2.2 离心泵
2.2.1 离心泵的工作原理
（1）离心泵的主要构件——叶轮和蜗壳
（2）离心泵的理论压头
假设：①叶片的数目无限多，叶片的厚度无限薄，从而可以认为液体完全沿着叶片的弯曲表面流动，无任何环流现象；②液体是理想流体，无摩擦阻力损失。在叶轮的进、出口截面到机械能衡算式，从而导出离心泵理论压头为
（2-15）
（3）流量对理论压头的影响
（2-18）
（4）叶片形状对理论压头的影响当泵转速n、叶轮直径、叶轮出口处叶片宽度、流量一定时，随叶片形状而变。
① 径向叶片，=，=0，=与无关。
② 后弯叶片,
③ 前弯叶片，
由此可见，前弯叶片产生的最大，似乎前弯叶片最有利，实际情况是否果真如此呢？我们分析如下：
=位头（）+静压头（）+动压头（）
而的前弯叶片流体出口的绝对速度很大，此时增加的压头主要是动压头，静压头反而比后弯叶片小。动压头虽然可以通过蜗壳部分地转化为静压头，但由于大，液体在泵壳内产生的冲击剧烈得多，转换时的能量损失大为增加，效率低。故为获得较多的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片（ ）。
（5）液体密度对理论压头的影响从式（2-15）或（2-18）均可看出与无关，也就是说被输送液体变，在其他条件不变时不变。可以这样解释：
气缚现象（前一节已解释）
2.2.2离心泵的特性曲线
（1）泵的有效功率和效率
液体从泵中实际得到的功率称为有效功率
电动机给予泵轴的功率称为轴功率。泵在运转过程中由于存在种种原因导致机械能损失，使得，之比称为泵的效率
轴功率
解题指南及大多数教材轴功率用N、有效功率用表示，解题指南P174或式（11-2）及下方一段内容，考虑各种损失后实际压头与实际流量的关系见图1。关系影响因素众多，只能靠实验测定。
（2）离心泵的特性曲线由于离心泵的种类很多，前述各种泵内损失难以估计，使得离心泵的实际特性曲线关系,、只能靠实验测定，在泵出厂时列于产品样本中以供参考。
实验测出的特性曲线如图所示，图中有三条曲线，在图左上角应标明泵的型号（如4B20）及转速，说明该图特性曲线是指该型号泵在指定转速下的特性曲线，若泵的型号或转速不同，则特性曲线将不同。借助离心泵的特性曲线可以较完整地了解一台离心泵的性能，供合理选用和指导操作。
由图可见：
① 一般离心泵扬程随流量的增大而下降（很小时可能例外）。当=0时，由图可知也只能达到一定数值，这是离心泵的一个重要特性；
② 轴功率随流量增大而增加，当时，最小。这要求离心泵在启动时，应关闭泵的出口阀门，以减小启动功率，保护电动机免因超载而受损；
③ 曲线有极值点（最大值），在此点下操作效率最高，能量损失最小。与此点对应的流量称为额定流量。泵的铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，一般不应低于92%。
（3）液体密度对特性曲线的影响理论与无关，实际与也无关，但有关理论与无关，实际也与无关。
P392泵性能表上列出轴功率指输送清水时的，所选泵用于输送比水大的液体应先核算，若表中的电机功率，应更换功率大的电机，否则电机会烧坏。
（4）液体粘度对特性曲线的影响
（的幅度超过的幅度，）。泵厂家提供的特性曲线是用清水测定的，若实际输送液体比清水大得较多。特性曲线将有所变化，应校正后再用，其他书有介绍校正方法。
（5）转速n对特性曲线的影响泵的特性曲线是在一定转速下测得，实际使用时会遇到n改变的情况，若n变化<20%，可认为液体离开叶轮时的速度三角形相似，不变,泵的效率不变(等效率)，则
,,
,,
上式称为离心泵的比例定律，n变化<20%，相等时成立。
（6）叶轮直径对特性曲线的影响泵的特性曲线是针对某一型号的泵（一定），一个过大的泵，若将其叶轮略加切削而使直径变小，可以减低和而节省。若变化，可认为不变，不变，则
,
得
上式称为离心泵的切割定律，变化，相等时成立。
2.2.3离心泵的流量调节和组合操作
（1）离心泵的工作点管路特性曲线方程
泵特性曲线方程
泵的工作点即为两条曲线的交点。
2.2.4离心泵的安装高度
（1）汽蚀现象液面较低的液体，能被吸入泵的进口，是由于叶轮将液体从其中甩向外围，而在叶轮中心进口处形成负压（真空）。泵内压强最低处是叶轮中心进口处面。在面与面之间到机械能衡算式并以面为基准水平面，得
若液面压强，吸入管路流量及管路一定（即、一定）。安装高度，当至等于操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压时（即），液体将发生沸腾部分汽化，所生成的大量蒸汽压泡在随液体从叶轮进口向叶轮外围流动时，又因压强升高，气泡立即凝聚，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极大的速度冲向气泡原来所在的空间，在冲击点处产生很高的局部压强（高达几百个大气压），冲击频率高达每秒几万次之多。尤其当气泡的凝结发生在叶轮表面时众多的液体质点如细小的高频水锤撞击着叶片，另外气泡中可能带有氧气等对金属材料发生化学腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将导致叶片过早损坏。这种现象称为泵的汽蚀现象。汽蚀现象发生时，泵体振动，发出噪音，泵的，严重时甚至吸不上液体。汽蚀现象是有害的，必须加以避免。从上面的分析可知，泵的安装高度不能太高，以保证叶轮中各处压强高于被输送液体的饱和蒸汽压。我国的离心泵规格中采用下述两种指标来表示泵的吸上性能，下面简述其意义，并说明如何利用该指标来确定泵的不致与发生汽蚀现象。
（2）最大安装高度、最大允许安装高度与实际要安装的高度
时发生汽蚀现象，此时的安装高度最大
=
由泵的厂家提供，故可以计算。为安全起见，通常是将减去一定量作为安装高度的上限，称为最大允许安装高度
称为必需汽蚀余量，>，<。对照解题指南P182式（11-18）可知：<，=，（称为允许汽蚀余量）。为安全，实际安装高度
注意：
① 允许汽蚀余量的校正。泵性能表上列出的值也是按输送20oC的清水测定出来的，当输送其它液体时，值应按下式校正。
（11-19）
式中 ——输送其它液体时的允许汽蚀余量，m；
——校正系数，为输送温度下液体的密度与饱和蒸汽压的函数，其值小于1。
值可由有关手册查得，但通常＜1，＜，则按计算的允许安装高度＞,故为简便起见，也可不校正，而把它作为外加的安全因数
② 与有关，，因此在确定时必须使用过程可能达到的最大流量进行计算。
③ ，应尽可能使。措施,
a．吸入管路应短（靠近液源）而直（少拐弯）；
b．吸入管路应省去不必要的管件，调节阀应装在排出管路上；
c．吸入管径大于排出管径。
（3）临界汽蚀余量与必需汽蚀余量
可通过实验测定，不是改变发生汽蚀，而是设法在泵的不变的条件下逐次降低（例如关小吸入管路中的阀），当泵内刚好发生汽蚀（以泵较正常值下降3%作为发生汽蚀的标志）时测取，由上式计算，+安全余量，列在泵的性能表上。
（4）由允许吸上高度（真空度）求安装高度
2.2.5离心泵的类型与选用
（1）离心泵的类型
① 清水泵旧型号：B型新型号：IS型
IS型泵是根据国际标准ISO2858规定的性能和尺寸设计的，其效率比B型泵平均提高3.67%。
IS80-65-160
80——泵入口直径，mm；
65——泵出口直径，mm；
160——泵叶轮名义直径，mm。
如果要求的压头（扬程）较高，可采用多级离心泵，其系列代号为“D”，其结构如图所示。如要求的流量很大，可采用双吸收式离心泵，其系列代号“Sh”。
腐蚀泵，“F”系列，非“F”系列；
油泵，单吸“Y”系列，双吸式“YS”系列；
下泵，“FY”系列；
屏蔽泵；
杂质泵“P”系列；
（2）离心泵的选用
① 根据被输送液体的性质确定泵的类型
② 确定输送系统的流量和所需压头。流量由生产任务来定，所需压头由管路的特性方程来定。
③ 根据所需流量和压头确定泵的型号
A、查性能表或特性曲线，要求流量和压头与管路所需相适应。
B、若生产中流量有变动，以最大流量为准来查找，H也应以最大流量对应值查找。
C、若H和Q与所需要不符，则应在邻近型号中找H和Q都稍大一点的。
D、若几个型号都满足，应选一个在操作条件下效率最好的
E、为保险，所选泵可以稍大；但若太大，工作点离最高效率点太远，则能量利用程度低。
F、若被输送液体的性质与标准流体相差较大，则应对所选泵的特性曲线和参数进行校正，看是否能满足要求。
2.2.1 离心泵的工作原理
（1）离心泵的主要构件——叶轮和蜗壳
（2）离心泵的理论压头
假设：①叶片的数目无限多，叶片的厚度无限薄，从而可以认为液体完全沿着叶片的弯曲表面流动，无任何环流现象；②液体是理想流体，无摩擦阻力损失。在叶轮的进、出口截面到机械能衡算式，从而导出离心泵理论压头为
（2-15）
（3）流量对理论压头的影响
（2-18）
（4）叶片形状对理论压头的影响当泵转速n、叶轮直径、叶轮出口处叶片宽度、流量一定时，随叶片形状而变。
① 径向叶片，=，=0，=与无关。
② 后弯叶片,
③ 前弯叶片，
由此可见，前弯叶片产生的最大，似乎前弯叶片最有利，实际情况是否果真如此呢？我们分析如下：
=位头（）+静压头（）+动压头（）
而的前弯叶片流体出口的绝对速度很大，此时增加的压头主要是动压头，静压头反而比后弯叶片小。动压头虽然可以通过蜗壳部分地转化为静压头，但由于大，液体在泵壳内产生的冲击剧烈得多，转换时的能量损失大为增加，效率低。故为获得较多的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片（ ）。
（5）液体密度对理论压头的影响从式（2-15）或（2-18）均可看出与无关，也就是说被输送液体变，在其他条件不变时不变。可以这样解释：
气缚现象（前一节已解释）
2.2.2离心泵的特性曲线
（1）泵的有效功率和效率
液体从泵中实际得到的功率称为有效功率
电动机给予泵轴的功率称为轴功率。泵在运转过程中由于存在种种原因导致机械能损失，使得，之比称为泵的效率
轴功率
解题指南及大多数教材轴功率用N、有效功率用表示，解题指南P174或式（11-2）及下方一段内容，考虑各种损失后实际压头与实际流量的关系见图1。关系影响因素众多，只能靠实验测定。
（2）离心泵的特性曲线由于离心泵的种类很多，前述各种泵内损失难以估计，使得离心泵的实际特性曲线关系,、只能靠实验测定，在泵出厂时列于产品样本中以供参考。
实验测出的特性曲线如图所示，图中有三条曲线，在图左上角应标明泵的型号（如4B20）及转速，说明该图特性曲线是指该型号泵在指定转速下的特性曲线，若泵的型号或转速不同，则特性曲线将不同。借助离心泵的特性曲线可以较完整地了解一台离心泵的性能，供合理选用和指导操作。
由图可见：
① 一般离心泵扬程随流量的增大而下降（很小时可能例外）。当=0时，由图可知也只能达到一定数值，这是离心泵的一个重要特性；
② 轴功率随流量增大而增加，当时，最小。这要求离心泵在启动时，应关闭泵的出口阀门，以减小启动功率，保护电动机免因超载而受损；
③ 曲线有极值点（最大值），在此点下操作效率最高，能量损失最小。与此点对应的流量称为额定流量。泵的铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，一般不应低于92%。
（3）液体密度对特性曲线的影响理论与无关，实际与也无关，但有关理论与无关，实际也与无关。
P392泵性能表上列出轴功率指输送清水时的，所选泵用于输送比水大的液体应先核算，若表中的电机功率，应更换功率大的电机，否则电机会烧坏。
（4）液体粘度对特性曲线的影响
（的幅度超过的幅度，）。泵厂家提供的特性曲线是用清水测定的，若实际输送液体比清水大得较多。特性曲线将有所变化，应校正后再用，其他书有介绍校正方法。
（5）转速n对特性曲线的影响泵的特性曲线是在一定转速下测得，实际使用时会遇到n改变的情况，若n变化<20%，可认为液体离开叶轮时的速度三角形相似，不变,泵的效率不变(等效率)，则
,,
,,
上式称为离心泵的比例定律，n变化<20%，相等时成立。
（6）叶轮直径对特性曲线的影响泵的特性曲线是针对某一型号的泵（一定），一个过大的泵，若将其叶轮略加切削而使直径变小，可以减低和而节省。若变化，可认为不变，不变，则
,
得
上式称为离心泵的切割定律，变化，相等时成立。
2.2.3离心泵的流量调节和组合操作
（1）离心泵的工作点管路特性曲线方程
泵特性曲线方程
泵的工作点即为两条曲线的交点。
2.2.4离心泵的安装高度
（1）汽蚀现象液面较低的液体，能被吸入泵的进口，是由于叶轮将液体从其中甩向外围，而在叶轮中心进口处形成负压（真空）。泵内压强最低处是叶轮中心进口处面。在面与面之间到机械能衡算式并以面为基准水平面，得
