蜗壳（外壳）；叶轮：敞式 , 半蔽式 , 蔽式单吸式、双吸式。附属装置：底阀、滤网、调节阀、平衡孔 ( 平衡管 ) 、排气孔、轴封。

2.2 离心泵 2.2.1离心泵的基本结构，工作原理及性能参数 (1) 离心泵的结构主要结构：蜗壳（外壳）；叶轮：敞式,半蔽式,蔽式单吸式、双吸式。附属装置：底阀、滤网、调节阀、平衡孔(平衡管)、排气孔、轴封。

离心泵外形：

离心泵结构示意图 (2) 工作原理 (a) 排出阶段叶轮旋转(产生离心力，使液体获得能量）→流体流入涡壳(动能→静压能) →流向输出管路。 (b) 吸入阶段液体自叶轮中心甩向外缘 →　叶轮中心形成低压区 →　贮槽液面与泵入口形成压差　→　液体吸入泵内。 • 气缚现象：泵内未充满液体，气体密度低，产生离心力小， • 在叶轮中心形成的低压不足以将液体吸上。 • 说明：离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充满液体。

(c) 主要部件作用 • 泵壳：动能→静压能，提高液体压力, 能量转换装置。 • 叶轮：把原动机(电机)的机械能，传递给液体，提高液体的 • 动能和静压能。 • 叶轮形式：叶轮由6～12片叶片组成。 • 按叶片两侧有无盖板: 敞式、半蔽式、蔽式。叶轮的类型

后盖板 平衡孔单吸式双吸式 (a) 蔽式叶轮：适用于输送清洁液体敞式和半蔽式叶轮：流道不易堵塞，适用于输送含有固体颗粒的液体悬浮液，效率低。按吸液方式：单吸式、双吸式。单吸式与双吸式叶轮单吸式：结构简单，液体从叶轮一侧被吸入。双吸式：吸液能力大，基本上消除轴向推力。

(3) 离心泵的性能参数 ① 压头(扬程)H： • ② 流量 qV： ③ 功率：有效功率Pe：轴功率P： ④ 效率η：小型泵效率，50~70%；大型泵效率，90%左右。

2.2.2 离心泵的基本方程 • (1) 液体在叶轮中的运动及其简化假设 • ① 简化假设 • （a）叶片数目无限多，且无限薄，严格将流体限定在叶轮流道内； • （b）流体为理想流体，无能量损失； ② 液体质点的运动圆周运动——液体随叶轮一起旋转，圆周速度为u；切向运动——相对于叶轮的运动，相对速度w；合成运动——流体相对于壳体的运动，绝对速度c。

③ 几何参数 叶片安装角β——相对速度w与圆周速度u反向延长线间的夹角。夹角α——绝对速度c和圆周速度u间的夹角。 c w c α w β c u r α β ω c u u 液体质点在叶轮内的运动情况各速度之间相互关系：如何用β、cr表示cu？

c2 cr2 u2 ω α2 w2 cu2 β2 w1 L2 L1 R1 c1 R2 u1 离心泵理想压头方程的推导 • （2）离心泵基本方程的推导 • 列叶轮进、出口截面机械能衡算式，则有：

离心力作功 （a）离心力产生的压头Hc 离心力：而所以此离心力产生的压头变化为：代入dFc，整理得：

因此，离心力所产生的压头为：

c w c r α β c u u （b）流道扩大引起的压头增高Hp 离心泵设计中，一般使α1=90o，则cosα1=0，故有： —— 离心泵基本方程

（3）离心泵基本方程的讨论 ① 离心泵理论流量qv,T对理论压头H∞的影响一定转速下

② 泵理论压头与叶片弯曲方向的关系 叶片形式：径向，前弯，后弯 w w c c 2 2 2 2 w c 2 2 2 2 β β 2 β α α α 2 2 2 u u u 2 2 2 (a) (b) (c) 叶片弯曲方向及其速度三角形径向叶片：后弯叶片：前弯叶片：

c ＞90 H∞ β 2 b β 90 = 2 a β 90 ＜ 2 qV,T H∞和 qV,T关系曲线 • 前弯叶片：压力头小于动压头，冲击损失大。 • 后弯叶片：压力头大于动压头，冲击损失小。说明：为获得较高的效率，常用后弯叶片。 2.2.3 离心泵的效率和实际压头实际压头 < 理论压头原因：泵内各种能量损失

泵内液体的泄漏 (1) 离心泵的效率 • ①　水力损失 • 摩擦损失：与流量平方成正比。 • 冲击损失：与安装角，导向装置有关,在设计状态下为零, • 在非设计状态下与流量的平方成正比。 • 环流损失：与叶片数目和形状等有关,几乎与流量无关。 • 水力效率ηH ②容积损失原因：高压区向低压区泄漏，减少方法：采用蔽式叶轮等。容积效率:

