成为不可压缩流体（液体）；若有显着的改变则称为可压缩流体（气体）。
二、.压力表示方法1、常见压力单位及其换算关系：2、压力的两种基准表示：绝压（以绝对真空为基准）、表压（真空度）（以当地大气压为基准，由压力表或真空表测出） 表压 = 绝压—当地大气压 真空度 = 当地大气压—绝压 三、流体静力学方程1、静止流体内部任一点的压力，称为该点的经压力，其特点为： （1）从各方向作用于某点上的静压力相等；（2）静压力的方向垂直于任一通过该点的作用平面；（3）在重力场中，同一水平面面上各点的静压力相等，高度不同的水平面的经压力岁位置的高低而变化。
2、流体静力学方程（适用于重力场中静止的、连续的不可压缩流体）p z gp=ρ（容器内盛液体，上部与大气相通，g p ρ/—静压头，“头”—液位高度，p z —位压头 或位头）上式表明：静止流体内部某一水平面上的压力与其位置及流体密度有关，所在位置与低则压力愈大。
四、流体静力学方程的应用 1、U 形管压差计指示液要与被测流体不互溶，且其密度比被测流体的大。
测量液体：)()(12021z z g gR p p -+-=-ρρρ 测量气体：gR p p 021ρ=-2、双液体U 形管压差计 gR p p )(1221ρρ-=-第二节 流体流动的基本方程一、基本概念1、体积流量（流量s V ）：流体单位时间内流过管路任意流量截面（管路横截面）的体积。
《泵与泵站》(第五版)第2章叶片式泵
于流量的特性曲线：
H=f（Q）
N=f（Q）
Hs=ψ（Q） η= φ（Q）
• 泵的工况
• 对应某一流量下泵的一组基本性能参数值。
• 泵的设计工况（额定工况）
• 泵在效率最高时对应的一组基本性能参数值。
• 泵的极限工况
• 泵在流量最大时对应的一组基本性能参数值。
2.6.1理论特性曲线的定性分析
基本方程式
2.3 叶片泵的基本性能参数
叶片式泵的基本性能参数有6个：流量、扬程、 轴功率、效率、转速、允许吸上真空高度 2.3.1流量
泵在单位时间内所输送的液体数量，Q 单位是m3/h、L/s或t/h 2.3.2扬程（总扬程） 泵对单位重量液体所作的功，也就是单位重量 液体通过泵后其能量（液体比能）的增值，H 单位是m或Pa （1atm=1kg/cm2=0.1MPa ≈ 10mH2O）
η 1-泵的效率η 2 –电机的效率
2.3.5转速
泵叶轮的转动速度，通常以每分钟转动的次数 来表示，n
常用单位是r/min 往复泵中转速通常以活塞往复的次数来表示 单位是次/min 2.3.6允许吸上真空高度（HS）及气蚀余量（HSV） 允许吸上真空高度（HS）的定义，单位mH2O 通常用来反映离心泵的吸水性能 气蚀余量（HSV）的定义，单位mH2O 通常用来反映轴流泵、锅炉给水泵的吸水性能
第二章 叶片式泵
2.1 离心泵的工作原理与基本构造 2.2 离心泵的主要零件 2.3 叶片泵的基本性能参数 2.4 离心泵的基本方程式 2.5 离心泵装置的总扬程 2.6 离心泵的特性曲线 2.7 离心泵装置定速运行工况 2.8 离心泵装置调速运行工况
2.9 离心泵换轮运行工况 2.10 离心泵并联及串联运行工况 2.11 离心泵吸水性能 2.12 离心泵机组的使用与维护 2.13 轴流泵及混流泵 2.14 给水排水工程中常用的叶片泵
第二章 叶片泵的基本理论
第章第二章叶片泵的基本理论主讲教师：谢华主讲教师谢华流量Q变化，扬程H？流量Q变化扬程H？Q~H的关系？？扬程H变化，流量Q？第二章叶片泵的基本理论（基本方程式）第一节离心泵的叶轮理论流体在叶轮里面怎样运动？？（一）液体在叶轮内的运动随着叶轮一起旋转圆周运动圆周运动u从进口到出口相对运动w相对运动=r u w r r +v液体在叶轮内的绝对运动为圆周运动和相对运动之和=r uw r r +v（二）速度三角形速度平行四边形速度三角形w u v r r r +=r u圆周速度（circular velocityw r相对速度(relative velocity)r v绝对速度(absolute velocity)α绝对流动角(absolute flowing angle)β相对流动角(relative flowing angle)（三）速度三角形的计算这些参数如何求？？u、w、v、α、β至少需要知道三个参数！！¾圆周速度u6060222nDnD Dr u ππωω=×===1nD π601u =叶轮进口圆周速度nD π6022u =叶轮出口圆周速度分别为叶轮进出口断面的直径D 1,D 2分别为叶轮进、出口断面的直径n 为水泵叶轮的转速(r/min)¾w相对速度假定叶片无限多，任意点的相对速度与该处的叶片表面切线方向一致22b ββ=方向已知，大小未知绝对速度是合成速度，大小、方向都不好确定办法：将绝对速度分解为两个相互垂直的分量沿圆周方向上的速度v u轴面分速v m轴面：通过叶轮轴线和叶轮内一点的径向平面，也称子午面。
