2009-12-1
第 二章
流体输送机械
第 一 节
液体输送机械
2-1-1 离心泵
?离心泵的操作原理、构造与类型
?离心泵的基本方程式
?离心泵的主要性能参数与特性曲
线
?离心泵性能的改变
?离心泵的气蚀现象与允许吸上高
度
?离心泵的工作点与流量调节
2-1-2 其他类型的泵
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流体输送机械, 向流体作功以提高流体机械能的装置 。
? 输送液体的机械通称为 泵；
例如,离心泵,往复泵、旋转泵和漩涡泵 。
? 输送气体的机械按不同的工况分别称为,
通风机、鼓风机、压缩机和真空泵 。
本章的目的：
结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的 操作原
理、基本构造与性能,合理地 选择其类型、决定规格、计
算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等
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2-1-1离心泵
一．离心泵的操作原理、构造与类型
1,操作原理
? 由若干个弯曲的叶
片组成的 叶轮 置于
具有蜗壳通道的 泵
壳 之内。
? 叶轮 紧固于 泵轴 上
泵轴与 电机 相连，
可由电机带动旋转。
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? 吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装
一止逆阀。
? 泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀。
离心泵的工作过程,
? 开泵前,先在泵内 灌满要输送的液体 。
? 开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在
此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周,压力增高,并 以
很高的速度（ 15-25 m/s） 流入泵壳 。
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? 在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大, 液体的 流速减慢, 使
大部分动能转化为压力能 。 最后液体 以较高的静压强从排
出口流入排出管道 。
? 泵内的液体被抛出后, 叶轮的中心形成了真空, 在液面压
强 （ 大气压 ） 与泵内压力 （ 负压 ） 的压差作用下, 液体便
经吸入管路进入泵内, 填补了被排除液体的位置 。
离心泵之所以能输送液体, 主要是 依靠高速旋转叶轮
所产生的离心力, 因此称为 离心泵 。
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气 缚
离心泵 启动 时，如果 泵壳内存在空气,由于空气的密度远
小于液体的密度，叶轮旋转所产生的 离心力很小,叶轮中心
处产生的低压 不足以造成吸上液体所需要的真空度,这样，
离心泵就无法工作，这种现象称作, 气缚, 。
为了使启动前泵内充满液体, 在吸入管道底部装一 止
逆阀 。 此外, 在离心泵的出口管路上也装一 调节阀, 用于
开停车和调节流量 。
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2、基本部件和构造
1）叶轮
a)叶轮的作用
将电动机的机械能传给液体,使液体的动能有所提高。
b)叶轮的分类
根据结构
闭式叶轮
开式叶轮
半闭式叶轮
叶片的内侧带有 前后盖板, 适于输送干
净流体, 效率较高 。
没有前后盖板,适合输送含有固体颗粒
的液体悬浮物。
只有 后盖板,可用于输送浆料或含固体
悬浮物的液体，效率较低。
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按吸液方式
单吸式叶轮
双吸式叶轮
液体只能从叶轮一侧被吸入，结
构简单。
相当于两个没有盖板的单吸式叶
轮背靠背并在了一起,可以从两
侧吸入液体,具有较大的吸液能
力，而且可以较好的消除轴向推
力。
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2）泵壳
A,泵壳的作用
? 汇集液体，作导出液体的通道；
? 使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。
B,导叶轮
为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之
间有时还装有一个 固定不动的带有叶片的圆盘,称为 导
叶轮。 导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲
方向 相反,其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相
适应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向,使能
量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。
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3）轴封装置
A 轴封的作用
为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界
空气漏入泵壳内。
B 轴封的分类
轴封装置
填料密封,
机械 密封,
主要由填料函壳、软填料和填料压盖组
成，普通离心泵采用这种密封。
主要由装在泵轴上随之转动的 动环 和固
定于泵壳上的 静环 组成，两个环形端面
由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，
起到密封作用。
端面密封
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3、离心泵的分类
1）按照轴上叶轮数目的多少
单级泵
多级泵
轴上只有 一个叶轮 的离心泵，适用于出口压力
不太大的情况；
轴上 不止一个叶轮 的离心泵,可以达到较高的
压头。离心泵的 级数就是指轴上的叶轮数,我国
生产的多级离心泵一般为 2~9级 。
2）按叶轮上吸入口的数目
单吸泵
双吸泵
叶轮上只有 一个吸入口,适用于输送量不大的情况。
叶轮上有 两个吸入口,适用于输送量很大的情况。
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3）按离心泵的不同用途
水泵 输送 清水和物性与水相近、无腐蚀性且杂质很
少的液体 的泵,（ B型 ）
耐腐蚀泵 接触液体的部件（叶轮、泵体）用 耐腐蚀材料 制
成。要求：结构简单、零件容易更换、维修方便
、密封可靠、用于耐腐蚀泵的材料有：铸铁、高
硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等。（ F型 ）
油泵 输送 石油产品 的泵,要求密封完善。（ Y 型 ）
杂质泵 输送 含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液 等的泵
，又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等 。要求不易
堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、
叶片数目少。
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二、离心泵的基本方程式
1、离心泵基本方程式的导出
假设如下理想情况,
1） 泵叶轮的 叶片数目为无限多个, 也就是说叶片的厚度
为无限薄, 液体质点沿叶片弯曲表面流动, 不发生任
何环流现象 。
2） 输送的是 理想液体, 流动中 无流动阻力 。
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在高速旋转的叶轮当中，液
体质点的运动包括：
? 液体随叶轮旋转 ；
? 经叶轮流道向外流动。
液体与叶轮一起旋转的速度 u1或 u2方向与所处圆周的切线方
向一致，大小为：
60
2 1
1
nru ??
60
2 2
2
nru ??
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液体沿叶片表面运动的速度 ω 1,ω 2,方向为液体质点所
处叶片的切线方向，大小与液体的流量、流道的形状等有关
cp HHH ??? g
CC
g
PP
2
2
1
2
212 ????
?
单位重量液体由点 1到点 2获得的机械能为,
单位重量理想液体, 通过无数叶片的旋转, 获得的能量
称作 理论压头, 用 H∞ 表示 。
两个速度的 合成速度 就是液体质点在点 1或点 2处 相对于
静止的壳体的速度, 称为 绝对速度, 用 c1,c2来表示 。
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HC,液体经叶轮后 动能的增加
HP,液体经叶轮后 静压能的增加；
静压能增加项 HP主要由于两方面的因素促成：
1） 液体在叶轮内接受离心力所作的外功, 单位质量液体所
接受的外功可以表示为,
2)(2
2
1
2
22
1
2
2
2
22
1
2
1
uurrdrrF d r r
r
r
r
??????? ??
2） 叶轮中相邻的两叶片构成自中心向外沿逐渐扩大的液体
流道，液体通过时 部分动能转化为静压能,这部分静
压能的增加可表示为：
2
2
2
2
1 ?? ?
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单位重量流体经叶轮后的静压能增加为,
gg
uuH
P 22
2
2
2
1
2
1
2
2 ?? ????
222
2
1
2
2
2
2
2
1
2
1
2
2
g
cc
gg
uuH ???????
?
