1、2022-6-8钻机机械任连城1 第七章 离心泵一、一、 离心泵的基本知识离心泵的基本知识二、二、 离心泵的基本工作理论离心泵的基本工作理论四、 离心泵的管路特性与工况调节五、 离心泵的选择钻钻 井井 机机 械械2022-6-8钻机机械任连城2 离心泵是一种典型的叶轮式泵，它在国民经济中应用很广。在石油矿场上，离心泵主要用于油田注水，采油，油品输送，钻井泵灌注和供排水等。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城3 离心泵工作时，发动机经泵轴带动叶轮离心泵工作时，发动机经泵轴带动叶轮1 1旋转，蜗壳内的液体受到叶轮上旋转，蜗壳内的液体受到叶轮上许多弯曲的叶片作用而随之旋转，
2、在离心力的作用下，液体沿叶片间流道，许多弯曲的叶片作用而随之旋转，在离心力的作用下，液体沿叶片间流道，由叶轮中心甩向边缘再通过螺形泵壳（简称蜗壳由叶轮中心甩向边缘再通过螺形泵壳（简称蜗壳) )流向排出管。流向排出管。一、离心泵的工作原理一、离心泵的工作原理离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城4 随着液体的不断排出，在泵的叶轮中心形成真空，在大气压力的作用下，吸入池中的液体通过吸入管源源不断地流入叶轮中心，再由叶轮甩出。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城5 吸入管的下部装有滤网和底阀对液体起过滤作用，并防止管中液体倒流入吸入池。离心泵的基本知
3、识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城6 排出管汇装有用以调节流量的闸门。蜗壳的顶部装有漏斗，用以在开泵前向泵内灌水，排除泵腔内气体。启泵前一般要关闭排出闸门，启动后方打开。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城7 离心泵必须与吸入管汇和排出管汇等共同组成如图示的装置才能正常工作.离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城8离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城9离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城10二、离心泵的种类二、离心泵的种类 离心泵的种类很多，分类方法各不相同。离心泵的基本知识离心
4、泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城11按泵轴的布置方式分，主要有按泵轴的布置方式分，主要有： 1 1）卧式泵）卧式泵: : 泵轴水平布置2 2）立式泵：）立式泵： 泵轴竖直布置离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城12 1 1）单吸泵）单吸泵 叶轮从一个方向吸入液体。叶轮从一个方向吸入液体。 按吸入方式分，主要有：按吸入方式分，主要有：离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城13 2 2）双吸泵）双吸泵 液体从叶轮液体从叶轮两侧吸入。两侧吸入。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城14双吸泵，双吸泵，叶轮从两侧吸入离
5、心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城15离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城16按叶轮级数分，主要有单级泵和多级泵：按叶轮级数分，主要有单级泵和多级泵：1 1）单级泵）单级泵 泵轴上只安装一个叶轮。泵轴上只安装一个叶轮。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城17 2 2）多级泵）多级泵 泵轴上安装两个或两泵轴上安装两个或两个以上叶轮。个以上叶轮。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城18 对于多级泵，由于对于多级泵，由于泵轴上装有两个以上的叶轮，液体依次通过各个叶轮， 它的总压头是各级叶轮压头之和
6、。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城19卧式泵。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城20按泵壳能量转换部分的结构分按泵壳能量转换部分的结构分： 1) 1)蜗壳泵，蜗壳泵，泵壳作成截面逐渐扩大的蜗壳形，流体从叶轮甩出后直接进入蜗壳的螺旋形流通，再被引入排出管线。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城212)2)导叶泵，导叶泵，在泵壳内装有固定的导叶(导轮)，如图所示， 液体从叶轮流出后先进入导叶转换能量，再流入泵壳。这种泵亦称透平泵。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城22 按照所输送的液体性
