蜗壳（外壳）；

叶轮：敞式 , 半蔽式 , 蔽

式

单吸式、双吸式。

附属装置：底阀、滤网、

调节阀、平衡孔 ( 平衡管 )

、排气孔、轴封。

2.2 离心泵2.2.1 离心泵的基本结构，工作原理及性能参数 (1) 离心泵的结构

主要结构：

离心泵外形：

(2) 工作原理 (a) 排出阶段 叶轮旋转 ( 产生离心力，使液体获得能量）→流体流入涡壳 ( 动能→静压能 ) → 流向输出管路。

(b) 吸入阶段 液体自叶轮中心甩向外缘 →　叶轮中心形成低压区 → 　贮槽液面与泵入口形成压差　→　液体吸入泵内。

气缚现象：泵内未充满液体，气体密度低，产生离心力小，在叶轮中心形成的低压不足以将液体吸上。

说明：离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充满液体。

离心泵结构示意图

(c) 主要部件作用

泵壳：动能→静压能，提高液体压力 , 能量转换装置。

叶轮：把原动机 ( 电机 ) 的机械能，传递给液体，提高液体的 动能和静压能。 叶轮形式：叶轮由 6 ～ 12 片叶片组成。 按叶片两侧有无盖板 : 敞式、半蔽式、蔽式。

叶轮的类型

(a)

后盖板

平衡孔

单吸式 双吸式

按吸液方式：单吸式、双吸式。

蔽式叶轮：适用于输送清洁液体

敞式和半蔽式叶轮：流道不易堵塞，适用于输送含有固体颗粒的液体悬浮液，效率低。

单吸式：结构简单，液体从叶轮一侧被吸入。

双吸式：吸液能力大，基本上消除轴向推力。

单吸式与双吸式叶轮

(3) 离心泵的性能参数

gHqqWP Vsee

%100P

Pe %100P

gHqV

hmsm /,/ 33

kWW，

小型泵效率， 50~70% ；大型泵效率， 90% 左右。

gWH e 液柱m,

③ 功率：

有效功率 Pe ：

轴功率 P ：

④ 效率 η ：

ePP

① 压头 ( 扬程 )H ：

② 流量 qV ：

2.2.2 离心泵的基本方程(1) 液体在叶轮中的运动及其简化假设

① 简化假设 （ a ）叶片数目无限多，且无限薄，严格将流体限定在叶轮流道内； （ b ）流体为理想流体，无能量损失；

② 液体质点的运动

圆周运动——液体随叶轮一起旋转，圆周速度为 u ； 切向运动——相对于叶轮的运动，相对速度 w ； 合成运动——流体相对于壳体的运动，绝对速度 c 。

β

ω

αu

cwwc

α β

cr

cu

u液体质点在叶轮内的运动情况

uwc

cos2222 cuucw

各速度之间相互关系： 如何用 β 、 cr 表示 cu ？

u

r

cu

ctg

cosccc u 的圆周分量： ctgcucc ru cos

③ 几何参数 叶片安装角 β—— 相对速度 w 与圆周速度 u 反向延长线间的夹角。 夹角 α—— 绝对速度 c 和圆周速度 u 间的夹角。

sinccc r 的径向分量：

离心泵理想压头方程的推导

c2

w2

u2

cu2

cr2

α2

β2w1

c1

u1

ω

L2

R2

R1

L1

（ 2 ）离心泵基本方程的推导

g

CC

g

PPH

2

21

2212

列叶轮进、出口截面机械能衡算式，则有：

部分为静压头增量，包括两g

PP

12

g

p

g

cH

g

p

g

c

2

221

21

22

（ a ） 离心力产生的压头 Hc

dmRdFc2

RbdRdm 2

22 RRbdRdFc

离心力：

而

所以

Rb

dFdp c

2

RdRdp 2

此离心力产生的压头变化为：

代入 dFc ，整理得：

离心力作功

2

1

2'1

'2

'2

'1

R

R

p

pRdRdppp

2

21

22

'1

'2

g

uu

g

ppH c

)(2

21

22

2

RR

Ru

2

)( 21

22'