若液面压强，吸入管路流量及管路一定（即、一定）。安装高度，当至等于操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压时（即），液体将发生沸腾部分汽化，所生成的大量蒸汽压泡在随液体从叶轮进口向叶轮外围流动时，又因压强升高，气泡立即凝聚，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极大的速度冲向气泡原来所在的空间，在冲击点处产生很高的局部压强（高达几百个大气压），冲击频率高达每秒几万次之多。尤其当气泡的凝结发生在叶轮表面时众多的液体质点如细小的高频水锤撞击着叶片，另外气泡中可能带有氧气等对金属材料发生化学腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将导致叶片过早损坏。这种现象称为泵的汽蚀现象。汽蚀现象发生时，泵体振动，发出噪音，泵的，严重时甚至吸不上液体。汽蚀现象是有害的，必须加以避免。从上面的分析可知，泵的安装高度不能太高，以保证叶轮中各处压强高于被输送液体的饱和蒸汽压。我国的离心泵规格中采用下述两种指标来表示泵的吸上性能，下面简述其意义，并说明如何利用该指标来确定泵的不致与发生汽蚀现象。
（2）最大安装高度、最大允许安装高度与实际要安装的高度
时发生汽蚀现象，此时的安装高度最大
=
由泵的厂家提供，故可以计算。为安全起见，通常是将减去一定量作为安装高度的上限，称为最大允许安装高度
称为必需汽蚀余量，>，<。对照解题指南P182式（11-18）可知：<，=，（称为允许汽蚀余量）。为安全，实际安装高度
注意：
① 允许汽蚀余量的校正。泵性能表上列出的值也是按输送20oC的清水测定出来的，当输送其它液体时，值应按下式校正。
（11-19）
式中 ——输送其它液体时的允许汽蚀余量，m；
——校正系数，为输送温度下液体的密度与饱和蒸汽压的函数，其值小于1。
值可由有关手册查得，但通常＜1，＜，则按计算的允许安装高度＞,故为简便起见，也可不校正，而把它作为外加的安全因数
② 与有关，，因此在确定时必须使用过程可能达到的最大流量进行计算。
③ ，应尽可能使。措施,
a．吸入管路应短（靠近液源）而直（少拐弯）；
b．吸入管路应省去不必要的管件，调节阀应装在排出管路上；
c．吸入管径大于排出管径。
（3）临界汽蚀余量与必需汽蚀余量
可通过实验测定，不是改变发生汽蚀，而是设法在泵的不变的条件下逐次降低（例如关小吸入管路中的阀），当泵内刚好发生汽蚀（以泵较正常值下降3%作为发生汽蚀的标志）时测取，由上式计算，+安全余量，列在泵的性能表上。
（4）由允许吸上高度（真空度）求安装高度
2.2.5离心泵的类型与选用
（1）离心泵的类型
① 清水泵旧型号：B型新型号：IS型
IS型泵是根据国际标准ISO2858规定的性能和尺寸设计的，其效率比B型泵平均提高3.67%。
IS80-65-160
80——泵入口直径，mm；
65——泵出口直径，mm；
160——泵叶轮名义直径，mm。
如果要求的压头（扬程）较高，可采用多级离心泵，其系列代号为“D”，其结构如图所示。如要求的流量很大，可采用双吸收式离心泵，其系列代号“Sh”。
腐蚀泵，“F”系列，非“F”系列；
油泵，单吸“Y”系列，双吸式“YS”系列；
下泵，“FY”系列；
屏蔽泵；
杂质泵“P”系列；
（2）离心泵的选用
① 根据被输送液体的性质确定泵的类型
② 确定输送系统的流量和所需压头。流量由生产任务来定，所需压头由管路的特性方程来定。
③ 根据所需流量和压头确定泵的型号
A、查性能表或特性曲线，要求流量和压头与管路所需相适应。
B、若生产中流量有变动，以最大流量为准来查找，H也应以最大流量对应值查找。
C、若H和Q与所需要不符，则应在邻近型号中找H和Q都稍大一点的。
D、若几个型号都满足，应选一个在操作条件下效率最好的
E、为保险，所选泵可以稍大；但若太大，工作点离最高效率点太远，则能量利用程度低。
F、若被输送液体的性质与标准流体相差较大，则应对所选泵的特性曲线和参数进行校正，看是否能满足要求。
