第二章_离心泵(1)
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化工原理第二章离心泵
特点：依靠旋转的叶片向液体传送机械能
容积式：如往复式、回转式等
特点：机械内部的工作容积不断发生变化
一、离心泵的构造和工作原理
二．离心泵主要构件的结构及功能
三、离心泵的主要性能参数
四、离心泵的工作点与流量调节
五、离心泵的安装高度 六、离心泵的选用、安装与操作
复习：
1. 流量测量（变压头流量计；变截面流量计）。
思考：泵启动前为什么要灌满液体
气缚现象：
离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远
小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心
处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样，
离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。
为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止
逆阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于
思考：三种叶轮中哪一种效率高？
闭式叶轮的内漏最小，故效率最高，
敞式叶轮的内漏最大。
敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵 塞现象
平衡孔：在后盖板上钻有小孔，以
把后盖前后空间连通起来。
单吸式叶轮
液体只能从叶轮一侧被吸入，结
构简单。 按吸液方式
双吸式叶轮 相当于两个没有盖板的单吸式叶轮 背靠背并在了一起，可以从两侧吸 入液体，具有较大的吸液能力，而
1）离心泵基本方程式的导出
理想情况：
1）泵叶轮的叶片数目为无限多个，也就是说叶片的 厚度为无限薄，液体质点沿叶片弯曲表面流动，不发 生任何环流现象。 2）输送的是理想液体，流动中无流动阻力。
理论压头
离心泵在上述理想情况下产生的压头，就做理论压头， 用H∞表示。
离心泵的基本方程
H
容积式：如往复式、回转式等
特点：机械内部的工作容积不断发生变化
一、离心泵的构造和工作原理
二．离心泵主要构件的结构及功能
三、离心泵的主要性能参数
四、离心泵的工作点与流量调节
五、离心泵的安装高度 六、离心泵的选用、安装与操作
复习：
1. 流量测量（变压头流量计；变截面流量计）。
思考：泵启动前为什么要灌满液体
气缚现象：
离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远
小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心
处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样，
离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。
为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止
逆阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于
思考：三种叶轮中哪一种效率高？
闭式叶轮的内漏最小，故效率最高，
敞式叶轮的内漏最大。
敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵 塞现象
平衡孔：在后盖板上钻有小孔，以
把后盖前后空间连通起来。
单吸式叶轮
液体只能从叶轮一侧被吸入，结
构简单。 按吸液方式
双吸式叶轮 相当于两个没有盖板的单吸式叶轮 背靠背并在了一起，可以从两侧吸 入液体，具有较大的吸液能力，而
1）离心泵基本方程式的导出
理想情况：
1）泵叶轮的叶片数目为无限多个，也就是说叶片的 厚度为无限薄，液体质点沿叶片弯曲表面流动，不发 生任何环流现象。 2）输送的是理想液体，流动中无流动阻力。
理论压头
离心泵在上述理想情况下产生的压头，就做理论压头， 用H∞表示。
离心泵的基本方程
H
南京工业大学化工原理复习_第二章_离心泵new
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学习本章的基本要求
具体的要求如下： （1） 了解流体输送设备在化工生产中的地位，应 用及分类； （2） 掌握离心泵的基本结构、工作原理、主要特 性参数、特性曲线及其应用、流体调节、串并联特 性、泵的安装、操作注意事项及选型等； （3） 简单了解往复泵的工作原理、特性、流量调 节方法、安装要点及适应范围等；
