各种泵的结构原理

3）按离心泵的不同用途 输送清水和物性与水相近、无腐蚀性且杂质很 水泵 少的液体的泵, （B型） 耐腐蚀泵 接触液体的部件（叶轮、泵体）用耐腐蚀材料制 成。要求：结构简单、零件容易更换、维修方便 、密封可靠、用于耐腐蚀泵的材料有：铸铁、高
硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等。（F型）
油泵 输送石油产品的泵 ，要求密封完善。（Y 型） 输送含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液等的泵 ，又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等 。要求不易 堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、
一止逆阀。 • 泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀。 离心泵的工作过程： • 开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。 • 开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在 此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，并以 很高的速度（15-25 m/s）流入泵壳。
• 在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢，使
大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压强从排 出口流入排出管道。 • 泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在液面压 强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便
经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。
离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮
所产生的离心力，因此称为离心泵。
有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne表示 轴功率和有效功率之间的关系为 ： 有效功率可表达为
N Ne /
N e QHg
轴功率可直接利用效率计算
N QHg /
2、离心泵的特性曲线
离心泵的H、η 、 N都与离心泵的Q有关，它们之间的 关系由确定离心泵压头的实验来测定，实验测出的一组关 系曲线：
单吸式叶轮 液体只能从叶轮一侧被吸入，结
按吸液方式
构简单。
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，而且可以较好的消除轴向推 力。
2）泵壳 A. 泵壳的作用 • 汇集液体，作导出液体的通道；
•
使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。
理、基本构造与性能，合理地选择其类型、决定规格、计
算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等
2-1-1离心泵
一．离心泵的操作原理、构造与类型 1、操作原理
• 由若干个弯曲的叶 片组成的叶轮置于
具有蜗壳通道的泵
壳之内。 • 叶轮紧固于泵轴上 泵轴与电机相连， 可由电机带动旋转。
• 吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装
表示离心泵的理论压头与理论流量，叶轮的转速和直径、叶 轮的几何形状间的关系。
1 QT 2 (r2 ) ctg 2 g 2b2 g
——离心泵基本方程式
对于某个离心泵（即其 β2、γ2、b2 固定），当转速 ω 一定
时，理论压头与理论流量之间呈线形关系，可表示为：
H A BQT
为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之 间有时还装有一个固定不动的带有叶片的圆盘，称为导 叶轮。导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲
B. 导叶轮
方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相
适应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，使能 量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。
第 二章
第 一 节
流体输送机械
液体输送机械
2-1-1 离心泵
离心泵的操作原理、构造与类型 离心泵的基本方程式 离心泵的主要性能参数与特性曲线 离心泵性能的改变 离心泵的气蚀现象与允许吸上高度 离心泵的工作点与流量调节
2-1-2 其他类型的泵
流体输送机械：向流体作功以提高流体机械能的装置。 • 输送液体的机械通称为泵； 例如：离心泵、往复泵、旋转泵和漩涡泵。 • 输送气体的机械按不同的工况分别称为: 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。 本章的目的： 结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的操作原
起到密封作用。
3、离心泵的分类
1）按照轴上叶轮数目的多少
单级泵 轴上只有一个叶轮的离心泵，适用于出口压力 不太大的情况； 多级泵 轴上不止一个叶轮的离心泵 ，可以达到较高的
压头。离心泵的级数就是指轴上的叶轮数，我国
生产的多级离心泵一般为2~9级。
2）按叶轮上吸入口的数目
单吸泵 叶轮上只有一个吸入口，适用于输送量不大的情况。 双吸泵 叶轮上有两个吸入口，适用于输送量很大的情况。
泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得，通常用效率η
来反映能量损失。这些能量损失包括： •容积损失 •水力损失 •机械损失 泵的效率反应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。 与泵的大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质有关
4）轴功率及有效功率
轴功率：电机输入离心泵的功率,用N表示，单位为J/S,W或kW
开停车和调节流量。
2、基本部件和构造 1）叶轮 a)叶轮的作用 将电动机的机械能传给液体,使液体的动能有所提高。 b)叶轮的分类 闭式叶轮 叶片的内侧带有前后盖板，适于输送干 净流体，效率较高。
根据结构 开式叶轮 没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒 的液体悬浮物。
半闭式叶轮只有后盖板，可用于输送浆料或含固体 悬浮物的液体，效率较低。
Pc Pb uc ub H Z (h f )bc g 2g
2
2
H Z ( Pc Pb ) / g
离心泵的压头又称扬程。必须注意，扬程并不等于升举
高度△Z，升举高度只是扬程的一部分。
3）离心泵的效率
离心泵输送液体时，通过电机的叶轮将电机的能量传给 液体。在这个过程中，不可避免的会有能量损失，也就是说
气 缚
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
2
2
2
代入（a）式，并整理可得到：
H (u2 c2 cos 2 u1c1 cos1 ) / g
(b)
一般离心泵的设计中，为提高理论压头，使α1=90°，即
cosα1=0
H u2 c2 cos 2 / g
——离心泵的基本方程式
——离心泵理论压头的表达式
理论压头与理论流量QT关系 流量可表示为叶轮出口处的径向速度与出口截面积的乘积
QT 2r2b2c2 sin
从点2处的速度三角形可以得出
c2 cos2 u2 c2 sin 2 ctg2
代入 H=u2c2cosα2/g
1 2 u2QT ctg 2 u2 ) H (u2 c2 sin 2ctg 2 ) (u2 g 2r2b2 g
2 2 2
2
c 2 c1 动压头的增加： 2g
2
2
前弯叶片，动能的提高大于静压能的提高。
由于液体的流速过大，在动能转化为静压能的实际过程
中，会有大量机械能损失，使泵的效率降低。
一般都采用后弯叶片
3、实际压头
离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异，原因在于 流体在通过泵的过程中存在着压头损失，它主要包括： 1）叶片间的环流 2）流体的阻力损失 3）冲击损失
杂质泵
叶片数目少。
二、离心泵的基本方程式
1、离心泵基本方程式的导出
假设如下理想情况： 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。
在高速旋转的叶轮当中，液 体质点的运动包括：
• 液体随叶轮旋转 ；
离心泵的压头取决于：
泵的结构（叶轮的直径、叶片的弯曲情况等） 转速 n 流量 Q，
如何确定转速一定时， 泵的压头与流量之间
的关系呢？
实验测定
H的计算可根据b、c两截面间的柏努利方程：
Pb ub 2 Pc uc 2 H Z (h f )bc g 2 g g 2 g
理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为
三．离心泵的主要性能参数与特性曲线
1、离心泵的性能参数
1）离心泵的流量 指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一般用Q表示，单位 为m3/h。又称为泵的送液能力 。
2）离心泵的压头
泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以H表示，单位为m。又称为泵 的扬程。
3）轴封装置
A 轴封的作用
为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界 空气漏入泵壳内。 B 轴封的分类
主要由填料函壳、软填料和填料压盖组 填料密封： 成，普通离心泵采用这种密封。 轴封装置
主要由装在泵轴上随之转动的动环和固 机械密封： 端面密封 定于泵壳上的静环组成，两个环形端面 由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，
功率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小。
离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保
护电机。
3）η～Q 曲线：表示泵的效率与流量的关系，随着流量的 增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再增 大，效率便下降。
离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在与最 高效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。 与最高效率点所对应的Q、H、N值称为最佳工况参数。 离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的 状态参数。 注意：在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。 一般要求操作时的效率应不低于最高效率的92%。
2、离心泵基本方程式的讨论
1）离心泵的理论压头与叶轮的转速和直径的关系 当叶片几何尺寸（b2，β2）与理论流量一定时，离心泵的理 论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大。 2）离心泵的理论压头与叶片几何形状的关系 根据叶片出口端倾角β2的大小,叶片形状可分为三种: