离心泵的主要性能参数和特性曲线1.离心泵的主要性能参数

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离心泵性能参数
一、离心泵的主要性能参数：
1.流量： 离心泵的流量是指泵在单位时间内所排出的液体量。

体积流量一般用Q 表示，其单位m 3/h.
2.扬程：单位重量的液体，从离心泵进口到泵出口的能量增值称为离心泵的扬程或压头一般用符号H 表示，单位为N ﹒m/N, 3转速：离心泵的转速是指泵叶轮每分钟的转数，用符号n 表示，单位为 r/min. 4.功率和效率：离心泵功率是指轴功率，即原动机传给泵叶轮轴的功率，用符号N 表示，单位kW 。

离心泵每分钟对排出液体所做功称为离心泵有效功率。

离心泵效率是泵有效功率与轴功率之比值。

二、离心泵的性能曲线：水泵的特性曲线与管道系统的阻力特性曲线相交点，称为水泵工作点。

离心泵的特性曲线有：（1）流量与扬程的关系曲线，即0一H 曲线；（2）流量与功率的关系曲线，即0一N 曲线；（3）流量与泵效率关系曲线，即0一η曲线。

三、阀门流量调节：阀门调节时，泵装置工况点的改变情况。

图中工况点A 点表示阀门全开时，该装置的极限工况点。

随着控制阀门的逐渐关小，管路局部阻力增加，即S 值增大，管路系统特性曲线变陡，水泵装置的工况点逐步向左移至B 点、C 点等，出水量减少。

当阀门全关时，相当于S 无限大，流量Q=0，此时，管路系统特性曲线与纵坐标重合。

所以，通过改变控制阀门的开启度，就可以使得水泵的工况点从空载工况点到极限工况点连续变化，达到控制流量的目的。

流体流动阻力及离心泵特性曲线测定一．实验目的：1.通过实验学习直管阻力、直管摩擦系数的测定方法，理解并掌握流体流经直管时摩擦系数与雷诺数Re的关系。

2.学习局部阻力、局部阻力系数ζ的测定方法。

3.通过实验理解离心泵的工作原理和操作方法，加深对离心泵性能的了解。

4.掌握管路特性曲线的测量方法。

二．实验原理：1.流体流动阻力流体在管路中流动时，由于内摩擦力和涡流的存在，不可避免的引起能量的损失。

其损失主要有直管阻力损失和局部阻力损失。

（1）直管阻力损失流体在水平等径直管中稳定流动时，其阻力损失为：h f= ΔP f/ρ=(p1-p2)/ρ=λ(L/d)(u2/2) (3-1)λ=2dΔP f/ρLu2 (3-2)式中 h f——单位质量流体流经Lm直管的机械损失，J/kg;流体流经Lm直管的压降，Pa；λ——直管阻力摩擦系数，量纲为1；d——直管内径，m；ρ——流体密度，kg/m3L——直管长度，m；u——流体在管内流动的平均流速，m/s。

层流时，λ=64/Re (3-3)Re=duρ/μ (3-4)式中 Re——雷诺数，量纲为1；μ——流体黏度，Pa*s。

湍流时λ既随雷诺数Re变化，又随相对粗糙度（ε/d）变化，情况比较复杂，需由实验确定。

由式（3-2）可知，欲测定λ，需确定L、d、ρ、μ,并测定ΔP f、u等参数。

L、d为装置参数（表格中给出)，ρ、μ通过测定流体温度，再查相关手册而得，u可通过测定流体流量，再由流量方程计算得到。

采用U形管液柱压差计得：ΔP f=（ρ0-ρ）gR (3-5) 式中 R——柱液高度，m；ρ0——指示液密度，kg/m3根据实验装置结构参数L、d，指示液密度ρ0，流体温度t（用于查取流体物性ρ、μ）及实验时测定的流量Vs、液柱压差计得读数R，再通过（3-5）确定ΔP f、式（3-2)确定Re,用式（3-2）求取λ，再将Re和λ的关系绘制在对数坐标图上，从而揭示出不同流动形态的λ——Re关系。

