第四章 离心泵S4-1离心泵的工作原理和性能特点离心泵定义：利用叶轮旋转时的离心力作用，吸入液体提高液体压力能获得压头的泵离心泵分类：ISW单级单吸卧式离心泵立式和卧式1.2.单级和多级3.单吸和双吸4.闭式和开式及半开式5.涡壳式和导叶式6.其他分类（按用途）图立式、卧式离心泵实物
第四章 离心泵 §4-1 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 离心泵定义：利用叶轮旋转时的离心力作用，吸入液体提高液 利用叶轮旋转时的离心力作用，吸入液体提高液 体压力能获得压头的泵。 体压力能获得压头的泵。 离心泵分类： 1. 立式和卧式 2. 单级和多级 3. 单吸和双吸 4. 闭式和开式及半开式 闭式和开式及半开式 5. 涡壳式和导叶式 涡壳式和导叶式 6.其他分类（按用途） 其他分类（按用途） 图 立式、卧式离心泵实物
一、离心泵的基本工作原理由工作叶轮、泵轴、泵壳、轴封装置、吸入1.基本结构：管和排出管等组成。图3-1悬臂式单级离心泵1-叶轮；2-叶片；3-泵壳；4-吸人接管；5-扩压管；6-泵轴；7-固定螺母
一、离心泵的基本工作原理 、离心泵的基本工作原理 1.基本结构: 由工作叶轮、泵轴、泵壳、轴封装置、吸入 由工作叶轮、泵轴、泵壳、轴封装置、吸入 管和排出管等组成。 管和排出管等组成
A Stuffing BoxB PackingRCShaftJDShaftSleeveEVane0FCasingG eye of ImpellerRCHImpeller?Casing wear ringEImpellerKDischargenozzle?
2.基本工作原理：叶轮旋转之前，泵壳内部充满了液体（水泵先灌满水），当叶轮迅速转动时，泵壳里的液体就被叶轮上的叶片带着一起转动，能量便传给液体。液体在离心力的作用下，沿叶轮流道向外缘甩出，流到泵壳中，然后从排出管排出。这样，泵壳里转动泵轴附近的压强就要小于1个大气压，形成真空（其中心处则形成低压，不断吸进液体充满叶轮）。于是在外面大气压力的作用下迫使外界的液体源源不断地被吸进并充满叶轮，代替已经排出的液体，然后又被叶轮甩出。这就是离心泵能连续不断地输送液体的原理。液体在叶轮流道中流过时，获得机械能，使其压力和速度均得到提高。在蜗旋状泵壳中或在固定的扩压流道中，高速液体的动能部分转换为压力能，连续排出泵外。离心泵的压头和排量有关，可能产生的最高压头是有限的，由其转速、叶轮直径尺寸、级数等多种因素决定
2.基本工作原理： 基本工作原理： 叶轮旋转之前，泵壳内部充满了液体 叶轮旋转之前，泵壳内部充满了液体 (水泵先灌满水 )，当 叶轮迅速转动时，泵壳里的液体就被叶轮上的叶片带着一起 叶轮迅速转动时，泵壳里的液体就被叶轮上的叶片带着一起 转动，能量便传给液体。液体在离心力的作用下，沿叶轮流 转动，能量便传给液体。液体在离心力的作用下，沿叶轮流 道向外缘甩出，流到泵壳中，然后从排出管排出。 道向外缘甩出，流到泵壳中，然后从排出管排出。 这样，泵壳里转动泵轴附近的压强就要小于 这样，泵壳里转动泵轴附近的压强就要小于 1个大气压，形 成真空（其中心处则形成低压，不断吸进液体充满叶轮）。 成真空（其中心处则形成低压，不断吸进液体充满叶轮）。 于是在外面大气压力的作用下迫使外界的液体源源不断地被 于是在外面大气压力的作用下迫使外界的液体源源不断地被 吸进并充满叶轮，代替已经排出的液体，然后又被叶轮甩 吸进并充满叶轮，代替已经排出的液体，然后又被叶轮甩 出。