??（ a）
根据余弦定理，上述速度之间的关系可表示为：
111212121 c o s2 ?? ucuc ???
222222222 c o s2 ?? ucuc ???
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代入（ a） 式，并整理可得到：
gcucuH /)c o sc o s( 111222 ?? ??? (b)
一般离心泵的设计中，为提高理论压头，使 α 1=90°,即
cosα 1=0
gcuH /c o s 222 ??? ?
——离心泵的基本方程式
—— 离心泵理论压头的表达式
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理论压头与理论流量 QT关系
流量可表示为叶轮出口处的径向速度与出口截面积的乘积
?? s in2 222 cbrQ T ?
从点 2处的速度三角形可以得出
222222 s inc o s ??? c t gcuc ???
代入 H=u2c2cosα 2/g
)s in( 22222 ?? c t gcugu ?? )2(1
22
222
2 br
c t gQuu
g
T
?
???
2
2
2
2 2)(
1 ?
?
?? c t g
gb
Qr
g
T??
?H
——离心泵基本方程式
表示离心泵的 理论压头与理论流量，叶轮的转速和直径、叶
轮的几何形状 间的关系。
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对于某个离心泵 （ 即其 β 2,γ 2,b2固定 ）, 当转速 ω 一定
时, 理论压头与理论流量之间呈线形关系, 可表示为：
TBQAH ???
2、离心泵基本方程式的讨论
1）离心泵的理论压头与叶轮的转速和直径的关系
当叶片几何尺寸（ b2,β 2） 与理论流量一定时，离心泵的 理
论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大。
2）离心泵的理论压头与叶片几何形状的关系
根据叶片出口端倾角 β 2的大小,叶片形状可分为三种,
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a） 后弯叶片 (β 2<90,b), ctgβ 2>0 。 泵的 理论压头随流量 Q
的增大而减小
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b） 径向叶片 （ β 2=90。, 图 a）,ctgβ 2=0 。 泵的理论压头不
随流量 QT而变化。
c） 前弯叶片 (β 2>90。, 图 c),ctgβ 2<0 。 泵的理论压头
随理论流量 QT的增大而增大。
前弯叶片产生的理论压
头最高，这类叶片是最
佳形式的叶片吗？
NO
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?H
静压头的增加,g2g2 uu
2
2
2
1
2
1
2
2 ?????
动压头的增加,g2 cc
2
1
2
2 ?
前弯叶片，动能的提高大于静压能的提高。
由于液体的流速过大，在动能转化为静压能的实际过程
中，会有大量机械能损失，使泵的效率降低。
一般都 采用后弯叶片
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3、实际压头
离心泵的实际压头与理论压头有 较大的差异, 原因在于
流体在通过泵的过程中 存在着压头损失,它主要包括：
1） 叶片间的环流
2） 流体的 阻力损失
3） 冲击损失
理论压头, 实际压头及各种压头损失与流量的关系为
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三．离心泵的主要性能参数与特性曲线
1、离心泵的性能参数
1）离心泵的流量
指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一
般用 Q表示，单位为 m3/h。 又称为泵的送液能力 。
2）离心泵的压头
泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以 H表示，
单位为 m。 又称为泵的 扬程 。
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离心泵的压头取决于：
? 泵的结构 （叶轮的直径、叶片的弯曲情况等）
? 转速 n
? 流量 Q，
如何确定转速一定时，
泵的 压头 与 流量 之间
的关系呢？
实验测定
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H的计算可根据 b,c两截面间的柏努利方程：
bcf
ccbb h
g
u
g
PZH
g
u
g
P )(
22
22
??????
??
bcf
bcbc h
g
uu
g
PPZH )(
2
22
???????
?
gPPZH bc ?/)( ????
离心泵的压头又称扬程。必须注意,扬程并不等于升举
高度△ Z,升举高度只是扬程的一部分 。
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3）离心泵的效率
离心泵输送液体时，通过电机的叶轮将电机的能量传给
液体。在这个过程中，不可避免的会有能量损失，也就是说
泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得，通常用 效率 η
来反映能量损失 。这些能量损失包括：
?容积损失
?水力损失
?机械损失
泵的效率反应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。
与泵的 大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质 有关
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4）轴功率及有效功率
轴功率,电机输入离心泵的功率,用 N表示，单位为 J/S,W或 kW
有效功率,排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用 Ne表示
轴功率和有效功率之间的关系为, ?/
eNN ?
有效功率可表达为
gQHN e ??
轴功率可直接利用效率计算
?? /gQHN ?
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2、离心泵的特性曲线
离心泵的 H,η, N都与离心泵的 Q有关，它们之间的
关系由 确定离心泵压头的实验 来测定，实验测出的一组关
系曲线：
H～ Q, η ～ Q, N～ Q
—— 离心泵的特性曲线
注意：特性曲线随转速而变 。
各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状
基本相似，具有共同的特点
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1） H～ Q曲线,表示泵的压头与流量的关系, 离心泵的 压
头普遍是随流量的增大而下降 （ 流量很小时可能有例外 ）
2） N～ Q曲线,表示泵的轴功率与流量的关系, 离心泵的轴
功率随流量的增加而上升, 流量为零时轴功率最小 。
离心泵启动时, 应关闭出口阀, 使启动电流最小, 以保
护电机 。
3） η ～ Q曲线,表示泵的效率与流量的关系, 随着流量的
增大, 泵的效率将上升并达到一个最大值, 以后流量再增
大, 效率便下降 。
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离心泵在一定转速下有一最高效率点。 离心泵在与最
高效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。
与最高效率点所对应的 Q,H,N值称为最佳工况参数 。
离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的
状态参数。
注意,在选用离心泵时, 应使离心泵在该点附近工作 。
一般要求操作时的效率应不低于最高效率的 92%。
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四、离心泵性能的改变
1,液体性质的影响
1）液体密度的影响
?? s in2 222 cbrQ T ?离心泵的流量 与液体密度无关。
离心泵的压头 gcuH /c o s 222 ??? 与液体的密度无关
H～ Q曲线不因输送的液体的密度不同而变 。
泵的效率 η 不随输送液体的密度而变。
?? /gQHN ??
离心泵的轴功率与输送液体密度有关 。
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2）粘度的影响
当输送的液体 粘度大于常温清水的粘度 时，
?泵的 压头减小
?泵的 流量减小
?泵的 效率下降
?泵的 轴功率增大
?泵的特性曲线发生改变,选泵时应根据原特性曲线进行修正
当液体的运动粘度小于 20cst（ 厘池 ） 时, 如汽油, 柴油, 煤
油等粘度的影响可不进行修正 。
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2、转速对离心泵特性的影响
当液体的粘度不大且泵的效率不变时，泵的流量、压头、
轴功率与转速的近似关系可表示为：
n
n
Q
Q '' ? 2)'('
n
n
H
H ? 3)'('
n
n
N
N ?
