,武汉理工大学,轮机工程系,第三章 离心泵,centrifugal pump,第一节 离心泵的工作原理和性能特点,其次节 离心泵的一般构造,第三节 离心泵的相像理论和比转数,第四节 船用离心泵的自吸,第五节 离心泵的汽蚀,第六节 离心泵的治理,复习思考题,第一节 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，,照旧是沿轴线的倾斜方向流出。,优缺点：1.构造简洁，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.无自吸力气。,第一节 离心泵的工作原理和性能特点,一、工作原理,第一节 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，布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1525m/s。,液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道渐渐加宽，液体的流速渐渐降低，又将一局部动能转变为静压能，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,第一节 离心泵的工作原理和性能特点,二、离心泵的压头方程式,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。,泵在高效区工作，可得到最经济、最合理的使用。,离心泵因能量的转递方式不同于容积式泵，单位液体所获得的能量压头、扬程H与叶轮的尺寸和转速亲切相关。,先分析液体在叶轮中的流淌状况,再建立压头方程式,后分析其规律得到治理的要点,为简化液体在叶轮内的简洁运动，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片的外形而运动，亦即液体质点的运动轨迹与叶片的外形相重合；,输送的是抱负液体，由此在叶轮内的流淌阻力可无视。,1.液体在叶轮中的运动情况及速度三角形,第一节 离心泵的工作原理和性能特点,二、离心泵的压头方程式,*相对运动速度：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。,*确定运动速度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，称为确定运动，确定运动速度用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，称为流淌角，其大小与叶轮的构造有关。依据余弦定理，则：,1.液体在叶轮中的运动情况及速度三角形,第一节 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：,*,圆周运动速度u,：叶轮带动液体质点作圆周运动的速度，,假设将c分解为径向重量Cr和圆周重量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 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,1 抱负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 离心泵的工作原理和性能特点,二、离心泵的压头方程式,1抱负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.离心泵的扬程方程式,第一节 离心泵的工作原理和性能特点,二、离心泵的压头方程式,离心力对单位重量,液体所作的功W：,离心力,1抱负压头方程式欧拉公式(续,2.离心泵的扬程方程式,第一节 离心泵的工作原理和性能特点,二、离心泵的压头方程式,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,叶片间通道面积渐渐加大使液体的相对速度削减所增加的静压头,液体流经叶轮后所增加的动压头在蜗壳中其中一局部将转变为静压能,Hp用于抑制装置中的流阻、液位差和反压。要求Hp大于这三者之和。,Hc表现为液流确实定速度增加。要求Hc不宜过大，由于Hc大流阻大。,欧拉方程I式,速度三角形和余弦定律：,得：,4,1,将4式代于1式后，得：欧拉方程II式,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.离心泵的扬程方程式,第一节 离心泵的工作原理和性能特点,二、离心泵的压头方程式,依据速度三角形,2对欧拉方程II式的分析(续,2,c,2u,=c,2,cos,2,=u,2,c,r2,ctg,2,w,2,2,c,2,u,2,c,r,2,c,2,u,2,将上两式代入欧拉方程II式后，得：,设叶轮的外径为D,2,，叶轮出口处的宽度为b,2,，理论流量,Q,T,=,c,r2,A,，,则：,2,2,2.离心泵的扬程方程式,第一节 离心泵的工作原理和性能特点,二、离心泵的压头方程式,称为离心泵的根本方程式,2,2,u,2,c,2,w,2,2,2对欧拉方程II式的分析(续,2.离心泵的扬程方程式,第一节 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,第一节 离心泵的工作原理和性能特点,二、离心泵的压头方程式,3)对离心泵根本方程式的争论：,H,T,与转速n有关：n,H,T,；反之相反；,H,T,与,D,有关,即与叶轮的直径有关，增大叶轮直径，扬程增加；,H,T,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,径向叶片,前弯叶片,2.离心泵的扬程方程式,第一节 离心泵的工作原理和性能特点,二、离心泵的压头方程式,3)对离心泵根本方程式的争论：,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，公式中无液体的性能参数,。,(p,d,-p,s,)=,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 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)对离心泵根本方程式的争论：,后弯叶片叶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的争论：,静压大、动压小、噪音小、效率高、工作平稳、不会过载。,对叶片出口角2的争论：,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很多完全一样的单元流束组成，导致泵的压头降低。,液体在叶片间流道内流淌时存在轴向涡流，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Q,T,第一节 离心泵的工作原理和性能特点,1）扬程流量曲线,2功率流量曲线,Q,H,N-Q,N,流量为零时，功率最小，适合承受封闭启动。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 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,3效率流量曲线,当泵转速n确定时，由试验可测得HQ，NaQ，Q，这三条曲线称为性能曲线，由泵制造厂供给,供泵用户使用。,泵厂以20清水作为工质做试验测定性能曲线。,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值称为最正确工况参数，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 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,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,p,dr,p,sr,H=H,st,+h,Z+(,p,dr,-,p,sr,)/,g+KQ,2,h：管路阻力，等于KQ,2,H,st,：高度差和压力差，等于Z+(,p,dr,-,p,sr,)/,g,Z,(,p,dr,-,p,sr,)/,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 离心泵的工作原理和性能特点,四、管路特性曲线和泵的工况点,2.离心泵的压头和流量的有用公式,压头公式：,K=0.00010.00015,n r/min,D,2,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 离心泵的工作原理和性能特点,