双吸泵的工作原理及结构

根据sh型双吸离心泵型谱图选水泵如下。

1、满足工艺参数原则，流量，扬程，温度，压力，装置汽蚀余量。

2、满足被输送液体性能原则，腐蚀性液体，不允许泄露性的液体，含有长纤维类液体，高温、高压类液体，黏性液体。

3、满足泵现场使用环境条件的原则，安装位置，环境条件，电网条件，危险区的划分。

不用电不烧油的水泵，还能把水抽到高处来，这听起来很疯狂，但是确实存在，而且还不违背物理定律！

河南南阳的烧水汽车，广西南宁的永动发电机，都让网民们三观碎了一地，差点以为自己当年的物理是体育老师上的。

无电抽水泵安装

不过这个不用电不烧油的无电抽水泵确实存在，而且市面上也有出售，它也叫无能耗水泵、水锤泵，常安装在水流比较急速的河边。

无电抽水泵的原理是利用水流的冲击力，其突然停止时产生的水锤现象，将其转化为压力，从而将水提升到一定高度。由其原理可知，水流速度和进水流量与提升高度、提升水量成正比。

水锤现象

水锤泵（无电水泵）的构造一般有六部分，分别是泵体、中心阀、泄水阀、压力罐、进水管和出水管。当水流从进水管进入，撞击出水单向阀B，使其关闭，流水突然停止就产生水锤现象。

无电水泵原理

此时水头压力便会冲开泵体空气腔的单向阀B，水流进入空气腔并压缩空气，这样水流和被压缩的空气就会提升出口水位，将水抽上去。水管内的水开始减少，阀门A由于重力作用，重新落下，回复最初的开启状态，上游的水又开始流进水管内。

就这样周而复始地重复上述动作，水泵就能持续将水抽到高处。这种水锤泵，一般可以将水流15%的水提升到进水落差5倍的地方，转化效率能达到85%以上。

水锤泵安装

水锤泵的效率、提水量、扬程的关系公式如下：p=q*(h+h1+h2）*100%/（Q*H），其中p为效率，q为出口水量，h为扬程，h1为出水管沿程阻力损失，h2为出水管局部阻力损失，Q为进水量，H为落差。

水锤泵历史很久，在1772年的时候，英国人约翰就发明了简易的手动水锤泵。而水锤泵真正出现在市场上，那已经是1809年在美国了，还申请了专利。

水锤泵

这种水锤泵应用非常广，一般提升高度可以达30米，如果流速足够猛，最大提升高度还可以做到300米，当然这种高度对水泵的壳体结构要求非常严格。

我们一般日常生活并不需要提升这么高，使用这种水锤泵可以将河水、溪水提升到高处，无需配电烧油，特别适用于山区，丘陵、平原河流或水库周围的灌溉，养殖以及饮用水等。

而且这种水泵结构简单，几乎没有什么需要维护的，无需搭建泵房。使用和保养得当，一台水锤泵能用20~30年。如果你家附近具有合适的河流，完全可以选用这种无电水泵，原来用电的可以当废品卖了。

DIY水锤泵

无电抽水泵完全符合能量守恒定律，它的能源最终来自于地球的引力。由此可见，人类的智慧是非常伟大的，可以将大自然的力量，利用最简单的方式将其为己所用。

　离心泵的种类很多，现就常用的单级单吸泵，单级双吸泵与分段式多级泵的构造分述如下：

1、单级单吸泵

单级单吸离心泵的用途很广，一般流量在5.5-300m3/h，扬程在8-150m范围内都用这种型式的离心泵。

单级单吸泵是由泵盖、泵体、叶轮、填料函、托架、轴承、联轴器等组成。其结构是：泵轴的一端在托架内用轴承支撑，加一端悬出，上装叶轮构成转子，所以这种泵为悬臂泵。

其老型号为B型或BA型；新型号为IS型。泵的固定部分由泵盖与泵体固定在托架上组成，它的进口在轴线上，吐出口与泵轴线成垂直方向，在使用安装时，可根据需要将泵体旋转

90°，180°，270°角后，再固定在托架上。

2、单级双吸泵

我国目前的单级双吸泵一般流量在120-20000m3/h，扬程在10-110m范围内。这种泵实际上等于将两个相同的叶轮背靠背地装在一根轴上并联工作。所以，它不但流量比较大，而且能自动平衡轴向力，因而在油田上也是运用广泛的一种泵。常用的单级双吸水平中开式离心泵，型号为S（旧型号为Sh）。

Sh型泵一般由泵体、泵盖、叶轮、泵轴、密封环、轴套、轴承、联轴器等组成。泵体及泵盖由铸铁制成，共同构成半螺旋形吸入室和螺旋形压出室。进水口和出水口均设在泵体上，进水口和出水口的法兰上分别有安装真空表和压力表的螺孔，泵体的两端为轴承支架，用以支撑轴承部件。

Sh型泵分甲式和乙式两种。对于轴承处的轴径等于或小于60mm的、用滚动轴承支承的，称为甲式Sh型泵。轴承处的轴径等于或大于70mm的、用滑动轴承支承的，称为乙式Sh型泵，但是目前我国有很多水泵厂将部分乙式的Sh型泵的滑动轴承改为滚动轴承，因此，现在有很多轴径大于70mm的也采用滚动轴承。

Sh型泵由于叶轮是对称的，理论上没有轴向推力，但由于制造上不可能严格做成水泵两侧水流通过部分及密封环间隙完全一样，所以还是可能产生一些轴向力的。

3、分段式多级泵

分段式多级泵用途很广，我国生产的这种泵一般流量在5-720m3/h，扬程在100-2800m范围内。此类泵实际上等于将几个叶轮装在一根轴上，串联工作，所以泵的扬程较高。而且可以根据使用需要，增加或减少泵的级数来改变它的扬程。

