第10讲 离心泵(之一)
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第10讲 第2章 流体输送机械 2.1 离心泵
教学内容：离心泵 教学目的：掌握离心泵的构造、操作原理、主要性能
参数及特性曲线。 教学重点：1、离心泵的操作原理；
2、离心泵的主要性能参数。 教学难点：离心泵的主要性能参数的实验测定。
概述：
（1）流体输送机械：为流体提供能量的机械设备。
输送液体的机械通称为泵，输送气体的机械通称为风机 或压缩机。特殊地：负压下气体输送机械——真空泵。
（2）流体输送的目的： A、将流体以一定的流量从一处送到另一处（向流体作功以提 高机械能）；
B、提高流体的压强（加压。例：压缩机）或造成真空度以满 足工艺要求。
（3）流体输送机械分类：按工作原理分类。
A、叶轮式
B、容积式
C、流体作用式
2.1 离心泵 1、离心泵的工作原理
在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液 体；启动后，叶轮由泵轴带动高速转动，在 离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外 缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗 形泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩 大而减速，又将部分动能转变为静压能，最 后以较高的压力流入排出管道。液体由叶轮 中心流向外缘时，在叶轮中心形成一定的真 空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处 的压力，液体便被连续压入叶轮中心。
（2）粘度 ：当输送液体的粘度大于实验条件下清水的粘度 时，泵体内的能量损失增大，泵的流量、压头减小，效率下降， 轴功率增大。当γ＞ 20cSt时，离心泵的性能需进行换算。
2）、离心泵转速的影响
比例定律：
Q1 n1 Q2 n2
2
H1 H2
Байду номын сангаас
n1 n2
适用范围：泵的转速变化小于20%。
3
N1 N2
3、离心泵的主要部件：叶轮、泵壳和轴封装置。
（1）叶轮： 作用：将原动机的机械能直接传给液体，以增加液体的
静压能和动能(主要增加静压能)。 按结构分类：开式、半闭式和闭式 按吸液方式分：单吸式和双吸式
（2） 泵壳
泵壳是将叶轮封闭在一定的空间，以便由叶轮的作用吸 入和压出液体。 思考：泵壳为什么多做成蜗壳形？
① 为了使泵内充满液体，通常在吸入管底部安装一带滤网 的底阀，该底阀为止逆阀，也称单向底阀。保证泵停止工作时， 吸入管路中的液体不倒流。滤网的作用是防止固体杂质进入泵 内损坏叶轮或防碍泵的正常操作。
② 启动前进行灌液排气，运转时防止空气漏入。
2、离心泵的结构
1、叶轮 2、泵壳 3、泵轴 4、吸入口 5、吸入管 6、底阀 7、滤网 8、排出口 9、排出管 10、调节阀
离心泵的“气缚”现象 离心泵在启动时，若泵壳内和吸入管内未充满液体或离心
泵在运转过程中发生漏气，均会使泵内积存空气。因空气的密 度比液体的密度小得多而产生较小的离心力。从而，贮槽液面 上方与泵吸入口处之压力差不足以将贮槽内液体压入泵内，即 离心泵无自吸能力，使离心泵不能正常输送液体，此种现象称 为“气缚现象”。 解决措施：
p2 p1
g
u22 u12 2g
H f ,12
若： Δu2/2g=0 ，∑Hf,1-2=0
则：
H
(z2 z1)
p2 p1
g
Ne HQ g
Ne
N
例2—2：用附图所示的装置测定离心泵的性能。泵的吸入管内径 为100mm，排出管内径为80mm，两测压口间垂直距离为0.5m。 泵的转速为2900r/min，以20℃的清水为介质测得以下数据：
流量：15 L/s 泵出口处表压：2.55×105 Pa
泵入口处真空度：2.67×104 Pa 功率表测得电动机所消耗的功率:6.2 kW
泵由电动机直接带动，电动机的效 率为93%。试求该泵在输送条件下的压 头，轴功率和效率。
解：（1）泵的压头H：
以真空表和压力表所在处的截面分别为1-1’、2-2’截面， 以1-1’处管截面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程：
H
We g
(z2
z1)
p2 p1
g
u22 u12 2g
