離心泵的操作原理、構(gòu)造與類型課件

2023/6/10第二章

流體輸送機(jī)械

第一節(jié)

液體輸送機(jī)械

2-1-1離心泵離心泵的操作原理、構(gòu)造與類型離心泵的基本方程式

離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線

離心泵性能的改變

離心泵的氣蝕現(xiàn)象與允許吸上高度離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)2-1-2其他類型的泵2023/6/10流體輸送機(jī)械：向流體作功以提高流體機(jī)械能的裝置。輸送液體的機(jī)械通稱為泵；

例如：離心泵、往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵和漩渦泵。輸送氣體的機(jī)械按不同的工況分別稱為:

通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和真空泵。

本章的目的：結(jié)合化工生產(chǎn)的特點(diǎn)，討論各種流體輸送機(jī)械的操作原理、基本構(gòu)造與性能，合理地選擇其類型、決定規(guī)格、計(jì)算功率消耗、正確安排在管路系統(tǒng)中的位置等2023/6/102-1-1離心泵一．離心泵的操作原理、構(gòu)造與類型1、操作原理由若干個(gè)彎曲的葉片組成的葉輪置于具有蝸殼通道的泵殼之內(nèi)。葉輪緊固于泵軸上泵軸與電機(jī)相連，可由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。2023/6/10吸入口位于泵殼中央與吸入管路相連，并在吸入管底部裝一止逆閥。泵殼的側(cè)邊為排出口，與排出管路相連，裝有調(diào)節(jié)閥。離心泵的工作過程：開泵前，先在泵內(nèi)灌滿要輸送的液體。

開泵后，泵軸帶動(dòng)葉輪一起高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力。液體在此作用下，從葉輪中心被拋向葉輪外周，壓力增高，并以

很高的速度（15-25m/s）流入泵殼。

2023/6/102023/6/10在蝸形泵殼中由于流道的不斷擴(kuò)大，液體的流速減慢，使

大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能。最后液體以較高的靜壓強(qiáng)從排出口流入排出管道。泵內(nèi)的液體被拋出后，葉輪的中心形成了真空，在液面壓強(qiáng)（大氣壓）與泵內(nèi)壓力（負(fù)壓）的壓差作用下，液體便經(jīng)吸入管路進(jìn)入泵內(nèi)，填補(bǔ)了被排除液體的位置。

離心泵之所以能輸送液體，主要是依靠高速旋轉(zhuǎn)葉輪所產(chǎn)生的離心力，因此稱為離心泵。

2023/6/102023/6/10氣縛離心泵啟動(dòng)時(shí)，如果泵殼內(nèi)存在空氣，由于空氣的密度遠(yuǎn)小于液體的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力很小，葉輪中心處產(chǎn)生的低壓不足以造成吸上液體所需要的真空度，這樣，離心泵就無(wú)法工作，這種現(xiàn)象稱作“氣縛”。為了使啟動(dòng)前泵內(nèi)充滿液體，在吸入管道底部裝一止逆閥。此外，在離心泵的出口管路上也裝一調(diào)節(jié)閥，用于開停車和調(diào)節(jié)流量。2023/6/102023/6/102、基本部件和構(gòu)造1）葉輪a)葉輪的作用

將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能傳給液體,使液體的動(dòng)能有所提高。

b)葉輪的分類

根據(jù)結(jié)構(gòu)閉式葉輪開式葉輪

半閉式葉輪

葉片的內(nèi)側(cè)帶有前后蓋板，適于輸送干凈流體，效率較高。沒有前后蓋板，適合輸送含有固體顆粒的液體懸浮物。只有后蓋板，可用于輸送漿料或含固體懸浮物的液體，效率較低。2023/6/102023/6/102023/6/10按吸液方式

單吸式葉輪

雙吸式葉輪液體只能從葉輪一側(cè)被吸入，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。相當(dāng)于兩個(gè)沒有蓋板的單吸式葉輪背靠背并在了一起，可以從兩側(cè)吸入液體，具有較大的吸液能力，而且可以較好的消除軸向推力。