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离心泵操作
u 启动前，须灌液，即向壳体内灌满被输
Байду номын сангаас
送的液体。防止气缚现象。 u关闭出口阀后启动电机 u逐渐开大阀门 u用出口阀门调节流量 u停泵：要先关闭出口阀后在停机，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。
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气缚现象
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。
说明：离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充满液体
u2
c2 r =c2 ×sin α2
c2 r =w2 ×sin β2 = V/(2πr2b2)
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2.2.2 欧拉方程
假设： ①叶轮内叶片的数 目为无穷多，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，即液体质点的 运动轨迹与叶片的 外形相重合。 ②输送的是理想液 体，由此在叶轮内 的流动阻力可忽略。
化工原理第二章-流体输送机械
w2 w2 w2 c2小，泵内流动阻力损失小
c2 c2
c2
uuu222
前径后弯向弯叶叶叶片片片
3) 理论流量
H T
u22 g
u2ctg2 gD2b2
若离心泵的几何尺寸（b2、D2、β2）和转速n一定，则式可表示
为
表示HT∞与QT呈线性关系，该直线的斜率与叶 片形状β2有关，即 β2>90°时，B<0, HT∞随QT的增加而增大。 β2=90°时，B=0, HT∞与QT的无关。 β2<90°时，B>0, HT∞随QT的增加而减少。
Ne
轴功率 N ：电机输入到泵轴的功率，由于泵提供给流 体的实际扬程小于理论扬程，故泵由电机获得的轴功并不 能全部有效地转换为流体的机械能。
N Ne
有效功率 Ne：流体从泵获得的实际功率，可直
接由泵的流量和扬程求得
Ne = HgQρ
N QH 102
电机
泵
2. 离心泵特性曲线及其换算
用20C清水测定
包括 ：H~Q曲线(平坦型、陡降型、 驼峰型) N~Q曲线、 ~Q曲线
QgH
N
由图可见： Q，H ，N，
有最大值。
思考： ➢ 离心泵启动时均关闭 出口阀门，why？ ➢为什么Q＝0时，N0？
０2
高效区
与最高效率相比， 效率下降5％～8％
设计点
3.离心泵性能的改变和换算
1）液体性质的影响 （1）密度:
思考：泵壳的主要作用是什么？
①汇集液体，并导出液体； ②能量转换装置
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。
作用：防止高压液体从泵壳内沿间隙漏出，或外界空气 漏入泵内。
第二章 离心泵与风机的基本理论
（3）克服液体流动时的阻力损失 hw=Σhf+Σhj， hf为沿程阻力损失， hj为局部阻力损失。 所以选样泵时所需要的扬程，至少为
p p H Hp hw g
若流体为气体，则选择风机时计算风机所需的最小全压p为：
p ( p p) ghw
二、运转中泵与风机所提供的扬程
p2 p1 v2 v1 H E2 E1 g 2g
2 2
p1 ( pamb pm ) 34350 Pa p2 ( pamb pB ) gh 329820 Pa 4 qv qv v 3(m / s ) v2 4.32 (m / s ) 1 2 D D ( p )2
q VT v2 r2 cos 2
根据动量矩方程 M qVT (v2 r2 cos 2 v1 r1 cos1 ) 理想情况下，叶轮旋转时传递给流体的功率与流体获得的能量 相同，即功率P不变。 P M gqVT HT 所以泵的扬程为
H T 1 1 (v2u2 cos 2 v1u1 cos1 ) (u2v2u u1v1u ) g g
p ( p2 pamb )
3、定义 通风机静压
2
2
通风机动压
通风机全压
v2 pd pd 2 2
v1 pst p2 ( p1 ) 2 2
p pst pd
例：某泵装置中，进口管路直径D＝150mm，其上真空表读 数 pm＝6.665×104Pa，出口管路直径Dp＝125mm，压力表 读数 p＝0.22MPa，压力表位置比真空表高1m，输送介质密 度ρ＝900kg/m3。已知泵流量qv＝0.053m3/s，试求泵的扬程。 解：泵的扬程H为：
第三节 离心泵与风机的基本方程式
离心泵PPT课件
8 40
16
N
6 30
14
4 20
12
2 10
10
00
0 4 8 12 16 20 24 28 32 qv,l/s