图2-1 离心泵活页轮2-2 离心泵离心泵结构简单,操作容易,流量均匀,调节控制方便,且能适用于多种特殊性质物料,因此离心泵是化工厂中最常用的液体输送机械;近年来,离心泵正向着大型化、高转速的方向发展;2.2.1 离心泵的主要部件和工作原理一、离心泵的主要部件1．叶轮叶轮是离心泵的关键部件,它是由若干弯曲的叶片组成;叶轮的作用是将原动机的机械能直接传给液体,提高液体的动能和静压能;根据叶轮上叶片的几何形式,可将叶片分为后弯、径向和前弯叶片三种,由于后弯叶片可获得较多的静压能,所以被广泛采用;叶轮按其机械结构可分为闭式、半闭式和开式即敞式三种,如图2-1所示;在叶片的两侧带有前后盖板的叶轮称为闭式叶轮c 图；在吸入口侧无盖板的叶轮称为半闭式叶轮b 图；在叶片两侧无前后盖板,仅由叶片和轮毂组成的叶轮称为开式叶轮a 图;由于闭式叶轮宜用于输送清洁的液体,泵的效率较高,一般离心泵多采用闭式叶轮;叶轮可按吸液方式不同,分为单吸式和双吸式两种;单吸式叶轮结构简单,双吸式从叶轮两侧对称地吸入液体见教材图2－3;双吸式叶轮不仅具有较大的吸液能力,而且可以基本上消除轴向推力;2．泵壳泵体的外壳多制成蜗壳形,它包围叶轮,在叶轮四周展开成一个截面积逐渐扩大的蜗壳形通道见图2－2;泵壳的作用有：①汇集液体,即从叶轮外周甩出的液体,再沿泵壳中通道流过,排出泵体；②转能装置,因壳内叶轮旋转方向与蜗壳流道逐渐扩大的方向一致,减少了流动能量损失,并且可以使部分动能转变为静压能;若为了减小液体进入泵壳时的碰撞,则在叶轮与泵壳之间还可安装一个固定不动的导轮见教材图2-4中3;由于导轮上叶片间形成若干逐渐转向的流道,不仅可以使部分动能转变为静压能,而且还可以减小流动能量损失;注意：离心泵结构上采用了具有后弯叶片的叶轮,蜗壳形的泵壳及导轮,均有利于动能转换为静压能及可以减少流动的能量损失;3．轴封装置离心泵工作时是泵轴旋转而泵壳不动,泵轴与泵壳之间的密封称为轴封;轴封的作用是防止高压液体从泵壳内沿间隙漏出,或外界空气漏入泵内;轴封装置保证离心泵正常、高效运转,常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种;二、离心泵的工作原理装置简图如附图;1．排液过程离心泵一般由电动机驱动;它在启动前需先向泵壳内灌满被输送的液体称为灌泵,启动后,泵轴带动叶轮及叶片间的液体高速旋转,在惯性离心力的作用下,液体从叶轮中心被抛向外周,提高了动能和静压能;进而泵壳后,由于流道逐渐扩大,液体的流速减小,使部分动能转换为静压能,最终以较高的压强从排出口进入排出管路;2．吸液过程当泵内液体从叶轮中心被抛向外周时,叶轮中心形成了低压区;由于贮槽液面上方的压强大于泵吸入口处的压强,在该压强差的作用下,液体便经吸入管路被连续地吸入泵内;3．气缚现象当启动离心泵时,若泵内未能灌满液体而存在大量气体,则由于空气的密度远小于液体的密度,叶轮旋转产生的惯性离心力很小,因而叶轮中心处不能形成吸入液体所需的真空度,这种虽启动离心泵,但不能输送液体的现象称为气缚;因此,离心泵是一种没有自吸能力的液体输送机械;若泵的吸入口位于贮槽液面的上方,在吸入管路应安装单向底阀和滤网;单向底阀可防止启动前灌入的液体从泵内漏出,滤网可阻挡液体中的固体杂质被吸入而堵塞泵壳和管路;若泵的位置低于槽内液面,则启动时就无需灌泵;2.2.2 离心泵的主要性能参数和特性曲线一、离心泵的主要性能参数离心泵的性能参数是用以描述一台离心泵的一组物理量1． 叶轮转速n ：1000～3000rpm ；2900rpm 最常见;2． 流量Q ：以体积流量来表示的泵的输液能力,与叶轮结构、尺寸和转速有关;泵总是安装在管路中,故流量还与管路特性有关;3． 压头扬程H ：泵向单位重量流体提供的机械能;与流量、叶轮结构、尺寸和转速有关;扬程并不代表升举高度;一般实际压头由实验测定;4． 功率：1有效功率e N ：指液体从叶轮获得的能量——g HQ N e ρ=；此处Q 的单位为m 3/s2轴功率N ：指泵轴所需的功率;当泵直接由电机驱动时,它就是电机传给泵轴的功率;5． 效率η：由于以下三方面的原因,由电机传给泵的能量不可能100%地传给液体,因此离心泵都有一个效率的问题,它反映了泵对外加能量的利用程度：N N e /=η①容积损失；②水力损失；③机械损失;二、离心泵的特性曲线从前面的讨论可以看出,对一台特定的离心泵,在转速固定的情况下,其压头、轴功率和效率都与其流量有一一对应的关系,其中以压头与流量之间的关系最为重要;这些关系的图形称为离心泵的特性曲线;由于它们之间的关系难以用理论公式表达,目前一般都通过实验来测定;包括H ～Q 曲线、N ～Q 曲线和η～Q曲线;图2-3 某种型号离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线一般由离心泵的生产厂家提供,标绘于泵的样本或产品说明书中,其测定条件一般是20℃清水,转速也固定;典型的离心泵性能曲线如图2-3所示;1．讨论1 从H ～Q 特性曲线中可以看出,随着流量的增加,泵的压头是下降的,即流量越大,泵向单位重量流体提供的机械能越小;但是,这一规律对流量很小的情况可能不适用;2 轴功率随着流量的增加而上升,流量为零时轴功率最小,所以大流量输送一定对应着大的配套电机;另外,这一规律还提示我们,离心泵应在关闭出口阀的情况下启动,这样可以使电机的启动电流最小,以保护电机;3 泵的效率先随着流量的增加而上升,达到一最大值后便下降;但流量为零时,效率也为零;根据生产任务选泵时,应使泵在最高效率点附近工作,其范围内的效率一般不低于最高效率点的92%;4 离心泵的铭牌上标有一组性能参数,它们都是与最高效率点对应的性能参数,称为最佳工况参数;三、离心泵特性的影响因素1．液体的性质：1 液体的密度：离心泵的压头和流量均与液体的密度无关,有效功率和轴功率随密度的增加而增加,这是因为离心力及其所做的功与密度成正比,但效率又与密度无关;2 液体的粘度：若粘度大于常温下清水的粘度,则泵的流量、压头、效率都下降,但轴功率上升;所以,当被输送流体的粘度有较大变化时,泵的特性曲线也要发生变化;2．