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1、1,2-1 离心泵构造、原理,一、构造和原理,1、离心泵的构造：,第二章 离心泵,2,2、离心泵的工作原理,流体在泵内都获得了什么能量？ 其中那种能量占主导地位？,思考：,常压流体,高速流体,高压流体,灌满液体,叶轮旋转,离心力甩出液体,蜗壳内进行能量的转换,流体被压出,叶轮中心形成一定的真空度,在压力差的作用下流体被压入泵内,3,泵启动前为什么要灌满液体？,思考：,液体未灌满,气液,离心力甩不出气体,叶轮中心的真空度不够,吸不上液体,泵无法正常工作,未灌满 底阀漏液 其它地方泄漏,4,二、主要部件,作用是将原动机的机械能传给液体，使液体的静压能和动能均有所提高,1、叶轮：,结构形状分为三种,
2、思考：三种叶轮中哪一种效率高？,5,但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象,思考：三种叶轮中哪一种效率高？,闭式叶轮的内漏较弱些，敞式叶轮的最大,泵内液体泄漏,6,2、泵壳（蜗壳形）,思考：泵壳的主要作用？,能量转换装置,汇集液体，并导出液体,Why?,A ,p,u,7,三、离心泵分类,8,四、离心泵特点,9,2-2 离心泵的叶轮理论,液体从离心泵叶轮获得能量从而提高了其压强,10,一、离心泵简化假设,叶轮内叶片的数目为无穷多，且叶片厚度不计,理论压头：理想情况下单位重量液体所获得的能量称为 理论压头，用H表示。表示理想叶轮参数,流体为理想液体,问：由 、 可以得出什么结果？,由 液体在泵内无
3、液体摩擦阻力损失,由 流体与叶片的相对运动的运动轨迹可视为与叶 片形状相同,第5周完（机自）-10.10,11,圆周运动速度,相对运动速度,绝对运动速度,液体的复合运动,随叶轮做旋转运动,叶轮内由里向外做相对运动,二、离心泵的液流速度三角形,1.液体质点在叶轮内的运动,12,2.离心泵的液流速度三角形,圆周速度u：流体随叶轮作圆周运动的速度 相对速度w：流体在叶轮内作相对于叶轮运 动的速度 绝对速度c：流体相对于泵壳所作的绝对运动的速度,三种 速度,三种速度组成速度三角形，其间的关系为：,液体质点的三种速度,第5周周3（卓越）-10.8,13,速度三角形中的三种角,角：绝对速度c与圆周速度u之
4、间的夹角； 角：相对速度w与圆周速度u反方向之间的 夹角，以上两角又称为液力角或流动角； y（或k）角：叶片中线或骨线的切线与圆周速度u反方向之间的夹角，又称为叶片安装角或结构角,三种角,当 = y （或k）即流动角等于叶片安装角时，液体沿叶片形线运动，无冲击损失,此时所做的速度三角形称为:无冲击速度三角形。,第3周完(9.28),14,速度三角形中几种速度的计算,叶片数无限，流体相对速度一定与叶片表面相切,设计时 ，一般都是使设计流量下的,叶轮出口：,叶轮进口：,特别说明参数符号的右下角标代表的含义： 右下角标为1、2分别代表叶轮叶片的入口或出口参数； 右下角标为r、u分别代表沿径向或沿周向
5、的参数。,15,三、基本能量方程式(Euler方程),设单位时间内流过叶轮流道液体的理论体积流量为Qi，液体密度为，则,叶片进口处的动量矩为Qic1 R1cos1 叶片出口处的动量矩为Qic2R2cos2 作用在理想叶轮轴上的理论力矩为M ,16,动量矩定理：单位时间内流体从一个断面流到另一个断面动量矩的变化量（即动量矩的变化率）等于作用在这两断面间流体上的合外力矩。,因,叶轮传给液体的功率为,又因,所以,基本能量方程式(Euler方程),H表示单位重量理想流体通过理想叶轮时获得的总压头,17,根据速度三角形并利用余弦定律,离心力的作用而增加的压力能,流道断面积使液体相对速度而增加的压力能,因
