离心泵1-离心泵的工作原理及能量分析

二、离心泵的工作原理
为什么要灌泵？
p
p0
g( 2 (R2
2g
r2)
z)
中间形成 真空度
ω R 中心真空度
强调指出：若在离心泵启动前没向泵壳内灌满被液体，由于空气密度小，叶轮旋
转后产生的离心力小，不足以在叶轮中心区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力，此现象称为气缚。这就是
4. 功率：单位时间内所做的功。
单位： 1 Nm 1 J 1 W
ss
工程单位：1 kW=1000 W
⑴ 有效功率Ne: 单位时间内泵输送出去的液体所获能量。
QH
Ne 1000
kW
⑵ 轴功率N： 泵轴输入的功率。
5. 效率： η表示，是衡量泵的经济性的指标。
η Ne 100% N
N：泵输入功率 （轴功率） Ne：液体得到功率（有效功率）
要求：在最小流动损失的情况下使单位质量液
体获得较高能头。
⑶ 蜗 壳：
位于叶轮出口之后，收集叶轮中流出的液体；并按一定 要求把液体送入下一级进口或排出口管；把叶轮中流出 的高速液体的动能转化为压力能。 要求：流动损失越小越好。
离心泵一般装置
1 —— 泵 2 —— 吸液罐 3 —— 底阀 4 —— 吸入管路 5 —— 吸入管调节阀 6 —5— 真空表 7 —— 压力表 8 —— 排出管调节阀 9 —— 单向阀 10 —— 排出管路 11 —— 流量计 12 —— 排液罐
H
pD
pS
gZ SD
c
2 D
c
2 S
2
H
pD
pS
gZSD
----运转中泵的扬程
pS,pD ： 泵 吸入 口 和 排出口 的 压力 ；
ZSD：进出口垂直距离； cS,cD：进 出口罐液面平均流速 m/s，进出口 直径相同或相差很少时cS=cD
① 实际工程应用中，泵的扬程常用“米液柱”来表示。 米液柱 ：每公斤重量液体获得的能量。
一、离心泵的基本构成
1. 主要部件： 叶轮、吸入室、蜗壳（压出室）或导叶、诱导 轮、 轴封、口环、轴承箱（支架）、平衡盘。
2. 过流部件： 在叶轮进口前，作用是把液体从吸入管引到叶轮。 ⑴ 吸入室： 要求：流动损失小、流入叶轮的流体速度分布均匀。
⑵ 叶 轮： 离心泵中唯一的做功元件！
基本结 构图
离心泵的关键部件；液体在叶轮中得到能量， 提高速度和压力，即能头。
⑤ 效率η
⑥ 汽蚀余量（NPSH、Hs、ns）
1. 流量：单位时间内输送的液体量。 ⑴ 体积流量Q ： m3/h m3/s L/s ⑵ 质量流量m ： kg/h kg/s t/h m=ρQ ρ液体密度kg/m3。
用的较多
2.扬程：单位质量的液体经过泵压获得的有效能头，
即总扬程。常用H，单位 J/kg、m液柱。 （J=N·m）
第一章 离心泵
目前，炼油、化工、火力发电等诸多行业使 用最多的流体输送机械是离心泵：结构简单、体 积小、重量轻、操作平稳、流量稳定、性能参数 范围广、易制造、便于维修。
离心泵
•第 一 节 离心泵的工作原理及能量分析 •第 二 节 离心泵的汽蚀及抽空 •第 三 节 离心泵的性能曲线 •第 四 节 离心泵的装置特性与工况调节
特别注意！
H是液体获得的能量，不是简单的排送高度！
① 提高位能；
② 克服阻力损失；
H
③ 增加静压能；
④ 增加速度能 。
m
由
可 以 看 出
能 量 方 程 显
然
3. 转速n：每分钟旋转次数
单位：rpm，或r/s 一般离心泵转速970 rpm、1450 rpm、2900 rpm； 高速离心泵的转速可达 20000 rpm以上。
第 五 节 离心泵的主要零部件
第一节 离心泵工作原理及能量分析
一、离心泵的基本构成 二、离心泵的工作原理 三、离心泵的简单分类 四、离心泵的主要工作参数
一、离心泵的基本构成
图1-1 离心泵的基本结构图
1 —轴 2 — 轴封箱 3 — 扩压管 4 — 叶轮 5 — 吸入室 6 — 口环 7 — 蜗壳
H
pD pS
gZ SD
cD2
2
cS2
J/kg
进出口直径相同或相差很少时cS=cD
H
pD pS
gZ SD
J/kg
pB,pA：进出口液面压力 pa；ρ：液体密度 kg/m3 进出口相同。 cA,cB：进出口罐液面平均流速 m/s；∑hf：阻力损失J/kg。（不计泵内损失） pS,pD：进出口液面压力，pa；ZSD：进出口垂直距离m ；cS,cD：进出口罐液面平均流速