转速离心泵的转速发生变化时,其流量、压头、轴功率和效率都要发生变化,泵的特性曲线也将发生变化;若离心泵的转速变化不大小于20％,则可以假设：①转速改变前后液体离开叶轮处的出口速度三角形相似；②转速改变前后离心泵的效率不变;从而可导出以下关系：1212n n Q Q =, 21212⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=n n H H , 31212⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=n n N N 比例定律 2-23．叶轮外径当泵的转速一定时,压头、流量与叶轮的外径有关;对于某同一型号的离心泵,若对其叶轮的外径进行“切割”,而其他尺寸不变,在叶轮外径的减小变化不超过5％时,离心泵的性能可进行近似换算;此时可以假设：1 叶轮外径变化前后,叶轮出口速度三角形相似；2 叶轮外径变化前后,离心泵的效率不变；3叶轮外径变化前后,叶轮出口截面积基本不变;从而可以导出以下关系：22''D D Q Q =, 22'2'⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=D D H H , 322''⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=D D N N 切割定律 2-3 与比例定律同样,要注意公式使用的条件;例2-1：以20o C 的水为介质,在泵的转速为2900r/min 时,测定某台离心泵性能时,某次实验的数据如下：流量12m 3/h,泵出口处压强表的读数为,泵入口处真空表读数为,轴功率为;若压强表和真空表两测压口间垂直距离为,且泵的吸入管路和排出管路直径相同;测定装置如附图;求：这次实验中泵的压头和效率;解：1泵的压头以真空表和压强表所在的截面为41－1'和2－2',列出以单位重量为衡算基准的伯努利方程,即其中,2121,4.0u u m z z ==-,p 1=×104Pa 表压, p 2=×105Pa 表压因测压口之间距离较短,流动阻力可忽略,即H f1-2≈0；故泵的压头为：H ＝m 87.4081.91000107.2107.34.045=⨯⨯+⨯+2泵的效率581.010003.2360081.910001287.40=⨯⨯⨯⨯⨯==N g HQ ρη,即％;分析说明：在本实验中,若改变出口阀的开度,测出不同流量下的若干组有关数据,可按上述方法计算出相应的H 及η值,并将H-Q 、N-Q 、η-Q 关系标绘在坐标纸上,即可得到该泵在n ＝2900r/min 下的特性曲线;2.2.3 离心泵的工作点和流量调节一、管路特性曲线前面介绍的离心泵特性曲线,表示一定转速下泵的压头、功率、效率与流量的关系;在特定管路中运行的离心泵,其实际工作的压头和流量不仅取决于离心泵本身的特性,而且还与管路特性有关;即在泵送液体的过程中,泵和管路是互相联系和制约的;因此在讨论泵的工作情况前,应先了解管路特性;管路特性曲线表示液体通过特定管路系统时,所需的压头与流量的关系;如图所示的送液系统,若液体贮槽与受液槽的液面均维持恒定,输送管路的直径均一,在图2-4中1－1'和2-2'间列伯努利方程式,则可求得液体流过管路系统所需的压头即要求离心泵提供的压头,即：f e Hg p z H +∆+∆=ρ 2-4 该管路输送系统的压头损失可表示为：因 24d Q u e π=故 2-5式中 Q e －管路中液体流量,m 3/s ；d －管路直径,m ；L －管路长度,m ；λ－摩擦系数,无因次;式中L e 和ζ分别表示局部阻力的当量长度和阻力系数;对特定的管路系统,上式中等式右边各物理量中,除了λ和Q e 外,其它各物理量为定值;且)(e Q f =λ, 则)('e f Q f H = 2-6将上式代入,可得：)('e e Q f g p z H +∆+∆=ρ,即为管路特性方程; 2-7对特定的管路,且在一定条件下操作,则z 和g pρ∆均为定值,并令：K g p z =∆+∆ρ 2-8 若液体在管路中的流动已进入阻力平方区,则此时λ与Q e 无关,并令：B dd L L ge =∑+∑+⋅))(8(452ζλπ 2-9则可得特定管路的特性方程：2e e BQ K H += 2-10它表示在特定管路中输送液体时,在管内流动处于高度湍流状态下,管路所需的压头H e 随液体流量Q e 的平方而变;将此关系方程标绘在相应的坐标图上,即可得到H e -Q e 曲线;这条曲线称为管路特性曲线;此线的形状由管路布置和操作条件来确定,与离心泵性能无关;二、离心泵的工作点将泵的H ～Q 曲线与管路的e H ～Q e 曲线绘在同一坐标系中,两曲线的交点称为泵的工作点M;如图2-4所示;图2-4 管路特性曲线和泵的工作点1．说明 1 泵的工作点由泵的特性和管路的特性共同决定,可通过联立求解泵的特性方程和管路的特性方程得到；2 安装在管路中的泵,其输液量即为管路的流量；在该流量下泵提供的扬程也就是管路所需要的外加压头;因此,泵的工作点对应的泵压头和流量既是泵提供的,也是管路需要的；3 工作点对应的各性能参数N H Q ,,,η反映了一台泵的实际工作状态;三、离心泵的流量调节由于生产任务的变化,管路需要的流量有时是需要改变的,这实际上就是要改变泵的工作点;由于泵的工作点由管路特性和泵的特性共同决定,因此改变泵的特性和管路特性均能改变工作点,从而达到调节流量的目的;1．改变出口阀的开度——改变管路特性出口阀开度与管路局部阻力当量长度有关,后者与管路的特性有关;所以改变出口阀的开度实际上是改变管路的特性;图2-5 改变阀门开度时工作点变化关小出口阀,e l ∑增大,曲线变陡,工作点由M 变为M 1,流量下降,泵所提供的压头上升；相反,开大出口阀开度,e l ∑减小,曲线变缓,工作点由M 变为M 2,流量上升,泵所提供的压头下降;如图2-5所示;采用阀门调节流量快速简便,且流量可连续变化,适合化工连续生产的要求,因此应用很广泛;其缺点是当关小阀门时,管路阻力增加,消耗部分额外的能量,实际上是人为增加管路阻力来适应泵的特性;且在调节幅度较大时,往往使离心泵不在高效区下工作,不是很经济;2．