宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 第二章流体输送机械 第一节概述(略) 第二节离心泵 、离心泵的基本结构和工作原理 1、离心泵的基本结构 2、离心泵的工作原理 例:一杯热水为使之冷却,用筷子在水中旋转,水也产生速度,跟着筷子一块转动(本质上是 筷子的附着力大于水之间的内聚力,内摩擦力使水旋转)靠近筷子的水转的快而远离筷子的水转的 慢。另外中心凹,四周水沿壁上升高于中间。为什么呢? 离心泵工作原理 离心力F=mo2R=m 2nz[弧度/秒]O角速度R半径(叶轮半径)m质量(流体质量kg) 1=2m=2mm=rO线速度工周期n-转速r=1(周期是物体做圆周运动旋 转一周所需要的时间,单位是秒;转速n是物体单位时间所转的周数单位是1/秒) R/或O/则F 手转动筷子,水产生动能,水旋转碰到管壁动能转化为静压能,静压能又转化为位能使水沿壁 面上升。边上水上升后,中心能减少,形成空隙,产生真空度,故在同一个大气压下,中心凹下去。 (1)泵轴带动叶轮旋转,充满叶片之间的液体也跟在旋转,在离心力作用下,液体从叶轮中心被 抛向叶轮边缘,使液体静压能、动能均提高。(类似我们旋转雨伞,伞上面的雨滴飞出去)
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 1/24 第二章 流体输送机械 第一节 概述（略） 第二节 离心泵 一、离心泵的基本结构和工作原理 1、离心泵的基本结构 2、离心泵的工作原理 例：一杯热水为使之冷却，用筷子在水中旋转，水也产生速度，跟着筷子一块转动（本质上是 筷子的附着力大于水之间的内聚力，内摩擦力使水旋转）靠近筷子的水转的快而远离筷子的水转的 慢。另外中心凹，四周水沿壁上升高于中间。为什么呢？ 离心泵工作原理 离心力 R F m R m 2 2 = = n T 2 2 = = [弧度/秒] 角速度 R 半径（叶轮半径） m 质量（流体质量 kg） rn T r 2 2 = = = r 线速度,T—周期,n--转速, n T 1 = (周期是物体做圆周运动旋 转一周所需要的时间,单位是秒；转速 n 是物体单位时间所转的周数,单位是 1/秒)。 R 或 则 F 手转动筷子，水产生动能，水旋转碰到管壁动能转化为静压能，静压能又转化为位能使水沿壁 面上升。边上水上升后，中心能减少，形成空隙，产生真空度，故在同一个大气压下，中心凹下去。 (1) 泵轴带动叶轮旋转，充满叶片之间的液体也跟在旋转，在离心力作用下，液体从叶轮中心被 抛向叶轮边缘，使液体静压能、动能均提高。（类似我们旋转雨伞,伞上面的雨滴飞出去）
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 (2)液体从叶轮外缘进入泵壳后,由于泵壳中流道逐步加宽,液体流速变慢,又将部分动能转化 为静压能,使泵出口处液体的压强进一步提高,于是液体以较高的压强从泵的排出口进入排出管路 输送到所需场所 (3)当泵内液体从叶轮中心被抛向外缘时,在中心出形成低压区,由于贮槽液面上方的压强( 般为I[atm])大于吸入口处的压强,在压强差的作用下,液体便经吸入管路,连续地被吸入泵内 以补充被排出的液体 离心泵之所以能够输送液体,主要依靠高速旋转的叶轮,产生离心力,在惯性作用下,获得了 能量以提高压强。 3、离心泵使用注意点:离心泵启动时,必须灌满水否则产生气缚。何为气缚?离心泵启动时, 如果泵壳与吸入管路没有充满液体,则泵壳内存有空气,由于空气的密度远小于液体的密度,产生 的离心力小,(离心力F∝m、mF↓)从叶轮中心甩出的液体少,因而叶轮中心处所形成的 低压(真空度)不足以将贮槽内的液体吸入泵内(打不上水),此时虽启动离心泵也不能输送液体, 此种现象称为气缚。 4、离心泵的主要部件: (1)叶轮(泵的心脏) 如讲义离心泵的结构图每个叶轮有6~~12片弯曲的叶片 闭式(有无前后盖板) A、按有无盖板分半闭式(无前盖板) 开式(无前后盖板) B、按吸液方式分/级 双吸 C、平衡孔:在叶轮后盖板上钻一些小孔,它的作用是使盖板与泵壳之间的空腔中一部分高压 液体漏到低压区(吸入口处)以减少叶轮两侧的压力差。从而起到平衡一部分轴向推力的作用 (2)泵壳又称为蜗壳,因壳内有一个截面逐渐扩大的蜗牛式通道,泵壳不仅作为一个汇集由叶轮 抛出液体部件,而且使部分动能有效地转变为静压能。 