康勇版過程流體機械41泵

1、4. 4. 泵泵重點講： 離心泵 （Centrifugal Pump) 主要內(nèi)容： 1、離心泵的結(jié)構(gòu) 2、離心泵的理論計算 3、離心泵的吸入特性 4、離心泵的性能及調(diào)節(jié) 5、相似理論，其他泵4.1 4.1 概概 述述 泵泵用來輸送液體的葉輪機械。用來輸送液體的葉輪機械。 即把機械能轉(zhuǎn)換為液體能的葉輪機械。即把機械能轉(zhuǎn)換為液體能的葉輪機械。 （一）泵的種類（一）泵的種類 離心式離心式 葉輪式葉輪式 軸流式軸流式 混流式混流式 旋渦式旋渦式 泵泵 往復(fù)式往復(fù)式 ：活塞泵；柱塞泵；隔膜泵：活塞泵；柱塞泵；隔膜泵 容積式容積式 回轉(zhuǎn)式回轉(zhuǎn)式 ：齒輪泵；螺桿泵；滑片泵；羅茨泵；：齒輪泵；螺桿泵；滑片泵；

2、羅茨泵； 滾動活塞泵；搖擺轉(zhuǎn)子泵；滾動活塞泵；搖擺轉(zhuǎn)子泵；. 其他類型其他類型 ：噴射泵；震動泵；水錘泵；真空泵；酸蛋：噴射泵；震動泵；水錘泵；真空泵；酸蛋 泵的種類很多，應(yīng)用面很廣，屬于通用機械。泵的種類很多，應(yīng)用面很廣，屬于通用機械。 泵應(yīng)用范圍：水利、農(nóng)業(yè)、化工、石油、采礦、造船、城市、環(huán)保、醫(yī)藥、衛(wèi)泵應(yīng)用范圍：水利、農(nóng)業(yè)、化工、石油、采礦、造船、城市、環(huán)保、醫(yī)藥、衛(wèi)生、軍事、交通、各類廠礦等。其中離心泵占生、軍事、交通、各類廠礦等。其中離心泵占95%以上。以上?；炝鞅没炝鞅秒x心泵離心泵軸流泵軸流泵旋渦泵旋渦泵射流泵 水錘泵真空泵真空泵酸蛋軟管泵4.1.1 離心泵（一）（一）. .離心泵

3、的工作原理離心泵的工作原理 葉輪泵葉輪泵與離心式壓縮機工作原理相同。工作原理：工作原理： 靠葉輪的高速旋轉(zhuǎn)，由葉片撥動液體旋轉(zhuǎn)液體旋轉(zhuǎn)，使液體產(chǎn)生產(chǎn)生離心離心力力，離心力使液體產(chǎn)生動能和壓能動能和壓能，實現(xiàn)機械能向液壓能（液力，實現(xiàn)機械能向液壓能（液力能）的轉(zhuǎn)化。能）的轉(zhuǎn)化。吸入原理： 葉輪中心被吸空后，形成真空，液體在外界大氣壓力的作用下，推動液體沿吸入管進入泵輪。（二）（二）.離心泵的特點離心泵的特點 優(yōu)點：優(yōu)點： 排量大、平穩(wěn)均勻。排量大、平穩(wěn)均勻。 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，尺寸小，重量輕。結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，尺寸小，重量輕。 易損件少，檢修、管理和使用方便。易損件少，檢修、管理和使用方便。 可與高

4、速電機直接驅(qū)動，速度越高，壓頭越高?？膳c高速電機直接驅(qū)動，速度越高，壓頭越高。 容易實現(xiàn)多級，滿足高壓頭。容易實現(xiàn)多級，滿足高壓頭。 如：高壓水泵：如：高壓水泵：11級，級，H=2300 m 電動潛油離心泵：電動潛油離心泵：180、201、330、453、526級，級， H=20003500 m。 缺點：缺點： 不適應(yīng)小流量工況。不適應(yīng)小流量工況。 同功率下沒有往復(fù)式泵的壓力高。同功率下沒有往復(fù)式泵的壓力高。 輸送高粘度、含砂、雜質(zhì)液體的問題多。輸送高粘度、含砂、雜質(zhì)液體的問題多。 泵吸入管與泵腔內(nèi)需要灌滿液體后啟動。泵吸入管與泵腔內(nèi)需要灌滿液體后啟動。 如：如： 高速泵高速泵 ： n=100