分段式多级泵的型号较多，各水泵厂没有统一，但结构基本一样。我们来介绍油田注水用的D155-170x11型离心泵，是沈阳水泵厂制造的，其主要结构可分为定子和转子两部分。定子部分主要由：前段、中段、后段、导翼、填料函体、轴承体等零件用螺栓连接而成。前段的吸水口成水平方向，后段的出水口垂直向上。转子部分主要由：轴及装在轴上的数个叶轮（个数依级数而定）、挡套、一个用来平衡轴向推力的平衡盘、轴套、锁紧螺母等组成。整个转子由两端的轴承来支撑。前段、中段以及后段共同组成了泵的工作室。它还起着承受液体压力的作用，因此，必须保证一定的强度和密封性。

导翼用销子定位后，靠穿杠螺栓的压紧力固定，在导翼与挡套的配合部位，镶有导翼衬套，起保护导翼作用，它磨损后可以及时更换，保证级间有一定密封间隙。密封环分别固定在前段和中段上，与叶轮前盖板形成密封间隙，磨损后可以更换。泵轴在两个填料函处都装有轴套，起固定叶轮位置和保护轴的作用，是易损零件，磨损后用备件更换。

D155-170x11型泵把一般多级泵叶轮轮毂部分独立出来，成为叶轮挡套，它受磨损时可以替换，可以减少价格昂贵的叶轮的更换。轴承采用材料为锡基巴氏合金的滑动轴承，借助油环的旋转自行带油润滑。填料部分由前段和后段上的填料室、填料环、填料、填料压盖及填料压紧螺丝组成，冷却水通过外部冷却管接入填料环流入填料室，起水封、冷却和润滑作用。

平衡装置由动平衡盘、静平衡盘、卸压套、回水管和后段与尾盖共同构成的平衡室等组成。卸压套的间隙大小直接影响注水泵效率和平衡性能，因此在装配时要严格按设计要求进行。

一、代表单级双吸离心式清水泵；

二、单级双吸离心式清水泵的优点：

1.结构紧凑 外形美观，稳定性好，便于安装。

　   2. 运行平稳 优化设计的双吸叶轮使轴向力减小到最低限度，且有优异水力性能的叶型，并经精密铸造，泵壳内表面及叶轮表面极其光华具有显著的抗汽蚀性能和高效率。

　   3. 轴 承 选用SKF及NSK轴承保证运行平稳，噪音低，使用寿命长。

　   4. 轴 封 选用BURGMANN机械密封或填料密封。能保证8000小时运行无泄漏。

　   5. 加装自吸装置，可实现自动吸水，即不需安装底阀，不需真空泵，不需倒灌，泵可以启动。

三、图示：

一、离心泵的工作原理

图2-1所示为一个安装在管路上的离心泵。主要部件有叶轮1与泵壳2等。具有若干弯曲叶片的叶轮安装在泵壳内，并紧固于泵轴3上。泵壳中央的吸水口4与吸水管路5相连接，侧旁的排出口8与排出管路9相连接。

离心泵一般用电动机带动，在启动前需向壳内灌满被输送的液体。启动电动机后，泵轴带动叶轮一起旋转，充满叶片之间的液体也随着转动，在离心力的作用下，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，即液体的动能也有所增加。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，于是液体以较高的压强，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，由于贮槽液面上方的压强大于泵吸入口处的压强，在压强差的作用下，液体便经吸入管路连续地被吸入泵内，以补充被排出液体的位置。只要叶轮不断地转动，液体便不断地被吸入和排出。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。

离心泵启动时，如果泵壳与吸入管路内没有充满液体，则泵壳内存有空气，由于空气的密度远小于液体的密度，产生的离心力小，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，此时虽启动离心泵也不能输送液体，此种现象称为气缚，表示离心泵无自吸能力，所以启动前必须向壳体内灌满液体。若离心泵的吸入口位于吸液贮槽液面的上方，在吸入管路的进口处应装一单向底阀6和滤网7。底阀是防止启动前所灌入的液体从泵内漏失，滤网可以阻拦液体中的固体物质被吸入而堵塞管道和泵壳。靠近泵出口处的排出管路上装有调节阀10，以供开车、停车及调节流量时使用。

图2-1　离心泵装置简图

1-叶轮；2-泵壳；3-泵轴；4-吸入口；5-吸入管；6-底阀；7-滤网；8-排出口；9-排出管；10-调节阀

二、离心泵的主要部件

离心泵最主要的部件为叶轮、泵壳与轴封装置，下面分别简述其结构和作用。

（1）叶轮　叶轮的作用是将原动机的机械能传给液体，使液体的静压能和动能均有所提高。

离心泵的叶轮如图2-2所示，叶轮内有6～12片弯曲的叶片1。图中（a）所示的叶片两侧有前盖板2及后盖板3的叶轮，称为闭式叶轮。液体从叶轮中央的入口进入后，经两盖板与叶片之间的流道流向叶轮外缘，在这过程中液体从旋转叶轮获得了能量，并由于叶片间流道的逐渐扩大，故也有一部分动能转变为静压能。有些吸入口侧无前盖的叶轮，称为半闭式叶轮，如图中（b）所示。没有前、后盖板的叶轮，称为开式叶轮，如图中（c）所示，半闭式与开式叶轮可用于输送浆料或含有固体悬浮物的液体，因取消盖板后叶轮流道不容易堵塞，但也由于没有盖板，液体在叶片间运动时容易产生倒流，故效率也较低。