7、质又可分为水泵、热油泵、汽油泵、酸泵、碱泵、污水泵，电动潜油泵、砂泵等。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城23三、离心泵的典型结构三、离心泵的典型结构 1 1、单吸单级卧式离心泵、单吸单级卧式离心泵 石油矿场上使用各种类型的离心泵。单级离心泵中最常见的是单级悬臂式BA型离心泵，下图为其典型结构。该系列的泵排量范围为5.5330m3/h，扬程8150米。吸入口排出口单吸离心泵离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城24离心泵的结构示意图离心泵的结构示意图离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城252022-6-8钻机机械任连
8、城26吸入口排出口单吸离心泵离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城27 其优点是结构紧凑、造价低廉，使用方便、工作可靠。这种泵的排出管线可根据安装条件装成任何角度(水平、垂直或与水平成角30、60等)，这只需在法兰联结处加以调整即可。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城282、双吸单级离心泵 当排量较大而扬程不当排量较大而扬程不高时，一般采用高时，一般采用shsh系列系列的单级双吸泵。它广泛的单级双吸泵。它广泛用于矿场输水、输油、用于矿场输水、输油、民用供水等。该系列泵民用供水等。该系列泵一般流量为一般流量为90903500 3500 m3/h
9、m3/h，扬程为，扬程为1010104m104m。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城29离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城30 这种泵结构较简单，泵壳一般为水平剖分式，叶轮、轴和密封装置等可事先装好，然后整体装入泵壳中去，因而制造和检修都较方便。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城31离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城32 多级离心泵每一级多级离心泵每一级的工作原理同单级离的工作原理同单级离心泵原理。但级与级心泵原理。但级与级之间的液体靠导叶导之间的液体靠导叶导向，即前一级叶轮出向，即
10、前一级叶轮出口的液体经导叶引导口的液体经导叶引导到后一级叶轮的入口到后一级叶轮的入口处。其液体的流动路处。其液体的流动路线如图所示。线如图所示。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城33 叶轮是泵进行能量转叶轮是泵进行能量转换的关键零件。换的关键零件。 单级离心泵只装一个单级离心泵只装一个叶轮，多级离心泵则装叶轮，多级离心泵则装多个叶轮。多个叶轮。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城34 叶叶轮轮的的种种类类q单吸式叶轮单吸式叶轮q双吸式叶轮双吸式叶轮闭式叶轮闭式叶轮由前盖板、后盖板、叶片及轮由前盖板、后盖板、叶片及轮毂组成。毂组成。闭式叶轮一
11、般用于输送粘度较闭式叶轮一般用于输送粘度较低的液体或清水的泵。低的液体或清水的泵。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城35q半开式叶轮半开式叶轮由后盖板、叶片及轮毂组成；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半开式叶轮一般用于输送含有固相颗粒或粘度较高的的液体。颗粒或粘度较高的的液体。 叶叶轮轮的的种种类类半开式叶轮半开式叶轮开式叶轮开式叶轮q开式叶轮开式叶轮由叶片及轮毂组成；由叶片及轮毂组成；开式叶轮一般用于输送污水或含有纤开式叶轮一般用于输送污水或含有纤维的液体。维的液体。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城36q双吸式