5、00 r/min , 單級揚程：單級揚程：H=1150 m n=25000 r/min , 單級揚程：單級揚程： H=1760 m （三）（三） 離心泵的分類離心泵的分類 1. 按葉輪數(shù)目分：按葉輪數(shù)目分： 單級泵：懸臂式單葉輪結(jié)構(gòu)。單級泵：懸臂式單葉輪結(jié)構(gòu)。 多級泵：多級泵： 2526個葉輪。個葉輪。 2. 按吸入方式分：按吸入方式分： 單吸式：一個吸入口。單吸式：一個吸入口。 雙吸式：二個吸入口。雙吸式：二個吸入口。 3. 按揚程分（壓力分）：按揚程分（壓力分）： 低壓泵：低壓泵： H 20 m 水柱水柱 （p 160 m 水柱水柱 （p 1.6 MPa)。 4. 按用途分：按用途分： 清

6、水泵、污水泵、酸泵、減泵、熱油泵、稠油泵清水泵、污水泵、酸泵、減泵、熱油泵、稠油泵 5. 其他：臥式泵、立式泵、斜式泵、軸流泵、混流泵、旋渦泵、其他：臥式泵、立式泵、斜式泵、軸流泵、混流泵、旋渦泵、潛水泵等。潛水泵等。（四）（四） 離心泵的主要結(jié)構(gòu)離心泵的主要結(jié)構(gòu) 普通離心泵結(jié)構(gòu)：普通離心泵結(jié)構(gòu)： 泵殼泵殼蝸殼蝸殼軸軸葉輪葉輪盤根密封盤根密封吸入管吸入管排出管排出管軸支架。軸支架。（1）.葉輪：葉輪： 閉式葉輪閉式葉輪清水泵清水泵 半開式葉輪半開式葉輪污水泵、稠油泵、砂泵、高速泵、部分流泵污水泵、稠油泵、砂泵、高速泵、部分流泵 開式葉輪開式葉輪軸流泵。軸流泵。 雙吸葉輪雙吸葉輪雙吸清水泵。雙吸

7、清水泵。（2）. 密封裝置：密封裝置： 葉輪與殼體吸入口之間：葉輪與殼體吸入口之間： 平接密封環(huán)式平接密封環(huán)式 （屬于內(nèi)泄漏）（屬于內(nèi)泄漏） 迷宮式密封環(huán)式迷宮式密封環(huán)式 泵殼與軸之間：填料密封式。石棉繩填料；石墨浸石棉填泵殼與軸之間：填料密封式。石棉繩填料；石墨浸石棉填 料。料。 （屬于外泄漏）（屬于外泄漏） 機械密封。端面動、靜環(huán)接觸式密封。內(nèi)裝式；外裝式機械密封。端面動、靜環(huán)接觸式密封。內(nèi)裝式；外裝式 （3）.軸向力平衡裝置軸向力平衡裝置 軸向力的產(chǎn)生：由于吸入口壓力軸向力的產(chǎn)生：由于吸入口壓力p1 與葉輪出口壓力與葉輪出口壓力p2 不同。不同。 p1 p2 葉輪蓋板前后形成一個軸向力：

8、葉輪蓋板前后形成一個軸向力： 軸向力會引起軸竄動、葉輪磨損。軸向力會引起軸竄動、葉輪磨損。 為級數(shù)。：ZFZF多 級級泵的軸向力kgppdD4F單軸122021常見軸向力平衡方式常見軸向力平衡方式： 單級泵：單級泵： 平衡孔：葉輪后蓋鉆幾個孔，使中心處壓力相等。平衡孔：葉輪后蓋鉆幾個孔，使中心處壓力相等。 平衡管：葉輪背部中心與泵吸入口用管子聯(lián)同，使壓平衡管：葉輪背部中心與泵吸入口用管子聯(lián)同，使壓 力相等。力相等。 葉輪后蓋徑向筋板（小葉片）：把背部液體打走，形葉輪后蓋徑向筋板（小葉片）：把背部液體打走，形 成真空。成真空。 多級泵：葉輪背靠背排列：如雙吸式葉輪。多級泵：葉輪背靠背排列：如雙吸

