離心泵的操作原理、構(gòu)造與類型課件

2023/6/10第二章

流體輸送機械

第一節(jié)

液體輸送機械

2-1-1離心泵離心泵的操作原理、構(gòu)造與類型離心泵的基本方程式

離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線

離心泵性能的改變

離心泵的氣蝕現(xiàn)象與允許吸上高度離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)2-1-2其他類型的泵2023/6/10流體輸送機械：向流體作功以提高流體機械能的裝置。輸送液體的機械通稱為泵；

例如：離心泵、往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵和漩渦泵。輸送氣體的機械按不同的工況分別稱為:

通風機、鼓風機、壓縮機和真空泵。

本章的目的：結(jié)合化工生產(chǎn)的特點，討論各種流體輸送機械的操作原理、基本構(gòu)造與性能，合理地選擇其類型、決定規(guī)格、計算功率消耗、正確安排在管路系統(tǒng)中的位置等2023/6/102-1-1離心泵一．離心泵的操作原理、構(gòu)造與類型1、操作原理由若干個彎曲的葉片組成的葉輪置于具有蝸殼通道的泵殼之內(nèi)。葉輪緊固于泵軸上泵軸與電機相連，可由電機帶動旋轉(zhuǎn)。2023/6/10吸入口位于泵殼中央與吸入管路相連，并在吸入管底部裝一止逆閥。泵殼的側(cè)邊為排出口，與排出管路相連，裝有調(diào)節(jié)閥。離心泵的工作過程：開泵前，先在泵內(nèi)灌滿要輸送的液體。

開泵后，泵軸帶動葉輪一起高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力。液體在此作用下，從葉輪中心被拋向葉輪外周，壓力增高，并以

很高的速度（15-25m/s）流入泵殼。

2023/6/102023/6/10在蝸形泵殼中由于流道的不斷擴大，液體的流速減慢，使

大部分動能轉(zhuǎn)化為壓力能。最后液體以較高的靜壓強從排出口流入排出管道。泵內(nèi)的液體被拋出后，葉輪的中心形成了真空，在液面壓強（大氣壓）與泵內(nèi)壓力（負壓）的壓差作用下，液體便經(jīng)吸入管路進入泵內(nèi)，填補了被排除液體的位置。

離心泵之所以能輸送液體，主要是依靠高速旋轉(zhuǎn)葉輪所產(chǎn)生的離心力，因此稱為離心泵。

2023/6/102023/6/10氣縛離心泵啟動時，如果泵殼內(nèi)存在空氣，由于空氣的密度遠小于液體的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力很小，葉輪中心處產(chǎn)生的低壓不足以造成吸上液體所需要的真空度，這樣，離心泵就無法工作，這種現(xiàn)象稱作“氣縛”。為了使啟動前泵內(nèi)充滿液體，在吸入管道底部裝一止逆閥。此外，在離心泵的出口管路上也裝一調(diào)節(jié)閥，用于開停車和調(diào)節(jié)流量。2023/6/102023/6/102、基本部件和構(gòu)造1）葉輪a)葉輪的作用

將電動機的機械能傳給液體,使液體的動能有所提高。

b)葉輪的分類

根據(jù)結(jié)構(gòu)閉式葉輪開式葉輪

半閉式葉輪

葉片的內(nèi)側(cè)帶有前后蓋板，適于輸送干凈流體，效率較高。沒有前后蓋板，適合輸送含有固體顆粒的液體懸浮物。只有后蓋板，可用于輸送漿料或含固體懸浮物的液體，效率較低。2023/6/102023/6/102023/6/10按吸液方式

單吸式葉輪

雙吸式葉輪液體只能從葉輪一側(cè)被吸入，結(jié)構(gòu)簡單。相當于兩個沒有蓋板的單吸式葉輪背靠背并在了一起，可以從兩側(cè)吸入液體，具有較大的吸液能力，而且可以較好的消除軸向推力。

2023/6/102023/6/102）泵殼

泵殼的作用

匯集液體，作導(dǎo)出液體的通道；使液體的能量發(fā)生轉(zhuǎn)換，一部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。

導(dǎo)葉輪

為了減少液體直接進入蝸殼時的碰撞，在葉輪與泵殼之間有時還裝有一個固定不動的帶有葉片的圓盤，稱為導(dǎo)葉輪。導(dǎo)葉輪上的葉片的彎曲方向與葉輪上葉片的彎曲方向相反，其彎曲角度正好與液體從葉輪流出的方向相適應(yīng)，引導(dǎo)液體在泵殼的通道內(nèi)平緩的改變方向，使能量損失減小，使動能向靜壓能的轉(zhuǎn)換更為有效。