12、叶轮双吸式叶轮结构类似于闭式叶轮，结构类似于闭式叶轮，不同的是液体可叶轮的不同的是液体可叶轮的两侧吸入。两侧吸入。 双吸式叶轮用于输送双吸式叶轮用于输送大流量的双吸泵上。大流量的双吸泵上。 叶叶轮轮的的种种类类双吸式叶轮双吸式叶轮离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城37离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城38离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城392 2、泵轴、泵轴 泵轴是传递功率泵轴是传递功率和力矩的主要零件。和力矩的主要零件。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城40 具有收集、导流和降速
13、具有收集、导流和降速增压的作用。增压的作用。 泵壳是一个能量转换装泵壳是一个能量转换装置，它导引从叶轮流出的液置，它导引从叶轮流出的液体，随着流道面积的逐渐增体，随着流道面积的逐渐增大，使液流平缓地降低速度，大，使液流平缓地降低速度，使部分动能转化为压能。使部分动能转化为压能。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城41一般为圆柱形。一般为圆柱形。由进水端、出水由进水端、出水端、中间泵壳用拉端、中间泵壳用拉杆连接成一个整体。杆连接成一个整体。分段式多级离心泵泵壳分段式多级离心泵泵壳离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城42 按装在叶轮外缘，按装在叶
14、轮外缘，并固定在泵壳上，用并固定在泵壳上，用于多级透平式泵中。于多级透平式泵中。内部也有叶片形成逐内部也有叶片形成逐渐增大的流道，也具渐增大的流道，也具有收集、倒流、降速有收集、倒流、降速增压的作用。增压的作用。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城43 泵工作时，泵工作时， 防止液体内漏、防止液体内漏、外漏和外界空气吸入。外漏和外界空气吸入。 密封环密封：密封环密封：防止液体从叶防止液体从叶轮出口通过叶轮与壳体间的间隙轮出口通过叶轮与壳体间的间隙漏回到入口（称为内漏），提高漏回到入口（称为内漏），提高容积效率。并承受叶轮与壳体接容积效率。并承受叶轮与壳体接缝处可能产生
15、的机械磨损（又称缝处可能产生的机械磨损（又称承磨环）。承磨环）。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城44 在泵轴与泵壳在泵轴与泵壳间，为防止外界空间，为防止外界空气侵入或泵内液体气侵入或泵内液体泄漏，可用盘根密泄漏，可用盘根密封或软填料密封。封或软填料密封。离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城45机械密封：机械密封： 靠两个经过精密加靠两个经过精密加工的动环与静环的端面，工的动环与静环的端面，沿轴向紧密接触实现密沿轴向紧密接触实现密封。封。 机械密封又叫端面机械密封又叫端面密封。密封。 机械密封结构机械密封结构静环；动环；压盖；弹簧；传动座；
16、螺钉；、密封圈；防转销176542389离心泵的基本知识离心泵的基本知识2022-6-8钻机机械任连城46第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础 液体在离心泵内的流动可以分为三部分：液体进入叶轮前在进液流道(吸入室)中的流动，在叶轮内的流动和在排液流道(压出室或导叶)中的流动。液体是在叶轮内被叶轮强制叶轮内被叶轮强制运动时获得能量运动时获得能量，而在其余两个部分中流动时要消耗能量。离心泵是通过叶轮的转动，带动泵内液体，使之获得能量的。因此研究离心泵的工作理论，首先必须研究液体在泵内通过叶轮的运动。2022-6-8钻机机械任连城47一、叶轮内液体的运动一、叶轮内液体的运动 1. 1.三种
17、速度三种速度 液体在叶轮内的运动是复杂的，为了便于研究，我们先作如下假设： 1) 1)叶轮有无限多，无限薄的叶片，因此液体质点完全按照叶片形状叶轮有无限多，无限薄的叶片，因此液体质点完全按照叶片形状规定的轨迹运动规定的轨迹运动 2)2)液体是理想的，即液体没有粘性，流动时无摩擦阻力损失。液体是理想的，即液体没有粘性，流动时无摩擦阻力损失。 3)3)叶轮转速和液体流量是恒定的。叶轮转速和液体流量是恒定的。第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城48 我们可以把液体在叶轮内的流动看成在叶片推动下随叶轮以速度u作圆周运动和液体沿叶片以相对速度W作相对运动的合成。第