9、式葉輪。 自動平衡盤：自動調(diào)節(jié)軸向壓力，達到平衡。自動平衡盤：自動調(diào)節(jié)軸向壓力，達到平衡。 平衡鼓：平衡鼓： 無磨損，有泄漏。無磨損，有泄漏。 平衡盤與平衡鼓組合：泄漏少，能自動平衡軸向力。平衡盤與平衡鼓組合：泄漏少，能自動平衡軸向力。 （4 4）. . 離心泵的命名 如：如： IS 250 30 A 150 D 605 5 Y 57A 吸入口直徑mm揚程m第一次切割吸口直徑mm多級泵揚程m級數(shù)吸口直徑英寸單級單吸泵單級單吸清水離心泵單級單吸清水離心泵IS國際標準號如：IS5032125 50泵入口直徑；32泵出口直徑；125泵葉輪直徑4.1.2 . 離心泵的主要性能參數(shù) 主要參數(shù)：q、H、N

10、、n（1） 流量流量 q： 定義：泵在單位時間內(nèi)輸送出去的液體量。定義：泵在單位時間內(nèi)輸送出去的液體量。 體積流量： 有效流量（排出流量） 單位： 理論流量（吸入流量） 單位： 質(zhì)量流量: 單位： 吸入流量： 式中：q單位時間內(nèi)泵的泄漏量（內(nèi)、外泄漏）),min(slmsm33htkgskg,min,vmqqvqtqqqqvt（2）揚程）揚程 H 定義：每單位重量液體從葉輪上所獲得的有效能量。定義：每單位重量液體從葉輪上所獲得的有效能量。 用液柱高度表示的稱揚程：H 單位：米，m 用壓力表示的稱為壓頭（能量頭）：p 單位：MPa ， 液體重度：泵的出口揚程，即泵的實際揚程為：H 由伯努利方程：

11、理論揚程：Ht = H + hhyd 式中：hhyd 泵內(nèi)液體摩擦阻力損失和沖擊損失的總和。2mmNpHHp)(1000)(81. 933mkgfmkgfg水： mg2cczzgppH21221212（3）功率功率 N 泵的功率 N 通常指泵軸上的輸入功率，即：軸功率、銘牌功率、額定功率。 軸功率軸功率 N 定義：單位時間內(nèi)原動機傳遞給泵主軸上的功。 N=Ni +Nm = Ne / 式中：Nm 機械損失功率，包括機械摩擦損失和輪阻損失 有效功率：有效功率：Ne 泵的輸出功率，即單位時間內(nèi)泵出口液體所獲得的能量。)(PS735pqNkW10gHq10pqNve3v3ve馬力上式中各參數(shù)：揚程：H

12、 m ， 流量： qv 壓力： p MPa 密度： ， 重力加速度：g=9.81 內(nèi)功率內(nèi)功率 Ni： 也叫：水力功率、葉輪功率。單位時間內(nèi)葉輪傳給液體的能量。sm33mkg2smkW10qgHN3ttiNi Ne N（4） 效率效率 泵內(nèi)效率分為：容積效率v、水力效率hyd、機械效率 mec 。 泵的總效率： 容積效率v ：衡量泵泄漏所造成的能量損失。NNemhydvttvvqq1qq水力效率hyd ：衡量泵內(nèi)液體沿程摩擦和沖擊所造成的能力損失。機械效率m ：衡量泵內(nèi)機械摩擦和輪阻所造成的能量損失。thydthydHh1HHNN1NNmim（5） 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 n 泵主軸轉(zhuǎn)速，即葉輪的轉(zhuǎn)速。 直

13、聯(lián)電機時，泵轉(zhuǎn)速及為電機轉(zhuǎn)速。 常用電機：n=18002900 r/min (轉(zhuǎn)/分，rpm）（6）允許汽蝕余量允許汽蝕余量NPSH 衡量泵吸入性能的抗汽蝕能力，用來標定泵的安裝高度。4.4.1.3 1.3 離心泵的基本方程式離心泵的基本方程式 (一) . 泵葉輪進、出口速度三角形 (1) . 進出口速度三角形 c1=u1+w1w1u1c111C1rC1u進口速度矢量和進口速度矢量和： C1=u1+w1式中式中： 葉片厚度對斷面影響系數(shù)。取 =0.90.95。 q 理論流量（設(shè)計流量）。222111111111sinruruccccccc con絕對速度：分速度：111 11160trqqcA

