第二章

流體輸送機械

第一節

液體輸送機械

離心泵離心泵操作原理、結構與類型離心泵基本方程式

離心泵主要性能參數與特征曲線

離心泵性能改變

離心泵氣蝕現象與允許吸上高度離心泵工作點與流量調整2025/4/111/40第二章流體輸送設備作用：向系統輸入能量，補充所需機械能。

用于流體輸送或加壓。流體輸送設備：液體輸送設備------泵；氣體輸送設備------通風機、鼓風機、壓縮機、真空泵。2025/4/112/40流體輸送機械：向流體作功以提升流體機械能裝置。輸送液體機械通稱為泵；

比如：離心泵、往復泵、旋轉泵和漩渦泵。輸送氣體機械按不一樣工況分別稱為:

通風機、鼓風機、壓縮機和真空泵。

本章目標：結合化工生產特點，討論各種流體輸送機械操作原理、基本結構與性能，合理地選擇其類型、決定規格、計算功率消耗、正確安排在管路系統中位置等.2025/4/113/40第一節離心泵一．離心泵工作原理2025/4/114/40離心泵工作過程：（1）開泵前，先在泵內灌滿要輸送液體。

（2）開泵后，泵軸帶動葉輪一起高速旋轉產生離心力。液體從葉輪中心被拋向葉輪外周，壓力增高。（3）在蝸形泵殼中因為流道不停擴大，液體流速減慢，使大部分動能轉化為壓力能。最終液體以較高靜壓強從排出口流入排出管道。（4）泵內液體被拋出后，葉輪中心形成了真空，液體便經吸入管路進入泵內，填補了被排除液體位置。

2025/4/115/40離心泵之所以能輸送液體，主要是依靠高速旋轉葉輪所產生離心力，所以稱為離心泵。

2025/4/116/40氣縛離心泵開啟時，假如泵殼內存在空氣，因為空氣密度遠小于液體密度，葉輪旋轉所產生離心力很小，葉輪中心處產生低壓不足以造成吸上液體所需要真空度，這么，離心泵就無法工作，這種現象稱作“氣縛”。為了使開啟前泵內充滿液體，在吸入管道底部裝一止逆閥。另外，在離心泵出口管路上也裝一調整閥，用于開停時調整流量。2025/4/117/40二、離心泵主要部件（一）葉輪a)葉輪作用

將電動機機械能傳給液體,使液體動能有所提升。

b)葉輪分類

依據結構閉式葉輪開式葉輪

半閉式葉輪

葉片內側帶有前后蓋板，適于輸送潔凈流體，效率較高。沒有前后蓋板，適合輸送含有固體顆粒液體懸浮物。只有后蓋板，可用于輸送漿料或含固體懸浮物液體，效率較低。2025/4/118/402025/4/119/40按吸液方式

單吸式葉輪

雙吸式葉輪液體只能從葉輪一側被吸入，結構簡單。相當于兩個沒有蓋板單吸式葉輪背靠背并在了一起，能夠從兩側吸入液體，含有較大吸液能力，而且能夠很好消除軸向推力。

2025/4/1110/40葉輪按吸入方式分：單吸式及雙吸式

后蓋板平衡孔單吸式雙吸式2025/4/1111/40（二）泵殼

泵殼作用

聚集液體，作導出液體通道；使液體能量發生轉換，一部分動能轉變為靜壓能。

導葉輪

為了降低液體直接進入蝸殼時碰撞，在葉輪與泵殼之間有時還裝有一個固定不動帶有葉片圓盤，稱為導葉輪。導葉輪上葉片彎曲方向與葉輪上葉片彎曲方向相反，其彎曲角度恰好與液體從葉輪番出方向相適應，引導液體在泵殼通道內平緩改變方向，使能量損失減小，使動能向靜壓能轉換更為有效。

2025/4/1112/40三．離心泵主要性能參數與特征曲線

離心泵性能參數

（一）離心泵流量

指離心泵在單位時間里排到管路系統液體體積，普通用Q表示，單位為m3/h。又稱為泵送液能力。（二）離心泵壓頭泵對單位重量液體所提供有效能量，以H表示，單位為m。又稱為泵揚程。2025/4/1113/40離心泵壓頭取決于：

泵結構（葉輪直徑、葉片彎曲情況等）

轉速n

流量Q，怎樣確定轉速一定時，泵壓頭與流量之間關系呢？試驗測定2025/4/1114/40H計算可依據b、c兩截面間柏努利方程：離心泵壓頭又稱揚程。必須注意，揚程并不等于升舉高度△Z，升舉高度只是揚程一部分。

2025/4/1115/40（三）離心泵效率

離心泵輸送液體時，經過電機葉輪將電機能量傳給液體。在這個過程中，不可防止會有能量損失，也就是說泵軸轉動所做功不能全部都為液體所取得，通慣用效率η來反應能量損失。這些能量損失包含：容積損失水力損失機械損失泵效率反應了這三項能量損失總和，又稱為總效率。與泵大小、類型、制造精密程度和所輸送液體性質相關