0 20 40 60 80 100 120 m3/s
离心泵的特性曲线
19
泵在最高效率点条件下操作最为经济合理， 但实际上泵往往不可能正好在该条件下运转，一 般只能规定一个工作范围，称为泵的高效率区。 高效率区的效率应不低于最高效率的92%左右。
12
1.排液过程：在离心力的作用下， 高速流体在涡形通道截面逐渐 增大，动能转变为静压能，液 体获得较高的压力，进入压出 管。
2、吸液过程：吸液过程的推动 力是液面压力（常为大气压） 与泵内压力（负压）之差，而 泵内的负压是由于电机带动泵 轴、泵轴带动关键部件叶轮旋 转，产生离心力，叶片之间的 液体从叶轮中心处被甩向叶轮 外围，叶轮中心处就形成真空。
第二章 流体输送机械
1
若将某池子热水送至高的凉水塔，倘若外界不提供 机械能，水能自动由低处向高处流吗？
2
泵的分类
1 按工作原理分
➢叶片式泵 有高速旋转的叶轮。 如离心泵、轴流泵、涡流泵。
➢往 复 泵 靠往复运动的活塞排挤液体。如活塞Байду номын сангаас、柱塞泵等。
➢旋转式泵 靠旋转运动的部件推挤液体。如齿轮泵、螺杆泵等。
强调：泵在铭牌上所标明的都是最高效率点下的流
量，压头和功率。离心泵产品目录和说明书上还常常 注明最高效率区的流量、压头和功率的范围等。
20
❖ (二)离心泵的流量调节
❖ 离心泵在指定的管路上工作时，由于生产任务发生变化，出 现泵的工作流量与生产要求不相适应；或己选好的离心泵在 特定的管路中运转时，所提供的流量不一定符合输送任务的 要求。对于这两种情况，都需要对泵进行流量调节，实质上 是改变泵的工作点。
化工原理第二章离心泵的工作原理教案
化工原理第二章离心泵的工作原理教案一、引言离心泵是化工工程中常用的一种流体输送设备，其工作原理是基于离心力的作用。
本教案将详细介绍离心泵的工作原理、结构特点、分类以及应用领域。
二、工作原理离心泵的工作原理是利用离心力将流体从泵的进口处吸入，并通过离心力的作用将流体加速，最后从泵的出口处排出。
其主要组成部分包括泵体、叶轮、轴、轴承和密封装置。
1. 泵体：泵体是离心泵的主要承载部分，通常由铸铁、不锈钢等材料制成。
泵体内部包含进口口和出口口，通过这两个口实现流体的进出。
2. 叶轮：叶轮是离心泵的核心部件，其形状类似于一个圆盘，有多个叶片。
当泵转动时，叶轮也会随之转动，通过叶轮的旋转将流体加速。
3. 轴：轴是连接叶轮和电机的部件，起到传递动力的作用。
轴通常由高强度的合金钢制成，能够承受较大的转矩和压力。
4. 轴承：轴承用于支撑轴的转动，减小摩擦力和能量损失。
常见的轴承类型包括滚动轴承和滑动轴承。
5. 密封装置：密封装置用于防止流体泄漏，常见的密封装置包括填料密封和机械密封。
离心泵的工作原理可以简单描述为：当电机启动时，通过轴传递动力给叶轮，叶轮开始旋转。
同时，泵体内的流体被叶轮的离心力吸入，并在叶轮的旋转下加速。
最后，流体从出口排出，完成一次循环。
三、结构特点离心泵具有以下结构特点：1. 结构简单：离心泵的结构相对简单，由少量的主要部件组成，易于制造和维修。
2. 流量大：离心泵的流量较大，适用于大型工程和工业生产中的流体输送。
3. 扬程高：离心泵的扬程较高，能够将流体输送到较远的距离。
4. 运行平稳：离心泵的运行平稳，噪音小，振动小。
5. 适应性强：离心泵适用于输送各种液体，包括清水、污水、化学药品等。
四、分类离心泵根据叶轮的进口方向和出口方向的关系，可分为以下几种类型：1. 横向离心泵：叶轮的进口和出口在同一水平面上，适用于流量较大的场合。
2. 竖向离心泵：叶轮的进口和出口在垂直方向上，适用于扬程较高的场合。
第二章离心泵
其一，启动前没灌泵，此时应停泵、灌泵，关闭出口阀后 再启动。 其二，吸入管路被堵塞，此情况下应疏通管路后灌泵，关 闭出口阀，然后启动泵。
3：扬程与升扬高度的区别？
答：扬程又称压头（H）：
是泵对单位重量（1N ）液体所提供的有效能J/N（m)；
升扬高度（△Z） ：
指泵上、下游两液面的垂直高度，它只是扬程中位能差一项。
气蚀: 是指液体在泵的最低压强处(叶轮入口)汽化形成气泡，又
在叶轮中因压强升高而溃灭，造成液体对泵设备的冲击，引起振 动和腐蚀的现象。
气缚
原因：泵启动前空气未排尽或运转中有空气漏入，使泵内流体平均密度下降， 导致叶轮进、出口压差减小。 后果：吸不上液体。 解决方法：离心泵工作时、尤其是启动时一定要保证液体连续的条件。可采 用设置底阀、启动前灌泵、使泵的安装位置低于吸入液面等措施。
2 1
答：将会，p1=8kPa＜ pv
12．离心泵的效率η和流量Q的关系为（ A.Q增大,η增大 ； C.Q增大,η减小；
B.Q增大,η先增大后减小 ; D.Q增大,η先减小后增大 。 ）。
√
）。
√A.Q增大，N增大；
13．离心泵的轴功率N和流量Q的关系为（
B.Q增大，N先增大后减小； D. Q增大，N先减小后增大 。
