离心泵(含图便于理解).ppt

提提 纲纲绪论绪论（流体机械概述）（流体机械概述）第一章第一章 离心泵离心泵离心泵的基本结构和工作原理离心泵的基本结构和工作原理离心泵的基本方程离心泵的基本方程 速度三角形速度三角形 欧拉方程欧拉方程 能头分析能头分析离心泵的性能曲线离心泵的性能曲线 各种损失各种损失 性能曲线性能曲线绪论绪论（流体机械概述）（流体机械概述）流体机械的分类流体机械的分类典型流体机械简介典型流体机械简介流体机械的应用流体机械的应用流体机械的发展趋势流体机械的发展趋势流体机械概述流体机械概述流体机械是流体机械是以流体为工质以流体为工质进行进行能量转换、处理与能量转换、处理与输送输送的机械，它是过程装备的重要组成部分。的机械，它是过程装备的重要组成部分。给流体增压与输送流体，使其满足各种生产条件给流体增压与输送流体，使其满足各种生产条件的工艺要求，保证的工艺要求，保证连续性的管道化生产连续性的管道化生产，参与，参与生生产环节产环节的制作，以及在的制作，以及在辅助性生产环节辅助性生产环节中作为动中作为动力气源、控制仪表的用气、环境通风等等都离不力气源、控制仪表的用气、环境通风等等都离不开流体机械。开流体机械。产品生产的产品生产的能量提供者、生产环节的制作者和物能量提供者、生产环节的制作者和物质流通的输送者质流通的输送者。流体机械在过程生产中应用量大面广，流体机械在过程生产中应用量大面广，选用好选用好这这些流体机械，对工厂的些流体机械，对工厂的设备投资、产品质量、成设备投资、产品质量、成本和效益本和效益等都具有十分重要的作用。等都具有十分重要的作用。流体机械的分类流体机械的分类离心泵离心泵单单级级双双吸吸离离心心泵泵单单级级单单吸吸离离心心泵泵三三级级屏屏蔽蔽离离心心泵泵多多级级屏屏蔽蔽离离心心泵泵离心泵离心泵具有具有结构简单、体积小、质量轻、操作平结构简单、体积小、质量轻、操作平稳、流量稳定、性能参数范围广，易于制稳、流量稳定、性能参数范围广，易于制造、便于维修造、便于维修等优点。等优点。离心泵的发展趋势？离心泵的发展趋势？活塞压缩机活塞压缩机活塞压缩机活塞压缩机属于容积式压缩机，具有属于容积式压缩机，具有能耗低、适应性能耗低、适应性强和灵活性大强和灵活性大等优点，是目前应用最普遍等优点，是目前应用最普遍的压缩机。的压缩机。活塞压缩机的发展趋势？活塞压缩机的发展趋势？隔膜泵隔膜泵齿轮泵齿轮泵螺杆泵螺杆泵滑片泵滑片泵罗茨泵罗茨泵射流泵射流泵泵和压缩机的应用泵和压缩机的应用泵和压缩机的应用泵和压缩机的应用泵和压缩机的应用泵和压缩机的应用泵和压缩机的应用泵和压缩机的应用流体机械的发展趋势流体机械的发展趋势新机型的研制新机型的研制 高压力、高单级增压比的压缩机和泵；超高压力、高单级增压比的压缩机和泵；超大流量（大流量（10000m3/min）或极小流量（）或极小流量（0.01m3/min）的压缩机和泵；）的压缩机和泵；高转速压缩机（高转速压缩机（150000r/min）和高转速离心机；超音速压缩机）和高转速离心机；超音速压缩机（M2）新型制造工艺的发展新型制造工艺的发展 多维数控机床加工叶轮、叶片等多维数控机床加工叶轮、叶片等零部件、复杂零件的精密浇铸和模锻、特殊焊接工艺和电火花加零部件、复杂零件的精密浇铸和模锻、特殊焊接工艺和电火花加自动控制技术的发展自动控制技术的发展 为使流体机械安全运行、调控到为使流体机械安全运行、调控到最佳运行工况或按产品生产过程需要改变运行工况等，均需要不断完最佳运行工况或按产品生产过程需要改变运行工况等，均需要不断完善自动控制系统。善自动控制系统。故障诊断与寿命预测技术的发展故障诊断与寿命预测技术的发展 为使流体机械为使流体机械安全运行，变定期停机大修为预防性维修，采用在线监测实时故障诊安全运行，变定期停机大修为预防性维修，采用在线监测实时故障诊断系统，遇到紧急情况及时报警、监控或联锁停机。目前故障诊断系断系统，遇到紧急情况及时报警、监控或联锁停机。目前故障诊断系统正向人工智能专家诊断系统和神经网络诊断系统方向发展。统正向人工智能专家诊断系统和神经网络诊断系统方向发展。