1、提提 纲纲 绪论绪论（流体机械概述）（流体机械概述）第一章第一章 离心泵离心泵 离心泵的基本结构和工作原理离心泵的基本结构和工作原理 离心泵的基本方程离心泵的基本方程 速度三角形速度三角形 欧拉方程欧拉方程 能头分析能头分析 离心泵的性能曲线离心泵的性能曲线 各种损失各种损失 性能曲线性能曲线绪论绪论（流体机械概述）（流体机械概述）流体机械的分类流体机械的分类 典型流体机械简介典型流体机械简介 流体机械的应用流体机械的应用 流体机械的发展趋势流体机械的发展趋势流体机械概述流体机械概述 流体机械是流体机械是以流体为工质以流体为工质进行进行能量转换、处理与能量转换、处理与输送输送的机械，它是过程装
2、备的重要组成部分。的机械，它是过程装备的重要组成部分。给流体增压与输送流体，使其满足各种生产条件给流体增压与输送流体，使其满足各种生产条件的工艺要求，保证的工艺要求，保证连续性的管道化生产连续性的管道化生产，参与，参与生生产环节产环节的制作，以及在的制作，以及在辅助性生产环节辅助性生产环节中作为动中作为动力气源、控制仪表的用气、环境通风等等都离不力气源、控制仪表的用气、环境通风等等都离不开流体机械。开流体机械。产品生产的产品生产的能量提供者、生产环节的制作者和物能量提供者、生产环节的制作者和物质流通的输送者质流通的输送者。流体机械在过程生产中应用量大面广，流体机械在过程生产中应用量大面广，选用
3、好选用好这这些流体机械，对工厂的些流体机械，对工厂的设备投资、产品质量、成设备投资、产品质量、成本和效益本和效益等都具有十分重要的作用。等都具有十分重要的作用。流体机械的分类流体机械的分类离心泵离心泵单单级级双双吸吸离离心心泵泵单单级级单单吸吸离离心心泵泵三三级级屏屏蔽蔽离离心心泵泵多多级级屏屏蔽蔽离离心心泵泵离心泵离心泵具有具有结构简单、体积小、质量轻、操作平结构简单、体积小、质量轻、操作平稳、流量稳定、性能参数范围广，易于制稳、流量稳定、性能参数范围广，易于制造、便于维修造、便于维修等优点。等优点。离心泵的发展趋势？离心泵的发展趋势？离心压缩机离心压缩机圆筒型离心压缩机圆筒型离心压缩机蜗壳
4、型离心压缩机蜗壳型离心压缩机吸气吸气室室叶轮叶轮扩压器扩压器排气蜗壳排气蜗壳弯道弯道回流器回流器转子转子定子定子离心压缩机离心压缩机属于速度式压缩机，具有属于速度式压缩机，具有流量大、转速高、流量大、转速高、结构紧凑、运转平稳结构紧凑、运转平稳等特点。随着气体动等特点。随着气体动力学研究的发展，离心式压缩机的效率不力学研究的发展，离心式压缩机的效率不断提高，又由于断提高，又由于高压密封、小流量窄叶轮高压密封、小流量窄叶轮的加工，多油楔轴承等关键技术的加工，多油楔轴承等关键技术的突破，的突破，离心式压缩机逐渐离心式压缩机逐渐向高压力、宽流量范围向高压力、宽流量范围发展发展。活塞压缩机活塞压缩机活
5、塞压缩机活塞压缩机属于容积式压缩机，具有属于容积式压缩机，具有能耗低、适应性能耗低、适应性强和灵活性大强和灵活性大等优点，是目前应用最普遍等优点，是目前应用最普遍的压缩机。的压缩机。活塞压缩机的发展趋势？活塞压缩机的发展趋势？隔膜泵隔膜泵齿轮泵齿轮泵螺杆泵螺杆泵滑片泵滑片泵罗茨泵罗茨泵射流泵射流泵泵和压缩机的应用泵和压缩机的应用泵和压缩机的应用泵和压缩机的应用泵和压缩机的应用泵和压缩机的应用泵和压缩机的应用泵和压缩机的应用流体机械的发展趋势流体机械的发展趋势 新机型的研制新机型的研制 高压力、高单级增压比的压缩机和泵；超高压力、高单级增压比的压缩机和泵；超大流量（大流量（10000m3/min
6、）或极小流量（）或极小流量（0.01m3/min）的压缩机和泵；）的压缩机和泵；高转速压缩机（高转速压缩机（150000r/min）和高转速离心机；超音速压缩机）和高转速离心机；超音速压缩机（M2）新型制造工艺的发展新型制造工艺的发展 多维数控机床加工叶轮、叶片等多维数控机床加工叶轮、叶片等零部件、复杂零件的精密浇铸和模锻、特殊焊接工艺和电火花加零部件、复杂零件的精密浇铸和模锻、特殊焊接工艺和电火花加 自动控制技术的发展自动控制技术的发展 为使流体机械安全运行、调控到为使流体机械安全运行、调控到最佳运行工况或按产品生产过程需要改变运行工况等，均需要不断完最佳运行工况或按产品生产过程需要改变运行