图2-2　离心泵的叶轮

（a）闭式；（b）半闭式；（c）开式

闭式或半闭式叶轮在工作时，有一部分离开叶轮的高压液体漏入叶轮与泵壳之间的两侧空腔中去，而叶轮前侧液体吸入口处为低压，故液体作用于叶轮前、后两侧的压力不等，便产生了指向叶轮吸入口方向的轴向推力，使叶轮向吸入口侧窜动，引起叶轮与泵壳接触处磨损，严重时造成泵的振动。为此，可在叶轮后盖板上钻一些小孔（见图2-3（a）中的1）。这些小孔称为平衡孔，它的作用是使后盖板与泵壳之间的空腔中一部分高压液体漏到低压区，以减少叶轮两侧的压力差，从而起到平衡一部分轴向推力的作用，但同时也会降低泵的效率。平衡孔是离心泵中最简单的一种平衡轴向推力的方法。

按吸液方式的不同，叶轮还有单吸和双吸两种。单吸式叶轮的结构简单，如图2-3（a）所示，液体只能从叶轮一侧被吸入。双吸式叶轮如图2-3（b）所示，液体可同时从叶轮两侧吸入。显然，双吸式叶轮具有较大的吸液能力，而且基本上可以消除轴向推力。

图2-3　吸液方式（a）单吸式；（b）双吸式

（2）泵壳离心泵的泵壳又称蜗壳，因壳内有一个截面逐渐扩大的蜗牛壳形通道，如图2-4的1所示。叶轮在壳内顺着蜗形通道逐渐扩大的方向旋转，愈接近液体出口，通道截面积愈大。因此，液体从叶轮外缘以高速度被抛出后，沿泵壳的蜗牛形通道向排出口流动，流速便逐渐降低，减少了能量损失，且使部分动能有效地转变为静压能。所以泵壳不仅作为一个汇集由叶轮抛出液体的部件，而且本身又是一个转能装置。

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而带有叶片的圆盘。这个圆盘称为导轮，如图2-4中的3所示。导轮具有很多逐渐转向的流道，使高速液体流过时能均匀而缓和地将动能转变为静压能，从而减少能量损失。

图2-4　泵壳与导轮1-泵壳；2-叶轮；3-导轮

（3）轴封装置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轴的四周漏出，或者防止外界空气以相反方向漏入泵壳内。常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种。

普通离心泵所采用的轴封装置是填料函，俗称盘根箱，如图2-5所示。图中1是和泵壳连在一起的填料函壳；2是软填料，一般为浸油或涂石墨的石棉绳；4是填料压盖，可用螺钉拧紧，使填料压紧在填料函壳与转轴之间，以达到密封的目的；5是内衬套，用来防止填料挤入泵内。由于泵壳与转轴接触处可能是泵内的低压区，为了更好地防止空气从填料函不严密处漏入泵内，故在填料函内装有液封圈3。如图2-6所示，液封圈是一个金属环，环上开了一些径向的小孔，通过填料函壳上的小管可以和泵的排出口相通，使泵内高压液体顺小管流入液封圈内，以防止空气漏入泵内，所流入的液体还起到润滑、冷却填料和轴的作用。

图2-5　填料函

1-填料函壳；2-软填料；3-液封圈；4-填料压盖；5-内衬套

图2-6　液封圈

对于输送酸、碱以及易燃、易爆、有毒的液体，密封的要求就比较高，既不允许漏入空气，又力求不让液体渗出。近年来已广泛采用称为机械密封的轴封装置。它由一个装在转轴上的动环和另一个固定在泵壳上的静环所组成，两环的端面借弹簧力互相贴紧而作相对运动，起到了密封的作用，故又称为端面密封。图2-7是国产AX型机械密封装置的结构，该装置的左侧连接泵壳。螺钉1把传动座2固定于转轴上。传动座内装有弹簧3、推环4、动环密封圈5与动环6，所有这些部件都随轴一起转动。静环7和静环密封圈8装在密封端盖上，并由防转销9加以固定，所有这些部件都是静止不动的。这样，当轴转动时，动环6转动而静环7不动，两环间借弹簧的弹力作用而贴紧。由于两环端面的加工非常光滑，故液体在两环端面的泄漏量极少。此外，动环6和泵轴之间的间隙有动环密封圈5堵住，静环7和密封端盖之间的间隙有静环密封圈8堵住，这两处间隙并无相对运动，故很不易发生泄漏。动环一般用硬材料，如高硅铸铁或由堆焊硬质合金制成。静环用非金属材料，一般由浸渍石墨、酚醛塑料等制成。这样，在动环与静环的相互摩擦中，静环较易磨损，但从机械密封装置的结构看来，静环易于更换。动环与静环的密封圈常用合成橡胶或塑料制成。

图2-7　机械密封装置

1-螺钉；2-传动座；3-弹簧；4-推环；5-动环密封圈；6-动环；7-静环；8-静环密封圈；9-防转销

机械密封装置安装时，要求动环与静环严格地与轴中心线垂直，摩擦面很好地研合，并通过调整弹簧压力，使端面密封机构能在正常工作时，于两摩擦面间形成一薄层液膜，以造成较好地密封和润滑作用。

机械密封与填料密封相比较，有以下优点：密封性能好，使用寿命长，轴不易摩损，功率消耗小。其缺点是零件加工精度高，机械加工较复杂，对安装的技术条件要求比较严格，装卸和更换零件较麻烦，价格也比填料函的高得多。