改变叶轮转速——改变泵的特性如图2-6所示,12n n n <<,转速增加,流量和压头均能增加;这种调节流量的方法合理、经济,但曾被认为是操作不方便,并且不能实现连续调节;但随着的现代工业技术的发展,无级变速设备在工业中的应用克服了上述缺点;是该种调节方法能够使泵在高效区工作,这对大型泵的节能尤为重要;图2-6 改变泵转速时工作点变化3．车削叶轮直径这种调节方法实施起来不方便,且调节范围也不大;叶轮直径减小不当还可能降低泵的效率,因此生产上很少采用;在生产中单台离心泵不能满足输送任务要求时,可采用离心泵并联或串联操作;例2-2 确定泵是否满足输送要求;将浓度为95%的硝酸自常压贮槽输送至常压设备中去,要求输送量为36m 3/h,液体的升扬高度为7m;输送管路由内径为80mm 的钢化玻璃管构成,总长为160m 包括所有局部阻力的当量长度;输送条件下管路特性曲线方程为：206058.07e e Q H +=Q e 单位为L/s;现采用某种型号的耐酸泵,其性能列于下表中;问：（1） 1 该泵是否合用（2） 2 实际的输送量、压头、效率及功率消耗各为多少QL/s0 3 6 9 12 15 Hm19 12 % 0 17 30 42 46 44 已知：酸液在输送温度下粘度为10-3Pas ；密度为1545kg/m 3;摩擦系数可取为; 解：1对于本题,管路所需要压头通过在贮槽液面1-1’和常压设备液面2-2’之间列柏努利方程求得：式中0)(0,7,0212121≈=====u ，u p p m z z 表压 管内流速：s m d Qu /99.1080.0*785.0*360036422===π 管路压头损失：m g u d l l H e f 06.681.9*299.108.0160015.0222=⨯=∑+=λ管路所需要的压头：()mH z z H f e 06.1306.6712=+=+-= 以L/s 计的管路所需流量：s L Q /1036001000*36== 由附表可以看出,该泵在流量为12 L/s 时所提供的压头即达到了,当流量为管路所需要的10 L/s,它所提供的压头将会更高于管路所需要的;因此我们说该泵对于该输送任务是可用的;另一个值得关注的问题是该泵是否在高效区工作;由附表可以看出,该泵的最高效率为46%；流量为10 L/s 时该泵的效率大约为43%,为最高效率的％,因此我们说该泵是在高效区工作的;2实际的输送量、功率消耗和效率取决于泵的工作点,而工作点由管路特性和泵的特性共同决定;题给管路的特性曲线方程为：206058.07Qe H e += 其中流量单位为L/s据此可以计算出各流量下管路所需要的压头,如下表所示：QL/s0 3 6 9 12 15 Hm 7可以作出管路的特性曲线和泵的特性曲线,如图所示;两曲线的交点为工作点,其对应的压头为；流量为s ；效率；轴功率可计算如下：分析说明：1判断一台泵是否合用,关键是要计算出与要求的输送量对应的管路所需压头,然后将此输送量与压头和泵能提供的流量与压头进行比较,即可得出结论;另一个判断依据是泵是否在高效区工作,即实际效率不低于最高效率的92%2泵的实际工作状况由管路的特性和泵的特性共同决定,此即工作点的概念;它所对应的流量如本题的s 不一定是原本所需要的如本题的10L/s;此时,还需要调整管路的特性以适用其原始需求;思考题：1、是不是所有情况下离心泵启动前都要灌泵2、离心泵结构中有哪些是转能部件3、离心泵铭牌标牌上标出的性能参数是指该泵的最大值吗4、离心泵的扬程和升扬高度有什么不同2.2.4 离心泵的气蚀现象与安装高度离心泵在管路系统中安装高度是否合适,将直接影响离心泵的性能、运行及使用寿命,因此在管路计算中应正确确定泵的安装高度;一、离心泵的气蚀现象由离心泵工作原理可知,在离心泵叶轮中心附近形成低压,这一压强的高低与泵的吸上高度密切相关;1．泵的吸上高度是指贮槽液面与离心泵吸入口之间的垂直距离;当贮槽上方压强一定时,若泵吸入口的压强越低,则吸上高度就越高,但是泵吸入口的低压是有限制的;当在泵的流通一般在叶轮入口附近中液体的静压强等于或低于该液体在工作温度下的饱和蒸汽压pV时,液体将部分气化,产生气泡;含气泡的液体进入高压区后,气泡就急剧凝结或破裂;因气泡的消失而产生了局部真空,周围的液体就以极高的速度流向原气泡中心,瞬间产生了极大的局部冲击压力,造成对叶轮和泵壳的冲击,使材料受到破坏;2．气蚀现象：通常把泵内气泡的形成和破裂而使叶轮材料受到损坏的过程,称为气蚀现象;离心泵在汽蚀状态下工作：1泵体振动并发出噪音；2压头、流量效率大幅度下降,严重时不能输送液体；3时间长久,在水锤冲击和液体中微量溶解氧对金属化学腐蚀的双重作用下,叶片表面出现斑痕和裂缝,甚至呈海绵状逐渐脱落;离心泵在正常运行时,必须避免发生气蚀现象;为此,叶轮入口附近处液体的绝对压强必须高于该液体在工作温度下的饱和蒸汽压;这就要求离心泵有适宜的安装高度;通常由离心泵的抗气蚀性能又称吸上性能来确定其安装高度;二、离心泵的抗气蚀性能一般采用两种指标来表示离心泵的抗气蚀性能又称吸上性能1．离心泵的允许吸上真空度允许吸上真空度是指为避免发生气蚀现象,离心泵入口处可允许达到的最高真空度即最低的绝对压强;其值通过实验测定;由于实验中不易测出叶轮入口附近处的最低压强的位置,因此以测定泵入口处的压强代替;如图所示,假设大气压强为pa ,泵的入口处的液体静压强为p1,则允许吸上真空度的定义为：g p p s H a ρ1'-=2-11式中 s H '－离心泵的允许吸上真空度,m 液柱；p a －当地大气压,若贮槽为密封槽,则应为槽内液面上方的压强,Pa ；p 1－泵入口处的静压强,Pa ；ρ－液体的密度,Kg/m 3;图2-7 离心泵的吸液示意图注意：离心泵的允许吸上真空度s H '值越大,表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能越好;s H '值大小与泵的结构、流量、被输送液体的性质及当地大气压等因素有关,通常由泵的制造工厂实验测定;实验值列在泵的样本或说明书的性能表上;应注意,该实验是在大气压为10mHgH 