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离心泵特性 * 动量传递篇之二——流体输送机械 第十一讲 离心泵特征 一、离心泵的构造与原理 二、离心泵的特性 三、离心泵特型的影响因素 1. 叶轮：型式（开式、半开式、闭式），单吸口和双吸口 构件（叶片、盖板、平衡孔、导轮） 2. 蜗壳：汇集液体、能量转换。 3. 密封：填料密封、机械密封。 4. 原理：借离心力作用将液体甩出。 离心泵按输送 单级泵和多级泵 液体性质分为 单吸泵和双吸泵 一、离心泵的结构与原理 填料密封 机械密封 离心泵的主要性能参数有流量Q、扬程H、功率N、效率η、转速 n、 叶轮直径D、气蚀余量NPSH和允许吸上真空度Hs。 二、离心泵的理论特性与实际特性 1. 液体在叶轮中的流动及理想模型 液体在叶轮中流动，除了由于离心力的作用作径向运动外，还随叶轮的旋转作圆周运动，另外由于液体本身的惯性还会产生旋涡。为便于研究，需作出如下理想模型假设： ② 液体为粘度等于零的理想液体，且作定态流动。 ① 叶轮内叶片的数目无限多，叶片无厚度(叶片的厚度无限小)，液体严格沿叶片弯曲表面流动，不产生旋涡，在同一半径上，液体沿叶片弯曲表面流动的相对速度的大小和方向均相同； 图10-3 离心泵的原理图 离心泵的理论压头是指在理想情况下离心泵所能达到的最大压头。根 据上述两点假设，叶轮内液体只存在沿叶片弯曲表面流动的相对速度 w 和随叶轮一起作圆周运动的圆周速度 u，若用 c 代表绝对速度，则有如图10-3所示的速度三角形关系，即 离心泵设计中，一般都使设计流量下的 ，此时上式变为 2. 离心泵的理论压头HT （10-1） 根据动量矩定律：在定态流动中，单位时间内叶轮对液体所作的功等于同一时间内液体从叶片进口处流到叶片出口处的动量矩变化与叶轮旋转角速度的乘积，即 （10-2） 于是有： （10-3）— 欧拉第一方程 （9-4）— 离心泵的基本方程 式（9-4）中的 指具有无限多叶片的离心泵对理想液体所作的功， 或具有无限多叶片的离心泵对理想液体提供的理论压头。从式（9-3） 可以看出， 与进、出口速度三角形有关，即与叶片形状、叶轮直 径、流量和转速有关，而与流经叶轮液体的性质无关。 根据速度三角形中各速度之间的关系，利用余弦定律，可得欧拉第二方程： 式（9-5）右边第一项为液体作圆周运动时，离心力作用使液体获得的势扬程，第二项为叶片间流道逐渐扩大，液体相对速度减小增加的势扬程，前两项之和称为静(势)扬程 ，第三项是由于绝对速度增大而获得的，称为动扬程 。 （10-5）— 欧拉第二方程 静扬程 动扬程 余弦定律 我们希望液体从泵内获得的势扬程越大越好，这样可以减轻转能装置 的负荷。在此，引入反作用度，即液体经叶轮获得的势扬程占理论扬 程的百分比，用 表示，即 反作用度 （10-6） 在离心泵中，一般近似有 ， ，则 3. 理论压头与叶轮几何尺寸及流量间的关系 （1）若不考虑叶片的厚度 将流量用液体在叶轮出口处的径向速度与周边面积之积表示（参见图） （10-7） 式中 为叶片的装置角(或叶片离角)。 （10-08） （2）若考虑叶片的厚度 引入叶片阻塞系数，有 （10-09） 阻塞系数反映叶片厚度对流道面积的影响，于是有 （10-10） （10-11） 当叶轮尺寸和转速一定时，上两式（10-8）和（10-11）可简写为 （10-12）— 为一直线 均为常数。 式中 不同装置角 时的曲线见图 10-5。从图中可以看出： ①当 时（称前弯叶片）， 的增加而增加； ②当 时 （称径向叶片）， 不随 变化而为常数； ③当 时（称后弯叶片）， 的增加而减小。 由上述分析可知： 当 时， 最大，但此时的反作用度 较小，为了使液体获得较大的势扬程，势必需要较大的转能装置，而且会有较大的能量损失，使效率降低。为了获得较高的效率和合理的尺寸，通常采用后弯叶片，取装置角（或叶片离角） 4. 有限叶片对理论扬程的影响 无数叶片的假设实际上并不存在，液体在叶轮中的相对运动，除了沿叶片弯曲表面的流动外，还因惯性产生轴向旋涡，使液体在同