三、离心泵的主要性能参数与特性曲线

1.离心泵的主要性能参数

为了正确选择和使用离心泵，需要了解泵的性能。离心泵的主要性能参数有排量、工作压力（压头）效率和输入功率，这些参数标注在泵的铭牌上，现将各项意义分述于下。

（1）排量　离心泵的排量，是指泵的送液数量能力，是指离心泵在单位时间内所排送的液体体积，以qv表示，单位常为1/s或m3/h。离心泵的排量取决于泵的结构、尺寸（主要为叶轮的直径与叶片的宽度）和转速。

（2）工作压力　离心泵的工作压力又可用压头或泵的扬程表示，是指泵对单位重量的液体所能提供的有效能量，工作压力用kPa或MPa表示，压头用水柱高m表示。离心泵的工作压力取决于泵的结构（如叶轮的直径、叶片的变曲情况等）、转速和流量。对于一定的泵，在指定的转速下，工作压力与排量之间具有一定的关系。

泵工作时压力可用实验方法测定，如图2-8所示。在泵的进出口处分别安装真空表和压力表，真空表与压力表之间列柏努利方程式，即

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或　

式中　pM——压力表读出的压力（表压）（N／m2）；

pv——真空表读出的真空度（N／m2）；

v1、v2——吸入管、压出管中液体的流速（m/s）；

∑hf——两截面的压头损失（m）。

图2-8　泵压测定安装图

1-流量计；2-压强表；3-真空计；4-离心泵；5-贮槽

由于两截面之间管路很短，其压头损失∑hf可忽略不计。若以hM及hv分别表示压力表和真空表上的读数，以液柱高m作计算，则（2-1）可改写为

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（3）效率　在输送液体过程中，外界能量通过叶轮传给液体时，不可避免地会有能量损失，故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、水力损失及机械损失，现将其产生原因分述如下：

容积损失容积损失是由于泵的泄漏造成的。离心泵在运转过程中，有一部分获得能量的高压液体，通过叶轮与泵壳之间的缝隙漏回吸入口，或从填料函处漏至泵壳外，因此，从泵排出的实际流量要比理论排出量为低，其比值称为容积效率η1。

水力损失水力损失是当流体流过叶轮、泵壳时，由于流速大小和方向要改变等原因，流体在泵体内产生冲击而损失能量，所以泵的实际压力要比泵理论上所能提供的压力为低，其比值称为水力效率η2。

机械损失机械损失是泵在运转时，泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间、叶轮盖板外表面与液体之间均产生摩擦，从而引起的能量损失。可用机械效率η3表示。

泵的总效率η（又称效率）等于上述三种效率的乘积，即

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对离心泵来说，一般小型泵的效率为50%～70%，大型泵可达90%。

（4）轴功率离心泵的功率是泵轴所需的功率。当泵直接由电动机带动时，也就是电动机传给轴的输出功率，以N表示，单位为W或kW。有效功率是排送到管道的液体从叶轮所获得的功率，以Ne表示。由于有容积损失、水力损失与机械损失，所以泵的轴功率大于有效功率，即

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而有效功率可写成

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式中　qv——泵的排量（m3/s）；

h——泵的压头（m）；

ρ——被输送液体的密度（kg/m3）；

g——重力加速度（m/s2）。

若式（2-5）中Ne用kW来计量，则

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泵的功率为

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p为泵的工作压力。

2.离心泵的特性曲线

前已述及离心泵的主要性能参数是排量、工作压力（压头）、泵功率及效率，其间的关系由实验测得，测出的一组关系曲线称为离心泵的特性曲线或工作性能曲线，此曲线由泵的制造厂提供，并附于泵样本或说明书中，供使用部门选泵和操作时参考。

图2-9为国产4B20型离心水泵在n＝2900r/min时的特性曲线，由h-qv、N-qv及η-qv三条曲线所组成。特性曲线是在固定的转速下测出的，只适用于该转速，故特性曲线图上都标明转速n的数值。

（1）h-qv曲线　表示泵的压头与排量的关系。离心泵的工作压力普遍是随排量的增大而下降（在排量极小时可能有例外）。

（2）N-qv曲线　表示泵的轴功率与排量的关系。离心泵的功率随排量的增大而上升，排量为零时轴功率最小。所以离心泵启动时，应关闭泵的出口阀门，使启动电流减少，以保护电机。

（3）η-qv曲线　表示泵的效率与排量的关系。从图2-9所示的特性曲线看出，当qv＝0时η＝0，随着排量的增大，泵的效率随之而上升并达到一最大值；以后排量再增，效率便下降。说明离心泵在一定转速下有一最高效率点，称为设计点。泵在与最高效率相对应的排量及压头下工作最为经济，所以与最高效率点对应的qv、h、N值称为最佳工况参数。离心泵的铭牌上标出的性能参数就是指该泵在运行时效率最高点的状况参数。但实际上离心泵往往不可能正好在该条件下运转，因此一般只能规定一个工作范围，称为泵的高效率区，通常为最高效率的92%左右。选用离心泵时，应尽可能使泵在此范围内工作。

图2-9　4B20型离心水泵的特性曲线

3.离心泵的转速对特性曲线的影响

离心泵的特性曲线都是在一定转速下测定的，但在实际使用时常遇到要改变转速的情况，这时速度三角形将发生变化，泵压、排量、效率及泵功率也随之改变。当液体的粘度不大且泵的效率不变时，泵排量、泵压头、轴功率与转速的近似关系为：

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式中　qv1、h1、N1——转速为n1时泵的性能参数；

qv2、h2、N2——转速为n2时泵的性能参数。

当转速变化小于20%时，可以认为效率不变，用上式进行计算误差不大。

4.叶轮直径对特性曲线的影响

如果只将叶轮切削而使直径变小，且变化不大，效率可视为基本上不变，则qv与D成正比。在固定转速之下，h与D2成正比，于是N与D3成正比。叶轮直径和泵排量、泵压头、轴功率之间的近似关系为：

