离心泵的特性曲线
离心泵特性曲线
2.2.1 离心泵的工作原理
1．离心泵的构造：
1、叶轮： 2、泵壳： 3、泵轴及轴封装置：
气缚现象：泵壳和吸入管路内没有充满液体， 泵 内有空气，由于空气密度远小于液体的 密度，叶轮旋转对其产生的离心力很小，叶 轮中心处所形成的低压不足以形成吸上液体 所需要的真空度，泵就无法工作。
（3) 导轮
思考4： 为什么导轮的弯曲方向与叶 片弯曲方向相反？
（4). 轴封装置
旋转的泵轴与 固定的泵壳之 间的密封。 作用：防止高 压液体沿轴漏 出或外界空气 漏入。
填料密封 机械密封
离心泵的理论压头和实际压头
压头：单位重量液体所获得的能量称为泵的压头，用 H表示，单位m。 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HT表示。
离心泵：靠高速旋转的叶轮，液体在离心力作用下 获得能量，以提高压强。 往复泵：利用活塞的往复运动，将能量传给液体， 以完成输送任务。 旋转泵：靠泵内一个或一个以上的转子旋转来吸入 和排出液体。 旋涡泵：一种特殊类型的离心泵。
气体输送机械：据出口气体压强可分为通风机， 鼓风机，压缩机，真空泵
压缩比=出口压力/进口压力
1. 理论压头表达式的推导
w2 液体在高速旋转的叶轮中的运动分为2种: 2 2 2 c2 u2
周向运动:
u r
w1 1 1 c1
与叶片的相对运动：
处处与叶片相切
u1
在 1 与 2 之间列机械能衡算方程式，得：
2 2 p 2 p1 c 2 c 1 HT g 2g
(1)
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 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
离心泵的性能参数与特性曲线
离心泵的性能参数与特性曲线泵的性能及相互之间的关系是选泵和进行流量调节的依据。
离心泵的主要性能参数有流量、压头、效率、轴功率等。
它们之间的关系常用特性曲线来表示。
特性曲线是在一定转速下，用20℃清水在常压下实验测得的。
（一）离心泵的性能参数1、流量离心泵的流量是指单位时间内排到管路系统的液体体积，一般用Q表示，常用单位为l/s、m3/s或m3/h等。
离心泵的流量与泵的结构、尺寸和转速有关。
2、压头（扬程)离心泵的压头是指离心泵对单位重量（1N）液体所提供的有效能量，一般用H表示，单位为J/N或m。
压头的影响因素在前节已作过介绍。
3、效率离心泵在实际运转中，由于存在各种能量损失，致使泵的实际（有效）压头和流量均低于理论值，而输入泵的功率比理论值为高。
反映能量损失大小的参数称为效率。
离心泵的能量损失包括以下三项，即(1)容积损失即泄漏造成的损失，无容积损失时泵的功率与有容积损失时泵的功率之比称为容积效率ηv。
闭式叶轮的容积效率值在0.85～0.95。
(2)水力损失由于液体流经叶片、蜗壳的沿程阻力，流道面积和方向变化的局部阻力，以及叶轮通道中的环流和旋涡等因素造成的能量损失。
这种损失可用水力效率ηh来反映。
额定流量下，液体的流动方向恰与叶片的入口角相一致，这时损失最小，水力效率最高，其值在0.8～0.9的范围。
(3)机械效率由于高速旋转的叶轮表面与液体之间摩擦，泵轴在轴承、轴封等处的机械摩擦造成的能量损失。
机械损失可用机械效率ηm来反映，其值在0.96～0.99之间。
离心泵的总效率由上述三部分构成，即η=ηvηhηm（2-14）离心泵的效率与泵的类型、尺寸、加工精度、液体流量和性质等因素有关。
通常，小泵效率为50～70％，而大型泵可达90％。
4、轴功率N由电机输入泵轴的功率称为泵的轴功率，单位为W或kW。
离心泵的有效功率是指液体在单位时间内从叶轮获得的能量，则有Ne = HgQρ（2-15）式中Ne------离心泵的有效功率，W；Q--------离心泵的实际流量，m3/s；H--------离心泵的有效压头，m。
离心泵特性曲线
离心泵特性曲线离心泵的特性曲线是将由实验测定的q、h、n、η等数据标绘而成的一组曲线。
此图由泵的制造厂家提供，供使用部门选泵和操作时参考。