第二章 小结与练习
主要知识点: (离心泵)
①结构、工作原理;
②性能参数(H、Q、N、η)、特性曲线及影响特性曲线的因素； ③工作点的确定及流量调节; ④离心泵选择、安装和操作。 注意 “气蚀”与“气缚”现象的区别。
练习题
一、问答题 1、何谓离心泵的气缚与气蚀现象？
答：气缚:是指启动前没灌泵或吸入管路不严密，致使泵壳内被 气体占据，泵虽启动但因泵的入口不能造成足够的低压，从而不 能吸上液体。
[理学]第二章 3 离心泵工作点_OK
![[理学]第二章 3 离心泵工作点_OK](https://img.taocdn.com/s3/m/e531092b7f1922791788e818.png)
泵的转速提高，则H~Q线上移，工作点由M移至M2，流量由QM
加大到QM2；
优点：流量随转速下降而减 小，动力消耗也相应降低；
H-Q He-Qe
M2 M M1
缺点：需要变速装置或价格昂贵的
变速电动机，难以做到流量连续调
节，化工生产中很少采用。
QM1 QMQM132
3．离心泵的组合操作 (1) 离心泵的并联
管路的弯头、阀门等管件，以减少吸入管路的阻力。
3）当液体输送温度较高或液体沸点较低时，可能出现允许
安装高度为负值的情况，此时，应将离心泵安装于贮槽液面
以下，使液体利用位差自流入泵内。
5
六. 离心泵的工作点和流量调节 (一) 管路特性曲线和离心泵的工作点
在如图所示的两截面间列柏努利方程
Z1
p1 g
u12 2g
关小阀门，使B值变大，流量
变小，曲线变陡。
开大阀门，使B值变大，流量
变大，曲线变平缓。
1
H-Q M1
2
M
M2
QM1 QM QM2
优点：调节迅速方便，流量可连续变化； 12
缺点：流量阻力加大，要多消耗动力，不经济。
2．改变泵的特性曲线
泵的转速降低，则H~Q线下移，工作点移至M1,流量减小到QM1；
Hg
H S
u12 2g
H f 01
式中: Hf,0-1=1.0m
u12 0 2g
此时Hs不用修正
Hg 3.0 1.0 2.0m
（2）输送65℃水时泵的安装高度
需对其Hs 进行换算，即
HS
HS
Ha
10
pV 9.81103
0.24
1000
由附录查得65℃时水的密度ρ＝980.5kg/m3，饱和蒸汽压 4 pv＝2.554×104Pa，则
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13
速度三角形中几种速度的计算
设计时 ，一般都是使设计流量下的 α1 = π / 2 c1u 0
b2
叶轮进口
c1r∞ =
A1
= πD1b1
叶轮出口
QQ c2r∞ = A2 = πD2b2 β2 = β2 y
u1∞
=
πD1n 60
u2∞
=
πD2n 60
D2
c cr w cu
u
叶片数无限，流体相对速度一定与叶片表面相切
片形状相同
Marine Auxiliary Machinery
10
二、离心泵的速度三角形
1.液体质点在叶轮内的运动
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
相对运动速度
绝对运动速度
c 圆周运动速度
u
Marine Auxiliary Machinery
11
2.离心泵的速度三角形
缺点
液体黏度对泵的性能影响较大，当液体粘度增加时，泵 的流量、压头和效率会显著降低
在小流量、高压头时效率不如往复泵
Marine Auxiliary Machinery
8
§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
叶轮的直径
泵的结构 叶片的弯曲情况
取决于
H
转速
……
流量
Marine Auxiliary Machinery
3
二、主要部件
1、叶轮：
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 结构形状分为三种
思考：三种叶轮中哪一种效率高？
Marine Auxiliary Machinery
4
思考：三种叶轮中哪一种效率高？
高压区
低压区
泵内液体泄漏
闭式叶轮的内漏较弱些，敞式叶轮的最大
但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象
Marine Auxiliary Machinery
16
根据速度三角形并利用余弦定律
H∞
=
u22∞ - u12∞ 2g
+
w 12∞
-
w
2 2∞
2g
+
c
2 2∞
-
c12∞
2g
u
2 2∞
-
u12∞
离心力的作用而增加的压力能
2g
w
2 1∞
-
w
2 2∞
流道断面积↑使液体相对速度↓而增加的压力能
2g
c
2 2∞
9
一、离心泵简化假设
实际上流体在离心泵中的流动相当复杂
简化其过程→建模→用数学语言来表达
