离心泵的主要性能参数和特性曲线1.离心泵的主要性能参数
OPL单点课培训(离心泵性能参数)
OPL （十分钟教育）
培训班组 授课人员 □设备原理 □设备构造 □设备操作 □故障判断 □事故学习 □应急预案
培训时间
受教育人签名
分类 √设备原理课题
离心泵性能参数
一、离心泵的主要性能参数：
1.流量： 离心泵的流量是指泵在单位时间内所排出的液体量。
体积流量一般用Q 表示，其单位m 3/h.
2.扬程：单位重量的液体，从离心泵进口到泵出口的能量增值称为离心泵的扬程或压头一般用符号H 表示，单位为N ﹒m/N, 3转速：离心泵的转速是指泵叶轮每分钟的转数，用符号n 表示，单位为 r/min. 4.功率和效率：离心泵功率是指轴功率，即原动机传给泵叶轮轴的功率，用符号N 表示，单位kW 。
离心泵每分钟对排出液体所做功称为离心泵有效功率。
离心泵效率是泵有效功率与轴功率之比值。
二、离心泵的性能曲线：水泵的特性曲线与管道系统的阻力特性曲线相交点，称为水泵工作点。
离心泵的特性曲线有：（1）流量与扬程的关系曲线，即0一H 曲线；（2）流量与功率的关系曲线，即0一N 曲线；（3）流量与泵效率关系曲线，即0一η曲线。
三、阀门流量调节：阀门调节时，泵装置工况点的改变情况。
图中工况点A 点表示阀门全开时，该装置的极限工况点。
随着控制阀门的逐渐关小，管路局部阻力增加，即S 值增大，管路系统特性曲线变陡，水泵装置的工况点逐步向左移至B 点、C 点等，出水量减少。
当阀门全关时，相当于S 无限大，流量Q=0，此时，管路系统特性曲线与纵坐标重合。
所以，通过改变控制阀门的开启度，就可以使得水泵的工况点从空载工况点到极限工况点连续变化，达到控制流量的目的。
离心泵基础知识
（三）、离心泵的分类
离心泵的种类很多，分类方法常见的有以下几种方式 ： 1、按叶轮吸入方式分：（1）单吸式离心泵；如图所示
（2）双吸式离心泵；如图所示
2、按叶轮数目分：
（1）单级离心泵 泵中只有一个叶轮，单级离 心泵是一种应用广泛的泵。由于液体在泵内只 有一次增能，所以扬程较低。 （2）多级离心泵 具有两个或两个以上叶轮的 离心泵称为多级离心泵。级数越多压力越高。 图所示为一台分段式离心水泵，这种泵的叶轮 一般为单吸式。
叶轮 结构图
2．泵轴
离心泵的泵轴的主要作用是传递动力，支承叶轮保持在 工作位置正常运转。它一端通过联轴器与电动机轴相连， 另一端支承着叶轮作旋转运动，轴上装有轴承、轴向密 封等零部件。 泵轴属阶梯轴类零件，一般情况下为一整体。但在防 腐泵中，由于不锈钢的价格较高，有时采用组合件。接 触介质的部分用不锈钢，安装轴承及联轴器的部分用优 质碳素结构钢，不锈钢与碳钢之间可以采用承插连接或 过盈配合连接。由于泵轴用于传递动力，且高速旋转， 在输送清水等无腐蚀性介质的泵中，一般用45#钢制造， 并且进行调质处理。在输送盐溶液等弱腐蚀性介质的泵 中，泵轴材料用40Cr，且调质处理。在防腐蚀泵中，即 输送酸、碱等强腐蚀性介质的泵中，泵轴材质一般为 1Crl8Ni9或1Crl8Ni9Ti等不锈钢。
（一）、离心泵转子
转子是指离心泵的转动 部分， 它包括叶轮、泵轴、轴 套、轴承等零件；如图 所示。
1、叶轮
叶轮是离心泵的做功零件，依靠它高速旋转对液体做功而 实现液体的输送，是离心泵重要零件一。 按结构形式，叶轮可分为以下三种。 (1)闭式叶轮叶轮的两侧均有盖板，盖板间有4—6个叶片， 如图1—10 (a)所示。闭式叶轮效率较高，应用最广，适用 于输送不含固体颗粒及纤维的清洁液体。闭式叶轮有单吸 和双吸两种类型。双吸叶轮如图1—11所示，适用于大流 量泵，其抗汽蚀性能较好。如图1—10 (b)。这种叶轮结构 简单，制造容易，但效率低，适用输送含较多固体悬浮物 或带纤维体。 (3)半开式叶轮这种叶轮只有后盖板，如图1—10 (c)所示。 它适用于输送易于沉淀或含固体悬浮物的液体，其效率介 于开式和闭式叶轮之间。
流体流动阻力及离心泵特性曲线测定
流体流动阻力及离心泵特性曲线测定一．实验目的：1.通过实验学习直管阻力、直管摩擦系数的测定方法，理解并掌握流体流经直管时摩擦系数与雷诺数Re的关系。
2.学习局部阻力、局部阻力系数ζ的测定方法。
3.通过实验理解离心泵的工作原理和操作方法，加深对离心泵性能的了解。
4.掌握管路特性曲线的测量方法。
二．实验原理：1.流体流动阻力流体在管路中流动时，由于内摩擦力和涡流的存在，不可避免的引起能量的损失。
其损失主要有直管阻力损失和局部阻力损失。
（1）直管阻力损失流体在水平等径直管中稳定流动时，其阻力损失为：h f= ΔP f/ρ=(p1-p2)/ρ=λ(L/d)(u2/2) (3-1)λ=2dΔP f/ρLu2 (3-2)式中 h f——单位质量流体流经Lm直管的机械损失，J/kg;流体流经Lm直管的压降，Pa；λ——直管阻力摩擦系数，量纲为1；d——直管内径，m；ρ——流体密度，kg/m3L——直管长度，m；u——流体在管内流动的平均流速，m/s。
层流时，λ=64/Re (3-3)Re=duρ/μ (3-4)式中 Re——雷诺数，量纲为1；μ——流体黏度，Pa*s。
湍流时λ既随雷诺数Re变化，又随相对粗糙度（ε/d）变化，情况比较复杂，需由实验确定。
由式（3-2）可知，欲测定λ，需确定L、d、ρ、μ,并测定ΔP f、u等参数。
L、d为装置参数（表格中给出)，ρ、μ通过测定流体温度，再查相关手册而得，u可通过测定流体流量，再由流量方程计算得到。
