第四章 離心泵典型結構與工作原理_12

1、LOGO 泵（離心泵典型泵（離心泵典型 結構與工作原理）結構與工作原理） 過程流體機械過程流體機械 作業(yè) (10月26日交) P188:P188: 練習題練習題1,2,31,2,3題題 內容回顧內容回顧 1.1.問答題問答題 1 1）什么是汽蝕？如何獲得泵的臨界汽蝕余量和允許汽蝕余量？）什么是汽蝕？如何獲得泵的臨界汽蝕余量和允許汽蝕余量？ 2 2）提高離心泵抗汽蝕性能有哪些措施？）提高離心泵抗汽蝕性能有哪些措施？ 2.2.判斷題判斷題 1 1）有效汽蝕余量數(shù)值的大小與泵本身的結構尺寸有關，而與泵）有效汽蝕余量數(shù)值的大小與泵本身的結構尺寸有關，而與泵 吸入裝置的條件等無關，故又稱其為泵吸入裝置的

2、有效汽蝕吸入裝置的條件等無關，故又稱其為泵吸入裝置的有效汽蝕 余量。（余量。（ ） 2 2）提高離心泵抗汽蝕性能主要有兩種措施，一種是改進泵本身）提高離心泵抗汽蝕性能主要有兩種措施，一種是改進泵本身 的結構參數(shù)或結構型式，使泵具有盡可能小的必需汽蝕余量的結構參數(shù)或結構型式，使泵具有盡可能小的必需汽蝕余量 NPSHrNPSHr；另一種是合理設計泵前裝置及安裝位置，使泵入口處；另一種是合理設計泵前裝置及安裝位置，使泵入口處 具有足夠大的有效汽蝕余量具有足夠大的有效汽蝕余量NPSHaNPSHa，以防止發(fā)生汽蝕。（，以防止發(fā)生汽蝕。（ ） 第二節(jié)離心泵典型結構與工作原理 u離心泵的工作原理離心泵的工作

3、原理 u離心泵的分類離心泵的分類 u離心泵典型結構和主要零部件離心泵典型結構和主要零部件 u離心泵命名方式離心泵命名方式 u離心泵的性能參數(shù)及基本方程離心泵的性能參數(shù)及基本方程 u有限葉片數(shù)對理論揚程的影響有限葉片數(shù)對理論揚程的影響 u離心泵的各種損失離心泵的各種損失 菜單菜單 1離心泵的工作原理 菜單菜單 底閥的作用底閥的作用? ? 自吸自吸 ( (self priming) ) 需要強調指出的是需要強調指出的是: : 若在離心泵啟動前若在離心泵啟動前沒有沒有向泵殼內向泵殼內灌滿灌滿被輸送的被輸送的液體液體，由，由 于于空氣密度低空氣密度低，葉輪旋轉后產生的，葉輪旋轉后產生的離心力小離心力小

4、，葉輪中心區(qū)，葉輪中心區(qū) 不足以形成吸入貯槽內液體的低壓，因而雖啟動離心泵也不足以形成吸入貯槽內液體的低壓，因而雖啟動離心泵也 不能輸送液體。這表明不能輸送液體。這表明離心泵無自吸能力離心泵無自吸能力，此現(xiàn)象稱為此現(xiàn)象稱為氣氣 縛縛。（。（容積泵每次運行前是否需要灌泵容積泵每次運行前是否需要灌泵？）？） 吸入管路安裝吸入管路安裝單向底閥單向底閥是為了是為了防止啟動前防止啟動前灌入泵殼內的灌入泵殼內的 液體從泵殼內流出液體從泵殼內流出?？諝饪諝鈴奈牍艿肋M到泵殼中都會從吸入管道進到泵殼中都會造成造成 氣縛氣縛。 2離心泵的分類 按葉片安裝方法按葉片安裝方法 可調葉片可調葉片 固定葉片固定葉片 按

5、殼體剖分方式按殼體剖分方式 分段式分段式 中開式中開式 按泵體形式按泵體形式 蝸殼泵蝸殼泵 筒式泵筒式泵 一些特殊結構的離心泵一些特殊結構的離心泵 潛水泵潛水泵 液下泵液下泵 管道泵管道泵 自吸式泵自吸式泵 屏蔽泵屏蔽泵 菜單菜單 （高速）部分流泵（高速）部分流泵-Partial emission pump-Partial emission pump 3離心泵典型結構和主要零部件 u典型結構典型結構 u主要零部件主要零部件 菜單菜單 3.1 典型結構 單級懸臂泵 菜單菜單 單級雙吸泵 菜單菜單 多級泵多級泵 菜單菜單 立式泵立式泵 菜單菜單 3.2 主要零部件 吸吸 入入 室室 葉葉 輪輪 軸