2O ×104Pa 下,以20o C 清水为介质进行的;因此若输送其它液体,或操作条件与上述的实验条件不同时,应按下式进行换算：ρ1000)]24.01081.9()10(['3⋅-⨯--+=v a s s p H H H 2-12式中 s H '－操作条件下,输送液体时允许吸上真空度,m 液柱；s H －实验条件下,输送清水时的允许吸上真空度,m 水柱；H a －当地大气压,mH 2O ；p v －操作温度下液体的饱和蒸气压,Pa ；ρ－操作温度下液体的密度,Kg/m 3；10－实验条件下的大气压强,mH 2O ；－实验条件下水的饱和蒸气压,mH 2O ；1000－实验条件下水的密度,Kg/m 3不同海拔高度的大气压强见教材表2－1应予指出,由允许吸上真空度定义可知,它不仅具有压强的意义,此时单位为m 液柱,又具有静压头的概念,因此一般泵性能表中把它的单位写成m,两者数值上是相等的;允许吸上真空度也是泵的性能之一,一些离心泵的特性曲线图中也画出H s －Q 曲线;应注意在确定离心泵安装高度时应按泵最大流量下的H s 值来进行计算;2．离心泵的气蚀余量为防止气蚀现象的发生,在离心泵的入口处液体的静压头和动压头之和必须大于操作温度下的液体饱和蒸汽压头某一数值,此数值即定义为离心泵的气蚀余量Δh,其定义为 h g p g u g p v ∆+=+ρρ2211 或g u g p p h v 2211+-=∆ρ m 2-13 式中： p v －在操作温度下液体的饱和蒸气压,Pa;目前在国产泵样本的性能表中,离心油泵中的气蚀余量用符号Δh 表示,离心水泵的气蚀余量用NPSH 表示,本节中为简化均用Δh 表示;而允许吸上真空度即将被停止使用; 而临界汽蚀余量K f K v c H g u g u g p p h -+=+-=∆1,221min 122ρ m 2-14当流量一定且流体流动进入阻力平方区时,气蚀余量Δh 仅与泵的结构及尺寸有关,它是泵的抗气蚀性能参数;离心泵的Δh c 由泵制造厂实验测定,其值随流量增大而增大;为确保离心泵的正常操作,将所测得的临界汽蚀余量Δh c 加上一定的安全量后,称为必需气蚀余量Δh r ,并且列入泵产品样本性能表中;离心水泵用NPSHr 表示,离心油泵用Δh r 表示;在一些离心泵的特性曲线图上,也绘出Δh r －Q 曲线;也应注意在确定离心泵安装高度时应取可能出现的最大流量为计算依据;三、离心泵的允许安装高度由离心泵的吸液示意图2-7,列出伯努力方程式,可求得离心泵的允许安装高度H g ： 10,2112----=f a g H g u g p p H ρ m 2-15若已知离心泵的必需气蚀余量Δh r ,则有：10,--∆--=f r v a g H h g p p H ρ 2-16若已知离心泵的允许吸上真空度,则有：10,212'---=f s g H g u H H 2-17四、讨论1．从前面的讨论中容易使人获得这样一种认识,即汽蚀是由于安装高度太高引起的,事实上汽蚀现象的产生可以有以下三方面的原因：①离心泵的安装高度太高；②被输送流体的温度太高,液体蒸气压过高；③吸入管路的阻力或压头损失太高;允许安装高度这一物理量正是综合了以上三个因素对汽蚀的贡献;由此,我们又可以有这样一个推论：一个原先操作正常的泵也可能由于操作条件的变化而产生汽蚀,如被输送物料的温度升高,或吸入管线部分堵塞;2．有时,计算出的允许安装高度为负值,这说明该泵应该安装在液体贮槽液面以下;3．允许安装高度H g 的大小与泵的流量有关;由其计算公式可以看出,流量越大,计算出的H g 越小;因此用可能使用的最大流量来计算H g 是最保险的;4．安装泵时,为保险计,实际安装高度比允许安装高度还要小至1米;如考虑到操作中被输送液体的温度可能会升高；或由于贮槽液面降低而引起的实际安装高度的升高;5．当液体的操作温度较高或其沸点较低时,应注意尽量减小吸入管路的压头损失如可以选用较大的吸入管径,减少管件和阀门,缩短管长等；或将离心泵安装在贮槽液面以下,使液体利用位差自动流入泵体内;2.2.5 离心泵的选用、安装与操作一、 离心泵的类型：1．清水泵：适用于输送清水或物性与水相近、无腐蚀性且杂质较少的液体;结构简单,操作容易;IS 型、B 型、D 型、sh 型2．耐腐蚀泵：用于输送具有腐蚀性的液体,接触液体的部件用耐腐蚀的材料制成,要求密封可靠;F 型3．油泵：输送石油产品的泵,要求有良好的密封性和冷却系统;Y 型4．杂质泵：输送含固体颗粒的液体、稠厚的浆液,叶轮流道宽,叶片数少;P 型单吸泵；双吸泵；单级泵；多级泵；二、离心泵的选用1．根据被输送液体的性质和操作条件确定泵的类型;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1查性能表或特性曲线,要求流量和压头与管路所需相适应;2若生产中流量有变动,以最大流量为准来查找,压头也应以最大流量对应值查找;3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;4若几个型号都满足,应选一个在操作条件下效率最高的5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;泵的类型和型号选出后,应列出该泵的性能参数;4．核算泵的轴功率;若输送液体的密度大于水的密度时,则要核算泵的轴功率,重新配置电动机;三、离心泵的安装与操作1．安装：1 安装高度不能太高,应小于允许安装高度;2 尽量设法减小吸入管路的阻力,以减少发生汽蚀的可能性;主要考虑：吸入管路应短而直；吸入管路的直径可以稍大；吸入管路减少不必要的管件和阀门,调节阀应装于出口管路;2．操作：1 启动前应灌泵,并排气;2 应在出口阀关闭的情况下启动泵,使启动功率最小,以保护电动机;3 停泵前先关闭出口阀,以免损坏叶轮;4 泵运转中应定时检查、维修等,特别要经常检查轴封的泄漏情况和发热与否；经常检查轴承是否过热,注意润滑;例2-3：用IS80－65－125型离心泵从常压贮槽中将温度为50o C的清水输送到他。