采用U形管液柱压差计得：ΔP f=（ρ0-ρ）gR (3-5) 式中 R——柱液高度，m；ρ0——指示液密度，kg/m3根据实验装置结构参数L、d，指示液密度ρ0，流体温度t（用于查取流体物性ρ、μ）及实验时测定的流量Vs、液柱压差计得读数R，再通过（3-5）确定ΔP f、式（3-2)确定Re,用式（3-2）求取λ，再将Re和λ的关系绘制在对数坐标图上，从而揭示出不同流动形态的λ——Re关系。
离心泵基础知识
图2-1 离心泵活页轮2-2 离心泵离心泵结构简单,操作容易,流量均匀,调节控制方便,且能适用于多种特殊性质物料,因此离心泵是化工厂中最常用的液体输送机械;近年来,离心泵正向着大型化、高转速的方向发展;2.2.1 离心泵的主要部件和工作原理一、离心泵的主要部件1．叶轮叶轮是离心泵的关键部件,它是由若干弯曲的叶片组成;叶轮的作用是将原动机的机械能直接传给液体,提高液体的动能和静压能;根据叶轮上叶片的几何形式,可将叶片分为后弯、径向和前弯叶片三种,由于后弯叶片可获得较多的静压能,所以被广泛采用;叶轮按其机械结构可分为闭式、半闭式和开式即敞式三种,如图2-1所示;在叶片的两侧带有前后盖板的叶轮称为闭式叶轮c 图；在吸入口侧无盖板的叶轮称为半闭式叶轮b 图；在叶片两侧无前后盖板,仅由叶片和轮毂组成的叶轮称为开式叶轮a 图;由于闭式叶轮宜用于输送清洁的液体,泵的效率较高,一般离心泵多采用闭式叶轮;叶轮可按吸液方式不同,分为单吸式和双吸式两种;单吸式叶轮结构简单,双吸式从叶轮两侧对称地吸入液体见教材图2－3;双吸式叶轮不仅具有较大的吸液能力,而且可以基本上消除轴向推力;2．泵壳泵体的外壳多制成蜗壳形,它包围叶轮,在叶轮四周展开成一个截面积逐渐扩大的蜗壳形通道见图2－2;泵壳的作用有：①汇集液体,即从叶轮外周甩出的液体,再沿泵壳中通道流过,排出泵体；②转能装置,因壳内叶轮旋转方向与蜗壳流道逐渐扩大的方向一致,减少了流动能量损失,并且可以使部分动能转变为静压能;若为了减小液体进入泵壳时的碰撞,则在叶轮与泵壳之间还可安装一个固定不动的导轮见教材图2-4中3;由于导轮上叶片间形成若干逐渐转向的流道,不仅可以使部分动能转变为静压能,而且还可以减小流动能量损失;注意：离心泵结构上采用了具有后弯叶片的叶轮,蜗壳形的泵壳及导轮,均有利于动能转换为静压能及可以减少流动的能量损失;3．轴封装置离心泵工作时是泵轴旋转而泵壳不动,泵轴与泵壳之间的密封称为轴封;轴封的作用是防止高压液体从泵壳内沿间隙漏出,或外界空气漏入泵内;轴封装置保证离心泵正常、高效运转,常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种;二、离心泵的工作原理装置简图如附图;1．排液过程离心泵一般由电动机驱动;它在启动前需先向泵壳内灌满被输送的液体称为灌泵,启动后,泵轴带动叶轮及叶片间的液体高速旋转,在惯性离心力的作用下,液体从叶轮中心被抛向外周,提高了动能和静压能;进而泵壳后,由于流道逐渐扩大,液体的流速减小,使部分动能转换为静压能,最终以较高的压强从排出口进入排出管路;2．吸液过程当泵内液体从叶轮中心被抛向外周时,叶轮中心形成了低压区;由于贮槽液面上方的压强大于泵吸入口处的压强,在该压强差的作用下,液体便经吸入管路被连续地吸入泵内;3．气缚现象当启动离心泵时,若泵内未能灌满液体而存在大量气体,则由于空气的密度远小于液体的密度,叶轮旋转产生的惯性离心力很小,因而叶轮中心处不能形成吸入液体所需的真空度,这种虽启动离心泵,但不能输送液体的现象称为气缚;因此,离心泵是一种没有自吸能力的液体输送机械;若泵的吸入口位于贮槽液面的上方,在吸入管路应安装单向底阀和滤网;单向底阀可防止启动前灌入的液体从泵内漏出,滤网可阻挡液体中的固体杂质被吸入而堵塞泵壳和管路;若泵的位置低于槽内液面,则启动时就无需灌泵;2.2.2 离心泵的主要性能参数和特性曲线一、离心泵的主要性能参数离心泵的性能参数是用以描述一台离心泵的一组物理量1． 叶轮转速n ：1000～3000rpm ；2900rpm 最常见;2． 流量Q ：以体积流量来表示的泵的输液能力,与叶轮结构、尺寸和转速有关;泵总是安装在管路中,故流量还与管路特性有关;3． 压头扬程H ：泵向单位重量流体提供的机械能;与流量、叶轮结构、尺寸和转速有关;扬程并不代表升举高度;一般实际压头由实验测定;4． 功率：1有效功率e N ：指液体从叶轮获得的能量——g HQ N e ρ=；此处Q 的单位为m 3/s2轴功率N ：指泵轴所需的功率;当泵直接由电机驱动时,它就是电机传给泵轴的功率;5． 效率η：由于以下三方面的原因,由电机传给泵的能量不可能100%地传给液体,因此离心泵都有一个效率的问题,它反映了泵对外加能量的利用程度：N N e /=η①容积损失；②水力损失；③机械损失;二、离心泵的特性曲线从前面的讨论可以看出,对一台特定的离心泵,在转速固定的情况下,其压头、轴功率和效率都与其流量有一一对应的关系,其中以压头与流量之间的关系最为重要;这些关系的图形称为离心泵的特性曲线;由于它们之间的关系难以用理论公式表达,目前一般都通过实验来测定;包括H ～Q 曲线、N ～Q 曲线和η～Q曲线;图2-3 某种型号离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线一般由离心泵的生产厂家提供,标绘于泵的样本或产品说明书中,其测定条件一般是20℃清水,转速也固定;典型的离心泵性能曲线如图2-3所示;1．