泵與壓縮機(jī)-離心泵1-5

1、泵與壓縮機(jī) 主講: 馮 進(jìn)長江大學(xué)(dxu)機(jī)械工程學(xué)院 共一百四十一頁第二章 離心泵2.1 離心泵的工作原理及分類 2.1.1 離心泵的基本(jbn)構(gòu)成 離心泵的主要部件有：葉輪、轉(zhuǎn)軸、吸入室、蝸殼、軸封箱和軸封環(huán)等。有些離心泵還裝有導(dǎo)葉、誘導(dǎo)輪和平衡盤等。離心泵的過流部件是吸入室、葉輪和蝸殼 。 共一百四十一頁共一百四十一頁共一百四十一頁 1吸入室 吸入室位于葉輪進(jìn)口前，其作用是把液體從吸入管引入葉輪，要求液體流過吸入室時流動損失較小，并使液體流入葉輪時速度分布較均勻。 2葉輪 葉輪是離心泵的重要部件，液體就是從葉輪中得到能量的。對葉輪的要求是在損失最小的情況(qngkung)下使單位質(zhì)

2、量的液體獲得較高的能頭。共一百四十一頁 3蝸殼 蝸殼位于(wiy)葉輪出口之后，其作用是把從葉輪內(nèi)流出來的液體收集起來，并把它按一定的要求送入下級葉輪入口或送入排出管。由于液體流出葉輪時速度很大，為了減小后面管路中的流動損失，故液體在送入排出管以前必須將其速度降低，把速度能變成壓力能，這個任務(wù)也要由蝸殼(或?qū)~)來完成。蝸殼在完成上述兩項任務(wù)時，要求流動損失越小越好。共一百四十一頁共一百四十一頁 2.1.2 離心泵的工作原理 1. 工作過程 離心泵在啟動之前，泵內(nèi)應(yīng)灌滿液體，此過程稱為灌泵。工作時，原動機(jī)通過泵軸帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)葉輪中的葉片驅(qū)使(qsh)液體一起旋轉(zhuǎn)，因而產(chǎn)生離心力。在離心力

3、作用下，液體沿葉片流道被甩向葉輪出口，并流經(jīng)蝸殼送入排出管。液體從葉輪獲得能量，使壓力能和速度能均增加，并依靠此能量將液體輸送到工作地點。共一百四十一頁共一百四十一頁 在液體被甩向葉輪出口的同時(tngsh)，葉輪入口中心處就形成了低壓，在吸液罐和葉輪中心處的液體之間就產(chǎn)生了壓差，吸液罐中的液體在這個壓差作用下，便不斷地經(jīng)吸入管路及泵的吸入室進(jìn)入葉輪中。這樣，葉輪在旋轉(zhuǎn)過程中，一面不斷地吸入液體，一面又不斷地給吸入的液體增加能量，將液體排出，使離心泵連續(xù)不斷地工作。共一百四十一頁 2. 工作原理 葉輪內(nèi)的液體在旋轉(zhuǎn)的葉輪葉片驅(qū)使下旋轉(zhuǎn)，液體受離心力作用，使葉輪內(nèi)的液體沿葉片流道被甩向葉輪出口，

4、葉輪入口處的液體壓強(qiáng)下降，實現(xiàn)(shxin)液體的連續(xù)吸入和排出，不斷地將原動機(jī)的機(jī)械能（轉(zhuǎn)速和扭矩）轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的壓力能和動能。共一百四十一頁2.1.3 離心泵的分類(fn li) 1按液體吸入葉輪方式 (1)單吸式泵 葉輪只有一側(cè)有吸入口，液體從葉輪的一側(cè)進(jìn)入。 (2)雙吸式泵 葉輪兩側(cè)都有吸入口，液體從兩側(cè)進(jìn)入葉輪。這種泵的軸向力基本是平衡(pnghng)的，故不再設(shè)軸向力平衡(pnghng)裝置。共一百四十一頁共一百四十一頁 2按葉輪級數(shù)(j sh) (1)單級泵 單級單吸懸臂離心泵和單級雙吸離心泵。 (2)多級泵 同一根泵軸上裝有串聯(lián)的兩個以上的葉輪，前級葉輪排出的液體通過導(dǎo)輪收集并導(dǎo)

5、入下一級葉輪的進(jìn)口，產(chǎn)生較高揚程。當(dāng)葉輪按同一方向部置時，在末級葉輪后裝平衡盤以平衡軸向力。 共一百四十一頁共一百四十一頁共一百四十一頁共一百四十一頁 3按殼體剖分方式 (1)中開式泵 殼體可以由通過軸中心線的水平面分開。 (2)分段式泵 在多級泵中，每一級殼體都可以由垂直于泵軸線(zhu xin)的平面剖分。共一百四十一頁 4按泵體的結(jié)構(gòu)形式 (1)蝸殼泵 殼體呈螺旋線形狀，液體自葉輪甩出后，進(jìn)入螺旋形蝸室，再送入排出管內(nèi)。 (2)雙蝸殼泵 泵體設(shè)計成雙蝸室，以平衡泵的徑向力。 (3)筒式泵 它的泵體為雙層泵殼，轉(zhuǎn)子(zhun z)裝到內(nèi)泵殼內(nèi)，拆卸時把內(nèi)泵殼連同轉(zhuǎn)子(zhun z)一起從外