不同型号泵的特性曲线不同，但均有以下三条曲线：(1)h-q线表示压头和流量的关系；(2)n-q线表示泵轴功率和流量的关系；(3)η-q线表示泵的效率和流量的关系；(4)泵的特性曲线均在一定输出功率下测量，故特性曲线图上Mercoeur输出功率n值。
离心泵特性曲线上的效率最高点称为设计点，泵在该点对应的压头和流量下工作最为经济。
离心泵铭牌上标出的性能参数即为最高效率点上的工况参数。
离心泵的性能曲线可以做为挑选泵的依据。
确认泵的类型后，再依流量和压头选泵。
例2-2用清水测定一台离心泵的主要性能参数。
实验中测得流量为10m/h，泵出口处压力表的读数为0.17mpa（表压），入口处真空表的读数为-0.021mpa，轴功率为 1.07kw，电动机的转速为2900r/min，真空表测压点与压力表测压点的垂直距离为0.2m。
试计算此在实验点下的扬程和效率。
解泵的主要性能参数包括转速n、流量q、扬程h、轴功率n和效率。
直接测出的参数为转速n=2900r/min流量q＝10m/h=0.00278m/s轴功率n＝1.07kw需要进行计算的有扬程h和效率。
用式排序扬程h，即为已知：于是二、影响离心泵性能的主要因素1液体物理性质对特性曲线的影响生产厂所提供更多的特性曲线就是以清水做为工作介质测量的，当运送其它液体时，必须考量液体密度和粘度的影响。
(1)粘度当输送液体的粘度大于实验条件下水的粘度时，泵体内的能量损失增大，泵的流量、压头减小，效率下降，轴功率增大。
(2)密度离心泵的体积流量及压头与液体密度毫无关系，功率则随其密度减小而减少。
2离心泵的输出功率对特性曲线的影响当液体粘度不大，泵的效率不变时，泵的流量、压头、轴功率与转速可近似用比例定律计算，即式中：q1、h1、n1离心泵输出功率为n1时的流量、扬程和功率。
离心泵特性曲线
一、离心泵的特性曲线定义当转速n为常量时，列出扬程（H）、轴功率（N）、效率（η）以及允许吸上真空高度（HS）等随流量（Q）变化的函数关系，即：H=f（Q）；N=F（Q）；Hs= Ψ（Q）；η = φ（Q），我们把这些方程关系用曲线来表示，就称这些曲线为离心泵的特性曲线。
离心泵的特性曲线是液体在泵内运动规律的外在表现形式，这三条曲线需要根据试验的方法（采用离心泵特性曲线的测定装置，逐渐开启水泵出口阀门改变其流量，测得一系列的流量及相应的扬程和轴功率，然后将H-Q、N-Q、η一Q曲线绘制在同一张坐标纸上，即为一定型式离心泵在一定转速下的特性曲线），不同的水泵特性曲线不同，水泵的特性曲线由设备生产厂家提供。
严格意义上讲，每一台水泵都有特定的特性曲线。
在水泵特性曲线上，对应任意流量点都可以找到一组与其相对应的扬程、轴功率和效率值，通常把这一组相对应的参数称为工况，其对应最高效率点的一组工况称为最佳工况。
在生产实践中，水泵的运行工况点是通过管路的特性曲线与水泵的特性曲线确定的（M工况点，见下图）。
在选择和使用泵时，使水泵在高效区运行，以保证运转的经济和安全。
二、影响离心泵特性曲线的因素离心泵的特性曲线与很多因素有关，如液体的粘度与密度、叶轮出口宽度、叶片的出口安放角与叶片数及离心泵的压出室形状等均会对离心泵的特性曲线产生影响。
1、叶轮出口直径对性能曲线的影响在叶轮其他几何形状相同的情况下，如果改变叶轮的出口直径，则离心泵的特性曲线平行移动，见下图。
根据这一特性，水泵制造厂和使用单位可采用车削离心泵叶轮外径的方法改变一台泵的性能范围，以使泵的性能更适合实际运行需要。
例如，某厂的一台离心式循环泵，其运行压力偏高，为降低压力，将叶轮外径由270mm车削到250mm后，在流量相同的情况下，压力下降，给水泵的电机电流减小，满足了运行的要求。
2、转速与性能曲线的关系同一台离心泵输送同一种液体，泵的各项性能参数与转速之间的关系式为：Q1/Q2=n1/n2H1/H2=（n1/n2）2N1/N2=（n1/n2）2。
离心泵及管路特性曲线测定
离心泵及管路特性曲线测定
离心泵是一种常用的流体机械，用于输送液体和气体。
离心泵的特性曲线测定是为了了解泵的性能和工作条件，以便在实际应用中选择和调整泵的工作状态。