2023/6/102023/6/102）泵殼

泵殼的作用

匯集液體，作導(dǎo)出液體的通道；使液體的能量發(fā)生轉(zhuǎn)換，一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。

導(dǎo)葉輪

為了減少液體直接進(jìn)入蝸殼時(shí)的碰撞，在葉輪與泵殼之間有時(shí)還裝有一個(gè)固定不動(dòng)的帶有葉片的圓盤，稱為導(dǎo)葉輪。導(dǎo)葉輪上的葉片的彎曲方向與葉輪上葉片的彎曲方向相反，其彎曲角度正好與液體從葉輪流出的方向相適應(yīng)，引導(dǎo)液體在泵殼的通道內(nèi)平緩的改變方向，使能量損失減小，使動(dòng)能向靜壓能的轉(zhuǎn)換更為有效。

2023/6/102023/6/103）軸封裝置A軸封的作用

為了防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿軸的四周而漏出，或者外界空氣漏入泵殼內(nèi)。B

軸封的分類

軸封裝置

填料密封：

機(jī)械密封：

主要由填料函殼、軟填料和填料壓蓋組成，普通離心泵采用這種密封。

主要由裝在泵軸上隨之轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)環(huán)和固定于泵殼上的靜環(huán)組成，兩個(gè)環(huán)形端面由彈簧的彈力互相貼緊而作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，起到密封作用。

端面密封2023/6/102023/6/102023/6/102023/6/102023/6/102023/6/103、離心泵的分類1）按照軸上葉輪數(shù)目的多少

單級(jí)泵

多級(jí)泵

軸上只有一個(gè)葉輪的離心泵，適用于出口壓力不太大的情況；軸上不止一個(gè)葉輪的離心泵

，可以達(dá)到較高的壓頭。離心泵的級(jí)數(shù)就是指軸上的葉輪數(shù)，我國(guó)生產(chǎn)的多級(jí)離心泵一般為2~9級(jí)。

2）按葉輪上吸入口的數(shù)目單吸泵

雙吸泵

葉輪上只有一個(gè)吸入口，適用于輸送量不大的情況。葉輪上有兩個(gè)吸入口，適用于輸送量很大的情況。2023/6/102023/6/102023/6/103）按離心泵的不同用途

水泵

輸送清水和物性與水相近、無(wú)腐蝕性且雜質(zhì)很少的液體的泵,（B型）

耐腐蝕泵

接觸液體的部件（葉輪、泵體）用耐腐蝕材料制成。要求：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件容易更換、維修方便、密封可靠、用于耐腐蝕泵的材料有：鑄鐵、高硅鐵、各種合金鋼、塑料、玻璃等。（F型）油泵

輸送石油產(chǎn)品的泵，要求密封完善。（Y型）雜質(zhì)泵

輸送含有固體顆粒的懸浮液、稠厚的漿液等的泵，又細(xì)分為污水泵、砂泵、泥漿泵等。要求不易堵塞、易拆卸、耐磨、在構(gòu)造上是葉輪流道寬、葉片數(shù)目少。2023/6/102023/6/102023/6/10二、離心泵的基本方程式

1、離心泵基本方程式的導(dǎo)出

假設(shè)如下理想情況：1）泵葉輪的葉片數(shù)目為無(wú)限多個(gè)，也就是說葉片的厚度為無(wú)限薄，液體質(zhì)點(diǎn)沿葉片彎曲表面流動(dòng)，不發(fā)生任何環(huán)流現(xiàn)象。2）輸送的是理想液體，流動(dòng)中無(wú)流動(dòng)阻力。

2023/6/10

3、實(shí)際壓頭

離心泵的實(shí)際壓頭與理論壓頭有較大的差異，原因在于流體在通過泵的過程中存在著壓頭損失，它主要包括：1）葉片間的環(huán)流

2）流體的阻力損失

3）沖擊損失

理論壓頭、實(shí)際壓頭及各種壓頭損失與流量的關(guān)系為2023/6/10三．離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線

1、離心泵的性能參數(shù)