7、工况等，均需要不断完善自动控制系统。善自动控制系统。故障诊断与寿命预测技术的发展故障诊断与寿命预测技术的发展 为使流体机械为使流体机械安全运行，变定期停机大修为预防性维修，采用在线监测实时故障诊安全运行，变定期停机大修为预防性维修，采用在线监测实时故障诊断系统，遇到紧急情况及时报警、监控或联锁停机。目前故障诊断系断系统，遇到紧急情况及时报警、监控或联锁停机。目前故障诊断系统正向人工智能专家诊断系统和神经网络诊断系统方向发展。统正向人工智能专家诊断系统和神经网络诊断系统方向发展。第一章第一章 离心泵离心泵 离心泵的基本结构和工作原理离心泵的基本结构和工作原理 离心泵的基本方程离心泵的基本方程 速
8、度三角形速度三角形 欧拉方程欧拉方程 能头分析能头分析 离心泵的性能曲线离心泵的性能曲线 各种损失各种损失 性能曲线性能曲线离心泵的基本结构离心泵的基本结构主轴主轴轴承轴承轴轴封箱封箱扩压扩压器器叶叶轮轮密封环密封环 吸入室吸入室蜗壳蜗壳离心泵的工作原理离心泵的工作原理启动前启动前启动后启动后灌泵灌泵 驱动机通过泵轴带动叶轮旋转，叶轮上的叶片驱使驱动机通过泵轴带动叶轮旋转，叶轮上的叶片驱使液体一起旋转，液体一起旋转，产生离心力产生离心力；在离心力作用下，液在离心力作用下，液体沿叶片流道被甩向叶轮出口；与此同时，叶轮入体沿叶片流道被甩向叶轮出口；与此同时，叶轮入口中心处口中心处形成低压形成低压，
9、从而在吸液罐和叶轮中心处的，从而在吸液罐和叶轮中心处的液体之间就液体之间就产生了压差产生了压差；吸液罐中的液体在此压差吸液罐中的液体在此压差下不断地经下不断地经吸入管路及泵的吸入室吸入管路及泵的吸入室进入叶轮中；进入叶轮中；被被甩向叶轮出口的液体流经甩向叶轮出口的液体流经蜗壳蜗壳进入进入排出管排出管。离心泵的工作原理离心泵的工作原理离心泵的主要相关参数离心泵的主要相关参数几何结构参数几何结构参数D、b、设计参数设计参数Q、H、n、流体物性参数流体物性参数、p、rvcbDQ2222u22hcuHmvhQHN 性能评价参数性能评价参数N、hr%100eNN离心泵的主要相关参数离心泵的主要相关参数
10、Q和和H是生产工艺提出的硬性要求，也是必是生产工艺提出的硬性要求，也是必须实现的目标！须实现的目标！n是可以方便地进行调节和控制的操作变量！是可以方便地进行调节和控制的操作变量！N和和是实现目标要花费的代价！是实现目标要花费的代价！上述五个参数均受液体性质的制约！上述五个参数均受液体性质的制约！离心泵的分类离心泵的分类（自学、提问）（自学、提问）按液体吸入叶轮的方式按液体吸入叶轮的方式 单吸式泵、双吸单吸式泵、双吸式泵式泵 按叶轮级数按叶轮级数 单级泵、多级泵单级泵、多级泵 按壳体剖分方式按壳体剖分方式 中开式泵、分段式泵中开式泵、分段式泵 按泵体形式按泵体形式 蜗壳泵、双蜗壳泵、筒式泵蜗壳泵
11、、双蜗壳泵、筒式泵 按输送介质按输送介质 清水泵、油泵、耐腐蚀清水泵、油泵、耐腐蚀 泵、泥浆泵泵、泥浆泵离心泵的基本方程离心泵的基本方程 速度三角形速度三角形 欧拉方程欧拉方程 能头分析能头分析速度三角形速度三角形 基本假设基本假设 （1）通过叶轮的液体是理想液体，因此，液体在叶轮内流）通过叶轮的液体是理想液体，因此，液体在叶轮内流动时动时无任何能量损失无任何能量损失；（；（2）液体在叶片间的流动呈轴对）液体在叶片间的流动呈轴对称，即每一液体质点在流道内相对运动轨迹与叶片曲线的称，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，在同一半径的圆周上液体质点的相对速度形状完全一致，在同
12、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。液体的这种相对运动，只有当大小相同，其液流角相等。液体的这种相对运动，只有当叶轮的叶片数为无限多时才能实现所以假设叶轮是由叶轮的叶片数为无限多时才能实现所以假设叶轮是由无无限多、无限薄限多、无限薄的叶片所组成。的叶片所组成。液体在叶轮中获得能头，首先表现为液体流速大小和流动方液体在叶轮中获得能头，首先表现为液体流速大小和流动方向的改变，因此，先分析液体在叶轮流道中的流动规律。向的改变，因此，先分析液体在叶轮流道中的流动规律。速度三角形速度三角形 液体在叶轮中的流动是一种复杂的运动，根据理论力液体在叶轮中的流动是一种复杂的运动，根据理论力学