18、二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城49 即液体在叶轮内任一点的绝对速度c： 这种速度矢量合成图，称为速度三角形。由于要研究的是进叶轮前到出叶轮后的液体能量的变化情况，故我们只研究进口、出口的液流速度三角形。CUW第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城502.进、出口速度三角形 当离心泵工作时，吸入池中液体在大气压力作用下，沿吸入管流向泵的叶轮进口，其速度为c0。在叶轮内，液体由轴向变为径向，并以速度c1流向叶片间的流道，如图213。第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城51 一般
19、离心泵的液体沿半径方向进入叶片，故其绝对速度的方向一般离心泵的液体沿半径方向进入叶片，故其绝对速度的方向1 19090， 绝对速度的大小为：绝对速度的大小为： 式中：式中：QQi i流经叶轮的流量；流经叶轮的流量； F F1 1进口断面的环形有效过流面积。进口断面的环形有效过流面积。 下角标下角标r r或或u u，表示径向或周向分速度。，表示径向或周向分速度。 111/riCCQF第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城52而进口处的圆周速度u1的方向为周向，大小为u1=nD1/60，n为叶轮转速。由于u1， c1的大小和方向皆己确定,故液体进入流道的相对速
20、度W1即可确定，W1c1u1。进口处的速度三角形见图2-13，即液体进入叶轮时的水力角1就确定了. 第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城53 为了使液体进入叶片时与叶片不产生冲击，为了使液体进入叶片时与叶片不产生冲击，进口处相对进口处相对速度速度WW1 1的方向应和叶片进口表面相切，的方向应和叶片进口表面相切，即相对速度即相对速度WW1 1与圆周与圆周速度速度u u1 1反方向的夹角反方向的夹角l l应与叶片结构角应与叶片结构角lKlK相等。即使相等。即使l llKlK。当离心泵选定后，其叶轮的叶片结构角是不会变的，而。当离心泵选定后，其叶轮的叶片结构角
21、是不会变的，而l l的数值取决于的数值取决于c c1 1和和u u1 1的大小。的大小。当泵轴转速一定时，当泵轴转速一定时， u u1 1为常数，为常数，速度速度c c1 1的方向是一定的，其大小取决于流量，因此的方向是一定的，其大小取决于流量，因此l l的数值的数值也取决于流量。也取决于流量。第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城54 从图可知，只有离心泵流量为额定流量(最优流量)时，llK ，符合无冲击的条件。 而当流量增大或减小时都将产生水力冲击。 第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城55 在叶轮出口处的圆周速
22、度u2=nD2/60，相对速度W2与叶片相切，即水力角22K，绝对速度的径向分速度c2rQi/F2, F2为出口断面环形有效过流面积。因此，出口处的速度三角形就确定了。第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城56二、离心泵的理论扬程二、离心泵的理论扬程 了解了离心泵叶轮内液体运动情况以后，就能进一步研究泵内的能量转换了解了离心泵叶轮内液体运动情况以后，就能进一步研究泵内的能量转换规律。在离心泵中，影响叶轮和液体进行能量转换的因素很多，如叶轮转速，规律。在离心泵中，影响叶轮和液体进行能量转换的因素很多，如叶轮转速，叶轮的尺寸，叶叶轮的尺寸，叶 片的数量，叶片的
23、角度和液体的性质等。为了研究主要因素片的数量，叶片的角度和液体的性质等。为了研究主要因素的影响，先作以下两点假设：的影响，先作以下两点假设： 叶轮具有无限多，无限薄的叶片叶轮具有无限多，无限薄的叶片，这样就可以认为液体质点是完全按照，这样就可以认为液体质点是完全按照叶片形状规定的轨迹运动的；叶片形状规定的轨迹运动的； 液体是理想的，即液体没有粘性，流动时没有摩擦阻力损失。液体是理想的，即液体没有粘性，流动时没有摩擦阻力损失。第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城57 在上述假设的基础上，就可以利用动量矩定理来推导离心泵的基本能量方程式。 图216中表示液体
24、质点从进叶轮时的起始位置a，到流出叶轮时的最终位置b为止的运动情况。 第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城58 质点是沿着叶片形状所规定的轨迹运动的。根据动量矩定理， 在稳定流情况下，单位时间内单位时间内流过的液体质量，从一流过的液体质量，从一个断面到另一个断面的个断面到另一个断面的动量矩变化，等作用在动量矩变化，等作用在这两个断面间的液流上这两个断面间的液流上的外力矩。的外力矩。第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城59 以m表示每秒内流过叶轮的液体质量，那末，在半径为R1的叶轮进口处，液体相对于叶 轮轴线的动量矩
