1、石油機械設備第九章 離心泵1石油機械設備第九章 離心泵2 離心泵是一種典型的葉輪式泵，它在國民經濟中應用很廣。在石油礦場上，離心泵主要用于油田注水，采油，油品輸送，鉆井泵灌注和供排水等。 具有體積小、質量小、流量大、安裝使用簡便等優點。石油機械設備第九章 離心泵39.1.1 9.1.1 離心泵的工作離心泵的工作原理原理 圖9-1所示為離心泵裝置示意圖。離心泵工作時，發動機經泵軸帶動葉輪旋轉，葉輪內的液體受到葉輪上許多彎曲的葉片作用而隨之旋轉，在離心力的作用下，液體沿葉片間流道，由葉輪中心甩向邊緣，再通過蝸殼流向排出管。 圖圖9-1 9-1 離心泵裝置示意圖離心泵裝置示意圖1-1-葉輪；葉輪；2

2、-2-葉片；葉片；3 3、9-9-蝸殼；蝸殼；4-4-吸入口；吸入口；5-5-排出管；排出管；6-6-漏斗；漏斗；7-7-濾網和底閥；濾網和底閥；8-8-排出閥門排出閥門石油機械設備第九章 離心泵4 液體在隨葉輪一起旋轉并由葉輪甩出的過程中，液體從葉輪獲得能量，使動能和壓力能增加。液體流經蝸殼后，降低了液流速度，液體的部分動能轉換為壓力能。圖圖9-1 9-1 離心泵裝置示意圖離心泵裝置示意圖1-1-葉輪；葉輪；2-2-葉片；葉片；3 3、9-9-蝸殼；蝸殼；4-4-吸入口；吸入口；5-5-排出管；排出管；6-6-漏斗；漏斗；7-7-濾網和底閥；濾網和底閥；8-8-排出閥門排出閥門石油機械設備第

3、九章 離心泵5 隨著液體不斷排出的同時，在液體入口端的葉輪中心處就形成了低壓區(低于大氣壓力)，在液面大氣壓力的作用下，吸入池中的液體就通過吸入管不斷地流入葉輪中心，再由旋轉的葉輪甩出。 為避免發生氣縛，離心泵啟動前必須進行灌泵，使離心泵內充滿液體并排出空氣。若吸入池液面高于離心泵的位置，啟動時則無需灌泵。圖圖9-1 9-1 離心泵裝置示意圖離心泵裝置示意圖1-1-葉輪；葉輪；2-2-葉片；葉片；3 3、9-9-蝸殼；蝸殼；4-4-吸入口；吸入口；5-5-排出管；排出管；6-6-漏斗；漏斗；7-7-濾網和底閥；濾網和底閥；8-8-排出閥門排出閥門石油機械設備第九章 離心泵69.1.2 9.1.

4、2 離心泵的基本結構離心泵的基本結構 圖9-2所示為單級離心泵的結構示意圖。圖圖9-2 9-2 離心泵結構示意圖離心泵結構示意圖石油機械設備第九章 離心泵7 如圖9-3所示，為單級懸臂式離心泵。 其構成主要包括：轉動部件葉輪、泵軸、葉輪螺母、軸套、連軸器等，它們隨泵軸一起旋轉。靜止部件吸入室、蝸殼、托架等。其中，有液體流過的部件稱為過流部件。如葉輪、蝸殼和吸入室等。圖圖9-3 9-3 單級懸臂式離心泵單級懸臂式離心泵石油機械設備第九章 離心泵8 單級懸臂式離心泵結構特點：葉輪裝在懸臂軸的一端，從而省去了吸入端的密封，減少了從吸入端漏氣的可能性。圖圖9-19-1石油機械設備第九章 離心泵9（一）

5、葉輪 葉輪是離心泵中傳遞能量的主要部件。葉輪通常由612片后彎葉片所組成，本身被固定在泵軸上并隨之旋轉。 葉輪的作用是：把泵軸的機械能傳遞給液體，使之轉變成液體的速度能和壓力能。即液體從葉輪獲得能量，使壓力能和速度能都得到增加。石油機械設備第九章 離心泵101.對葉輪的要求 在流動損失最小的情況下，使單位流體獲得較高的能頭。2.葉輪的結構形式 根據結構和用途，常用葉輪分：開式、半開式和閉式三種；按吸液方式又分為：單吸式葉輪和雙吸式葉輪兩種。（1）閉式葉輪： 如圖9-4(a)所示，葉片兩側帶有前后兩塊蓋板，液體在兩葉片間通道內流動時無倒流現象，適于輸送較清潔的流體，輸送效率高，一般離心泵多采用這

