1、第二章第二章 流体输送机械流体输送机械 本章学习指导本章学习指导1 1 本章学习的目的本章学习的目的 本章是流体力学原理的具体应用。通过学习掌握工业上最常用的流体输送机械的基本本章是流体力学原理的具体应用。通过学习掌握工业上最常用的流体输送机械的基本结构、工作原理及操作特性，以便根据生产工艺的要求，合理地选择和正确地使用输结构、工作原理及操作特性，以便根据生产工艺的要求，合理地选择和正确地使用输送机械，以实现高效、可靠、安全的运行。送机械，以实现高效、可靠、安全的运行。2 2 本章应掌握的内容本章应掌握的内容 本章应重点掌握离心泵的工作原理、操作特性及其选型。本章应重点掌握离心泵的工作原理、操
2、作特性及其选型。3 3 本章学习中应注意的问题本章学习中应注意的问题 在学习过程中，加深对流体力学原理的理解，并从工程应用的角度出发，达到经济、在学习过程中，加深对流体力学原理的理解，并从工程应用的角度出发，达到经济、高效、安全地实现流体输送。高效、安全地实现流体输送。流体输送机械的分类流体输送机械的分类流体输送机械是指为流体提供机械能的机械设备流体输送机械是指为流体提供机械能的机械设备分类：分类：（1 1）动力式：借助于高速旋转的叶轮使流体获得能量。包括离心式、轴）动力式：借助于高速旋转的叶轮使流体获得能量。包括离心式、轴流式输送机械流式输送机械（2 2）容积式：利用活塞或转子的挤压使流体升
3、压以获得能量。包括往复）容积式：利用活塞或转子的挤压使流体升压以获得能量。包括往复式、旋转式输送机械式、旋转式输送机械（3 3）流体作用式：依靠能量转换原理以实现输送流体任务。如喷射泵）流体作用式：依靠能量转换原理以实现输送流体任务。如喷射泵2.12.1离心泵离心泵1.离心泵的主要部件离心泵的主要部件2.离心泵的工作原理离心泵的工作原理3.离心泵的性能参数离心泵的性能参数4.离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线5.影响离心泵性能的因素和性能换算影响离心泵性能的因素和性能换算6.离心泵的离心泵的气蚀现象气蚀现象与与安装高度安装高度7.离心泵的离心泵的工作点与流量调节工作点与流量调节8.离心泵的类型与
4、选择离心泵的类型与选择123456离心泵的工作原理和主要部件离心泵的工作原理和主要部件 离心泵结构简单，操作容易，流量易于调节，且能离心泵结构简单，操作容易，流量易于调节，且能适用于多种特殊性质物料，因此在工业生产中普遍被适用于多种特殊性质物料，因此在工业生产中普遍被采用。采用。 工作原理：工作原理： （1 1）液体随叶轮旋转，在惯性离心力的作用下自叶轮）液体随叶轮旋转，在惯性离心力的作用下自叶轮中心被甩向外周并获得了能量，使流向中心被甩向外周并获得了能量，使流向叶轮叶轮外周的液外周的液体的静压强提高，流速增大。液体离开叶轮进入蜗壳，体的静压强提高，流速增大。液体离开叶轮进入蜗壳，因因蜗壳蜗壳
5、内流道逐渐扩大而使流体速度减慢，液体的部内流道逐渐扩大而使流体速度减慢，液体的部分动能转换成静压能。于是，具有较高压强的液体从分动能转换成静压能。于是，具有较高压强的液体从泵的排出口进入排出管路，被输送到所需的管路系统。泵的排出口进入排出管路，被输送到所需的管路系统。 （2 2）由于离心力的作用，泵的进出口出产生压力差，）由于离心力的作用，泵的进出口出产生压力差，从而使流体流动。从而使流体流动。离心泵的主要部件离心泵的主要部件（1 1）叶轮：叶轮是离心泵的核心部件，由叶片组成，构成了数目相同的）叶轮：叶轮是离心泵的核心部件，由叶片组成，构成了数目相同的液体通道。按有无盖板分为开式、闭式和半开式
6、。液体通道。按有无盖板分为开式、闭式和半开式。（2 2）泵壳：泵体的外壳，它包围叶轮，在叶轮四周开成一个截面积逐渐）泵壳：泵体的外壳，它包围叶轮，在叶轮四周开成一个截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道。此外，泵壳还设有与叶轮所在平面垂直的入口扩大的蜗牛壳形通道。此外，泵壳还设有与叶轮所在平面垂直的入口和切线出口。和切线出口。（3 3）泵轴：位于叶轮中心且与叶轮所在平面垂直的一根轴。它由电机带）泵轴：位于叶轮中心且与叶轮所在平面垂直的一根轴。它由电机带动旋转，以带动叶轮旋转。动旋转，以带动叶轮旋转。叶轮叶轮平衡孔平衡孔 叶轮外周安装叶轮外周安装导轮导轮，使泵内液体能量转换效率高。，使泵内液体能量转换效率