25、为11 1Mmc l第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城60 在半径为R2的叶轮出口处，液体相对于叶轮轴线的动量矩为22 2Mmc l第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城61液体动量矩的增加应等于作用在液体上的外力矩M。即212 21 1()iMMMm clcl第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城62 由图2-16所示的速度三角形可知111coslR222coslR第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城63考虑到考虑到 mG/gQi 式中
26、式中 G通过叶轮的液体的重量流量，通过叶轮的液体的重量流量，N/sN/s。 g重力加速度，重力加速度，m/sm/s。 液体的密度，液体的密度，kgkgm3m3。将上式子及将上式子及 l2R2cos2 ， l1R1cos1 代入式：代入式： MiM2M1m（c2l2c1l1) 可得可得 2221 11(coscos)iiMQc RcR第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城64 假设液体通过叶轮时没有能量损失，根据能量守恒定律，叶轮消耗的机械功率应全都变为液体的水力功率，即 MigQiHi 式中 叶轮的旋转角速度； Hi叶轮传递给每一N重量液体的能量，称为泵的
27、理论压头。因为假定叶轮叶片为无限多，所以Hi用Hi表示。第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城652221 111(coscos)iHu cu cg所以，离心泵的理论压头Hi等于 HiMi/gQi Qi(c2R2cos2c1R1cos1)/gQi (c2R2cos2c1R1cos1)/g (c2R2cos2c1R1cos1)/g因为R2u2 ，R1u1所以上式就是离心泵的基本能量方程式米液柱第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城66因 c2 cos2c2u， c1cos1c1u 2221 111(coscos)iHu
28、cu cg221 11()iuuHu cu cg可改写为米液柱由于在一般离心泵中。液体通常是沿径向进入叶轮，即190，因此，基本能量方程式可进一步简化为22uiu cHg第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城67从式从式 H Hii u u2 2c c2u2u /g /g 可见，可见， 离心泵的理论压头与离心泵的理论压头与出口圆周速度出口圆周速度( (或叶轮外径或叶轮外径D D2 2及转速及转速n)n)、出口绝出口绝对速度的周向分量对速度的周向分量c c2 2u u ( (或或2 2及及2 2等等) )有关。当叶轮的外径越大，转速越有关。当叶轮的外径越大，
29、转速越高以及高以及2 2越大，越大，2 2越小时，离心泵给出的理论压头也越大。越小时，离心泵给出的理论压头也越大。第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城68 在基本能量方程式中，没有包含液体物理性质的参数(如密度，粘度等)，所以此式适用于输送任何物理性质的液体。第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城69 实际上，离心泵叶轮叶片数通常在312之间，一般不超过9个，于是液体在叶轮中的运动除了有一个均匀的相对运动以外，还存在一个相对的轴向旋涡运动，而使其不完全与叶片的形状相同，使泵理论扬程降低。第二节第二节 离心泵的理论基础
30、离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城70 大量实验表明，有限叶片数的叶轮所产生的理论扬程要大量实验表明，有限叶片数的叶轮所产生的理论扬程要比无限多叶片数的叶轮理论扬程小比无限多叶片数的叶轮理论扬程小15152020。此外，叶轮出。此外，叶轮出口角，泵壳结构等也对理论扬程有影响。为此引入扬程修正口角，泵壳结构等也对理论扬程有影响。为此引入扬程修正系数系数K K： H Hi i KHKHii 上式中上式中:H:Hi i为叶片有限时离心泵的理论扬程为叶片有限时离心泵的理论扬程; ; K K值通常在值通常在0.70.70.90.9之间，叶片越多，之间，叶片越多，K K也就越大。也就越大。 第
31、二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城71流量流量Q压头压头H效率效率功率功率N转速转速n表示泵表示泵轴转动的速轴转动的速度。影响泵度。影响泵的流量。的流量。单位单位:r/min表示泵表示泵对液体做功对液体做功的能力。的能力。单位：单位：KW表示泵表示泵转换能量的转换能量的经济性。经济性。单位：无单位：无又称扬又称扬程。表示泵程。表示泵使单位质量使单位质量液体产生的液体产生的能量增加值。能量增加值。单位：单位：m表示泵表示泵在单位时间在单位时间内的输液量。内的输液量。单位：单位：m3/h第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任
32、连城72这些基本参这些基本参数，反映了离心数，反映了离心泵的综合性能指泵的综合性能指标。标。一般在离心一般在离心泵的铭牌上都应泵的铭牌上都应标出这些参数的标出这些参数的值。值。第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城73KWgHQN310KWQgHNiii3101 1、离心泵的功率、离心泵的功率1 1）输出功率）输出功率NN 单位时间内液体通过泵后所得到的能量，即离心泵实际输出的单位时间内液体通过泵后所得到的能量，即离心泵实际输出的功率。又叫离心泵的功率。又叫离心泵的有效功率或水功率。有效功率或水功率。2 2）转化功率）转化功率NNi i 通过叶轮传递给液体
33、的功率。又称通过叶轮传递给液体的功率。又称指示功率指示功率。3 3）输入功率）输入功率NNa a 单位时间由动力机提供给泵的能量单位时间由动力机提供给泵的能量。又称又称轴功率。轴功率。可分别用下式来计算：可分别用下式来计算：KWNNa式中式中 : :Q Q泵的实际流量，泵的实际流量，m m3 3s s，可实际测量；，可实际测量；H H泵的实际输出压头或有效压头，泵的实际输出压头或有效压头，m m 液柱，可液柱，可实际测量；实际测量；被输送液体的密度，被输送液体的密度，KgKgm m3 3；Q Qi i泵的转化流量泵的转化流量; ;H Hi i泵的转化压头泵的转化压头; ;离心泵的总效率离心泵的
34、总效率。第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城74 离心泵在能量转换的过离心泵在能量转换的过程中，不可避免地存在各程中，不可避免地存在各种能量损失。这些能量损种能量损失。这些能量损失必将消耗相应的能量。失必将消耗相应的能量。aNN泵的效率，反映泵的经济性好坏。泵的效率，反映泵的经济性好坏。第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城751 1）机械损失及机械效率）机械损失及机械效率 机械损失是由于叶轮盖板两侧面与液体之间的摩擦损失，泵轴与盘根、机械损失是由于叶轮盖板两侧面与液体之间的摩擦损失，泵轴与盘根、轴承等机件间旋转时所
35、产生的摩擦损失所引起的。前者是主要的。轴承等机件间旋转时所产生的摩擦损失所引起的。前者是主要的。 如果用如果用NNmm表示上述摩擦产生的机械功率，则表示上述摩擦产生的机械功率，则 NaNm=Ni aiamamNNNNN 通常，泵的机械效率为通常，泵的机械效率为0.90.90.950.95。随着输送液体的粘。随着输送液体的粘性的增加，摩擦损失将会显著增大，机械效率会显著降低。性的增加，摩擦损失将会显著增大，机械效率会显著降低。第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城762 2）容积损失及容积效率）容积损失及容积效率 容积损失是由于高压液体在泵内的容积损失是由于
36、高压液体在泵内的内漏（窜流）和外漏引起的。其中，内漏（窜流）和外漏引起的。其中，窜流是主要的。设漏失量为窜流是主要的。设漏失量为q q，实际有，实际有效排量为效排量为Q Q，则，则 Qiq=QqQQv 泵的容积效率为泵的容积效率为0.930.930.980.98。改善泵的密封环及密封结构，可降低漏失。改善泵的密封环及密封结构，可降低漏失量，提高泵的容积效率。因此，在检修离心泵时，检查泵的密封状况是十分量，提高泵的容积效率。因此，在检修离心泵时，检查泵的密封状况是十分必要的。必要的。第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城77222aQgvh阻3 3）水力损失
37、及水力效率）水力损失及水力效率水力损失分为两类：水力损失分为两类：1) 阻力损失：阻力损失： 液体在流道部分的沿程阻液体在流道部分的沿程阻力损失和局部阻力损失力损失和局部阻力损失h h阻阻。a a为系数为系数在图像区域内点击观看或停止动画第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城783 3）水力损失及水力效率）水力损失及水力效率2) 冲击损失：冲击损失： 液体进入叶轮和导轮时，液体进入叶轮和导轮时，与叶片发生冲击而引起的能与叶片发生冲击而引起的能量损失量损失h h冲冲。在图像区域内点击观看或停止动画2)(优冲QQbh第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基