在叶轮与泵壳之间有时还装一个固定不动而带有叶片的圆盘,这个圆盘称为导轮,由于导轮具 有很多逐渐转向的流道,使高速液体流过时,均匀而缓和地将动能转变为静压能,减少能量损失 (3)轴封装置:泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。其作用是防止高压液体从泵壳内沿轴而漏出 或者空气以相反方向漏入泵壳内 「填料密封 轴封 机械密封 二、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 (1)流量:离心泵的流量又称送液能力,是指泵在单位时间里排到管路系统的液体体积 (2)压头:离心泵的压头又称为泵的扬程,是指泵对单位重量的流体所提供的有效能 量小m-
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 2/24 (2) 液体从叶轮外缘进入泵壳后，由于泵壳中流道逐步加宽，液体流速变慢，又将部分动能转化 为静压能，使泵出口处液体的压强进一步提高，于是液体以较高的压强从泵的排出口进入排出管路 输送到所需场所。 (3) 当泵内液体从叶轮中心被抛向外缘时，在中心出形成低压区，由于贮槽液面上方的压强（一 般为 1 [atm]）大于吸入口处的压强，在压强差的作用下，液体便经吸入管路，连续地被吸入泵内， 以补充被排出的液体。 离心泵之所以能够输送液体，主要依靠高速旋转的叶轮，产生离心力，在惯性作用下，获得了 能量以提高压强。 3、 离心泵使用注意点：离心泵启动时，必须灌满水否则产生气缚。何为气缚？离心泵启动时， 如果泵壳与吸入管路没有充满液体，则泵壳内存有空气，由于空气的密度远小于液体的密度，产生 的离心力小，（离心力 F m 、 m F ）从叶轮中心甩出的液体少，因而叶轮中心处所形成的 低压（真空度）不足以将贮槽内的液体吸入泵内（打不上水），此时虽启动离心泵也不能输送液体， 此种现象称为气缚。 4、离心泵的主要部件： （1）叶轮（泵的心脏） 如讲义离心泵的结构图,每个叶轮有 6~~12 片弯曲的叶片。 A、 按有无盖板分 ( ) ( ) ( ) 开式 无前后盖板 半闭式 无前盖板 闭式 有无前后盖板 B、按吸液方式分 双吸 单吸 C、平衡孔：在叶轮后盖板上钻一些小孔，它的作用是使盖板与泵壳之间的空腔中一部分高压 液体漏到低压区（吸入口处）以减少叶轮两侧的压力差。从而起到平衡一部分轴向推力的作用。 （2）泵壳又称为蜗壳，因壳内有一个截面逐渐扩大的蜗牛式通道，泵壳不仅作为一个汇集由叶轮 抛出液体部件，而且使部分动能有效地转变为静压能。 在叶轮与泵壳之间有时还装一个固定不动而带有叶片的圆盘，这个圆盘称为导轮，由于导轮具 有很多逐渐转向的流道，使高速液体流过时,均匀而缓和地将动能转变为静压能，减少能量损失。 （3）轴封装置：泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。其作用是防止高压液体从泵壳内沿轴而漏出， 或者空气以相反方向漏入泵壳内。 轴封 机械密封 填料密封 二、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 (1) 流量:离心泵的流量又称送液能力,是指泵在单位时间里排到管路系统的液体体积 s Q L 或 h m 3 。 (2) 压 头 : 离 心 泵 的 压 头 又 称 为 泵 的 扬 程 , 是 指 泵 对 单 位 重 量 的 流 体 所 提 供 的 有 效 能 量, m N H N.m =
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 升扬高度:离心泵将液体从低处送到高处的垂直距离[m] 高压液体通过叶轮与泵壳间缝隙漏回吸入口 容积损失n高压液体从填料函处漏至泵壳外 高压液体从平衡孔漏回低压区。 粘性液体流过叶轮与泵壳流速与方向的改变, (3)效率:n反应能量关水力损失n产生流动阻力而引起能量损失 输送流量与设计流量不一致,在泵体内产生冲 7=7777n 击而损失能量,即粘性流体摩擦阻力 泵运转时,泵轴与轴承之间,泵轴与填料函, 机械损失n叶轮外表面与液体之间均产生摩擦引起的 能量损失。 (4)轴功率:离心泵的轴功率是泵轴所需的功率当泵直接由电机带动时,也就是电动机传给泵轴的功 率N,卩J/]或[w]或[kw Ne:有效功率,是输送到管道的液体从叶轮所获得的功率.