离心泵参数离心泵是一种常用的动力机械设备，广泛应用于工业生产和民用领域。

离心泵的性能参数对于其选择和运行至关重要。

本文将介绍离心泵的常见参数及其相关概念。

流量（Q）流量是离心泵的一个重要性能参数，表示单位时间内通过泵的液体体积。

常用的单位有立方米/小时（m³/h）、升/秒（L/s）等。

流量的大小取决于泵的转速和叶轮的几何尺寸。

在选择离心泵时，需根据具体需求确定所需的流量。

扬程（H）扬程是离心泵的另一个关键参数，表示液体从泵的入口到出口之间的高度差。

扬程决定了泵的功率、压力和效率。

通常用米（m）作为单位。

较大的扬程需要更多的能量来克服摩擦和阻力，因此所需的功率较大。

在实际应用中，需根据管道系统的高度差来确定所需的扬程。

泵效（η）泵效是衡量离心泵性能的一个重要指标，表示泵的输出功率与输入功率之间的比值。

泵效通常以百分比的形式表示，较高的泵效意味着更高的能量转换效率。

泵效的大小受到泵的设计和工作状态的影响。

一般而言，泵的泵效越高，其能耗越低，运行成本也就越低。

进口直径（D1）和出口直径（D2）进口直径和出口直径是离心泵另外两个重要的参数。

进口直径是指泵的进口处的直径，也被称为吸入直径。

出口直径是指泵的出口处的直径。

进口直径和出口直径对于泵的流量和扬程有着直接影响。

通常情况下，远离泵的出口处的流量和压力都会增大，因此出口直径一般要比进口直径大。

转速（N）转速是指离心泵叶轮旋转的速度，单位为每分钟（rpm）。

转速的大小决定了泵的流量和扬程。

通常情况下，较高的转速意味着较大的流量和扬程，但也伴随着更大的功率消耗。

功率（P）功率是离心泵输入和输出之间的能量转换。

输入功率是指供给泵的电能或其他形式的能源，输出功率是指泵传递给液体的能量。

功率通常以千瓦（kW）为单位，表示泵所需的能量大小。

液体温度和粘度液体温度和粘度是离心泵设计和运行时需要考虑的两个重要因素。

温度的变化和液体的粘度都会影响泵的性能和运行条件。

离心泵的工作原理及主要部件性能参数离心泵——生产中应用最为广泛，着重介绍。

§ 2.1.1 离心泵 （Centrifugal Pumps ） 一． 离心泵的工作原理及主要部件 1．工作原理如左图所示，离心泵体内的叶轮固定在泵轴上，叶轮上有若干弯曲的叶片，泵轴在外力带动下旋转，叶轮同时旋转，泵壳中央的吸入口与吸入管相连接，侧旁的排出口和排出管路9相连接。

启动前，须灌液，即向壳体内灌满被输送的液体。

启动电机后，泵轴带动叶轮一起旋转，充满叶片之间的液体也随着旋转，在惯性离心力的作用下液体从叶轮中心被抛向外缘的过程中便获得了能量，使叶轮外缘的液体静压强提高，同时也增大了流速，一般可达15～25m/s 。

液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐加宽，液体的流速逐渐降低，又将一部分动能转变为静压能，使泵出口处液体的压强进一步提高。

液体以较高的压强，从泵的排出口进入排出管路，输送至所需的场所。

当泵内液体从叶轮中心被抛向外缘时，在中心处形成了低压区，由于贮槽内液面上方的压强大于泵吸入口处的压强，在此压差的作用下，液体便经吸入管路连续地被吸入泵内，以补充被排出的液体，只要叶轮不停的转动，液体便不断的被吸入和排出。

泵离心泵旋转泵漩涡泵 往复泵由此可见，离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮，液体在离心力的作用下获得了能量以提高压强。

气缚现象：不灌液，则泵体内存有空气，由于ρ空气<<ρ液，所以产生的离心力很小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，达不到输液目的。

