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1、第一节 泵的概述 第二节 离心泵的装置及分类 第三节 离心泵的基本原理 第八节 离心泵的主要零部件 第四节 离心泵的性能曲线及其确定 第五节 离心泵的汽蚀 第六节 离心泵的运转 第七节 离心泵的选择 第九节 离心泵的操作及故障排除,第一章 离心泵,离心泵的认知、 原理、结构分析,离心泵的操作运 行安装、维修,本章学习指导,1 本章学习的目的 通过学习掌握工业上最常用的液体输送机械离心泵的基本结构、工作原理及操作特性，以便根据生产工艺的要求，合理地选择和正确地使用输送机械，以实现高效、可靠、安全的运行。 2 本章应掌握的内容 本章应重点掌握离心泵的工作原理、操作特性及其选型。 3 本章学习中应注
2、意的问题 在学习过程中，加深对流体力学原理的理解，并从工程应用的角度出发，达到经济、高效、安全地实现流液体输送。,第一节 泵的概述,一、在石油化工工业中的地位： 概念：输送液体的机械叫做泵，泵的作用是为液体提供外加能量，提高液体的压强，以便将液体由低处送往高处或送往远处。 地位：占有极为重要的地位，是保证石油化工连续、安全生产的重要机器之一，应用很广泛。,二、泵的分类： 1、按工作原理分：见书（第4页） （1）叶片泵：借助于高速旋转的叶轮使流体获得能 量。包括离心式、轴流式、混流式 （2）容积式：利用活塞或转子的挤压使流体升压以获得能量。包括往复式、旋转式输送机械 （3）流体作用式：依靠能量转
3、换原理以实现输送流体任务。如喷射泵 2、按泵的用途分：供料泵、循环泵、成品泵、高温和低温泵、废液泵、特殊用泵等。,三、泵的特点及应用范围,离心泵主要适用于大 中流量和中等压力场合； 往复泵主要适用于小流量 和高压场合；转子泵和漩 涡泵则适用于小流量和高 压的场合。,其中离心泵具有适用 范围广、结构简单及运 转可靠等优点，广泛应 用。,第二节 离心泵的装置及分类,一、离心泵的装置,包括叶轮和泵轴的旋转部件 :平衡盘、推力盘、联轴器、套筒、紧圈、固定环 由泵壳、填料函和轴承组成的静止部件：吸气室、扩压器、弯道、回流器,离心泵由两个主要部分构成：,结构 主要工作部件是叶轮和泵壳。叶轮通常是由57个弧
4、形叶片和前、后圆形盖板所构成。叶轮用键和螺母固定在泵轴的一端。固定叶轮用的螺母通常采用左旋螺纹，以防反复起动因惯性而松动。 轴的另一端穿过填料箱伸出泵壳，由原动机带动。泵壳呈螺线形，亦称螺壳或蜗壳。,二、离心泵的分类： 1、按叶轮吸入方式分： （1）单吸式离心泵：只有一个吸入口，应用广泛。 Q=4.5300m/h，H=8150m （2）双吸式离心泵：有两个吸入口同时吸液。Qmax=2000m/h，H=10110m 2、按级数分类： （1）单级离心泵：只有一个叶轮，应用广泛，扬程低。 （2）多级离心泵：有两个以上叶轮。一般为单吸式，H=100650， Q=5720m/h 。 3、按扬程分类：低压
5、离心泵（H100m) 4、按泵的用途和输送液体性质分类：清水泵、泥浆泵、酸泵、碱泵、油泵、砂泵、低温泵、高温泵、屏蔽泵等。,3,3,3,第三节 离心泵的基本原理,一、离心泵的基本性能参数：,1.流量（Q） : 离心泵在单位时间送到管路系统的液体体积，常用单位为L/s或m3/h； 2.扬程（H） ：离心泵对单位重量的液体所能提供的有效能量，其单位为m；应当注意，不要把扬程和升扬高度等同起来。用泵将液体从低处送到高处的高度，称为升扬高度。升扬高度与泵的扬程和管路特性有关，泵运转时，其升扬高度值一定小于扬程 3.效率（） ：由原动机提供给泵轴的能量不能全部为液体所获得，通常用效率来反映能量损失； 4