离心泵的特性曲线主要包括流量-扬程特性曲线和效率-流量特
性曲线。
流量-扬程特性曲线测定：测定离心泵在不同转速下的流量和
扬程之间的关系。
实验中，通过改变泵的转速和出口阀门的开度，测量不同工况下的流量和扬程。
根据实验数据，可以绘制出泵的流量-扬程特性曲线，描述泵在不同工况下的工作状态。
效率-流量特性曲线测定：测定离心泵在不同流量下的效率。
实验中，通过改变泵的转速和出口阀门的开度，测量不同工况下的效率。
根据实验数据，可以绘制出泵的效率-流量特性曲线，描述泵在不同流量下的能量转换效率。
离心泵和管路特性曲线测定还可以包括压力-流量特性曲线和
功率-流量特性曲线的测定。
这些特性曲线给出了泵和管路在
不同工况下的工作状态和性能指标，可以作为选择和调整泵的参考依据。
泵—离心泵的性能曲线
NPSHr-Q曲线是检查泵工作时是否发生汽蚀的依据，应全面考虑泵的安装高度、
入口阻力损失等，防止泵发生汽蚀现象。
例2-2：用清水测定一台离心泵的主要性能参数。实验中测得流量为10m3/h，泵出口 处压力表的读数为0.17MPa（表压），入口处真空表的读数为-0.021Mpa，轴功率为 1.07KW，电动机的转速为2900r/min，真空表测压点与压力表测压点的垂直距离为 0.2m。试计算此在实验点下的扬程和效率。
见图2-35所示，M、D、C点都是离心泵的工作点。
图2-35 泵的工作点
二、工作点的类型
离心泵的性能曲线有平坦、陡降和驼峰三种，显然， 对于平坦和陡降性质的性能曲线，交点只有一个，该点 称为稳定工作点（M）。
对于驼峰性质的性能曲线，交点有两个（D、C）， 但只有一个是稳定工作点（C），另一个工作点称为不稳 定工作点（D），泵只能在稳定工作点下工作。
图2-38 改变转速的调节
2. 特点
① 用这种方法调节流量，没有附加能量损失，所以是一种最经济的调节方法。
3. 驼峰H-Q曲线
具有这种性能的泵在运行中容易出现不稳定工况， 一般应在下降曲线部分操作。
图2-26 三种形状的H-Q曲线
四、离心泵性能曲线的应用
到目前为止，离心泵的性能曲线，还不能用理论计算方法精确确定，只能通过实验 获得。 离心泵的性能曲线，一般由泵的制造厂家提供，供使用部门选泵和操作时参考。
管路性能曲线
在石油化工生产中，泵和管路一起组成了一个输送系统。 能否保证泵在管路系统装置中处于最高效率点下运转，不仅取决于离心泵的性能特 性曲线，还与离心泵所在的管路特性曲线有关。
一、 管路性能曲线
所谓管路性能曲线是指使一定液体流过管路时，需 要从外界给予单位重量液体的能头HC（m）与管路液体 流量Q（m3/h）之间的关系曲线。
离心泵特性曲线的测定实验
离心泵特性曲线的测定实验一、实验内容测定一定转速下离心泵的特性曲线。
二、实验目的1、了解离心泵的结构特点，熟悉并掌握离心泵的工作原理和操作方法。
2、掌握离心泵特性曲线的测定方法。
三、基本原理泵是输送液体的机械。
工业选泵时，一般根据生产工艺要求的扬程和流量，考虑输送液体的性质和蹦的结构特点及工作特性，来决定绷得类型和型号。
对一定的类型的泵而言，蹦的特性主要是指泵在一定转速下，其扬程、功率和效率与流量的关系。
离心泵的特性，通常与泵的结构、泵的转速以及输送液体的性质有关，影响因素很多。
因此，离心泵的特性只能采用饰演的方法实际测定。
如果在泵的进口管和出口管处分别安装上真空表和压力表，则可根据柏努 利方程得到扬程的计算公式：gu u h g P P H e 22122012-++-=ρ ①式①中，h 0—两测压点截面之间的垂直距离，m ; P 1——真空表所处截面的绝对压力，MPa ； P 2——压力表所处截面的绝对压力，MPa ； u 1—泵进口管流速，m/s ； u 2—泵出口管流速，m/s ;H e —泵的实际扬程，m 。
由于压力表和真空表的读数均是表示两测压点处的表压，因此，式①可表示为：gu u h H H H e 221220-+++=真压 ②其中， gP H ρ2=压 ③ gP H ρ1=真 ○4 式③、 ○4中的 P 2 和 P 1 分别是压力表和真空表的显示值。