6、泵殼中抽出。共一百四十一頁共一百四十一頁共一百四十一頁 5按泵軸的方向(fngxing) (1)臥式泵 泵的軸線處于水平布置的泵。 (2)立式泵 泵的軸線處于水平布置的泵。 6按泵的用途 清水泵、污水泵、砂泵、雜漿泵、輸油泵、耐腐蝕泵、熱油泵等。共一百四十一頁共一百四十一頁2.1.4 離心泵的主要工作(gngzu)參數(shù) 離心泵的主要工作參數(shù)包括：流量、揚程、功率、效率、轉(zhuǎn)速和汽蝕余量等。 1流量 流量是指泵在單位時間內(nèi)輸送的液體量，通常體積流量用Q表示，通常的單位 。 2揚程 泵的揚程是指單位重量液體通過泵所增加的能量，常用(chn yn)H表示，單位J/kg。習(xí)慣用被輸送液體的液柱高度（單位

7、m）表示。共一百四十一頁 在工程應(yīng)用中，有兩種情況需要計算泵的揚程。一是在已知管路中輸送一定的流量時，計算泵所需的揚程，參見圖12，根據(jù)有機(jī)械能輸入的總流真實流體的伯努里方程(fngchng)，可寫出計算泵揚程的公式為：共一百四十一頁 另一種是計算運轉(zhuǎn)中的泵的揚程，這時可寫泵入口與出口處液流的能量方程： 若入口和出口直徑相差(xin ch)很小時，根據(jù)連續(xù)性方程則CSCD，于是泵的揚程可用下式計算： 共一百四十一頁 3轉(zhuǎn)速 泵的轉(zhuǎn)速是指泵軸每分鐘旋轉(zhuǎn)的次數(shù)(csh)，用符號n表示，單位為轉(zhuǎn)每分，寫作r/min。 4功率 功率是指單位時間內(nèi)所做的功，泵的功率分為輸入的軸功率N和輸出的有效功率Ne

8、。有效功率表示在單位時間內(nèi)泵輸送出去的液體從泵中獲得的有效能頭。因此，泵的有效功率為：共一百四十一頁 5效率 效率是衡量離心泵工作(gngzu)經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)，它等于有效功率與軸功率之比，用符號來表示。表達(dá)式為： 6.汽蝕余量 泵的汽蝕余量是指為了保證泵不汽蝕，泵葉輪進(jìn)口處，單位重量液體所必需具有的超過汽化壓力的富余能量，表示 ，其單位為所輸送液體的米液柱高度(m)。共一百四十一頁2.2 離心泵的基本(jbn)方程式 一、葉輪和葉輪中液體運動的一些名詞術(shù)語 1.軸面 經(jīng)過葉輪軸心線的平面稱為軸面。 2.軸面投影 將葉輪上的任意點，用旋轉(zhuǎn)(xunzhun)投影法投影到同一個軸面上，即是葉輪的軸面投

9、影圖，如圖示。共一百四十一頁共一百四十一頁 3軸面液流 將葉輪中流動的液體質(zhì)點的絕對速度C分解成兩個速度，一個是圓周方向的分速度Cu，另一個是與圓周方向垂直的分速度Cr，此速度向量在軸面上，故稱為(chn wi)軸面速度。如果葉輪中的液流，只有軸面速度Cr，則此液流稱為(chn wi)軸面液流。共一百四十一頁 4軸面液流過流斷面 軸面液流過流斷面的概念與一般液流的過流斷面一樣，是指同一流過流斷面上所有液體質(zhì)點的軸面速度均與此面相(minxing)垂直，稱此面為軸面液流過流斷面。它是繞泵軸的一個旋轉(zhuǎn)面。 共一百四十一頁二、液體在葉輪中的流動分析 1.幾點假設(shè) 液體是沿軸向進(jìn)入葉輪中心，然后沿徑向

10、(jn xin)流出葉輪，再流入泵的壓液室內(nèi)。液體在葉輪流道內(nèi)的流動情況較為復(fù)雜，它在流過葉輪的同時又被葉輪的葉片強(qiáng)迫著一起轉(zhuǎn)動，使研究和分析更加困難。為了便于從理論上進(jìn)行分析，引用以下兩點假設(shè)：共一百四十一頁 (1)通過(tnggu)葉輪的液體是理想液體。因此，液體在葉輪內(nèi)流動時無任何能量損失。 (2)葉片數(shù)無限多和無限薄。即每一液體質(zhì)點在流道內(nèi)相對運動軌跡與葉片曲線的形狀完全一致， (3)液體在葉片間流道內(nèi)相同半徑上各點的流動呈軸對稱。即在同一半徑的圓周上液體質(zhì)點的相對速度大小相同，其液流角相等。 共一百四十一頁 2.運動分析 液體在葉輪中的運動是一個復(fù)合運動，如圖所示。液體相對于葉輪的運