38、础2022-6-8钻机机械任连城79 冲击损失主要是由于液体进入叶轮冲击损失主要是由于液体进入叶轮或导轮时的水力角与叶片结构角不一致或导轮时的水力角与叶片结构角不一致而造成的。在某一排量下，液体的水力而造成的。在某一排量下，液体的水力角与叶片的结构角一致角与叶片的结构角一致, ,叫叫无冲击工况无冲击工况，此时没有冲击损失，和无冲击工况相对此时没有冲击损失，和无冲击工况相对应的排量叫应的排量叫最优流量最优流量，用用Q Q优优表示。当由表示。当由于操作条件变化，排量减少或增加时，于操作条件变化，排量减少或增加时，水力角将小于或大于叶片的结构角，从水力角将小于或大于叶片的结构角，从而引起冲击损失。而
39、引起冲击损失。b b为系数为系数泵的总水力损失：泵的总水力损失：22)(优冲阻水QQbaQhhh第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城80水hHHHHih泵的水力效率为：泵的水力效率为： 离心泵的总效率为：离心泵的总效率为：hvmaiiaNNNNNN第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城81 在选择和使用离心泵时，人们最关心的是离心泵能输送多大的流量在选择和使用离心泵时，人们最关心的是离心泵能输送多大的流量Q Q、产、产生多大的压头（扬程）生多大的压头（扬程）H H、其功率、其功率N N、效率、效率的高低和带泵动力机的
40、转速的高低和带泵动力机的转速n n、功、功率率N Na a等。等。 特性曲线是在转速特性曲线是在转速n n一一定的条件下，通过实验得定的条件下，通过实验得出的出的H HQ Q、N Na aQ Q、Q Q等关系曲线。一般由生产等关系曲线。一般由生产厂家给出，在泵的说明书厂家给出，在泵的说明书和产品样本上可以查询到。和产品样本上可以查询到。1 1、特性曲线、特性曲线第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城822 2、实验参数测定与特性曲线绘制的过程：、实验参数测定与特性曲线绘制的过程：1 1）测定原始数据：）测定原始数据：调节排出闸门置不同开度调节排出闸门置不同
41、开度K KK K1 1、 K K2 2. . K Kn n。Q Q1 1、 Q Q2 2. Q. Qn n。P PZ1Z1、 P PZ2Z2 P PZnZn。P Pb1b1、 P Pb2b2 P Pbnbn。n n1 1、 n n2 2. . n nn n。M M1 1、 M M2 2 M Mn n。液体密度液体密度, ,量表高度差量表高度差H H0 0第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城832 2）数据处理：）数据处理： H H1 1、 H H2 2. . H Hn n。N N1 1、 N N2 2. N. Nn n。N NZ1Z1、 N NZ2Z2
42、N NZnZn。1 1、 2 2 n n。0bzPPHHgg第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城84实验参数测定与特性曲线绘制的过程：实验参数测定与特性曲线绘制的过程：3）描点绘制曲线：）描点绘制曲线：A HQ曲线曲线B NZQ曲线曲线C Q曲线曲线第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城85从离心泵的特性曲线可以得出如下结论：从离心泵的特性曲线可以得出如下结论：1）离心泵的压头（扬程）离心泵的压头（扬程）随着流量的增加而降低。因此，随着流量的增加而降低。因此，离心泵的流量和扬程很容易通离心泵的流量和扬程很容易通过排出
43、闸门来调节控制。过排出闸门来调节控制。2）离心泵的轴功率（输）离心泵的轴功率（输入率）随着流量的增加而增加。入率）随着流量的增加而增加。在流量为零时，轴功率最小，在流量为零时，轴功率最小，因此，离心泵应采取闭闸启动，因此，离心泵应采取闭闸启动，以防止电机过载。以防止电机过载。3）离心泵的最高效率在）离心泵的最高效率在其额定流量时，大于、小于该其额定流量时，大于、小于该流量时，效率都会降低。流量时，效率都会降低。第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城863 3、特性曲线的应用、特性曲线的应用特性曲线是选择和使用离心泵的基本依据，其主要用途是：特性曲线是选择和