绝对速度是合成速度，大小、方向都不好确定办法：将绝对速度分解为两个相互垂直的分量沿圆周方向上的速度v u 轴面分速v mv uv mv mwvv mv uuvmwvv muv u9在离心泵叶轮中，轴面分速的方向为径向，也称径向分速9在轴流泵叶轮中，轴面分速的方向为轴向，也称轴向分速•轴面分速v m轴面分速是液体沿着轴面向叶轮出口流出的速度通过叶轮的流量Q TQ 叶轮进出口过流断面的面积AvT m A Q A v η111==叶轮进口轴面分速vT m A Q A Q v η222==叶轮出口轴面分速A 1,A 2分别为叶轮进、出口断面的面积b b b ⎛ψππσπσπDbD z Db b z Db A =⎟⎠⎞⎜⎝−=−=1排挤系数反映叶片厚度对叶轮环面的排挤程度在075~095Ψ排挤系数，反映叶片厚度对叶轮环面的排挤程度，在0.75~0.95小泵取小值，大泵取大值•出口相对流动角β2近似认为叶轮出口处相对流动角β2与叶片安装角βb2相等=22b ββ•进口绝对流动角α1对于轴流泵和单吸离心泵，具有喇叭形或圆锥形进水室，叶片进口绝对速度方向垂直于圆周速度方向o901=αv v r r =0=v r ，11m 1u•进口已知条件r圆周速度1ur轴面分速1m v绝对流动角α1•出口已知条件u r圆周速度2r轴面分速2m v相对流动角β2二、基本方程式（fundamental equation）欧拉（Euler. L）于1756年首先导出，也称为欧拉方程z三点基本假设9叶片数无限多,厚度无限薄。
第二章 泵与风机的基本理论
c1u = c1 cos α 1 c 2 u = c 2 cos α 2
（4） ）
欧拉方程II式 将（4）式代于（1）式后，得：欧拉方程 式 ）式代于（ ）式后，
H T∞
u 2 c 2 cos α 2 − u1c1 cos α 1 u 2 c 2 u − u1c1u = = g g
基本方程式的修正
c1u = c1conα 1
qt q 径向分速度： c1r = = A1 π D1b1ϕ 圆周速度： u1 =
π D1n
60
ϕ
• 式中 式中：
ϕ
——叶片厚度对断面影响系数。取 q ——理论流量（设计流量）。
=0.9~0.95。
• 叶轮上的速度：
w2
β
C2
α2 β2
C2
u2
α2
w2
C2r
β2
w1
β1A
第二章 离心式泵与风机的基本理论
一、叶轮中液体的流动情况
绝对速度c 相对速度w 牵连速度u 绝对速度角α 相对速度角β β1——进水角 β2——出水角
一、叶轮中液体的流动情况
绝对速度c 绝对速度角α 相对速度w 相对速度角β 牵连速度c β1——进水角 β2——出水角
• 一 . 泵叶轮进、出口速度三角形 泵叶轮进、 1 . 进出口速度三角形 c1=u1+w1
α1 β1
C2u
C1
u2
w1
u1
C1 1 β1 α
ω
u1
2. 叶轮出口速度三角形
C2=u2+w2
绝对速度： c = c + c
2 2 2 2r 2 2u
分速度： c2 r = c2 sin α 2
离心泵结构和原理
3. 离心泵结构 3.4 轴封
由于泵轴转动而泵壳固定不动，在轴和泵壳的接触处必 然有一定间隙。为避免泵内高压液体沿间隙漏出，或防止外 界空气从相反方向进入泵内，必须设置轴封装置。
轴封装置主要防止泵中的液体泄漏和空气进入泵中，以 达到密封和防止进气引起泵气蚀的目的。
轴封的形式：即带有骨架的橡胶密封、填料密封和机械密 封。目前最主要采用机械密封和干气密封两种形式。
3. 离心泵结构 3.5 机械密封
3.5.1 机械密封的工作原理 机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在
流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合并配 以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。
3. 离心泵结构
3.5.2 机械密封的工作原理