6、 壓出室壓出室 密封裝置密封裝置軸向力平衡裝置軸向力平衡裝置 菜單菜單 u葉輪：作功部件葉輪：作功部件 n結構型式結構型式： 閉式輸送不含雜質的液體，效率高；造價高 半開式輸送易于沉淀或含有固體顆粒的液體 開式輸送沙漿、污水、含纖維液體；效率低 葉片數(shù)可少到2-4片 菜單菜單 n材料：鑄鐵、青銅、鋼 n葉輪在軸上的安裝方式 A：懸臂式葉 輪固定發(fā)法 B ：擱置式葉 輪固定法 C ：雙面進水 式葉輪固定法 菜單菜單 懸臂式離心泵是否可以反轉？懸臂式離心泵是否可以反轉？ u蝸殼與導葉：離心泵轉能裝置蝸殼與導葉：離心泵轉能裝置 蝸殼（螺旋形泵體）是單級泵轉能裝置，其形蝸殼（螺旋形泵體）是單級泵轉能裝

7、置，其形 狀應使流體流過的損失小，并且斷面逐漸擴大狀應使流體流過的損失小，并且斷面逐漸擴大 菜單菜單 u導葉導葉 多級泵采用導葉，末級之后采用蝸殼。導葉是多級泵采用導葉，末級之后采用蝸殼。導葉是 使液體按規(guī)定方向流動，或使它的部分速度轉化使液體按規(guī)定方向流動，或使它的部分速度轉化 為壓力能的具有葉片的零件。為壓力能的具有葉片的零件。由正向導葉和反向由正向導葉和反向 導葉組成導葉組成。 菜單菜單 u密封密封 內部泄漏外部泄漏 內密封外密封 菜單菜單 n內密封形式內密封形式 菜單菜單 Labyrinth 外密封形式外密封形式 n填料密封填料密封結構簡單、易于制造； 用于普通水泵和一般化工泵； 效果

8、較差； 泄漏量大，需經常更換填料。 1、填料箱體；2、填料；3、液封圈；4、填料壓蓋；5、底襯套 菜單菜單 n機械密封機械密封：由垂直于主軸的兩個光制的、精密的平面在彈 性元件及密封液體壓力的作用下相互緊帖并作相對運動而構成 的動密封裝置。效果好；使用壽命長；造價高。 1、彈簧座；2、彈簧；3、動環(huán)；4、靜環(huán)；5、動環(huán)密封圈； 6、壓蓋；7、靜環(huán)密封圈；8、防轉銷；9、緊定螺釘 菜單菜單 n副葉輪密封副葉輪密封非接觸式離心密封 輸送高（低）溫、易燃、易爆、強腐蝕且含顆粒 的液體 菜單菜單 u軸向力平衡軸向力平衡 單級單級開平衡孔開平衡孔平衡葉片平衡葉片雙吸葉輪雙吸葉輪 多級多級卸荷盤卸荷盤平衡

9、盤平衡盤葉輪對稱排列葉輪對稱排列 菜單菜單 開平衡孔平衡葉片 菜單菜單 雙吸葉輪卸荷盤 菜單菜單 平衡盤 葉輪對稱排列 菜單菜單 4 離心泵的命名方式 u國產離心泵的國產離心泵的系列化系列化、通用化通用化和和標準化標準化 按漢語拼音方案編制的，將離心泵按用途及輸按漢語拼音方案編制的，將離心泵按用途及輸 送液體性質分成水泵及專用泵。水泵輸送水及粘送液體性質分成水泵及專用泵。水泵輸送水及粘 度、化學性質和水相近的液體，專用泵指輸送懸度、化學性質和水相近的液體，專用泵指輸送懸 浮液及腐蝕性等液體用泵。浮液及腐蝕性等液體用泵。 u編制方法一律采用大寫漢語拼音及阿拉伯數(shù)字編制方法一律采用大寫漢語拼音及阿

