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1、武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 第三章第三章 离心泵离心泵 centrifugal pump 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原理和性能特点 第二节第二节 离心泵的一般结构离心泵的一般结构 第三节第三节 离心泵的相似理论和比转数离心泵的相似理论和比转数 第四节第四节 船用离心泵的自吸船用离心泵的自吸 第五节第五节 离心泵的汽蚀离心泵的汽蚀 第六节第六节 离心泵的管理离心泵的管理 复习思考题复习思考题 痉 畸 旺 狂 炬 耿 楞 席 绣 片 加 折 毛 琐 展 澳 课 岗 易 叙 圈 酝 饥 篡 舷 淆 罐 岔 歼 萝 何 斋 第 三 章 离 心 泵 c e
2、n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原理和性能特点 分类：离心泵液体轴向进入，径向流出； 轴流泵液体轴向进入，轴向流出； 混流泵液体沿轴线的倾斜方向进入， 仍然是沿轴线的倾斜方向流出。 优缺点：1.结构简单，易操作； 2.流量大，流量均匀； 3.重量轻，运动部件少，转速高； 4.泵送的液体粘度范围广； 5.无自吸能力。 宛 声 冒 级 凿 母 伤 纪 抓 瞪 垄 朵 疗 徊 床 乾 措 屯 静 第
3、 分 逞 奠 否 峻 傻 叫 慑 锁 末 椰 淬 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原理和性能特点 一、工作原理 窍 宏 桌 滔 肖 冶 爵 薪 份 波 褒 喇 拌 坟 锑 鲁 欺 虹 调 般 颅 怎 亢 愈 榆 袁 杭 坟 勃 蔚 董 檄 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t
4、r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原理和性能特点 一、工作原理 泵轴带动叶轮一起旋转，充满叶 片之间的液体也随着旋转，在惯性 离心力的作用下液体从叶轮中心被 抛向外缘的过程中便获得了能量， 使叶轮外缘的液体静压强提高，同 时也增大了流速，一般可达15 25m/s。 液体离开叶轮进入泵壳后，由 于泵壳中流道逐渐加宽，液体的流 速逐渐降低，又将一部分动能转变 为静压能，使泵出口处液体的压强 进一步提高。液体以较高的压强， 从泵的排出口进入排出管路，输送 至所需的场所 灯 答 填 措 昭 滚
5、 蛰 芹 甘 勋 琶 污 怠 鲜 耍 通 聊 挎 死 涤 羽 伙 烘 啸 紧 由 弧 堕 尚 算 边 歹 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原理和性能特点 二、离心泵的压头方程式 u 离心泵的流量、压头、轴功率、效率、 转速等性能参数表示一台泵的整体性能。 u 泵在高效区工作，可得到最经济、最合 理的使用。 u 离心泵因能量的转递方式不同于容积式 泵，单位液体所获
6、得的能量（压头、扬程） H与叶轮的尺寸和转速密切相关。 先分析液体在叶轮中的流动情况 再建立压头方程式 后分析其规律得到管理的要点 伟 抡 吼 蒸 患 糕 躇 厩 告 畴 犊 鲜 岗 幢 缮 玫 团 勃 桓 闲 政 叠 贤 酸 导 慕 强 退 竣 巨 丸 跪 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 为简化液体在叶轮内的复杂运动，作两点假设： 叶轮内叶片的数目为无穷多，即叶片的厚度为无限薄，从而可以认为液 体质点完全沿着叶
7、片的形状而运动，亦即液体质点的运动轨迹与叶片的外形相 重合； 输送的是理想液体，由此在叶轮内的流动阻力可忽略。 1.液体在叶轮中的运动情况及速度三角形 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原理和性能特点 二、离心泵的压头方程式 玄 肘 痈 贷 肿 野 逢 叔 匀 绷 詹 善 哨 秃 迎 伪 凸 冯 宁 絮 队 峻 米 贺 聚 途 汪 折 菊 焙 篷 差 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 * 相对运动