7、高。 导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。 这此叶片的弯曲方向与叶轮叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好这此叶片的弯曲方向与叶轮叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳通道内平稳地改与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。变方向，使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。 轴封装置：轴封装置：保证离心泵正常、高效运转。保证离心泵正常、高效运转。 轴封装置的作用：离心泵在工作是泵轴旋转而壳不动，其间的环隙如果不加轴封装置的作用：离心泵在工作是泵轴旋转
8、而壳不动，其间的环隙如果不加以密封或密封不好，则外界的空气会渗入叶轮中心的低压区，使泵的流量、以密封或密封不好，则外界的空气会渗入叶轮中心的低压区，使泵的流量、效率下降。严重时流量为零效率下降。严重时流量为零气缚。气缚。 通常，可以采用机械密封或填料密封来实现轴与壳之间的密封。通常，可以采用机械密封或填料密封来实现轴与壳之间的密封。123456 液体吸上原理：依靠叶轮高速旋转，液体吸上原理：依靠叶轮高速旋转，迫使叶轮中心的液体以很高的速度被迫使叶轮中心的液体以很高的速度被抛开，从而在叶轮中心形成低压，低抛开，从而在叶轮中心形成低压，低位槽中的液体因此被源源不断地吸上。位槽中的液体因此被源源不断
9、地吸上。 气缚现象气缚现象：如果离心泵在启动前壳内充满的是气体，则启动后：如果离心泵在启动前壳内充满的是气体，则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度，这样槽叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度，这样槽内液体便不能被吸上。这一现象称为气缚。内液体便不能被吸上。这一现象称为气缚。 灌泵灌泵: :为防止气缚现象的发生，离心泵启动前要用外来的液体将为防止气缚现象的发生，离心泵启动前要用外来的液体将泵壳内空间灌满。这一步操作称为泵壳内空间灌满。这一步操作称为灌泵灌泵。 为防止灌入泵壳内的液体因重力流入低位槽内，在泵吸入管路为防止灌入泵壳内的液体因重力流入低位槽内，在泵吸入管路的
10、入口处装有的入口处装有止逆阀止逆阀（底阀）；如果泵的位置低于槽内液面，（底阀）；如果泵的位置低于槽内液面，则启动时无需灌泵。则启动时无需灌泵。离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式221211221122efppzuHzuHgggg离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式 离心泵的理论压头：在理想情况下可能达到的最大的压头。离心泵的理论压头：在理想情况下可能达到的最大的压头。 离心泵的理论压头与如下几个假定条件相对应：离心泵的理论压头与如下几个假定条件相对应：叶轮内叶片数目无叶轮内叶片数目无限多，液体完全沿着叶片的弯曲表面流动，无任何环流现象；限多，液体完全沿着叶片的弯曲表面流动，无任何环流现象；液
11、体液体为粘度等于零的理想流体，液体在流动中没有阻力。在这两个假定条为粘度等于零的理想流体，液体在流动中没有阻力。在这两个假定条件下，离心泵的理论压头可以表示为：件下，离心泵的理论压头可以表示为： 其中：其中：D D2 2叶轮外径；叶轮外径；u u2 2叶轮旋转速度；叶轮旋转速度； Q QT T 泵的体积流量；泵的体积流量；b b2 2叶片宽度；叶片宽度；2 2叶片装置角。叶片装置角。222TT222Q uuHctggg Db离心泵的基本方程式的讨论：离心泵的基本方程式的讨论：装置角是叶片装置角是叶片的一个重要设计参数。当其值小于的一个重要设计参数。当其值小于9090度时称为度时称为后弯后弯叶片
12、叶片；等于；等于9090度时称为度时称为径向叶片径向叶片；大于；大于9090度时称为前弯叶片。叶度时称为前弯叶片。叶片后弯时液体流动能量损失小，所以一般都采用片后弯时液体流动能量损失小，所以一般都采用后弯叶片后弯叶片。离心泵的基本方程式的讨论：离心泵的基本方程式的讨论：当采用后弯片时，可知理论压头随叶轮直径、转速及叶轮周边宽当采用后弯片时，可知理论压头随叶轮直径、转速及叶轮周边宽度的增加而增加，随流量的增加呈线性规律下降。度的增加而增加，随流量的增加呈线性规律下降。理论压头与流体的性质无关。理论压头与流体的性质无关。222TT222Q uuHctggg D b理论流量与理论压头的关系理论流量与
