1离心泵轴向力产生和计算
思考题
第一章离心泵一、问答题1．离心泵的扬程是什么意义？其单位是什么？样本上常用单位是什么？两者的关系是什么？2．离心泵的主要过流部件是哪些？对它们的要求是什么？3．离心泵开泵前为什么要灌泵？4．H T∞代表什么意义？在什么假设条件下得到的扬程？5．H T∞与哪些因素有关？为什么说它与介质性质无关？6.介质压力与扬程有何关系？7．Hu u w w c cT∞=-+-+-221212222212222中哪些是静扬程？由什么作用产生的？哪些是动扬程？8．什么叫前弯叶片、径向叶片、后向叶片？用欧拉方程和速度三角形导出理论扬程H T∞与Q T的关系，并画出三种叶片的H QT T∞-曲线()α190=。
9．什么叫反作用度？反作用度大好还是小好？离心泵的反作用度与什么参数有关？前弯、径向及后弯叶片的反作用度如何？10．离心泵中主要是哪种叶片？为什么？βA2大致范围是多少？11．离心泵的排量与哪些结构和工作参数有关？12．有限叶片叶轮中轴向涡流是由与什么原因产生的？轴向涡流对出口及进口速度三角形有何影响？哪个影响是主要的？13．试画出叶片无限多与叶片有限时叶轮出口速度三角形图。
14．滑移系数影响扬程提高是不是由于环流而产生了损失？15．汽蚀的机理如何？有何危害？16．NPSH a的含义是什么？17．NPSH r的含义是什么？18．如何判别是否发生了汽蚀？19．生产中如何提高NPSH a?20．在设计、操作中如何减小NPSH r?21．吸入真空度为何可以表示NPSH r的大小？22．允许的吸收入真空度在什么条件下要进行修正？为什么？23．如何确定离心泵的几何安装高度？24．什么是吸入头？什么是灌注头？25．常减压装置中减压塔的基础为什么比常压塔基础高？26．为什么炼厂油罐区的泵房地面比当地地面低？27．一台离心泵在青岛地区使用和兰州地区使用其允许几何安装高度何地大？28．如何从装置方面防止汽蚀发生？生产操作中要注意哪些问题？29．用NPSHp c pas s v=+-ρρ22和()p p cZ hs A sg f A Sρρ=----22两式说明如何防止汽蚀发生？30．离心泵有几条特性曲线？各特性曲线有何特点、有何用途？31．离心泵开泵前要关闭出口阀，为什么？32．离心泵的功率曲线是如何形成的？33．离心泵的轴功率公式可写为NQH=ρη,当Q=0时N=0对吗？34．离心泵开泵前要关闭出口阀门而旋涡泵和轴流泵开泵前要打开出口阀门，为什么？35．离心泵的额定点和高效区是如何确定的？36．离心泵中主要有哪些损失？各影响哪些工作参数？37．离心泵的实际特性H Q -曲线是如何形成的？用画图示意说明。
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。
泵部分思考题答案
1 / 21．离心泵的扬程是什么意义？其单位是什么？样本上常用单位是什么？两者的关系是什么？单位质量液体通过泵以后获得的有效能头，常用单位J/kg 、m, H(m)*g=H(J/kg) 2．离心泵的主要过流部件是哪些？ 对它们的要求是什么？吸入室：要求液体流过吸入室时流动损失较小，并使液体流入叶轮时速度分布较均匀。
叶轮：要求是在损失最小的情况下使单位质量的液体获得较高的能头。
蜗壳：要求流动损失越小越好 3．离心泵开泵前为什么要灌泵？如不灌泵，离心泵内就会积存气体，由于气体的密度比液体的密度小得多，在额定转速下，泵提供的离心力会小很多，导致吸入液面到离心泵入口之间的压力差很小，无力推动液体进入泵内，所以开泵前需要灌泵。
4．∞T H 代表什么意义？在什么假设条件下得到的扬程？∞T H 叶轮叶片数为无限多的情况下的理论扬程。
假设条件：(1)通过叶轮的液体是理想液体。
因此，液体在叶轮内流动时无任何能量损失。
(2)叶片数无限多和无限薄。
即每一液体质点在流道内相对运动轨迹与叶片曲线的形状完全一致。
(3)液体在叶片间流道内相同半径上各点的流动呈轴对称。