11、動是相對運動，其速度為相對速度，用w表示。液體隨著葉輪的轉(zhuǎn)動(zhun dng)是液體的圓周運動，其速度為圓周速度，與圓周相切，用u表示。液體相對于不動的泵殼的運動是絕對運動，其速度為絕對速度，用c表示。絕對速度c是相對速度w與圓周速度u的向量和，即 。 共一百四十一頁 相對速度與圓周速度間的夾角為，絕對速度與圓周速度間的夾角為。假設(shè)葉輪葉片為無限多無限薄時，表示液體質(zhì)點的速度和角度均帶有下標(biāo) 。這時，液體質(zhì)點相對速度的方向(fngxing)與葉片相切，相對速度與圓周速度間的夾角 與葉片安放角 相等。液體質(zhì)點相對運動的軌跡與葉片型線的形狀相同。共一百四十一頁共一百四十一頁 進(jìn)口速度三角形的底邊

12、u為葉輪葉片進(jìn)口邊的圓周(yunzhu)速度，大小按下式計算： 式中： D 葉輪內(nèi)某點的 直徑（m）； u在葉輪直徑為D處的圓周速度(ms)； n 葉輪轉(zhuǎn)速(rmin)。共一百四十一頁 進(jìn)口速度三角形的高 ，只與流量和葉輪流道的通流面積(min j)有關(guān)。假設(shè)葉片為無限多、無限薄的葉輪徑向分速為 ，則其大小可用下式計算：共一百四十一頁 軸面速度(ms)； 泵的理論流量，即流過葉輪的流量。 R軸面液體過流斷面形成(xngchng)線的重心半徑(m)； b在軸面投影圖上的寬度 (m)； 共一百四十一頁 進(jìn)口相對速度 的大小未知，但方向已知，其方向與葉輪葉片型線的切線方向一致(yzh)，相對速度與圓

13、周速度間的夾角 與葉片安放角 相等。因此，作速度三角形步驟如下 ： (1).作一水平線段AB，其長度等于u；共一百四十一頁 (2). 作平行于直線AB的直線L，使兩平行線間的距離等于 ； (3). 過B點作一直線，使其與直線AB的夾角等于 ，交直線L于C點。線段(xindun)BC的長度為相對速度 的大小， 即：共一百四十一頁 (4). 過連結(jié)(lin ji)A、C兩點，線段AC的長度為絕對速度 的大小，即： 絕對速度 的方向由下式確定： 共一百四十一頁 3.速度三角形 葉輪中任一液體質(zhì)點的相對速度、圓周速度及絕對速度三個向量所組成的三角形稱為速度三角形，以葉輪進(jìn)口和出口的速度三角形最為重要，

14、常采用下角標(biāo)l、2等分別表示葉片進(jìn)口、葉片出口處的參數(shù) 。在產(chǎn)品設(shè)計中，常常(chngchng)需要根據(jù)葉輪的某些尺寸及液體速度作出葉輪的進(jìn)、出口速度三角形，確定另外一些速度及角度。根據(jù)理論力學(xué)理論，絕對速度等于牽連速度和相對速度的向量和，由平行四邊形法則確定。共一百四十一頁 1).葉輪葉片進(jìn)口(jn ku)速度三角形 葉輪葉片進(jìn)口速度三角形如圖所示，它是指液體剛流進(jìn)葉輪葉片進(jìn)口邊時的速度三角形。共一百四十一頁 進(jìn)口速度三角形的底邊u1為葉輪(yln)葉片進(jìn)口邊的圓周速度，大小按下式計算： 式中： u1葉輪葉片進(jìn)口邊的圓周速度(ms)； D1 葉輪進(jìn)口邊的 直徑（m）； n 葉輪轉(zhuǎn)速(rmin

15、)。共一百四十一頁 進(jìn)口速度三角形的高 ，只與流量和葉輪流(lnli)道的通流面積有關(guān)。假設(shè)葉片為無限多、無限薄的葉輪徑向分速為 ，則其大小可用下式計算：共一百四十一頁 葉輪葉片進(jìn)口邊的軸面速度(ms)； 泵的理論流量(liling)，即流過葉輪的流量(liling)。 RC1葉輪葉片進(jìn)口邊處的軸面液體過流斷面形成線的重心半徑(m)； b1葉輪葉片進(jìn)口邊在軸面投影圖上的寬度 (m)； 共一百四十一頁 進(jìn)口相對速度 的大小未知，但方向已知，其方向與葉輪進(jìn)口邊處葉片(ypin)型線的切線方向一致，相對速度與圓周速度間的夾角 與葉片(ypin)安放角 相等。因此，作進(jìn)口處速度三角形步驟如下 ： (1