讨论1 从H ～Q 特性曲线中可以看出,随着流量的增加,泵的压头是下降的,即流量越大,泵向单位重量流体提供的机械能越小;但是,这一规律对流量很小的情况可能不适用;2 轴功率随着流量的增加而上升,流量为零时轴功率最小,所以大流量输送一定对应着大的配套电机;另外,这一规律还提示我们,离心泵应在关闭出口阀的情况下启动,这样可以使电机的启动电流最小,以保护电机;3 泵的效率先随着流量的增加而上升,达到一最大值后便下降;但流量为零时,效率也为零;根据生产任务选泵时,应使泵在最高效率点附近工作,其范围内的效率一般不低于最高效率点的92%;4 离心泵的铭牌上标有一组性能参数,它们都是与最高效率点对应的性能参数,称为最佳工况参数;三、离心泵特性的影响因素1．液体的性质：1 液体的密度：离心泵的压头和流量均与液体的密度无关,有效功率和轴功率随密度的增加而增加,这是因为离心力及其所做的功与密度成正比,但效率又与密度无关;2 液体的粘度：若粘度大于常温下清水的粘度,则泵的流量、压头、效率都下降,但轴功率上升;所以,当被输送流体的粘度有较大变化时,泵的特性曲线也要发生变化;2．转速离心泵的转速发生变化时,其流量、压头、轴功率和效率都要发生变化,泵的特性曲线也将发生变化;若离心泵的转速变化不大小于20％,则可以假设：①转速改变前后液体离开叶轮处的出口速度三角形相似；②转速改变前后离心泵的效率不变;从而可导出以下关系：1212n n Q Q =, 21212⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=n n H H , 31212⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=n n N N 比例定律 2-23．叶轮外径当泵的转速一定时,压头、流量与叶轮的外径有关;对于某同一型号的离心泵,若对其叶轮的外径进行“切割”,而其他尺寸不变,在叶轮外径的减小变化不超过5％时,离心泵的性能可进行近似换算;此时可以假设：1 叶轮外径变化前后,叶轮出口速度三角形相似；2 叶轮外径变化前后,离心泵的效率不变；3叶轮外径变化前后,叶轮出口截面积基本不变;从而可以导出以下关系：22''D D Q Q =, 22'2'⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=D D H H , 322''⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=D D N N 切割定律 2-3 与比例定律同样,要注意公式使用的条件;例2-1：以20o C 的水为介质,在泵的转速为2900r/min 时,测定某台离心泵性能时,某次实验的数据如下：流量12m 3/h,泵出口处压强表的读数为,泵入口处真空表读数为,轴功率为;若压强表和真空表两测压口间垂直距离为,且泵的吸入管路和排出管路直径相同;测定装置如附图;求：这次实验中泵的压头和效率;解：1泵的压头以真空表和压强表所在的截面为41－1'和2－2',列出以单位重量为衡算基准的伯努利方程,即其中,2121,4.0u u m z z ==-,p 1=×104Pa 表压, p 2=×105Pa 表压因测压口之间距离较短,流动阻力可忽略,即H f1-2≈0；故泵的压头为：H ＝m 87.4081.91000107.2107.34.045=⨯⨯+⨯+2泵的效率581.010003.2360081.910001287.40=⨯⨯⨯⨯⨯==N g HQ ρη,即％;分析说明：在本实验中,若改变出口阀的开度,测出不同流量下的若干组有关数据,可按上述方法计算出相应的H 及η值,并将H-Q 、N-Q 、η-Q 关系标绘在坐标纸上,即可得到该泵在n ＝2900r/min 下的特性曲线;2.2.3 离心泵的工作点和流量调节一、管路特性曲线前面介绍的离心泵特性曲线,表示一定转速下泵的压头、功率、效率与流量的关系;在特定管路中运行的离心泵,其实际工作的压头和流量不仅取决于离心泵本身的特性,而且还与管路特性有关;即在泵送液体的过程中,泵和管路是互相联系和制约的;因此在讨论泵的工作情况前,应先了解管路特性;管路特性曲线表示液体通过特定管路系统时,所需的压头与流量的关系;如图所示的送液系统,若液体贮槽与受液槽的液面均维持恒定,输送管路的直径均一,在图2-4中1－1'和2-2'间列伯努利方程式,则可求得液体流过管路系统所需的压头即要求离心泵提供的压头,即：f e Hg p z H +∆+∆=ρ 2-4 该管路输送系统的压头损失可表示为：因 24d Q u e π=故 2-5式中 Q e －管路中液体流量,m 3/s ；d －管路直径,m ；L －管路长度,m ；λ－摩擦系数,无因次;式中L e 和ζ分别表示局部阻力的当量长度和阻力系数;对特定的管路系统,上式中等式右边各物理量中,除了λ和Q e 外,其它各物理量为定值;且)(e Q f =λ, 则)('e f Q f H = 2-6将上式代入,可得：)('e e Q f g p z H +∆+∆=ρ,即为管路特性方程; 2-7对特定的管路,且在一定条件下操作,则z 和g pρ∆均为定值,并令：K g p z =∆+∆ρ 2-8 若液体在管路中的流动已进入阻力平方区,则此时λ与Q e 无关,并令：B dd L L ge =∑+∑+⋅))(8(452ζλπ 2-9则可得特定管路的特性方程：2e e BQ K H += 2-10它表示在特定管路中输送液体时,在管内流动处于高度湍流状态下,管路所需的压头H e 随液体流量Q e 的平方而变;将此关系方程标绘在相应的坐标图上,即可得到H e -Q e 曲线;这条曲线称为管路特性曲线;此线的形状由管路布置和操作条件来确定,与离心泵性能无关;二、离心泵的工作点将泵的H ～Q 曲线与管路的e H ～Q e 曲线绘在同一坐标系中,两曲线的交点称为泵的工作点M;如图2-4所示;图2-4 管路特性曲线和泵的工作点1．