即在同一半径的圆周上液体质点的相对速度大小相同，其液流角相等。
5．∞T H与哪些因素有关？为什么说它与介质性质无关？理论扬程 ∞T H 的大小只与液流在叶轮流道进、出口处的速度有关，即与叶轮进出口的几何尺寸(D ，β)、工作转速n 和流量Q T 有关；而与泵所输送流体的性质无关。
用同一个叶轮输送不同性质的流体，如水、油或空气等，在同一转速和流量下工作时，叶轮所给出的理论扬程值(用米表示)是相同的。
7．222212222212122c c w w u u H T -+-+-=∞中哪些是静扬程？ 由什么作用产生的？哪些是动扬程？前两项是H pot ，由离心力做功产生。
后一项是H dyn.8．什么叫前弯叶片、径向叶片、后弯叶片？用欧拉方程和速度三角形导出理论扬程∞T H 与TQ 的关系，并画出三种叶片的T T Q H-∞曲线()0190=α。
泵与压缩机简答题
一离心泵的工作原理？？？动力机通过泵轴带动叶轮旋转，充满叶片间流道中的液体随叶轮旋转；液体在离心力的作用下，以较大的速度和较高的压力，沿着叶片间的流道从中心向外缘运动；泵壳收集从叶轮中高速流出的液体并导向至扩散管，经排出管排出。
液体不断被排出，在叶轮中心形成真空，吸入池中的液体在压差的作用下，源源不断地被吸入进叶轮中心；泵形成连续的吸入和排出过程，不断地排出高压力的液体。
二离心泵的三种叶轮结构及、三种形式的叶片出口角。
闭式叶轮由前盖板、后盖板、叶片及轮毂组成。
闭式叶轮一般用于清水泵。
半开式叶轮由后盖板、叶片及轮毂组成；半开式叶轮一般用于输送含有固相颗粒的液体。
开式叶轮由叶片及轮毂组成；开式叶轮一般用于含有输送固相颗粒较多的液体。
1）后弯式叶片—叶片向旋转方向后方弯曲，即β2k＜90°；2）径向式叶片—叶片出口沿半径方向，即β2k=90°；3）前弯式叶片—叶片向旋转方向前方弯曲，即β2k＞90°三离心泵的轴向力产生的原因、方向、消除或减小轴向力的措施。
离心泵的叶轮上要产生绐终指向泵的吸入口的轴向力轮左侧的压力小于作用在叶轮右侧的压力，叶轮上产生向左的轴向力。
1）开平衡孔：在叶轮后盖板上开一圈平衡孔，使前后盖板密封环内的压力基本相等，大部分轴向力可被平衡。
该方法一般用于单级离心泵。
2）采用双吸叶轮：液体从两边吸入，轴向力互相抵消。
3）叶轮对称安装：对多级泵，将叶轮背靠背或面对面地安装在一根泵轴上，轴向力互相抵消4）安装平衡管：用平衡管将多级泵的出口与进口连通。
即将高压区与低压区连通，从而平衡压力而降低轴向力５）安装平衡盘四离心泵的扬程、流量、各种功率、各种效率的基本概念及各参数的相关计算。
1）输出功率N—液体通过离心泵得到的功率，即离心泵实际输出的功率。
输出功率又叫离心泵的有效功率。
2）转化功率Ni—叶轮传递给液体的功率。
3）轴功率Na—泵的输入功率。
式中:Q—泵的实际平均流量，m3／s，可实际测量；H—泵的实际输出压头或有效压头，m液柱，可实际测量；ρ—被输送液体的密度，Kg／m3；Qi—泵的转化流量;Hi—泵的转化压头;η—离心泵的总效率。
叶轮背叶片对离心泵轴向力的影响
The effect of the blade of the impeller on the axial force of the centrifugal pump Wu Xinhao
Ningbo Zhenhai Petrochemical Jianan Engineering Co.，Ltd.