13、，研究液体在叶轮中的运动时，可取动坐标系与叶轮系学，研究液体在叶轮中的运动时，可取动坐标系与叶轮系为一体，则叶轮的旋转运动便是牵连运动：当观察者与叶为一体，则叶轮的旋转运动便是牵连运动：当观察者与叶轮一起旋转时所看到的液体运动（相当于液体流经静止叶轮一起旋转时所看到的液体运动（相当于液体流经静止叶轮时的流动）就是相对运动。这样，液体在叶轮中流动时轮时的流动）就是相对运动。这样，液体在叶轮中流动时的复杂运动，便可以由液体的旋转运动和相对运动合成。的复杂运动，便可以由液体的旋转运动和相对运动合成。液体质点相对运动的液体质点相对运动的速度称为相对速度，以矢速度称为相对速度，以矢量量 表示，在无限多叶
14、片表示，在无限多叶片的假设下，其方向与叶片的假设下，其方向与叶片方向一致，即与叶片相切，方向一致，即与叶片相切，如图如图a所示。所示。速度三角形速度三角形 液体质点的牵连速度，就是指与所求液体质点瞬时液体质点的牵连速度，就是指与所求液体质点瞬时重合的那点的叶轮圆周速度，用矢量重合的那点的叶轮圆周速度，用矢量 表示，其方向垂表示，其方向垂直于叶轮圆半径，指向叶轮旋转方向，如图直于叶轮圆半径，指向叶轮旋转方向，如图b所示。所示。液体质点相对于静止的壳体的运动速度，称为绝对液体质点相对于静止的壳体的运动速度，称为绝对速度，以矢量速度，以矢量 表示，其大小和方向由圆周速度和相对表示，其大小和方向由圆周
15、速度和相对速度的矢量合成而决定。如图速度的矢量合成而决定。如图c所示，即所示，即 wuc 速度三角形速度三角形 由此可以作出叶轮中任一液体质点的三个速度矢量由此可以作出叶轮中任一液体质点的三个速度矢量 、和和 这三个速度矢量必将组成一个封闭的三角形，称之这三个速度矢量必将组成一个封闭的三角形，称之为速度三角形，如图所示。为速度三角形，如图所示。速度三角形，直接反映了液体在叶轮流道内速度三角形，直接反映了液体在叶轮流道内的运动规律。的运动规律。常常把绝对速度常常把绝对速度c分解成两个分解成两个分量，一个是分量，一个是与圆周速度与圆周速度u垂直的垂直的分量分量，以，以cr 表示，称为液流绝对表示，
16、称为液流绝对速度的径向分速，或轴面速度；速度的径向分速，或轴面速度；另一个是另一个是与圆周速度与圆周速度u平行的分量平行的分量，以以cu 表示，成为绝对速度的周向表示，成为绝对速度的周向分速。分速。速度三角形速度三角形 液流速度间夹角与叶轮的几何参数分别用下列符号表液流速度间夹角与叶轮的几何参数分别用下列符号表示：示：液流绝对速度与圆周速度间的夹角液流绝对速度与圆周速度间的夹角 液流角液流角，即液流相对速度与圆周速度反方向间的，即液流相对速度与圆周速度反方向间的夹角夹角 A叶片角叶片角，即叶片在该点的切线与圆周速度反方，即叶片在该点的切线与圆周速度反方向间的夹角，在理想情况下，向间的夹角，在理
17、想情况下，A。在叶轮出口处的叶。在叶轮出口处的叶片角片角2A 又常叫做叶片的离角，又常叫做叶片的离角，D叶轮直径，叶轮直径，m，b叶轮轴面流道宽度。叶轮轴面流道宽度。z叶片数目。叶片数目。此外，还采用此外，还采用下角标下角标1、2等分别表示叶片进口、叶片等分别表示叶片进口、叶片出口处的参数，采用出口处的参数，采用下角标下角标来表示液体在叶片数为无限来表示液体在叶片数为无限多的叶轮中流动时的参数。多的叶轮中流动时的参数。速度三角形速度三角形怎么画？怎么画？欧拉方程欧拉方程 利用利用基本能量方程基本能量方程建立叶轮对液体所做的建立叶轮对液体所做的功与液体运动状态变化之间的关系，功与液体运动状态变化
18、之间的关系，进而进而研究叶轮是如何将驱动机的能量传给液体研究叶轮是如何将驱动机的能量传给液体的，以及液体获得能头大小与哪些因素有的，以及液体获得能头大小与哪些因素有关。（关。（Idea，研究思路，研究思路，知道做什么知道做什么）基本能量方程可用动量矩定理推导。（基本能量方程可用动量矩定理推导。（知知道用什么方法做道用什么方法做）质点系对某一轴线的动量矩对时质点系对某一轴线的动量矩对时间的导数，等于作用于该质点系诸外力对该轴的力矩之和间的导数，等于作用于该质点系诸外力对该轴的力矩之和 具体应该怎么做？具体应该怎么做？欧拉方程欧拉方程OOMdtdL LO液流对液流对O轴的动量矩轴的动量矩MO诸外力
19、对诸外力对O轴的力矩之和轴的力矩之和Leonhard Euler(1707-1783)欧拉方程欧拉方程 取叶轮轴为取叶轮轴为O轴，为了计算叶轮中液流的动量矩对时轴，为了计算叶轮中液流的动量矩对时间的导数间的导数dLO/dt，取叶轮前后盖板及叶片进出口边之间所，取叶轮前后盖板及叶片进出口边之间所包围的液体来分析。设在某瞬间包围的液体来分析。设在某瞬间t充满于两叶片充满于两叶片ABCD间的间的液体，在瞬时液体，在瞬时t+dt时流到时流到ABCD的位置，见图。在定常流的位置，见图。在定常流动条件下，两叶片间动条件下，两叶片间ABCD部分液流的动量矩是不变的，部分液流的动量矩是不变的，因此，在上述两瞬