说明 1 泵的工作点由泵的特性和管路的特性共同决定,可通过联立求解泵的特性方程和管路的特性方程得到；2 安装在管路中的泵,其输液量即为管路的流量；在该流量下泵提供的扬程也就是管路所需要的外加压头;因此,泵的工作点对应的泵压头和流量既是泵提供的,也是管路需要的；3 工作点对应的各性能参数N H Q ,,,η反映了一台泵的实际工作状态;三、离心泵的流量调节由于生产任务的变化,管路需要的流量有时是需要改变的,这实际上就是要改变泵的工作点;由于泵的工作点由管路特性和泵的特性共同决定,因此改变泵的特性和管路特性均能改变工作点,从而达到调节流量的目的;1．改变出口阀的开度——改变管路特性出口阀开度与管路局部阻力当量长度有关,后者与管路的特性有关;所以改变出口阀的开度实际上是改变管路的特性;图2-5 改变阀门开度时工作点变化关小出口阀,e l ∑增大,曲线变陡,工作点由M 变为M 1,流量下降,泵所提供的压头上升；相反,开大出口阀开度,e l ∑减小,曲线变缓,工作点由M 变为M 2,流量上升,泵所提供的压头下降;如图2-5所示;采用阀门调节流量快速简便,且流量可连续变化,适合化工连续生产的要求,因此应用很广泛;其缺点是当关小阀门时,管路阻力增加,消耗部分额外的能量,实际上是人为增加管路阻力来适应泵的特性;且在调节幅度较大时,往往使离心泵不在高效区下工作,不是很经济;2．改变叶轮转速——改变泵的特性如图2-6所示,12n n n <<,转速增加,流量和压头均能增加;这种调节流量的方法合理、经济,但曾被认为是操作不方便,并且不能实现连续调节;但随着的现代工业技术的发展,无级变速设备在工业中的应用克服了上述缺点;是该种调节方法能够使泵在高效区工作,这对大型泵的节能尤为重要;图2-6 改变泵转速时工作点变化3．车削叶轮直径这种调节方法实施起来不方便,且调节范围也不大;叶轮直径减小不当还可能降低泵的效率,因此生产上很少采用;在生产中单台离心泵不能满足输送任务要求时,可采用离心泵并联或串联操作;例2-2 确定泵是否满足输送要求;将浓度为95%的硝酸自常压贮槽输送至常压设备中去,要求输送量为36m 3/h,液体的升扬高度为7m;输送管路由内径为80mm 的钢化玻璃管构成,总长为160m 包括所有局部阻力的当量长度;输送条件下管路特性曲线方程为：206058.07e e Q H +=Q e 单位为L/s;现采用某种型号的耐酸泵,其性能列于下表中;问：（1） 1 该泵是否合用（2） 2 实际的输送量、压头、效率及功率消耗各为多少QL/s0 3 6 9 12 15 Hm19 12 % 0 17 30 42 46 44 已知：酸液在输送温度下粘度为10-3Pas ；密度为1545kg/m 3;摩擦系数可取为; 解：1对于本题,管路所需要压头通过在贮槽液面1-1’和常压设备液面2-2’之间列柏努利方程求得：式中0)(0,7,0212121≈=====u ，u p p m z z 表压 管内流速：s m d Qu /99.1080.0*785.0*360036422===π 管路压头损失：m g u d l l H e f 06.681.9*299.108.0160015.0222=⨯=∑+=λ管路所需要的压头：()mH z z H f e 06.1306.6712=+=+-= 以L/s 计的管路所需流量：s L Q /1036001000*36== 由附表可以看出,该泵在流量为12 L/s 时所提供的压头即达到了,当流量为管路所需要的10 L/s,它所提供的压头将会更高于管路所需要的;因此我们说该泵对于该输送任务是可用的;另一个值得关注的问题是该泵是否在高效区工作;由附表可以看出,该泵的最高效率为46%；流量为10 L/s 时该泵的效率大约为43%,为最高效率的％,因此我们说该泵是在高效区工作的;2实际的输送量、功率消耗和效率取决于泵的工作点,而工作点由管路特性和泵的特性共同决定;题给管路的特性曲线方程为：206058.07Qe H e += 其中流量单位为L/s据此可以计算出各流量下管路所需要的压头,如下表所示：QL/s0 3 6 9 12 15 Hm 7可以作出管路的特性曲线和泵的特性曲线,如图所示;两曲线的交点为工作点,其对应的压头为；流量为s ；效率；轴功率可计算如下：分析说明：1判断一台泵是否合用,关键是要计算出与要求的输送量对应的管路所需压头,然后将此输送量与压头和泵能提供的流量与压头进行比较,即可得出结论;另一个判断依据是泵是否在高效区工作,即实际效率不低于最高效率的92%2泵的实际工作状况由管路的特性和泵的特性共同决定,此即工作点的概念;它所对应的流量如本题的s 不一定是原本所需要的如本题的10L/s;此时,还需要调整管路的特性以适用其原始需求;思考题：1、是不是所有情况下离心泵启动前都要灌泵2、离心泵结构中有哪些是转能部件3、离心泵铭牌标牌上标出的性能参数是指该泵的最大值吗4、离心泵的扬程和升扬高度有什么不同2.2.4 离心泵的气蚀现象与安装高度离心泵在管路系统中安装高度是否合适,将直接影响离心泵的性能、运行及使用寿命,因此在管路计算中应正确确定泵的安装高度;一、离心泵的气蚀现象由离心泵工作原理可知,在离心泵叶轮中心附近形成低压,这一压强的高低与泵的吸上高度密切相关;1．泵的吸上高度是指贮槽液面与离心泵吸入口之间的垂直距离;当贮槽上方压强一定时,若泵吸入口的压强越低,则吸上高度就越高,但是泵吸入口的低压是有限制的;当在泵的流通一般在叶轮入口附近中液体的静压强等于或低于该液体在工作温度下的饱和蒸汽压pV时,液体将部分气化,产生气泡;含气泡的液体进入高压区后,气泡就急剧凝结或破裂;因气泡的消失而产生了局部真空,周围的液体就以极高的速度流向原气泡中心,瞬间产生了极大的局部冲击压力,造成对叶轮和泵壳的冲击,使材料受到破坏;2．