，Machinery Branch，Zhejiang Ningbo 315200 Abstract：Centrifugal pumps are widely used in the petrochemical industry. The internal forces of the impeller with different structures are also different.In this regard，we study and analyze the effect of the blade of the impeller on the axial force of the centrifugal pump.And how to control the blade clearance of the impeller back during the overhaul. In order to provide a certain theoretical basis for our usual maintenance. At the same time，Ensure that the equipment is running for a long time. Keywords：centrifugal pump；Impeller vane；axial force；Gap control
技术研究
2018年第2期
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）
单级离心泵轴向力方向
单级离心泵轴向力方向有趣的是，这种力的方向可是有讲究的。
说到方向，大家可不要把它看得太简单。
轴向力的方向一般是往泵的进水口推的，这就像你把一瓶饮料打开，气泡瞬间往上冲的感觉，清脆又欢快。
但是这可不止于此，轴向力如果太大，就会让泵的轴承承受过大的压力，搞不好就得“叫苦连天”，导致泵坏掉，得不偿失呀！想象一下你每天都得去修理它，真是烦得要命。
接着咱们再聊聊这个力的产生原因。
转子转动的时候，液体会被甩到叶轮的边缘，液体的动量变化就会在这儿产生轴向力。
这就好比你把水泼到墙上，水流不自觉地往一个方向流，真是“水流如电”，让人目不暇接。
这个时候，液体对转子的作用力和反作用力就像一对好朋友，一个推，一个拉，彼此不分开。
转子转得越快，液体的流速越高，轴向力自然也就越大。
要是转速过快，那可就像在做高难度的杂技，随时都有可能摔个大跟头。
说到这里，你可能会问，哎呀，那我们应该如何控制轴向力呢？别急，这可是个技术活儿。
一般来说，咱们可以通过调节叶轮的形状、转速和泵的设计来控制。
就像做菜一样，调味要得当，太咸了不好，太淡了也没滋味。
比如说，叶轮的前缘设计得合理，能让液体在流动时减少不必要的阻力，这样就能有效降低轴向力，简直是让人拍手叫好。
当然了，还有一点必须提到，那就是对泵的轴承要格外关心。
轴承就像离心泵的“心脏”，它承受着轴向力带来的压力，如果不及时维护，等到出问题时，真是“哭都来不及”。
定期检查、润滑，能让泵的“心脏”跳得更加有力，寿命自然也会延长。
就像我们平时要锻炼身体，才能更好地应对各种挑战。
再说说泵的选型，咱们可得仔细斟酌。
市场上的离心泵种类繁多，有的适合高扬程，有的则更适合大流量。
选错了，那就好比穿错鞋，走几步就疼得不行。
选择合适的泵，不仅能提高工作效率，还能在轴向力的控制上游刃有余，轻松搞定。
单级离心泵的轴向力方向是个有趣又复杂的议题。
了解它的原理，就像摸清了一道题的解法，心里踏实多了。
别看它微不足道，但在泵的运行中却扮演着不可或缺的角色。
(简答题)泵与压缩机题库
简答题■s.试写出欧拉方程，并说明在公式推导过程中的三个假设条件。
答：欧拉方程：m 三个假设条件：（1）液体在叶轮中的流动是稳定流动；（2）通过叶轮的液体是理想液体，即液体在叶轮内流动时无能量损失；（3）叶轮由无限多、无限薄的叶片组成。
■Z在图中指出离心泵的过流部件及其作用。
答：（1）5是吸入室，使液体从吸入管引入叶轮，要求损失小，并使液体流入叶轮是速度均匀分布；（2）4是叶轮，离心泵中唯一的做功部件，液体从叶轮得到能量，要求在流动损失最小的情况下，单位质量液体获得较高的能头；（3）7是排出室（蜗壳）：作用是把从叶轮内流出来的液体收集起来，并进入下级叶轮入口或直接送入排出管。
■J简述离心泵的工作原理。