离心泵的效率为泵的有效功率与轴功率之比值，轴N N e=η ○5 式○5中，η—离心泵的效率；Ne —离心泵的有效功率，kW ； N 轴—离心泵的轴功率，kW 。
有效功率可用下式计算][W g Q H N e e ρ= ○6 或][102KW Q H N e e ρ=○7 泵的轴功率是由泵配置的电机提供的，而输入电机的电能在转变成机械能时亦存在一定的损失，因此，工程上有意义的是测定离心泵的总效率（包括电机效率和传动效率）。
电总N N e=η ○8 实验时，使泵在一定转速下运转，测出对应于不同流量的扬程、电机输入功 率、效率等参数值，将所得数据整理后用曲线表示，即得到泵的特性曲线。
解析离心泵的特性曲线(图文)
图文解析离心泵的特性曲线一、离心泵的特性曲线定义当转速n为常量时，列出扬程（H）、轴功率（N）、效率（η）以及允许吸上真空高度（Hs）等随流量（Q）变化的函数关系，即：H = f（Q）；N = F（Q）；Hs = Ψ（Q）；η= φ（Q），我们把这些方程关系用曲线来表示，就称这些曲线为离心泵的特性曲线。
离心泵的特性曲线是液体在泵内运动规律的外在表现形式，这三条曲线需要根据试验的方法（采用离心泵特性曲线的测定装置，逐渐开启水泵出口阀门改变其流量，测得一系列的流量及相应的扬程和轴功率，然后将H一Q、N —Q、η一Q曲线绘制在同一张坐标纸上，即为一定型式离心泵在一定转速下的特性曲线），不同的水泵特性曲线不同，水泵的特性曲线由设备生产厂家提供。
严格意义上讲，每一台水泵都有特定的特性曲线。
在水泵特性曲线上，对应任意流量点都可以找到一组与其相对应的扬程、轴功率和效率值，通常把这一组相对应的参数称为工况，其对应最高效率点的一组工况称为最佳工况。
在生产实践中，水泵的运行工况点是通过管路的特性曲线与水泵的特性曲线确定的（M工况点，见下图）。
在选择和使用泵时，使水泵在高效区运行，以保证运转的经济和安全。
二、影响离心泵特性曲线的因素离心泵的特性曲线与很多因素有关，如液体的粘度与密度、叶轮出口宽度、叶片的出口安放角与叶片数及离心泵的压出室形状等均会对离心泵的特性曲线产生影响。
1、叶轮出口直径对性能曲线的影响在叶轮其它几何形状相同的情况下，如果改变叶轮的出口直径，则离心泵的特性曲线平行移动，见下图。
根据这一特性，水泵制造厂和使用单位可以采用车削离心泵叶轮外径的方法改变一台泵的性能范围，以使泵的性能更适合实际运行需要。
例如，某厂的一台离心式循环泵，其运行压力偏高，为降低压力，将叶轮外径由270mm车削到250mm后，在流量相同的情况下，压力下降，给水泵的电机电流减小，满足了运行的要求。
2、转速与性能曲线的关系同一台离心泵输送同一种液体，泵的各项性能参数与转速之间的关系式为：Q1/Q2 = n1/n2H1/H2 = (n1/n2)2Nl/N2 = (n1/n2)2三、理论特性曲线的定性分析1、理论扬程特性曲线的定性分析由HT =中，将C2u = u2 - C2rctgβ2 代入，可得：HT =（u2 - C2rctgβ2）叶轮中通过的水量可用此式表示：QT = F2C2r，也即：C2r =式中QT：泵理论流量（m3/s）；F2：叶轮的出口面积（m2）；C2r：叶轮出口处水流绝对速度的径向（m/s）。
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一、离心泵的特性曲线
在规定条件下由实验测得的 H 、 N 、 η 与 Q 之间的相互关系
曲线为离心泵的特性曲线。
思考： 离心泵启动时出 口阀门应关闭还是 打开，why？ 为什么Q＝0时， N 0？
０2
高效区
最高效率 5％～8％ 区域为泵高效区
设计点
离心泵特性曲线分析：
(1）H-Q曲线 离心泵的扬程H随流量Q的增大而下降。不同型号的离心泵，其H-Q曲线的形状 也有所不同。 （2）N-Q曲线 离心泵的功率N随流量Q的增大而增大，由图可知，当流量Q为零时，轴功率N 为最小。 注意：离心泵启动时，应先关闭泵的出口阀，使电机的启动电流减小至最小，待 电机达到规定转速时，再开启出口阀调节到所需流量。 （3）η-Q曲线 由图可见，开始时η随Q增加而上升，并达到一个最大值，之后η随Q的增大反而 下降 le 2 hf Q 2 5 d 2g d g