气蚀现象：通常把泵内气泡的形成和破裂而使叶轮材料受到损坏的过程,称为气蚀现象;离心泵在汽蚀状态下工作：1泵体振动并发出噪音；2压头、流量效率大幅度下降,严重时不能输送液体；3时间长久,在水锤冲击和液体中微量溶解氧对金属化学腐蚀的双重作用下,叶片表面出现斑痕和裂缝,甚至呈海绵状逐渐脱落;离心泵在正常运行时,必须避免发生气蚀现象;为此,叶轮入口附近处液体的绝对压强必须高于该液体在工作温度下的饱和蒸汽压;这就要求离心泵有适宜的安装高度;通常由离心泵的抗气蚀性能又称吸上性能来确定其安装高度;二、离心泵的抗气蚀性能一般采用两种指标来表示离心泵的抗气蚀性能又称吸上性能1．离心泵的允许吸上真空度允许吸上真空度是指为避免发生气蚀现象,离心泵入口处可允许达到的最高真空度即最低的绝对压强;其值通过实验测定;由于实验中不易测出叶轮入口附近处的最低压强的位置,因此以测定泵入口处的压强代替;如图所示,假设大气压强为pa ,泵的入口处的液体静压强为p1,则允许吸上真空度的定义为：g p p s H a ρ1'-=2-11式中 s H '－离心泵的允许吸上真空度,m 液柱；p a －当地大气压,若贮槽为密封槽,则应为槽内液面上方的压强,Pa ；p 1－泵入口处的静压强,Pa ；ρ－液体的密度,Kg/m 3;图2-7 离心泵的吸液示意图注意：离心泵的允许吸上真空度s H '值越大,表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能越好;s H '值大小与泵的结构、流量、被输送液体的性质及当地大气压等因素有关,通常由泵的制造工厂实验测定;实验值列在泵的样本或说明书的性能表上;应注意,该实验是在大气压为10mHgH 2O ×104Pa 下,以20o C 清水为介质进行的;因此若输送其它液体,或操作条件与上述的实验条件不同时,应按下式进行换算：ρ1000)]24.01081.9()10(['3⋅-⨯--+=v a s s p H H H 2-12式中 s H '－操作条件下,输送液体时允许吸上真空度,m 液柱；s H －实验条件下,输送清水时的允许吸上真空度,m 水柱；H a －当地大气压,mH 2O ；p v －操作温度下液体的饱和蒸气压,Pa ；ρ－操作温度下液体的密度,Kg/m 3；10－实验条件下的大气压强,mH 2O ；－实验条件下水的饱和蒸气压,mH 2O ；1000－实验条件下水的密度,Kg/m 3不同海拔高度的大气压强见教材表2－1应予指出,由允许吸上真空度定义可知,它不仅具有压强的意义,此时单位为m 液柱,又具有静压头的概念,因此一般泵性能表中把它的单位写成m,两者数值上是相等的;允许吸上真空度也是泵的性能之一,一些离心泵的特性曲线图中也画出H s －Q 曲线;应注意在确定离心泵安装高度时应按泵最大流量下的H s 值来进行计算;2．离心泵的气蚀余量为防止气蚀现象的发生,在离心泵的入口处液体的静压头和动压头之和必须大于操作温度下的液体饱和蒸汽压头某一数值,此数值即定义为离心泵的气蚀余量Δh,其定义为 h g p g u g p v ∆+=+ρρ2211 或g u g p p h v 2211+-=∆ρ m 2-13 式中： p v －在操作温度下液体的饱和蒸气压,Pa;目前在国产泵样本的性能表中,离心油泵中的气蚀余量用符号Δh 表示,离心水泵的气蚀余量用NPSH 表示,本节中为简化均用Δh 表示;而允许吸上真空度即将被停止使用; 而临界汽蚀余量K f K v c H g u g u g p p h -+=+-=∆1,221min 122ρ m 2-14当流量一定且流体流动进入阻力平方区时,气蚀余量Δh 仅与泵的结构及尺寸有关,它是泵的抗气蚀性能参数;离心泵的Δh c 由泵制造厂实验测定,其值随流量增大而增大;为确保离心泵的正常操作,将所测得的临界汽蚀余量Δh c 加上一定的安全量后,称为必需气蚀余量Δh r ,并且列入泵产品样本性能表中;离心水泵用NPSHr 表示,离心油泵用Δh r 表示;在一些离心泵的特性曲线图上,也绘出Δh r －Q 曲线;也应注意在确定离心泵安装高度时应取可能出现的最大流量为计算依据;三、离心泵的允许安装高度由离心泵的吸液示意图2-7,列出伯努力方程式,可求得离心泵的允许安装高度H g ： 10,2112----=f a g H g u g p p H ρ m 2-15若已知离心泵的必需气蚀余量Δh r ,则有：10,--∆--=f r v a g H h g p p H ρ 2-16若已知离心泵的允许吸上真空度,则有：10,212'---=f s g H g u H H 2-17四、讨论1．从前面的讨论中容易使人获得这样一种认识,即汽蚀是由于安装高度太高引起的,事实上汽蚀现象的产生可以有以下三方面的原因：①离心泵的安装高度太高；②被输送流体的温度太高,液体蒸气压过高；③吸入管路的阻力或压头损失太高;允许安装高度这一物理量正是综合了以上三个因素对汽蚀的贡献;由此,我们又可以有这样一个推论：一个原先操作正常的泵也可能由于操作条件的变化而产生汽蚀,如被输送物料的温度升高,或吸入管线部分堵塞;2．有时,计算出的允许安装高度为负值,这说明该泵应该安装在液体贮槽液面以下;3．允许安装高度H g 的大小与泵的流量有关;由其计算公式可以看出,流量越大,计算出的H g 越小;因此用可能使用的最大流量来计算H g 是最保险的;4．安装泵时,为保险计,实际安装高度比允许安装高度还要小至1米;如考虑到操作中被输送液体的温度可能会升高；或由于贮槽液面降低而引起的实际安装高度的升高;5．