20、间，这部分液流动量矩的增值仅为因此，在上述两瞬间，这部分液流动量矩的增值仅为ABBA和和CDDC这两部分液流动量矩之差。因为这两部分液流动量矩之差。因为ABBA和和CDDC分别为在分别为在dt时间内流入及流出叶轮的液体量。时间内流入及流出叶轮的液体量。根据流体的连续性方程，这两部分液根据流体的连续性方程，这两部分液流的质量应相等，即流的质量应相等，即mABBA=mCDDC。又知又知ABBA部分的液流速度是叶轮流部分的液流速度是叶轮流道进口处的流速道进口处的流速c1，CDDC部分的液部分的液流速度是叶轮出口处的流速流速度是叶轮出口处的流速c2。欧拉方程欧拉方程就整个叶轮来说就整个叶轮来说dt时间
21、内流过叶轮的流体质量为时间内流过叶轮的流体质量为则在则在dt时间内流过叶轮的液流动量矩的变化值应是液流出口时间内流过叶轮的液流动量矩的变化值应是液流出口与入口动量矩之差，即与入口动量矩之差，即)(1122lclcdtQdLTO 式中式中 l1、l2分别为分别为c1及及c2对对O的的垂直的的垂直距 离、由 图 可 知距 离、由 图 可 知l1=r1cos1,l2=r2cos2,r1，r2分别为叶轮叶片分别为叶轮叶片进、出口处的半径。进、出口处的半径。dtQmmTCCDDABBA 欧拉方程欧拉方程 由此可以求出叶轮中液体的动量矩对时间的导数为由此可以求出叶轮中液体的动量矩对时间的导数为 它应等于诸
22、外力对它应等于诸外力对O 轴的力矩之和，即轴的力矩之和，即 这里，力矩之和这里，力矩之和MO就是在流量为就是在流量为QT时轴的作用力矩，时轴的作用力矩，即驱动机输入的做功力矩由驱动机传给叶轮的功率为即驱动机输入的做功力矩由驱动机传给叶轮的功率为式中式中 驱动机角速度，即叶轮的旋转角速度驱动机角速度，即叶轮的旋转角速度 在理想情况下液体所得到的功率为在理想情况下液体所得到的功率为式中式中 HT叶轮叶片数为无限多的情况下的理论扬程，叶轮叶片数为无限多的情况下的理论扬程，J/kg)coscos(111222 rcrcQdtdLTO )coscos(111222 rcrcQdtdLMTOO OTMN
23、TTTHQN 欧拉方程欧拉方程在理想情况下，认为泵内无能量损失，因此在理想情况下，认为泵内无能量损失，因此 即即将将MO式代入上式得式代入上式得或以或以m液柱高表示为液柱高表示为 TTNNTOTTTOQMHHQM uuTuTTTcucuHccrurcrcQQH1122111222cos,)coscos(所以所以因因 )(11122 uuTcucugH离心泵的理论扬程方程式，即欧拉公式，适用于一切离心式机器。离心泵的理论扬程方程式，即欧拉公式，适用于一切离心式机器。欧拉方程欧拉方程对采用轴向吸入室的离心泵，液流进入叶轮流道时无预旋，对采用轴向吸入室的离心泵，液流进入叶轮流道时无预旋，即即c1u=
24、0。对蜗形吸入室的离心泵，虽然其。对蜗形吸入室的离心泵，虽然其c1u0，但通常，但通常cluu1远小于远小于c2uu2，故可简化为，故可简化为 由以上两式可以看出，由以上两式可以看出，理论扬程理论扬程HT的大小的大小只与液流在只与液流在叶道进、出口处的速度有关叶道进、出口处的速度有关，即与叶轮的几何尺才（，即与叶轮的几何尺才（D，）、工作转速）、工作转速n和流量和流量QT有关；而有关；而与泵所输送液体的性质与泵所输送液体的性质无关无关。用同一个叶轮输送不同性质的流体，如水、油或空气。用同一个叶轮输送不同性质的流体，如水、油或空气等，在等，在同一转速和流量同一转速和流量下工作时，叶轮所给出的理论
25、扬程值下工作时，叶轮所给出的理论扬程值（用米表示）是相同的。（用米表示）是相同的。uTuTcugHcuH22221 一、泵使液体获得能头的分析一、泵使液体获得能头的分析 为了分析离心泵叶轮使液体获得为了分析离心泵叶轮使液体获得能头的性质能头的性质，先写出叶，先写出叶轮轮叶片进口与出口叶片进口与出口的理想情况下的的理想情况下的伯努利方程伯努利方程式式式中式中 p1、p2分别为叶片进口和出口处液流的静压力，分别为叶片进口和出口处液流的静压力，Pa。Z1、Z2分别为叶片进口和出口的位高，分别为叶片进口和出口的位高，m；上式说明叶轮对液体做功后，使液体获得了上式说明叶轮对液体做功后，使液体获得了静压能