13、理论压头的关系 实际操作中，由于以下三方面的原因，使实际操作中，由于以下三方面的原因，使得单位重量液体实际获得的能量，即实际压得单位重量液体实际获得的能量，即实际压头，与离心泵的理论压头有一定的差距：头，与离心泵的理论压头有一定的差距：（A A）叶片间环流；（）叶片间环流；（B B）阻力损失；（）阻力损失；（C C）冲击）冲击损失。损失。 考虑以上三方面之后，压头与流量之间的考虑以上三方面之后，压头与流量之间的线性关系也将发生变化。线性关系也将发生变化。理论压头与液体密度的关系理论压头与液体密度的关系 理论压头与液体密度没有关系理论压头与液体密度没有关系 离心泵出口压强与密度成正比离心泵出口压
14、强与密度成正比2.1.32.1.3离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的性能参数离心泵的性能参数1.1.流量（流量（Q Q）: : 离心泵在单位时间送到管路系统的液体体积，常用单位为离心泵在单位时间送到管路系统的液体体积，常用单位为L/sL/s或或m m3 3/h/h； 2.2.压头（压头（H H）：离心泵对单位重量的液体所能提供的有效能量，其单位）：离心泵对单位重量的液体所能提供的有效能量，其单位为为m m； 3.3.效率（效率（ ）：由原动机提供给泵轴的能量不能全部为液体所获得，通）：由原动机提供给泵轴的能量不能全部为液体所获得，通常用效率来反映常用效率来反映
15、能量损失能量损失； 4.4.轴功率（轴功率（N N）：指离心泵的泵轴所需的功率，单位为）：指离心泵的泵轴所需的功率，单位为W W或或kWkW离心泵的能量损失离心泵的能量损失 反映离心泵能量损失，包括：反映离心泵能量损失，包括：容积损失容积损失：由于崩的泄漏所造成的损失。一部份已获得能量由于崩的泄漏所造成的损失。一部份已获得能量的高压液体由叶轮出口处通过叶轮与泵壳间的缝隙或从平衡的高压液体由叶轮出口处通过叶轮与泵壳间的缝隙或从平衡孔漏返回到叶轮入口处的低压区造成的能量损失。孔漏返回到叶轮入口处的低压区造成的能量损失。水力损失水力损失：进入离心泵的粘性液体产生的摩擦阻力以及在泵进入离心泵的粘性液体
16、产生的摩擦阻力以及在泵的局部处因流速与方向改变引起的环流和冲击而产生的局部的局部处因流速与方向改变引起的环流和冲击而产生的局部阻力。阻力。机械损失机械损失：由泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间以及叶轮由泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间以及叶轮盖板外表面与液体之间产生的机械摩擦引起的能量损失。盖板外表面与液体之间产生的机械摩擦引起的能量损失。功率：功率： （A A）有效功率：离心泵单位时间内对流体做的功；）有效功率：离心泵单位时间内对流体做的功； （B B）轴功率：单位时间内由电机输入离心泵的能量。）轴功率：单位时间内由电机输入离心泵的能量。gHQNe离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线特性曲线：在固
17、定的转速下，离心泵的基本性能参数（流量、特性曲线：在固定的转速下，离心泵的基本性能参数（流量、压头、功率和效率）之间的关系曲线。压头、功率和效率）之间的关系曲线。强调：特性曲线是在固定转速下测出的，只适用于该转速，强调：特性曲线是在固定转速下测出的，只适用于该转速，故特性曲线图上都注明转速故特性曲线图上都注明转速n n的数值。的数值。02040608010012014004812162024283236010203040506070809004812n=2900r/minIS00-80-160B 离心泵 H mQ/ m3/h % N kW离心泵的特性曲线一般由离心泵的生产厂家提供，离心泵的特性
18、曲线一般由离心泵的生产厂家提供，标绘于泵产品说明书中，其测定条件一般是标绘于泵产品说明书中，其测定条件一般是2020清清水，转速也固定。水，转速也固定。 讨论讨论从从H HQ 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，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。对流量很小的情况可能不适用。轴功率随着流量的增加而上升，所以大流量输送一定对应着大的配套轴功率随着流量的增加而上升，所以大流量输送一定对应着大的配套电机。另外，这一规