第一章第一章 离心泵离心泵离心泵的基本结构和工作原理离心泵的基本结构和工作原理离心泵的基本方程离心泵的基本方程 速度三角形速度三角形 欧拉方程欧拉方程 能头分析能头分析离心泵的性能曲线离心泵的性能曲线 各种损失各种损失 性能曲线性能曲线离心泵的基本结构离心泵的基本结构主轴主轴轴承轴承轴封箱封箱扩压器器叶叶轮密封环密封环 吸入室吸入室蜗壳壳离心泵的工作原理离心泵的工作原理启动前启动前启动后启动后灌泵灌泵 驱动机通过泵轴带动叶轮旋转，叶轮上的叶片驱使驱动机通过泵轴带动叶轮旋转，叶轮上的叶片驱使液体一起旋转，液体一起旋转，产生离心力产生离心力；在离心力作用下，液在离心力作用下，液体沿叶片流道被甩向叶轮出口；与此同时，叶轮入体沿叶片流道被甩向叶轮出口；与此同时，叶轮入口中心处口中心处形成低压形成低压，从而在吸液罐和叶轮中心处的，从而在吸液罐和叶轮中心处的液体之间就液体之间就产生了压差产生了压差；吸液罐中的液体在此压差吸液罐中的液体在此压差下不断地经下不断地经吸入管路及泵的吸入室吸入管路及泵的吸入室进入叶轮中；进入叶轮中；被被甩向叶轮出口的液体流经甩向叶轮出口的液体流经蜗壳蜗壳进入进入排出管排出管。离心泵的工作原理离心泵的工作原理离心泵的主要相关参数离心泵的主要相关参数几何结构参数几何结构参数D、b、设计参数设计参数Q、H、n、流体物性参数流体物性参数、p、性能评价参数性能评价参数N、hr离心泵的主要相关参数离心泵的主要相关参数 Q和和H是生产工艺提出的硬性要求，也是必是生产工艺提出的硬性要求，也是必须实现的目标！须实现的目标！n是可以方便地进行调节和控制的操作变量！是可以方便地进行调节和控制的操作变量！N和和是实现目标要花费的代价！是实现目标要花费的代价！上述五个参数均受液体性质的制约！上述五个参数均受液体性质的制约！离心泵的分类离心泵的分类（自学、提问）（自学、提问）按液体吸入叶轮的方式按液体吸入叶轮的方式 单吸式泵、双吸单吸式泵、双吸式泵式泵按叶轮级数按叶轮级数 单级泵、多级泵单级泵、多级泵按壳体剖分方式按壳体剖分方式 中开式泵、分段式泵中开式泵、分段式泵按泵体形式按泵体形式 蜗壳泵、双蜗壳泵、筒式泵蜗壳泵、双蜗壳泵、筒式泵按输送介质按输送介质 清水泵、油泵、耐腐蚀清水泵、油泵、耐腐蚀 泵、泥浆泵泵、泥浆泵离心泵的基本方程离心泵的基本方程速度三角形速度三角形欧拉方程欧拉方程能头分析能头分析速度三角形速度三角形 基本假设基本假设 （1）通过叶轮的液体是理想液体，因此，液体在叶轮内流）通过叶轮的液体是理想液体，因此，液体在叶轮内流动时动时无任何能量损失无任何能量损失；（；（2）液体在叶片间的流动呈轴对）液体在叶片间的流动呈轴对称，即每一液体质点在流道内相对运动轨迹与叶片曲线的称，即每一液体质点在流道内相对运动轨迹与叶片曲线的形状完全一致，在同一半径的圆周上液体质点的相对速度形状完全一致，在同一半径的圆周上液体质点的相对速度大小相同，其液流角相等。液体的这种相对运动，只有当大小相同，其液流角相等。液体的这种相对运动，只有当叶轮的叶片数为无限多时才能实现所以假设叶轮是由叶轮的叶片数为无限多时才能实现所以假设叶轮是由无无限多、无限薄限多、无限薄的叶片所组成。的叶片所组成。液体在叶轮中获得能头，首先表现为液体流速大小和流动方液体在叶轮中获得能头，首先表现为液体流速大小和流动方向的改变，因此，先分析液体在叶轮流道中的流动规律。向的改变，因此，先分析液体在叶轮流道中的流动规律。速度三角形速度三角形 液液体体在在叶叶轮轮中中的的流流动动是是一一种种复复杂杂的的运运动动，根根据据理理论论力力学学，研研究究液液体体在在叶叶轮轮中中的的运运动动时时，可可取取动动坐坐标标系系与与叶叶轮轮系系为为一一体体，则则叶叶轮轮的的旋旋转转运运动动便便是是牵牵连连运运动动：当当观观察察者者与与叶叶轮轮一一起起旋旋转转时时所所看看到到的的液液体体运运动动（相相当当于于液液体体流流经经静静止止叶叶轮轮时时的的流流动动）就就是是相相对对运运动动。这这样样，液液体体在在叶叶轮轮中中流流动动时时的复杂运动，便可以由液体的旋转运动和相对运动合成。的复杂运动，便可以由液体的旋转运动和相对运动合成。液液体体质质点点相相对对运运动动的的速速度度称称为为相相对对速速度度，以以矢矢量量 表表示示，在在无无限限多多叶叶片片的的假假设设下下，其其方方向向与与叶叶片片方方向向一一致致，即即与与叶叶片片相相切切，如图如图a所示。所示。速度三角形速度三角形 液液体体质质点点的的牵牵连连速速度度，就就是是指指与与所所求求液液体体质质点点瞬瞬时时重重合合的的那那点点的的叶叶轮轮圆圆周周速速度度，用用矢矢量量 表表示示，其其方方向向垂垂直于叶轮圆半径，指向叶轮旋转方向，如图直于叶轮圆半径，指向叶轮旋转方向，如图b所示。所示。