6、绝对速度的增大而增加的动能,18,设计时 ，一般都是使设计流量下的,离心泵理论压头的表达式，称为离心泵基本方程,讨论HQi的关系,表明了H与Qi、叶轮构造及尺寸（2y、R2、b2）之间的关系 。当离心泵转速和结构一定的条件下， HQi为一条斜直线。,对于离心泵来讲：,19,四、叶片形式分析,根据叶片的出口安装角2y的大小可将叶轮的形式分为三类：,1.叶片形式的分类,y,y,y,20,2.叶片形式对H 的影响,H,Q,2y90,H随Qi增加而线性的减小,当,时，H0，此时,当Qi=0时，,后弯叶片2y0， 2y越小，H越小,此时流体没有获得任何能量，这是后弯叶轮的最小极限角,21,前弯叶片 2y
7、90 ，ctg2y0，2y越大，H越大,径向叶片 2y=90 ，ctg2y=0,H随Qi增加而线性的增加。当Qi0时,当,时,此时全部为动压头，流体不能克服管路阻力，这是前弯叶轮的最大极限角,当2ymin增加到2ymax时，H由零增加到最大值。在这个范围内， 2y越大，液体获得的能量越多,22,这样，似乎可以得出结论：前弯叶轮压头大，效果好；而后弯叶轮压头小，效果差；径向叶轮压头居中，效果居中 这种结论不全面，因为还存在动压头和静压头的比例问题，而这个分配比例在考虑到流体的粘性时，却直接影响叶轮的运行效率等问题，这是工程中所十分关心的 因此，还须在讨论2y对H中的动压头和静压头比例的影响之后，
8、才能最终作出结论,23,3.叶片形式对静压Hst和动压Hd的影响,动压,静压,在进口和出口截面近似相等，稳定工况条什下(1 = 90) 可以认为c2r c1r=c1,则动压,反力度表示静压在总压中所占比值的大小，即,所以,24,后弯叶轮，因2ymin 2y 90， c2u u2 ，所以 0.51, 即叶轮总压中大部分为静压，因而效率较高，噪声较小。且和H st随2y的增加而减小,径向叶轮，因2y 90， c2u u2 ，所以 0.5, 即叶轮总压中有一半是H st,前弯叶轮，因2ymax 2y 90， c2u u2 ，所以 00.5, 即叶轮总压中小部分为H st ，由于动压比例较大，效率较低
9、，噪声较大。且和H st随2y的增加而减小,25,1）从叶片间流速看，前弯叶轮流道短，扩散度大，流动易分离，局部损失大；后弯叶轮流道长，变化均匀，流动不易分离，局部损失小 2）从叶片曲率看，前弯叶轮曲率大，迫使流体沿旋转方向抛出，运动方向变化大，流动损失大；后弯叶轮曲率小，损失小 3）从能量转化看，前弯叶轮动压头所占比例大，而实际中需要静压头克服管路阻力，而不需要高的动压头。因此，要把动压头在导叶或蜗壳中部分地转化为静压头。而能量转化总伴随损失，速度越高，损失越大,26,不同叶轮形式的比较,27,五、实际压头,H,Q,实际情况与理想情况的差别：,流体流动的阻力,实际压头始终小于理论压头,摩擦损
10、失,液体被叶轮甩 出冲向蜗壳,冲击损失,叶片并非无限多,流体非理想流体,轴向涡流 环流,28,环流系数K： 有限叶片数(Z)叶轮内，理想流体所获得的理论扬程Hi小于 无限叶片数叶轮内理想流体所获得的理论扬程的程度,29,六、泵的功率和效率,轴功率Nb:原动机传送给泵轴的功率,有效功率Ne：是指液体从叶轮获得的有效能量，Ne=QHg,有效功率Ne,N,轴功率Nb,指示功率Ni,电动机功率,指示功率(转化功率)Ni：泵轴传给叶轮的功率又全部转化为 液体能,原动机功率N：考虑超载和传动方式等因素的影响，选择的原动机功率,1、泵的功率,30,能量损失,2、泵内损失和效率,机械损失Nm,机械效率m 92