26、头、静压能头、速度能头和位高能头速度能头和位高能头的增量。的增量。2222222111 cpgZHcpgZT )(212212212ZZgccppHT (1)能头分析能头分析uuTcucuH1122 但是，该式还反映不出液体在但是，该式还反映不出液体在叶轮叶片进口与出口处叶轮叶片进口与出口处的速度变化与所获得的各种能头的关系的速度变化与所获得的各种能头的关系，为此，下面推导欧，为此，下面推导欧拉方程的另一表达式：拉方程的另一表达式：由叶轮叶片进、出口速度三角形，按余弦定理有由叶轮叶片进、出口速度三角形，按余弦定理有 uucucucucuwcucucucuw2222222222222221121
27、211112121212cos22cos2 由上式得由上式得)(21)(212222222221212111 wcucuwcucuuu能头分析能头分析uuTcucuH1122代入理论扬程公式得代入理论扬程公式得222212222212122 ccwwuuHT上式有清晰的物理概念：右端第三项上式有清晰的物理概念：右端第三项是液体经过叶轮叶片入口和出口后因是液体经过叶轮叶片入口和出口后因绝对速度的变化而增绝对速度的变化而增加的动能加的动能，即液体获得的，即液体获得的动扬程动扬程，与式（，与式（1）中速度能头一）中速度能头一致。第二项致。第二项 是由于是由于叶片间流道的扩大，使相对速叶片间流道的扩大
28、，使相对速度由进口到出口是减速过程，部分速度能头转变为压力能度由进口到出口是减速过程，部分速度能头转变为压力能头头，使液体获得，使液体获得静扬程静扬程。第一项。第一项 是液体在作圆周运是液体在作圆周运动中，动中，由于离心力的作用，液体在叶轮出口处静压能头的由于离心力的作用，液体在叶轮出口处静压能头的提高提高，使液体获得，使液体获得静扬程静扬程。22122 cc22221 ww22122uu 能头分析能头分析 从上面能量分析可知，离心泵的理论扬程从上面能量分析可知，离心泵的理论扬程 包括静扬程包括静扬程 和动扬程和动扬程 。其中能直接用于。其中能直接用于使液流克服流动阻力，提高位高及压力的是静扬
29、程部使液流克服流动阻力，提高位高及压力的是静扬程部分，所以分，所以希望叶轮使液体获得静扬程越大越好希望叶轮使液体获得静扬程越大越好。而动。而动扬程越小越好，否则，液流速度大将造成扬程越小越好，否则，液流速度大将造成流动损失加流动损失加大大，或使得泵的转能装置，或使得泵的转能装置结构尺寸变大结构尺寸变大，且转能过程，且转能过程中中能量损耗较大能量损耗较大，效率降低效率降低。在叶轮尺寸。在叶轮尺寸D、工作转、工作转速速n和流量和流量Q一定的情况下，液体所获得的静扬程比一定的情况下，液体所获得的静扬程比例与例与叶片型式叶片型式有关。有关。THpotHdynH能头分析能头分析 叶轮叶片型式对能量的影响
30、叶轮叶片型式对能量的影响 主要是指叶片出口角主要是指叶片出口角 大小对所获能头的影响。大小对所获能头的影响。根据叶片无限多的叶轮的理论扬程方程式根据叶片无限多的叶轮的理论扬程方程式以及以及 ，可得到，可得到讨论：当叶轮尺寸讨论：当叶轮尺寸D一定一定、工作转速、工作转速n一定一定时，时，为定值，为定值，当流量当流量 也一定时也一定时 与与 有关。有关。当叶轮出口处叶片角当叶轮出口处叶片角 一定后，一定后，与与 成直成直线关系。此直线的斜率与线关系。此直线的斜率与 有关。有关。A2 uTcuH22Aructgcuc2222 2222 bDQcTr TATQbDctguuH2222222 2uTQ
31、THA2 A2 THTQA2 能头分析能头分析令令 ；则则Au 22BbDctguA 22222 TTBQAH 当当 ，B=0，与与 的关的关系呈一条水平直线。系呈一条水平直线。当当 ，B0，则，则 与与 的关系为一条向下倾斜的直线。的关系为一条向下倾斜的直线。当当 ，B0，则，则 与与 的关系为一条向下倾斜的直线。的关系为一条向下倾斜的直线。oA902 THTQoA902 oA902 THTQ THTQ能头分析能头分析由图可见，叶轮出口由图可见，叶轮出口处叶片角处叶片角 2A对离心对离心泵的理论扬程有明显泵的理论扬程有明显影响。影响。将将 代入上式得代入上式得 是否是否 大，同流量下的大，同