10、拉伯數(shù)字 菜單 離心泵的命名 u泵的國際標準（軸向吸入離心泵的標準）泵的國際標準（軸向吸入離心泵的標準） nISO-2858-型號，額定性能點和尺寸 nISO3069-裝機械密封和軟填料的空腔尺寸 nISO-3661-底座尺寸和安裝尺寸 u我國已制定了與我國已制定了與ISOISO等效的國家標準，全名為等效的國家標準，全名為懸懸 臂式離心泵型式和基本參數(shù)臂式離心泵型式和基本參數(shù)，并且按，并且按ISO ISO 設計設計 了了IHIH型化工泵型化工泵IBIB型化工泵，它的型號由三部分組型化工泵，它的型號由三部分組 成，依次分別代表泵的吸入口直徑、排出口直徑成，依次分別代表泵的吸入口直徑、排出口直徑

11、和葉輪名義直徑。如：和葉輪名義直徑。如：IH 80-50-250IH 80-50-250。 菜單菜單 5離心泵性能參數(shù)和基本方程式 u離心泵性能參數(shù)離心泵性能參數(shù) u離心泵基本方程離心泵基本方程 菜單菜單 5.1 離心泵性能參數(shù) 理 論 流 量 規(guī) 定 流 量 設 計 流 量 與 泵 流 量 有 關 的 其 他 流 量 參 數(shù) 理 論 揚 程 規(guī) 定 揚 程 設 計 揚 程 吸 入 揚 程 或 吸 入 壓 頭 排 出 揚 程 或 排 出 壓 頭 與 揚 程 H有 關 的 其 他 揚 程 參 數(shù) 水 力 功 率 機 械 損 失 功 率 原 動 機 輸 入 功 率 原 動 機 配 用 功 率 與

12、功 率 有 關 的 其 他 功 率 參 數(shù) 容 積 效 率 水 力 效 率 機 械 效 率 機 組 效 率 與 效 率 有 關 的 其 他 效 率 參 數(shù) 離 心 泵 的 性 能 參 數(shù) 菜單菜單 1）與泵流量與泵流量Q Q有關的其他流量參數(shù)有關的其他流量參數(shù) u理論流量理論流量 單位時間內流入泵工作元件的液體量單位時間內流入泵工作元件的液體量, ,用符號用符號 表示表示, ,單位為單位為m m3 3/s/s u規(guī)定流量規(guī)定流量 這是用戶使用泵所要求的泵體積流量，也就是這是用戶使用泵所要求的泵體積流量，也就是 用戶與設計部門合同上所規(guī)定的流量。用戶與設計部門合同上所規(guī)定的流量。 qQQT 菜單

13、菜單 u設計流量設計流量 設計單位為了適應生產與用戶的要求，往往根設計單位為了適應生產與用戶的要求，往往根 據(jù)需要和可能確定設計泵所采用的流量，在設計據(jù)需要和可能確定設計泵所采用的流量，在設計 和生產泵系列產品時盡可能滿足社會需要。離心和生產泵系列產品時盡可能滿足社會需要。離心 泵的流量是可變的，泵的流量是可變的，在離心泵銘牌上或樣本中給在離心泵銘牌上或樣本中給 出的流量是指額定流量，即離心泵在這一流量運出的流量是指額定流量，即離心泵在這一流量運 行時效率最高行時效率最高。離心泵尺寸就是根據(jù)這一特定的。離心泵尺寸就是根據(jù)這一特定的 設計流量設計的。設計流量設計的。 菜單菜單 2）與揚程H有關的

14、其他揚程參數(shù) u理論揚程理論揚程 葉輪傳遞給單位質量液體的能量葉輪傳遞給單位質量液體的能量，用符號，用符號H HT T表表 示，單位為示，單位為m m。因為液體流過泵時要消耗一定的能。因為液體流過泵時要消耗一定的能 量來克服流經泵時的阻力，所以泵揚程總是小于量來克服流經泵時的阻力，所以泵揚程總是小于 理論揚程。即理論揚程。即 u式中式中 為單位質量液體從泵的入口到出口消為單位質量液體從泵的入口到出口消 耗在泵中的能量頭，也就是液體在泵中流過時所耗在泵中的能量頭，也就是液體在泵中流過時所 受到的摩擦損失壓頭及收縮、擴大、沖擊等局部受到的摩擦損失壓頭及收縮、擴大、沖擊等局部 損失壓頭之和。損失壓頭