这就是离心泵能连续不断地输送液体的原理。 出。这就是离心泵能连续不断地输送液体的原理。 液体在叶轮流道中流过时，获得机械能，使其压力和速度 液体在叶轮流道中流过时，获得机械能，使其压力和速度 均得到提高。在蜗旋状泵壳中或在固定的扩压流道中，高速 均得到提高。在蜗旋状泵壳中或在固定的扩压流道中，高速 液体的动能部分转换为压力能，连续排出泵外。 液体的动能部分转换为压力能，连续排出泵外。 离心泵的压头和排量有关，可能产生的最高压头是有限 离心泵的压头和排量有关，可能产生的最高压头是有限 的，由其转速、叶轮直径尺寸、级数等多种因素决定。 的，由其转速、叶轮直径尺寸、级数等多种因素决定
二、离心泵的扬程方程式和特性曲线1.流体在叶轮中的流动情况W动绝对运C线CoCr迹Cβ工04CuUHT20·U-圆周速度（也称牵连速(c)度），随叶轮作圆周运动的速度。W-相对速度是相对于工作叶(b)轮的速度12C-绝对速度是相对于泵壳的速度
二、离心泵的扬程方程式和特性曲线 二、离心泵的扬程方程式和特性曲线 1. 流体在叶轮中的流动情况 流体在叶轮中的流动情况 • U -圆周速度（也称牵连速 度），随叶轮作圆周运动的速 度。 W-相对速度是相对于工作叶 轮的速度。 C -绝对速度是相对于泵壳的速 度。 U W C β α C U C r
（压头）方程式2．离心泵的扬程液体流过理想叶轮后所产生的理论压头Hr：Hr= E2 — EiEi= Zi+ pi/ pg + C2/2gEz= Z2+P2/ pg+ C22/2gHr= (Z2—Z) + (p2— Pi) /pg + (C,2—C,2) /2g (1)以叶轮为参照物研究相对运动可得：(2)Zi+ P1/ pg + wi2/2g +W = Z2+ P2/ p g +w 22/2gW一离心力对单位液体所做的功1.22.22u2- ui2ar1r21 r2dr=aW=[r2]r12g名2g2 g
2. 离心泵的扬程（压头）方程式 离心泵的扬程（压头）方程式 液体流过理想叶轮后所产生的理论压头 液体流过理想叶轮后所产生的理论压头HT∞： HT∞ = E2 — E1 E1= Z1+ p1/ρg + C12/2g E2 = Z2+ p2/ρg + C22/2g HT∞ = （Z2 —Z1）+（p2— p1）/ρg +（C22— C12）/2g （1） 以叶轮为参照物研究相对运动可得： 以叶轮为参照物研究相对运动可得： Z1+ p1/ρg + w12/2g +W = Z /2g +W = Z2+ p2/ρg +w 22/2g （2） W——离心力对单位液体所做的功
代入式（2）得：(3)(p2- Pi) / pg = (Z1 -Z2 ) +pi/ p g + (w:2- w 22 ) /2g+ (u,2-u,2) /2g式（3）代入式（1)得：Hr= (Z2—Z,) +(p2— Pi） / pg + (C,2C,2) /2gHr = (u22u2) / 2g+ (w2 —w 22) /2g + (C,2— C2) /2g上式称为扬程（欧拉）方程式（u22-u,2）/2g+（w,2-w22）/2g一液体在叶轮增加的静压头。其中:（u22-ui22）／2g是离心力所做的功，占绝大部分：（w2－W22）/2g是叶片流道截面变化引起相对速度变化的静压能，一般不大（C,2-C,2）/2g一液体在叶轮增加的速度能