32、流量下的 就高，这种叶片型式就就高，这种叶片型式就好呢？这就必须分析哪种叶片角可以获得好呢？这就必须分析哪种叶片角可以获得 的比例较大，的比例较大，效率较高。效率较高。A2 THpotHpotdynTHHH 2222212122 wwuuHpot22221 ccHdyn222121222222 rurucccccc能头分析能头分析2221222122 rruudynccccH 在一般离心泵叶轮中，轴面速度在一般离心泵叶轮中，轴面速度 的变化不大，即的变化不大，即认为认为 ，并且液体进入叶轮流道时一般无预旋或预，并且液体进入叶轮流道时一般无预旋或预旋甚微，也可认为旋甚微，也可认为 。所以上式可写
33、成。所以上式可写成rc rrcc1201 uc222 udyncH静扬程为静扬程为 TdynTpotdynTpotHHHHHHH1能头分析能头分析 ArAruuuTpotRctgucuctgcuuccucHH22222222222222121212121 分析上式可以看出，在相同的分析上式可以看出，在相同的 和和 的条件下，的条件下，随随 的增大而增大，使的增大而增大，使 增大，但增大，但反作用度反作用度 则随则随 的增大而减小的增大而减小，即叶轮使液体获得的静扬程，即叶轮使液体获得的静扬程 在理论扬程在理论扬程 中占的比例减小，这是不希望的。下面中占的比例减小，这是不希望的。下面分析各种分析
34、各种 对对 的影响。的影响。A2 TH2u rc2 uc2 R A2 potH THA2 R 用反作用度用反作用度 来反映静扬程来反映静扬程 在在 所占的比例所占的比例 R potHTH能头分析能头分析 如图所示，当如图所示，当 时，时，则，则 。但是这时但是这时 ，这意味着泵的叶轮没有直接把能量传给液，这意味着泵的叶轮没有直接把能量传给液体。所以这时对应的体。所以这时对应的 是叶片出口角下限。此是叶片出口角下限。此后后 随随 的增大而增大，的增大而增大，也随之增大。当也随之增大。当时，时，这证明流过叶轮的液体将只有速度能头的增加，这证明流过叶轮的液体将只有速度能头的增加，而无压力能头的提高。
35、而无压力能头的提高。rcc2202 uc1 R 0 TH rAcuctg221min2)(uc2A2 TH222ucu 0 R rAcuctg221max2)(这时对应的这时对应的 是叶片出口角的上限。如果是叶片出口角的上限。如果 则液体流过叶则液体流过叶轮后的压力反而降低，实际轮后的压力反而降低，实际上泵是不可能在这种情况下上泵是不可能在这种情况下工作的。工作的。max22)(AA 能头分析能头分析 叶轮出口处叶片角叶轮出口处叶片角 的叶轮称为的叶轮称为后弯叶片型叶后弯叶片型叶轮轮，的称为的称为径向叶片型叶轮径向叶片型叶轮，称为称为前弯前弯叶片型叶轮叶片型叶轮，前边分析说明，前边分析说明，后
36、弯叶片型叶轮具有最大的后弯叶片型叶轮具有最大的反作用度反作用度，前弯叶片型叶轮的反作用度最小，径向叶片型，前弯叶片型叶轮的反作用度最小，径向叶片型叶轮的反作用度居中。由于希望离心泵使液体获得的静扬叶轮的反作用度居中。由于希望离心泵使液体获得的静扬程程 在理论扬程在理论扬程 中所占比例较大，动扬程较小，中所占比例较大，动扬程较小，则在其后扩压流动时的流动损失较小，泵效率较高，所以则在其后扩压流动时的流动损失较小，泵效率较高，所以离心泵叶轮大多数采用离心泵叶轮大多数采用 的后弯叶片型叶轮。通常的后弯叶片型叶轮。通常 。而石油工业用离心泵多取为。而石油工业用离心泵多取为 。有。有的石油化工用泵也采用
37、的石油化工用泵也采用 。在以后的讨论中，仅对后弯叶片型叶轮进行分析。在以后的讨论中，仅对后弯叶片型叶轮进行分析。oA902 oA902 oA902 potH THoA902 024015oA 023025oA 029060oA 能头分析能头分析有限叶片数对理论扬程的影响有限叶片数对理论扬程的影响（自学自学）离心泵的各种性能曲线离心泵的各种性能曲线 各种损失各种损失 性能曲线性能曲线 一、离心泵中的各种损失一、离心泵中的各种损失 1、流动损失、流动损失 离心泵内的流动损失包括离心泵内的流动损失包括摩擦阻力损失摩擦阻力损失和和冲击损失冲击损失等。等。(1)摩阻损失摩阻损失 指液体流经吸入室、叶轮流