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式中qv1、h1、N1——叶轮直径为D1时泵的性能参数；

qv2、h2、N2——叶轮直径为D2时泵的性能参数。

上述关系只有在直径的变化不超过20%时才是可用的。

属于同一系列的泵，其几何形状完全相似，叶轮的直径与厚度之比是固定的。这种几何形状相似的泵，因直径不同而引起的性能变化，qv与D3成正比，h与D2成正比，于是N与D5成正比。叶轮直径和排量、压头、功率之间的近似关系为：

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式中　qv1、h1、N1——叶轮直径为D1时泵的性能；

qv2、h2、N2——叶轮直径为D2时泵的性能。

5.液体物理性质的影响

泵生产部门所提供的离心泵特性曲线一般都是在一定转速和常压下，以常温的清水为工质做实验测得的。当所输送的液体性能与水相差较大时，要考虑粘度及密度对特性曲线的影响。

（1）粘度的影响　离心泵所输送的液体粘度愈大，泵体内能量损失愈多。结果泵的工作压力、排量都要减少，效率下降，而功率则要增大，所以特性曲线改变。

（2）密度的影响　由离心泵的基本方程式看出，离心泵的压头、排量均与液体的密度无关，则泵的效率亦不随液体的密度而改变，所以，h-qv与η-qv曲线保持不变。但是泵的轴功率随液体密度而改变。因此，当被输送的密度与水不同时，原产品目录中对该泵所提供的N-qv曲线不再适用，此时泵的轴功率可按式（2-9）重新计算。

（3）溶质的影响如果输送的液体是水溶液，浓度的改变必然影响液体的粘度和密度。浓度越高，与清水差别越大。浓度对离心泵特性曲线的影响，同样反映在粘度和密度上。如果输送液体中含有悬浮物等固体物质，则泵特性曲线除受浓度影响外，还受到固体物质的种类以及粒度分布的影响。

四、离心泵的安装高度和气蚀现象

（一）气蚀现象

离心泵通过旋转的叶轮对液体作功，使液体能量（包括动能和静压能）增加，在叶轮运动的过程中，液体的速度和压力随之变化。通常离心泵叶轮入口处是压力最低的地方。如果这个地方液体的压力等于或低于在该温度下液体的饱和蒸汽压力pv，就会有蒸汽从液体中大量逸出，形成许多蒸汽和气体相混合的小气泡。这些小气泡随液体流到高压区时，由于气泡内为饱和蒸汽压，而气泡周围大于饱和蒸汽压，因而产生了压差。在这个压差作用下，气泡受压破裂而重新凝结。在凝结过程中，液体质点从四周向气泡中心加速运动，在急剧凝结的一瞬间，质点互相撞击，产生很高的局部压力。这些气泡如果在金属表面附近破裂而凝结，则液体就像无数小弹头一样，连续打击在金属表面上。在压力很大（几百大气压）频率很高（每秒几万次之多）的连续打击下，金属表面逐渐因疲劳而破坏，这种现象叫做汽蚀现象。离心泵在严重的汽蚀状态下运转时，发生汽蚀的部位很快就被破坏成蜂窝或海绵状，使泵的寿命大大地缩短。同时，因汽蚀引起泵体振动，泵的吸液能力和效率也大大下降。为了保证离心泵的正常操作，避免发生汽蚀，泵安装的吸水高度绝对不能超过规定，以保证泵入口处的压力大于液体输送温度下的饱和蒸汽压。

（二）离心泵的安装高度

我国的离心泵规格中，采用两种指标对泵的安装高度加以限制，以免发生汽蚀，现将这两个指标介绍如下。

1.允许吸上真空高度

允许吸上真空高度hs是指泵入口处压力p1可允许达到的最高真空度，其表达式为

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式中　hs——离心泵的允许吸上真空高度，m液柱；

pa——大气压（N/m2）；

ρ——被输送液体的密度（kg/m3）。

要确定允许吸上真空度与允许安装高度hg之间关系，可设离心泵吸液装置如图2-10所示。以贮槽液面为基准面，列出槽面0-0与泵入口1-1截面的柏努利方程式，则

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式中，∑hf为液体流经吸入管路时所损失的压头（m）。由于贮槽是敞口的，则p0为大气压pa。

上式可写成

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将式（2-10）代入上式，则

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此式可用于计算泵的安装高度。

图2-10　离心泵吸液示意图

由上式可知，为了提高泵的允许安装高度，应该尽量减少

和∑hf。为了减少

，在同一流量下，应选用直径稍大的吸入管以外，吸入管应尽可能地短，并且尽量减少弯头和不安装截止阀等。

泵制造厂只能给出hs值，而不能直接给出hg值。因为每台泵使用条件不同，吸入管路的布置情况也各异，有不同的

和∑hf值，所以只能由使用单位根据吸入管路具体的布置情况，由计算确定hg。

在泵样本或说明书中所给出的hs是指大气压力为10mH2O，水温为20℃状态下的数值，如果泵的使用条件与该状态不同时，则应把样本上所给出的hs值，换算成操作条件下的h′s值，其换算公式为

非金属矿产加工机械设备

式中h′s——操作条件下输送液体时的允许上真空高度（mH2O）；

hs——泵样本中给出的允许吸上真空度高（mH2O）；

ha——泵工作处的大气压（mH2O）；

hr——操作温度下液体的饱和蒸汽压（mH2O）。

泵安装地点的海拔越高，大气压力就越低，允许吸上真空度就小，若输送液体的温度越高，或液体越易挥发所对应的饱和蒸汽压就越高，这时，泵的允许吸上真空度也就越小。不同海拔高度时大气压如表2-1。