液液体体质质点点相相对对于于静静止止的的壳壳体体的的运运动动速速度度，称称为为绝绝对对速速度度，以以矢矢量量 表表示示，其其大大小小和和方方向向由由圆圆周周速速度度和和相相对对速度的矢量合成而决定。如图速度的矢量合成而决定。如图c所示，即所示，即 速度三角形速度三角形 由此可以作出叶轮中任一液体质点的三个速度矢量由此可以作出叶轮中任一液体质点的三个速度矢量 、和和 这三个速度矢量必将组成一个封闭的三角形，称之这三个速度矢量必将组成一个封闭的三角形，称之为速度三角形，如图所示。为速度三角形，如图所示。速度三角形，直接反映了液体在叶轮流道内速度三角形，直接反映了液体在叶轮流道内的运动规律。的运动规律。常常常常把把绝绝对对速速度度c分分解解成成两两个个分分量量，一一个个是是与与圆圆周周速速度度u垂垂直直的的分分量量，以以cr 表表示示，称称为为液液流流绝绝对对速速度度的的径径向向分分速速，或或轴轴面面速速度度；另另一一个个是是与与圆圆周周速速度度u平平行行的的分分量量，以以cu 表表示示，成成为为绝绝对对速速度度的的周周向向分速。分速。速度三角形速度三角形 液液流流速速度度间间夹夹角角与与叶叶轮轮的的几几何何参参数数分分别别用用下下列列符符号号表表示：示：液流绝对速度与圆周速度间的夹角液流绝对速度与圆周速度间的夹角 液液流流角角，即即液液流流相相对对速速度度与与圆圆周周速速度度反反方方向向间间的的夹角夹角 A叶叶片片角角，即即叶叶片片在在该该点点的的切切线线与与圆圆周周速速度度反反方方向向间间的的夹夹角角，在在理理想想情情况况下下，A。在在叶叶轮轮出出口口处处的的叶叶片片角角2A 又常叫做叶片的离角，又常叫做叶片的离角，D叶轮直径，叶轮直径，m，b叶轮轴面流道宽度。叶轮轴面流道宽度。z叶片数目。叶片数目。此此外外，还还采采用用下下角角标标1、2等等分分别别表表示示叶叶片片进进口口、叶叶片片出出口口处处的的参参数数，采采用用下下角角标标来来表表示示液液体体在在叶叶片片数数为为无无限限多的叶轮中流动时的参数。多的叶轮中流动时的参数。速度三角形速度三角形怎么画？怎么画？欧拉方程欧拉方程利用利用基本能量方程基本能量方程建立叶轮对液体所做的建立叶轮对液体所做的功与液体运动状态变化之间的关系，功与液体运动状态变化之间的关系，进而进而研究叶轮是如何将驱动机的能量传给液体研究叶轮是如何将驱动机的能量传给液体的，以及液体获得能头大小与哪些因素有的，以及液体获得能头大小与哪些因素有关。（关。（Idea，研究思路，研究思路，知道做什么知道做什么）基本能量方程可用动量矩定理推导。（基本能量方程可用动量矩定理推导。（知知道用什么方法做道用什么方法做）质点系对某一轴线的动量矩对时质点系对某一轴线的动量矩对时间的导数，等于作用于该质点系诸外力对该轴的力矩之和间的导数，等于作用于该质点系诸外力对该轴的力矩之和具体应该怎么做？具体应该怎么做？欧拉方程欧拉方程LO液流对液流对O轴的动量矩轴的动量矩MO诸外力对诸外力对O轴的力矩之和轴的力矩之和Leonhard Euler(1707-1783)欧拉方程欧拉方程 取取叶叶轮轮轴轴为为O轴轴，为为了了计计算算叶叶轮轮中中液液流流的的动动量量矩矩对对时时间间的的导导数数dLO/dt，取取叶叶轮轮前前后后盖盖板板及及叶叶片片进进出出口口边边之之间间所所包包围围的的液液体体来来分分析析。设设在在某某瞬瞬间间t充充满满于于两两叶叶片片ABCD间间的的液液体体，在在瞬瞬时时t+dt时时流流到到ABCD的的位位置置，见见图图。在在定定常常流流动动条条件件下下，两两叶叶片片间间ABCD部部分分液液流流的的动动量量矩矩是是不不变变的的，因因此此，在在上上述述两两瞬瞬间间，这这部部分分液液流流动动量量矩矩的的增增值值仅仅为为ABBA和和CDDC这这两两部部分分液液流流动动量量矩矩之之差差。因因为为ABBA和和CDDC分别为在分别为在dt时间内流入及流出叶轮的液体量。时间内流入及流出叶轮的液体量。根根据据流流体体的的连连续续性性方方程程，这这两两部部分分液液流流的的质质量量应应相相等等，即即mABBA=mCDDC。又又知知ABBA部部分分的的液液流流速速度度是是叶叶轮轮流流道道进进口口处处的的流流速速c1，CDDC部部分分的的液液流速度是叶轮出口处的流速流速度是叶轮出口处的流速c2。