6、.轴功率（N）： 指离心泵的泵轴所需的功率，单位为W或kW。泵的轴功率N大于泵的有效功率N效 5.允许吸上真空高度及允许汽蚀余量：后续,二、离心泵的工作原理：,泵壳内必须先充满液体， 否则，易出现“气缚”现象。,原动机 ： 轴 叶轮，旋转,离心力,中心,动能,高速离开叶轮,外围,静压能,叶片间液体:, 液体被做功,吸上原理：,先将液体注满泵壳，叶轮高速旋转，将液体甩向叶轮外缘，产生高的动能，由于泵壳液体通道设计成截面逐渐扩大的形状，高速流体逐渐减速，由部分动能转变为静压能，即流体出泵壳时，表现为具有高压的液体。在液体被甩向叶轮外缘的同时，叶轮中心液体减少，出现负压（或真空），则常压液体不断补充
7、至叶轮中心处。于是，离心泵叶轮源源不断输送着流体。 何以得名离心泵，因为叶轮旋转过程中，产生离心力，离心力产生高速度。,气缚现象,离心泵在启动前要灌满液体，以排出泵内的空气。 如果离心泵在启动前壳内充满的是气体，则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度，即：泵内存在空气，由于空气的密度远远小于液体，则产生的离心力小，不能将空气甩出去，使泵壳内形不成足够的真空度，不能吸液。这样槽内液体便不能被吸上。这一现象称为气缚。,防止方法： （1）吸入管末端安装单向底阀。 底阀上装有滤网。 （2）启动前灌泵。,三、离心泵的理论扬程 先分析液体在叶轮中的流动情况 再建立扬程方程式 后分析其规律得
8、到管理（提高扬程）的要点,1.液体在叶轮中的运动情况及速度三角形,为简化液体在叶轮内的复杂运动，作两点假设： 叶轮内叶片的数目为无穷多理性叶片，即叶片的厚度为无限薄，从而可以认为液体质点完全沿着叶片的形状而运动，亦即液体质点的运动轨迹与叶片的外形相重合； 输送的是理想液体，由此在叶轮内的流动阻力可忽略。,* 相对运动速度：它是以与液体一起作等角速度的旋转坐标为参照系，液体质点沿叶片从叶轮中心流到外缘的运动速度，即相对于旋转叶轮的相对运动速度。 * 绝对运动速度c：它是以固定于地面的静止坐标作为参照系的液质点的运动，称为绝对运动，绝对运动速度用c表示。,三者关系：,速度三角形如图示：三个速度构成
9、了速度，表示c与u之间的夹角，表示与u反方向延长线之间的夹角，称为流动角，其大小与叶轮的结构有关。根据余弦定理，则：,液体质点在叶轮内的速度有三个： * 圆周运动速度u：叶轮带动液体质点作圆周运动的速度，,若将c分解为径向分量Cr和圆周分量Cu， 则分别为：,（得出的公式结论将在后面用）,则：,2、离心泵的基本方程： 离心泵叶轮通过叶片传给液体的能量与液体的流动状态有关，即与速度三角形有关。 对于理想液体通过理想叶轮时，按照基本能量方程中动量矩定理可知，单位时间内质点 系对某轴的动量矩变化，等于在同一时间内作用于该质点系的所有外力对同轴的力矩， 得出：,符号下加角标1者， 指叶轮进口的参数，
10、加下角标2者， 指在叶轮出口的参数。,该方程即为离心泵基本方程，也称欧拉方程。不仅适用于离 心泵，且适用于离心式风机、离心式压缩机，是离心机械通用的 基本方程,对欧拉方程式的分析,欧拉方程I式,在离心泵设计中，为提高理论压头，一般使190 （液体径向进入叶片间通道），cos10 即液体进入叶轮流到时无预旋,欧拉方程I式,又根据进出口速度三角形，根据余弦定律，可推导出欧拉II式,Hp（静压头）,Hc(动压头),离心力的作用下叶轮旋转所增加的静压头,叶片间通道面积逐渐加大使液体的相对速度减少所增加的静压头,液体流经叶轮后所增加的动压头（在蜗壳中其中一部分将转变为静压能）,Hp用于克服装置中的流阻、
11、液位差和反压。要求Hp大于这三者之和。,Hc表现为液流的绝对速度增加。要求Hc不宜过大，因为Hc大流阻大。, 根据速度三角形,c2u= c2cos2 =u2 cr2ctg 2,w2,2,c2,u2,cr2,c2u,2,将上两式代入欧拉方程II式后，得：,设叶轮的外径为D2，叶轮出口处的宽度为b2，理论流量QT =cr2A ，则：,2,称为离心泵的基本方程式,3、有限叶片叶轮的理论扬程 实际叶轮的叶片是有限的，液体在两叶片间流动时，除沿叶片由内向外流动以外，还有轴向涡流，叶片间的流道越宽，涡流就越严重，由于涡流的影响，液体经实际叶轮所获得的理论扬程小于实际扬程，引入环流系数K：,Ht=Kht,K