2023/6/102023/6/103）軸封裝置A軸封的作用

為了防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿軸的四周而漏出，或者外界空氣漏入泵殼內(nèi)。B

軸封的分類

軸封裝置

填料密封：

機械密封：

主要由填料函殼、軟填料和填料壓蓋組成，普通離心泵采用這種密封。

主要由裝在泵軸上隨之轉(zhuǎn)動的動環(huán)和固定于泵殼上的靜環(huán)組成，兩個環(huán)形端面由彈簧的彈力互相貼緊而作相對運動，起到密封作用。

端面密封2023/6/102023/6/102023/6/102023/6/102023/6/102023/6/103、離心泵的分類1）按照軸上葉輪數(shù)目的多少

單級泵

多級泵

軸上只有一個葉輪的離心泵，適用于出口壓力不太大的情況；軸上不止一個葉輪的離心泵

，可以達到較高的壓頭。離心泵的級數(shù)就是指軸上的葉輪數(shù)，我國生產(chǎn)的多級離心泵一般為2~9級。

2）按葉輪上吸入口的數(shù)目單吸泵

雙吸泵

葉輪上只有一個吸入口，適用于輸送量不大的情況。葉輪上有兩個吸入口，適用于輸送量很大的情況。2023/6/102023/6/102023/6/103）按離心泵的不同用途

水泵

輸送清水和物性與水相近、無腐蝕性且雜質(zhì)很少的液體的泵,（B型）

耐腐蝕泵

接觸液體的部件（葉輪、泵體）用耐腐蝕材料制成。要求：結(jié)構(gòu)簡單、零件容易更換、維修方便、密封可靠、用于耐腐蝕泵的材料有：鑄鐵、高硅鐵、各種合金鋼、塑料、玻璃等。（F型）油泵

輸送石油產(chǎn)品的泵，要求密封完善。（Y型）雜質(zhì)泵

輸送含有固體顆粒的懸浮液、稠厚的漿液等的泵，又細分為污水泵、砂泵、泥漿泵等。要求不易堵塞、易拆卸、耐磨、在構(gòu)造上是葉輪流道寬、葉片數(shù)目少。2023/6/102023/6/102023/6/10二、離心泵的基本方程式

1、離心泵基本方程式的導(dǎo)出

假設(shè)如下理想情況：1）泵葉輪的葉片數(shù)目為無限多個，也就是說葉片的厚度為無限薄，液體質(zhì)點沿葉片彎曲表面流動，不發(fā)生任何環(huán)流現(xiàn)象。2）輸送的是理想液體，流動中無流動阻力。

2023/6/10

3、實際壓頭

離心泵的實際壓頭與理論壓頭有較大的差異，原因在于流體在通過泵的過程中存在著壓頭損失，它主要包括：1）葉片間的環(huán)流

2）流體的阻力損失

3）沖擊損失

理論壓頭、實際壓頭及各種壓頭損失與流量的關(guān)系為2023/6/10三．離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線

1、離心泵的性能參數(shù)

1）離心泵的流量

指離心泵在單位時間里排到管路系統(tǒng)的液體體積，一般用Q表示，單位為m3/h。又稱為泵的送液能力。2）離心泵的壓頭泵對單位重量的液體所提供的有效能量，以H表示，單位為m。又稱為泵的揚程。2023/6/10離心泵的壓頭取決于：

泵的結(jié)構(gòu)（葉輪的直徑、葉片的彎曲情況等）

轉(zhuǎn)速n

流量Q，如何確定轉(zhuǎn)速一定時，泵的壓頭與流量之間的關(guān)系呢？實驗測定2023/6/103）離心泵的效率

離心泵輸送液體時，通過電機的葉輪將電機的能量傳給液體。在這個過程中，不可避免的會有能量損失，也就是說泵軸轉(zhuǎn)動所做的功不能全部都為液體所獲得，通常用效率η來反映能量損失。這些能量損失包括：容積損失水力損失機械損失泵的效率反應(yīng)了這三項能量損失的總和，又稱為總效率。與泵的大小、類型、制造精密程度和所輸送液體的性質(zhì)有關(guān)

2023/6/102、離心泵的特性曲線

離心泵的H、η、N都與離心泵的Q有關(guān)，它們之間的關(guān)系由確定離心泵壓頭的實驗來測定，實驗測出的一組關(guān)系曲線：

H～Q、η～Q、N～Q

——離心泵的特性曲線

注意：特性曲線隨轉(zhuǎn)速而變。各種型號的離心泵都有本身獨自的特性曲線，但形狀基本相似，具有共同的特點2023/6/102023/6/101）H～Q曲線：表示泵的壓頭與流量的關(guān)系，離心泵的壓頭普遍是隨流量的增大而下降（流量很小時可能有例外）2）N～Q曲線：表示泵的軸功率與流量的關(guān)系，離心泵的軸功率隨流量的增加而上升，流量為零時軸功率最小。