欧拉方程欧拉方程就整个叶轮来说就整个叶轮来说dt时间内流过叶轮的流体质量为时间内流过叶轮的流体质量为则则在在dt时时间间内内流流过过叶叶轮轮的的液液流流动动量量矩矩的的变变化化值值应应是是液液流流出出口口与入口动量矩之差，即与入口动量矩之差，即式式中中 l1、l2分分别别为为c1及及c2对对O的的的的垂垂直直距距 离离、由由 图图 可可 知知l1=r1cos1,l2=r2cos2,r1，r2分分别别为为叶叶轮轮叶叶片片进、出口处的半径。进、出口处的半径。欧拉方程欧拉方程 由此可以求出叶轮中液体的动量矩对时间的导数为由此可以求出叶轮中液体的动量矩对时间的导数为 它应等于诸外力对它应等于诸外力对O 轴的力矩之和，即轴的力矩之和，即 这这里里，力力矩矩之之和和MO就就是是在在流流量量为为QT时时轴轴的的作作用用力力矩矩，即驱动机输入的做功力矩由驱动机传给叶轮的功率为即驱动机输入的做功力矩由驱动机传给叶轮的功率为式中式中 驱动机角速度，即叶轮的旋转角速度驱动机角速度，即叶轮的旋转角速度 在理想情况下液体所得到的功率为在理想情况下液体所得到的功率为式中式中 HT叶轮叶片数为无限多的情况下的理论扬程，叶轮叶片数为无限多的情况下的理论扬程，J/kg欧拉方程欧拉方程在理想情况下，认为泵内无能量损失，因此在理想情况下，认为泵内无能量损失，因此 即即将将MO式代入上式得式代入上式得或以或以m液柱高表示为液柱高表示为离心泵的理论扬程方程式，即欧拉公式，适用于一切离心式机器。离心泵的理论扬程方程式，即欧拉公式，适用于一切离心式机器。欧拉方程欧拉方程对对采采用用轴轴向向吸吸入入室室的的离离心心泵泵，液液流流进进入入叶叶轮轮流流道道时时无无预预旋旋，即即c1u=0。对对蜗蜗形形吸吸入入室室的的离离心心泵泵，虽虽然然其其c1u0，但但通通常常cluu1远小于远小于c2uu2，故可简化为，故可简化为 由由以以上上两两式式可可以以看看出出，理理论论扬扬程程HT的的大大小小只只与与液液流流在在叶叶道道进进、出出口口处处的的速速度度有有关关，即即与与叶叶轮轮的的几几何何尺尺才才（D，）、工工作作转转速速n和和流流量量QT有有关关；而而与与泵泵所所输输送送液液体体的的性性质质无无关关。用用同同一一个个叶叶轮轮输输送送不不同同性性质质的的流流体体，如如水水、油油或或空空气气等等，在在同同一一转转速速和和流流量量下下工工作作时时，叶叶轮轮所所给给出出的的理理论论扬扬程程值值（用米表示）是相同的。（用米表示）是相同的。一、泵使液体获得能头的分析一、泵使液体获得能头的分析 为为了了分分析析离离心心泵泵叶叶轮轮使使液液体体获获得得能能头头的的性性质质，先先写写出出叶叶轮轮叶片进口与出口叶片进口与出口的理想情况下的的理想情况下的伯努利方程伯努利方程式式式中式中 p1、p2分别为叶片进口和出口处液流的静压力，分别为叶片进口和出口处液流的静压力，Pa。Z1、Z2分别为叶片进口和出口的位高，分别为叶片进口和出口的位高，m；上上式式说说明明叶叶轮轮对对液液体体做做功功后后，使使液液体体获获得得了了静静压压能能头头、速度能头和位高能头速度能头和位高能头的增量。的增量。(1)能头分析能头分析 但是，该式还反映不出液体在但是，该式还反映不出液体在叶轮叶片进口与出口处叶轮叶片进口与出口处的速度变化与所获得的各种能头的关系的速度变化与所获得的各种能头的关系，为此，下面推导欧，为此，下面推导欧拉方程的另一表达式：拉方程的另一表达式：由叶轮叶片进、出口速度三角形，按余弦定理有由叶轮叶片进、出口速度三角形，按余弦定理有由上式得由上式得能头分析能头分析代入理论扬程公式得代入理论扬程公式得上式有清晰的物理概念：右端第三项上式有清晰的物理概念：右端第三项是是液液体体经经过过叶叶轮轮叶叶片片入入口口和和出出口口后后因因绝绝对对速速度度的的变变化化而而增增加加的的动动能能，即即液液体体获获得得的的动动扬扬程程，与与式式（1）中中速速度度能能头头一一致致。第第二二项项 是是由由于于叶叶片片间间流流道道的的扩扩大大，使使相相对对速速度度由由进进口口到到出出口口是是减减速速过过程程，部部分分速速度度能能头头转转变变为为压压力力能能头头，使使液液体体获获得得静静扬扬程程。第第一一项项 是是液液体体在在作作圆圆周周运运动动中中，由由于于离离心心力力的的作作用用，液液体体在在叶叶轮轮出出口口处处静静压压能能头头的的提高提高，使液体获得，使液体获得静扬程静扬程。能头分析能头分析 从上面能量分析可知，离心泵的理论扬程从上面能量分析可知，离心泵的理论扬程 包括静扬程包括静扬程 和动扬程和动扬程 。其中能直接用于。