——比例定律
3、叶轮直径的影响
1）属于同一系列而尺寸不同的泵，叶轮几何形状完全相
似,b2/D2保持不变，当泵的效率不变时，
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2）某一尺寸的叶轮外周经过切削而使 D2变小,b2/D2变大
若切削使直径 D2减小的幅度在 20%以内，效率可视为不
变，并且切削前、后叶轮出口的截面积也可认为大致
相等,此时有,
2
2 ''
D
D
Q
Q ? 2
2
2 )'('
D
D
H
H ? 3
2
2 )'('
D
D
N
N ?
---------切割定律
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五、离心泵的气蚀现象与允许吸上高度
1、气蚀现象
气蚀产生的条件
叶片入口附近 K
处的压强 PK等于
或小于输送温度
下液体的饱和蒸
气压
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气蚀 产生的后果：
? 气蚀发生时产生噪音和震动，叶轮局部在巨大冲击的反
复作用下，表面出现斑痕及裂纹，甚至呈海棉状逐渐脱落
? 液体流量明显下降，同时压头、效率也大幅度降低，严
重时会输不出液体。
2、离心泵的允许吸上高度
离心泵的允许吸上高度又称为允许安装高度, 指泵的吸
入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离, 以 Hg
表示 。
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贮槽液面 0-0’ 与入口处 1-
1’ 两截面间列柏努利方
程
10
2
110
2 ???
??
fHg
u
g
PPHg
?
若贮槽上方与大气相通，则
P0即为大气压强 Pa
10
2
11
2 ???
??
f
a H
g
u
g
PPHg
?
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2、离心泵的允许吸上真空度
g/pP'H 1aS ???
注意, HS’ 单位是压强的单位，通常以 m液柱 来表示。在水
泵的性能表里一般把它的单位写成 m（ 实际上应为 mH2O）。
——离心泵的允许吸上真空度 定义式
将 gpPH aS ?/' 1?? 代入
10
2
11
2 ???
??
f
a H
g
u
g
PPHg
? 得
10
2
1
2
' ???? fS H
g
uHHg
—— 允许吸上高度的计算式
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HS’值越大,表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能好,安
装高度 Hg越高。
HS’与泵的 结构、流量、被输送液体的物理性质及当地大气
压 等因素有关。
通常由泵的制造工厂
试验测定，实验在大
气压为 10mH2O（ 9.81Pa）
下,以 20℃ 清水为介质
进行的。
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?HS’随 Q增大而减小
?确定离心泵安装高度时应使用泵 最大流量下的 HS’进行计
算
若输送其它液体，且操作条件与上述实验条件不符时，需
对 HS’进行校正。
?
100024.0
1081.9)10(' 3 ??
?
??
? ?
?????
v
aSS
PHHH
3、气蚀余量
为防止气蚀现象发生，在离心泵入口处液柱的静压头
g
p
?
1
与动压头
g
u
2
2
1 之和必需大于液体在操作温度下的饱和蒸汽压头
g
pv
?
的一个最小值。
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g
p
g
u
g
ph v
?? ???? 2
2
11 ——气蚀余量定义式
△ h 与 Hg 的关系
当叶轮入口附近 (k-k’ )最小压强等于液体的饱和蒸汽压 pv 时，
泵入口处压强 (1-1’ )必等于某确定的最小值 p1。
在 1-1’ 和 k-k’间列柏努利方程：
kf
kv H
g
u
g
p
g
u
g
p
????? 1
22
11
22 ??
kf
k H
g
uh
???? 1
2
2
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当流量一定且流体流动为阻力平方区时, 气蚀余量仅与泵
的结构和尺寸 有关, 是泵抗气蚀性能参数 。
将
g
p
g
u
g
ph v
?? ???? 2
2
11 代入
kfg Hg
u
g
ppH
???
??
1
2
110
2?
10
0
?????? f
v
g Hhg
p
g
pH
??
—— 允许吸上高度的计算式
离心泵的气蚀余量 h? 值也是由生产泵的工厂通过实验测定的
?△ h随 Q增大而增大
?计算允许安装高度时应取高流量下的 △ h值 。
图
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泵性能表上所列的 △ h值也
是按输送 20℃ 的清水测定
的, 当输送其它液体时应
乘以校正系数予以校正,
但因一般校正系数小于 1，
故把它作为外加的安全系
数, 不再校正 。
4、离心泵的实际安装高度
离心泵的实际安装高度应小于允许安装高度，一般比允许
值 小 0.5～ 1m。 mHH gg )1~5.0(??实
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注意：
1） 离心泵的允许吸上真空度和允许气蚀余量值是与其流量
有关的, 大流量下 △ h较大而 HS’较小, 因此, 必须注意 使用
最大额定流量值 进行计算 。
2） 离心泵安装时, 应注意 选用较大的吸入管路, 减少吸入
管路的弯头, 阀门等管件, 以减少吸入管路的阻力 。
3） 当液体输送温度较高或液体沸点较低时, 可能出现 允许
安装高度为负值 的情况, 此时, 应 将离心泵安装于贮槽液面
以下, 使液体利用位差自流入泵内 。
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六,离心泵的工作点与流量调节
1,管路特性曲线与泵的工作点
1）管路特性曲线
管路特性曲线 流体通过某特定管路时 所需的压头与液体
流量 的关系曲线。
在截面 1-1′与 2-2′ 间列柏
努利方程式, 并以 1-1′截面为
基准水平面, 则液体流过管路
所需的压头为：
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fe Hg
u
g
pzH ???????
2
2
?
Kgpz ???? ?
式中：
02
2
?? gu
上式简化为
fe HKH ??
)
2
1()
4
)(( 2
2
0 g
d
Q
d
llH
c
e
f ???? ??
???而
B
gdd
ll
c
e ?????
420
1)(
?
???令
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2BQKH e ??