44、使用离心泵的基本依据，其主要用途是：(1) (1) 根据对流量和压头变化特征的根据对流量和压头变化特征的要求，选择要求，选择H HQ Q曲线曲线 比如，当工比如，当工作压力作压力P P变化较大，而希望流量变变化较大，而希望流量变化较小时，应该选择陡降式的化较小时，应该选择陡降式的H HQ Q曲线；当流量变化较大，而希望工曲线；当流量变化较大，而希望工作压力基本保持不变时，应选择平作压力基本保持不变时，应选择平坦式的坦式的H HQ Q曲线。此外，当泵的曲线。此外，当泵的H HQ Q曲线是驼峰形状时，应该避免曲线是驼峰形状时，应该避免使用最高点左边的不稳定工作区。使用最高点左边的不稳定工作区。第二
45、节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城87 (2) (2) 从从N Na aQ Q曲线可以看出某种工况下轴功率最小曲线可以看出某种工况下轴功率最小 要选择在该工要选择在该工况下启动泵，以防止动力机过载。一般的离心泵在况下启动泵，以防止动力机过载。一般的离心泵在Q Q=0=0时轴功率最小，时轴功率最小，所以通常在关闭排出阀门的条件下启动离心泵最为有利。所以通常在关闭排出阀门的条件下启动离心泵最为有利。 (3) (3) Q Q曲线是判断离心泵曲线是判断离心泵经济性能的依据经济性能的依据 一般应选择在最一般应选择在最高效率点或其左右区域内高效率点或其左右区域内( (
46、最高效最高效率以下率以下7%7%范围内范围内) )工作。工作。第二节第二节 离心泵的理论基础离心泵的理论基础2022-6-8钻机机械任连城88轴向力将严重降低轴向力将严重降低轴承的使用寿命，对轴承的使用寿命，对离心泵工作不利，必离心泵工作不利，必须消除。须消除。叶轮两侧压力分布图 离心泵的叶轮上要产生离心泵的叶轮上要产生绐终指向泵的吸入口的轴绐终指向泵的吸入口的轴向力。使叶轮沿轴向向入向力。使叶轮沿轴向向入口一侧窜动，从而引起叶口一侧窜动，从而引起叶轮震荡和磨损。轮震荡和磨损。2022-6-8钻机机械任连城891 1）利用叶轮的对称性平衡轴向力）利用叶轮的对称性平衡轴向力 对于单级泵，采用如图
47、2-4所示的双吸叶轮双吸叶轮，使叶轮两侧盖板上的压力相互抵消，可以有效地消除轴向力。2022-6-8钻机机械任连城90对于多级泵，利用对称排列方式对称排列方式，即将总级数为偶数的叶轮，如图2-7所示那样背靠背或面对面地联在一根轴上，这种方法可有效地减少轴向力，2022-6-8钻机机械任连城912)2)改造叶轮以平衡轴向力改造叶轮以平衡轴向力 对于单吸单级离心泵，常采取适当改变叶轮结构，以达到减少或消除轴向力的目的。 右下图所示的为平衡孔法平衡孔法，是在叶轮后盖板上开一圈小孔，使后盖板密封环内的液压力与前盖板密封环内的液压力基本相等。只要使后盖板密封环直径与前盖板密封环直径相同，则轴向力基本上可
48、以被平衡。2022-6-8钻机机械任连城92 如图29所示的为平衡管法平衡管法，即在叶轮前、后盖板上都装有直径相同的密封环，并自后盖板泵腔处接一平衡管，同样使叶轮后盖板密封环内的压力等于吸入压力达到平衡轴向力的目的。2022-6-8钻机机械任连城93 图2-10所示的叶轮后盖板上加有径向筋板，亦称为副叶片。叶轮旋转时，筋板强迫叶轮后面的液体加快旋转，使压力下降，从而达到减小轴向力的目的。上述方法简单易行，缺点是增加了能量消耗，使泵的效率略有降低。2022-6-8钻机机械任连城942022-6-8钻机机械任连城95 3)3)平衡盘法平衡盘法 油田使用的3D100150注水泵，驱动功率800Kw，
49、当扬程为1500m时，产生的轴向力约为1.2104N，采用图211所示的平衡盘方案平衡轴向力的。2022-6-8钻机机械任连城96第四节 离心泵的管路特性一、单管路stQ QHHHh2( )hQ2022-6-8钻机机械任连城97stQ QHHHh第四节 离心泵的管路特性2022-6-8钻机机械任连城98一、单管路1、并联：121212min(,)HHHH HQQQ第四节 离心泵的管路特性2022-6-8钻机机械任连城992、串联1212HHHQQQ第四节 离心泵的管路特性2022-6-8钻机机械任连城100二、多管路（略）1、分支管路：2、交汇管路第四节 离心泵的管路特性2022-6-8钻机机
50、械任连城101三、离心泵的吸入性能1、汽蚀现象： 当流道中局部地方流体压力低于中局部地方流体压力低于输送温度下该液体的汽化压力汽化压力Pt时，液体开始汽化液体开始汽化，同时还可能有溶于液体内的气体从液体中析出气体从液体中析出，形成大量的小气泡小气泡。气泡被液流带到压力较高的区域时，迅速凝结、凝结、溃灭溃灭；在凝结过程中，气泡周围的液体以高速向气泡中心运动，液体质点相互碰撞形成水力冲击水力冲击，使局部瞬时压力高局部瞬时压力高达几百个大气压。气泡越大，其凝结溃灭时引起的局部水击压强越大，如果这些气泡在叶轮边缘溃灭，流道表明将会受到损伤，金属表面疲劳剥落；气泡在溃灭是可以产生200300度的局部高温