19、律还提示我们，离心泵应在关闭出口阀的情况下电机。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。启动，这样可以使电机的启动电流最小。 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，根据生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，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不低于最高效率点的92%92%。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。能参数
20、。例题例题2-22-2影响离心泵性能的因素和性能换算影响离心泵性能的因素和性能换算 泵的生产部门所提供的离心泵特性曲线是在一定转速和常压下，以泵的生产部门所提供的离心泵特性曲线是在一定转速和常压下，以常温的清水为工质做实验测定的。若所输送的液体性质与此相差较常温的清水为工质做实验测定的。若所输送的液体性质与此相差较大时，泵的特性曲线将发生变化，应当重新进行换算。大时，泵的特性曲线将发生变化，应当重新进行换算。 a. a. 流体密度的影响：由离心泵的基本方程可看出，离心泵的压头、流体密度的影响：由离心泵的基本方程可看出，离心泵的压头、流量均与液体的密度无关，说明离心泵特性曲线中的流量均与液体的密
21、度无关，说明离心泵特性曲线中的H HQ Q及及 Q Q曲曲线保持不变。但离心泵所需的轴功率则随液体密度的增加而增加，线保持不变。但离心泵所需的轴功率则随液体密度的增加而增加，即即 N NQ Q曲线要变。曲线要变。b. b. 黏度的影响黏度的影响 液体粘度的改变将直接改变其在离心泵内的能量损失，因此，液体粘度的改变将直接改变其在离心泵内的能量损失，因此， H HQ Q、N NQ Q、 Q Q曲线都将随之而变。当液体运动粘度曲线都将随之而变。当液体运动粘度 2020 1010-8-8 m m2 2/s /s 时，离心泵的性能则需按下式进行换算，即时，离心泵的性能则需按下式进行换算，即 Q= CQQ
22、 H= CHH = C例题例题2-32-3C.C.转速的影响转速的影响比例定律比例定律 转速变化特性曲线变化，在转速变化小于转速变化特性曲线变化，在转速变化小于20%20%范围内范围内可做如下的假设：可做如下的假设：1.1.液体离开叶轮处的速度三角形相似液体离开叶轮处的速度三角形相似2.2.不同转速下离心泵的效率相同不同转速下离心泵的效率相同1122QnQn21122()HnHn31122()NnNnd.d.叶轮直径的影响叶轮直径的影响切割定律切割定律 在叶轮直径变化小于在叶轮直径变化小于20%20%，当泵的叶轮直径和其他尺寸均发生变化，当泵的叶轮直径和其他尺寸均发生变化可作如下的假设可作如下
23、的假设1.1.液体离开叶轮时的出口速度三角形相似液体离开叶轮时的出口速度三角形相似2.2.叶轮出口截面积基本不变叶轮出口截面积基本不变3.3.离心泵的效率相同离心泵的效率相同1122QDQD11222()HDHD11223()NDND2.1.42.1.4离心泵的气蚀现象和允许安装高度离心泵的气蚀现象和允许安装高度离心泵的安装高度：离心泵的安装高度：离心泵的安装高度是指要被输离心泵的安装高度是指要被输送的液体所在贮槽的液面到离送的液体所在贮槽的液面到离心泵入口处的垂直距离，如图。心泵入口处的垂直距离，如图。 由此产生了这样一个问题，由此产生了这样一个问题，在安装离心泵时，安装高度是否在安装离心泵
24、时，安装高度是否可以无限制的高，还是受到某可以无限制的高，还是受到某种条件的制约种条件的制约。Hg11KK000p气蚀现象气蚀现象：叶轮中心处的压力下降到被输送流体在操作温度下的饱和蒸叶轮中心处的压力下降到被输送流体在操作温度下的饱和蒸汽压时，则在泵内会产生：汽压时，则在泵内会产生：被输送流体在叶轮中心处发生汽化，产生大量汽泡；被输送流体在叶轮中心处发生汽化，产生大量汽泡；汽泡在由叶中心向周边运动时，由于压力增加而急剧凝汽泡在由叶中心向周边运动时，由于压力增加而急剧凝结，产生局部真空，周围液体以很高的流速冲向真空区域；结，产生局部真空，周围液体以很高的流速冲向真空区域；当汽泡的冷凝发生在叶片表