6、種葉輪。（2）半開式葉輪(或稱半閉式) ： 如圖9-4(b)所示，吸入口一側無前蓋板，適于輸送含小顆粒的溶液，輸送效率低。 石油機械設備第九章 離心泵11（3）開式葉輪 ： 如圖9-4(c)所示，沒有前后蓋板。適于輸送含大顆粒的溶液，效率低。（4）雙吸式葉輪： 如圖9-4(d)所示，葉輪從兩側吸入液體。適用于大流量的場合，并具有較好的抗汽蝕性能。 石油機械設備第九章 離心泵12圖圖9-4 9-4 離心泵葉輪離心泵葉輪(a)(a)閉式閉式 (b)(b)半開式半開式(c)(c)開式開式 (d)(d)雙吸式雙吸式（a a）（b b）（c c）（d d）石油機械設備第九章 離心泵13（二）蝸殼 蝸殼就

7、是蝸牛殼形的泵殼。其作用是將葉輪封閉在一定空間內，匯集引導液體的運動，使液體速度降低，將液體部分速度能轉化為壓力能。這是因為隨葉輪旋轉方向，蝸殼內的通流截面逐漸擴大，使能量損失減少的同時實現了能量的轉化。蝸殼截面形狀有圓形、矩形和倒梯形等。圖圖9-5 9-5 離心泵蝸離心泵蝸殼及導輪殼及導輪石油機械設備第九章 離心泵14石油機械設備第九章 離心泵15（三）導輪 導輪是帶有葉片(稱為導葉)的環狀結構，它安裝在葉輪與泵殼間固定不動。其作用是導流和轉換能量。 導輪多用于分段式多級離心泵中。它可減少由葉輪外緣拋出的液體與泵殼的碰撞而引起能量損失。導葉有正向和反向之分，正向導葉用于收集液體和能量轉變，反

8、向導葉用于消除旋繞和引導液體至下級葉輪入口或排出管。 導葉的結構形式有流道式和徑向式兩種：1.流道式導葉 特點：使液體速度變化較均勻，水力性能較好。但結構復雜，制造較困難。2.徑向式導葉 特點：結構簡單，制造工藝性好，應用廣泛。 石油機械設備第九章 離心泵16（四）吸入室 吸入室位于葉輪進口前，其作用是將液體均勻地導入葉輪。常用的吸入室有錐管形、螺旋形和圓環形。1.錐管形吸入室 使液體集流，加速并均勻地引向葉輪。多用于小型單級單吸懸臂式離心泵。2.螺旋形吸入室 可使液體在葉輪入口前預旋，有利于改善吸入性能。多用于單級雙吸或水平中開式多級離心式油泵。3.圓環形吸入室 軸向尺寸較短。多用于單吸分段

9、式多級離心泵。石油機械設備第九章 離心泵17 吸入管的下部裝有濾網和底閥1，對液體起過濾作用，并防止管中液體倒流入吸入池。 排出管匯裝有用以調節流量的閘門。 蝸殼的頂部裝有漏斗，用以在開泵前向泵內灌水，排除泵腔內氣體。 啟泵前一般要關閉排出閘門，啟動后方打開。圖圖9-1 9-1 離心泵裝置示意圖離心泵裝置示意圖1-1-葉輪；葉輪；2-2-葉片；葉片；3 3、9-9-蝸殼；蝸殼；4-4-吸入口；吸入口；5-5-排出管；排出管；6-6-漏斗；漏斗；7-7-濾網和底閥；濾網和底閥；8-8-排出閥門排出閥門石油機械設備第九章 離心泵18（五）密封裝置 由于離心泵工作時，液體吸入端與液體出口端存在壓力差

10、；同時，在泵軸伸出泵殼處，轉軸和泵殼之間存在有間隙。因此，在旋轉的泵軸與泵殼之間就必須配有密封裝置，亦稱為軸封裝置。其作用是防止高壓液體沿軸泄漏，或者外界空氣以相反方向漏入。 常用的離心泵密封裝置主要有填料密封和機械密封。 石油機械設備第九章 離心泵191.填料密封裝置 如圖9-6所示，填料密封裝置由填料函殼、軟填料和填料壓蓋構成，軟填料為浸油或涂石墨的石棉繩，將其放入填料函與泵軸之間，將壓蓋壓緊迫使它產生變形，以達到密封目的。 液封圈的作用是：當泵內壓力低于大氣壓力時，可防止空氣進入；當泵內壓力高于大氣壓力時，可減少出口泄漏。液封圈中的水或油，還可起冷卻和潤滑作用。9-69-6石油機械設備第