其中能直接用于使液流克服流动阻力，提高位高及压力的是静扬程部使液流克服流动阻力，提高位高及压力的是静扬程部分，所以分，所以希望叶轮使液体获得静扬程越大越好希望叶轮使液体获得静扬程越大越好。而动。而动扬程越小越好，否则，液流速度大将造成扬程越小越好，否则，液流速度大将造成流动损失加流动损失加大大，或或使使得得泵泵的的转转能能装装置置结结构构尺尺寸寸变变大大，且且转转能能过过程程中中能能量量损损耗耗较较大大，效效率率降降低低。在在叶叶轮轮尺尺寸寸D、工工作作转转速速n和和流流量量Q一一定定的的情情况况下下，液液体体所所获获得得的的静静扬扬程程比比例与例与叶片型式叶片型式有关。有关。能头分析能头分析 叶轮叶片型式对能量的影响叶轮叶片型式对能量的影响 主要是指叶片出口角主要是指叶片出口角 大小对所获能头的影响。大小对所获能头的影响。根据叶片无限多的叶轮的理论扬程方程式根据叶片无限多的叶轮的理论扬程方程式以及以及 ，可得到，可得到讨论：讨论：当叶轮尺寸当叶轮尺寸D一定一定、工作转速、工作转速n一定一定时，时，为定值，为定值，当流量当流量 也一定时也一定时 与与 有关。有关。当叶轮出口处叶片角当叶轮出口处叶片角 一定后，一定后，与与 成直成直线关系。此直线的斜率与线关系。此直线的斜率与 有关。有关。能头分析能头分析令令 ；则则当当 ，B=0，与与 的关的关系呈一条水平直线。系呈一条水平直线。当当 ，B0，则，则 与与 的关系为一条向下倾斜的直线。的关系为一条向下倾斜的直线。当当 ，B0，则，则 与与 的关系为一条向下倾斜的直线。的关系为一条向下倾斜的直线。能头分析能头分析由图可见，叶轮出口由图可见，叶轮出口处叶片角处叶片角 2A对离心对离心泵的理论扬程有明显泵的理论扬程有明显影响。影响。将将 代入上式得代入上式得 是否是否 大，同流量下的大，同流量下的 就高，这种叶片型式就就高，这种叶片型式就好呢？这就必须分析哪种叶片角可以获得好呢？这就必须分析哪种叶片角可以获得 的比例较大，的比例较大，效率较高。效率较高。能头分析能头分析 在一般离心泵叶轮中，轴面速度在一般离心泵叶轮中，轴面速度 的变化不大，即的变化不大，即认为认为 ，并且液体进入叶轮流道时一般无预旋或预，并且液体进入叶轮流道时一般无预旋或预旋甚微，也可认为旋甚微，也可认为 。所以上式可写成。所以上式可写成静扬程为静扬程为能头分析能头分析 分析上式可以看出，在相同的分析上式可以看出，在相同的 和和 的条件下，的条件下，随随 的增大而增大，使的增大而增大，使 增大，但增大，但反作用度反作用度 则随则随 的增大而减小的增大而减小，即叶轮使液体获得的静扬程，即叶轮使液体获得的静扬程 在理论扬程在理论扬程 中占的比例减小，这是不希望的。下面中占的比例减小，这是不希望的。下面分析各种分析各种 对对 的影响。的影响。用反作用度用反作用度 来反映静扬程来反映静扬程 在在 所占的比例所占的比例能头分析能头分析 如图所示，当如图所示，当 时，时，则，则 。但是这时但是这时 ，这意味着泵的叶轮没有直接把能量传给液，这意味着泵的叶轮没有直接把能量传给液体。所以这时对应的体。所以这时对应的 是叶片出口角下限。此是叶片出口角下限。此后后 随随 的增大而增大，的增大而增大，也随之增大。当也随之增大。当时，时，这证明流过叶轮的液体将只有速度能头的增加，这证明流过叶轮的液体将只有速度能头的增加，而无压力能头的提高。而无压力能头的提高。这时对应的这时对应的 是叶片出口角的上限。如果是叶片出口角的上限。如果 则则液液体体流流过过叶叶轮轮后后的的压压力力反反而而降降低低，实实际际上上泵泵是是不不可可能能在在这这种种情情况况下下工作的。工作的。能头分析能头分析 叶轮出口处叶片角叶轮出口处叶片角 的叶轮称为的叶轮称为后弯叶片型叶后弯叶片型叶轮轮，的称为的称为径向叶片型叶轮径向叶片型叶轮，称为称为前弯前弯叶片型叶轮叶片型叶轮，前边分析说明，前边分析说明，后弯叶片型叶轮具有最大的后弯叶片型叶轮具有最大的反作用度反作用度，前弯叶片型叶轮的反作用度最小，径向叶片型，前弯叶片型叶轮的反作用度最小，径向叶片型叶轮的反作用度居中。由于希望离心泵使液体获得的静扬叶轮的反作用度居中。由于希望离心泵使液体获得的静扬程程 在理论扬程在理论扬程 中所占比例较大，动扬程较小，中所占比例较大，动扬程较小，则在其后扩压流动时的流动损失较小，泵效率较高，所以则在其后扩压流动时的流动损失较小，泵效率较高，所以离心泵叶轮大多数采用离心泵叶轮大多数采用 的后弯叶片型叶轮。