③　机械损失 • 原因：摩擦损失 • 机械效率ηM qV,T ,qV 离心泵理论压头与实际压头 (2) 离心泵的实际压头

2.2.4 离心泵的特性曲线 • （1）离心泵的特性曲线离心泵典型的特性曲线 • 说明： • （a）由厂家提供 • 标准测定条件： • 常压、20℃清水为工质； • （b）曲线与叶轮转数有关，故图中应标明转数。

（c）H-qV曲线 • 选泵时常用，qV↑，H↓； • （d）P- qV曲线离心泵典型的特性曲线 • 封闭启动 (关出口阀启动） • 目的：防止电机过载，烧坏。（e）η-qV曲线设计点：最高效率点，对应的参数值称为最佳工况参数高效区范围：选用离心泵，尽可能在高效区内工作。

FI-02 FI-01 离心泵性能曲线测定装置图 FI-03 （2）离心泵性能曲线实验测定

① 测定原理 ② 测定数据 • 数据：不同流量下的泵进、出口处压强、轴功率计算 H、η： ③ 绘制特性曲线

（3）液体物性对离心泵特性曲线的影响 ① 密度对泵特性曲线的影响说明：流体密度变化时，应校正 P- qV曲线。

② 粘度对泵特性曲线的影响 100 CHe 0.6×qV,s 80 60 1.2×qV,s 90 CqV Cη％CqV ％CHe ％ Cη 70 50 30 20 32 176 880 3300 180 46 5 He（单级）/m ν＝4.3×10-6m2/s 0.4 1.0 2 10 40 qV,s/m3.min-1 大流量的离心泵的粘度换算系数图定性分析：定量计算：经验公式由实验确定。实验曲线：

110 90 CHe 70 Cη CqV Cη％CqV ％CHe ％ 50 30 10 0 330 660 1320 2200 176 10 43 88 120 80 40 20 10 ν＝4.3×10-6m2/s 6 He（单级）/m 3 0.04 0.06 0.08 0.12 0.16 0.2 0.3 0.4 小流量的离心泵的粘度换算系数图 qV,s/m3.min-1

（4）叶轮直径对特性曲线的影响 • 切削法：同一型号的泵，可通过切削叶轮直径，而维持 • 其余尺寸（包括叶轮出口截面积）不变的方法来 • 改变泵的特性曲线的方法在叶轮直径变化不大（不超过10~20%），近似认为叶轮出口的速度三角形及泵的效率基本不变的前提下： • 切削定律：适用：叶轮切削量小于10%-20%

（5）叶轮转数对特性曲线的影响 同一台离心泵，转速改变，特性曲线也发生变化。若转速改变后，叶轮出口速度三角形、泵的效率近似保持不变，则有：比例定律： • 适用：叶轮转数变化不超过20%

2. 2. 5 离心泵的汽蚀现象和安装高度 • (1) 离心泵的汽蚀现象 • ① 汽蚀现象（空蚀） 1 1 z 0 0 离心泵的汽蚀 • 吸入管段:无外加机械能， • 液体靠势能差，吸入离心泵。至泵内压力最低点K处，若

容易发生 气蚀的 K 处汽蚀时叶轮内缘叶片背面示意图 • ② 泵汽蚀时的特征 • 泵体振动、噪声大； • 泵流量、压头、效率都显著下降。 • ③ 主要危害 • 造成叶片损坏，离心泵不能正常操作。 • ④ 汽蚀发生的位置 • 叶轮内压力最低处 (叶轮内缘, 叶片背面 K处)。 • ⑤ 衡量泵抗汽蚀能力的参数 • 汽蚀余量、吸上真空高度。

(2) 离心泵的汽蚀余量 • ① 汽蚀余量 • 列1-1(泵入口)及K-K间的机械能衡算式： 1 1 z 0 0 离心泵的汽蚀

关于NPSH（Net Positive Suction Head） * 泵抗汽蚀能力的参数 * NPSH↓，则泵抗汽蚀能力↑。 * NPSH=f(泵结构、流体种类、流量) 流量↑，则NPSH↑，泵抗汽蚀能力↓ * 由泵样本提供，工程上常用。 (a) 必须汽蚀余量 (NPSHr) 厂家提供，泵样本中给出实验条件：常压，200C的清水校正： H ~ qV H P~ qV η ~ qV NPSHr ~ qV qV 含汽蚀余量的离心泵特性曲线

60 40 丙稀丁烷 20 异丁烷 3.0 10 p/105Pa 8 2.0 6 1.4 4 1.0 0.8 0.6 2 0.4 1 0.2 0.8 ΔNPSHr 0.6 0.1 0.4 0.2 甲醇水 0 40 50 100 150 200 -20 0 t / ℃ 离心泵输送烃类、甲醇和高温水的ΔNPSHr值