H f ,12
已知：z2-z1=0.5m d1=0.1m d2=0.08m Hf,1-2≈0
p1= -2.67×104Pa（表压） p2=2.55×105Pa(表压）
u1
Q
4
d12
15 103 0.785 0.12
1.91m / s;
（1N）液体所能提供的有效能量。单位：m。
※注：H w与e 泵的结构（如叶片的弯曲情况、叶轮直径等）、
g
转速及流量有关。实际压头一般用实验方法测定。
（3）轴功率N、有效功率Ne和效率η： 泵的轴功率N——是指泵轴运转所需功率，即电机输入
到泵轴的功率。单位：W或kW。
有效功率Ne——液体从泵获得的实际功率。 效率η——反映泵对外加能量的利用程度。 ※注：η值与泵的类型、大小、结构、制造精度、液体 的流量和输送液体的性质有关。
B、机械密封：机械密封主要是 由一个装在转轴上的动环和另一 固定在泵壳上的静环所构成，两 环的端面借弹簧力互相贴紧而作 相对运动，达到密封的目的。
2.1.2、离心泵基本方程式
离心泵基本方程从理论上表达了泵的压头与其结构、尺 寸、转速及流量等因素之间的关系，是计算离心泵理论压头 的基本公式。
离心泵的理论压头HT∞： 具有无限多叶片的离心泵对
单位重量的理想液体所提供
的能量。
HT
u2c2
cos2
g
A
BQT
注：实际压头小于理论压头。
2.1.3 离心泵的主要性能参数与特性曲线
1、离心泵的主要性能参数 离心泵的主要性能参数有：转速n、流量Q、压头H、轴
功率Ne、效率η和气蚀余量。 （1）流量Q：单位时间内泵所输送的液体体积。单位：
m3/s或m3/h。 （2）压头H：离心泵的压头又称扬程，指离心泵对单位重量
n1 n2
3）、离心泵叶轮直径的影响 切割定律：
Q' D2' Q D2
H' H
D2' D2
2
N' N
D2' D2
3
适用范围：泵的叶轮直径变化不大于20%。
小结：本次课重点掌握： 1、离心泵的工作原理。 2、离心泵的主要性能参数及特性曲线。
作业：P138 第1题。
泵壳作用： 既是一个液体汇集装置，同时又是一个能量转换装置。
由于流道截面积逐 渐扩大，故从叶轮四周 甩出的高速液体逐渐降 低流速，使部分动能有 效地转换为静压能。
（3）轴封装置： 作用: 在固定不动的泵壳与转动的泵轴之间进行的密封,防
止泵壳内液体沿轴漏出或外界空气 漏入泵壳内。
常用密封方式：
A、填料函密封：填料一般用 浸油或涂有石墨的石棉绳。
说明：①能量损失的三种主要形式：
A、容积损失：容积效率 v
B、机械损失：机械效率m C、水力损失：水力效率 h 且有： vhm
②相互关系：Ne wsWe Q gH HQg
Ne
N
2、离心泵的特性曲线
（1）H——Q曲线
（2）N——Q曲线
（3）η——Q曲线 注：①特性曲线是对特
定的离心泵在固定转速 下于常压下用20℃的清 水实验得到的。
②离心泵的铭牌上标出的性能参数是指泵在运转时效 率最高点的参数。
3、离心泵主要性能参数的实验测定方法：
（1）实验装置：如右图示。在泵吸 入口装一真空表，排出口装一压力表。
（2）实验步骤：首先:灌液排气
①出口阀关闭，启动泵， 测Q=0时的H——封闭压头。
②开启出口阀，维持某一流量Q， 测定其相应的压头H（需计算）， 同时可测得输入泵的轴功率N。
u2
Q
4
d22
15103 1
0.785 0.082
1’
2
2’
2.98m / s
代入： H 0.5 2.55105 2.67 104 2.982 1.912 29.5m
1000 9.81
2 9.81
（2）泵的轴功率Ne
已知： η电=93% ，一般 η传=100% 泵的轴功率为 N=6.2×0.93=5.77kW
(3) 泵的效率η:
有效功率: Ne QHg 15103 100029.59.81 4.34kW
效率:
Ne N
4.34 100% 5.77
75.2%
3、离心泵性能的改变和换算
1）、液体物性的影响
（1）密度：离心泵的体积流量Q、压头H及效率η均与液体 密度无关，而功率则随密度增大而增加。
Ne HQ g
③改变流量Q，重复实验，即可得到一定n下的一系列Q、 H、N及η值。
(3)计算方法
可由实验直接测定的有：流量（流量计测定）；轴功率（功 率表测定）；泵的转速n同电机转速（同步运转）。
需计算的有：H、Ne和η 。
以真空表和压力表两测点为1-1’、22’截面，对单位重量流体列柏努利方程：
H
(z2
z1)
教学内容：离心泵 教学目的：掌握离心泵的构造、操作原理、主要性能
