第二章離心泵

化工原理主講人:姜美英2/4/20231化工原理緒論第二章：液體輸送機械—離心泵一、離心泵的主要部件和工作原理二、離心泵的主要性能和特性曲線三、影響離心泵性能的主要因素四、離心泵的工作點和流量調(diào)節(jié)五、離心泵的串、并聯(lián)六、離心泵的安裝高度與氣蝕現(xiàn)象七、離心泵的安裝與注意事項2/4/20232化工原理緒論流體從低處→高處、低壓→高壓、近處→遠處,需要對流體做功，增加流體的機械能，流體輸送機械的作用就是向系統(tǒng)補充所需機械能，用于流體的輸送或加壓第二章：液體輸送機械—離心泵2/4/20233化工原理緒論由于被輸送液體的性質(zhì),如黏性、腐蝕性、混懸液的顆粒等都有較大差別，溫度、壓力、流量也有較大的不同，因此，需要用到各種類型的泵。根據(jù)施加給液體機械能的手段和工作原理的不同，大致可分為四大類。泵的分類離心泵：依靠旋轉運動的葉輪產(chǎn)生的離心力進行工作往復泵：依靠作往復運動的活塞進行工作旋轉泵：依靠旋轉的轉子進行工作流體作用泵：依靠另一種流體進行工作2/4/20234化工原理緒論液體輸送機械的分類其中離心泵具有結構簡單、流量大而且均勻、操作方便等優(yōu)點，在化工生產(chǎn)中的使用最為廣泛。本章重點講述離心泵、往復泵，對其它類型的泵作一般介紹。2/4/20235化工原理緒論一、離心泵的工作原理與主要部件1、離心泵的結構葉輪泵殼電機泵軸排出口吸入管道吸入口軸封裝置泵單向底閥濾網(wǎng)2/4/20236化工原理緒論離心泵外形2/4/20237化工原理緒論（1）排出階段葉輪旋轉(產(chǎn)生離心力，使液體獲得能量→流體流入渦殼(動能轉化成靜壓能)→流向輸出管路

（2）吸入階段液體自葉輪中心甩向外緣→葉輪中心形成低壓區(qū)→貯槽液面與泵入口形成壓差→液體吸入泵內(nèi)2、工作原理2/4/20238化工原理緒論氣縛現(xiàn)象：泵內(nèi)未充滿液體，氣體密度低，產(chǎn)生離心力小，在葉輪中心形成的低壓不足以將液體吸上離心泵無自吸能力，啟動前必須將泵體內(nèi)充滿液體——灌泵離心泵的第一現(xiàn)象：2/4/20239化工原理緒論2/4/202310化工原理緒論1）葉輪：葉輪由6～12片葉片組成作用：把原動機(電機)的機械能傳遞給液體，提高液體的動能和靜壓能。葉輪的類型3、主要部件及作用分類：按葉片兩側有無蓋板:閉式、半開式、開式2/4/202311化工原理緒論閉式葉輪：適用于輸送清潔液體，效率高開式和半開式葉輪：流道不易堵塞，適用于輸送含有固體顆粒的液體懸浮液，但效率低一般離心泵大多采用閉式葉輪2/4/202312化工原理緒論(a)后蓋板平衡孔單吸式雙吸式按吸液方式葉輪分為：單吸式、雙吸式單吸式：結構簡單，液體從葉輪一側被吸入雙吸式：吸液能力大，基本上消除軸向推力2/4/202313化工原理緒論

2）泵殼：蝸殼形作用：動能→靜壓能，提高液體壓力,能量轉換裝置2/4/202314化工原理緒論3）軸封裝置作用：防止高壓液體外泄及外部空氣進入泵內(nèi)。密封裝置分類：填料密封、機械密封比較：機械密封性能更好，但價格較高2/4/202315化工原理緒論②揚程（泵的壓頭）指泵對單位重量（1N）的液體所提供的有效能量。用符號He表示，其單位為m液柱。離心泵壓頭取決于泵的結構（葉輪直徑、葉片彎曲情況）轉速和流量，也與液體的密度有關。對于一定的泵在指定的轉速下，與qv之間存在一定關系.二、離心泵的性能參數(shù)與特性曲線①

流量：（送液能力）指單位時間內(nèi)泵排到管路系統(tǒng)中的液體體積，用符號qv

表示，其單位為m3/h或m3/s，其大小主要取決于泵的結構、尺寸和轉速等。注意與升揚高度的區(qū)別1、主要性能參數(shù)2/4/202316化工原理緒論③功率：泵的有效功率是指單位時間內(nèi)液體從泵中葉輪獲得的有效能量，用符號Ne表示，單位為W或kW。因為離心泵排出的液體質(zhì)量流量為qm