15、之和。 阻 hHHT 阻 h 菜單菜單 u規(guī)定揚程規(guī)定揚程 用戶與設計單位在合同單上規(guī)定流量時所要求用戶與設計單位在合同單上規(guī)定流量時所要求 的揚程。的揚程。 u設計揚程設計揚程 設計單位在設計泵時采用的揚程。設計單位在設計泵時采用的揚程。 u吸入揚程或吸入壓頭吸入揚程或吸入壓頭 吸液池液面吸液池液面到到泵基準面泵基準面之間的揚程。之間的揚程。 u排出揚程或排出壓頭排出揚程或排出壓頭 泵基準面泵基準面到到排液面排液面之間的揚程。之間的揚程。 菜單菜單 3）與功率有關的其他功率參數(shù) u水力功率水力功率 單位時間內，葉輪給予液體的能量單位時間內，葉輪給予液體的能量 TTh HgQP 理論功率W 液

16、體密度kg/m3 理論流量m3/s 理論揚程m 菜單菜單 u機械損失功率機械損失功率P Pm m 泵的各個運動部件機械摩擦損失耗費的功率。泵的各個運動部件機械摩擦損失耗費的功率。 機械損失包括：機械損失包括： n泵軸在軸承內轉動的摩擦損失； n軸與軸封之間的摩擦損失； n葉輪前后蓋板和液體間發(fā)生的摩擦損失。 u機械損失功率機械損失功率P Pm m和水力功率之和為和水力功率之和為泵軸功率泵軸功率，即，即 hma PPP 菜單菜單 u原動機輸入功率原動機輸入功率 泵的原動機所接受的功率，考慮到原動機本身的效率，泵的原動機所接受的功率，考慮到原動機本身的效率， 原動機輸入功率應大于泵軸功率。原動機輸

17、入功率應大于泵軸功率。 u原動機配用功率原動機配用功率P P 選用的原動機功率，選用的原動機功率，W W。 泵的軸功率是選配原動機功率的依據(jù)。原動機一般為泵的軸功率是選配原動機功率的依據(jù)。原動機一般為 電動機，因為考慮到電動機有超負荷的可能性，通?？砂措妱訖C，因為考慮到電動機有超負荷的可能性，通?？砂?使用中最大流量下計算出來的軸功率，再考慮一個安全系使用中最大流量下計算出來的軸功率，再考慮一個安全系 數(shù)數(shù)K K作為所需電動機的功率，即原動機配用功率為：作為所需電動機的功率，即原動機配用功率為： a PKP 菜單菜單 4）與效率有關的其它效率參數(shù) u容積效率容積效率 泵的流量與理論流量之比為容

18、積效率，說明泵漏損的泵的流量與理論流量之比為容積效率，說明泵漏損的 程度，即泵密封情況的好壞程度，即泵密封情況的好壞 對于離心泵，一般為對于離心泵，一般為96%96%99%99%。 u水力效率水力效率 泵的揚程泵的揚程H H與理論揚程與理論揚程H HT T之比，是衡量泵對流過它的液之比，是衡量泵對流過它的液 流阻力大小的指標流阻力大小的指標 對于離心泵一般為對于離心泵一般為80%80%92%92%。 Tv QQ/ Th HH / 菜單菜單 u機械效率機械效率 水力功率與軸功率之比，是衡量泵的運動部件機械摩水力功率與軸功率之比，是衡量泵的運動部件機械摩 擦損失大小的指標擦損失大小的指標 因為泵效

19、率因為泵效率 所以所以即泵效率是容積效即泵效率是容積效 率、水力效率與機械效率的乘積，也就是說泵效率低于任率、水力效率與機械效率的乘積，也就是說泵效率低于任 何一個效率值。近代水泵的效率一般為何一個效率值。近代水泵的效率一般為70%70%90%90%。 ahm PP /%98%94 m a u P P mhvm TTh mu gHQ QgH P P 菜單菜單 菜單菜單 5.2離心泵基本方程 u葉輪幾何形狀及表示方法葉輪幾何形狀及表示方法 u液流在葉輪中流動的速度三角形液流在葉輪中流動的速度三角形 u歐拉方程歐拉方程 菜單菜單 1）葉輪幾何形狀及表示方法 u葉輪由前、后蓋板和葉片組成，一般，蓋板