38、道、蜗壳和扩指液体流经吸入室、叶轮流道、蜗壳和扩压管（或导叶）时的沿程磨擦阻力损失以及液流因转弯、突压管（或导叶）时的沿程磨擦阻力损失以及液流因转弯、突然收缩或扩大等所产生的局部阻力损失。然收缩或扩大等所产生的局部阻力损失。由流体力学可知，当有粘滞性的非理想流体沿固体壁面由流体力学可知，当有粘滞性的非理想流体沿固体壁面流动时，流体流场可分为两个区域，紧靠壁面很薄的一层称流动时，流体流场可分为两个区域，紧靠壁面很薄的一层称为边界层，在为边界层，在边界层中必须考虑流体的粘性力边界层中必须考虑流体的粘性力，边界层中的，边界层中的流动可看成粘性流体的有旋流动，流动可看成粘性流体的有旋流动，边界层虽然很
39、薄，但沿其边界层虽然很薄，但沿其厚度方向流体速度急剧变化，它严重地影响着流体流动过程厚度方向流体速度急剧变化，它严重地影响着流体流动过程的能量损失及流体与壁面间的热交换等物理现象的能量损失及流体与壁面间的热交换等物理现象。实验证明，。实验证明，流体的摩阻损失集中在边界层中，边界层以外的中心部，粘流体的摩阻损失集中在边界层中，边界层以外的中心部，粘性力很小，可以看作是理想流体的无旋流动。性力很小，可以看作是理想流体的无旋流动。各种损失各种损失 摩阻损失能头摩阻损失能头 通常用达西公式计算，即通常用达西公式计算，即式中式中沿程阻力系数。与沿程阻力系数。与Re数、流道表面相对粗糙度数、流道表面相对粗
40、糙度有关。有关。由于泵内液体流速很大，进入阻力平方区以后，可由于泵内液体流速很大，进入阻力平方区以后，可认为认为为一常数。因此把全部摩阻损失看成与速度平方，为一常数。因此把全部摩阻损失看成与速度平方，即与流量的平方成正比，用简单的式子来表示为即与流量的平方成正比，用简单的式子来表示为 22cdlhf 式中式中 ck1与流道表面粗糙度与流道表面粗糙度及过流面积有关的系数。及过流面积有关的系数。用曲线表示，如图所示，是用曲线表示，如图所示，是一条过座标原点的二次抛物线。一条过座标原点的二次抛物线。21Qchkf 各种损失各种损失当泵的工作流量当泵的工作流量 时，例如时，例如QQd，进口，进口速度三
41、角形变为速度三角形变为ABD，这时相对速度，这时相对速度 的的方向角方向角 ，因而液流便，因而液流便冲向叶片的工冲向叶片的工作面作面上，上，在非工作面上产生旋涡在非工作面上产生旋涡，造成很大，造成很大的能量损失。这种损失就是冲击损失。的能量损失。这种损失就是冲击损失。（2）冲击损失）冲击损失 当液流进入液道（或导叶流道）时，液当液流进入液道（或导叶流道）时，液流相对运动方向角流相对运动方向角 与叶片进口角与叶片进口角 不一致，以及液体离不一致，以及液体离开叶轮进入转能装置的液流角开叶轮进入转能装置的液流角 与转能装置中叶片角与转能装置中叶片角 不不一致而产生冲击所引起的能量损失，称为冲击损失。
42、一致而产生冲击所引起的能量损失，称为冲击损失。众所周知，离心泵是在一定流量下设计的。叶轮叶片众所周知，离心泵是在一定流量下设计的。叶轮叶片进口角进口角 是按设计工况计算的，所以泵在设计流量是按设计工况计算的，所以泵在设计流量Qd下工下工作时，液体进入叶轮叶片的液流角作时，液体进入叶轮叶片的液流角 与叶片角与叶片角 相符，在相符，在叶片进口速度三角形叶片进口速度三角形ABC中，中，则液流能平稳地进，则液流能平稳地进入叶轮流道，不产生冲击。入叶轮流道，不产生冲击。1 A1 2 A3 A1 A1 1 A11 dQQ 1wA11 各种损失各种损失 可用曲线表示，由图看出，在设计流量时没有冲击损可用曲线
43、表示，由图看出，在设计流量时没有冲击损失，与设计工况点偏离越多，即工作流量小于或大于设计失，与设计工况点偏离越多，即工作流量小于或大于设计流量越多，冲击损失越大。冲击损失的大小与叶片角流量越多，冲击损失越大。冲击损失的大小与叶片角 和和液流角液流角 间的差值间的差值 有关。有关。称为冲角，其定义为称为冲角，其定义为 ，当，当QQd时，时，叫负冲角；，叫负冲角；1 A1 11 A0 0 负冲角时液流冲击叶片的非工负冲角时液流冲击叶片的非工作面，旋涡区发生在工作面上作面，旋涡区发生在工作面上 一般认为，在正冲角时，冲击一般认为，在正冲角时，冲击损失系数损失系数 比负冲角时大比负冲角时大1013倍。
44、倍。s各种损失各种损失 2流量损失流量损失 由于泵的转动部件与静止部件之间有间隙，当泵工作由于泵的转动部件与静止部件之间有间隙，当泵工作时，使间隙两侧的液体因获得能头不同而产生压力差，造时，使间隙两侧的液体因获得能头不同而产生压力差，造成部分液体从高压侧通过间隙向低压侧泄漏，这种损失称成部分液体从高压侧通过间隙向低压侧泄漏，这种损失称为泄漏损失或流量损失。为泄漏损失或流量损失。泄漏损失主要发生在叶轮口环与泵泄漏损失主要发生在叶轮口环与泵壳间的间隙，多级泵级间导叶隔板与轴壳间的间隙，多级泵级间导叶隔板与轴套之间隙处，轴向力平衡装置与泵壳间套之间隙处，轴向力平衡装置与泵壳间的间隙，轴封处的间隙等，