12、与叶片数目、叶轮外径之比、叶片进出口安装角、叶片长度及宽度、液体 黏度等因素有关，一般在0.60.9，叶片数越多，K值越大。,4、叶片离角对理论扬程的影响,）后弯叶片（叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相反）,）径向叶片,）前弯叶片,静压小、动压大、噪音大、效率低、能量转换中损失大、适宜风机工况。,介于后弯叶片与前弯叶片之间。,对叶片出口角2的讨论：,静压大、动压小、噪音小、效率高、工作平稳、不会过载。,比较以上三种情况: 1)尺寸和n相同的离心泵，在Q相同时，2（前弯）越大，H越高 2)表面上，以用前弯叶片为宜,实际中，考虑到各种损失，多用后弯叶 3) Ht与所运送流体的性质无关 。,1.扬程主要取
13、决于叶轮的直径和转速 泵的封闭扬程 (Q=0) 的理论值为: Htmax=u2g， 要提高H，必须增大D2或提高n， D2关系到泵的外廓和重量，n受限于泵的汽蚀性能。离心泵n一般不超过800010000rmin，单级泵的H通常不超过150m。 2.离心泵的扬程随流量而变，并与叶片出口角有关（弯曲方向） 。 当用径向叶片，即2=90时,即H与Q无关； 当用后弯叶片，即2 0，Q增大则Ht减小；(水泵) 当用前弯叶片，即2 90时，Q增大则Ht增加。（风机） 3、离心泵的理论扬程与所输送的液体的性质无关。输送不同流体时，因密度不同，则所产生的吸排压差p=gH和功率P=gQH/也是不同的 如果泵内是
14、空气，空气密度仅为水的1800左右，泵能在吸排口间造成的压差就很小。例如H为100m的水泵，其排送空气时达到同样的H气，此时，它只能在吸排口间产生1.268kPa的压差，在大气压下这只能将水吸上约12.9cm高。,根据上图（叶片出口角对理论扬程的影响）和扬程方程式，我们可以得出以下结论：,四、离心泵实际扬程的计算： 实际扬程不能进行精确计算，和理论值差异很大，在工程中确定离心泵的扬程有两种情况： 1、管路系统所需实际扬程的计算： 2、实验装置对离心泵实际扬程的计算：,五、离心泵的性能曲线,离心泵的定速特性曲线：在既定的转速下，离心泵的扬程、功率、效率等参数与流量的函数关系曲线称之。通常，离心泵
15、的特性曲线由制造厂附于泵的样本或说明书中，是指导正确选择和操作离心泵的主要依据。 1. H-Q曲线：表示泵的压头与流量的关系 2. N-Q曲线：表示泵的轴功率与流量的关系 3.-Q曲线：表示泵的效率与流量的关系 离心泵性能曲线可以用理论分析和实验测定两种方法绘制 1、理论分析法：依据离心泵基本方程将扬程、流量、功率、效率之间的关系绘制出来并研究讨论性能参数之间变化规律的方法。称为理论性能曲线，能够定性得出参数之间的关系。但是离心泵内部存在各种损失，使得实际与理论之间存在明显差别； 2、实验测定法：在实际应用时均是利用实验的方法绘制离心泵的性能曲线，装置如图,最高效率点为工作点,一、Q-H曲线：
16、离心泵都用后弯叶片，其Q-H曲线趋势下倾。由于叶片出口角的不同，曲线形状可分为三类： 平坦型、徒降型、驼峰型三种,1.陡降形(高比转数) 1)叶片出口角较小，H变化时Q变化较小 2)用于H变动又不希望Q变化的场合(舱底水泵压载泵等),Q-H,Q-,Q-P,Q-hr,2.平坦形(中低比转数泵) 1）叶片出口角稍大，H变化时Q变化较大 2)用于那些经常需要调节Q而又不希望节流损失太大的场合(凝水泵、锅炉给水泵)。 3.驼峰形 1）叶片出口角较大 2）其Q一H曲线就比较平坦，而在小Q时撞击损失又大，于是QH曲线就会出现驼峰。 3）有驼峰形QH曲线的泵，工作时可能发生喘振 4）应尽量避免使用 5）适当限制叶片出口角和叶片数，即可避免出现驼峰,二、Q-N曲线向上倾斜，即轴功率随Q增大而增加。 在Q=0时，轴功率最小（3550 ），这时泵的H(亦称封闭扬程)也不很高。泵关闭排出阀起动电流较低，可减小电网电压的波动，但封闭运转时，效率为零