1）離心泵的流量

指離心泵在單位時(shí)間里排到管路系統(tǒng)的液體體積，一般用Q表示，單位為m3/h。又稱為泵的送液能力。2）離心泵的壓頭泵對(duì)單位重量的液體所提供的有效能量，以H表示，單位為m。又稱為泵的揚(yáng)程。2023/6/10離心泵的壓頭取決于：

泵的結(jié)構(gòu)（葉輪的直徑、葉片的彎曲情況等）

轉(zhuǎn)速n

流量Q，如何確定轉(zhuǎn)速一定時(shí)，泵的壓頭與流量之間的關(guān)系呢？實(shí)驗(yàn)測(cè)定2023/6/103）離心泵的效率

離心泵輸送液體時(shí)，通過電機(jī)的葉輪將電機(jī)的能量傳給液體。在這個(gè)過程中，不可避免的會(huì)有能量損失，也就是說泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)所做的功不能全部都為液體所獲得，通常用效率η來(lái)反映能量損失。這些能量損失包括：容積損失水力損失機(jī)械損失泵的效率反應(yīng)了這三項(xiàng)能量損失的總和，又稱為總效率。與泵的大小、類型、制造精密程度和所輸送液體的性質(zhì)有關(guān)

2023/6/102、離心泵的特性曲線

離心泵的H、η、N都與離心泵的Q有關(guān)，它們之間的關(guān)系由確定離心泵壓頭的實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定，實(shí)驗(yàn)測(cè)出的一組關(guān)系曲線：

H～Q、η～Q、N～Q

——離心泵的特性曲線

注意：特性曲線隨轉(zhuǎn)速而變。各種型號(hào)的離心泵都有本身獨(dú)自的特性曲線，但形狀基本相似，具有共同的特點(diǎn)2023/6/102023/6/101）H～Q曲線：表示泵的壓頭與流量的關(guān)系，離心泵的壓頭普遍是隨流量的增大而下降（流量很小時(shí)可能有例外）2）N～Q曲線：表示泵的軸功率與流量的關(guān)系，離心泵的軸功率隨流量的增加而上升，流量為零時(shí)軸功率最小。

離心泵啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)關(guān)閉出口閥，使啟動(dòng)電流最小，以保護(hù)電機(jī)。3）η～Q曲線：表示泵的效率與流量的關(guān)系，隨著流量的增大，泵的效率將上升并達(dá)到一個(gè)最大值，以后流量再增大，效率便下降。2023/6/10離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點(diǎn)。離心泵在與最高效率點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的流量及壓頭下工作最為經(jīng)濟(jì)。

與最高效率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的Q、H、N值稱為最佳工況參數(shù)。離心泵的銘牌上標(biāo)明的就是指該泵在運(yùn)行時(shí)最高效率點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)。

注意：在選用離心泵時(shí)，應(yīng)使離心泵在該點(diǎn)附近工作。一般要求操作時(shí)的效率應(yīng)不低于最高效率的92%。2023/6/10五、離心泵的氣蝕現(xiàn)象與允許吸上高度

1、氣蝕現(xiàn)象

氣蝕產(chǎn)生的條件葉片入口附近K處的壓強(qiáng)PK等于或小于輸送溫度下液體的飽和蒸氣壓

2023/6/10氣蝕產(chǎn)生的后果：

氣蝕發(fā)生時(shí)產(chǎn)生噪音和震動(dòng)，葉輪局部在巨大沖擊的反復(fù)作用下，表面出現(xiàn)斑痕及裂紋，甚至呈海棉狀逐漸脫落液體流量明顯下降，同時(shí)壓頭、效率也大幅度降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)輸不出液體。2、離心泵的允許吸上高度

離心泵的允許吸上高度又稱為允許安裝高度，指泵的吸入口與吸入貯槽液面間可允許達(dá)到的最大垂直距離，以Hg表示。2023/6/102023/6/10HS’值越大，表示該泵在一定操作條件下抗氣蝕性能好，安裝高度Hg越高。