45、所以，流入的间隙，轴封处的间隙等，所以，流入叶轮的理沦流量叶轮的理沦流量Q，不可能全部从泵出，不可能全部从泵出口排出，总会有小部分漏损。如果以口排出，总会有小部分漏损。如果以q表表示漏损的流量，则漏损量示漏损的流量，则漏损量q与扬程与扬程H有关，有关，实践证明，实践证明，q=f(H)关系是一条二次曲线，关系是一条二次曲线，因一般因一般q值是很小的，故曲线较陡。值是很小的，故曲线较陡。各种损失各种损失 3.机械损失机械损失 机械损失主要指叶轮外盘面与液体之间的摩擦而引起机械损失主要指叶轮外盘面与液体之间的摩擦而引起的圆盘摩擦损失，泵轴与填料密封件之间的摩擦损失以及的圆盘摩擦损失，泵轴与填料密封件
46、之间的摩擦损失以及轴与铀承之间的摩擦损失等。轴与铀承之间的摩擦损失等。轴承和密封的摩擦损失与轴承和密封的结构型式以及轴承和密封的摩擦损失与轴承和密封的结构型式以及输送流体的性质有关。但其值相对其它各项损失较小，仅输送流体的性质有关。但其值相对其它各项损失较小，仅约为轴功率的约为轴功率的15。机械损失中圆盘摩擦损失为最大机械损失中圆盘摩擦损失为最大，但这些损失几乎与，但这些损失几乎与流量无关，不随流量的改变而改变，对一定的叶轮和轴承流量无关，不随流量的改变而改变，对一定的叶轮和轴承结构可将它们看作常数。结构可将它们看作常数。各种损失各种损失 （1）水力功率和水力效率）水力功率和水力效率 离心泵的
47、水力功率是指单位时间里泵的叶轮给出的能离心泵的水力功率是指单位时间里泵的叶轮给出的能量，用量，用Nh表示。其值可按下式计算表示。其值可按下式计算 当不考虑泵内流动损失时，流经泵的液体获得了理论当不考虑泵内流动损失时，流经泵的液体获得了理论扬程扬程HT。但因泵内有流动损失，叶轮给出的能量不能全部。但因泵内有流动损失，叶轮给出的能量不能全部为液流获得，仅获得了有效扬程为液流获得，仅获得了有效扬程H，显然，显然，H应等于应等于HT与流与流动损失能头动损失能头hf和和hs之差。为之差。为衡量流动损失大小的影响，通常衡量流动损失大小的影响，通常用水力效率来表示用水力效率来表示，即，即TThHQN Tsf
48、TThHhhHHH uhThThcuHHH22 则则各种功率和效率各种功率和效率 （2）容积效率）容积效率 衡量离心泵泄漏量大小的指标衡量离心泵泄漏量大小的指标，常用容积效率，常用容积效率 表表示，在数值上示，在数值上 等于实际流量等于实际流量Q与理论流量与理论流量QT之比，即之比，即V V TTTVQqQQQ rVTVcbDQQ2222 则则 （3）机械损失功率与机械效率）机械损失功率与机械效率 机械摩擦损失功率包括三部分：轮阻损失功率机械摩擦损失功率包括三部分：轮阻损失功率Ndf，轴，轴封处摩擦损失功率封处摩擦损失功率 及轴和轴承间的摩擦损失功率及轴和轴承间的摩擦损失功率 等。等。总的机械
49、损失功率总的机械损失功率Nm为为 离心泵的轴功率离心泵的轴功率N为水力功率为水力功率Nh与机械摩擦损失功率与机械摩擦损失功率Nm之和，为衡量机械摩擦损失的大小，通常采用机械效率之和，为衡量机械摩擦损失的大小，通常采用机械效率 来表示，即来表示，即 2N 3N 32NNNNdfm m NNNNNmhm 各种效率各种效率 （4）泵效率）泵效率 离心泵的总效率离心泵的总效率 等于等于有效功率有效功率Ne与轴功率与轴功率之比，即之比，即 上式说明，泵的总效率上式说明，泵的总效率 等于容积效率等于容积效率 、水力效率、水力效率 和机械效率和机械效率 三者的乘积，因此，要提高泵的效率就三者的乘积，因此，要
50、提高泵的效率就必须必须在设计、制造和运行等各方面注意减少机械损失、容在设计、制造和运行等各方面注意减少机械损失、容积损失和流动损失积损失和流动损失。目前离心泵的各种效率参考值约在下。目前离心泵的各种效率参考值约在下表范围中。表范围中。mhVhTThheeNNHQQHNNNNNN Vdm各种效率各种效率 一台离心泵，当一台离心泵，当工作转速工作转速n为一定值时为一定值时，其扬程，其扬程H、功、功率率N、效率、效率、汽蚀余量、汽蚀余量 与泵流量与泵流量Q之间有一定的对应关之间有一定的对应关系。这种表示系。这种表示H-Q、N-Q，-Q和和hr-Q的关系曲线称为性能的关系曲线称为性能曲线。曲线。当不考