由于有容积损失,水力损失与机械损 失,所以泵的轴功率大于有效功率,即:N=-N=OH Q-泵的流量m3 H-泵的压头 p-被送液体的密度g{/m]g-重力加速度圆ms2] 如Ne用[kw]计算 Ne=hOg gp×81-=90N=9N=9pW 1000 1021 2、离心泵的特性曲线 表示流量Q与H·N·n变化的关系曲线,它由泵的制造厂通过实验测定后提供的。离心泵的特 性曲线只与叶轮的直径、转速和测试时的工作介质有关,它是在泵的制造厂通过实验作出来的。 ①H-Q曲线Q↑H↓ ②N-Q曲线Q↑N↑Q=0N=最小 故离心泵启动时,应关闭出口阀,使启动电流减少以保护电机 ③n-Q曲线Q=0n=0Q↑n↑上升到最大值Q↑n↓
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 3/24 升扬高度: 离心泵将液体从低处送到高处的垂直距离.m (3) 效率: 反应能量损失 能量损失。 叶轮外表面与液体之间均产生摩擦引起的 泵运转时，泵轴与轴承之间，泵轴与填料函 机械损失 击而损失能量，即粘性流体摩擦阻力。 输送流量与设计流量不一致 在泵体内产生冲 产生流动阻力而引起能量损失 粘性液体流过叶轮与泵壳流速与方向的改变 水力损失 高压液体从平衡孔漏回低压区 高压液体从填料函处漏至泵壳外 高压液体通过叶轮与泵壳间缝隙漏回吸入口 容积损失 , , ; , ; ; m h v (4) 轴功率:离心泵的轴功率是泵轴所需的功率.当泵直接由电机带动时,也就是电动机传给泵轴的功 率 N, [J/s] 或 [w] 或 [kw]。 Ne : 有效功率, 是输送到管道的液体从叶轮所获得的功率.由于有容积损失,水力损失与机械损 失,所以泵的轴功率大于有效功率,即: Ne N = Ne = QHg Q −泵的流量 m s 3 H −泵的压头 m − 被送液体的密度 3 kg m g − 重力加速度 2 m s 如 Ne 用[kw]计算 1000 102 9.81 QH QH Ne QH g = = = 102 QH N= [kw] QW N = W -- −1 J kg 2、离心泵的特性曲线 表示流量 Q 与 H N 变化的关系曲线，它由泵的制造厂通过实验测定后提供的。离心泵的特 性曲线只与叶轮的直径、转速和测试时的工作介质有关，它是在泵的制造厂通过实验作出来的。 ① H − Q 曲线 Q H ② N − Q 曲线 Q N Q = 0 N = 最小 故离心泵启动时，应关闭出口阀,使启动电流减少以保护电机。 ③ − Q 曲线 Q = 0 = 0 Q 上升到最大值 Q vh m =
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 B20 N=2900 r/min 18 020 06080100120 4B20型离心泵的特性曲线 离心泵在一定转速下有一最高效率点,称为设计点。 离心泵的工作范围称为泵的高效率区。通常为最高效率的92%左右,离心泵最好在此范围内工 作 A-最高效率点,称为设计点。泵在最高效率相对应的流量及压头下工作最为经济,所以与最 高效率点对应的OHN称为最佳工况参数。离心泵的铭牌上标出的性能参数就是指该泵在运行时 率最高点的状况参数,根据输送条件的要求,离心泵往往不可能正好在最佳状况点上运转,因此 般只能规定一个工作范围,称为泵的高效率区,通常为最高效率的9%左右,如图中波折线所示的 范围 究竟离心泵的特性曲线是如何作出来的请看例题 当转速为2900y min 控制阀门Q1=0H1N17h O H 联接以上各点,即得该泵在固定转速之下的特性曲线。 、离心泵性能的改变和换算 泵的生产部门所提供的离心泵特性曲线一般都是在一定转速和常压下,以常温的清水为例作实 验测得的 若输送的液体物理性质(密度和粘度)或泵的转速或叶轮直径改变,泵的性能参数及生产部门 所提供的泵的特性曲线应当重新换算。 1、密度的影响 ①对H的影响∵离心力F=mO2Rm=Vpp↑m↑F↑p↑(出口静压强 则又P=H p对H无影响 4/24