8、速度：它是以与 液体一起作等角速度的旋转坐 标为参照系，液体质点沿叶片 从叶轮中心流到外缘的运动速 度，即相对于旋转叶轮的相对 运动速度。 * 绝对运动速度c：它是以固定 于地面的静止坐标作为参照系 的液质点的运动，称为绝对运 动，绝对运动速度用c表示。 三者关系： 速度三角形如图示：三个速度构成了速度，表示c 与u之间的夹角，表示与u反方向延长线之间的夹角 ，称为流动角，其大小与叶轮的结构有关。根据 余弦定理，则： 1.液体在叶轮中的运动情况及速度三角形 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原理和性能特点 二、离心泵的压头方程式 液体质点在叶轮内的速度有三个： * 圆周运动速
9、度u：叶轮带动液体 质点作圆周运动的速度， 朽 励 邱 各 拳 放 演 咋 经 院 克 榴 街 龙 找 揪 乱 缝 独 靶 理 速 淘 香 绳 耘 针 谅 拐 洽 篮 蜘 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 若将c分解为径向分量Cr和圆周分量Cu，则分别为： （得出的公式结论将在后面用） 则： 1.液体在叶轮中的运动情况及速度三角形 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原理和性能特点 二、离心泵的压头
10、方程式 误 越 卢 英 灯 易 勿 店 湘 见 赛 踞 愁 期 妄 抄 奄 扬 晌 寡 初 河 责 瞧 理 灌 症 秒 亩 篙 苹 化 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 2.离心泵的扬程方程式 1） 理想压头方程式（欧拉公式） 扬程等于单位重量液体通过泵后所具有的能量增值（即液体离开叶轮和进 入叶轮时的压头之差）。 势能 压力能 速度能 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原理和性能特点 二、离心泵
11、的压头方程式 肩 桶 熬 都 秒 毅 填 胃 副 拂 腿 讹 搐 计 毁 猪 全 贡 瓷 咯 戍 钒 店 翅 满 琅 衬 吏 泅 颤 卒 磅 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 1）理想压头方程式（欧拉公式）(续） 假设叶轮不转，液体仍以叶轮回转时那样的相对速度 通过叶轮，其能量表达式：（站在叶轮上看液体） 实际上叶轮在转，液体在过程中获得离心力所作的功 W，其能量表达式：（站在泵的壳体上看液体） 2.离心泵的扬程方
12、程式 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原理和性能特点 二、离心泵的压头方程式 靴 弛 秦 惦 溪 红 埂 死 州 绽 墩 头 肆 浅 咳 傣 蘸 吉 送 丑 熊 三 蹿 勺 镐 傲 燕 突 捡 愿 柞 烂 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 离心力对单位重量液体所作的功W： 离心力 1）理想压头方程式（欧拉公式）(续） 2.离心泵的扬程方程式 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原
13、理和性能特点 二、离心泵的压头方程式 傲 尹 俗 氏 钮 庞 昼 穿 刷 诌 犁 掣 扭 巷 起 玉 狗 祖 袜 虞 惭 嘘 恫 阶 皖 讫 宙 指 黑 垒 蓄 浙 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 离心力做的功（3） 压头公式（1） 能量表达公式（2） （3） 式代于（2）式后，在代于（1）式，得欧拉方程I式： Hp（静压头） Hc(动压头) 离心力的作用下叶轮旋转所增 加的静压头 叶片间通道面积逐渐加大使液体的
14、 相对速度减少所增加的静压头 液体流经叶轮后所增加的动 压头（在蜗壳中其中一部分 将转变为静压能） Hp用于克服装置中的流阻、液位差和反 压。要求Hp大于这三者之和。 Hc表现为液流的绝对速度增加。要求Hc 不宜过大，因为Hc大流阻大。 哆 间 卫 剑 蠢 若 纸 疵 檀 虫 货 酉 哄 沫 焊 逊 签 任 屹 衅 靡 逸 胆 畸 摩 召 坛 篮 项 拢 写 务 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 欧拉方程I式 速度
15、三角形和余弦定律： 得： （4） （1） 将（4）式代于（1）式后，得：欧拉方程II式 妹 获 粟 锚 库 鸿 胺 静 琳 沙 挤 呐 肆 衰 蛾 腔 微 惰 鲜 霍 骑 福 辙 涸 鹿 枪 浦 鸥 阴 妨 允 众 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 2）对欧拉方程II式的分析 欧拉方程II式 在离心泵设计中，为提高理论压头，一般使190 （液体径向进入叶片间通 道），cos10 欧拉方程II式 2.离心泵的扬程方程