11、九章 離心泵202.機械密封裝置 如圖2-7所示，密封裝置由裝在泵軸上隨之轉動的動環和固定在泵殼上的靜環組成，兩環形端面由彈簧力使之緊貼在一起達到密封目的。動環用硬質金屬材料制成，靜環一般用浸漬石墨或酚醛塑料等制成。 機械密封的性能優良，使用壽命長。部件的加工精度要求高，安裝技術要求比較嚴格，價格較高。用于輸送酸、堿、鹽、油等密封要求高的場合。 9-79-7石油機械設備第九章 離心泵21 離心泵必須與吸入管匯和排出管匯等共同組成如圖所示的聯合裝置才能正常工作。石油機械設備第九章 離心泵229.1.3 離心泵的基本類型 （一）離心泵的種類 離心泵的種類很多，分類方法各不相同。 1.按葉輪數目分（

12、1）單級泵：泵軸上只裝一個葉輪。如圖9-8所示。圖圖9-8 9-8 單級離心泵單級離心泵石油機械設備第九章 離心泵23（2）多級泵：泵軸上裝有兩個或兩個以上的葉輪，液體依次通過各個葉輪，如圖9-9所示。 它的總壓頭是各級葉輪壓頭之和。圖圖9-9 9-9 多級離心泵多級離心泵石油機械設備第九章 離心泵248-8-葉輪葉輪;9-;9-軸軸;10-;10-軸套軸套;11-;11-回液回液管管圖圖9-10 9-10 分段式多級離心泵分段式多級離心泵石油機械設備第九章 離心泵252.按液體吸入方式分 （1）單吸式泵：葉輪只有一個吸入口。液體從葉輪的一側進入。(如圖所示)石油機械設備第九章 離心泵26（2

13、）雙吸式泵：葉輪兩側都有吸入口，液體從兩側進入葉輪。如圖9-11所示。雙吸式泵排量大。圖圖9-11 9-11 雙吸式離心泵雙吸式離心泵石油機械設備第九章 離心泵27石油機械設備第九章 離心泵28圖圖9-12 9-12 雙吸式單級離心泵雙吸式單級離心泵石油機械設備第九章 離心泵29圖圖9-13 9-13 雙吸式離心泵的葉輪雙吸式離心泵的葉輪石油機械設備第九章 離心泵303.按泵殼形式分 （1）蝸殼泵：泵殼作成截面逐漸擴大的螺旋線形狀，(如圖9-11)，流體從葉輪甩出后直接進入蝸殼的螺旋形流道，再被引入排出管線。石油機械設備第九章 離心泵31（2）雙蝸殼泵：泵體設計成雙蝸室。雙蝸殼泵可以平衡泵的徑

14、向力。4.按殼體剖分方式分（1）中開式泵：殼體在通過泵軸中心線的水平面上分開。如圖9-11所示。 （2）分段式泵：殼體按與泵軸垂直的平面剖分。如圖9-10所示。 5.按泵軸的布置方式分（1）臥式泵：泵軸為水平布置。如圖9-14所示。（2）立式泵：泵軸為垂直布置。如圖9-15所示。6.按照所輸送的液體性質又可分為 水泵、熱油泵、汽油泵、酸泵、堿泵、污水泵，電動潛油泵等。石油機械設備第九章 離心泵32圖圖9-14 9-14 臥式泵臥式泵圖圖9-15 9-15 立式泵立式泵石油機械設備第九章 離心泵33（二）離心泵的名稱代號 離心泵的名稱代號，即離心泵的型號。它包含離心泵的結構特點、尺寸、主要性能參

15、數及應用范圍等信息。它是設計選型、施工配套、運行管理及維修工作的重要依據。 離心泵的型號一般由基本型號和四組補充型號組成。值得注意的是：各型號中不一定都有四組補充型號；同一字母在不同型號中的含義往往也不同。 舉例說明：泵型號 100Y60A，型號中各項的含義為： 100泵吸入口直徑為100mm；Y輸油離心泵；泵材料為鑄鐵；60泵設計點揚程為60m水柱；A葉輪直徑第一次切割（首次設計）。石油機械設備第九章 離心泵34泵型號 250YS1502，型號中各項的含義為： 250泵吸入口直徑為250mm；YS雙吸式輸油離心泵；泵材料為鑄鋼；60泵設計點單級揚程為150m水柱；2泵葉輪級數為2級。石油機械