16、).作一水平線段AB，其長度等于u1；共一百四十一頁 (2). 作平行于直線AB的直線L，使兩平行線間的距離等于 ； (3). 過B點作一直線，使其與直線AB的夾角等于 ，交直線L于C點。線段BC的長度為相對速度(xin du s d) 的大小， 即：共一百四十一頁 (4). 過連結(jié)A、C兩點，線段AC的長度為絕對速度 的大小(dxio)，即： 絕對速度 的方向由下式確定： 采用軸向吸入室的離心泵，共一百四十一頁 2).葉輪出口速度(sd)三角形 葉輪出口速度三角形是指液體質(zhì)點在葉輪出口邊上但尚未流出出口邊時的速度三角形，如圖所示。共一百四十一頁 出口速度三角形的底邊u2為葉輪葉片(ypin)

17、出口邊的圓周速度，大小按下式計算： 式中： u2葉輪葉片進(jìn)口邊的圓周速度(ms)； D2 葉輪進(jìn)口邊的 直徑（m）； n 葉輪轉(zhuǎn)速(rmin)。共一百四十一頁 出口速度三角形的高C2r，只與流量和葉輪流道的通流面積有關(guān)。假設(shè)葉片為無限多、無限薄的葉輪徑向(jn xin)分速為 ，則其大小可用下式計算：共一百四十一頁 葉輪葉片進(jìn)口邊的軸面速度(ms)； 泵的理論(lln)流量，即流過葉輪的流量。 D2葉輪葉片進(jìn)口邊處的軸面液體過流斷面形成線的質(zhì)量中心直徑(m)； b2葉輪進(jìn)口邊軸面流道寬度 (m)；共一百四十一頁 相對速度 的大小未知，但方向已知，其方向與葉輪進(jìn)口邊處葉片型線的切線方向一致，相對

18、速度與圓周速度間的夾角(ji jio) 與葉片安放角 相等。因此，作出口處速度三角形步驟如下 ： (1).作一水平線段AB，其長度等于u2；共一百四十一頁 (2). 作平行于直線AB的直線L，使兩平行線間的距離等于 ； (3). 過B點作一直線，使其與直線AB的夾角等于 ，交直線L于C點。線段BC的長度為相對速度(xin du s d) 的大小， 即：共一百四十一頁 (4). 過連結(jié)(lin ji)B、C兩點，線段AC的長度為絕對速度 的大小，即： 絕對速度 的方向由下式確定：共一百四十一頁三、離心泵的基本方程式 離心泵和軸流泵的基本方程式可從動量矩定理推導(dǎo)得到，即某流體微團(tuán)的動量對時間的全導(dǎo)

19、數(shù)，等于該流體微團(tuán)受到的合外力，該合外力對葉輪軸心的力矩就是(jish)流體微團(tuán)受到的外力矩。當(dāng)考察葉輪內(nèi)流體受到的外力矩時，有：共一百四十一頁當(dāng)流動(lidng)為定常流動時，這時上式變?yōu)椋汗惨话偎氖豁?對于葉輪(yln)（如圖示），除進(jìn)、出處過流截面有流體流入和流出外，無流體穿過葉片表面。故葉輪流道內(nèi)液體對葉輪軸心的動量矩可表示為： 共一百四十一頁共一百四十一頁常用平均速度(pn jn s d)c代替 ，這時：對于液體，Q2=Q1=QT，2=1=。則：共一百四十一頁 當(dāng)不考慮能量損失時，由原動機(jī)傳給葉輪的功率(gngl)為： 即葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度 。在理想情況下液體所得到的功率為： 共一百

20、四十一頁 為葉輪葉片數(shù)為無限多的情況下的理論揚程 (m)。在理想情況下，認(rèn)為泵內(nèi)無能量損失，因此， ，即： 由于 ， 。所以基本(jbn)能量方程： 共一百四十一頁 采用軸向吸入室的離心泵，若液流進(jìn)入(jnr)葉輪流道時無預(yù)旋，即 。對蝸形吸入室的離心泵，雖然其 ，但通 ，故基本能量方程簡化為 ： 共一百四十一頁 由以上式可以看出，理論揚程 的大小只與液流在葉輪流道進(jìn)、出口處的速度有關(guān)，即與葉輪進(jìn)出口的幾何尺寸(D，)、工作轉(zhuǎn)速n 和流量QT有關(guān)；而與泵所輸送流體的性質(zhì)無關(guān)(wgun)。用同一個葉輪輸送不同性質(zhì)的流體，如水、油或空氣等，在同一轉(zhuǎn)速和流量下工作時，葉輪所給出的理論揚程值(用米表示