16、式 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原理和性能特点 二、离心泵的压头方程式 袋 住 迟 俐 绘 晌 蔽 立 朝 酋 房 坛 脉 泽 壶 脂 迂 渣 矢 埋 屹 诛 咋 该 炉 洪 姚 岭 红 挪 艘 土 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 根据速度三角形 2）对欧拉方程II式的分析(续） 2 c2u= c2cos2 =u2 cr2ctg 2 w2 2 c2 u2 cr2 c2u 2 将上两式代入欧
17、拉方程II式后，得： 设叶轮的外径为D2，叶轮出口处的宽度为b2 ，理论流量QT =cr2A ，则： 2 2 2.离心泵的扬程方程式 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原理和性能特点 二、离心泵的压头方程式 窝 人 峭 攫 隋 必 掘 呵 擞 廓 舜 侯 东 恬 袒 犊 役 睬 妈 淆 锨 抄 梆 疗 努 冒 窜 收 龟 惶 窝 登 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 称为离心泵的基本方程式 2 2
18、 u2 c2 w2 2 2）对欧拉方程II式的分析(续） 2.离心泵的扬程方程式 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原理和性能特点 二、离心泵的压头方程式 其 湾 像 著 问 蓟 诞 芯 示 钾 稀 傅 盅 多 戮 富 亨 平 淬 青 墩 肋 侥 联 铸 咸 吩 日 眯 位 思 律 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 2.离心泵的扬程方程式 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原理和
19、性能特点 二、离心泵的压头方程式 3) 对离心泵基本方程式的讨论： HT与转速n有关：n HT ；反之相反；HT与D有关,即与叶 轮的直径有关，增大叶轮直径，扬程增加； 妻 孺 搔 豆 攘 润 惨 午 佣 台 瘟 蘸 吝 衰 鹅 爬 疥 戒 十 柬 罗 镍 司 脑 舰 靳 楞 径 屠 见 揩 搭 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 HT与2有关,即与叶片型式有关； ）后弯叶片（叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相反） ）径向
20、叶片 ）前弯叶片 2.离心泵的扬程方程式 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原理和性能特点 二、离心泵的压头方程式 3) 对离心泵基本方程式的讨论： 梗 八 茄 符 梯 练 钦 幼 厂 涛 蔫 充 病 汹 站 最 滁 两 军 潘 项 驮 茨 著 炔 粉 驱 酝 占 恐 套 逼 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 与流量之间的关系 前弯式叶片 后弯式叶片 直叶式叶片 与输送的液体性质无关，公式中无 液
21、体的性能参数 。 (pd-ps)=gH 压头不变，泵送不同 的液体，其产生的吸排压差不同。 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原理和性能特点 二、离心泵的压头方程式 2.离心泵的扬程方程式 3) 对离心泵基本方程式的讨论： 收 钝 底 斧 鸥 蒜 霸 轻 斌 足 疵 猾 阐 卡 汽 痛 新 又 噶 悉 专 忱 坏 履 虽 蓬 腔 夯 氦 瓢 腑 抛 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 ）后弯叶片（叶
22、片弯曲方向与叶轮旋转方向相反） ）径向叶片 ）前弯叶片 静压大、动压小、噪音小、效率高、工作平稳、不会过载。 静压小、动压大、噪音大、效率低、能量转换中损失大、适宜风 机工况。 介于后弯叶片与前弯叶片之间。 对叶片出口角2的讨论： 南 愚 胜 骡 雏 韦 畸 疡 宁 框 流 纫 迟 疾 宪 佯 判 嘘 检 剔 猴 蛙 亩 敖 搞 蚀 袜 地 幽 铅 突 运 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 静压大、动压小、噪音小、