答：离心泵启动前泵内灌满液体的过程称为灌泵。
驱动机（原动机）带动叶轮高速旋转，叶片带动液体旋转，产生离心力，液体获得能量（压力能、速度能增加）输送液体。
叶轮入口形成低压，靠吸入液体与泵之间压差，不断吸入液体，连续工作。
■D 答出泵和压缩机在油气储运工程中4个的应用。
答：请从以下四个方面简述：1在油气集输过程中的应用2在长距离输油管道和油库中的应用3在长距离输气管道和储气库中的应用4在液化天然气和压缩天然气中的应用■J简述扬程定义并根据定义列出泵进出口液流的能量方程。
答：单位质量的液体,从泵进口到泵出口的能量增值为泵的扬程。
即单位质量的液体,通过泵所获得的有效能量,常用H表示。
■J 简述提高吸入装置的有效汽蚀余量的措施（1）增加吸入罐液面上的压力pA以提高NPSHa（2）减小泵的安装高度zg以提高NPSHa （3）减小泵的吸上真空度Hs（4）减小泵吸入管路的阻力损失∑hA-S（5）降低液体的饱和蒸汽压pv■J 简述产生汽蚀的机理及危害。
答：（1）机理：水力冲击速度高，造成金属表面剥蚀、氧化，这种汽化、溃灭、冲击、氧化、剥蚀等的综合作用现象叫汽蚀或空化。
（2）危害：①噪音和振动：汽泡溃灭时液体冲击叶轮，泵内有“噼噼”“啪啪”的声音，引起机组振动；②对泵性能曲线影响：开始汽蚀时影响很小，发展到一定程度时出现“断裂工况”，大量气泡堵塞流道。
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离心泵的轴向力的产生和计算
摘要：分析几种型式的离心泵轴向力的形成及其影响的各种因素。对应不同结构形式的离
心泵，列出其轴向力的相关计算。
关键词：离心泵 原理 轴向力 计算
离心泵作为一种通用机械，在我国国民经济各部门中应用极广，农田排灌、石油化工、
动力工业、城市给排水、采矿和船舶工业等等。其在高速、高温、高压环境下，对泵机组
的可靠性要求很高，特别是在一些连续性生产的企业，离心泵是流体物料介质的重要输送
动力机构，其能否长周期稳定运行直接影响企业的产量和效益。本文简单介绍离心泵的工
作原理，轴向力的产生原因及其计算，希望能给用户单位在离心泵使用维护和技术改造方
面提供帮助。
一、离心泵轴向力的形成及其影响的诸因素
1 离心泵的工作原理
离心泵是依靠高速旋转的叶轮使液体在离心力的作用下，从叶轮的外缘进入蜗壳，在
蜗壳中，由于流道的逐渐扩大，液体的流速逐渐减小，从而将部分动能转变为静压能，最
后以较高的压力流入排除管道。液体由叶轮中心流向外缘使叶轮中心的压力下降，进口管
的液体在其本身压力或大气压的作用下，被压入叶轮中。这样只要叶轮不停地旋转，进口
管内的液体就会被连续的吸入和排除。
2 轴向力产生的原因
2.1叶轮前后盖板不对称压力产生的轴向力，这是所有轴向力中最重要的一个因素。
又由于叶轮盖板的形状是不规则的，所以其轴向力大小比较复杂，此力指向压力小的盖板
方向，用1F或1F表示；
2.2 液体流过叶轮由于方向改变产生的冲力（动反力），此力指向叶轮后面，用2F表
示；
2.3 轴台、轴端等结构因素引起的轴向力，其方向视具体情况而定，用3F表示；
2.4 转子重量产生的轴向力，其方向与转子的布置方式有关，用4F表示；
2.5 当有径向流时会改变压力分布，因而影响轴向力的数值。在叶轮前盖板泵腔，存
在向内径向流动，后泵腔中存在向外的径向流动，轮毂处的压力大于无径向流动时的压力。
多级泵因级间泄漏而存在外向的径向流。对于不同的泵，按内向流动压力减小，外向流动
压力增加来分析对轴向力的影响；
2.6 叶轮两侧密封环不同，当两侧密封环间隙长度不同，磨损不同时，会产生指向泄
漏大的一侧的附加轴向力；
2.7 影响轴向力的其他因素：如制造、装配、泵轴叶轮机械性能等。
二、轴向力的分析、计算
1 盖板力F1
由图可知，叶轮前后盖板不对称，前盖板在吸入口部分没有盖板，另一方面，叶轮前
后盖板像轮盘一样带动前后腔内的液体旋转，盖板侧墙内的液体压力按抛物线规律分布。