——管路的特性 方程
2）离心泵的工作点
离心泵的特性曲线与管
路的特性曲线的交点 M，
就是离心泵在管路中的 工
作点。
在特定管路中输送液体时，管路所需的压头随所输送液体流
量 Q的平方而变
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M点所对应的流量 Qe和压头 He表示离心泵在该特定管路中
实际输送的流量和提供的压头 。
2,离心泵的流量调节
1） 改变出口阀开度
——改变管路特性曲线
? 阀门关小时：
管路局部阻力加大，管
路特性曲线变陡，工作点
由原来的 M点移到 M1点，
流量由 QM降到 QM1；
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?当阀门开大时：
管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，工作点
由 M移到 M2流量加大到 QM2。
优点,调节迅速方便，流量可连续变化；
缺点,流量阻力加大，要多消耗动力，不经济。
2）改变泵的转速 ——改变泵的特性曲线
若把泵的转速提高到 n1,则 H~Q线上移，工作点由 M移至
M1, 流量由 QM 加大到 QM1；
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? 若把泵的转速降至 n2：
则 H~Q线下移，工作点
移至 M2,流量减小到 QM2
优点,流量随转速下降而减
小，动力消耗也相应降低；
缺点,需要变速装置或价格昂贵的变速电动机，难以做到流
量连续调节，化工生产中很少采用 。
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3、离心泵的并联和串联
1）串联组合泵的特性曲线
两台相同型号的 离心泵串联 组合，在同样的流量下，其提
供的 压头是单台泵的两倍 。
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2）并联组合泵的特性曲线
两台相同型号的 离心泵并联,若其各自有相同的吸入管
路，则在相同的压头下，并联泵的 流量为单泵的两倍 。
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3）离心泵组合方式的选择
?对于低阻输送管路 a,并联
组合泵流量的增大幅度大于
串联组合泵；
?对于高阻输送管路 b,串联
组合泵的流量增大幅度大于
并联组合泵 。
低阻输送管路 ----并联优于串联；
高阻输送管路 ----串联优于并联 。
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七、离心泵的选用、安装与操作
1、离心泵的选择
1）确定输送系统的流量和压头,一般情况下液体的输送
量是生产任务所规定的，如果流量在一定范围内波动，选
泵时按 最大流量 考虑，然后，根据输送系统管路的安排，
用柏努利方程计算出在最大流量下管路所需压头 。
2） 选择泵的类型与型号,首先根据被输送液体的性质和
操作条件确定泵的类型，按已确定的流量和压头从泵样本
或产品目录中选出适合的型号。
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若是没有一个型号的 H,Q与所要求的刚好相符，则在邻近
型号中 选用 H和 Q都稍大的一个 ；若有几个型号的 H和 Q都能
满足要求，那么除了考虑那一个型号的 H和 Q外，还 应考虑
效率 η 在此条件下是否比较大。
3)核算轴功率,若输送液体的密度大于水的密度时，按
?? /gQHN ? 来计算泵的轴功率。
2、离心泵的安装和使用
1）泵的安装高度
为了保证不发生气蚀现象或泵吸不上液体, 泵的实际安装
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高度必须低于理论上计算的最大安装高度,同时，应尽量 降
低吸入管路的阻力 。
2）启动前先, 灌泵,
这主要是为了防止, 气傅, 现象的发生, 在泵启动前, 向泵
内灌注液体直至泵壳顶部排气嘴处在打开状态下有液体冒出
时为止 。
3） 离心泵应在出口阀门关闭时启动
为了不致启动时电流过大而烧坏电机, 泵启动时要将出口阀
完全关闭, 等电机运转正常后, 再逐渐打开出口阀, 并调节
到所需的流量 。
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4）关泵的步骤
关泵时, 一定要先关闭泵的出口阀, 再停电机 。 否则, 压出
管中的高压液体可能反冲入泵内, 造成叶轮高速反转, 使叶
轮被损坏 。
5） 运转时应定时检查泵的响声、振动、滴露等情况，观察
泵出口压力表的读数，以及轴承是否过热等。
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2-1-2其他类型泵
一、往复泵
1、往复泵的结构
及工作原理
往复泵是一种 容积式
泵,它依靠作往复运
动的活塞依次开启吸
入阀和排出阀从而吸
入和排出液体。
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泵的主要部件有 泵缸, 活塞, 活塞杆, 吸入单向阀和排出
单向阀 。 活塞经传动和机械在外力作用下在泵缸内作往复
运动 。 活塞与单向阀之间的空隙称为 工作室 。
工作原理：
当活塞自左向右移动时, 工作室的容积增大, 形成低压,
贮池内的液体经吸入阀被吸入泵缸内, 排出阀受排出管内
液体压力作用而关闭 。 当活塞移到右端时, 工作室的容积
最大 。
活塞由右向左移动时, 泵缸内液体受挤压, 压强增大, 使
吸入阀关闭而推开排出阀将液体排出, 活塞移到左端时,
排液完毕, 完成了一个工作循环, 此后开始另一个循环 。
2009-12-1
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活塞从左端点到右端点的距离叫 行程或冲程。
活塞在往复一次中，只吸入和排出液体各一次的泵，称为
单动泵。
由于单动泵的吸入阀和排出阀均装在活塞的一侧，吸液时
不能排液，因此 排液不是连续的 。
为了改善单动泵流量的不均匀性，多采用 双动泵 或 三联泵
往复泵的工作原理与离心泵不同,具有以下特点,
1） 往复泵的流量只与泵本身的几何形状和活塞的往复次数
有关, 而与泵的压头无关 。 无论在什么压头下工作, 只要
往复一次, 泵就排出一定的液体 。
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其理论流量：
对单动泵 rT A S nQ ?
对双动泵 rT SnaAQ )2( ??
2） 往复泵的压头与泵的几何尺寸无关,只要泵的机械强度
及原动机的功率允许，输送系统要求多高的压头，往复泵就
能提供多大的压头。
3） 往复泵的吸上真空度也随泵安装地区的大气压强, 输送
液体的性质和温度而变, 所以往复泵的吸上高度也有一定的
限制 。 但往复泵的低压是靠工作室的扩张来造成的, 所以在
开动之前, 泵内无须充满液体, 往复泵有自吸作用 。
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4）往复泵不能简单地用排出管路阀门来调节流量，一般采
用 回路调节 。
往复泵适用于小流量, 高压强的场合, 输送高粘度液体
时的效果也比离心泵好, 但不能输送腐浊性液体和固体粒
子的悬浮液 。
二、计量泵
计量泵就是往复泵的一种 。 通过偏心轮把电机的旋转运动
变成柱塞的往复运动 。 偏心轮的偏心距离可以调整, 使柱
塞的冲程随之改变 。 这样就达到控制和调节流量的目的
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三、旋转泵
旋转泵靠泵内一个或多个转子的旋转来吸入或排出液体，
又称 转子泵
1、齿轮泵
泵壳内有两个齿轮。一个用电机带动旋转，另一个被啮
合着向相反方向旋转，吸入腔内两轮的齿互相拨开，形成
低压而吸入液体，被吸入的液体被齿嵌住，随齿轮转动而
达到排出腔,排出腔内两轮的齿互相合拢，形成高压而排
出液体。
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齿轮泵可以产生 较高的压头，但流量较小,用于输送粘稠
的液体，但不能输送含颗粒的悬浮液。
2、螺杆泵
螺杆泵分为单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵、五螺杆泵等
图（ a） 为单螺杆泵，螺杆在具有内罗纹的泵壳中偏心转
动，将液体沿轴向推进，最终沿排出口排出。 （ b） 为双螺
杆泵，工作原理与齿轮泵十分相似，利用两根相互啮合的螺
杆来输送液体。
螺杆泵的压头高, 效率高, 无噪音, 适用于高粘度液体的
输送 。
往复泵, 旋转泵均属于正位移泵 。
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3、旋涡泵
旋涡泵是一种特殊类型的离心泵,它是由叶轮和泵体组
成。叶轮是一个圆盘，四周由凹槽构成的叶片成辐射状排列
。叶轮在泵壳内转动，其间有引水道，吸入管接头和排出管
接头之间为间壁，间壁与叶轮只有很小的缝隙，用来分隔吸
腔和排出腔。泵内液体在随叶轮旋转的同时，又在引水道与
各叶片间作漩涡形运动。因而，被叶片拍击多次，获得较多
的能量。液体在叶片与引水道之间的反复迂回是靠离心力的
作用。因此,旋涡泵在开动前也要灌满液体 。旋涡泵适用于
要求 输送量小，压头高而粘度不大的液体 。
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第 二章
流体输送机械
第 一 节
液体输送机械
2-1-1 离心泵
?离心泵的操作原理、构造与类型
?离心泵的基本方程式
?离心泵的主要性能参数与特性曲
线
?离心泵性能的改变
?离心泵的气蚀现象与允许吸上高
度
?离心泵的工作点与流量调节
2-1-2 其他类型的泵