A
工作点
10
Q
例2-3
如图2-10所示管路系统，离心泵将密度为 1200kg/m3的液体由敞口贮槽送至高位槽，高位 槽内液面上方的表压强为120kpa,两槽液面恒定， 其间垂直距离为10m,管路中液体为高度湍流。已 知Q=38.7L/s时He=50m,求管路的特性方程。
例2-4
在例2-3的管路上，选用另一台离心泵，泵的特性 曲线可用H=27.0-15Q2表示，式中，Q的单位为 m3/min。求此时离心泵在管路中的工作点。
（2）离心泵的流量调节 ——调节阀门（改变曲线中的B） 改变管路特性曲线 两种方法 改变泵的特性曲线 ——改变n、切割叶轮 离心泵的串、并联
教材：化工原理 授课班级：石化1334 授课教师：阿依加玛丽 授课时间：2014.11.07
主要内容
一、离心泵的特性曲线及其测定 （1）H-Q曲线 （2）N-Q曲线 （3）η-Q曲线 二、影响离心泵性能的主要因素 （1）液体物性对特性曲线的影响 （2）转速对特性曲线的影响 （3）叶轮直径对特性曲线的影响 三、离心泵的工作点和流量调节 （1）管路特性曲线 （2）离心泵的工作点 （3）离心泵的流量调节
思考：若泵在原叶轮直径下的特性曲线方程为H=A+BQ2，则 叶轮切割后泵的特性曲线方程表达式？
9
三、离心泵的工作点与流量调节
（1）管路特性曲线
p u 2 he z hf g 2 g
与流量无关 与流量有关
A f Q
管路特性方程 H
泵的特性曲线
he A BQ 2 完全湍流时，
二、离心泵特性曲线的影响因素
（1）液体性质对特性曲线的影响 a、密度: 密度对H~Q曲线、η-Q曲线无影响
故密度增大，N~Q曲线上移。
N
QgH
b、黏度:
当粘度比20℃清水的大时，H 减小， Q减小，η下降， 实验表明，当粘度<20℃清水的黏度时，粘度对特性曲线的 影响很小，可忽略不计。
N增大
14/71
五、离心泵的工作点与流量调节
离心泵的串、并联 2、串联 泵串联时，在相同Q下，
H串 2 H 单
思考：若单台泵的特性曲线方程为 H单=A+BQ单2，则串联泵组的特性 曲线方程表达式？
将Q单 Q串，H 单＝H串 2 代入得：
H
串联泵
2H 单
H
H单
H串 2A 2BQ
2 串
单台泵
Q并 2Q单
思考：若单台泵的特性曲线方程 为H单=A+BQ单2，则并联泵组的 特性曲线方程表达式？
将H 单 H 并，Q单＝Q并 2 代入得：
Q H
Q H
并联泵组
单台泵
Q单
Q单
H并
Q并 A B 2
2
Q Q
思考：在输送系统中，将单台泵用并联泵组替代，则 管路中的流量是否能达到原来的两倍？为什么？
思考：在输送系统中，将单台泵用串 联泵组替代，则管路中的扬程是否能 达到原来的两倍？为什么？
0
Q
N e Q gH N N
二、离心泵特性曲线的影响因素
（3）叶轮直径对特性曲线的影响 当叶轮直径因切割而变小时，若转速变化程度小于20%， 则 Q D2
Q D2
2
H D2 H D2
切割定律
3
若不变，则
N D2 N D 2
H
阀门关小
泵的特性曲线
不经常改变流量时用，大中型泵的流量 调节倾向于首先考虑采用这一技术
阀门开大
p u2 8 l le 2 he z Q 2 5 g 2 g d g A BQ 2
工作点
Q
五、离心泵的工作点与流量调节
离心泵的串、并联
1、并联
H
泵并联时，在相同H下，
二、离心泵特性曲线的影响因素
（2）叶轮转速对特性曲线的影响 当转速 变化不大时（小于20%），利用出口速度三角形 H 相似的近似假定，可推知：
Q n Q n
转速增大
2
若不变，则
H n H n 3 N n N n
比例定律
n
n
0
Q
思考：若泵在原转速n下的特性曲线方程为H=A+BQ2， 则新转速n 下泵的特性曲线方程表达式？
复习
离心泵的工作情形
压出导管
泵壳
叶轮
气缚现象?
2 v vr v r r r r r
泵轴
1 rv r r r
吸入导管
液体如何通过旋转叶轮主要 获得静压能还是动能？
底阀
2
§2.2.3 离心泵的特性曲线及其 影响因素分析 §2.2.4 离心泵的工作点和流量调节