11、95,水力损失H,容积损失Q,填料和轴承的摩擦损失Nm1,圆盘摩擦损失Nm2,机械损失 Nm,叶轮旋转时，盖板表面及浸在液体中泵轴部 分与液体间产生的摩擦损失。占轴功率的210%,轴承和轴封损失相对其它损失来说较小， 约为轴功率的15% 。机械密封损失更小,31,容积效率v,内部泄漏损失：内部循环,外部泄漏损失：漏到外部,容积损失 Q,运动部件和固定部 件之间存在着间隙,泵的泄漏损失一般为410%,压力差,32,摩擦损失：由粘性和过流 部件形状及表面粗糙度,冲击损失：流动冲角c,水力损失 H,摩擦损失指：液体沿程阻力损失与局部阻力损失之和 沿程阻力损失和局部阻力损失都与v2成正比,冲击损失与流
12、动的冲角（叶轮流道中某点处的液力角与其结构角y的差值）有关。泵在设计流量工作时，液体进入叶片的入口液力角1等于叶片入口处的结构角1y，叶片入口冲角1c= 1 - 1y =0，无冲击损失。否则不论冲角正或者负都有冲击损失,离心泵的水力效率范围为9096%,在离心泵的叶轮叶片入口处，当液体的相对运动速度方向沿着叶片入口骨线或中线的切线方向流入时，此时离心泵入口处无液体流动冲击，也就无冲击损失。 故离心泵的无冲击条件为： 1 = 1y 或1c=0 注：此时入口速度三角形为无冲击速度三角形；对应的工况又称作设计工况或额定工况或无冲击工况。,33,离心泵的无冲击条件,34,总效率,泵的总效率等于机械效率
13、、容积效率和水力效率之积,离心泵总效率范围为7592%,泵的设计、制造、保养都会影响总效率,总效率,35,2-4离心泵的特性曲线及其应用,一、理论性能曲线,1. H Qi 性能曲线,理论性能曲线是指在一定转速下，理想流体流过理想叶轮时， 泵的压头H，效率与流量Qi的关系,Qi=0 H相等,H前最大 H后最小 H径不变,Qi0,第5周第1次课(10.10),36,2、NQi 性能曲线,N,Qi,前弯叶轮,径向叶轮,后弯叶轮,3、Qi性能曲线,前弯、后弯和径向三种叶轮的Qi都是一条平行于Qi的直线,37,二、实际特性曲线,实验测定 泵厂以20清水作为工质做实验测定性能曲线,由泵制造厂提供，供泵用户
14、使用,38,1、H Q 性能曲线,O,Q,理论性能曲线,考虑有限叶片数产生轴向涡流、环流,考虑水力损失,考虑泄漏损失,H,流量为零时的压头称为封闭压头,39,O,Q,H,陡降型曲线：2530斜度，压头波动大 而要求流量较稳定的场合,平坦型曲线： 8-12斜度，流量 变化较大而压头变化不大的场合,K,驼峰形曲线：K左边为不稳定工作区域， 右边为稳定工作区域。不稳定工作区域， 泵会发生喘振现象,40,2、Nb Q 性能曲线,当泵的流量为零时，泵的轴功率最小，为了保护原动机， 离心泵启动时应先将排出阀关闭,41,3、 Q 性能曲线, Q曲线中，有一最高效率点max 通常泵的额定工况点即最高效率点，又
15、称泵的设计工况点；最高效率的92%的区间称作泵的高效区。,92 max,O,Q,理论性能曲线,考虑机械损失,考虑摩擦损失,考虑冲击损失,考虑泄漏损失,max,高效区,42,4、液体性质对性能曲线的影响,液体的密度,液体的粘度,液体性质,H、Q和一般不变,H、Q和都发生变化,液体的温度,影响液体密度和粘度,转速不变,H-Q随粘度增加而下降,Nb-Q随粘度增加而上升,-Q随粘度增加而下降,43,2-5 相似定律和比转数,一、相似定律,（一）相似条件,1、几何相似,几何相似指模型泵（脚标“m” ）和实型泵（脚标“ p ” ） 各对应部分的几何尺寸成比例，各对应角相等，叶片数 相同。,Zm=Zp=Z,44,2、运动相似,运动相似指模型泵和实型泵各对应点上的液体质点的同名速度 方向相同，大小成比例，即各对应点的速度三角相似。,3、动力相似,动力相似指模型泵和实型泵中各对应点的液体质点所受的各种力 方向相同，大小成比例，比值相等,45,在泵内的有压流动中，对流动起主要作用的是惯性力和粘性力， 因而只须考虑这两个力相似，即实型和模型的Re相等即可,实验证明，在雷诺数Re105的情况下(水等低强