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
①流体为理想液体 ②叶轮内叶片的数目为无穷多，且叶片厚度不计
问：由① 、 ②可以得出什么结果？
由① 液体在泵内无摩擦阻力损失 由② 流体与叶片的相对运动的运动轨迹可视为与叶
液体质点的三种速度
圆周速度u：流体随叶轮作圆周运动的速度
三种 相对速度w：流体在叶轮内作相对于叶轮运
速度 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
c = u + w 三种速度组成速度三角形，其间的关系为：
c cr w cu
u
Marine Auxiliary Machinery
12
Marine Auxiliary Machinery
14
三、基本能量方程式(Euler方程)
设时间Δt内流过叶轮液体的理论体积流量 为Q，液体密度为ρ
叶片进口处的动量矩为ρQc1∞ R1cosα1 叶片出口处的动量矩为ρQc2∞R2cosα2 作用在理想叶轮轴上的理论力矩为M ∞
Marine Auxiliary Machinery
叶轮传给液体的功率为
N∞ = M ∞ω = ρQ (c2u∞R2 - c1u∞R1)ω = ρQ (c2u∞u2∞ - c1u∞u1∞)
又因 N∞ = ρgQ H∞
所以 H∞ = (c2u∞u2∞- c1u∞u1∞) / g 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
常压流体 被甩出
机械旋转 的离心力
高速流体
逐渐扩大的 高压流体
泵壳通道
Marine Auxiliary Machinery
2
思考：
泵启动前为什么要灌满液体？
气缚现象
未灌满 底阀漏液
液体未灌满 其它地方泄漏
ρ气<<ρ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
Marine Auxiliary Machinery
-
c12∞
因绝对速度的增大而增加的动能
2g
Marine Auxiliary Machinery
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设计时 ，一般都是使设计流量下的 α1 = π / 2 → cosα1 = 0
15
动量矩定理：从一个断面到另一个断面动量矩的变化等 于同一时间内作用在这两断面间流体上的外力矩
M∞Δt = ρQ (c2∞R2 cos α2 - c1∞R1 cos α1)Δt
因 c1∞cos α1 = c1u∞ c2∞cos α2 = c2u∞
M ∞ = ρQ (c2u∞R2 - c1u∞R1)
泵轴中 心位置
立式泵
双吸泵 半开式
导叶式
卧式泵
闭式叶轮
Marine Auxiliary Machinery
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四、离心泵特点
优点
压力、流量范围广，工作平稳，流量均匀 结构简单、紧凑，可与高速原动机直接相连 体积小、重量轻、检修方便，价格便宜
运行费用低，调节性能好，液体中的颗粒对运行影响小
无自吸能力，启动前需要先灌水或者抽出吸入管内空气
速度三角形中的三种角
三种角
α角：绝对速度c与圆周速度u之间的夹角；
β角：相对速度w与圆周速度u反方向之间的 夹角，又称为流动角；
βy角：叶片切线与沿圆周速度u反方向之间 的夹角，又称为叶片安装角；
当β = βy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
c
w
α
β
u
Marine Auxiliary Machinery
第二章 离心泵
§2-1 离心泵构造、原理
一、构造和原理
1、离心泵的构造：
排出管
吸入口
泵轴
泵壳 叶轮
轴封
Marine Auxiliary Machinery
1
2、离心泵的工作原理
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
叶轮中心形成真空
在压力差的作用下流体被压入泵内
思考：
流体在泵内都获得了什么能量？ 其中那种能量占主导地位？
Marine Auxiliary Machinery
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2、泵壳（蜗壳形）
思考：泵壳的主要作用？
①汇集液体，并导出液体 ②能量转换装置
Why?
A↑
u↓
p↑
Marine Auxiliary Machinery
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三、离心泵分类
叶轮 级数
单级泵
多级泵
吸入液 体方式
叶轮 形式
能量转 换方式
单吸泵 开式叶轮 蜗壳式