表2-1　不同海拔高度的大气压力

2.汽蚀余量

汽蚀余量△h是指离心泵入口处，液体的静压头

与动压头

之和超过液体在操作温度下的饱和蒸气压头

的某一最小指定值，即

非金属矿产加工机械设备

式中　△h——汽蚀余量（m）；

pr——操作温度下液体饱和蒸汽压（N/m2）。

将式（2-11）与（2-14）合并可导出汽蚀余量△h与允许安装高度hg之间关系为

非金属矿产加工机械设备

式中　p0为液面上方的压力，若为敞口液面，则

p0＝pa

应当注意，泵性能表上△h值也是按输送20℃水而规定的。当输送其它液体时，需进行校正。

由上可知，只要已知允许吸上真空高度hs与汽蚀余量△h中的任一个参数，均可确定泵的安装高度。

五、离心泵的类型与选择

1.离心泵的类型

工业生产中被输送液体的性质、压强、流量等差异很大，为了适应各种不同要求，离心泵的类型也是多种多样的。按液体的性质可分为水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵等；按叶轮吸入方式可分为单吸泵与双吸泵；按叶轮数目又可分为单级泵与多级泵。各种类型的离心泵按照其结构特点各自成为一个系列，并以一个或几个汉语拼音字母作为系列代号，在每一系列中，由于有各种不同的规格，因而附以不同的字母和数字来区别。现对工厂中常用离心泵的类型作简要说明。

（1）水泵（B型、D型、Sh型）凡是输送清水以及物理、化学性质类似于水的清洁液体，都可以用水泵。

应用最广泛的为单级单吸悬臂式离心水泵，其系列代号为B，称B型水泵，其结构如图2-11所示。泵体和泵盖都是用铸铁制成，全系列扬程范围为8～98m，排量范围为4.5～360m3/h。

若所要求的压头较高而流量并不太大时，可采用多级泵，如图2-12所示，在一根轴上串联多个叶轮，从一个叶轮流出的液体通过泵壳内的导轮，引导液体改变流向，同时将一部分动能转变为静压能，然后进入下一个叶轮入口，液体从几个叶轮多次接受能量，故可达到较高的压头。我国生产的多级泵系列代号D，称为D型离心泵，一般自2级到9级，最多可到12级，全系列扬程范围为14～351m，排量范围为10.8～850m3/h。

若输送液体的流量较大而所需的压头并不高时，则可采用双吸泵。双吸泵的叶轮有两个入口，如图2-13所示。由于双吸泵叶轮的厚度与直径之比加大，且有两个吸入口，故输液量较大。我国生产的双吸离心泵系列代号为Sh，全系列扬程范围为9～140m，排量范围为120～12500m3/h。

（2）耐腐蚀泵（F型）输送酸、碱等腐蚀性液体时应采用耐腐蚀泵，其主要特点是和液体接触的部件用耐腐蚀材料制成。各种材料制造的耐腐蚀泵在结构上都要求简单，易更换零件，检修方便。都用F作为耐腐蚀泵的系列代号。在F后面再加一个字母表示材料代号，以作区别。我国生产的F型泵采用了许多材料制造，例如：

图2-11　B型水泵结构图

1-泵体；2-叶轮；3-密封环；4-护轴套；5-后盖；6-泵轴；7-托架；8-联轴墨部件

图2-12　多级泵示意图

图2-13　双吸泵示意图

灰口铸铁——材料代号为H，用于输送浓硫酸；

高硅铸铁——材料代号为G，用于输送压强不高的硫酸或以硫酸为主的混酸；

铬镍合金钢——材料代号为B，用于常温输送低浓度的硝酸、氧化性酸液、碱液和其他弱腐蚀性液体；

铬镍钼钛合金钢-材料代号为M，最适用于硝酸及常温的高浓度硝酸；

聚三氟氯乙稀塑料-材料代号为S，适用于90℃以下的硫酸、硝酸、盐酸和碱液。

耐腐蚀泵的另一个特点是密封要求高。由于填料本身被腐蚀的问题也难彻底解决，所以F型泵根据需要采用机械密封装置。

F型泵全系列的扬程范围为15～105m，排量范围为2～400m3/h。

图2-14　B型水泵系列特性曲线

表2-2　B型水泵性能表（部分）

注：括号内数字是JO型电机功率。

（3）杂质泵（P型）　输送悬浮液及粘稠的浆液等常用杂质泵。在非金属矿产加工过程中得到广泛地应用。系列代号为P，又细分为污水泵PW、砂泵PS、泥浆泵PN等。对这类泵的要求是：不易被杂质堵塞、耐磨、容易拆洗。所以它的特点是叶轮流道宽，叶片数目少，常采用半闭式或开式叶轮。有些泵壳内衬以耐磨的铸钢护板或橡胶衬板。

在泵的产品目录或样本中，泵的型号是由字母和数字组合而成，以代表泵的类型、规格等，现举例说明。

8B29A：

其中8——泵吸入口直径，英寸，即8×25＝200mm；

B——单级单吸悬臂式离心水泵；

29——泵的扬程，m；

A——该型号泵的叶轮直径经切割比基本型号8B29的小一级。

为了选用方便，泵的生产部门常对同一类型的泵提供系列特性曲线，图2-14就是B型水泵系列特性曲线图。把同一类型的各型号泵与较高效率范围相对应的一段h-qv曲线，绘在一个总图上。图中扇形面的上方弧形线代表基本型号，下方弧形线代表叶轮直径比基本型号小一级的型号A。若扇形面有三条弧形线，则中间弧形线代表型号A，下方弧形线代表叶轮直径比基本型号再小一级的型号B。图中的符号与数字见图内说明。