25、面附近时，众多液滴尤如细小当汽泡的冷凝发生在叶片表面附近时，众多液滴尤如细小的高频水锤撞击叶片；的高频水锤撞击叶片；离心泵在气蚀状态下工作的危害：离心泵在气蚀状态下工作的危害：泵体振动并发出噪音；泵体振动并发出噪音；压头、流量在幅度下降，严重时不能输送液体；压头、流量在幅度下降，严重时不能输送液体；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。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。 汽蚀余量汽蚀余量NPSHNPSH：泵入口处的动压头与静压头之和：泵入口处的
26、动压头与静压头之和与以液柱高度表示的被输送液体在操作温度下的饱与以液柱高度表示的被输送液体在操作温度下的饱和蒸汽压之差。和蒸汽压之差。 为了避免发生气蚀现象，在离心泵的入口处液体为了避免发生气蚀现象，在离心泵的入口处液体的静压头的静压头p p1 1/g g与动压头与动压头u u1 12 2/2g/2g之和必须大于操作之和必须大于操作温度下的液体饱和蒸汽压头温度下的液体饱和蒸汽压头p pv v/g g某一数值，此数某一数值，此数值即为离心泵的气蚀余量（值即为离心泵的气蚀余量（NPSH)NPSH)，即，即2v112ppuNPSHggg离心泵的临界气蚀余量离心泵的临界气蚀余量（NPSH)cNPSH)
27、c：在泵入口在泵入口1-11-1和叶轮入口和叶轮入口k-kk-k两截面间列柏努利方程式，可得两截面间列柏努利方程式，可得变形得出：变形得出：通常将所测到得临界气蚀余量加上一定得安全量，成为通常将所测到得临界气蚀余量加上一定得安全量，成为必需气蚀余量必需气蚀余量记为（记为（NPSH)rNPSH)r221,minv1,122kfkppuuHgggg221,minv1,1()22kcfkppuuNPSHHggg离心泵的允许吸上真空度离心泵的允许吸上真空度 若以输送液体的液柱高度来计算离心泵入口处的最高真空度，则若以输送液体的液柱高度来计算离心泵入口处的最高真空度，则此真空度称为离心泵的允许吸上真空度
28、，以此真空度称为离心泵的允许吸上真空度，以HsHs来表示，即来表示，即 HsHs值的大小与泵的结构、流量、被输送液体的性质及当地大气值的大小与泵的结构、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在压等因素有关。通常由泵的制造工厂在98.1kPa98.1kPa下，用下，用20 20 为介质进为介质进行测定。行测定。 若输送其他液体，或操作条件与上述的实验条件不同时，应按下若输送其他液体，或操作条件与上述的实验条件不同时，应按下式进行换算，即式进行换算，即2-22.2-22.1aSppHg假设离心泵在可允许的安装高度下操作，于储槽液面假设离心泵在可允许的安装高度下操作，于储槽
29、液面0-00-0与泵入口处与泵入口处1-11-1两截面间列柏努利方程式，可得避免发生两截面间列柏努利方程式，可得避免发生汽蚀离心泵的汽蚀离心泵的 H Hg g2011,012gfppuHHgg0vgf,01ppHNPSHrHg（） 21gsf,01uHHH2 g讨论讨论 (1)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：三方面的原因：离心泵的安装高度太高；离心泵的安装高度太高；被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；吸入管路的阻力或压头损失太高。吸入管路的阻力或压头损失
30、太高。 允许安装高度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。这一物理量正是综合了以上三个因素对汽蚀的贡献。 推论：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。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）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。体贮槽液面以下。（3）允许安装高度的大小与泵的流量有关。由其计算公式可以看出，）允许安装高度的大小与泵的流量有关。由其计算公式
31、可以看出，流量越大，计算出的越小。因此用可能使用的最大流量来计算是最保流量越大，计算出的越小。因此用可能使用的最大流量来计算是最保险的。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）安装泵时，为保险计，实际安装高度比允许安装高度还要小0.5至至1米。（如考虑到操作中被输送流体的温度可能会升高；或由贮槽液面米。（如考虑到操作中被输送流体的温度可能会升高；或由贮槽液面降低而引起的实际安装高度的升高）。降低而引起的实际安装高度的升高）。（5）历史上曾经有过允许吸上真空度和允许气蚀余量并存的时期，二）历史上曾经有过允许吸上真空度和允许气蚀余量并存的时期，二者都可用以计算允许安装高度