,所以泵的有效功率為

液體泵電動機軸功率有效功率2/4/202317化工原理緒論小型泵效率：50~70%；大型泵效率：90%左右④效率η：有效功率和軸功率的百分比能量損失包括：容積損失（泄漏、倒流、重復做功）、機械損失（摩擦）、水力損失（局部能量損失）2/4/202318化工原理緒論

離心泵典型的特性曲線2、離心泵的特性曲線及影響因素分析（1）離心泵的特性曲線2/4/202319化工原理緒論（C）η-Q曲線：存在最高效率點.設計點：最高效率點。（A）H-qv

曲線：qv↑，H↓選用離心泵，盡可能在高效區(qū)內(nèi)工作離心泵典型的特性曲線（2）泵的共性（特性曲線的共同點）：（B）N-qv

曲線:qv↑，N↑關出口閥啟動目的：減小啟動電流,防止燒壞電機。2/4/202320化工原理緒論FI-03FI-01FI-02離心泵性能曲線測定裝置圖（3）離心泵性能曲線實驗測定2/4/202321化工原理緒論①測定原理

②測定數(shù)據(jù)

不同流量下真空表、壓力表、功率表的讀數(shù)③繪制曲線2/4/202322化工原理緒論（4）液體物性對離心泵特性曲線的影響

流體密度變化時，應校正N-Q曲線①、密度對泵特性曲線的影響2/4/202323化工原理緒論

②粘度對泵特性曲線的影響

定性分析：③葉輪轉速對特性曲線的影響同一臺離心泵，轉速改變，特性曲線也發(fā)生變化比例定律：適用：葉輪轉速變化不超過20%2/4/202324化工原理緒論④葉輪直徑對特性曲線的影響切削法：同一型號的泵，可通過切削葉輪直徑，而維持其余尺寸（包括葉輪出口截面積）不變來改變泵的特性曲線的方法切削定律：在葉輪直徑變化不大（不超過5%）時適用2/4/202325化工原理緒論三、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)1．管路的特性曲線:每種型號的離心泵在一定轉速下，都有其自身固有的特性曲線。但當離心泵安裝在特定管路系統(tǒng)操作時，實際的工作壓頭和流量不僅遵循特性曲線上二者的對應關系，而且還受管路特性所制約。

管路特性曲線：表示流體通過某一特定管路所需要的壓頭與流量的關系。19如圖所示，若兩液面皆維持恒定，則流體流過管路所需要的壓頭為:因為2/4/202327化工原理緒論對于固定的管路和一定的操作條件，

為固定值，與管路中的流體流量無關。管徑不變,

用A表示用B表示即管路特性曲線方程。20所以上式可寫成

討論①曲線在H軸上截距；管路所需最小外加壓頭；②高阻管路，曲線較陡；低阻管路曲線較平緩。③管路特性曲線的形狀由管路布局和流量等條件來確定，而與離心泵的性能無關。2.離心泵的工作點若將泵的特性曲線和管路的特性曲線繪在同一圖中,兩曲線交點P稱為泵在該管路上的工作點。21工作點對應的

（qv，H）即泵的實際工作狀態(tài)

若泵在該點所對應的效率是在最高效率區(qū),即為系統(tǒng)的理想工作點。22流量調(diào)節(jié)的方法有兩種：（1）改變管路特性：改變泵出口閥的開度。閥門開度減小時,流量減小，泵的揚程升高，工作點由P移到P1,管路特性曲線變陡；閥門開度增大時，流量增大，泵的揚程降低，工作點由P移至P2,管路特性曲線變緩。

特點：操作方便，簡單易行，當閥門開度減小時,因局部阻力增加,需額外消耗部分能量，

--生產(chǎn)中最常用的手段23（2）改變泵的特性：改變泵的轉速和葉輪的直徑可使泵的特性曲線發(fā)生改變，A、改變轉速：當轉速n減小到n1時，工作點由P移到P1，流量就相應地減??；當轉速n增大到n2時，工作點由P移到P2，流量就相應地增大。B、改變?nèi)~輪直徑：增大葉輪直徑，曲線上移減小葉輪直徑，曲線下移要裝變速器調(diào)節(jié)幅度有限24（1）并聯(lián)泵單臺泵不能滿足輸送任務要求可采用多臺泵的并聯(lián)和串聯(lián)，增大流量或者壓頭。兩泵型號相同，吸入管路相同在同一壓頭下，兩臺并聯(lián)泵的流量等于單臺泵的兩倍2、泵的組合操作