1'2

uupp

因此，离心力所产生的压头为：

222

21

22

22

21

21

22

g

cc

g

ww

g

uuH

11121

21

21 cos2 ucucw 又

g

ucuc

g

ucucH uu 1112221122 coscos

离心泵设计中，一般使 α1=90o ，则 cosα1=0 ，故有：

g

uc

g

ucH u 22222 cos

wc

α βcr

cu

u

22222

22

22 cos2 ucucw

（ b ） 流道扩大引起的压头增高 Hp

2

22

21

g

wwH p

—— 离心泵基本方程

)(1

,22

2222 TVq

bD

ctguu

gH

TVBqkH ,基本方程式：

)(泵结构，流量fH

（ 3 ）离心泵基本方程的讨论

① 离心泵理论流量 qv,T 对理论压头 H∞ 的影响

222, rTV cbDq

22

2222 ;

bgD

ctguB

g

uk

令：

22

,2 bD

qc TV

r

222

22

ctgbD

quc VT

u

一定转速下

② 泵理论压头与叶片弯曲方向的关系

叶片形式：径向，前弯，后弯 902 无关与 TVqH ,

902 增加随 TVqH ,

902 降低随 TVqH ,

β2

α 2

u2

c2w2

α 2

u2

c2w2β

2

α 2

u2

c2w2

β2

(a) (b) (c)

叶片弯曲方向及其速度三角形

径向叶片：

后弯叶片：

前弯叶片：

2.2.3 离心泵的效率和实际压头 实际压头 < 理论压头

原因：泵内各种能量损失

说明：为获得较高的效率，常用后弯叶片。

前弯叶片：压力头小于动压头，冲击损失大。后弯叶片：压力头大于动压头，冲击损失小。

90

90

qV,T

c

b

a

β 2＞ 90

β 2 =

β2 ＜

H∞ 和 qV,T 关系曲线

H∞

　①　水力损失

摩擦损失：与流量平方成正比。 冲击损失：与安装角，导向装置有关 , 在设计状态下为零 , 在非设计状态下与流量的平方成正比。 环流损失：与叶片数目和形状等有关 ,几乎与流量无关。

水力效率 ηH

　②　容积损失 原因：高压区向低压区泄漏， 减少方法：采用蔽式叶轮等。 容积效率 :