32、，前者曾广泛用于清水泵的计算；而后者都可用以计算允许安装高度，前者曾广泛用于清水泵的计算；而后者常用于油泵中。者常用于油泵中。2.1.52.1.5离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节 管路特性曲线：管路特性曲线：表示在特定管路表示在特定管路系统中，于固定操作条件下，流体流系统中，于固定操作条件下，流体流经该管路时所需的压头与流量的关系。经该管路时所需的压头与流量的关系。 H He eK KBQBQe e2 2 离心泵的工作点：泵的特性曲线离心泵的工作点：泵的特性曲线H-QH-Q线与所在管路特性曲线线与所在管路特性曲线H HeeQ Qe e线的线的交点（交点（M M 点点) )。 工
33、工 作作 点点H 泵的特性曲线 Q M2efpuH =Z+Hg2g由伯努利方程得：ZpKg 令：02u2g简化：22ecece3600AH+22eefQlllludgdg压头损失为： H He eK KBQBQe e2 2说明说明 为管路特性曲线在为管路特性曲线在H H轴上的轴上的截距，表示管路系统所需要的最小外加压截距，表示管路系统所需要的最小外加压头。头。当流动处于阻力平方区，摩擦因数与流当流动处于阻力平方区，摩擦因数与流量无关，管路特性方程可以表示为：量无关，管路特性方程可以表示为：高阻管路，其特性曲线较陡；低阻管路高阻管路，其特性曲线较陡；低阻管路其特性曲线较平缓。其特性曲线较平缓。p
34、Kzg 2KeHBQ 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；的特性方程和管路的特性方程得到； 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既是泵提供的，也是管路需要的；头既是泵提供的，也是管路需要的； 工作点对应的各性能参数（工作点对应的各性能参数（ ）反映了一台泵的实际工作状）反映了一台泵的实
35、际工作状态。态。NHQ,例题：用一离心泵将贮水池中的冷却水经换热器送到高位槽。已知高位例题：用一离心泵将贮水池中的冷却水经换热器送到高位槽。已知高位槽液面比贮水池液面高出槽液面比贮水池液面高出10m10m，管路总长（包括局部阻力的当量长度，管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为在内）为400m400m，管内径为，管内径为75mm75mm，换热器的压头损失为，换热器的压头损失为3232（u u2 2/2g/2g），），摩擦系数取摩擦系数取0.030.03，离心泵的特性曲线方程为：，离心泵的特性曲线方程为：He=45He=459.29.210105 5Q Q2 2m m，式中式中Q Q的单位是的
36、单位是m m3 3/s/s。 试求：试求：（1 1）管路特性曲线；）管路特性曲线；（2 2）泵的工作点及其相应的流量及压头。）泵的工作点及其相应的流量及压头。解：（解：（1）管路特性曲线）管路特性曲线 （2 2）泵的工作点及其相应的流量及压头。）泵的工作点及其相应的流量及压头。泵的特性曲线方程为：泵的特性曲线方程为：He=45He=459.29.210105 5Q Q2 2管路特性曲线方程为：管路特性曲线方程为：He=10He=105.015.0110105 5Q Q2 2解之得：解之得：Q=4.96Q=4.9610-10-3 3 m m3 3/s/s=17.87m=17.87m3 3/h/h
37、He=22.34mHe=22.34m离心泵的流量调节离心泵的流量调节离心泵流量的调节就是改变泵的工作点。离心泵流量的调节就是改变泵的工作点。方法有二：方法有二：1.1.改变阀门的开度改变阀门的开度 即改变离心泵出口管路上调节阀门开度改变即改变离心泵出口管路上调节阀门开度改变管路特性曲线，灵活方便，耗能大；管路特性曲线，灵活方便，耗能大； 2. 2.改变泵的转速改变泵的转速 改变泵转速实质上是改变泵特性曲线，节能，投资改变泵转速实质上是改变泵特性曲线，节能，投资大。大。设计点设计点 离心泵在一定转速下有一最高效率点，该点称为设计点，设离心泵在一定转速下有一最高效率点，该点称为设计点，设计点对应的