23、效率高、工作平稳、不会过载。 对叶片出口角2的讨论： 调 年 单 赔 哄 荣 饵 梆 叁 蜘 众 瘩 痉 御 高 拯 占 呢 偷 栋 尔 闸 苍 丽 惧 洛 柬 醚 休 刘 地 觅 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 三、离心泵的定速特性曲线分析 离心泵的定速特性曲线：在既定的 转速下，离心泵的扬程、功率、效率等 参数与流量的函数关系曲线称之。 叶轮上的叶片数目是有限的612片 ，叶片间的液流并不是由许多完全相同 的
24、单元流束组成，导致泵的压头降低。 液体在叶片间流道内流动时存在轴 向涡流，其直接影响速度，导致泵的 压头降低。 液体具有粘性，在泵内存在磨擦等 。 泵内有各种泄漏现象，实际的Q小于 QT 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原理和性能特点 1）扬程流量曲线 休 梭 氯 磁 鸯 浴 施 响 旋 窍 赋 诗 玄 烯 虾 白 美 干 矣 六 颧 有 油 唁 衍 嘲 褒 抠 子 参 桑 日 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机
25、工程系轮机工程系 2）功率流量曲线 Q H N-Q N 流量为零时，功率最小，适合采用 封闭启动。大功率离心泵此时电机的启 动电流最小，对船舶电站冲击最小。 3550%N额 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原理和性能特点 三、离心泵的定速特性曲线分析 侠 睦 用 栈 泡 赢 话 噶 郸 汞 否 菩 遮 两 铭 甲 吕 陶 中 淹 穗 让 锤 柬 句 阶 纤 绝 微 亢 咱 县 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工
26、程系轮机工程系 3）效率流量曲线 当泵转速n一定时，由实验可测得HQ ，NaQ，Q，这三条曲线称为性能曲 线，由泵制造厂提供,供泵用户使用。 泵厂以20清水作为工质做实验测定性能 曲线。 ）HQ，QH，呈抛物线H=ABQ2 ）NaQ，QNa，当Q=0，Na最小 ）Q，Q先后，存在一最 高效率点，此点称为设计点。与max对应 的H，Q，Na值称为最佳工况参数，也是铭 牌所标值。 泵的高效率区=92%max，这一区域定为 泵的运转范围。 三、离心泵的定速特性曲线 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原理和性能特点 H N N-Q H-Q -Q Q 三、离心泵的定速特性曲线分析 浇
27、他 赁 枯 歌 缕 勾 棱 架 珠 蠕 息 株 哮 醋 僻 注 膘 屏 锯 解 劲 做 酥 肉 旨 剩 舟 倪 总 宜 泡 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 四、管路特性曲线和泵的工况点 1. 管路特性曲线 液体流过既定的管路时，它所需的压头H与流量之间的函数关系： Z pdr psr H=Hst+hZ+(pdr-psr)/g+ KQ2 h：管路阻力，等于KQ2 Hst：高度差和压力差，等于Z+(pdr-psr)/
28、g Z (pdr-psr)/g H Q 管路阻力增加阻力曲线变陡 静压头增加静压线上移 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原理和性能特点 改 蓝 顿 贷 焊 柳 鹃 啊 车 既 群 利 鼻 祸 锯 羊 朵 汹 扑 竣 讫 比 钎 哄 牲 禽 氮 冰 兹 疯 即 戎 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 武汉理工大学武汉理工大学 轮机工程系轮机工程系 四、管路特性曲线和泵的工况点 2. 离心泵的压头和流量的实用公式 压头公式：K= 0.00010.00015 n r/min D2 叶轮外径 m 流量公式： D1 泵吸入口直径（单位 吋） 1吋25.4mm 第一节第一节 离心泵的工作原理和性能特点离心泵的工作原理和性能特点 乐 诬 制 淋 呀 臆 过 尽 抵 耗 床 艇 梭 涩 很 搪 刻 注 惠 畏 霹 叙 蛊 塔 膊 慑 斩 练 砚 诈 慰 境 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p 第 三 章 离 心 泵 c e n t r i f u g a l p u m p