(b) 装置汽蚀余量(NPSHa) 指：根据装置实际情况计算的汽蚀余量列0-0及K-K间机械能衡算式： 1 1 z 0 0 离心泵的汽蚀

NPSHa ~ qV NPSHa = NPSHr 无汽蚀区 NPSHr~ qV NPSHa<NPSHr NPSHa>NPSHr 汽蚀区离心泵汽蚀曲线 (c)汽蚀曲线 (d) 离心泵的NPSHa安全裕量理论上， NPSHa > NPSHr泵不发生汽蚀。工程上，加一个安全裕量S。

(e) 其它汽蚀参数 * 吸上真空度 Hs 换算： * 汽蚀比转数 * 吸入比转数 1 1 z 离心泵的汽蚀 0 0 (3) 离心泵的安装高度安装高度：泵入口与吸入液面间的垂直距离。 ① 最大安装高度 zmax 在0-0，k-k 截面间列机械能衡算方程：

② 允许安装高度 • 说明：为保证泵不发生汽蚀

（4）防止产生汽蚀的办法 • ① 储槽上方压力 p0： ② 液体饱和蒸汽压 pS： ③泵吸入管段阻力∑hf,0-1: 方法：应尽可能减小泵吸入管段阻力

问题：[z]能否为负值？ • 答：可以。 • 例如，精馏塔裙座高8-10m。

2.2.6 离心泵在管路中的工况 （1）管路特性与泵的工作点管路特性：流体流经管路系统时，需要的压头和流量之间的关系。反映管路对泵的要求。离心泵的工作点：泵工作时的 qV、H、P、η 说明：泵工作点受到泵性能、管路特性制约泵性能--离心泵特性曲线，管路特性--管路特性曲线。

① 管路特性曲线方程 本质：机械能衡算方程反映全管路系统的能量需求特性。

说明：由管路系统本身决定，与泵的特性无关。说明：由管路系统本身决定，与泵的特性无关。

② 影响管路特性曲线的因素 H b a qV 管路特性曲线影响 A： • 影响B：

③　离心泵的工作点 即管路、泵特性曲线交点。 H H- qV 曲线 L- qV 曲线 M HM P η d c qV,M qV 离心泵工作点 1）公式计算 • 2）作图法 • 分别在图上作出泵的特性曲线和管路特性曲线，读出交点坐标。

（2）离心泵的流量调节 • 实质：对工作点的调整； • 方法：改变泵或管路特性曲线。 H H- qV 曲线 L- qV 曲线 M HM P η d c qV,M qV 离心泵工作点

q‘V,M qV,M qV 离心泵节流调节时工作点的变化 • ①　节流调节（阀门调节） • 方法：改变泵出口阀门开度 • 实质：改变管路特性曲线(阀门上阻力损失变化)， • 泵特性曲线不变。 • 节流，多消耗在阀门上能量: • 优点：迅速方便,连续调节； • 代价：阀门阻力损失↑； • 适用：流量调节幅度不大， • 须经常调节的地方。泵出口阀：两套(手动阀和自动阀)

② 调节离心泵转速或改变叶轮直径 H H- qV H’- qV n M M' E n' HM H’M qV q’V,M qV,M 改变转速时工作点的变化 • 实质：改变泵特性曲线， • 管路特性不变。优点：不因调节流量而损失能量。 • 适用：流量变化幅度大的场合。

2.2.7 离心泵的组合运转工况分析 • 组合方式：并联和串联。 • 目的：提高泵输出的流量或压头。 B d H并 A b H c qV,1 qV,并 qV 离心泵的并联操作 • (1) 并联操作 • 泵型号相同，吸入管路相同， • 出口阀开度相同。 • ①　泵合成特性曲线改变 • 在相同压头下，流量加倍。 ②　管路特性曲线不变

B d H并 A b H c qV,1 qV,并 qV 离心泵的并联操作 ③ 并联泵的工作点 * 并联泵总流量和总压头↑； *流量增加不到单泵的两倍；原因：管路存在阻力损失。 ④ 并联泵效率等于单泵在qV,单时的工作效率。

(2) 串联操作 泵型号相同，首尾相连。 B c’ d H串 A H c b qV qV,串离心泵的串联操作 ① 泵的合成特性曲线改变相同流量下，压头加倍。 ② 管路合成特性曲线不变

蜗壳 （外壳）； 叶轮 ： 敞式 , 半蔽式 , 蔽式 单吸式、双吸式。 附属装置 ： 底阀、滤网、调节阀、平衡孔 ( 平衡管 ) 、排气孔、轴封。