2.离心泵的选择

离心泵的选择，一般可按下列的方法与步骤进行：

（1）确定输送系统的流量与工作压力（压头） 液体的输送量一般为生产任务所规定，如果流量在一定范围内变动，选泵时应按最大流量考虑。根据输送系统管路的安排，用柏努利方程式计算在最大流量下管路所需的压头。

（2）选择泵的类型与型号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Qe和压头he或工作压力p从泵样本或产品目录中选出合适的型号。选出的泵能提供的排量Q和压头h不见得与管路所要求的Qe和压头he或工作压力p完全相符，而且考虑到操作条件的变化和应具备一定的潜力，所选的泵可以稍大一些，但在该条件下泵的效率应比较高，即点（Qe、he）坐标位置应靠近在泵的高效率范围所对应的h-qv曲线下方。

泵的型号选出后，应列出该泵的各种性能参数（表2-2是B型泵的性能表（部分））。

（3）核算泵的轴功率若输送液体的密度大于水的密度时，可按式（2-7）核算泵的轴功率。

目前，液压驱动往复泵有3种结构形式。

（1）BW系列泥浆泵：机械传动的泥浆泵是由动力机通过V带传动经变速带动曲轴工作。而液压驱动泥浆泵只是将泵输入端的大V带轮去掉，安装一转矩和转速相适应的低速大转矩液压马达，其他结构不变。

（2）美国W11系列泥浆泵、国产MP型泥浆泵是在曲轴输入端安装低速大转矩液压马达直接驱动曲轴，取消了传动的齿轮变速机构。

（3）芬兰丹纳森HDF多相流往复泵：内部无旋转零件，由液压活塞推动泵活塞作直线往复运动，结构紧凑、质量小，这种形式的往复泵应是泵的发展方向之一。

1.BW系列泥浆泵

BW系列往复式泥浆泵是卧式三缸单作用活塞泵。目前，岩心钻探使用该系列泵较多，表11-1为BW系列泥浆泵技术参数。

表11-1 BW系列泥浆泵技术参数

下面以BW-250型泵为例，介绍其结构。该泵用改变活塞往复次数和更换缸套的方法改变泵量，泵量的变化范围为35L/min（泵压7MPa）至250L/min（泵压2.5MPa），共8级，驱动功率15kW。适用于孔深1000～1500m各种岩心钻探。该泵的主体结构由动力端和液力端组成。

（1）动力端

动力端是液压马达带动主轴，经过齿轮变速机构可获得四档速度，再经过一对减速齿轮传至曲轴。曲柄连杆机构由曲轴、连杆组件和十字头组件组成。该泵是三缸泵，故有3个互成120°的轴颈和连杆的大头连接。连杆组件将曲轴的旋转运动变成活塞的往复运动。十字头是起导向作用的零件，它与连杆和活塞杆连接，并传递动力。十字头在滑套中作直线往复运动。

（2）液力端

BW-250型往复式泥浆泵的液力端如图11-5所示。图中画出了一个液缸的剖视图。它属于直通式结构，即每个液缸的吸入阀和排出阀均布置在液缸端头的同一垂直轴线上。

液压动力头岩心钻机设计与使用

图11-5 BW-250型泥浆泵的液力端示意图|1—活塞杆；2—泵头体；3—隔水密封圈；4—缸套；5—活塞；6—阀盖；7—排出阀；8—顶套；9—缸头盖；10—吸入阀

液力端由3个卧式单作用液缸并联而成。它们有共同的吸入管路和排出管路。缸套与泵头体动配合，并通过顶套、缸盖及双头螺栓固定在泵头体中。活塞由弹性橡胶密封圈等零件组成。泵阀采用球阀结构，置于液缸端部。吸入阀和吸入管路在下部，排出阀和排出管路在上部。排出阀上部有阀盖，阀盖既是拆装和检查泵阀的窗口，也是阀球升高的限制器。

图11-6 W11型泥浆泵外形图

2.美国W11系列泥浆泵

瑞典CS1000系列液压动力头岩心钻机均配置美国W11系列泥浆泵，图11-6为泥浆泵外形图。泥浆泵为三缸单作用往复式水泵，泵动力端输入轴安有液压马达，没有机械传动机构。通过液压系统调速阀改变输入到液压马达的流量来改变泵轴的转速，使泥浆泵输出不同的流量。表11-2为W11系列泥浆泵技术参数。

表11-2 W11系列泥浆泵技术参数

3.MP-500型泥浆泵

MP-500型为液压驱动卧式三缸单作用柱塞式变量泥浆泵，图11-7为MP-500型泥浆泵结构图。主要特点如下：

（1）传动方式：曲轴箱两侧各装一台低速大转矩液压马达，通过对马达的串、并联直接驱动曲轴，取消了传统的齿轮减速机构，简化了结构，提高了效率，减轻了质量，易于加工制造，降低了成本。

图11-7 MP-500型泥浆泵结构图

图11-8 HDF泵外形图

（2）变量方式：液压系统如采用定量液压泵，可实现两个定排量输出（250L/min和500L/min），液压系统如采用变量液压泵，可实现两挡变排量输出（0～250L/min和0～500L/min）。