21、)是相同的。 共一百四十一頁1.3 液體(yt)所獲能頭的分析 一、泵使液體獲得能頭的分析 為了分析離心泵葉輪使液體獲得能頭的性質(zhì)(xngzh)，先寫出葉輪葉片進(jìn)口與出口的理想情況下的伯努利方程式： 共一百四十一頁 由葉輪(yln)葉片進(jìn)、出口速度三角形，按余弦定理有： 因此 共一百四十一頁 將它們代入基本能量方程得： 上式右端第一項是液體經(jīng)過葉輪葉片入口和出口(ch ku)后因絕對速度的變化而增加的動能，即液體獲得的動揚程 ，與伯努利方程式中速度能頭一致。動揚程等于： 共一百四十一頁 通常 ， ，則： 動揚程大表示葉輪出口處的絕對速度大，液體在流動(lidng)過程中的水力損失大，為了提高泵

22、的效率，設(shè)計泵時不希望動揚程過大。共一百四十一頁 右端第二項是由于葉片間流道的擴(kuò)大，相對速度由進(jìn)口到出口是減速過程，部分速度能頭轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ茴^，使液體獲得的揚程。 右端第三項是液體在作圓周運動中，由于離心力的作用，液體在葉輪出口處靜壓能頭的提高。這一點，可以從下面簡單推導(dǎo)中得到(d do)證明。共一百四十一頁共一百四十一頁 在流道中，取液流基元質(zhì)量為： 此質(zhì)量在作圓周運動時產(chǎn)生的離心力為： 此離心力應(yīng)與葉輪內(nèi)液流的徑向(jn xin)壓力差所平衡，即： 共一百四十一頁 通常(tngchng)將右端第二項與第三項之和稱為勢揚程（靜揚程），即：共一百四十一頁 從上面能量分析可知，離心泵的理論揚程包

23、括動揚程和勢揚程，即： 勢揚程提高位置水頭及壓力水頭，所以希望葉輪使液體獲得勢揚程越大越好。而動揚程越小越好，否則，液流速度大將造成(zo chn)流動損失加大，或使得泵的能量轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)尺寸變大，且能量轉(zhuǎn)換過程中能量損耗較大，效率較低。共一百四十一頁 二、葉輪葉片型式(xn sh)對能頭的影響 葉片型式主要是指葉片出口角大小對所獲能頭的影響。對葉片無限多無限薄的葉輪，簡化理論揚程方程有： 共一百四十一頁 從上式可以看出，當(dāng)葉輪尺寸D2、工作轉(zhuǎn)速n一定時，u2為定值。當(dāng)流量QT和幾何(j h)尺寸也一定時， 與 有關(guān)。還可看出，當(dāng)葉輪幾何結(jié)構(gòu)和工作轉(zhuǎn)速一定后， 與QT成線性關(guān)系，此直線的斜率與

24、 有關(guān)，如圖所示 。 共一百四十一頁 泵的勢揚程與理論(lln)揚程之比稱為反擊系數(shù)（反作用度 ） ，即：共一百四十一頁 在相同u2和 的條件下，隨 的增大使 增大，但反擊系數(shù)(xsh)則隨 的增大而減小，即葉輪使液體獲得的勢揚程在理論揚程中占的比例減小。 反擊系數(shù)ek=1，則 ， ，這意味離心泵的葉輪沒有直接把能量傳給液體，這時對應(yīng)的葉片出口安裝角為下限，即： 共一百四十一頁 反擊系數(shù)ek=0，則 ，這時對應(yīng)的葉片出口安裝角為上限(shngxin)，即： 對于泵而言 ， 。葉輪出口處葉片角小于900的葉輪稱為后彎葉片型葉輪，等于900的稱為徑向葉片型葉輪，大于900的稱為前彎葉片型葉輪。共一

25、百四十一頁 由于希望離心泵使液體獲得的勢揚程在理論揚程中所占比例較大，動揚程較小，則在其后擴(kuò)壓流動時的流動損失較小，泵效率較高，所以(suy)離心泵葉輪大多數(shù)采用后彎葉片型葉輪。通常 ，而石油工業(yè)用離心泵多取為 ，有的石油化工用泵也采用 。共一百四十一頁1.4有限葉片(ypin)數(shù)對理論揚程的影響 在實際的離心泵葉輪中，葉片數(shù)不是無限多的（例如常用的葉輪葉片數(shù)為6一12片），葉輪葉片也不是無限薄。在這種情況下，液體在葉輪內(nèi)流動將發(fā)生變化，從而對理論揚程產(chǎn)生影響。一、液體在有限(yuxin)葉片數(shù)葉輪中的流動 1.葉片厚度對軸面速度的影響 共一百四十一頁共一百四十一頁 由于葉片(ypin)具有一