HS’與泵的結(jié)構(gòu)、流量、被輸送液體的物理性質(zhì)及當(dāng)?shù)卮髿鈮旱纫蛩赜嘘P(guān)。通常由泵的制造工廠試驗(yàn)測(cè)定，實(shí)驗(yàn)在大氣壓為10mH2O（9.81Pa）下,以20℃清水為介質(zhì)進(jìn)行的。2023/6/10注意：1）離心泵的允許吸上真空度和允許氣蝕余量值是與其流量有關(guān)的，大流量下△h較大而HS’較小，因此，必須注意使用最大額定流量值進(jìn)行計(jì)算。2）離心泵安裝時(shí)，應(yīng)注意選用較大的吸入管路，減少吸入管路的彎頭、閥門等管件，以減少吸入管路的阻力。3）當(dāng)液體輸送溫度較高或液體沸點(diǎn)較低時(shí)，可能出現(xiàn)允許安裝高度為負(fù)值的情況，此時(shí)，應(yīng)將離心泵安裝于貯槽液面以下，使液體利用位差自流入泵內(nèi)。2023/6/103、離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)1）串聯(lián)組合泵的特性曲線

兩臺(tái)相同型號(hào)的離心泵串聯(lián)組合，在同樣的流量下，其提供的壓頭是單臺(tái)泵的兩倍。2023/6/102）并聯(lián)組合泵的特性曲線

兩臺(tái)相同型號(hào)的離心泵并聯(lián)，若其各自有相同的吸入管路，則在相同的壓頭下，并聯(lián)泵的流量為單泵的兩倍。

2023/6/103）離心泵組合方式的選擇

對(duì)于低阻輸送管路a，并聯(lián)組合泵流量的增大幅度大于串聯(lián)組合泵；對(duì)于高阻輸送管路b，串聯(lián)組合泵的流量增大幅度大于并聯(lián)組合泵。低阻輸送管路----并聯(lián)優(yōu)于串聯(lián)；高阻輸送管路----串聯(lián)優(yōu)于并聯(lián)。2023/6/10七、離心泵的選用、安裝與操作

1、離心泵的選擇

1）確定輸送系統(tǒng)的流量和壓頭：一般情況下液體的輸送量是生產(chǎn)任務(wù)所規(guī)定的，如果流量在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，選泵時(shí)按最大流量考慮，然后，根據(jù)輸送系統(tǒng)管路的安排，用柏努利方程計(jì)算出在最大流量下管路所需壓頭。

2）選擇泵的類型與型號(hào)：首先根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)和操作條件確定泵的類型，按已確定的流量和壓頭從泵樣本或產(chǎn)品目錄中選出適合的型號(hào)。2023/6/10若是沒有一個(gè)型號(hào)的H、Q與所要求的剛好相符，則在鄰近型號(hào)中選用H和Q都稍大的一個(gè)；若有幾個(gè)型號(hào)的H和Q都能滿足要求，那么除了考慮那一個(gè)型號(hào)的H和Q外，還應(yīng)考慮效率η在此條件下是否比較大。

3)核算軸功率:若輸送液體的密度大于水的密度時(shí)，按

來(lái)計(jì)算泵的軸功率。

2、離心泵的安裝和使用

1）泵的安裝高度

為了保證不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象或泵吸不上液體，泵的實(shí)際安裝2023/6/10高度必須低于理論上計(jì)算的最大安裝高度，同時(shí)，應(yīng)盡量降低吸入管路的阻力。2）啟動(dòng)前先“灌泵”

這主要是為了防止“氣傅”現(xiàn)象的發(fā)生，在泵啟動(dòng)前，向泵內(nèi)灌注液體直至泵殼頂部排氣嘴處在打開狀態(tài)下有液體冒出時(shí)為止。3）離心泵應(yīng)在出口閥門關(guān)閉時(shí)啟動(dòng)為了不致啟動(dòng)時(shí)電流過大而燒壞電機(jī)，泵啟動(dòng)時(shí)要將出口閥完全關(guān)閉，等電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，再逐漸打開出口閥，并調(diào)節(jié)到所需的流量。2023/6/104）關(guān)泵的步驟