離心泵啟動時，應(yīng)關(guān)閉出口閥，使啟動電流最小，以保護電機。3）η～Q曲線：表示泵的效率與流量的關(guān)系，隨著流量的增大，泵的效率將上升并達到一個最大值，以后流量再增大，效率便下降。2023/6/10離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點。離心泵在與最高效率點相對應(yīng)的流量及壓頭下工作最為經(jīng)濟。

與最高效率點所對應(yīng)的Q、H、N值稱為最佳工況參數(shù)。離心泵的銘牌上標明的就是指該泵在運行時最高效率點的狀態(tài)參數(shù)。

注意：在選用離心泵時，應(yīng)使離心泵在該點附近工作。一般要求操作時的效率應(yīng)不低于最高效率的92%。2023/6/10五、離心泵的氣蝕現(xiàn)象與允許吸上高度

1、氣蝕現(xiàn)象

氣蝕產(chǎn)生的條件葉片入口附近K處的壓強PK等于或小于輸送溫度下液體的飽和蒸氣壓

2023/6/10氣蝕產(chǎn)生的后果：

氣蝕發(fā)生時產(chǎn)生噪音和震動，葉輪局部在巨大沖擊的反復(fù)作用下，表面出現(xiàn)斑痕及裂紋，甚至呈海棉狀逐漸脫落液體流量明顯下降，同時壓頭、效率也大幅度降低，嚴重時會輸不出液體。2、離心泵的允許吸上高度

離心泵的允許吸上高度又稱為允許安裝高度，指泵的吸入口與吸入貯槽液面間可允許達到的最大垂直距離，以Hg表示。2023/6/102023/6/10HS’值越大，表示該泵在一定操作條件下抗氣蝕性能好，安裝高度Hg越高。

HS’與泵的結(jié)構(gòu)、流量、被輸送液體的物理性質(zhì)及當?shù)卮髿鈮旱纫蛩赜嘘P(guān)。通常由泵的制造工廠試驗測定，實驗在大氣壓為10mH2O（9.81Pa）下,以20℃清水為介質(zhì)進行的。2023/6/10注意：1）離心泵的允許吸上真空度和允許氣蝕余量值是與其流量有關(guān)的，大流量下△h較大而HS’較小，因此，必須注意使用最大額定流量值進行計算。2）離心泵安裝時，應(yīng)注意選用較大的吸入管路，減少吸入管路的彎頭、閥門等管件，以減少吸入管路的阻力。3）當液體輸送溫度較高或液體沸點較低時，可能出現(xiàn)允許安裝高度為負值的情況，此時，應(yīng)將離心泵安裝于貯槽液面以下，使液體利用位差自流入泵內(nèi)。2023/6/103、離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)1）串聯(lián)組合泵的特性曲線

兩臺相同型號的離心泵串聯(lián)組合，在同樣的流量下，其提供的壓頭是單臺泵的兩倍。2023/6/102）并聯(lián)組合泵的特性曲線

兩臺相同型號的離心泵并聯(lián)，若其各自有相同的吸入管路，則在相同的壓頭下，并聯(lián)泵的流量為單泵的兩倍。

2023/6/103）離心泵組合方式的選擇

對于低阻輸送管路a，并聯(lián)組合泵流量的增大幅度大于串聯(lián)組合泵；對于高阻輸送管路b，串聯(lián)組合泵的流量增大幅度大于并聯(lián)組合泵。低阻輸送管路----并聯(lián)優(yōu)于串聯(lián)；高阻輸送管路----串聯(lián)優(yōu)于并聯(lián)。2023/6/10七、離心泵的選用、安裝與操作

1、離心泵的選擇

1）確定輸送系統(tǒng)的流量和壓頭：一般情況下液體的輸送量是生產(chǎn)任務(wù)所規(guī)定的，如果流量在一定范圍內(nèi)波動，選泵時按最大流量考慮，然后，根據(jù)輸送系統(tǒng)管路的安排，用柏努利方程計算出在最大流量下管路所需壓頭。

2）選擇泵的類型與型號：首先根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)和操作條件確定泵的類型，按已確定的流量和壓頭從泵樣本或產(chǎn)品目錄中選出適合的型號。2023/6/10若是沒有一個型號的H、Q與所要求的剛好相符，則在鄰近型號中選用H和Q都稍大的一個；若有幾個型號的H和Q都能滿足要求，那么除了考慮那一個型號的H和Q外，還應(yīng)考慮效率η在此條件下是否比較大。