26、定厚度，通流面積減小?？紤]葉片(ypin)厚度對通流面積的影響，葉片(ypin)進(jìn)口處的軸面速度 用下式計算： 1葉片進(jìn)口的阻塞系數(shù) ，由下式計算：共一百四十一頁 葉片出口處的軸面速度 用下式計算： 2葉片出口的阻塞(zs)系數(shù)，由下式計算： 共一百四十一頁 2.有限葉片數(shù)對相對速度的影響 當(dāng)離心泵葉輪葉片數(shù)有限時，葉片間流道較寬，液流不象在葉片無限多的理想葉輪中那樣被葉片緊緊約束。對于(duy)實際的有限葉片數(shù)的葉輪來說，液體的相對運動又可分解為兩個運動：一個是液體流過不轉(zhuǎn)動葉輪的運動，另一個是液體流過轉(zhuǎn)動葉輪的流動(QT0)。因此，葉道中液流除了有一個均勻的相對流動外，還因液體慣性產(chǎn)生一個

27、相對軸向旋渦運動，旋渦轉(zhuǎn)向與葉輪轉(zhuǎn)向相反。如圖所示。 共一百四十一頁這兩種運動速度的向量和即為有限(yuxin)葉片數(shù)葉輪中液體質(zhì)點的相對速度。共一百四十一頁 3. 葉片厚度和葉片數(shù)對速度三角形的影響 對葉輪進(jìn)口處的速度三角形，由于平均附加相對速度 方向與葉輪轉(zhuǎn)向相同，所以(suy)軸向渦流會使 增大，使 變大。葉輪進(jìn)口處的速度三角形如圖示：共一百四十一頁 但實際葉輪進(jìn)口處葉片間流道較窄，受慣性影響較小，進(jìn)口處速度三角形受影響較少。通常只考慮(kol)葉片厚度對軸面速度的影響，因此進(jìn)口速度三角形如圖示：共一百四十一頁 對葉輪出口處的速度三角形，由于平均附加相對速度(xin du s d) 方向

28、與葉輪轉(zhuǎn)向相反，所以軸向渦流會使 變小，使 變小。葉輪出口處的速度三角形如圖示：共一百四十一頁 為軸向旋渦運動造成的出口處的附加相對速度，其方向與圓周相切，但與葉輪轉(zhuǎn)向相反(xingfn)，可用下式近似計算： 式中葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度；共一百四十一頁二、有限葉片數(shù)的理論揚程 當(dāng)葉片數(shù)有限且具有一定葉片厚度時，理論揚程用HT表示，它等于： 由葉片厚度和葉片數(shù)對出口速度三角形的影響可知(k zh)： 。因此同一幾何尺寸的泵，在同一轉(zhuǎn)速及流量下工作時，圓周速度u2相同，有：共一百四十一頁 1.按斯托道拉（stodola）法計算HT 這種方法只涉及軸向旋渦對出口速度的影響，計算相對速度的偏離量 ，根據(jù)(g

29、nj)有限葉片數(shù)葉輪的出口速度三角形，有限葉片數(shù)的理論揚程HT有： 共一百四十一頁 實踐表明(biomng)這種方法用于比轉(zhuǎn)速ns=250300的離心泵，而石油工業(yè)用泵的比轉(zhuǎn)速大都低于這樣的比轉(zhuǎn)速范圍。共一百四十一頁 2.普弗列爾捷來爾(Pfleiderer) 法計算(j sun)HT 式中由下式計算：共一百四十一頁 為揚程校正實驗系數(shù)。它與葉輪表面積大小、粗糙度及液體粘度有關(guān)，可用下面的經(jīng)驗公式求出。 值一般在0.81之間，葉片數(shù)少時取大值。 應(yīng)當(dāng)指出，理論揚程 與 都沒有考慮任何能量損失，只是說明在有限葉片葉輪內(nèi)，由于軸向渦流的存在對理論能頭產(chǎn)生的影響，使液體獲得(hud)的能頭有所減少。

30、 共一百四十一頁1.5 離心泵的性能(xngnng)曲線 一臺離心泵，當(dāng)工作轉(zhuǎn)速(zhun s)n為一定值時，其揚程H、功率N、效率、汽蝕余量 與泵流量Q之間有一定的對應(yīng)關(guān)系，即： 這些關(guān)系曲線稱為性能曲線。共一百四十一頁 一、理論性能曲線 當(dāng)不考慮泵內(nèi)各種( zhn)損失的影響時，無限葉片數(shù)的理論揚程 與流量QT的關(guān)系為： 無限葉片數(shù)的理論功率 與理論流量QT的關(guān)系曲線：共一百四十一頁 有限葉片數(shù)的理論揚程(yngchng) 與流量QT的關(guān)系為： 有限葉片數(shù)的理論揚程 與流量QT的關(guān)系為：共一百四十一頁共一百四十一頁 二、離心泵中的各種損失 液體從泵入口流到出口的過程中，通常存在力水損失 、