2/4/202333化工原理緒論將單臺泵特性曲線A的橫坐標加倍，縱坐標保持不變便可得到兩臺并聯(lián)泵的合成特性曲線B。A線泵特性曲線C線管路特性曲線B線組合操作曲線

并聯(lián)泵的合成特性曲線按同一壓頭下兩臺并聯(lián)泵流量是單泵兩倍的原則取點。由圖可見：合成曲線B與管路曲線C交于新工作點2qV單H1CqV并H并AB22/4/202334化工原理緒論（2）串聯(lián)泵

在同一流量下，兩臺串聯(lián)泵的壓頭為單臺泵的兩倍串聯(lián)泵的合成特性曲線按同一流量下兩臺串聯(lián)泵的壓頭是單泵兩倍的原則取點的坐標122/4/202335化工原理緒論H單MM’qV串H串HqVOqV單2/4/202336化工原理緒論四、離心泵的安裝高度和汽蝕現(xiàn)象1、什么是離心泵的安裝高度?是指泵吸入口中心線與貯槽液面的垂直距離3、什么是飽和蒸汽壓？氣液達到平衡時氣相的壓強用P飽表示。當溶液上方壓強低于P飽時，溶液即沸騰汽化，P飽與沸騰溫度是一一對應關系。P飽↑

→

t

↑，要使液體沸騰，可用升溫或減壓的方法。2、什么是離心泵的允許安裝高度?是指泵吸入口中心線與貯槽液面的所能允許的最大垂直距離。用Hg表示2/4/202337化工原理緒論3、什么是離心泵的氣蝕現(xiàn)象？—又稱離心泵的第二現(xiàn)象當離心泵葉輪中心附近的低壓區(qū)壓強低于液體的飽和蒸氣壓，液體將在該處氣化并產(chǎn)生氣泡，它隨同液體從低壓區(qū)流向高壓區(qū)，氣泡在高壓作用下迅速液化，周圍的液體以很高的速度填補這空間，并在慣性作用下沖擊葉輪和泵殼，造成疲勞破壞；

2/4/202338化工原理緒論離心泵的性能下降，流量、壓頭和效率都下降。當生成大量的氣泡時，可出現(xiàn)氣縛現(xiàn)象。產(chǎn)生噪聲。產(chǎn)生振動。使葉輪和泵殼疲勞破壞。氣蝕現(xiàn)象的危害：思考：如何避免氣蝕現(xiàn)象？使泵內(nèi)壓強最低處的壓強高于飽和蒸氣壓。通過保證泵入口前的能量來實現(xiàn)。使安裝高度低于允許安裝高度來實現(xiàn)。2/4/202339化工原理緒論定義：泵入口處的動壓頭與靜壓頭之和與被輸送液體在操作溫度下的飽和蒸氣壓頭之差。用NPSH表示5、離心泵的氣蝕余量6、什么離心泵的臨界氣蝕余量定義：泵內(nèi)剛好發(fā)生氣蝕時（的臨界條件下）對應的最小的氣蝕余量。(又稱最小氣蝕余量）臨界氣蝕余量的影響因素：流量、泵的結構2/4/202340化工原理緒論意義：與泵的結構有關是離心泵抗氣蝕的性能參數(shù)，越小越好。

離心泵銘牌上給出的是按20℃的水標定的必需氣蝕余量。與流量有關，流量越大，(NPSH)r越大。7、必需氣蝕余量（舊稱允許氣蝕余量）2/4/202341化工原理緒論1）用汽蝕余量來計算安裝高度恰好是允許安裝高度Hg的條件下，認為泵的氣蝕余量恰好等于必須氣蝕余量。在0－1截面間列伯努利方程，得：8、允許安裝高度Hg計算2/4/202342化工原理緒論（NPSH）r是用20℃的清水測定的，當使用條件與此不同時，從原理上，應根據(jù)液體密度、飽和蒸氣壓進行修正，然后才能用于允許安裝高度的計算。但在一般情況下，（NPSH）r的校正系數(shù)小于1，可不作校正，把它作額外的安全因數(shù)。（NPSH）r的校正2/4/202343化工原理緒論例：

用離心泵從貯罐向反應器輸送液態(tài)異丁烷。貯罐內(nèi)異丁烷液面恒定。其上方絕對壓力為6.65kgf/cm2。泵位于貯罐液面以下1.5m處，吸入管路的全部壓頭損失為1.6m。異丁烷在輸送條件下的密度為530kg/m3，飽和蒸氣壓為6.5kgf/cm2。在泵的性能表上查得，輸送流量下泵的必須氣蝕余量為3.5m。根據(jù)異丁烷的密度和飽和蒸氣壓，查得必須氣蝕余量的校正系數(shù)為0.9。試確定該泵能否正常操作。