理论流量实际流量 /V

(1) 离心泵的效率

泵内液体的泄漏

③ 　机械损失 原因：摩擦损失 机械效率 ηM

(2) 离心泵的实际压头

离心泵理论压头与实际压头qV,T ,qV

2.2.4 离心泵的特性曲线

（ 1 ）离心泵的特性曲线

说明：（ a ）由厂家提供 标准测定条件： 常压、 20℃清水为工质；（ b ）曲线与叶轮转数有关，故图中应标明转数。

离心泵典型的特性曲线

曲线曲线曲线

V

V

V

q

qP

qH

封闭启动 ( 关出口阀启动）

目的：防止电机过载，烧坏。

max%92

（ e ） η-qV 曲线

设计点：最高效率点，对应的参数值称为最佳工况参数 高效区范围：

（ c ） H-qV 曲线

选泵时常用， qV↑ ， H↓ ；

（ d ） P- qV 曲线

min0 PPqV 时，

选用离心泵，尽可能在高效区内工作。

离心泵典型的特性曲线

FI-03

FI-01

FI-02

离心泵性能曲线测定装置图

（ 2 ）离心泵性能曲线实验测定

① 测定原理

g

uu

g

ppzzH

2)(

21

2212

12

② 测定数据

数据：不同流量下的泵进、出口处压强、轴功率

PPe /P

gHqV

③ 绘制特性曲线

g

uu

g

ppzzH

2)(

21

2212

12

计算 H 、 η ：

（ 3 ）液体物性对离心泵特性曲线的影响

① 密度对泵特性曲线的影响

无关曲线：与VqH ~

无关曲线：与 Vq~

)( ePP

)(1

,22

2222 TVq

bD

ctguu

gH

P

P即：

说明：流体密度变化时，应校正 P- qV 曲线。

222, rTV cbDq

② 粘度对泵特性曲线的影响

效率，则流量相同时， ,, PH

定量计算：经验公式由实验确定。

CHCHqCq

cStv

HVqV V

，，

时，20

大流量的离心泵的粘度换算系数图

180465

330088017632

ν＝4.3×10 -6m

2/s

0.4 1.0 2 10 40

100

8060

90

70

503020

Cη

CqV

CHe0.6×qV,s

1.2×qV,s

qV,s/m3.min-1H

e（

单级

）/

m

Cη ％

CqV

％

CH

e ％

定性分析：

实验曲线：

小流量的离心泵的粘度换算系数图

120

Cη CqV

CHe

qV,s/m3.min-1

He

（单级

）/

m

Cη ％

CqV

％

CH

e

％8040201063

0.04 0.06 0.08 0.12 0.16 0.40.30.2

11090

70

50

30

10 0

2200

1320

660

330

176

884310ν＝

4.3×10-6m

2/s

（ 4 ） 叶轮直径对特性曲线的影响 切削法：同一型号的泵，可通过切削叶轮直径，而维持 其余尺寸（包括叶轮出口截面积）不变的方法来 改变泵的特性曲线的方法

)(D

D

q

q

V

V

2)(

D

D

H

H 3)(

D

D

P

P

适用：叶轮切削量小于 10%-20%

切削定律：

在叶轮直径变化不大（不超过 10~20% ），近似认为叶轮出口的速度三角形及泵的效率基本不变的前提下：

（ 5 ）叶轮转数对特性曲线的影响

同一台离心泵，转速改变，特性曲线也发生变化。

若转速改变后，叶轮出口速度三角形、泵的效率近似 保持不变，

则有：

n

n

q

q

V

V

2)(

n

n

H

H 3)(

n

n

P

P

适用：叶轮转数变化不超过 20%

比例定律：

2. 2. 5 离心泵的汽蚀现象和安装高度

(1) 离心泵的汽蚀现象

① 汽蚀现象（空蚀）

吸入管段 : 无外加机械能，

液体靠势能差，吸入离心泵。

时，发生汽蚀sK pp

至泵内压力最低点 K处，若

离心泵的汽蚀

1

1

0 0

z

② 泵汽蚀时的特征

泵体振动、噪声大；

泵流量、压头、效率都显著下降。

③ 主要危害

造成叶片损坏，离心泵不能正常操作。

④ 汽蚀发生的位置

叶轮内压力最低处 ( 叶轮内缘 , 叶片背面 K处 ) 。

⑤ 衡量泵抗汽蚀能力的参数

汽蚀余量、吸上真空高度。

汽蚀时叶轮内缘叶片背面示意图

容易发生气蚀的K处

(2) 离心泵的汽蚀余量

① 汽蚀余量

列 1-1( 泵入口 ) 及 K-K 间的机械能衡算式

：

kfkk hg

u

g

p

g

u

g

p122

2211

sk pp 刚发生汽蚀时，

skk ppfks hg

u

g

p

g

u

g

p

)2

(2 1

221min,1

即：

g

p

g

u

g

ph

g

uNPSH s

fk

k 22

211

2

1汽蚀余量：

离心泵的汽蚀

1

1

0 0

z

关于 NPSH （ Net Positive Suction Head ） * 泵抗汽蚀能力的参数 * NPSH↓，则泵抗汽蚀能力↑。 * NPSH=f( 泵结构、流体种类、流量 ) 流量↑，则 NPSH↑，泵抗汽蚀能力↓ * 由泵样本提供，工程上常用。

(a) 必须汽蚀余量 (NPSHr)

厂家提供，泵样本中给出 实验条件：常压， 200C 的清水 校正：

rrr NPSHNPSHNPSH 水，介质 ,

由图查得rNPSH 含汽蚀余量的离心泵特性曲线

H ~ qV

NPSHr ~ qV

P~ qV

η ~ qV

H

qV

ΔNPSHr

6040

20

10864

2

0.80.60.4

0.2

1

0-20 40 50 200100 1500

3.0

0.4

0.2

2.0

0.6

0.1

1.01.4

0.8

p/10

5 Pa

丙稀

异丁烷 丁烷

甲醇 水

t / ℃离心泵输送烃类、甲醇和高温水的 ΔNPSHr值

(b) 装置汽蚀余量 (NPSHa)