通常在吸入管路的进口处装有一单向底阀，以截留灌入泵体内的液体。

另外，在单向阀下面装有滤网，其作用是拦阻液体中的固体物质被吸入而堵塞管道和泵壳。

启动与停泵：灌液完毕后，此时应关闭出口阀后启动泵，这时所需的泵的轴功率最小，启动电流较小，以保护电机。

启动后渐渐开启出口阀。

停泵前，要先关闭出口阀后再停机，这样可避免排出管内的水柱倒冲泵壳内叶轮，叶片，以延长泵的使用寿命。

不同转速下离心泵特性曲线离心泵是一种常用的流体机械设备，广泛应用于水处理、供水、农业灌溉等领域。

离心泵通过旋转叶轮产生离心力，将液体从进口处吸入并通过排出口推出。

离心泵具有流量大、扬程高、效率高等特点，因此被广泛应用于各种工业和民用领域。

研究《不同转速下离心泵特性曲线》的重要性和目的在于了解离心泵在不同转速下的性能表现，进一步优化离心泵的设计和运行。

特性曲线反映了离心泵的性能，通过研究不同转速下的特性曲线，我们可以了解到离心泵的流量、扬程和效率等参数的变化规律，从而选择合适的转速和工况来提高离心泵的性能。

本文将通过实验和数据分析，研究不同转速下的离心泵特性曲线，探讨转速对离心泵性能的影响，为离心泵的设计和运行提供理论依据和参考。

希望本研究能够为离心泵的应用和性能优化提供有益的参考。

离心泵特性曲线是描述离心泵性能的一种图形表示。

它表现了不同转速下泵的流量、扬程、功率消耗等参数之间的关系。

离心泵特性曲线是通过实验测得，将离心泵的流量和扬程进行图形化呈现。

特性曲线通常是通过在不同转速下进行测试，记录流量和扬程的变化，并将其绘制成曲线。

特性曲线可以帮助我们了解离心泵的性能，包括其流量范围、扬程范围、效率以及功率消耗等。

离心泵的特性曲线对于泵的性能分析和设计非常重要。

通过分析特性曲线，我们可以了解离心泵在不同工况下的工作状态、效率和功耗。

在泵的设计过程中，特性曲线可以帮助工程师选择合适的泵型号和参数，以满足特定的流量和扬程要求。

此外，特性曲线还可以帮助用户评估离心泵在不同工况下的性能表现，并进行性能比较和选择。

特性曲线一般包括以下几个重要参数：流量：表示离心泵每秒钟能够输送的液体体积。

扬程：表示液体从入口到出口之间的高度差。

功率消耗：表示泵在输送液体的过程中需要消耗的功率。

通过对特性曲线的分析，我们可以了解离心泵在不同工况下的性能表现，从而合理选择和使用离心泵，提高其工作效率和性能。

为了研究不同转速下离心泵的特性曲线，首先需要确定转速范围。

离心泵的几个重要参数
离心泵的主要性能参数包括转速、流・、扬程、功率和效率等。

(1)转速：即离心泵叶轮的转速，以r/min表示。

(2)流量：有泵的流量(即有效流量)和理论流量之分，大多采用容积流量Q,单位为m3/s、m3/min、m3∕h或1∕s o有时也用质量流量G表示，单位为kg/s、kg∕min.和t∕h o
(3)扬程：泵的扬程H—单位重量液体流过泵后的总能量的增值。

或者作功元件对泵排出的单位重量液体所作的有效功(单位为m—液柱卜
(4)功率：有有效功率Neff、内功率Ni和轴功率N之分。

有效功率Neff是单位时间内泵排出口流出的液体从泵中取得的能量。

内功率Ni(或水力功率)为单位时间内作功单元所给出的能量。

轴功率N是指单位时间内由原动机传递到泵主轴上的功。

泵在工作时，难免有运动件之间的机械摩擦损失，另外还有轮阻损失。

统称为机械损失功率Nmec。

轴功率就等于内功率和机械损失功率之和。

即：
N=Ni+NmecKW
(5)效率：泵效率(总效率)r］位衡量泵工作是否经济的指标，定义为：η=Neff/N,既有效功率与轴功率的比值
除了以上所述，离心泵还有一个重要性能参数就是泵的允许吸上真空度(Hs)或允许汽蚀余量〔NPSH〕,单位均以米液柱表示。

泵主要性能‎的基本参数‎有以下几个‎：一、流量Q流量是泵在‎单位时间内‎输送出去的‎液体量（体积或质量‎）。

体积流量用‎Q表示，单位是：m3/s，m3/h，l/s等。

质量流量用‎Q m表示，单位是：t/h，kg/s等。

质量流量和‎体积流量的‎关系为：Qm=ρQ 式中ρ——液体的密度‎（k g/m3，t/m3），常温清水ρ‎=1000k‎g/m3。

二、扬程H扬程是泵所‎抽送的单位‎重量液体从‎泵进口处（泵进口法兰‎）到泵出口处‎（泵出口法兰‎）能量的增值‎。

也就是一牛‎顿液体通过‎泵获得的有‎效能量。

其单位是N‎·m/N=m，即泵抽送液‎体的液柱高‎度，习惯简称为‎米。

三、转速n转速是泵轴‎单位时间的‎转数，用符号n表‎示，单位是r/min。

四、汽蚀余量N‎P SH汽蚀余量又‎叫净正吸头‎，是表示汽蚀‎性能的主要‎参数。

汽蚀余量国‎内曾用Δh‎表示泵在工作时‎液体在叶轮‎的进口处因‎一定真空压‎力下会产生‎汽体，汽化的气泡‎在液体质点‎的撞击运动‎下，对叶轮等金‎属表面产生‎剥蚀，从而破坏叶‎轮等金属，此时真空压‎力叫汽化压‎力，汽蚀余量是‎指在泵吸入‎口处单位重‎量液体所具‎有的超过汽‎化压力的富‎余能量。

单位用米标‎注，用（NPSH）r。

吸程即为必‎需汽蚀余量‎Δh：即泵允许吸‎液体的真空‎度，亦即泵允许‎的安装高度‎，单位用米。

吸程=标准大气压‎（10.33米）-汽蚀余量-安全量（0.5米）标准大气压‎能压管路真‎空高度10‎.33米。

例如：某泵必需汽‎蚀余量为4‎.0米，求吸程Δh‎解：Δh=10.33-4.0-0.5=5.83米五、功率和效率‎泵的功率通‎常是指输入‎功率，即原动机传‎支泵轴上的‎功率，故又称为轴‎功率，用P表示；泵的有效功‎率又称输出‎功率，用Pe表示‎。

它是单位时‎间内从泵中‎输送出去的‎液体在泵中‎获得的有效‎能量。

因为扬程是‎指泵输出的‎单位重液体‎从泵中所获‎得的有效能‎量，所以，扬程和质量‎流量及重力‎加速度的乘‎积，就是单位时‎间内从泵中‎输出的液体‎所获得的有‎效能量——即泵的有效‎功率：Pe=ρgQH(W)=γQH(W)式中ρ——泵输送液体‎的密度（kg/m3）；γ——泵输送液体‎的重度（N/m3）；Q——泵的流量（m3/s）；H——泵的扬程（m）；g——重力加速度‎(m/s2)。

离心泵的主要性能参数1、流量泵在单位时间内输送出去的液体量（体积或重量）。

Q-表示体积流量Q G -表示重量流量重量流量和体积流量之间的关系：Q G = γQ式中：γ为液体的重度2、扬程泵所抽送的单位重量液体从泵进口处到泵出口处能量的增加值。

即，单位重量液体通过泵获得的有效能量。

单位：牛顿米/牛顿=米扬程表示为：H=E2-E1式中：E2为泵出口处单位重量液体的能量；E1为泵进口处单位重量液体的能量。

单位重量液体的能量，在水力学中称为水头，通常由：压头（P/γ）、速度头（V2/29）和位置水头(Z)三部分组成。

即：E2= P2/γ+ V22/29+Z2E1= P1/γ+ V21/29+Z1泵的扬程和泵出口压力的区别与联系H=E2-E1=（P2/γ+ V22/29+Z2）- （P1/γ+ V21/29+Z1）=（P2- P1）/γ+ （V22- V21）/29+（Z2- Z1）当设定进口压力、进出口速度差、进出口位差均为0，即P1=0，V2=V1，Z2=Z1时，上式简化为：H= P2/γ，P2/=γH由上式可以看出，在不考虑泵的进口压力、进出口速度差及进出口位差的前提下，泵的出口压力不只取决于泵的扬程，还与液体的重度有关。