關(guān)泵時(shí)，一定要先關(guān)閉泵的出口閥，再停電機(jī)。否則，壓出管中的高壓液體可能反沖入泵內(nèi)，造成葉輪高速反轉(zhuǎn)，使葉輪被損壞。5）運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)定時(shí)檢查泵的響聲、振動(dòng)、滴露等情況，觀察泵出口壓力表的讀數(shù)，以及軸承是否過熱等。

2023/6/102-1-2其他類型泵

一、往復(fù)泵1、往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)及工作原理

往復(fù)泵是一種容積式泵，它依靠作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞依次開啟吸入閥和排出閥從而吸入和排出液體。

2023/6/10泵的主要部件有泵缸、活塞、活塞桿、吸入單向閥和排出單向閥?；钊?jīng)傳動(dòng)和機(jī)械在外力作用下在泵缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊c單向閥之間的空隙稱為工作室。工作原理：當(dāng)活塞自左向右移動(dòng)時(shí)，工作室的容積增大，形成低壓，貯池內(nèi)的液體經(jīng)吸入閥被吸入泵缸內(nèi)，排出閥受排出管內(nèi)液體壓力作用而關(guān)閉。當(dāng)活塞移到右端時(shí)，工作室的容積最大。活塞由右向左移動(dòng)時(shí)，泵缸內(nèi)液體受擠壓，壓強(qiáng)增大，使吸入閥關(guān)閉而推開排出閥將液體排出，活塞移到左端時(shí)，排液完畢，完成了一個(gè)工作循環(huán)，此后開始另一個(gè)循環(huán)。2023/6/102023/6/10活塞從左端點(diǎn)到右端點(diǎn)的距離叫行程或沖程。

活塞在往復(fù)一次中，只吸入和排出液體各一次的泵，稱為單動(dòng)泵。由于單動(dòng)泵的吸入閥和排出閥均裝在活塞的一側(cè)，吸液時(shí)不能排液，因此排液不是連續(xù)的。為了改善單動(dòng)泵流量的不均勻性，多采用雙動(dòng)泵或三聯(lián)泵往復(fù)泵的工作原理與離心泵不同，具有以下特點(diǎn)：1）往復(fù)泵的流量只與泵本身的幾何形狀和活塞的往復(fù)次數(shù)有關(guān)，而與泵的壓頭無(wú)關(guān)。無(wú)論在什么壓頭下工作，只要往復(fù)一次，泵就排出一定的液體。

2023/6/102023/6/102023/6/10其理論流量：對(duì)單動(dòng)泵

對(duì)雙動(dòng)泵

2）往復(fù)泵的壓頭與泵的幾何尺寸無(wú)關(guān)，只要泵的機(jī)械強(qiáng)度及原動(dòng)機(jī)的功率允許，輸送系統(tǒng)要求多高的壓頭，往復(fù)泵就能提供多大的壓頭。

3）往復(fù)泵的吸上真空度也隨泵安裝地區(qū)的大氣壓強(qiáng)、輸送液體的性質(zhì)和溫度而變，所以往復(fù)泵的吸上高度也有一定的限制。但往復(fù)泵的低壓是靠工作室的擴(kuò)張來(lái)造成的，所以在開動(dòng)之前，泵內(nèi)無(wú)須充滿液體，往復(fù)泵有自吸作用。2023/6/104）往復(fù)泵不能簡(jiǎn)單地用排出管路閥門來(lái)調(diào)節(jié)流量，一般采用回路調(diào)節(jié)。往復(fù)泵適用于小流量、高壓強(qiáng)的場(chǎng)合，輸送高粘度液體時(shí)的效果也比離心泵好，但不能輸送腐濁性液體和固體粒子的懸浮液。二、計(jì)量泵計(jì)量泵就是往復(fù)泵的一種。通過偏心輪把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。偏心輪的偏心距離可以調(diào)整，使柱塞的沖程隨之改變。這樣就達(dá)到控制和調(diào)節(jié)流量的目的2023/6/102023