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流体输送机械, 向流体作功以提高流体机械能的装置 。
? 输送液体的机械通称为 泵；
例如,离心泵,往复泵、旋转泵和漩涡泵 。
? 输送气体的机械按不同的工况分别称为,
通风机、鼓风机、压缩机和真空泵 。
本章的目的：
结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的 操作原
理、基本构造与性能,合理地 选择其类型、决定规格、计
算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等
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2-1-1离心泵
一．离心泵的操作原理、构造与类型
1,操作原理
? 由若干个弯曲的叶
片组成的 叶轮 置于
具有蜗壳通道的 泵
壳 之内。
? 叶轮 紧固于 泵轴 上
泵轴与 电机 相连，
可由电机带动旋转。
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? 吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装
一止逆阀。
? 泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀。
离心泵的工作过程,
? 开泵前,先在泵内 灌满要输送的液体 。
? 开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在
此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周,压力增高,并 以
很高的速度（ 15-25 m/s） 流入泵壳 。
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? 在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大, 液体的 流速减慢, 使
大部分动能转化为压力能 。 最后液体 以较高的静压强从排
出口流入排出管道 。
? 泵内的液体被抛出后, 叶轮的中心形成了真空, 在液面压
强 （ 大气压 ） 与泵内压力 （ 负压 ） 的压差作用下, 液体便
经吸入管路进入泵内, 填补了被排除液体的位置 。
离心泵之所以能输送液体, 主要是 依靠高速旋转叶轮
所产生的离心力, 因此称为 离心泵 。
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气 缚
离心泵 启动 时，如果 泵壳内存在空气,由于空气的密度远
小于液体的密度，叶轮旋转所产生的 离心力很小,叶轮中心
处产生的低压 不足以造成吸上液体所需要的真空度,这样，
离心泵就无法工作，这种现象称作, 气缚, 。
为了使启动前泵内充满液体, 在吸入管道底部装一 止
逆阀 。 此外, 在离心泵的出口管路上也装一 调节阀, 用于
开停车和调节流量 。
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2、基本部件和构造
1）叶轮
a)叶轮的作用
将电动机的机械能传给液体,使液体的动能有所提高。
b)叶轮的分类
根据结构
闭式叶轮
开式叶轮
半闭式叶轮
叶片的内侧带有 前后盖板, 适于输送干
净流体, 效率较高 。
没有前后盖板,适合输送含有固体颗粒
的液体悬浮物。
只有 后盖板,可用于输送浆料或含固体
悬浮物的液体，效率较低。
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按吸液方式
单吸式叶轮
双吸式叶轮
液体只能从叶轮一侧被吸入，结
构简单。
相当于两个没有盖板的单吸式叶
轮背靠背并在了一起,可以从两
侧吸入液体,具有较大的吸液能
力，而且可以较好的消除轴向推
力。
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2）泵壳
A,泵壳的作用
? 汇集液体，作导出液体的通道；
? 使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。
B,导叶轮
为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之
间有时还装有一个 固定不动的带有叶片的圆盘,称为 导
叶轮。 导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲
方向 相反,其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相
适应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向,使能
量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。
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3）轴封装置
A 轴封的作用
为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界
空气漏入泵壳内。
B 轴封的分类
轴封装置
填料密封,
机械 密封,
主要由填料函壳、软填料和填料压盖组
成，普通离心泵采用这种密封。
主要由装在泵轴上随之转动的 动环 和固
定于泵壳上的 静环 组成，两个环形端面
由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，
起到密封作用。
端面密封
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3、离心泵的分类
1）按照轴上叶轮数目的多少
单级泵
多级泵
轴上只有 一个叶轮 的离心泵，适用于出口压力
不太大的情况；
轴上 不止一个叶轮 的离心泵,可以达到较高的
压头。离心泵的 级数就是指轴上的叶轮数,我国
生产的多级离心泵一般为 2~9级 。
2）按叶轮上吸入口的数目
单吸泵
双吸泵
叶轮上只有 一个吸入口,适用于输送量不大的情况。
叶轮上有 两个吸入口,适用于输送量很大的情况。
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3）按离心泵的不同用途
水泵 输送 清水和物性与水相近、无腐蚀性且杂质很
少的液体 的泵,（ B型 ）
耐腐蚀泵 接触液体的部件（叶轮、泵体）用 耐腐蚀材料 制
成。要求：结构简单、零件容易更换、维修方便
、密封可靠、用于耐腐蚀泵的材料有：铸铁、高
硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等。（ F型 ）
油泵 输送 石油产品 的泵,要求密封完善。（ Y 型 ）
杂质泵 输送 含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液 等的泵
，又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等 。要求不易
堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、
叶片数目少。
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二、离心泵的基本方程式
1、离心泵基本方程式的导出
假设如下理想情况,
1） 泵叶轮的 叶片数目为无限多个, 也就是说叶片的厚度
为无限薄, 液体质点沿叶片弯曲表面流动, 不发生任
何环流现象 。
2） 输送的是 理想液体, 流动中 无流动阻力 。
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在高速旋转的叶轮当中，液
体质点的运动包括：
? 液体随叶轮旋转 ；
? 经叶轮流道向外流动。
液体与叶轮一起旋转的速度 u1或 u2方向与所处圆周的切线方
向一致，大小为：
60
2 1
1
nru ??
60
2 2
2
nru ??
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液体沿叶片表面运动的速度 ω 1,ω 2,方向为液体质点所
处叶片的切线方向，大小与液体的流量、流道的形状等有关
cp HHH ??? g
CC
g
PP
2
2
1
2
212 ????
?
单位重量液体由点 1到点 2获得的机械能为,
单位重量理想液体, 通过无数叶片的旋转, 获得的能量
称作 理论压头, 用 H∞ 表示 。
两个速度的 合成速度 就是液体质点在点 1或点 2处 相对于
静止的壳体的速度, 称为 绝对速度, 用 c1,c2来表示 。
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HC,液体经叶轮后 动能的增加
HP,液体经叶轮后 静压能的增加；
静压能增加项 HP主要由于两方面的因素促成：
1） 液体在叶轮内接受离心力所作的外功, 单位质量液体所
接受的外功可以表示为,
2)(2
2
1
2
22
1
2
2
2
22
1
2
1
uurrdrrF d r r
r
r
r
??????? ??
2） 叶轮中相邻的两叶片构成自中心向外沿逐渐扩大的液体
流道，液体通过时 部分动能转化为静压能,这部分静
压能的增加可表示为：
2
2
2
2
1 ?? ?
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单位重量流体经叶轮后的静压能增加为,
gg
uuH
P 22
2
2
2
1
2
1
2
2 ?? ????
222
2
1
2
2
2
2
2
1
2
1
2
2
g
cc
gg
uuH ???????
?
??（ a）
根据余弦定理，上述速度之间的关系可表示为：
111212121 c o s2 ?? ucuc ???