31、流量損失和機(jī)械損失。 1力水損失 泵內(nèi)的水力損失是指沿程摩擦阻力損失和局部(jb)阻力損失。共一百四十一頁 1)摩阻損失 由于泵內(nèi)液體流速很大，可認(rèn)為沿程阻力系數(shù)為一常數(shù)。因此把全部摩阻損失看成與速度平方成正比，即與流量(liling)的平方成正比，用簡單的式子來表示為： 式中 與流道表面粗糙度及過流面積有關(guān)的系數(shù) 共一百四十一頁 要減小水力摩擦損失，應(yīng)使： (1).流道表面盡量光潔 ； (2).流道濕周盡量小。泵的流道斷面雖不可能都做成規(guī)則形狀(xngzhun)，但應(yīng)注意到各種斷面形狀(xngzhun)中，相同的過流斷面面積，圓形濕周最小，方形其次，長方形再其次，流道斷面中存在尖角(容易出現(xiàn)

32、在扭曲葉片與里面的夾角處)是不利的。共一百四十一頁 (3).泵內(nèi)各部分流道不宜過長 。 例如葉輪葉片、導(dǎo)葉葉片等形成的流道過分加長，除增加摩擦損失外，還給鑄造清砂也帶來困難。 (4).扭曲葉片進(jìn)口部分的斷面不宜過分狹窄。 在葉片繪型時應(yīng)注意葉輪或?qū)~葉片進(jìn)口邊的工作面與相鄰(xin ln)葉片的背面所構(gòu)成的過流斷面不要太窄小，避免相對速度太快，降低泵的效率和吸入能力。共一百四十一頁 2)沖擊損失 當(dāng)液流進(jìn)入葉道(或?qū)~流道)時，液流相對運動方向角與葉片進(jìn)口角不一致，以及液體離開(l ki)葉輪進(jìn)入壓出室的液流角與壓出室中葉片角不一致而產(chǎn)生沖擊所引起的能量損失，稱為沖擊損失。當(dāng)泵的工作流量偏離設(shè)

33、計流量時（泵的工作工況偏離設(shè)計工況），沖擊損失就會顯著增加。共一百四十一頁 進(jìn)口處沖擊損失。當(dāng)QQd時，進(jìn)口速度三角形變?yōu)锳BD，液流沖向葉片的工作(gngzu)面上，在非工作(gngzu)面上產(chǎn)生旋渦。當(dāng)QQd時，進(jìn)口速度三角形變?yōu)锳BE，液流沖向葉片的非工作面，在工作面上產(chǎn)生旋渦。沖擊能量損失由下式計算：共一百四十一頁 出口處沖擊損失。當(dāng)QQd時，進(jìn)口速度三角形變?yōu)锳BD，當(dāng)QQd時，進(jìn)口速度三角形變?yōu)锳BE，與導(dǎo)葉片的進(jìn)口安裝角不一致(yzh)，發(fā)生沖擊損失。出口處沖擊能量損失由下式計算：共一百四十一頁 泵內(nèi)總的沖擊損失(snsh) ，可用下式表示： 因此，泵內(nèi)總的水力損失如圖所示： 共

34、一百四十一頁 對于進(jìn)口沖擊(chngj)損失，其沖擊(chngj)損失大小與葉片角和液流角間的差值有關(guān)，該稱差值稱為沖角，其定義為 。當(dāng)QQd時， 0，叫正沖角。當(dāng)QQd時， 0，叫負(fù)沖角。一般認(rèn)為在正沖角時沖擊損失系數(shù)比負(fù)沖角時大1013倍。共一百四十一頁 減小局部損失，應(yīng)注意： (1).液體流速(li s)大小及方向的變化應(yīng)平緩，避免流道的急劇擴(kuò)大、收縮與轉(zhuǎn)彎。 (2).葉輪葉片或?qū)~葉片不宣太厚。在考慮了葉片的強(qiáng)度、腐蝕裕度及鑄造的可能性以后，葉片應(yīng)盡可能薄一些，以免增加進(jìn)口處的排擠及出口處的擴(kuò)大。 (3).在整個流道中應(yīng)避免死水區(qū)存在。 (4).慎重選取葉輪葉片和導(dǎo)葉葉片的進(jìn)出口角。

35、(5).各部分流道選取適當(dāng)?shù)牧魉?。共一百四十一?3). 泵內(nèi)水力損失與分布 (1)吸入室。吸入室的流道一般的型式是收縮、轉(zhuǎn)彎的，有時容易出現(xiàn)死水區(qū)。液體在吸入室內(nèi)有沿程損失、旋渦損失，但因為吸入室內(nèi)流速較慢因此這部分水力損失所占的比重是不大的。 (2)葉輪。有沿程損失；在工作點偏離最優(yōu)工況時，葉輪進(jìn)口處有沖擊(chngj)損失；相鄰葉片組成一擴(kuò)散流道，有擴(kuò)散損失。共一百四十一頁 (3)壓出室。液體進(jìn)入壓出室時有沖擊損失，有擴(kuò)散、轉(zhuǎn)彎等損失。 通過實驗(shyn)發(fā)現(xiàn)， 泵內(nèi)液體在葉輪和壓出室中水力損失的比例都是很大的，對葉輪和壓出室的設(shè)計應(yīng)給予同等的重視。共一百四十一頁共一百四十一頁2.流量