盖板力计算公式是在比较理想的状态下推导出来的。假设盖板两侧无径向流动，作用在盖
板上的压力，除口环以上部分与前盖板对称作用的压力相互抵消。其计算公式为：
22
2
222
1()[()]82mhmhp
RRwFgRRHRg
其中 1F ——轴向力，N
——液体密度，Kg/m3
g ——重力加速度，m/s2
R ——叶轮半径，m
Rm ——叶轮密封环处半径，m
Rh ——叶轮后轴颈或级间套处半径，m
Hp ——叶轮出口势扬程，m
w
——叶轮旋转角速度，rad/s
1
122(1)2p
gH
HHu
其中 1H ——叶轮单级扬程，m
2u ——叶轮出口的圆周速度，m/s
2 动反力F2
液体通常沿轴向进入叶轮，沿径向或斜向流出。液流
通过叶轮其方向发生变化，是因为液体受到叶轮作用力的
结果。反之，液体给叶轮一个大小相等，方向相反的反作
用力，即为动反力，方向指向叶轮背后。
2tm0m3
Q(-)cos F
其中 ρ ——液体密度，Kg/m3
Qt ——泵理论流量，m3/s
m0m3
、
——叶片进口稍前，出口稍后的轴面速度，m3/s
——叶轮出口轴面速度与轴线方向的夹角。
3 一般离心泵，轴向力估算公式F或'F
22
1wh
FkgHRRi
其中 F ——总的轴向力，N
H1 ——泵单级扬程，m
Rw ——叶轮密封环半径，m
Rh ——叶轮轮毂半径，m
i ——泵级数
K ——系数，当泵比转数ns=30~100时，k=0.6；当ns=100~220时，k=0.7；当
ns=240~280时，k=0.8。
22
1'(1)()2whrH
FgkHRRiH
其中 F´——总的轴向力，N
H ——任意工况点的扬程，m
Hr——设计工况点的扬程，m
Rw——叶轮密封环半径，m
Rh——叶轮轮毂半径，m
i ——泵级数
k ——系数，当ns=60~100时，k=1.1；当ns=120~200时，k=0.83。
4 半开式叶轮轴向力F1的计算
2
2222
1h2()163phpmm
w
FgRRHRRgHRRRg
其中 F1——总的轴向力，N
Hp——叶轮出口势扬程，m
R ——叶轮半径，m
Rw——叶轮密封环半径，m
Rh——叶轮轮毂半径，m
w——叶轮旋转角速度，rad/s
Rm——叶轮密封环处半径，m
5 混流泵叶轮轴向力F1的计算
2
222222
122202()()()16hhphhph
w
FgRRHRRgHRRg
2
2222
2020()()16mpm
w
gRRHRRg
6混流半开式叶轮轴向力1F的计算
2
222222
122202'()()()16hhphhph
w
FgRRHRRgHRRg
211212()()3phhhhh
gHRRRRR
7轴台、轴端等结构因素引起的轴向力3F
如右图所示，悬臂式离心泵当轴头吸入压力和大气压力不同时引起的轴向力，特别当
泵的进口压力比较高时，作用在轴头上的轴向
力数值就比较大了，其计算公式如下:
)(432athPPdF
其中Pt——泵进口压力（绝对压力）；
Pa——大气压力；
dh ——填料处的轴径。
8 对称布置叶轮由于轴细部结构不同引起的轴向力3F
右图为两级泵，第一级叶轮进口的压力为P0 ，经过一级增加一个压力PgH（H为
单级扬程）。
311010()()()msmh
FAAPAAPP
20220()(2)()()mhms
AAPPAAPP
通常 12mmAA，12ssAA，那么
3()hs
FPAA
负号表示3F方向指向第一级叶轮进口，多级泵
可以用类似方法进行相加，求出轴向力3F。
9 立式泵在计算轴向力的时候，应考虑转子的重量和转子中的液体的重量。
三、结语
综上所述，不同结构形式的离心泵在运行过程中都会产生作用在转子上的轴向力，这
些轴向力的合力将拉动转子轴向移动，因此必须消除或平衡掉这些轴向力，在离心泵的设
计过程中可通过计算转子的轴向力大小来确定平衡装置的结构形式和几何尺寸。