16、設備第九章 離心泵35 離心泵的基本工作理論，就是研究葉輪與流體之間的能量傳遞過程，確定泵使液體獲得多少能量。液體在葉輪中獲得能量,使其表現為流速大小和流動方向的改變。 液體在離心泵內的流動可以分為三部分：液體進入葉輪前在進液流道(吸入室)中的流動，在葉輪內的流動和在排液流道(壓出室或導葉)中的流動。液體是在葉輪內被葉輪強制運動時獲得能量，而在其余兩個部分中流動時要消耗能量。離心泵是通過葉輪的轉動，帶動泵內液體，使之獲得能量的。因此研究離心泵的工作理論，必須首先分析液體在葉輪流道中的運動規律。石油機械設備第九章 離心泵36石油機械設備第九章 離心泵379.2.1 離心泵內液體的流動分析 液體在

17、葉輪內的運動是復雜的，為了便于研究，我們先作如下假設： 葉輪有無限多、無限薄的葉片，因此液體質點完全按照葉片形狀規定的軌跡運動； 液體是理想的，即液體既無粘性，也無摩擦阻力損失； 葉輪轉速和液體流量是恒定的。1.三種速度：絕對速度c、牽連速度u和相對速度 如圖9-16所示。我們可以把液體在葉輪內的流動速度c，看成是在葉片推動下隨葉輪以速度u作圓周運動，以及液體沿葉片以相對速度作相對運動的合成。即 液體在葉輪內任一點的絕對速度矢量c為：c cu u石油機械設備第九章 離心泵382.離心泵的速度三角形 如圖9-16c所示速度矢量合成圖，稱為離心泵的速度三角形。它直接反映了液體在葉輪流道內的流動規律

18、，也是進一步研究離心泵及其它離心式液力機械問題的重要工具。圖圖9-169-16石油機械設備第九章 離心泵393.進、出口速度三角形 一般要研究的是進葉輪前到出葉輪后的液體能量變化情況，故只研究進、出口處的液流速度三角形。如圖9-17。圖圖9-17 9-17 葉輪進出口葉輪進出口速度三角形速度三角形石油機械設備第九章 離心泵409.2.2 離心泵的基本方程式 如圖9-17所示。理論揚程與各速度間的相互關系為 H Hii(u(u2 2c c2 2coscos2 2u u1 1c c1 1coscos1 1)/g)/g （9-1） 即 H Hii(u(u2 2c c2u2uu u1 1c c1u1u

19、)/g)/g （9-2）式中 H Hii泵的理論揚程，m。 一般情況下，液體大致沿半徑方向進入葉片，所以入口處的周向分速度c1u很小，可忽略。故(9-2)式可簡化為 H Hii(u(u2 2c c2u2u)/g)/g （9-3） 公式(9-3)稱為離心泵的理論揚程方程式(歐拉方程)，適用于所有離心式液力機械。 從公式(9-3)說明：液體通過葉輪所獲得的理論揚程只與液體在葉輪進出口處的速度有關，即只與葉輪的幾何尺寸、轉速等有關，而與所輸送液體的性質無關。 石油機械設備第九章 離心泵419.2.3 離心泵的性能參數 離心泵的主要工作性能參數有：流量、揚程（壓力）、軸功率、效率和轉速等，一般都在泵的

20、銘牌上標出。 1.流量Q Q 泵在單位時間內輸送的流體量(體積或質量)，通常用體積流量Q Q來表示流量，通用的單位為m3/h，m3/s或Ls等。 泵的流量取決于泵的結構尺寸(主要是葉輪直徑和葉片寬度)和轉速等。石油機械設備第九章 離心泵422.揚程H H 泵的揚程：又稱為泵的壓頭。是指每千克液體從泵進口到出口的能頭增值，也就是單位質量液體通過泵后所獲得的有效能量，即泵的總揚程。常用符號H H表示，單位為J/kg。 工程實際中，泵的揚程慣用被輸送液體的液柱高度表示，單位為m。雖然這個單位與高度單位一樣，但不能把泵的揚程簡單地理解為液體所能排送的高度。 泵的揚程的實質是能量，它表達的意義是：提高液

21、體的位高；克服液體在流動過程中的流動阻力；提高輸送液體的靜壓能和速度能。 工程實際中，泵的揚程用m表示。為此，將單位液體質量的能頭(J/kg)，除以g(取g=9.8N/kg)，則揚程單位變成了m(米)液柱。石油機械設備第九章 離心泵43 離心泵揚程的大小取決于泵的結構(如葉輪直徑的大小、葉片的彎曲情況等)和轉速。工程中常用表壓讀數來確定實際揚程的大小，其計算公式為 （9-4） 式中 p1、p2分別為泵進口處真空表讀數和泵出口處壓力表讀數，Pa； h0為真空表與壓力表之間的垂直距離，m； 為液體密度，kg/m3；gpp012hH 石油機械設備第九章 離心泵44 在管路系統中，兩截面間泵的揚程的柏