通常的后弯叶片型叶轮。通常 。而石油工业用离心泵多取为。而石油工业用离心泵多取为 。有。有的石油化工用泵也采用的石油化工用泵也采用 。在以后的讨论中，仅对后弯叶片型叶轮进行分析。在以后的讨论中，仅对后弯叶片型叶轮进行分析。能头分析能头分析有限叶片数对理论扬程的影响有限叶片数对理论扬程的影响（自学自学）离心泵的各种性能曲线离心泵的各种性能曲线各种损失各种损失性能曲线性能曲线 一、离心泵中的各种损失一、离心泵中的各种损失 1、流动损失、流动损失 离心泵内的流动损失包括离心泵内的流动损失包括摩擦阻力损失摩擦阻力损失和和冲击损失冲击损失等。等。(1)摩摩阻阻损损失失 指指液液体体流流经经吸吸入入室室、叶叶轮轮流流道道、蜗蜗壳壳和和扩扩压压管管（或或导导叶叶）时时的的沿沿程程磨磨擦擦阻阻力力损损失失以以及及液液流流因因转转弯弯、突突然收缩或扩大等所产生的局部阻力损失。然收缩或扩大等所产生的局部阻力损失。由由流流体体力力学学可可知知，当当有有粘粘滞滞性性的的非非理理想想流流体体沿沿固固体体壁壁面面流流动动时时，流流体体流流场场可可分分为为两两个个区区域域，紧紧靠靠壁壁面面很很薄薄的的一一层层称称为为边边界界层层，在在边边界界层层中中必必须须考考虑虑流流体体的的粘粘性性力力，边边界界层层中中的的流流动动可可看看成成粘粘性性流流体体的的有有旋旋流流动动，边边界界层层虽虽然然很很薄薄，但但沿沿其其厚厚度度方方向向流流体体速速度度急急剧剧变变化化，它它严严重重地地影影响响着着流流体体流流动动过过程程的的能能量量损损失失及及流流体体与与壁壁面面间间的的热热交交换换等等物物理理现现象象。实实验验证证明明，流流体体的的摩摩阻阻损损失失集集中中在在边边界界层层中中，边边界界层层以以外外的的中中心心部部，粘粘性力很小，可以看作是理想流体的无旋流动。性力很小，可以看作是理想流体的无旋流动。各种损失各种损失 摩阻损失能头摩阻损失能头 通常用达西公式计算，即通常用达西公式计算，即式中式中沿程阻力系数。与沿程阻力系数。与Re数、流道表面相对粗糙度数、流道表面相对粗糙度有关。有关。由于泵内液体流速很大，进入阻力平方区以后，可由于泵内液体流速很大，进入阻力平方区以后，可认为认为为一常数。因此把全部摩阻损失看成与速度平方，为一常数。因此把全部摩阻损失看成与速度平方，即与流量的平方成正比，用简单的式子来表示为即与流量的平方成正比，用简单的式子来表示为 式中式中 ck1与流道表面粗糙度与流道表面粗糙度及过流面积有关的系数。及过流面积有关的系数。用曲线表示，如图所示，是用曲线表示，如图所示，是一条过座标原点的二次抛物线。一条过座标原点的二次抛物线。各种损失各种损失当泵的工作流量当泵的工作流量 时，例如时，例如QQd，进口，进口速度三角形变为速度三角形变为ABD，这时相对速度，这时相对速度 的方的方向角向角 ，因而液流便，因而液流便冲向叶片的工作冲向叶片的工作面面上，上，在非工作面上产生旋涡在非工作面上产生旋涡，造成很大的，造成很大的能量损失。这种损失就是冲击损失。能量损失。这种损失就是冲击损失。（2）冲击损失）冲击损失 当液流进入液道（或导叶流道）时，液当液流进入液道（或导叶流道）时，液流相对运动方向角流相对运动方向角 与叶片进口角与叶片进口角 不一致，以及液体离不一致，以及液体离开叶轮进入转能装置的液流角开叶轮进入转能装置的液流角 与转能装置中叶片角与转能装置中叶片角 不不一致而产生冲击所引起的能量损失，称为冲击损失。一致而产生冲击所引起的能量损失，称为冲击损失。众所周知，离心泵是在一定流量下设计的。叶轮叶片众所周知，离心泵是在一定流量下设计的。叶轮叶片进口角进口角 是按设计工况计算的，所以泵在设计流量是按设计工况计算的，所以泵在设计流量Qd下工下工作时，液体进入叶轮叶片的液流角作时，液体进入叶轮叶片的液流角 与叶片角与叶片角 相符，在相符，在叶片进口速度三角形叶片进口速度三角形ABC中，中，则液流能平稳地进入，则液流能平稳地进入叶轮流道，不产生冲击。叶轮流道，不产生冲击。各种损失各种损失 可用曲线表示，由图看出，在设计流量时没有冲击损可用曲线表示，由图看出，在设计流量时没有冲击损失，与设计工况点偏离越多，即工作流量小于或大于设计失，与设计工况点偏离越多，即工作流量小于或大于设计流量越多，冲击损失越大。冲击损失的大小与叶片角流量越多，冲击损失越大。冲击损失的大小与叶片角 和和液流角液流角 间的差值间的差值 有关。