2/4/202344化工原理緒論解法1：用安裝高度來判斷

實際安裝高度為-1.5m，高于允許安裝高度，泵不能正常工作。2/4/202345化工原理緒論解法2：用氣蝕余量來判斷在截面0與1之間列伯努利方程，以截面0為基準水平面，得：代入氣蝕余量的定義式，得：2/4/202346化工原理緒論

氣蝕余量NPSH＝2.73m小于校正后的

(NPSH)r=3.5m×0.9＝3.15m泵無法正常工作2/4/202347化工原理緒論2）用允許吸上真空度法求允許安裝高度什么是允許吸上真空度Hs？根據(jù)2/4/202348化工原理緒論在10mH2O的大氣壓下，用20℃的清水進行測定。與泵的結構、流量有關。（與被輸送的液體性質(zhì)、大氣壓無關）是離心泵抗氣蝕的性能參數(shù)，越大越好。校正后的允許吸上真空度Hs與被輸送的液體性質(zhì)、大氣壓有關2/4/202349化工原理緒論歷史上曾經(jīng)有過允許吸上真空度和允許氣蝕余量并存的時期，二者都可用以計算允許安裝高度，前者曾廣泛用于清水泵的計算；而后者常用于油泵中。但是，目前允許吸上真空度已經(jīng)不再被使用了。2/4/202350化工原理緒論數(shù)據(jù)的“方向”參數(shù)意義方向氣蝕余量反映泵入口前的能量狀況及飽和蒸氣壓越↑越好臨界氣蝕余量泵抗氣蝕的性能參數(shù)越↓越好必需氣蝕余量泵抗氣蝕的性能參數(shù)越↓越好允許吸上真空度泵抗氣蝕的性能參數(shù)越↑越好允許安裝高度反映液體輸送系統(tǒng)抗氣蝕的能力越↑越好實際安裝高度越↓越好2/4/202351化工原理緒論使泵內(nèi)壓強最低處的壓強高于飽和蒸氣壓。通過保證泵入口前的能量來實現(xiàn)。使安裝高度低于允許安裝高度來實現(xiàn)。降低安裝高度。減小吸入管路的阻力損失：采用較大的管路，縮短吸入管的長度，減少不必要的管件和閥門，不用進口閥調(diào)節(jié)流量。（如果條件允許）降低液體的溫度。思考：9、如何避免氣蝕現(xiàn)象？2/4/202352化工原理緒論有時，計算出的允許安裝高度為負值，這說明該泵應該安裝在液體貯槽液面以下。允許安裝高度的大小與泵的流量有關。由其計算公式可以看出，流量越大，計算出的越小。因此用可能使用的最大流量來計算是最保險的。一個原先操作正常的泵也可能由于操作條件的變化而產(chǎn)生氣蝕，如被輸送物料的溫度升高，或吸入管線部分堵塞，或由貯槽液面降低而引起的實際安裝高度的升高。安裝泵時，為確保不發(fā)生氣蝕，實際安裝高度比允許安裝高度還要小0.5至1米。討論:2/4/202353化工原理緒論五、

離心泵安裝與運轉中的注意事項1、安裝時注意：1）安裝地點要靠近液源，場地明亮，干燥、便于檢修；2）在基要結實，一般用混凝土地基、地腳螺絲連接，防止震動；3）泵軸和電動機轉軸要求嚴格控制水平；4）吸入管路的安裝要嚴格控制安裝高度，并應盡量送還減小彎頭、閥門等局部阻力，吸入管徑不應小于泵進口管徑安裝時注意錯誤正確存氣2/4/202354化工原理緒論2、開停車步驟1）開車步驟：A、灌液排氣；（防氣縛）B、關閉出口閥；（保護電機）C、啟動電機；

D、調(diào)節(jié)流量2）停車步驟：A、關閉出口閥；（保護泵）

B、停電機；2/4/202355化工原理緒論2）運轉中停止吸液1、吸入管路漏氣2、灌泵時吸入側氣體未排完3、吸入側突然被異物堵住3、故障1）開動時不吸液1、注液不夠2、底閥泄漏3、底閥或吸入管路堵塞4、吸上高度過高5、電機接線不正確致使電機反轉2/4/202356化工原理緒論思考題:

1、為保證離心泵的正常工作，葉輪中心處的壓力必須＿＿＿液體的飽和蒸汽壓2/4