常用机械密封结构如图所示。由静止环（静环）1、旋转 环（动环）2、弹性元件3、弹簧座4、紧定螺钉5、旋转环辅 助密封圈6和静止环辅助密封圈8等元件组成，防转销7固定 在压盖9上以防止静止环转动。旋转环和静止环往往还可根 据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿还。
体、内外圈滚道及保持器)之间并非都是纯滚动的。由于在 外负荷作用下零件产生弹性变形，除个别点外，接触面上均 有相对滑动。滚动轴承各元件接触面积小，单位面积压力往 往很大，如果润滑不良，元件很容易胶合，或因摩擦升温过 高，引起滚动体回火，使轴承失效，所以轴承时刻都要处于 油膜的涂覆之中。
轴承润滑通常用油槽或油雾进行润滑，为了保证滚动体和 滚道接触面间形成一定厚度的油膜，采用中黏度的涡轮油 (国际标准化组织68级)较适宜。在油槽润滑中，轴承部分浸 在油中，油浸润高度以没过轴承底的50％为宜。如果超过50 ％，过量的油涡流会使油温上升，油温升高会加速润滑荆的 氧化，从而降低润滑性能；如果低于50％，则油对轴承的冲 洗作用降低，润滑效果不好。
1-2 离心泵的基本方程
w
w
c u
u
c=u+w
ω
ω
ω
(a) 相对运动 (b) 圆周运动 (c) 绝对运动
1-2 离心泵的基本方程
一、速度三角形 牵连速度指与所求液体质点瞬时重合点的叶轮圆周速度， 牵连速度 用矢量u表示，其方向垂直于叶轮圆半径，指向叶轮旋转方 u 向。
w
w3;w
ω
(a) 相对运动
(b) 圆周运动 (c) 绝对运动
《泵与压缩机》
1-2 离心泵的基本方程
培黎石油工程学院 李 鲤
1-2 离心泵的基本方程
一、速度三角形
(1)通过叶轮的液体为理想液体，即 液体在叶轮内流动时无能量损失。 两 点 假 设
只有在叶 片数无穷 多情况下 才能实现
(2)液体在叶片间的流动呈轴对称， 即每一液体质点在流道内的相对运 动轨迹与叶片曲线的形状完全一致。 在同一半径的圆周上，液体质点的 相对速度大小相同，其液流角相等。
T时刻ABCD 研究对象
C' C A' A B B' D
D'
t + dt 时刻
A′B ′C ′D ′
由连续性方程，有：
∑m
ABB′A′
= ∑ mCDD′C ′ = ρQT dt
1-2 离心泵的基本方程
二、离心泵的基本方程式 在dt时间内流过叶轮的液流动量矩的变化值：
dLo = ρQT dt (c2 ∞l2 − c1∞l1 )
叶轮角速度
驱动机传递给叶轮的功率：
N T∞ = M Oω
叶轮叶片数为无限多 的情况下的理论扬程
′ 理想状态下液体得到的功率： NT∞ = ρQT H T∞
1-2 离心泵的基本方程
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2 基本理论知识
2.1离心泵主要性能参数
1流量：
单位时间内流出泵出口断面的液体体积或质量，分理论流量和泄露流量。
理论流量指通过水泵叶轮的流量T Q ；泄露流量q 是指流出叶轮的理论流量中，一部分经传动部件与静止部件间隙（如口环与泵壳、填料函中填料与泵轴、平衡孔或平衡盘与外壳等）。
q
Q Q T +=
2扬程：
被输送单位质量液体流经水泵后所获得的能量增值除以重力加速度g ，单位为m 。
工程习惯指水泵对单位液体提供的总能量；也可表示为泵出口断面与进口断面单位总能量的代数差。
3转速：
我国常用水泵转速:中小型离心泵730~2950r/min ，中小型轴流泵250~1450r/min,大型轴流泵更低，在100~300r/min 。
4功率
轴功率：动力机经传动设备后传递给水泵主轴的功率，即水泵的输入功率。
通常水泵名牌上即为水泵轴功率。
有效功率：流出水泵液体所获得的能量，即水泵对液体实际有效功。
动力机配套功率：考虑到水泵运行时可能出现超负载，所以动力机的配套功率通常比水泵轴功率大，可按下式计算。
KP
P g =
5效率：
6汽蚀余量：表征水泵在标准状况下汽蚀性能的参数，后面章节进一步说明。
2.2离心泵叶轮的基本理论
2.2.1速度三角形
①圆周运动：又称牵连运动，液体质点随叶轮一起旋转的运动，u
②相对运动：质点相对于叶片的运动，w
③绝对运动：质点相对于静止坐标系的运动，v =u +w
2.2.2离心泵基本方程式
2.2.3离心泵特性曲线
通常把表示主要性能参数之间内部规律的曲线成为离心泵的性能曲线。
包括Q~H,Q~N,Q~ 等，这些曲线都是在一定转速下以试验方法测得，不同转速有不同性能曲线。
在性能曲线上，对于任意的流量点都可以找出一组与其相对应的扬程、功率和效率值，通常把这
一组对应的参数称为工况点。
对应于离心泵最高效率点的工况称为最佳工况点，最佳工况点一般应与设计工况点重合，但实际上有些泵并不重合。