当液体的操作温度较高或其沸点较低时,应注意尽量减小吸入管路的压头损失如可以选用较大的吸入管径,减少管件和阀门,缩短管长等；或将离心泵安装在贮槽液面以下,使液体利用位差自动流入泵体内;2.2.5 离心泵的选用、安装与操作一、 离心泵的类型：1．清水泵：适用于输送清水或物性与水相近、无腐蚀性且杂质较少的液体;结构简单,操作容易;IS 型、B 型、D 型、sh 型2．耐腐蚀泵：用于输送具有腐蚀性的液体,接触液体的部件用耐腐蚀的材料制成,要求密封可靠;F 型3．油泵：输送石油产品的泵,要求有良好的密封性和冷却系统;Y 型4．杂质泵：输送含固体颗粒的液体、稠厚的浆液,叶轮流道宽,叶片数少;P 型单吸泵；双吸泵；单级泵；多级泵；二、离心泵的选用1．根据被输送液体的性质和操作条件确定泵的类型;2．确定输送系统的流量和所需压头;流量由生产任务来定,所需压头由管路的特性方程来定;3．根据所需流量和压头确定泵的型号1查性能表或特性曲线,要求流量和压头与管路所需相适应;2若生产中流量有变动,以最大流量为准来查找,压头也应以最大流量对应值查找;3若H和Q与所需要不符,则应在邻近型号中找H和Q都稍大一点的;4若几个型号都满足,应选一个在操作条件下效率最高的5为保险,所选泵可以稍大；但若太大,工作点离最高效率点太远,则能量利用程度低;泵的类型和型号选出后,应列出该泵的性能参数;4．核算泵的轴功率;若输送液体的密度大于水的密度时,则要核算泵的轴功率,重新配置电动机;三、离心泵的安装与操作1．安装：1 安装高度不能太高,应小于允许安装高度;2 尽量设法减小吸入管路的阻力,以减少发生汽蚀的可能性;主要考虑：吸入管路应短而直；吸入管路的直径可以稍大；吸入管路减少不必要的管件和阀门,调节阀应装于出口管路;2．操作：1 启动前应灌泵,并排气;2 应在出口阀关闭的情况下启动泵,使启动功率最小,以保护电动机;3 停泵前先关闭出口阀,以免损坏叶轮;4 泵运转中应定时检查、维修等,特别要经常检查轴封的泄漏情况和发热与否；经常检查轴承是否过热,注意润滑;例2-3：用IS80－65－125型离心泵从常压贮槽中将温度为50o C的清水输送到他。
离心泵参数
离心泵参数离心泵是一种常用的动力机械设备，广泛应用于工业生产和民用领域。
离心泵的性能参数对于其选择和运行至关重要。
本文将介绍离心泵的常见参数及其相关概念。
流量（Q）流量是离心泵的一个重要性能参数，表示单位时间内通过泵的液体体积。
常用的单位有立方米/小时（m³/h）、升/秒（L/s）等。
流量的大小取决于泵的转速和叶轮的几何尺寸。
在选择离心泵时，需根据具体需求确定所需的流量。
扬程（H）扬程是离心泵的另一个关键参数，表示液体从泵的入口到出口之间的高度差。
扬程决定了泵的功率、压力和效率。
通常用米（m）作为单位。
较大的扬程需要更多的能量来克服摩擦和阻力，因此所需的功率较大。
在实际应用中，需根据管道系统的高度差来确定所需的扬程。
泵效（η）泵效是衡量离心泵性能的一个重要指标，表示泵的输出功率与输入功率之间的比值。
泵效通常以百分比的形式表示，较高的泵效意味着更高的能量转换效率。
泵效的大小受到泵的设计和工作状态的影响。
一般而言，泵的泵效越高，其能耗越低，运行成本也就越低。
进口直径（D1）和出口直径（D2）进口直径和出口直径是离心泵另外两个重要的参数。
进口直径是指泵的进口处的直径，也被称为吸入直径。
出口直径是指泵的出口处的直径。
进口直径和出口直径对于泵的流量和扬程有着直接影响。
通常情况下，远离泵的出口处的流量和压力都会增大，因此出口直径一般要比进口直径大。
转速（N）转速是指离心泵叶轮旋转的速度，单位为每分钟（rpm）。
转速的大小决定了泵的流量和扬程。
通常情况下，较高的转速意味着较大的流量和扬程，但也伴随着更大的功率消耗。
功率（P）功率是离心泵输入和输出之间的能量转换。
输入功率是指供给泵的电能或其他形式的能源，输出功率是指泵传递给液体的能量。
功率通常以千瓦（kW）为单位，表示泵所需的能量大小。
液体温度和粘度液体温度和粘度是离心泵设计和运行时需要考虑的两个重要因素。
温度的变化和液体的粘度都会影响泵的性能和运行条件。
化工原理1-7
2.离心泵的主要部件
(1)叶轮 (2)泵壳 其作用为将原动机的能量直接传给液体，以提 高液体的静压能与动能（主要为静压能）。 具有汇集液体和能量转化双重功能。
(3)轴封装置 其作用是防止泵壳内高压液体沿轴漏出或外界 空气吸入泵的低压区。常用的轴封装置有填料 密封和机械密封两种。 动画 返回
二、离心泵的性能参数与特性曲线
二、为什么要用不同结构和特性的输送机械？
这是因为化工厂中输送的流体种类繁多： 1、流体种类有强腐蚀性的、高粘度的、含有固体悬浮物 的、易挥发的、易燃易爆的以及有毒的等等； 2、温度和压强又有高低之分； 3、不同生产过程所需提供的流量和压头又各异。
三、化工流体输送机械分类
一般可分为四类：即离心式、往复式、旋转式和流体 动力作用式。这四种类型机械均有国产产品，且大多数已 成为系列化产品。
四、本章讨论的主要内容
为了能选用一台既符合生产要求，又经济合理的输送 机械，不仅要熟知被输送流体的性质、工作条件、输送要 求，同时还必须了解各种类型输送机械的工作原理、结构 和特性。这样才能正确地选型和合理地使用。这就是本章 讨论的主要内容。
返回
1-7-1 离心泵
一、离心泵的工作原理与构造
二、离心泵的性能参数与特性曲线
(2)气缚现象：