2025/4/1116/40軸功率：

電機輸入離心泵功率,用P表示，單位為J/S,W或kW有效功率：排送到管道液體從葉輪取得功率，用Pe表示

軸功率和有效功率之間關系為：小型泵效率，50~70%；大型泵效率，90%。2025/4/1117/40四、離心泵特征曲線

離心泵H、η、P都與離心泵Q相關，它們之間關系由確定離心泵壓頭試驗來測定，試驗測出一組關系曲線：

H～Q、η～Q、p～Q

——離心泵特征曲線

注意：特征曲線隨轉速而變。各種型號離心泵都有本身獨自特征曲線，但形狀基本相同，含有共同特點2025/4/1118/40離心泵特征曲線及其測定

（一）離心泵特征曲線

廠家提供測定條件：常壓、20℃清水為工質；曲線與葉輪轉數相關(圖中應標明轉數）；

H-qV曲線

P-qV曲線η-qV

曲線2025/4/1119/40封閉開啟(關出口閥開啟）

目標：預防電機過載。

η-qV

曲線

設計點：最高效率點

高效區范圍

H-qV

曲線選泵時慣用，qV↑，H↓；P-qV

曲線2025/4/1120/40同一型號泵，同一個液體，效率不變條件下百分比定律要求：葉輪轉數改變不超出20%（2-5）（二）離心泵轉數特征曲線影響2025/4/1121/40（三）粘度和密度影響（a）密度對泵特征曲線影響

H-qV曲線：

η-qV

曲線：

P-qV曲線：

結論：流體密度改變時，應校正P-qV

曲線。2025/4/1122/40（b）粘度對泵特征曲線影響

定性分析：

定量計算：

試驗曲線：試驗測定

經驗公式由試驗確定。2025/4/1123/40五、離心泵工作點與流量調整

（一）管路特征方程與管路特征曲線

管路特征曲線

流體經過某特定管路時所需壓頭與液體流量關系曲線。

在截面1-1′與2-2′

間列柏努利方程式，并以1-1′截面為基準水平面，則液體流過管路所需壓頭為：2025/4/1124/40式中：上式簡化為

而令（2-8）（2-9）（2-10）2025/4/1125/40——管路特征方程（二）離心泵工作點離心泵特征曲線與管路特征曲線交點M，就是離心泵在管路中工作點。（M點所對應流量qv和壓頭H表示離心泵在該特定管路中實際輸送流量和提供壓頭。）在特定管路中輸送液體時，管路所需壓頭隨所輸送液體流量qv平方而變

（2-11）2025/4/1126/40（三）離心泵流量調整1）改變出口閥開度——改變管路特征曲線

閥門關小時：管路局部阻力加大，管路特征曲線變陡，工作點由原來M點移到M1點，流量由QM降到QM1；

2025/4/1127/40當閥門開大時：管路局部阻力減小，管路特征曲線變得平坦一些，工作點由M移到M2流量加大到QM2。

優點：調整快速方便，流量可連續改變；缺點：流量阻力加大，要多消耗動力，不經濟。

2）改變泵轉速——改變泵特征曲線若把泵轉速提升到n1：則H~Q線上移，工作點由M移至M1，流量由QM

加大到QM1；2025/4/1128/40若把泵轉速降至n2：則H~Q線下移，工作點移至M2,流量減小到QM2優點：流量隨轉速下降而減小，動力消耗也對應降低；缺點：需要變速裝置或價格昂貴變速電動機，難以做到流量連續調整，化工生產中極少采取。2025/4/1129/40六、離心泵汽蝕與高度

1、汽蝕現象

汽蝕產生條件：葉片入口附近處壓強PK等于或小于輸送溫度下液體飽和蒸氣壓。當該處壓力很低，使部分液體汽化生成大量氣泡，隨液體進入葉片時，因為壓力升高，氣泡又隨即急劇冷凝而產生局部真空，瞬時內周圍液體即以極高速度沖向這些凝聚處，在沖擊點處壓力高達幾百個大氣壓，而沖擊頻率又可到達極高程度，長久下去就會使葉片出現斑痕和裂縫而過早損壞，這種現象稱為離心泵汽蝕（或空蝕）。

2025/4/1130/40汽蝕產生后果：

氣蝕發生時產生噪音和震動，葉輪局部在巨大沖擊重復作用下，表面出現斑痕及裂紋，甚至呈海棉狀逐步脫落液體流量顯著下降，同時壓頭、效率也大幅度降低，嚴重時會輸不出液體。2025/4/1131/40（二）、汽蝕余量

為預防氣蝕現象發生，在離心泵入口處液柱靜壓頭

與動壓頭

之和必需大于液體在操作溫度下飽和蒸汽壓頭

一個最小值。

2025/4/1132/40——氣蝕余量定義式2.必需氣蝕余量：（1）設計制造時給出（2）為了不發生氣蝕，有效氣蝕余量最少要大于必需氣蝕余量（2-13）2025/4/1133/40（三）離心泵最大安裝高度2-142-152025/4/1134/40（四）允許氣蝕余量與允許安裝高度2-162025/4/1135/40七、離心泵選取、安裝與操作

1、離心泵選擇

1）確定輸送系統流量和壓頭：普通情況下液體輸送量是生產任務所要求，假如流量在一定范圍內波動，選泵時按最大流量考慮，然后，依據輸送系統管路安排，用柏努利方程計算出在最大流量下管路所需壓頭。

2）選擇泵類型與型號：首先依據被輸送液體性質和操作條件確定泵類型，按已確定流量和壓頭從泵樣本或產品目錄中選出適合型號。2025/4/1136/40若是沒有一個型號H、qv與所要求剛好相符，則在鄰近型號中選取H和qv都稍大一個；若有幾個型號H和qv都能滿足要求，那么除了考慮那一個型號H和qv外，還應考慮效率η在此條件下是否比較大。

3)核實軸功率:若輸送液體密度大于水密度時，按

來計算泵軸功率。

2025/4/1137/40高度必須低于理論上計算最大安裝高度，同時，應盡可能降低吸入管路阻力。2）開啟前先“灌泵”

這主要是為了預防“氣傅”現象發生，在泵開啟前，向泵內灌注液體直至泵殼頂部排氣嘴處于打開狀態下有液體冒出