参数及特性曲线。 教学重点：1、离心泵的操作原理；
2、离心泵的主要性能参数。 教学难点：离心泵的主要性能参数的实验测定。
概述：
（1）流体输送机械：为流体提供能量的机械设备。
输送液体的机械通称为泵，输送气体的机械通称为风机 或压缩机。特殊地：负压下气体输送机械——真空泵。
（2）流体输送的目的： A、将流体以一定的流量从一处送到另一处（向流体作功以提 高机械能）；
B、提高流体的压强（加压。例：压缩机）或造成真空度以满 足工艺要求。
（3）流体输送机械分类：按工作原理分类。
A、叶轮式
B、容积式
C、流体作用式
2.1 离心泵 1、离心泵的工作原理
在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液 体；启动后，叶轮由泵轴带动高速转动，在 离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外 缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗 形泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩 大而减速，又将部分动能转变为静压能，最 后以较高的压力流入排出管道。液体由叶轮 中心流向外缘时，在叶轮中心形成一定的真 空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处 的压力，液体便被连续压入叶轮中心。
（2）粘度 ：当输送液体的粘度大于实验条件下清水的粘度 时，泵体内的能量损失增大，泵的流量、压头减小，效率下降， 轴功率增大。当γ＞ 20cSt时，离心泵的性能需进行换算。
2）、离心泵转速的影响
比例定律：
Q1 n1 Q2 n2
2
H1 H2
Байду номын сангаас
n1 n2
适用范围：泵的转速变化小于20%。
3
N1 N2
3、离心泵的主要部件：叶轮、泵壳和轴封装置。
（1）叶轮： 作用：将原动机的机械能直接传给液体，以增加液体的
静压能和动能(主要增加静压能)。 按结构分类：开式、半闭式和闭式 按吸液方式分：单吸式和双吸式
（2） 泵壳
泵壳是将叶轮封闭在一定的空间，以便由叶轮的作用吸 入和压出液体。 思考：泵壳为什么多做成蜗壳形？
① 为了使泵内充满液体，通常在吸入管底部安装一带滤网 的底阀，该底阀为止逆阀，也称单向底阀。保证泵停止工作时， 吸入管路中的液体不倒流。滤网的作用是防止固体杂质进入泵 内损坏叶轮或防碍泵的正常操作。
② 启动前进行灌液排气，运转时防止空气漏入。
2、离心泵的结构
1、叶轮 2、泵壳 3、泵轴 4、吸入口 5、吸入管 6、底阀 7、滤网 8、排出口 9、排出管 10、调节阀
离心泵的“气缚”现象 离心泵在启动时，若泵壳内和吸入管内未充满液体或离心
泵在运转过程中发生漏气，均会使泵内积存空气。因空气的密 度比液体的密度小得多而产生较小的离心力。从而，贮槽液面 上方与泵吸入口处之压力差不足以将贮槽内液体压入泵内，即 离心泵无自吸能力，使离心泵不能正常输送液体，此种现象称 为“气缚现象”。 解决措施：
p2 p1
g
u22 u12 2g
H f ,12
若： Δu2/2g=0 ，∑Hf,1-2=0
则：
H
(z2 z1)
p2 p1
g
Ne HQ g
Ne
N
例2—2：用附图所示的装置测定离心泵的性能。泵的吸入管内径 为100mm，排出管内径为80mm，两测压口间垂直距离为0.5m。 泵的转速为2900r/min，以20℃的清水为介质测得以下数据：
流量：15 L/s 泵出口处表压：2.55×105 Pa
泵入口处真空度：2.67×104 Pa 功率表测得电动机所消耗的功率:6.2 kW
泵由电动机直接带动，电动机的效 率为93%。试求该泵在输送条件下的压 头，轴功率和效率。
解：（1）泵的压头H：
以真空表和压力表所在处的截面分别为1-1’、2-2’截面， 以1-1’处管截面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程：
H
We g
(z2
z1)
p2 p1
g
u22 u12 2g
H f ,12
已知：z2-z1=0.5m d1=0.1m d2=0.08m Hf,1-2≈0
p1= -2.67×104Pa（表压） p2=2.55×105Pa(表压）
u1
Q
4
d12
15 103 0.785 0.12