离心泵启动前泵壳和吸入管路中没有充满液体，则泵壳 内存有空气，而空气的密度又远小于液体的密度，故产生的 离心力很小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内 液体吸入泵内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，此种 现象称为气缚现象，表明离心泵无自吸能力。因此，离心泵 在启动前必须灌泵。
解：（1）泵的压头 在真空表及压强表 所在截面1－1与2－2间列柏努利方程：
Z1 p1
g
离心泵的工作原理及主要部件性能参数
离心泵的工作原理及主要部件性能参数离心泵——生产中应用最为广泛，着重介绍。
§ 2.1.1 离心泵 （Centrifugal Pumps ） 一． 离心泵的工作原理及主要部件 1．工作原理如左图所示，离心泵体内的叶轮固定在泵轴上，叶轮上有若干弯曲的叶片，泵轴在外力带动下旋转，叶轮同时旋转，泵壳中央的吸入口与吸入管相连接，侧旁的排出口和排出管路9相连接。
启动前，须灌液，即向壳体内灌满被输送的液体。
启动电机后，泵轴带动叶轮一起旋转，充满叶片之间的液体也随着旋转，在惯性离心力的作用下液体从叶轮中心被抛向外缘的过程中便获得了能量，使叶轮外缘的液体静压强提高，同时也增大了流速，一般可达15～25m/s 。
液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐加宽，液体的流速逐渐降低，又将一部分动能转变为静压能，使泵出口处液体的压强进一步提高。
液体以较高的压强，从泵的排出口进入排出管路，输送至所需的场所。
当泵内液体从叶轮中心被抛向外缘时，在中心处形成了低压区，由于贮槽内液面上方的压强大于泵吸入口处的压强，在此压差的作用下，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，只要叶轮不停的转动，液体便不断的被吸入和排出。
泵离心泵旋转泵漩涡泵 往复泵由此可见，离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮，液体在离心力的作用下获得了能量以提高压强。
气缚现象：不灌液，则泵体内存有空气，由于ρ空气<<ρ液，所以产生的离心力很小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，达不到输液目的。
通常在吸入管路的进口处装有一单向底阀，以截留灌入泵体内的液体。
另外，在单向阀下面装有滤网，其作用是拦阻液体中的固体物质被吸入而堵塞管道和泵壳。
启动与停泵：灌液完毕后，此时应关闭出口阀后启动泵，这时所需的泵的轴功率最小，启动电流较小，以保护电机。
启动后渐渐开启出口阀。
停泵前，要先关闭出口阀后再停机，这样可避免排出管内的水柱倒冲泵壳内叶轮，叶片，以延长泵的使用寿命。
化工机器--离心泵
四 离心泵的工作点与流量调节
（1）管路特性曲线
（2）工作点
所谓离心泵的工作点是指离心泵的性 能曲线（H～Q曲线）与管路特性曲 线的交点，即在H～Q坐标上，分别 描点作出两曲线的交点M点。 如果H～Q曲线方程可近似表示为 H=A－BQ2管路特性曲线方程表示为 H=K＋CQ2，则工作点对应的流量和 扬程由这两个方程联立求解。
液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐加 宽，液体的流速逐渐降低，又将一部分动能转变为 静压能，使泵出口处液体的压强进一步提高。液体 以较高的压强，从泵的排出口进入排出管路，输送 至所需的场所。 当泵内液体从叶轮中心被抛向外缘时，在中心处 形成了低压区，由于贮槽内液面上方的压强大于泵 吸入口处的压强，在此压差的作用下，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， 只要叶轮不停的转动，液体便不断的被吸入和排出。 由此可见，离心泵之所以能输送液体，主要是依靠 高速旋转的叶轮，液体在离心力的作用下获得了能 量以提高压强。
五、离心泵的相似及应用
（一）相似的产生及判据 1 相似问题的提出： 在实际使用中，往往会遇到一些特殊尺寸泵，如用于水利灌溉 的超大尺寸泵，其吸入口直径超过2米。这样的泵往往是先在实 验室将其缩小研究，等性能稳定、符合要求后，在将其放大， 这样保证在最小的制造成本下，制造出性能可以预知的大尺寸 泵。 这种问题的实质是要建立小泵与大泵之间随尺寸变化而性能 变化的数学关系。建立了这种关系，我们便称这两台泵相似。 而这种关系被称为相似定律。 2 相似的条件：----充分、必要条件 两台泵相似，应满足以下条件： 几何相似、运动相似、动力相似。
离心泵的能量损失 容积损失（泄露引起的） 容积效率 水力效率 机械效率
水力损失（粘性和涡流引起的）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Et2 Et3 hf23
0
p2
12 2
1
0
不含动能
H p2 p1 (真)
g
p（1 真）
H
0
Q
操作性问题分析 举例
练习1
图示为离心泵性能测定装置。若水槽液面上升，则 qV、H、Pa、hf 、p1和p2（均为读数）如何变化？
答：qV不变，H不变，Pa 不变，hf不变
p（1 真 ） p2
环流损失、摩擦损失、冲击损失 （3）机械损失：
泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦
小型水泵： 一般为5070% 大型泵： 可达 90%以上
轴功率和效率
Pa，又称功率，单位W 或kW
，无量纲
电功率 电 P 电出 传 Pa
P电出 电功率 电
电机 P P电出 传
Pe
泵 Pe Pa
Pe qmhe gHeqV
降有何变化？（设泵仍能正常工作）