36、損失 泵的流量損失又稱泵的泄漏損失,是泵轉(zhuǎn)動部分與不轉(zhuǎn)動部分之間的間隙兩側(cè)存在壓差引起的。流量損失主要有： (1).葉輪(yln)密封環(huán)處的泄漏損失； (2).級間泄漏損失； (3).軸向力平衡機(jī)構(gòu)處的泄漏損失。共一百四十一頁共一百四十一頁共一百四十一頁共一百四十一頁 通過以上三種途徑發(fā)生泄漏損失，使流入葉輪的理論流量QT不可能(knng)全部從泵出口排出，總會有小部分漏損。如果以q表示漏損的流量，則漏損量q與揚程H有關(guān)，實踐證明，關(guān)系是一條二次曲線，因一般q值是很小的，故曲線較陡，如圖所示。共一百四十一頁共一百四十一頁 3.泵的機(jī)械損失 泵的機(jī)械損失可分兩部分；一為泵的軸承和填料函中的機(jī)械摩

37、探損失，二為液體與轉(zhuǎn)子之間的機(jī)械摩擦損失，即圓盤(yun pn)摩擦損失。 軸承和密封的摩擦損失與軸承和密封的結(jié)構(gòu)型式以及輸送流體的性質(zhì)有關(guān)，但其值相對其它各項損失較小，僅約為軸功率的15，小泵值大，大泵值小。 共一百四十一頁 機(jī)械損失中園盤摩擦損失為最大。所謂圓盤摩擦損失，是當(dāng)葉輪在充滿液體的泵殼中轉(zhuǎn)動時，靠近葉輪外表面的液體被葉輪帶著轉(zhuǎn)動，其圓周速度與葉輪上相應(yīng)點的圓周速度大致相同；而靠近泵殼的液體的圓周速度很小，緊貼泵殼的液體的圓周速度為零。這樣由殼壁至葉輪外表面的間隙中，液體的圓周速度是不均勻的，故有摩擦力存在。為了克服摩擦力，必然消耗功。此外，因而離心力也不同(b tn)，形成旋渦回

38、流運動，增加功耗。由摩擦和旋渦消耗的總功也稱為輪阻損失。 共一百四十一頁 圓盤摩擦損失功率 可用下式計算： Kdf摩擦阻力系數(shù)(xsh) 液體的密度(kgm3)； D2圓盤(葉輪)外徑(m)； 圓盤旋轉(zhuǎn)角速度(1s)； e圓盤外徑處的總厚度(m)，e=B2-b2。共一百四十一頁 由上式可知，輪阻損失與葉輪外徑的四次方成正比，與轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系。因此，轉(zhuǎn)速和葉輪外徑越大，輪阻損失也就越大。所以(suy)用增加葉輪外徑D2的辦法來提高單級能頭，會使輪阻損失急劇增加，使效率大為降低。如果增加轉(zhuǎn)速，在產(chǎn)生相同的能頭時，葉輪外徑可以減小，輪阻損失增加不大，效率下降不多，甚至不降低。 共一百四十一頁 三、離

39、心泵的各種( zhn)功率和效率 根據(jù)上述分析，設(shè)泵內(nèi)水力流動損失的功率為 ，容積損失功率為 ，機(jī)械摩擦損失功率為 ，泵輸出的有效功率Ne與輸入的軸功率N之間有如下關(guān)系：共一百四十一頁 1機(jī)械效率 考慮機(jī)械摩擦的影響，提供給泵的功率由N變?yōu)镹1，即： 為衡量機(jī)械摩擦損失的大小(dxio)，通常采用機(jī)械效率 來表示，即：共一百四十一頁 2水力效率 考慮泵內(nèi)水力損失的影響，提供(tgng)給泵的功率由N1變?yōu)镹2，即： 為衡量泵內(nèi)流動損失的大小，通常采用水力效率 來表示，即：共一百四十一頁 3.容積效率 衡量離心泵泄漏量大小的指標(biāo)，常用容積效率 表示，在數(shù)值上等于(dngy)實際流量Q與理論流量QT之比，即： 考慮泵內(nèi)泄漏量的影響，提供給泵的功率由N2變?yōu)镹3，即：共一百四十一頁 4泵效率 離心泵的總效率等于泵輸出的有效功率Ne與軸功率N之比，即： 上式說明，泵的總效率等于容積效率、水力效率和機(jī)械效率三者的乘積，因此，要提高泵的效率就必須在設(shè)計、制造(zhzo)和運行等方面注意