222222222 c o s2 ?? ucuc ???
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代入（ a） 式，并整理可得到：
gcucuH /)c o sc o s( 111222 ?? ??? (b)
一般离心泵的设计中，为提高理论压头，使 α 1=90°,即
cosα 1=0
gcuH /c o s 222 ??? ?
——离心泵的基本方程式
—— 离心泵理论压头的表达式
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理论压头与理论流量 QT关系
流量可表示为叶轮出口处的径向速度与出口截面积的乘积
?? s in2 222 cbrQ T ?
从点 2处的速度三角形可以得出
222222 s inc o s ??? c t gcuc ???
代入 H=u2c2cosα 2/g
)s in( 22222 ?? c t gcugu ?? )2(1
22
222
2 br
c t gQuu
g
T
?
???
2
2
2
2 2)(
1 ?
?
?? c t g
gb
Qr
g
T??
?H
——离心泵基本方程式
表示离心泵的 理论压头与理论流量，叶轮的转速和直径、叶
轮的几何形状 间的关系。
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对于某个离心泵 （ 即其 β 2,γ 2,b2固定 ）, 当转速 ω 一定
时, 理论压头与理论流量之间呈线形关系, 可表示为：
TBQAH ???
2、离心泵基本方程式的讨论
1）离心泵的理论压头与叶轮的转速和直径的关系
当叶片几何尺寸（ b2,β 2） 与理论流量一定时，离心泵的 理
论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大。
2）离心泵的理论压头与叶片几何形状的关系
根据叶片出口端倾角 β 2的大小,叶片形状可分为三种,
2009-12-1
a） 后弯叶片 (β 2<90,b), ctgβ 2>0 。 泵的 理论压头随流量 Q
的增大而减小
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b） 径向叶片 （ β 2=90。, 图 a）,ctgβ 2=0 。 泵的理论压头不
随流量 QT而变化。
c） 前弯叶片 (β 2>90。, 图 c),ctgβ 2<0 。 泵的理论压头
随理论流量 QT的增大而增大。
前弯叶片产生的理论压
头最高，这类叶片是最
佳形式的叶片吗？
NO
2009-12-1
?H
静压头的增加,g2g2 uu
2
2
2
1
2
1
2
2 ?????
动压头的增加,g2 cc
2
1
2
2 ?
前弯叶片，动能的提高大于静压能的提高。
由于液体的流速过大，在动能转化为静压能的实际过程
中，会有大量机械能损失，使泵的效率降低。
一般都 采用后弯叶片
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3、实际压头
离心泵的实际压头与理论压头有 较大的差异, 原因在于
流体在通过泵的过程中 存在着压头损失,它主要包括：
1） 叶片间的环流
2） 流体的 阻力损失
3） 冲击损失
理论压头, 实际压头及各种压头损失与流量的关系为
2009-12-1
2009-12-1
三．离心泵的主要性能参数与特性曲线
1、离心泵的性能参数
1）离心泵的流量
指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一
般用 Q表示，单位为 m3/h。 又称为泵的送液能力 。
2）离心泵的压头
泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以 H表示，
单位为 m。 又称为泵的 扬程 。
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离心泵的压头取决于：
? 泵的结构 （叶轮的直径、叶片的弯曲情况等）
? 转速 n
? 流量 Q，
如何确定转速一定时，
泵的 压头 与 流量 之间
的关系呢？
实验测定
2009-12-1
H的计算可根据 b,c两截面间的柏努利方程：
bcf
ccbb h
g
u
g
PZH
g
u
g
P )(
22
22
??????
??
bcf
bcbc h
g
uu
g
PPZH )(
2
22
???????
?
gPPZH bc ?/)( ????
离心泵的压头又称扬程。必须注意,扬程并不等于升举
高度△ Z,升举高度只是扬程的一部分 。
2009-12-1
3）离心泵的效率
离心泵输送液体时，通过电机的叶轮将电机的能量传给
液体。在这个过程中，不可避免的会有能量损失，也就是说
泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得，通常用 效率 η
来反映能量损失 。这些能量损失包括：
?容积损失
?水力损失
?机械损失
泵的效率反应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。
与泵的 大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质 有关
2009-12-1
4）轴功率及有效功率
轴功率,电机输入离心泵的功率,用 N表示，单位为 J/S,W或 kW
有效功率,排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用 Ne表示
轴功率和有效功率之间的关系为, ?/
eNN ?
有效功率可表达为
gQHN e ??
轴功率可直接利用效率计算
?? /gQHN ?
2009-12-1
2、离心泵的特性曲线
离心泵的 H,η, N都与离心泵的 Q有关，它们之间的
关系由 确定离心泵压头的实验 来测定，实验测出的一组关
系曲线：
H～ Q, η ～ Q, N～ Q
—— 离心泵的特性曲线
注意：特性曲线随转速而变 。
各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状
基本相似，具有共同的特点
2009-12-1
2009-12-1
1） H～ Q曲线,表示泵的压头与流量的关系, 离心泵的 压
头普遍是随流量的增大而下降 （ 流量很小时可能有例外 ）
2） N～ Q曲线,表示泵的轴功率与流量的关系, 离心泵的轴
功率随流量的增加而上升, 流量为零时轴功率最小 。
离心泵启动时, 应关闭出口阀, 使启动电流最小, 以保
护电机 。
3） η ～ Q曲线,表示泵的效率与流量的关系, 随着流量的
增大, 泵的效率将上升并达到一个最大值, 以后流量再增
大, 效率便下降 。
2009-12-1
离心泵在一定转速下有一最高效率点。 离心泵在与最
高效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。
与最高效率点所对应的 Q,H,N值称为最佳工况参数 。
离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的
状态参数。
注意,在选用离心泵时, 应使离心泵在该点附近工作 。
一般要求操作时的效率应不低于最高效率的 92%。
2009-12-1
四、离心泵性能的改变
1,液体性质的影响
1）液体密度的影响
?? s in2 222 cbrQ T ?离心泵的流量 与液体密度无关。
离心泵的压头 gcuH /c o s 222 ??? 与液体的密度无关
H～ Q曲线不因输送的液体的密度不同而变 。
泵的效率 η 不随输送液体的密度而变。
?? /gQHN ??
离心泵的轴功率与输送液体密度有关 。
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2）粘度的影响
当输送的液体 粘度大于常温清水的粘度 时，
?泵的 压头减小
?泵的 流量减小
?泵的 效率下降
?泵的 轴功率增大
?泵的特性曲线发生改变,选泵时应根据原特性曲线进行修正
当液体的运动粘度小于 20cst（ 厘池 ） 时, 如汽油, 柴油, 煤
油等粘度的影响可不进行修正 。
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2、转速对离心泵特性的影响
当液体的粘度不大且泵的效率不变时，泵的流量、压头、
轴功率与转速的近似关系可表示为：
n
n
Q
Q '' ? 2)'('
n
n
H
H ? 3)'('
n
n
N
N ?