14、DbDnu徑向分速度：圓周速度： 葉輪上的速度：2211u2w2C2u1C1w12Aw222u2C2w11u1C11C2rC2u1A(2). 葉輪出口速度三角形葉輪出口速度三角形 C2=u2+w2C2u222w2C2rC2u22222222222222222222222222601sinsin2urArAqcuc ctgctgD bD nucqwD bcuwu w con周向分速度：圓周速度：相對速度：2222222222222222sinrururccccccc conqqcAD b絕對速度：分速度：徑向分速度：（二）（二）. .離心泵的基本方程離心泵的基本方程 歐拉方程式歐拉方程式 利用動

15、量矩定理推導出基本方程式利用動量矩定理推導出基本方程式歐拉方程式。歐拉方程式。 歐拉渦輪方程表述了葉輪對單位重量液體所作的功。 221 1TuuJLu cu ckg理論能量頭：221 1222222211221222uuTTu cu cHmguuwwccHmggg理論揚程：物理方程：（1） 理論流量下無限多葉片揚程：理論流量下無限多葉片揚程： （額定流量下） 液體進入葉輪無預(yù)旋、無沖擊，沿葉道徑向進入葉輪。 由出口速度三角形：由出口速度三角形： 理論揚程：mgcuHconccccuTur22111110理論揚程：此時：2222222222221sinrurrconccucuc ctguctgu

16、222221rTcuHctgmug（ ）（2）有限葉片的理論揚程）有限葉片的理論揚程 考慮葉片厚度造成葉道內(nèi)產(chǎn)生軸向渦流，使周向分速度減小?？紤]葉片厚度造成葉道內(nèi)產(chǎn)生軸向渦流，使周向分速度減小。 根據(jù)斯陀道拉公式得：根據(jù)斯陀道拉公式得：222222sinurAAucuc ctgZ2222222221sinrtAAuucuHctgmguZg理論揚程：（ ）A2A22r2u2Zctguc1sin能量頭系數(shù)： 泵出口揚程（有效揚程）：泵出口揚程（有效揚程）： 泵內(nèi)流動損失泵內(nèi)流動損失： 水力效率：水力效率：mhHHhydt局部阻力損失摩擦阻力損失式中：shm2shmhydhhmqahhhthydth

17、ydtthydHHmHhHHH（三）三）. . 工程中測定泵有效揚程工程中測定泵有效揚程泵的理論揚程 Ht 是葉輪上的揚程，即葉輪實際輸給液體的能量。 泵出口揚程（泵有效揚程）：H =Ht - hhyd hhyd 泵內(nèi)流動阻力損失。 當水力效率和泵內(nèi)流動阻力損失hhyd 不知道或無法測定時，可在泵的進出口安裝壓力表，用壓力表讀書來計算出泵的有效揚程。 由伯努利方程：由伯努利方程：mCCg21ZgppH2c2DcD)( 式中： 出口壓力 為實測值，內(nèi)包含了hhyd 內(nèi)容。 泵進、出口液體流速。泵進、出口壓力表高差泵進、出口絕對壓力。DcDcCCZpp,Dp221()( )2DaacDCppppH

18、ZCCmgg 上式變換上式變換：221( )2DCppHZCCmgg表真 式中： 若泵的進出口流速取相等：CC =CD (如進出口流道直徑相同） 則： 大氣壓力）。皆為表的實際讀數(shù)（泵進口真空表壓力數(shù)。泵出口表壓力數(shù)。真真表表aCaaDpppppppppmZgppH真表（四）（四） 泵管路系統(tǒng)揚程計算泵管路系統(tǒng)揚程計算 管路與泵組成一個輸液系統(tǒng)，進出口管路中存在較大的流動阻力損失。管路中總的流動損失：mg2Cg2CdLhBA2jj2iiiBAiAB伯努利方程：伯努利方程： 式中：式中： mhCCg21ZgppHAB2A2BABmhsmCCmZPppABBAaBA管路流動損失，從吸液面到排液面整個速度，吸液面，排液面的升降吸排液面的高差，力，吸液面、排液面上的壓,（1）液面上皆為大氣壓時：）液面上皆為