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 4/24 4B20型离心泵的特性曲线 N=2900 r/min η η 离心泵在一定转速下有一最高效率点,称为设计点。 离心泵的工作范围称为泵的高效率区。通常为最高效率的 92%左右 ，离心泵最好在此范围内工 作。 A − 最高效率点，称为设计点。泵在最高效率相对应的流量及压头下工作最为经济，所以与最 高效率点对应的 Q.H.N 称为最佳工况参数。离心泵的铭牌上标出的性能参数就是指该泵在运行时效 率最高点的状况参数，根据输送条件的要求，离心泵往往不可能正好在最佳状况点上运转，因此一 般只能规定一个工作范围，称为泵的高效率区，通常为最高效率的 92%左右，如图中波折线所示的 范围。 究竟离心泵的特性曲线是如何作出来的请看例题 ： 当转速为 min 2900 r 控制阀门 Q1 = 0 H1 N1 1 Q2 H2 N2 2 Q3 H3 N3 3 联接以上各点，即得该泵在固定转速之下的特性曲线。 三、离心泵性能的改变和换算 泵的生产部门所提供的离心泵特性曲线一般都是在一定转速和常压下，以常温的清水为例作实 验测得的。 若输送的液体物理性质（密度和粘度）或泵的转速或叶轮直径改变，泵的性能参数及生产部门 所提供的泵的特性曲线应当重新换算。 1、 密度的影响 ① 对 H 的影响 离心力 F m R 2 = m = V .m .F p （出口静压强 ） 则又 H g p = 对 H 无影响
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 FR=Cm=CVpg H=P-CrPg=CV ②对Q的影响P-AA 离心泵的流量取决于离心泵叶轮直径和离心泵的转速与流体密度无关 Ne hPg ③对n的影响 mN Hpg=7密度对效率无影响。 ④对N的影响N OHp p个N个 102 2、粘度的影响 被输送的液体粘度若大于常温下清水的粘度,则泵体内部的能量损失增大、泵的压头、流 量要减少,(H与Q一致HQ↓,效率下降;轴功率增大,即泵的特性曲线发生改变。 OpgH (∵n=N DHP N 102n 当输送液体的运动精度υV、,<0cst]无须换算。 当υ>20[cst]时,离心泵的性能需按下式进行换算,即:Q=CoQH'=CnH 7=Cn式中: Q、H、n--离心泵输送水时的流量、压头、效率; Q"、H'、n-—离心泵输送其它粘性液体的流量、压头、效率; Co、Cn、Cn——流量、压头、效率的换算系数 3、离心泵的转速影响(其推导参考大连化学工业学校,湖北省工业技术学校合编1966年版 泵和压缩机》P12利用相似定律推导出来的)。 当液体的粘度不大且泵的效率不变时,泵的流量、压头、轴功率与转速的近似关系为当 泵的转速变化小于20%时,用离心泵比例定律换算偏差不大。 比例定律 o2 n2 H N 式中:Q1、H1、N1一转速为n1时的泵的性能参数; Q2、H2、N2-转速为n2时的泵的性能参数
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 5/24 ② 对 Q 的影响 Cm CV g A R v m A F p = = = = 2 C V g CV g g p H = = = 离心泵的流量取决于离心泵叶轮直径和离心泵的转速与流体密度无关。 ③ 对 的影响 = = = QH g QH g N Ne 密度对效率无影响。 ④ 对 N 的影响 102 QH N = .N 2、 粘度的影响 被输送的液体粘度若大于常温下清水的粘度，则泵体内部的能量损失增大、泵的 压头、流 量要减少,（ H 与 Q 一致 H .Q ），效率下降;轴功率增大,即泵的特性曲线发生改变。 （ N QgH = ∴ 102 QH N = N ）。 当输送液体的运动粘度 ( ) = <20[cst]无须换算。 当 >20[cst]时，离心泵的性能需按下式进行换算，即： Q' = CQQ H' = CH H ' = C 式中： Q 、 H 、 ——离心泵输送水时的流量、压头、效率； Q'、 H'、'——离心泵输送其它粘性液体的流量、压头、效率； CQ 、CH 、C ——流量、压头、效率的换算系数。 3、 离心泵的转速影响 （其推导参考大连化学工业学校，湖北省工业技术学校合编 1966 年版 《泵和压缩机》 p132 利用相似定律推导出来的）。 当液体的粘度不大且泵的效率不变时，泵的流量、压头、轴功率与转速的近似关系为 当 泵的转速变化小于 20%时，用离心泵比例定律换算偏差不大。 比例定律: 2 1 2 1 n n Q Q = 2 2 1 2 1 = n n H H 3 2 1 2 1 = n n N N 式中： Q1 、 H1、 N1——转速为 1 n 时的泵的性能参数； Q2 、 H2 、 N2——转速为 2 n 时的泵的性能参数