——比例定律
3、叶轮直径的影响
1）属于同一系列而尺寸不同的泵，叶轮几何形状完全相
似,b2/D2保持不变，当泵的效率不变时，
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2）某一尺寸的叶轮外周经过切削而使 D2变小,b2/D2变大
若切削使直径 D2减小的幅度在 20%以内，效率可视为不
变，并且切削前、后叶轮出口的截面积也可认为大致
相等,此时有,
2
2 ''
D
D
Q
Q ? 2
2
2 )'('
D
D
H
H ? 3
2
2 )'('
D
D
N
N ?
---------切割定律
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五、离心泵的气蚀现象与允许吸上高度
1、气蚀现象
气蚀产生的条件
叶片入口附近 K
处的压强 PK等于
或小于输送温度
下液体的饱和蒸
气压
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气蚀 产生的后果：
? 气蚀发生时产生噪音和震动，叶轮局部在巨大冲击的反
复作用下，表面出现斑痕及裂纹，甚至呈海棉状逐渐脱落
? 液体流量明显下降，同时压头、效率也大幅度降低，严
重时会输不出液体。
2、离心泵的允许吸上高度
离心泵的允许吸上高度又称为允许安装高度, 指泵的吸
入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离, 以 Hg
表示 。
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贮槽液面 0-0’ 与入口处 1-
1’ 两截面间列柏努利方
程
10
2
110
2 ???
??
fHg
u
g
PPHg
?
若贮槽上方与大气相通，则
P0即为大气压强 Pa
10
2
11
2 ???
??
f
a H
g
u
g
PPHg
?
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2、离心泵的允许吸上真空度
g/pP'H 1aS ???
注意, HS’ 单位是压强的单位，通常以 m液柱 来表示。在水
泵的性能表里一般把它的单位写成 m（ 实际上应为 mH2O）。
——离心泵的允许吸上真空度 定义式
将 gpPH aS ?/' 1?? 代入
10
2
11
2 ???
??
f
a H
g
u
g
PPHg
? 得
10
2
1
2
' ???? fS H
g
uHHg
—— 允许吸上高度的计算式
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HS’值越大,表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能好,安
装高度 Hg越高。
HS’与泵的 结构、流量、被输送液体的物理性质及当地大气
压 等因素有关。
通常由泵的制造工厂
试验测定，实验在大
气压为 10mH2O（ 9.81Pa）
下,以 20℃ 清水为介质
进行的。
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?HS’随 Q增大而减小
?确定离心泵安装高度时应使用泵 最大流量下的 HS’进行计
算
若输送其它液体，且操作条件与上述实验条件不符时，需
对 HS’进行校正。
?
100024.0
1081.9)10(' 3 ??
?
??
? ?
?????
v
aSS
PHHH
3、气蚀余量
为防止气蚀现象发生，在离心泵入口处液柱的静压头
g
p
?
1
与动压头
g
u
2
2
1 之和必需大于液体在操作温度下的饱和蒸汽压头
g
pv
?
的一个最小值。
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g
p
g
u
g
ph v
?? ???? 2
2
11 ——气蚀余量定义式
△ h 与 Hg 的关系
当叶轮入口附近 (k-k’ )最小压强等于液体的饱和蒸汽压 pv 时，
泵入口处压强 (1-1’ )必等于某确定的最小值 p1。
在 1-1’ 和 k-k’间列柏努利方程：
kf
kv H
g
u
g
p
g
u
g
p
????? 1
22
11
22 ??
kf
k H
g
uh
???? 1
2
2
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当流量一定且流体流动为阻力平方区时, 气蚀余量仅与泵
的结构和尺寸 有关, 是泵抗气蚀性能参数 。
将
g
p
g
u
g
ph v
?? ???? 2
2
11 代入
kfg Hg
u
g
ppH
???
??
1
2
110
2?
10
0
?????? f
v
g Hhg
p
g
pH
??
—— 允许吸上高度的计算式
离心泵的气蚀余量 h? 值也是由生产泵的工厂通过实验测定的
?△ h随 Q增大而增大
?计算允许安装高度时应取高流量下的 △ h值 。
图
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泵性能表上所列的 △ h值也
是按输送 20℃ 的清水测定
的, 当输送其它液体时应
乘以校正系数予以校正,
但因一般校正系数小于 1，
故把它作为外加的安全系
数, 不再校正 。
4、离心泵的实际安装高度
离心泵的实际安装高度应小于允许安装高度，一般比允许
值 小 0.5～ 1m。 mHH gg )1~5.0(??实
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注意：
1） 离心泵的允许吸上真空度和允许气蚀余量值是与其流量
有关的, 大流量下 △ h较大而 HS’较小, 因此, 必须注意 使用
最大额定流量值 进行计算 。
2） 离心泵安装时, 应注意 选用较大的吸入管路, 减少吸入
管路的弯头, 阀门等管件, 以减少吸入管路的阻力 。
3） 当液体输送温度较高或液体沸点较低时, 可能出现 允许
安装高度为负值 的情况, 此时, 应 将离心泵安装于贮槽液面
以下, 使液体利用位差自流入泵内 。
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六,离心泵的工作点与流量调节
1,管路特性曲线与泵的工作点
1）管路特性曲线
管路特性曲线 流体通过某特定管路时 所需的压头与液体
流量 的关系曲线。
在截面 1-1′与 2-2′ 间列柏
努利方程式, 并以 1-1′截面为
基准水平面, 则液体流过管路
所需的压头为：
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fe Hg
u
g
pzH ???????
2
2
?
Kgpz ???? ?
式中：
02
2
?? gu
上式简化为
fe HKH ??
)
2
1()
4
)(( 2
2
0 g
d
Q
d
llH
c
e
f ???? ??
???而
B
gdd
ll
c
e ?????
420
1)(
?
???令
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2BQKH e ??