3)核算軸功率:若輸送液體的密度大于水的密度時，按

來計算泵的軸功率。

2、離心泵的安裝和使用

1）泵的安裝高度

為了保證不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象或泵吸不上液體，泵的實際安裝2023/6/10高度必須低于理論上計算的最大安裝高度，同時，應(yīng)盡量降低吸入管路的阻力。2）啟動前先“灌泵”

這主要是為了防止“氣傅”現(xiàn)象的發(fā)生，在泵啟動前，向泵內(nèi)灌注液體直至泵殼頂部排氣嘴處在打開狀態(tài)下有液體冒出時為止。3）離心泵應(yīng)在出口閥門關(guān)閉時啟動為了不致啟動時電流過大而燒壞電機，泵啟動時要將出口閥完全關(guān)閉，等電機運轉(zhuǎn)正常后，再逐漸打開出口閥，并調(diào)節(jié)到所需的流量。2023/6/104）關(guān)泵的步驟

關(guān)泵時，一定要先關(guān)閉泵的出口閥，再停電機。否則，壓出管中的高壓液體可能反沖入泵內(nèi)，造成葉輪高速反轉(zhuǎn)，使葉輪被損壞。5）運轉(zhuǎn)時應(yīng)定時檢查泵的響聲、振動、滴露等情況，觀察泵出口壓力表的讀數(shù)，以及軸承是否過熱等。

2023/6/102-1-2其他類型泵

一、往復(fù)泵1、往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)及工作原理

往復(fù)泵是一種容積式泵，它依靠作往復(fù)運動的活塞依次開啟吸入閥和排出閥從而吸入和排出液體。

2023/6/10泵的主要部件有泵缸、活塞、活塞桿、吸入單向閥和排出單向閥?；钊?jīng)傳動和機械在外力作用下在泵缸內(nèi)作往復(fù)運動。活塞與單向閥之間的空隙稱為工作室。工作原理：當活塞自左向右移動時，工作室的容積增大，形成低壓，貯池內(nèi)的液體經(jīng)吸入閥被吸入泵缸內(nèi)，排出閥受排出管內(nèi)液體壓力作用而關(guān)閉。當活塞移到右端時，工作室的容積最大?；钊捎蚁蜃笠苿訒r，泵缸內(nèi)液體受擠壓，壓強增大，使吸入閥關(guān)閉而推開排出閥將液體排出，活塞移到左端時，排液完畢，完成了一個工作循環(huán)，此后開始另一個循環(huán)。2023/6/102023/6/10活塞從左端點到右端點的距離叫行程或沖程。

活塞在往復(fù)一次中，只吸入和排出液體各一次的泵，稱為單動泵。由于單動泵的吸入閥和排出閥均裝在活塞的一側(cè)，吸液時不能排液，因此排液不是連續(xù)的。為了改善單動泵流量的不均勻性，多采用雙動泵或三聯(lián)泵往復(fù)泵的工作原理與離心泵不同，具有以下特點：1）往復(fù)泵的流量只與泵本身的幾何形狀和活塞的往復(fù)次數(shù)有關(guān)，而與泵的壓頭無關(guān)。無論在什么壓頭下工作，只要往復(fù)一次，泵就排出一定的液體。

2023/6/102023/6/102023/6/10其理論流量：對單動泵

對雙動泵

2）往復(fù)泵的壓頭與泵的幾何尺寸無關(guān)，只要泵的機械強度及原動機的功率允許，輸送系統(tǒng)要求多高的壓頭，往復(fù)泵就能提供多大的壓頭。

3）往復(fù)泵的吸上真空度也隨泵安裝地區(qū)的大氣壓強、輸送液體的性質(zhì)和溫度而變，所以往復(fù)泵的吸上高度也有一定的限制。但往復(fù)泵的低壓是靠工作室的擴張來造成的，所以在開動之前，泵內(nèi)無須充滿液體，往復(fù)泵有自吸作用。2023/6/104）往復(fù)泵不能簡單地用排出管路閥門來調(diào)節(jié)流量，一般采用回路調(diào)節(jié)。往復(fù)泵適用于小流量、高壓強的場合，輸送高粘度液體時的效果也比離心泵好，但不能輸送腐濁性液體和固體粒子的懸浮液。二、計量泵計量泵就是往復(fù)泵的一種。通過偏心輪把電機的旋轉(zhuǎn)運動變成柱塞的往復(fù)運動。偏心輪的偏心距離可以調(diào)整，使柱塞的沖程隨之改變。這樣就達到控制和調(diào)節(jié)流量的目的2023/6/102023