• 泵的压头H，
pa
• 管路总阻力损失hf， • 泵出口处压力表读数，
• 泵入口处真空表读数。
H
解：
江面下降，泵特性曲线不变 管路特性曲线 平行上移
工作点左移
Heபைடு நூலகம்
z p
g
u2 2g
hf
A BqV 2
不变
0
q
操作性问题分析 举例
33
33
qV，H，Pa，hf BqV 2
0
P2 P1
0
p
如图所示，高位槽上方的
真空表读数为p，现p增大， 其它管路条件不变，则管路总
阻力损失。
A．增大
pa
B．减小
C．不变
D．不确定
操作性问题计算 举例
例2 某离心泵工作转速为n=2900r.p.m.（转/min），其特
A.串联
B.并联
C.串并联均可 D.无法满足要求
He 六、离心泵的组合操作——串、并联
1、并联
特点：在相同 H 下，qV 并 2qV 单
并联泵
请思考：
单台泵
若单台泵的特性曲线方程为
， H e单
A
Bq
V
2 单
qV
则并联泵组的特性曲线方程表达
式如何？
He并
A
B
qV 并 2
2
请思考：
在输送系统中，将单台泵用并联泵组替代，则管路中的
压头 He，又称扬程，泵对单位重量流体提供的有效能量，m。 可测量
在泵进口b、泵出口c间列机械能衡算式：
pb
g
ub2 2g
He
pc
g
uc2 2g
h0
H
f
H pc pb pc (表) pb (真)
g
g
流量计 真空表 c 压力表 h0 b
与效率有关的各种能量损失：
（1）容积损失： 内漏 （2）水力损失：
0
A
Bq
2 V
qV ，则新转速
n下泵的特性曲线方程表达式如何？
若叶轮切割，又如何？
qV
n n
qV
He
n n
2
H e
n n
2
H e
A
B
n n
2
qV
2
He
A
n n
2
BqV 2
五、离心泵的工作点与流量调节
泵 ------供方 匹配：泵提供的流量 = 管路所需的流量
管路-------需方
串联泵
单台泵
0
qV
设 计 型 ----选泵时，将流量、压头裕量控制在10%左右。
qV (1.05 ~ 1.1)qV max
H (1.1 ~ 1.15)Hmax
操 作型 定 性分 析、 定 量计 算
操作性问题分析 举例
例1 用离心泵将江水送至高位槽。若管
路条件不变，则下列参数随着江面的下
qV
2
He
阀门开大
He
qV
2．流量调节
两种方法
改变管路特性曲线 ——调节阀门 改变泵的特性曲线 ——改变n、切割叶径
H
泵的特性曲线
阀门关小
节流损失
A
He
• 工作点
阀门开大
He
qV
例：已知泵的特性方程He=20-2qv2, (qv:m3/min,下同),管路特性方程为 H=10+8qv2, 现要求两泵组合操作后 使qv=1.6 m3/min,下列结论正确的是:
qV D2 qV D2
若不变，则
H e He
D2 D2
2
Pa Pa
D2 D2
3
切割定律
qV n
H e
n 2
He
qV n 若不变，则
PHae
n
n
3
比例定律
n
qV D2 qV D2
Pa
H e
He
n
D2 D2
2
切割定律
n
若不变，则
Pa Pa
D2 D2
3
思考：若泵在原转速 n 下的特性曲线方程为 H e
（2）阻力损失 可近似视为与流速的平方呈正比
（3）冲击损失
在设计流量下，此项损失最小。流量若偏离设计量越远，冲击损失越大。
四．离心泵的主要性能参数和特性曲线
1．离心泵的主要性能参数
转 速
压流
量 头
轴 功 率 和 效 率
允 许 汽 蚀 余 量
转速 n
流量 qV，泵单位时间实际输出的液体量，m3/s或m3/h。 可测量
泵提供的压头 H = 管路所需的压头 He
1．管路特性曲线-------管路所需压头 He 与流量关系曲线
He
z
p
g
u 2 2g
H
f
A f qV
H
管路特性方程
泵的特性曲线
阀门关小
完全湍流时，He A BqV 2
节流损失 • 工作点
A
hf
l le u2
d 2g
8
l
2d 5
le
g
（1）液体性质的影响
密度的影响：
对 He~qV 曲线、~qV 曲线无影响，但 Pa
qV gHe
，
故，Pa~qV 曲线上移。
粘度的影响： 当比 20℃清水的大时，He，Pa，
实验表明，当<20cst 时，对特性曲 线的影响很小，可忽略不计。
1cst=10-6m2/s，20℃清水的运动粘度=1cst
流量是否能达到原来的两倍？为什么？
2、串联
特点：在相同 qV 下，
H e串 2H e单
请思考： 若单台泵的特性曲线方程
为 He单
A
Bq
V
2 单
，
则串联泵组的特性曲线方程
表达式如何？He串
2A
2Bq
2 V串
请思考：
在输送系统中，将单台泵用串联泵
组替代，则管路中的压头是否能达
到原来的两倍？为什么？
He
(2)叶轮转速的影响
HT
u22
qV u2
2r2b2
g
ctg 2
r2 2
qV 2b2
g
ctg 2
当转速变化不大时（小于20%），利用出口速度三角形相
似的近似假定，可推知：
qV n
He n 2
qV n 若不变，则
H
Pa
e
n
n 3
Pa n
比例定律
（3）叶轮直径的影响
当叶轮直径因切割而变小时，若变化程度小于 20%，则
Pe qV gHe
Pa
Pa
2. 离心泵特性曲线及其换算 包括 ：He~qV曲线
Pa~qV曲线 ~qV曲线
由图可见：
qV，He ，Pa ， 有最大值
用20C清水测定
０2
高效区
一台离心泵安装在一定的管路系统中工作,就有一定的 He和qv ,它是管路系统要求的,也是泵所能提供的。
对选定的离心泵，转速n一定，在特定的管路系统中运 转，只能在该点工作，若该点在最高效率区，则该工作 点是适宜的。