有关。称为冲角，其定义为称为冲角，其定义为 ，当，当QQd时，时，叫负冲角；，叫负冲角；负负冲冲角角时时液液流流冲冲击击叶叶片片的的非非工工作作面面，旋旋涡涡区区发发生生在在工工作作面面上上 一一般般认认为为，在在正正冲冲角角时时，冲冲击击损损失失系系数数 比比负负冲冲角角时时大大1013倍。倍。各种损失各种损失 2流量损失流量损失 由于泵的转动部件与静止部件之间有间隙，当泵工作由于泵的转动部件与静止部件之间有间隙，当泵工作时，使间隙两侧的液体因获得能头不同而产生压力差，造时，使间隙两侧的液体因获得能头不同而产生压力差，造成部分液体从高压侧通过间隙向低压侧泄漏，这种损失称成部分液体从高压侧通过间隙向低压侧泄漏，这种损失称为泄漏损失或流量损失。为泄漏损失或流量损失。泄泄漏漏损损失失主主要要发发生生在在叶叶轮轮口口环环与与泵泵壳壳间间的的间间隙隙，多多级级泵泵级级间间导导叶叶隔隔板板与与轴轴套套之之间间隙隙处处，轴轴向向力力平平衡衡装装置置与与泵泵壳壳间间的的间间隙隙，轴轴封封处处的的间间隙隙等等，所所以以，流流入入叶叶轮轮的的理理沦沦流流量量Q，不不可可能能全全部部从从泵泵出出口口排排出出，总总会会有有小小部部分分漏漏损损。如如果果以以q表表示示漏漏损损的的流流量量，则则漏漏损损量量q与与扬扬程程H有有关关，实实践践证证明明，q=f(H)关关系系是是一一条条二二次次曲曲线线，因一般因一般q值是很小的，故曲线较陡。值是很小的，故曲线较陡。各种损失各种损失 3.机械损失机械损失 机械损失主要指叶轮外盘面与液体之间的摩擦而引起机械损失主要指叶轮外盘面与液体之间的摩擦而引起的圆盘摩擦损失，泵轴与填料密封件之间的摩擦损失以及的圆盘摩擦损失，泵轴与填料密封件之间的摩擦损失以及轴与铀承之间的摩擦损失等。轴与铀承之间的摩擦损失等。轴承和密封的摩擦损失与轴承和密封的结构型式以及轴承和密封的摩擦损失与轴承和密封的结构型式以及输送流体的性质有关。但其值相对其它各项损失较小，仅输送流体的性质有关。但其值相对其它各项损失较小，仅约为轴功率的约为轴功率的15。机械损失中圆盘摩擦损失为最大机械损失中圆盘摩擦损失为最大，但这些损失几乎与，但这些损失几乎与流量无关，不随流量的改变而改变，对一定的叶轮和轴承流量无关，不随流量的改变而改变，对一定的叶轮和轴承结构可将它们看作常数。结构可将它们看作常数。各种损失各种损失 （1）水力功率和水力效率）水力功率和水力效率 离心泵的水力功率是指单位时间里泵的叶轮给出的能离心泵的水力功率是指单位时间里泵的叶轮给出的能量，用量，用Nh表示。其值可按下式计算表示。其值可按下式计算 当当不不考考虑虑泵泵内内流流动动损损失失时时，流流经经泵泵的的液液体体获获得得了了理理论论扬扬程程HT。但但因因泵泵内内有有流流动动损损失失，叶叶轮轮给给出出的的能能量量不不能能全全部部为为液液流流获获得得，仅仅获获得得了了有有效效扬扬程程H，显显然然，H应应等等于于HT与与流流动动损损失失能能头头hf和和hs之之差差。为为衡衡量量流流动动损损失失大大小小的的影影响响，通通常常用水力效率来表示用水力效率来表示，即，即则则各种功率和效率各种功率和效率 （2）容积效率）容积效率 衡量离心泵泄漏量大小的指标衡量离心泵泄漏量大小的指标，常用容积效率，常用容积效率 表表示，在数值上示，在数值上 等于实际流量等于实际流量Q与理论流量与理论流量QT之比，即之比，即 （3）机械损失功率与机械效率）机械损失功率与机械效率 机械摩擦损失功率包括三部分：轮阻损失功率机械摩擦损失功率包括三部分：轮阻损失功率Ndf，轴，轴封处摩擦损失功率封处摩擦损失功率 及轴和轴承间的摩擦损失功率及轴和轴承间的摩擦损失功率 等。等。总的机械损失功率总的机械损失功率Nm为为 离心泵的轴功率离心泵的轴功率N为水力功率为水力功率Nh与机械摩擦损失功率与机械摩擦损失功率Nm之和，为衡量机械摩擦损失的大小，通常采用机械效率之和，为衡量机械摩擦损失的大小，通常采用机械效率 来表示，即来表示，即 各种效率各种效率 （4）泵效率）泵效率 离心泵的总效率离心泵的总效率 等于等于有效功率有效功率Ne与轴功率与轴功率之比，即之比，即 上式说明，泵的总效率上式说明，泵的总效率 等于容积效率等于容积效率 、水力效率、水力效率 和和机机械械效效率率 三三者者的的乘乘积积，因因此此，要要提提高高泵泵的的效效率率就就必必须须在在设设计计、制制造造和和运运行行等等各各方方面面注注意意减减少少机机械械损损失失、容容积积损损失失和和流流动动损损失失。