38、流量、压头和轴功率称为额定流量、额定压头和额定计点对应的流量、压头和轴功率称为额定流量、额定压头和额定轴功率，标注在泵的铭牌上。一般将最高效率值的轴功率，标注在泵的铭牌上。一般将最高效率值的92%92%的范围称的范围称为为泵的高效区泵的高效区，泵应尽量在该范围内操作。，泵应尽量在该范围内操作。P106 P106 例例2-82-8离心泵的并联与串联离心泵的并联与串联 离心泵并联和串联，将组合安装的两台型号相同离心泵视为一个泵组，离心泵并联和串联，将组合安装的两台型号相同离心泵视为一个泵组，泵组的特性曲线或称泵组的特性曲线或称合成特性曲线合成特性曲线，据此确定泵组工作点。，据此确定泵组工作点。 离
39、心泵离心泵并联操作并联操作时，泵在同一压头下工作，两台并联泵的流量等于单时，泵在同一压头下工作，两台并联泵的流量等于单台泵的两倍。台泵的两倍。 离心泵离心泵串联操作串联操作时，泵送流量相同，两台串联泵的扬程为该流量时，泵送流量相同，两台串联泵的扬程为该流量下单泵的扬程两倍。下单泵的扬程两倍。离心泵组合方式的选择：离心泵组合方式的选择：（1 1）K K大于单泵可提供最大压头的情况：必须采用串联操作；大于单泵可提供最大压头的情况：必须采用串联操作； （2 2）低阻管路：并联）低阻管路：并联（3 3）高阻管路：串联）高阻管路：串联 计算：有两台相同的离心泵，单泵性能曲线方程为计算：有两台相同的离心泵
40、，单泵性能曲线方程为H=459.2105Q2m，式中式中Q的单位是的单位是m3/s。当两泵并联操作，可将。当两泵并联操作，可将6.5L /s的水从低位槽输至的水从低位槽输至高位槽。两槽皆敞口，两槽水面垂直位差高位槽。两槽皆敞口，两槽水面垂直位差13m。输水管终端淹没于高。输水管终端淹没于高位水槽水中。位水槽水中。 问：若二泵改为串联操作，水的流量为多少？问：若二泵改为串联操作，水的流量为多少？2.1.62.1.6离心泵的类型、选择与使用离心泵的类型、选择与使用按泵输送的液体分：按泵输送的液体分：清水泵（清水泵（IS：单级单吸悬臂式；：单级单吸悬臂式；D：多级泵；：多级泵；Sh：双吸泵）：双吸泵
41、）耐腐蚀泵（耐腐蚀泵（F）油泵（油泵（Y）杂质泵杂质泵（P）按叶轮吸入方式分：单吸泵、双吸泵按叶轮吸入方式分：单吸泵、双吸泵按叶轮数目分：单级泵、多级泵按叶轮数目分：单级泵、多级泵离心泵的类型离心泵的类型 清水泵：用于输送物理、化学性质类似于水的清洁液体。最简单的清清水泵：用于输送物理、化学性质类似于水的清洁液体。最简单的清水泵为单级单吸式，系列代号为水泵为单级单吸式，系列代号为“IS”IS”，若需要的扬程较高，则可选，若需要的扬程较高，则可选D D系列多级离心泵系列多级离心泵。若需要流量很大，则可选用双吸式离心泵，其系。若需要流量很大，则可选用双吸式离心泵，其系列代号为列代号为“Sh” Sh
42、” 。 防腐蚀泵：当输送酸、碱等腐蚀性液体时应采用耐腐蚀泵。耐腐蚀泵防腐蚀泵：当输送酸、碱等腐蚀性液体时应采用耐腐蚀泵。耐腐蚀泵所有与液体介质接触的部件都采用耐腐蚀材料制作。离心耐腐蚀泵有所有与液体介质接触的部件都采用耐腐蚀材料制作。离心耐腐蚀泵有多种系列，其中常用的系列代号为多种系列，其中常用的系列代号为F F。 油泵：用于输送石油产品，油泵系列代号为油泵：用于输送石油产品，油泵系列代号为Y Y。因油类液体具有易燃、。因油类液体具有易燃、易爆的特点，因此对此类泵密封性能要求较高。输送易爆的特点，因此对此类泵密封性能要求较高。输送200200以上的热以上的热油时，还需设冷却装置。油时，还需设冷
43、却装置。 杂质泵：用于输送悬浮液及稠厚的浆液等，其系列代号为杂质泵：用于输送悬浮液及稠厚的浆液等，其系列代号为P P，又可分，又可分为污水泵、砂泵、泥浆泵等。这类泵的主要结构特点是叶轮上叶片数为污水泵、砂泵、泥浆泵等。这类泵的主要结构特点是叶轮上叶片数目少，叶片间流道宽，有的型号泵壳内还衬有耐磨材料。目少，叶片间流道宽，有的型号泵壳内还衬有耐磨材料。离心泵的选择离心泵的选择（1 1）确定输送系统的流量与压头：）确定输送系统的流量与压头：根据输送系统管路的安排，用柏努力根据输送系统管路的安排，用柏努力方程计算在最大流量下管路所需的压头。方程计算在最大流量下管路所需的压头。 （2 2）选择泵的类型
44、与型号：）选择泵的类型与型号：首先应根据输送液体的性质和操作条件确首先应根据输送液体的性质和操作条件确定泵的类型，然后按已确定的流量定泵的类型，然后按已确定的流量Q Qe e和压头和压头H He e从泵的样本或产品目录从泵的样本或产品目录中选出合适的型号。型号选出后，应列出该泵的各种性能参数。中选出合适的型号。型号选出后，应列出该泵的各种性能参数。 （3 3）核算泵的轴功率：）核算泵的轴功率：若输送液体的密度大于水的密度时，可按若输送液体的密度大于水的密度时，可按2-142-14核算泵的轴功率。核算泵的轴功率。例题例题2-10离心泵的操作和安装的注意点：离心泵的操作和安装的注意点：1.安装高度