p (2x2 2 y2 gz) CΒιβλιοθήκη 22p (2r2 gz) C
2
动画
“等角速度旋转容器中液体相对平衡”
1. 盛满液体容器中心开口
r=0 z=0 p=p0
p
p0
( 2r 2
2g
z) 流体静压分布规律
ω r p
p
p0
g( 2r 2
2g
z)
ω r p
? 从流体力学、流体静压分布规律
“等角速度旋转容器中液体相对平衡”
p0
2. 灌满液体边缘开口
r=R z=0 p=p0
p
p0
2(R2
( 2g
r2)
z)
p
p0
g( 2 (R2
2g
r2)
z)
中间形成 真空度
R
ω R 中心真空度
• 启动之前要灌
泵，在离心力 作用下，液体 被甩出，速度 压力皆提高， 同时在叶轮入 口处形成低压， 在压差作用下， 流体不断地流 入。如此连续 不断实现液体 的输送。
m/s；进出口直径相同或相差很少时cS=cD。
H
pB
pA
g(HB
HA)
cB2
c
2 A
2
hf J/kg
----管路中泵所需的扬程 pB,pA : 吸液罐和排液罐液面的压力，
pa。 ρ: kg/m3 进出口相同 cA,cB: 进出口罐液面平均流速 m/s； ∑hf : 阻力损失J/kg。(不计泵内损失)
• 吸入头和灌注
头。
离心泵一般装置
1 —— 泵 2 —— 吸液罐 3 —— 底阀 4 —— 吸入管路 5 —— 吸入管调节阀 6 —5— 真空表 7 —— 压力表 8 —— 排出管调节阀 9 —— 单向阀 10 —— 排出管路 11 —— 流量计 12 —— 排液罐
图1-2离心泵装置简图
1. 启动前：灌泵。 2. 启动后： 驱动机带动叶轮高速旋转
双吸水泵
4. 按泵体形式
⑴ 蜗壳式 ⑵ 双蜗壳式：平衡径向力，双蜗壳或双层蜗室。 ⑶ 筒式泵：双层泵壳，外层承压，内筒起蜗室的作用。
5. 按输送介质
清水、油泵、耐腐蚀泵、液态烃泵、医药泵 冷凝水泵、油浆泵、泥浆泵、污水泵、饮料泵。
四、离心泵的主要工作参数
① 流量 Q ② 扬程 H ③ 转速 n ④ 功率 N
即： kg·m m
kg
② 国际单位制：泵的扬程用“J/kg ”来表示。
kgm/ s2 m
J
kg g
N m/kg m/ s2
kg m/ s2
Nm m N
则以上（1-1）、（1-2）、（1-3）为：工程单位制
m
H
pD pS
g
ZSD
cD2 cS2 2g
m
H
pD pS
g
ZSD
m
❖扬程与压差关系 ： △p gH H - m △p H H - J/kg
两者的差别在于损失，包括流动损失、泄漏、机械摩擦等。
6. 其它：
汽 蚀 余 量：NPSH 吸入真空度：Hs 比 转 数： ns
启动泵前必须进行灌泵的缘故。
?
吸入管路安装单向底阀……。
三、离心泵的简单分类
1. 按液体吸入叶轮方式
⑴ 单吸式泵 ⑵ 双吸式泵
2. 按叶轮级数
⑴ 单级泵：只有一个叶轮 ⑵ 多级泵：一轴上串有两个以上的叶轮
3. 按壳体剖分方式
⑴ 中开式泵：通过轴水平线水平分开（图1-3，p5），多为蜗壳 。 ⑵ 分段式泵：垂直于轴平面分开（图1-4，p6），导叶式。
叶轮带动液体高速旋转 产生离心力
液体获得能量（压力能、
速度能增加）
输送液体
装置示 意图
液体甩出，叶轮中心形成低压 吸入罐与泵之间产生压差 吸入液体，实现连续工作
图1-2 离心泵的一般装置示意图
1 –泵 2 – 吸液罐 3 – 底阀 4 – 吸入管路 5 – 吸入管调节阀 6 – 真空表 7 – 压力表 8 – 排出管调节阀 9 – 单向阀 10- 排出管路 11- 流量计 12- 排液罐
?
指每公斤质量的液体从泵进口（进口法兰）到泵出口（出口法 兰）的能头增值。
扬程的工程计算：两种情形。
⑴ 在已知管路中输送一定的流量时，计算泵所需要的扬程。
泵给出的扬程（能头）H = 输送液体消耗的能头。
H
pB
pA
g(HB
HA)
cB2
cA2 2
hf J/kg
⑵ 计算运转中的泵的实际扬程。泵出入口的能量方程：
图1-2离心泵装置简图
二、离心泵的工作原理：流体力学基础
“等角速度旋转容器中液体相对平衡”
⑴ 单位质量离心力 F 在x轴和y轴方向分量： m
X 2r cos 2x Y 2r sin 2 y
⑵ 铅垂方向质量力分量：
Z g
⑶ 流体平衡微分方程：
dp (Xdx Ydy Zdz)
⑷ 流体静压力分布公式：