指：根据装置实际情况计算的汽蚀余量 列 0-0 及 K-K 间机械能衡算式：

kffks hhzg

u

g

p

g

p1102

20

g

phz

g

pNPSH s

fa 10

0

g

p

g

u

g

ph

g

uNPSH s

fk

k 22

211

2

1

比较：

离心泵的汽蚀

1

1

0 0

z

(d) 离心泵的 NPSHa 安全裕量

理论上， NPSHa > NPSHr 泵不发生汽蚀。

工程上，加一个安全裕量 S 。

(c) 汽蚀曲线

离心泵汽蚀曲线

NPSHa>NPSHr

NPSHa ~ qV

NPSHr~ qV

NPSHa = NPSHr

NPSHa<NPSHr

汽蚀区

无汽蚀区

(e) 其它汽蚀参数

* 吸上真空度 Hs

换算： * 汽蚀比转数 * 吸入比转数

(3) 离心泵的安装高度

安装高度：泵入口与吸入液面间的垂直距离。

① 最大安装高度 zmax

在 0-0 ， k-k 截面间列机械能衡算方程：

离心泵的汽蚀

1

1

0

z

sr HNPSH 10

kfkk

koo

o hg

u

g

pz

g

u

g

pz 0

22

22

rfso NPSHhg

p

g

pz

o 1max

整理得：

Szz max

② 允许安装高度

zz 允许安装高度实际安装高度

说明：为保证泵不发生汽蚀

（ 4 ）防止产生汽蚀的办法

Shg

p

g

pz

ofso 1

① 储槽上方压力 p0

： zp ，则0

zps ，则② 液体饱和蒸汽压 pS ：

③ 泵吸入管段阻力∑ hf,0-1:

方法：应尽可能减小泵吸入管段阻力

zh f ，则10,

问题： [z]能否为负值 ？ 答：可以。

例如，精馏塔裙座高 8-10m。

2.2.6 离心泵在管路中的工况（ 1 ）管路特性与泵的工作点

管路特性：流体流经管路系统时，需要的压头和流量之间的关系

。

反映管路对泵的要求。

离心泵的工作点： 泵工作时的 qV 、 H 、 P 、 η说明：泵工作点受到泵性能、管路特性制约

管路特性 -- 管路特性曲线。

泵性能 -- 离心泵特性曲线，

① 管路特性曲线方程

本质：机械能衡算方程 反映全管路系统的能量需求特性。

CAfCC

C

AA

A

hzg

pu

g

zg

pu

gH

,2

2

2

1

2

1

CAfCC

CAA

A hzg

pu

gz

g

pu

gH ,

22

2

1

2

1

fh

g

u

g

pzL

2

2

管路系统：

22

42

2

)(8

2)(

VV

f

Bqqgd

dl

g

u

d

lh

g

pzA

说明：由管路系统本身决定，与泵的特性无关。

a

b

管路特性曲线

qV

H

② 影响管路特性曲线的因素

时，： 0p 无影响对A

时，0p A则,影响 B ：

)(流量、管径管路布置fB

g

pzApz

：、

gddl

B42

)(8

影响 A ：

（高阻管路）则曲线斜率 ,B

（低阻管路）则曲线斜率 ,B

③ 　离心泵的工作点

即管路、泵特性曲线交点。

2VBqAL

2 ）作图法分别在图上作出泵的特性曲线和管路特性曲线，读出交点坐标。

2VBqkH

HL

HVLV qq ,,

离心泵工作点

H- qV 曲线 L- qV 曲线H

HM

M

d

c

P

qV,M qV

η

1 ）公式计算

（ 2 ）离心泵的流量调节

实质：对工作点的调整；

方法：改变泵或管路特性曲线。

HVLV qq ,,

离心泵工作点

H- qV 曲线 L- qV 曲线H

HM

M

d

c

P

qV,M qV

η

① 　节流调节（阀门调节） 方法：改变泵出口阀门开度

实质：改变管路特性曲线 ( 阀门上阻力损失变化 ) ，

泵特性曲线不变。

节流，多消耗在阀门上能量 :

优点：迅速方便 ,连续调节；

代价：阀门阻力损失↑；

适用：流量调节幅度不大， 须经常调节的地方。

泵出口阀：两套 (手动阀和自动阀 )

离心泵节流调节时工作点的变化

qV,M qVq‘V,M

② 调节离心泵转速或改变叶轮直径 实质：改变泵特性曲线， 管路特性不变。

适用：流量变化幅度大的场合。

)(DnqV )( 22 DnH )( 33 Dn

优点：不因调节流量而损失能量。

改变转速时工作点的变化

E

n

n'

M

M'