目目前前离离心心泵泵的的各各种种效效率率参参考考值值约约在在下下表范围中。表范围中。各种效率各种效率 一台离心泵，当一台离心泵，当工作转速工作转速n为一定值时为一定值时，其扬程，其扬程H、功、功率率N、效率、效率、汽蚀余量、汽蚀余量 与泵流量与泵流量Q之间有一定的对应关之间有一定的对应关系。这种表示系。这种表示H-Q、N-Q，-Q和和hr-Q的关系曲线称为性能的关系曲线称为性能曲线。曲线。当不考虑泵内各种损失的影响时，扬程当不考虑泵内各种损失的影响时，扬程 与流量与流量QT的的关系如图所示，即泵的关系如图所示，即泵的理论扬程性能曲线理论扬程性能曲线；若得到理论功率；若得到理论功率NT与理论流量与理论流量QT关系曲线，将理论扬程公式代入关系曲线，将理论扬程公式代入中，故有中，故有由此式可知，由此式可知，NTQT关系曲线是一条关系曲线是一条与与 有密切关系的二次抛物线。有密切关系的二次抛物线。QT=0,NT=0;时时NT=0。理论性能曲线理论性能曲线 由于泵中各种损失的影响，使泵的理论性能曲线与实由于泵中各种损失的影响，使泵的理论性能曲线与实际性能曲线存在着明显的差别。目前泵内流动损失还难以际性能曲线存在着明显的差别。目前泵内流动损失还难以计算，所以还不可能用计算方法来确定泵的实际性能曲线，计算，所以还不可能用计算方法来确定泵的实际性能曲线，只能用定性分析方法，了解各种损失对理论特性的影响，只能用定性分析方法，了解各种损失对理论特性的影响，从而确定实际性能曲线的形状。从而确定实际性能曲线的形状。1H-Q性能曲线性能曲线 实际性能曲线实际性能曲线 2N-Q性能曲线性能曲线实际性能曲线实际性能曲线3-Q性能曲线性能曲线实际性能曲线实际性能曲线 上上述述定定性性分分析析得得到到的的三三条条恒恒定定转转速速下下的的H-Q、N-Q、-Q性性能能曲曲线线，在在实实际际工工程程中中，是是制制造造厂厂用用试试验验方方法法测测出出的的，井井将将它它们们绘绘在在同同一一坐坐标标上上，通通常常称称为为离离心心泵泵的的基基本本特特性性，如如图图所所示示。应应当当指指出出，泵泵制制造造厂厂提提供供的的样样本本上上所所绘绘出出的的特特性性，都都是是用用清清水水，在在20条条件件下下试试验验测测定定的的，因因此此都都是是输输水水特特性性。当当输输送送液液体体的的粘粘度度，密密度度等等与与20清清水水不不同同时时，还还需需要要进进行行性性能能曲曲线线的换算。的换算。实际性能曲线实际性能曲线 具有驼峰特性的泵，其扬程随流量具有驼峰特性的泵，其扬程随流量Q的变化是先增加后减小，曲线上的变化是先增加后减小，曲线上T点左边点左边为不稳定工况段，在此范围内工作时，泵为不稳定工况段，在此范围内工作时，泵容易发生喘振，影响泵的稳定工作。这样，容易发生喘振，影响泵的稳定工作。这样，就可以根据工作特点的不同而选择不同特就可以根据工作特点的不同而选择不同特性的离心泵来满足工艺要求。性的离心泵来满足工艺要求。泵泵的的实实际际性性能能曲曲线线表表明明，泵泵在在恒恒定定转转速速下下工工作作时时，对对应应于于泵泵的的每每一一个个流流量量Q，必必相相应应的的有有一一个个确确定定的的扬扬程程H、功率功率N、效率、效率等。每条性能曲线都有它各自的用途。等。每条性能曲线都有它各自的用途。(1)离离心心泵泵的的H-Q性性能能曲曲线线是是选选择择泵泵和和操操作作使使用用的的主主要要依依据据。H-Q性性能能曲曲线线有有“陡陡降降”“平平坦坦及及“驼驼峰峰”状状之之分分。具具有有平平坦坦特特性性的的离离心心泵泵，其其特特点点是是当当流流量量Q变变化化转转大大时时，扬扬程程H变变化化不不大大；具具有有陡陡降降特特性性的的泵泵，则则当当扬扬程程H变变化较大时流量化较大时流量Q变化不大；变化不大；实际性能曲线的应用实际性能曲线的应用 对对具具有有陡陡降降特特性性或或平平坦坦特特性性的的离离心心泵泵，当当流流量量Q增增大大时时，则则扬扬程程H降降低低，反反之之，当当Q减减少少时时，H增增加加。因因此此在在离离心心泵泵操操作作中中欲欲调调节节流流量量时时，就就可可以以用用减减小小或或增增大大扬扬程程H来来达达到到。生生产产上上常常采采用用开开启启或或关关闭闭排排出出口口调调节节阀阀的的办办法法，改改变变管管路路局局部部阻阻力力损损失失，即即使使管管路路特特性性改改变变，则则泵泵提提供供的的扬扬程程必必随随之改