1.91m / s;
（1N）液体所能提供的有效能量。单位：m。
※注：H w与e 泵的结构（如叶片的弯曲情况、叶轮直径等）、
g
转速及流量有关。实际压头一般用实验方法测定。
（3）轴功率N、有效功率Ne和效率η： 泵的轴功率N——是指泵轴运转所需功率，即电机输入
到泵轴的功率。单位：W或kW。
有效功率Ne——液体从泵获得的实际功率。 效率η——反映泵对外加能量的利用程度。 ※注：η值与泵的类型、大小、结构、制造精度、液体 的流量和输送液体的性质有关。
B、机械密封：机械密封主要是 由一个装在转轴上的动环和另一 固定在泵壳上的静环所构成，两 环的端面借弹簧力互相贴紧而作 相对运动，达到密封的目的。
2.1.2、离心泵基本方程式
离心泵基本方程从理论上表达了泵的压头与其结构、尺 寸、转速及流量等因素之间的关系，是计算离心泵理论压头 的基本公式。
离心泵的理论压头HT∞： 具有无限多叶片的离心泵对
单位重量的理想液体所提供
的能量。
HT
u2c2
cos2
g
A
BQT
注：实际压头小于理论压头。
2.1.3 离心泵的主要性能参数与特性曲线
1、离心泵的主要性能参数 离心泵的主要性能参数有：转速n、流量Q、压头H、轴
功率Ne、效率η和气蚀余量。 （1）流量Q：单位时间内泵所输送的液体体积。单位：
m3/s或m3/h。 （2）压头H：离心泵的压头又称扬程，指离心泵对单位重量
n1 n2
3）、离心泵叶轮直径的影响 切割定律：
Q' D2' Q D2
H' H
D2' D2
2
N' N
D2' D2
3
适用范围：泵的叶轮直径变化不大于20%。
小结：本次课重点掌握： 1、离心泵的工作原理。 2、离心泵的主要性能参数及特性曲线。
作业：P138 第1题。
泵壳作用： 既是一个液体汇集装置，同时又是一个能量转换装置。
由于流道截面积逐 渐扩大，故从叶轮四周 甩出的高速液体逐渐降 低流速，使部分动能有 效地转换为静压能。
（3）轴封装置： 作用: 在固定不动的泵壳与转动的泵轴之间进行的密封,防
止泵壳内液体沿轴漏出或外界空气 漏入泵壳内。
常用密封方式：
A、填料函密封：填料一般用 浸油或涂有石墨的石棉绳。
说明：①能量损失的三种主要形式：
A、容积损失：容积效率 v
B、机械损失：机械效率m C、水力损失：水力效率 h 且有： vhm
②相互关系：Ne wsWe Q gH HQg
Ne
N
2、离心泵的特性曲线
（1）H——Q曲线
（2）N——Q曲线
（3）η——Q曲线 注：①特性曲线是对特
定的离心泵在固定转速 下于常压下用20℃的清 水实验得到的。
②离心泵的铭牌上标出的性能参数是指泵在运转时效 率最高点的参数。
3、离心泵主要性能参数的实验测定方法：
（1）实验装置：如右图示。在泵吸 入口装一真空表，排出口装一压力表。
（2）实验步骤：首先:灌液排气
①出口阀关闭，启动泵， 测Q=0时的H——封闭压头。
②开启出口阀，维持某一流量Q， 测定其相应的压头H（需计算）， 同时可测得输入泵的轴功率N。
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15103 1
0.785 0.082
1’
2
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2.98m / s
代入： H 0.5 2.55105 2.67 104 2.982 1.912 29.5m
1000 9.81
2 9.81
（2）泵的轴功率Ne
已知： η电=93% ，一般 η传=100% 泵的轴功率为 N=6.2×0.93=5.77kW
(3) 泵的效率η:
有效功率: Ne QHg 15103 100029.59.81 4.34kW
效率:
Ne N
4.34 100% 5.77
75.2%
3、离心泵性能的改变和换算
1）、液体物性的影响
（1）密度：离心泵的体积流量Q、压头H及效率η均与液体 密度无关，而功率则随密度增大而增加。
Ne HQ g
③改变流量Q，重复实验，即可得到一定n下的一系列Q、 H、N及η值。
(3)计算方法
可由实验直接测定的有：流量（流量计测定）；轴功率（功 率表测定）；泵的转速n同电机转速（同步运转）。
需计算的有：H、Ne和η 。
以真空表和压力表两测点为1-1’、22’截面，对单位重量流体列柏努利方程：
H
(z2
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