——管路的特性 方程
2）离心泵的工作点
离心泵的特性曲线与管
路的特性曲线的交点 M，
就是离心泵在管路中的 工
作点。
在特定管路中输送液体时，管路所需的压头随所输送液体流
量 Q的平方而变
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M点所对应的流量 Qe和压头 He表示离心泵在该特定管路中
实际输送的流量和提供的压头 。
2,离心泵的流量调节
1） 改变出口阀开度
——改变管路特性曲线
? 阀门关小时：
管路局部阻力加大，管
路特性曲线变陡，工作点
由原来的 M点移到 M1点，
流量由 QM降到 QM1；
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?当阀门开大时：
管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，工作点
由 M移到 M2流量加大到 QM2。
优点,调节迅速方便，流量可连续变化；
缺点,流量阻力加大，要多消耗动力，不经济。
2）改变泵的转速 ——改变泵的特性曲线
若把泵的转速提高到 n1,则 H~Q线上移，工作点由 M移至
M1, 流量由 QM 加大到 QM1；
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? 若把泵的转速降至 n2：
则 H~Q线下移，工作点
移至 M2,流量减小到 QM2
优点,流量随转速下降而减
小，动力消耗也相应降低；
缺点,需要变速装置或价格昂贵的变速电动机，难以做到流
量连续调节，化工生产中很少采用 。
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3、离心泵的并联和串联
1）串联组合泵的特性曲线
两台相同型号的 离心泵串联 组合，在同样的流量下，其提
供的 压头是单台泵的两倍 。
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2）并联组合泵的特性曲线
两台相同型号的 离心泵并联,若其各自有相同的吸入管
路，则在相同的压头下，并联泵的 流量为单泵的两倍 。
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3）离心泵组合方式的选择
?对于低阻输送管路 a,并联
组合泵流量的增大幅度大于
串联组合泵；
?对于高阻输送管路 b,串联
组合泵的流量增大幅度大于
并联组合泵 。
低阻输送管路 ----并联优于串联；
高阻输送管路 ----串联优于并联 。
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七、离心泵的选用、安装与操作
1、离心泵的选择
1）确定输送系统的流量和压头,一般情况下液体的输送
量是生产任务所规定的，如果流量在一定范围内波动，选
泵时按 最大流量 考虑，然后，根据输送系统管路的安排，
用柏努利方程计算出在最大流量下管路所需压头 。
2） 选择泵的类型与型号,首先根据被输送液体的性质和
操作条件确定泵的类型，按已确定的流量和压头从泵样本
或产品目录中选出适合的型号。
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若是没有一个型号的 H,Q与所要求的刚好相符，则在邻近
型号中 选用 H和 Q都稍大的一个 ；若有几个型号的 H和 Q都能
满足要求，那么除了考虑那一个型号的 H和 Q外，还 应考虑
效率 η 在此条件下是否比较大。
3)核算轴功率,若输送液体的密度大于水的密度时，按
?? /gQHN ? 来计算泵的轴功率。
2、离心泵的安装和使用
1）泵的安装高度
为了保证不发生气蚀现象或泵吸不上液体, 泵的实际安装
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高度必须低于理论上计算的最大安装高度,同时，应尽量 降
低吸入管路的阻力 。
2）启动前先, 灌泵,
这主要是为了防止, 气傅, 现象的发生, 在泵启动前, 向泵
内灌注液体直至泵壳顶部排气嘴处在打开状态下有液体冒出
时为止 。
3） 离心泵应在出口阀门关闭时启动
为了不致启动时电流过大而烧坏电机, 泵启动时要将出口阀
完全关闭, 等电机运转正常后, 再逐渐打开出口阀, 并调节
到所需的流量 。
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4）关泵的步骤
关泵时, 一定要先关闭泵的出口阀, 再停电机 。 否则, 压出
管中的高压液体可能反冲入泵内, 造成叶轮高速反转, 使叶
轮被损坏 。
5） 运转时应定时检查泵的响声、振动、滴露等情况，观察
泵出口压力表的读数，以及轴承是否过热等。
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2-1-2其他类型泵
一、往复泵
1、往复泵的结构
及工作原理
往复泵是一种 容积式
泵,它依靠作往复运
动的活塞依次开启吸
入阀和排出阀从而吸
入和排出液体。
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泵的主要部件有 泵缸, 活塞, 活塞杆, 吸入单向阀和排出
单向阀 。 活塞经传动和机械在外力作用下在泵缸内作往复
运动 。 活塞与单向阀之间的空隙称为 工作室 。
工作原理：
当活塞自左向右移动时, 工作室的容积增大, 形成低压,
贮池内的液体经吸入阀被吸入泵缸内, 排出阀受排出管内
液体压力作用而关闭 。 当活塞移到右端时, 工作室的容积
最大 。
活塞由右向左移动时, 泵缸内液体受挤压, 压强增大, 使
吸入阀关闭而推开排出阀将液体排出, 活塞移到左端时,
排液完毕, 完成了一个工作循环, 此后开始另一个循环 。
2009-12-1
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活塞从左端点到右端点的距离叫 行程或冲程。
活塞在往复一次中，只吸入和排出液体各一次的泵，称为
单动泵。
由于单动泵的吸入阀和排出阀均装在活塞的一侧，吸液时
不能排液，因此 排液不是连续的 。
为了改善单动泵流量的不均匀性，多采用 双动泵 或 三联泵
往复泵的工作原理与离心泵不同,具有以下特点,
1） 往复泵的流量只与泵本身的几何形状和活塞的往复次数
有关, 而与泵的压头无关 。 无论在什么压头下工作, 只要
往复一次, 泵就排出一定的液体 。
2009-12-1
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其理论流量：
对单动泵 rT A S nQ ?
对双动泵 rT SnaAQ )2( ??
2） 往复泵的压头与泵的几何尺寸无关,只要泵的机械强度
及原动机的功率允许，输送系统要求多高的压头，往复泵就
能提供多大的压头。
3） 往复泵的吸上真空度也随泵安装地区的大气压强, 输送
液体的性质和温度而变, 所以往复泵的吸上高度也有一定的
限制 。 但往复泵的低压是靠工作室的扩张来造成的, 所以在
开动之前, 泵内无须充满液体, 往复泵有自吸作用 。
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4）往复泵不能简单地用排出管路阀门来调节流量，一般采
用 回路调节 。
往复泵适用于小流量, 高压强的场合, 输送高粘度液体
时的效果也比离心泵好, 但不能输送腐浊性液体和固体粒
子的悬浮液 。
二、计量泵
计量泵就是往复泵的一种 。 通过偏心轮把电机的旋转运动
变成柱塞的往复运动 。 偏心轮的偏心距离可以调整, 使柱
塞的冲程随之改变 。 这样就达到控制和调节流量的目的
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三、旋转泵
旋转泵靠泵内一个或多个转子的旋转来吸入或排出液体，
又称 转子泵
1、齿轮泵
泵壳内有两个齿轮。一个用电机带动旋转，另一个被啮
合着向相反方向旋转，吸入腔内两轮的齿互相拨开，形成
低压而吸入液体，被吸入的液体被齿嵌住，随齿轮转动而
达到排出腔,排出腔内两轮的齿互相合拢，形成高压而排
出液体。
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齿轮泵可以产生 较高的压头，但流量较小,用于输送粘稠
的液体，但不能输送含颗粒的悬浮液。
2、螺杆泵
螺杆泵分为单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵、五螺杆泵等
图（ a） 为单螺杆泵，螺杆在具有内罗纹的泵壳中偏心转
动，将液体沿轴向推进，最终沿排出口排出。 （ b） 为双螺
杆泵，工作原理与齿轮泵十分相似，利用两根相互啮合的螺
杆来输送液体。
螺杆泵的压头高, 效率高, 无噪音, 适用于高粘度液体的
输送 。
往复泵, 旋转泵均属于正位移泵 。
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3、旋涡泵
旋涡泵是一种特殊类型的离心泵,它是由叶轮和泵体组
成。叶轮是一个圆盘，四周由凹槽构成的叶片成辐射状排列
。叶轮在泵壳内转动，其间有引水道，吸入管接头和排出管
接头之间为间壁，间壁与叶轮只有很小的缝隙，用来分隔吸
腔和排出腔。泵内液体在随叶轮旋转的同时，又在引水道与
各叶片间作漩涡形运动。因而，被叶片拍击多次，获得较多
的能量。液体在叶片与引水道之间的反复迂回是靠离心力的
作用。因此,旋涡泵在开动前也要灌满液体 。旋涡泵适用于
要求 输送量小，压头高而粘度不大的液体 。
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