4.丹纳森HDF多相流往复泵

据资料介绍，丹纳森HDF系列多相流泵由芬兰设计并制造，具有很好的输出特性以及高的功率体积比。该技术是专利技术，特别适用于定向钻探领域。图11-8为其外形图。

丹纳森HDF多相流泵内部无旋转部件，由液压活塞推动泵活塞作线性往复运动，因而结构紧凑且输出功率大。表11-3为该泵的基本规格。

表11-3 丹纳森HDF多相流泵基本规格表

HDF多相流泵具有如下特点：

（1）功率大：最高输出介质压力可达200×105Pa，流量可达250L/min。

（2）体积小、质量轻：HDF多相流泵由液压驱动，所有关键零件均经过锻造和精密机械加工，承载力强而体积小、质量轻。

（3）性能可靠寿命长：所有活塞零件均经过锻造、精密切削加工、防腐蚀处理，能够胜任高强度大负载的工作。自润滑密封元件、及锻造，并精密加工的阀芯保证了系统可以免维护运行几千个小时，极大地降低了运行和维护成本。

（4）适用于多种介质：由于HDF泵具有很高的耐腐蚀和抗化学反应的性能，因此能够用于各种不同的介质，例如泥浆、各种矿物油、各类含聚合物的混合物、高分子基流体介质、含发泡剂的水等等。介质中的含沙量可以高达25％。

（5）易于使用及调整：只要把液压动力源的管线连接到HDF泵上，就可以启动，无需额外的润滑和冷却。通过液压动力源的压力和流量调节可以方便并线性地调节HDF泵的流量和压力。

无密封自控自吸泵就是泵在启动前无需加引水或抽真空，启动后经短暂时间运转，依靠泵本身的作用，把水吸上来并正常运行的一种泵。

工作原理：自吸泵的主要水力元件叶轮和泵壳与一般离心泵相似，泵腔内增加了储液室和气水分离室。WFB型无密封自吸泵，无密封应该为副叶轮动力密封，又称为流体动力密封。它可以克服填料密封及机械密封的某些不足，可以确保无泄漏。

WFB型无密封自控自吸泵主要由泵体、工作叶轮（主叶轮）、副叶轮、泵轴、电机支架、电控阀、停车止回阀等装置组成。工作原理为气液混合式，在泵运转前，泵体内存在一定量的液体，泵启动后，由于工作叶轮的旋转作用。

使进液管内的空气与泵体内的液体充分混合，并被排到气液分离室，气液分离室内的空气从上部逸出，液体从下部返回叶轮进口，重新和进液管的剩余空气混合，不断循环，直到把进液管内的空气全部排尽，完成自吸。

副叶轮动力密封原理：副叶轮在工作叶轮上部，运行时和工作叶轮一起旋转，其作用是减低泵腔的压力，达到平衡轴向力和防止液体进入密封装置。副叶轮其实是依靠压力顶住工作叶轮出口处的高压液体向外泄漏，停机时副叶轮不起作用，所以应配备停机密封，防止泵腔水外流。

扩展资料：

因WFB型立式自吸泵的泵腔内水力损失比一般离心泵要大，所以配用功率相对较大，WFB无密封自控自吸泵的电控阀作为自吸泵的组成部分之一装在吸液口的进气管上，启泵时电控阀密闭泵体吸液管上的进气口，使自吸泵泵腔内形成真空，完成自吸全过程。

停泵时电控阀开启，空气从密闭口进入水泵液管内迅速隔离吸液管内共流的介质，确保泵腔的介质不随吸液管腔内的介质回落到吸液池中，以达到消除虹吸的目的，确保自吸泵二次自吸时正常自吸及运行，自吸泵停机后出口止回阀靠回水重力关闭，使泵腔内液体不会流出。

扬程的意思，单位M

你好， 离心泵为例，简单介绍下

1.离心泵的压头又称作为扬程，是指离心泵对单位重量（1N）的液体所能提供的有效能量，一般用H表示，单位为m。离心泵的压头与泵的结构、尺寸（叶片弯曲程度、叶轮直径）等转速及流量有关。对于一定的泵和转速，压头与流量间有一定关系。

离心泵的理论压头可以通过柏努利方程，离心力做功导出基本方程式，公式比较复杂，不详细论述了。

影响因素：

1，理论流量和叶片几何大小一定，理论压头随叶轮转速和直径增大而加大。

2，叶片的形状而不同，分为后弯、径向和前向3种。

实际上由于液体在泵体中的流动情况比较复杂，目前不能从理论上计算泵的实际的压头，一般由实验测定。

离心泵类型

【清水泵】 （国产代号IS、D、Sh型 ），

IS-为单级单吸悬臂式离心泵，应用最为广泛，铸铁制成，全系列扬程范围8~98m,流量范围4.5～360 m3/h

D-为多级泵，即同轴上多个叶片串联，叶轮2～9级，扬程14～351m，流量10.8～850 m3/h；此类泵应用在压头高，流量要求不高时，反之，采用双吸泵sh型，扬程9～140m，流量120～12500 m3/h

【耐腐蚀泵】F

多采用机械密封装置，扬程15～105m，流量2～400 m3/h，

【油泵】Y

单、双吸，单、多级，扬程60～603m，流量6.25～500 m3/h，

【杂质泵】P

为了选择方便，生产泵的公司会将同类型的泵绘制特性曲线，纵坐标H（压头）和横坐标Q（流量）的曲线图。

如果购买的话，可以参照特性曲线进行配套的选购，当然选择的时候要留有裕量。

最好详细咨询专业泵的销售或生产公司，配套实际满足各方面需求的一款泵。

【以上的论述和详细的公式等，请参见《化工原理》中<流体输送机械>章节，天津大学出版社】

水泵控制器分为压力控制器、水位控制器、流量控制器。其原理都是用其通断控制水泵工作及停止。

水位控制器

压力控制器

水泵流量开关（上图电子水泵控制器，集合有流量和压力传感器）