20、表面葉輪由前、后蓋板和葉片組成，一般，蓋板表面 是回轉曲面。是回轉曲面。 u葉片形式有：直葉片、單曲率葉片、雙曲率葉片葉片形式有：直葉片、單曲率葉片、雙曲率葉片 軸面投影平面投影 菜單菜單 2） 液流在流動時的速度三角形（理想葉輪、理想液體） u泵葉輪中任意一點泵葉輪中任意一點i i的液流的三個速度為的液流的三個速度為 iii uc 3）歐拉方程式-離心式機械基本方程式 u動量矩定理動量矩定理 由動量矩定理和能量守恒的推導，可得泵的理由動量矩定理和能量守恒的推導，可得泵的理 論揚程：論揚程： 上式即為離心式機械的上式即為離心式機械的基本方程式基本方程式-歐拉方程歐拉方程 式式。 m g cuc

21、u H uu T , 1122 菜單菜單 u歐拉方程式的第二表達式歐拉方程式的第二表達式 利用進出口速度三角形，可推導出：利用進出口速度三角形，可推導出： g cc gg uu HT 222 2 1 2 2 2 2 2 1 2 1 2 2 葉輪中離心力對單 位質量液流作的功 葉輪給出的理論揚 程中有一部分是液 流流過葉輪時相對 速度的降低而獲得 液流流經葉輪前 后動能頭的增值 菜單菜單 4）方程的物理意義 u指出的是葉輪與液體之間的能量轉換關系，遵循指出的是葉輪與液體之間的能量轉換關系，遵循 能量轉換與守恒定律；能量轉換與守恒定律； u只要知道葉輪進出口的液體速度，即可計算出一只要知道葉輪進出

22、口的液體速度，即可計算出一 千克流體與葉輪之間機械能轉換的大小，而不管千克流體與葉輪之間機械能轉換的大小，而不管 葉輪內部的流動情況；葉輪內部的流動情況； u適用任何氣體和液體；適用任何氣體和液體； u只需將等式右邊各項的進出口符號調換以下，也只需將等式右邊各項的進出口符號調換以下，也 適用于葉輪式的原動機如氣輪機、燃氣輪機等。適用于葉輪式的原動機如氣輪機、燃氣輪機等。 菜單菜單 u由于泵的理論揚程與液流性質無關，所以由于泵的理論揚程與液流性質無關，所以一臺離一臺離 心泵心泵，在，在同一個轉速同一個轉速，同一個流量同一個流量下工作時，不下工作時，不 論輸送什么液體，葉輪所給出的，用被輸送的液論

23、輸送什么液體，葉輪所給出的，用被輸送的液 柱高度表示的理論揚程是相同的。但由于各種液柱高度表示的理論揚程是相同的。但由于各種液 體重度不同，因此泵出口處的壓力是不一樣的。體重度不同，因此泵出口處的壓力是不一樣的。 菜單菜單 6 有限葉片數(shù)對理論揚程的影響 菜單菜單 u在葉片數(shù)有限時，由于慣性作用產生附加相對速在葉片數(shù)有限時，由于慣性作用產生附加相對速 度后，使度后，使C Cu2 u2C C Cu1 u1 因此同一幾何尺寸的泵，在同一流量及轉速下因此同一幾何尺寸的泵，在同一流量及轉速下 工作時，其進出口速度三角形的底邊工作時，其進出口速度三角形的底邊U U及高及高C Cr r雖然雖然 相同，但葉

24、片數(shù)有限的實際葉輪給出的理論揚程相同，但葉片數(shù)有限的實際葉輪給出的理論揚程 小于葉片數(shù)無限的理想葉輪給出的揚程，小于葉片數(shù)無限的理想葉輪給出的揚程， 即即:H:HT THHT T。 。 m g cucu H uu T , 1122 菜單菜單 7 離心泵的各種損失 機械損失 軸承的摩擦損失 軸封處的摩擦損失 前后蓋板外側和液體之間的摩擦損失 容積損失 葉輪進口處容積損失 平衡裝置處容積損失 水力損失 摩擦損失和局部損失 沖擊損失 菜單菜單 7.1機械損失 u軸承和軸封處的摩擦損失與軸軸承和軸封處的摩擦損失與軸 承和軸封的結構形式以及輸送承和軸封的結構形式以及輸送 液體的重度有關，一般采用下液體的重度有關，一般采用下 列公式：列公式： P= (0.01-0.05)Pa P= (0.01-0.05)Pa n對于功率大的泵，取 P=0.01Pa n對于功率小的泵，取 P=0.05Pa 菜單菜單 u液體前后蓋板與液體發(fā)生摩擦所引起的損失，叫液體前后蓋板與液體發(fā)生摩擦所引起的損失，叫 圓盤（輪阻）損失圓盤（輪阻）損失 PPdf df=Kn =Kn3