45、安装高度2.启动前要灌泵启动前要灌泵3.启动和关闭前都有关闭出口阀门启动和关闭前都有关闭出口阀门4.使用期间要注意检查使用期间要注意检查2.22.2其他类型液体输送机械其他类型液体输送机械往复泵往复泵往复泵装置简图往复泵装置简图1 1泵缸泵缸; 2; 2活塞活塞; ; 3 3活塞杆活塞杆; ;4 4吸入阀吸入阀; 5; 5排出阀排出阀工作原理工作原理：活塞由电动的曲柄连杆机构带动，把曲柄的旋活塞由电动的曲柄连杆机构带动，把曲柄的旋转运动变为活塞的往复运动；或直接由蒸汽转运动变为活塞的往复运动；或直接由蒸汽机驱动，使活塞做往复运动。机驱动，使活塞做往复运动。当活塞从左向右运动时，泵缸内形成低压，
46、排当活塞从左向右运动时，泵缸内形成低压，排出阀受排出管内液体的压力而关闭；吸出阀出阀受排出管内液体的压力而关闭；吸出阀由于受池内液压的作用而打开，池内液体被由于受池内液压的作用而打开，池内液体被吸入缸内；吸入缸内；当活塞从右向左运动时，由于缸内液体压力增当活塞从右向左运动时，由于缸内液体压力增加，吸入阀关闭，排出阀打开向外排液加，吸入阀关闭，排出阀打开向外排液 双动往复泵双动往复泵单缸单作用往复泵流量曲线单缸单作用往复泵流量曲线单缸双作用往复泵流量曲线单缸双作用往复泵流量曲线双缸双作用往复泵流量曲线双缸双作用往复泵流量曲线 往复泵的压头往复泵的压头 因为是靠挤压作用压出液体，往复泵的压头理论上
47、可以任意高。但因为是靠挤压作用压出液体，往复泵的压头理论上可以任意高。但实际上由于构造材料的强度有限，泵内的部件有泄漏，故往复泵的压头实际上由于构造材料的强度有限，泵内的部件有泄漏，故往复泵的压头仍有一限度。而且压头太大，也会使电机或传动机构负载过大而损坏。仍有一限度。而且压头太大，也会使电机或传动机构负载过大而损坏。 讨论：讨论：1.1.往复泵的理论流量是由单位时间内活塞扫过的体积决定的，而与管路的往复泵的理论流量是由单位时间内活塞扫过的体积决定的，而与管路的特性无关。特性无关。2.2.而往复泵提供的压头则只与管路的情况有关，与泵的情况无关，管路的而往复泵提供的压头则只与管路的情况有关，与泵
48、的情况无关，管路的阻力大，则排出阀在较高的压力下才能开启，供液压力必然增大；反之，阻力大，则排出阀在较高的压力下才能开启，供液压力必然增大；反之，压头减小。压头减小。3.3.这种压头与泵无关，只取决定管路情况的特性称为正位移特性。这种压头与泵无关，只取决定管路情况的特性称为正位移特性。往复泵的操作要点和流量调节往复泵的操作要点和流量调节 往复泵的效率一般都在往复泵的效率一般都在70%70%以上，最高可达以上，最高可达90%90%，它适用于所需压头较高的液，它适用于所需压头较高的液体输送。往复泵可用以输送粘度很大的液体，但不宜直接用以输送腐蚀性的液体体输送。往复泵可用以输送粘度很大的液体，但不宜
49、直接用以输送腐蚀性的液体和有固体颗粒的悬浮液。和有固体颗粒的悬浮液。（1 1）由于往复泵是靠贮池液面上的大气压来吸入液体，因而安装高度有一定的限制。）由于往复泵是靠贮池液面上的大气压来吸入液体，因而安装高度有一定的限制。（2 2）往复泵有自吸作用，启动前无需要灌泵。往复泵有自吸作用，启动前无需要灌泵。（3 3）一般不设出口阀，即使有出口阀，也不能在其关闭时启动。一般不设出口阀，即使有出口阀，也不能在其关闭时启动。（4 4）往复泵的流量调节方法：往复泵的流量调节方法： 用旁路阀调节流量：用旁路阀调节流量：泵的送液量不变，只是让部分被压出的液体返回贮池，使泵的送液量不变，只是让部分被压出的液体返回
50、贮池，使主管中的流量发生变化。显然这种调节方法很不经济，只适用于流量变化幅度较主管中的流量发生变化。显然这种调节方法很不经济，只适用于流量变化幅度较小的经常性调节。小的经常性调节。 改变曲柄转速：改变曲柄转速：改变活塞自往复运动的频率，达到调节流量的目的。改变活塞自往复运动的频率，达到调节流量的目的。 二、计量泵二、计量泵 在工业生产中普遍使用的计量泵是往复泵的一种，它正是利用往复泵流量在工业生产中普遍使用的计量泵是往复泵的一种，它正是利用往复泵流量固定这一特点而发展起来的。它可以用电动机带动偏心轮从而实现柱塞的往复固定这一特点而发展起来的。它可以用电动机带动偏心轮从而实现柱塞的往复运动。偏心