H- qV

H

HM

H’- qV

H’ M

qV,M

qV

q’V,M

　①　泵合成特性曲线改变 在相同压头下，流量加倍。

时，单并 HH 单并 ,, 2 VV qq

(1) 并联操作 泵型号相同，吸入管路相同， 出口阀开度相同。

② 　管路特性曲线不变

2

4 并并 VqB

kH 2

单单 VBqkH

2.2.7 离心泵的组合运转工况分析 组合方式：并联和串联。 目的：提高泵输出的流量或压头。

2VBqAL

H

qV,1 qVqV, 并

H 并

BA

c

b

d

离心泵的并联操作

水池

水封箱

U形压力计

孔板流量计

泵

煤气

填料塔

水

煤气洗涤塔

③ 并联泵的工作点 * 并联泵总流量和总压头↑； * 流量增加不到单泵的两倍； 原因：管路存在阻力损失。

单并单 ,,, 2 VVV qqq

单并 HH

④ 并联泵效率

等于单泵在 qV, 单时的工作效率。

H

qV,1 qVqV, 并

H 并

BA

c

b

d

离心泵的并联操作

① 泵的合成特性曲线改变 相同流量下，压头加倍。

时，单串 ,, VV qq 单串 HH 2

(2) 串联操作

泵型号相同，首尾相连。

2,2 串

串VBqk

H

2

,单单如果 VBqkH

② 管路合成特性曲线不变2

VBqAL

H

qV

qV, 串

H 串

B

Ac

b

d

离心泵的串联操作

c’

水池

水封箱

U形压力计

孔板流量计

泵

煤气

填料塔

水

煤气洗涤塔

③ 　串联泵的工作点

* 串联泵的总流量和总压头↑；

* 压头增加不到单泵的两倍。

,2 单串单 HHH

单串 ,, VV qq

④ 串联泵效率

等于单泵在 qV, 单时的工作效率。

H

qV

qV, 串

H 串

B

Ac

b

d

离心泵的串联操作

c’

(3) 两种组合方式的比较及选择

① 　截距 A > He 单 max

应采用串联操作原因：并联泵压头不够大。

② 串、并联都满足时，

应根据管路特性选择 对于低阻管路 (B较小 ) ， 宜采用并联操作； 对于高阻管路 (B较大 ) ， 宜采用串联操作；

离心泵组合方式的选择

H

qV

a

b

2

2’

1

1’

(4) 组合泵的流量调节 方法：同单泵； 注意：确定组合泵的工作点时， 应使用泵的合成特性曲线和管路特性曲线。

离心泵组合方式的选择

H

qV

a

b

2

2’

1

1’

2.2.8 离心泵的类型与选用 (1) 离心泵的类型 按输送液体的性质或泵结构分类，用英语或汉语拼音为系列代号。

① 　清水泵 B型：单级单吸式，系列扬程范围 8 ~ 98m ， 流量范围： 4.5~360 m3/h, 属常用型。D型：多级离心泵 ( 一般 2~9级 ) 。 系列扬程范围： 14~351m ， 流量范围： 10.8~850 m3/h ， 适用：压头高，而流量不大的场合。 S 型：双吸式离心泵

系列扬程范围： 9~140 m ； 流量范围： 120~1250 m3/h ； 适用：压头要求不高，流量较大的场合。

② 　油泵： Y型

要求密封性能好，一般具有冷却措施。 流量： 6.5~500 m3/h 压头： 60 ~ 603 m 。

③ 其它类型泵

耐腐蚀泵 (F型 ) ：密封性能好 (常用机械密封 ) ， 杂质泵 (P型 ) ：不易堵，耐磨， 叶轮：敞式或半闭式。 屏蔽泵：机泵一体，用于输送易燃、易爆液体。 液下泵 (EY型 ) ：无泄漏问题，化工常用泵。

(2) 离心泵的选用

原则： ①　确定泵的类型

依据： a ）输送流体的性质→清水泵、油泵、耐腐蚀泵等 b ）现场安装条件→卧式泵、立式泵等

c ）流量大小→单吸泵、双吸泵等 d ）扬程大小→单级泵、多级泵等② 　选择泵的具体型号

a ）由管路所需压头、流量，确定泵压头、流量。

工程观点：选择时，有一定生产裕度。

b ）抗汽蚀性能好

c ）经济性好：泵的操作点应处于高效区内。

③ 校核和最终选型

效率高、汽蚀余量小、重量轻、价格低