也可以通俗地解释为，同一台泵当输送不同重度介质时，出口压力是不同的。

当输送重度小的介质（如油品等），压力较低；输送重度较大的介质（如浓碱等），压力会高一些。

因此，要得到相同的出口压力，输送重度小的介质比输送重度大的介质需要较高的扬程。

3、转速泵轴每分钟旋转的次数，用n表示，单位：转/分。

4、汽蚀余量通俗的说法，汽蚀余量就是为避免泵内发生空泡现象，泵内液体的最小压力Pmin高出液体在该温度时的汽化压力Pv的值（即：Pmin-Pv）。

有效汽蚀余量（也叫装置汽蚀余量）用NPSHa表示。

NPSHa是由装置确定的，与进口液位高低（进口压力高低），进口管路的粗细、长短、局部损失（阀门、弯头、扩散管）等有关。

·1·第一节 离心泵2-1-1 离心泵的工作原理离心泵的种类很多，但工作原理相同，构造大同小异。

其主要工作部件是旋转叶轮和固定的泵壳（图2-1）。

叶轮是离心泵直接对液体做功的部件，其上有若干后弯叶片，一般为4~8片。

离心泵工作时，叶轮由电机驱动作高速旋转运动（1000~3000r/min ），迫使叶片间的液体也随之作旋转运动。

同时因离心力的作用，使液体由叶轮中心向外缘作径向运动。

液体在流经叶轮的运动过程获得能量，并以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。

在蜗壳内，由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转化为静压能，达到较高的压强，最后沿切向流入压出管道。

在液体受迫由叶轮中心流向外缘的同时，在叶轮中心处形成真空。

泵的吸入管路一端与叶轮中心处相通，另一端则浸没在输送的液体内，在液面压力（常为大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体经吸入管路进入泵内，只要叶轮的转动不停，离心泵便不断地吸入和排出液体。

由此可见离心泵主要是依靠高速旋转的叶轮所产生的离心力来输送液体，故名离心泵。

离心泵若在启动前未充满液体，则泵内存在空气，由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。

吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内，虽启动离心泵，但不能输送液体，此现象称为“气缚”。

所以离心泵启动前必须向壳体内灌满液体，在吸入管底部安装带滤网的底阀。

底阀为止逆阀，防止启动前灌入的液体从泵内漏失。

滤网防止固体物质进入泵内。

靠近泵出口处的压出管道上装有调节阀，供调节流量时使用。

2-1-2 离心泵的理论压头一、离心泵的理论压头从离心泵工作原理知液体从离心泵叶轮获得能量而提高了压强。

单位质量液体从旋转的叶轮获得多少能量以及影响获得能量的因素，可以从理论上来分析。

由于液体在叶轮内的运动比较复杂，故作如下假设：（1）叶轮内叶片的数目无限多，叶片的厚度为无限薄，液体完全沿着叶片的弯曲表面而流动。

无任何倒流现象；（2）液体为粘度等于零的理想液体，没有流动阻力。

离心泵特性曲线测定一、实验目的：1、了解离心泵的构造与特性，掌握离心泵的操作方法；2、测定并绘制离心泵在恒定转速下的特性曲线。

3、学习工业上流量、功率、转速、压力和温度等参数的测量方法，使学生了解涡轮流量计、电动调节阀以及相关仪表的原理和操作。

二、实验原理：离心泵的主要性能参数有流量Q 、压头H 、效率和轴功率N ，在一定转速下，离心泵的送液能力（流量）可以通过调节出口阀门使之从零至最大值间变化。

而且，当期流量变化时，泵的压头、功率、及效率也随之变化。

因此要正确选择和使用离心泵，就必须掌握流量变化时，其压头、功率、和效率的变化规律、即查明离心泵的特性曲线。

用实验方法测出某离心泵在一定转速下的Q 、H 、n 、N ，并做出H-Q 、n-Q 、N-Q 曲线，称为该离心泵的特性曲线。

扬程（压头）H （m ）分别取离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2截面，列柏努利方程得：f hg p p g u uh He ∑+-+-+=ρ12212202因两截面间的管长很短，通常可忽略阻力损失项Hf ，流速的平方差也很小故可忽略，则： 012H gp p H +-=ρ 式中ρ：流体密度，kg/m3 ；p1、p2：分别为泵进、出口的压强，Pa ；u1、u2：分别为泵进、出口的流速，m/s ；z1、z2：分别为真空表、压力表的安装高度，m 。

由上式可知，由真空表和压力表上的读数及两表的安装高度差，就可算出泵的扬程。

泵的有效功率Ne 与泵效率η的计算式为：Ne ＝Qhe ηg ；η＝Ne/N测定时，流量Q 可用涡轮流量计或孔板流量计来计量。

轴功率N 可用马达－天平式测功器或功率来表测量。

离心泵的性能与其转速有关。

其特性曲线是某一恒定的给定转速（一般nl ＝2900PRM ）下的性能曲线。

因此，如果实验中的转速n 与给定转速nl 有差异，应将实验结果换算成给定转速下的数值，并以此数值绘制离心泵的特性曲线。

换算公式如下：%20<∆n n 当时，211n n Q Q = 211)(n n He H e = 311)(n n N N = 1111N g H Q e ρη=三、装置与流程：水由水箱1阀2、离心泵4涡轮流量计9回水箱1四、操作步骤及注意事项：（一） 实验步骤1.实验准备（1）实验用水准备：清洗水箱，并加装实验用水；（2）离心泵排气：通过灌泵漏斗给离心泵灌水，排除泵内气体2. 实验开始（1）仪表自检情况，打开泵进口阀，关闭出口阀，试开离心泵，检查电机运转时声音是否正常，离心泵运转的方向是否正确。