代入式（2）得： （p2- p1）/ρg =（Z1 -Z2 ）+p1/ρg +（w12- w 22 ）/2g+（u22-u12）/2g （3） 式（3）代入式（1） HT∞ = （Z2 —Z1）+（p2— p1） /ρg +（C22— C12）/2g 得： HT∞ =（u22—u12）/ 2g+（w12 —w 22）/2g +（C22— C12）/2g 上式称为扬程(欧拉)方程式 （u22-u12）/2g +（w12-w 22）/2g —液体在叶轮增加的静压头。 液体在叶轮增加的静压头。 其中： （u22- u12）/ 2g 是离心力所做的功，占绝大部分： 离心力所做的功，占绝大部分： （ w12 - w 22）/2g 是叶片流道截面变化引起相对速度变化 叶片流道截面变化引起相对速度变化 的静压能，一般不大。 的静压能，一般不大。 （C22- C12）/2g — 液体在叶轮增加的速度能。 液体在叶轮增加的速度能
W欧拉方程式的另一种表达方式：aB从速度三角形可知CuUw,2 = C,2 + u,2 —2Cjuicos α 12: C2 + u22 —2C2u2cos α 2W=W2Cβ2Ca,ctg BC2a代入欧拉方程式得另一种欧拉方程式U,Hro =(Czu2cos a 2Cjuicos a 1) /g = uzC2u— ujCiu/g考虑到多数离心泵都是使液体无预旋地径向进入叶轮，即则 Ciu=0α i=90°而 C2u=U2—C2rctg β 2欧拉方程式可写成为：(米)见下图HTo = uz2/g — uzC2rctg β 2/g
欧拉方程式的另一种表达方式： 欧拉方程式的另一种表达方式： 从速度三角形可知： 从速度三角形可知： w 1 2 = C 1 2 + u 1 2 —2C 1 u 1cos α 1 w 2 2 = C 2 2 + u 2 2 —2C 2 u 2cos α 2 代入欧拉方程式得另一种欧拉方程式： 欧拉方程式得另一种欧拉方程式： H T ∞ = （ C 2 u 2cos α 2 — C 1 u 1cos α 1 ）/g = u 2 C2u — u 1 C1u/g 考虑到多数离心泵都是使液体无预旋地径向进入叶轮，即： 考虑到多数离心泵都是使液体无预旋地径向进入叶轮，即： α 1=90 ° 则 C1u=0 而 C2u=u 2 — C2rctg β 2 欧拉方程式可写成为： 欧拉方程式可写成为： H T ∞ = u 2 2/g — u 2 C2rctg β 2/g （米） 见下图
扬程（欧拉）方程式得出结论：(1)转速和级数。所能产生的扬程取决于叶轮直径、2离心泵最高压头是有限的，由转速、叶轮尺寸、级数等多种因素决定。离心泵产生的压头不可能太高。需要高扬程可采用多级离心泵。U, = 元 D2 n/60(2)3理论扬程随理论流量而变，并与叶片出口角β，有关。Qt=C2r A2 = C2rπ D2 B2 Φ排挤系数（0.750.95），与叶片厚度使流道截面积减少有关中-
扬程(欧拉)方程式得出结论 方程式得出结论: （1） 所能产生的扬程取决于叶轮直径、转速和 所能产生的扬程取决于叶轮直径、转速和级数。 离心泵最高压头是有限的，由转速、叶轮尺寸、级数等多 最高压头是有限的，由转速、叶轮尺寸、级数等多 种因素决定。离心泵产生的压头不可能太高。需要高扬程可采 种因素决定。离心泵产生的压头不可能太高。需要高扬程可采 用多级离心泵。 用多级离心泵。 U2 = πD2 n/60 （2）理论扬程随理论流量而变，并与叶片出口角 理论扬程随理论流量而变，并与叶片出口角β2有关。 Qt=C2r A2 = C2r πD2 B2φ φ——排挤系数（0.75~ 0.95 0.75~ 0.95），与叶片厚度使流道截面积减少有关