22、努利方程為 （9-5） 離心泵的實際壓頭小于理論壓頭的主要原因： 葉片間的環流（或稱渦流）損失。環流壓頭損失占總能量損失的主要部分，環流壓頭損失只與葉片數、流體粘度等有關，而與流量大小無關。 阻力損失。阻力損失隨流量的增大而增大。 沖擊損失。沖擊損失是由于實際流量偏離設計流量所引起的，流量偏離越大，沖擊損失就越大。21f2hg2ugpzH 石油機械設備第九章 離心泵453.效率 泵的效率：是衡量泵工作經濟性的指標。它反映了泵工作過程中能量損失的大小。 離心泵的能量損失包括以下三項： 容積損失，泄漏引起的損失。 機械損失，摩擦引起的損失。 水力損失，包括環流損失、阻力損失和沖擊損失。 一般小型離

23、心泵的效率為50%70%，大型離心泵的效率可以達到90%。石油機械設備第九章 離心泵464.有效功率和軸功率 泵的功率：是泵單位時間內所作的功。泵的功率包括輸入的軸功率N和輸出的有效功率Ne兩項。 泵的有效功率：在單位時間內泵輸出的液體從泵中獲得的有效能頭(能量)。即 （9-6）式中 H為揚程，J/kg或m；Q為體積流量，m3/s；g為常量；Ne為泵的有效功率，KW(千瓦)。 泵的軸功率：電機提供給泵的功率(KW) ，即 （9-7） 1000HQgeN 102HQHQgNeN 石油機械設備第九章 離心泵475.轉速n 泵的轉速：泵軸每分鐘的轉速。6.比轉速ns 比轉速：又稱為泵的相似準則。即結

24、構類型相同，而尺寸大小不同的一批泵，其參數n、Q、H之間存在的固定關系。即 n ns s=(3.65Q=(3.65Q1/21/2)/H)/H3/43/4常數 （9-8）石油機械設備第九章 離心泵48石油機械設備第九章 離心泵499.3.1 離心泵的特性曲線 實際上，離心泵的葉片既不是無限多，也不是無限薄。此外，離心泵中存在各種損失。因此，離心泵的實際性能曲線與理論性能曲線是有所差異的。1.離心泵的三條特性曲線 HQ曲線：反映離心泵實際流量和實際揚程之間的變化關系曲線。 NQ曲線：表示離心泵軸功率隨排量而變化的關系曲線。 Q曲線：表示離心泵效率隨流量變化的關系曲線。 上述三條性能曲線是離心泵在恒

25、定轉速下的性能曲線。實際工程中，是廠家用試驗方法測出的，并將其用同一坐標繪制在樣本上。它們稱之為離心泵的基本特性。石油機械設備第九章 離心泵50 離心泵在恒定轉速下工作時，對應于泵的每一個流量，必有一個確定的揚程H、功率N和效率。2.離心泵性能曲線的用途： HQ性能曲線，是選泵和操作使用的依據。 NQ性能曲線，是合理選擇驅動機和操作啟動泵的依據。 Q性能曲線，是檢查泵工作經濟性的依據。石油機械設備第九章 離心泵519.3.2 影響離心泵性能的主要因素 1.液體物理性質對特性曲線的影響 主要包括粘度和密度的影響。2.離心泵轉速對特性曲線的影響 當液體粘度不大，泵的效率不變時，其流量、揚程和軸功率

26、與轉速有關。 Q Q2 2/Q/Q1 1=n=n2 2/n/n1 1 (9-9) H H2 2/H/H1 1=(n=(n2 2/n/n1 1) )2 2 (9-10) N N2 2/N/N1 1=(n=(n2 2/n/n1 1) )3 3 (9-11)3.葉輪直徑對特性曲線的影響 當泵的轉速一定時，其揚程、流量與葉輪直徑有關。石油機械設備第九章 離心泵529.3.3 離心泵的工作點與流量調節 泵和管路組成的輸送系統，遵循質量守衡和能量守衡兩個基本定律。即：泵排出的質量流量應等于流經管路的質量流量，單位質量流體獲得的能量等于沿管路輸送所消耗的能量。1.離心泵的工作點 液體流經管路時總的流動損失可表示為 h=Hh=HPotPot+kQ+kQ2 2 式中 h液體流經管路時總的流動損失； HPo