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CLH100-80-13（Z）型号意义为：

船用立式离心泵，吸入口径为100mm，排出口径为80mm，泵的比转速为130，Z表示直联，无Z则说明用联轴节联接。

注：

水泵的比转数是由最佳工况下的转速、流量和扬程组成的一个有因次的相似特征数。

第五讲：

水泵的基本技术参数

㈠流量Q

泵在单位时间内排出的液体体积，亦称为送液能力，单位为m3/h和L/s，1L/s=3.6m3/h。

㈡扬程H

水泵所输送的单位的流体从进口到出口的能量增值，也就是单位重量的流体通过泵所获得的有效能量。

通俗地讲：

克服阻力的能力及提升液体的高度称为扬程或压头。

常用的单位为：

mH2O或m。

扬程与泵的结构尺寸、转速、流量等有关。

H=P出口-P进口

P出口：

水泵出口压力P进口：

水泵进口压力

㈢转速n

转速是指泵轴每分钟的回转数，用n表示，单位是r／min。

大多数泵由原动机直接传动，二者转速相同。

但电动往复泵一般需经过减速，故其泵轴（曲轴）的转速比原动机要低。

㈣效率

效率=输出功率/输入功率η=pe/p

总效率η考虑了泵的全部能量损失，其包括以下三种损失：

1）由漏泄及吸入液体中含有气体等造成的流量损失，用容积效率ηv来衡量，即ηv＝Q／Qt

2）液体在泵内流动因摩擦、撞击、旋涡等水力损失造成的扬程损失，用水力效率ηh来衡量，即ηh=H／Ht

3）由运动部件的机械摩擦所造成的能量损失，用机械效率ηm表示：

ηm=p／pt

配套功率：

指所配原动机的额定输出功率，用pm表示。

考虑到泵运转时可能超负荷等情况，泵的配套功率应大于额定轴功率，即pm=kmp式中：

K——功率储备系数

㈤允许吸上真空度

允许吸上真空度：

泵工作时所允许的最大吸入真空度,用Hs表示，单位是MPa。

泵工作时吸入口处的真空度高到一定程度时，由于液体在泵内的最低压力降到其饱和蒸汽压力pv，液体就可能在泵内汽化，使泵不能正常工作。

Hs是泵吸入性能好坏的重要标志，它主要和泵的型式与结构有关，泵内压降小的泵允许吸上真空度就大。

大气压力入降低、液体温度增高或泵流量增大，也都会使允许吸上真空度减小。

泵铭牌上的Hs是由制造厂在标准大气压（760mmHg）下以常温（20℃）清水在额定工况下进行试验而得出的。

按国标规定，试验时逐渐增加泵的吸入真空度，容积式泵以流量比正常工作时下降3％时所对应的吸入真空度为Hs的标定值。

而叶轮式泵则以扬程或效率下降规定值为临界状态，再留一定余量，以必需汽蚀余量Dhr的形式标示。

水泵的允许吸上真空度常用水柱高度（m）来表示，称为允许吸上真空高度，用[Hs]表示。

㈥功率

有效功率指泵实际输出的液体在单位时间内实际所增加的能量，用pe表示。

它可由泵在单位时间内输送多少牛顿重的液体乘以每牛顿液体经过泵后增加的能量而求出，即pe=ρgQH=（pd-ps）QW

输入功率（轴功率）指原动机传给泵轴的功率，用P表示。

第六讲：

汽蚀余量

汽蚀余量是指泵入口处液体所具有的总水头与液体汽化时的压力头之差，用h表示。

汽蚀余量又有有效汽蚀余量ha和必需汽蚀余量hr之分。

ha—指泵工作时实际所具有的汽蚀余量，取决于泵的吸入条件和液体的P，而与泵无关。

它表示液体在泵进口处水头超出Pv的富裕能量

式中:

z-泵吸入口位置头；

Ps-泵吸入口绝对压力，Pa；

Vs—泵吸入口流速，m／s。

hr为必需汽蚀余量-指泵为避免汽蚀所必需的汽蚀余量，它取决于泵进口部分的几何形状以及泵的转速和流量，反映了液体进泵后压力进一步降低的程度，而与泵的吸入条件及所吸液体的Pv值无关。

hr越小，表明泵的汽蚀性能越好。

hr随Q的增大而增大，因为Q增大时，液体进泵后的压降也增加的缘故。

hr用汽蚀试验来确定，在试验中逐步增大吸入真空度。

hr和Hs都是由同样的汽蚀实验得出的用以表示泵吸入性能好坏的性能参数，其性质一样，只是表示方式不同而已。

在ha接近hr,但尚未降到很低时，汽泡虽已产生但不多，泵的性能参数没有显著变化，这种汽蚀实际已经发生但尚未明显影响到泵性能的情况称为“潜伏汽蚀”。

长期处在潜伏汽蚀工况下工作部件也会受到破坏。

当泵的有效汽蚀ha降到低于hr时，汽泡已发展到一定程度，它会使叶道间的通流截面明显减小，汽泡破灭时的液压冲击也要消耗能量，故泵的流量、扬程和效率都将明显降低，同时产生噪声和振动，这时测得的流量和扬程出现脉动，泵在不稳定汽蚀工况下工作时部件容易受到破坏。

当hr进一步降低，液流在叶片进口处出现脱流，形成汽水两相区。

由于含汽量增加，汽泡破灭时所引起的液压冲击就会明显减轻，Q和H脉动消失。

这时降低管路阻力只能减小H，使两相区的长度增加，而Q几乎不再增大,在特性曲线上表现为近似一条下垂线，称为“断裂工况”，曲线上开始陡降的那一点K称断裂点。

在断裂工况线上工作时振动和噪声并不强烈，部件的汽蚀破坏也不明显，这种工况也称为“稳定汽蚀”。

ns不同的泵受汽蚀影响的情况不同，汽蚀特性曲线也有差异：

1.中、低ns的离心泵叶片流道比较窄长，发生汽蚀后汽泡很快就会布满流道，使扬程、效率急剧下降，其特性曲线具有明显的断裂点。

2.其中低ns的泵发生汽蚀后很快就会造成断流，难以出现稳定汽蚀的工况。

3.高ns的离心泵和混流泵或叶轮进口直径大的高汽蚀性能离心泵，叶片间的流道短而宽，所以汽泡发生后不会迅即布满流道，从而使特性曲线在达到断裂点之前有较长的一段扬程和效率逐渐下降的部分。

一、离心泵的汽蚀现象及其危害

液体在从泵吸入口流到叶片进口前，还会因流速增加和流阻损失而压力进一步下降。

当Q小于设计Q时，液流在进口的wl撞击叶片正面，最低压力在叶片进口处靠近前盖板的叶片背面上。

如图K2处。

泵Q超过设计Q时，w1撞击叶片背面，最低压力部位在叶片进口靠近前盖板的叶片正面上，如图K1处。

1）气体产生：

如液体P降低到Pv或更低时，液体会汽化产生汽泡，还有原来溶于液体现因P降低而逸出的气体。

2）气泡破灭：

流到高压区，迅速凝结，气体重新溶入液体，造成局部真空，四周液体质点以极大速度冲来，互相撞击，产生局部高达几十MPa的P，引起噪音和振动。

3）造成后果

这时泵的Q、H和效率都将降低，严重时导致吸入中断。

气穴破灭区的金属受高频高压液击而发生疲劳破坏。

氧气借助汽泡凝结时的放热，对金属有化学腐蚀作用。

在上述双重作用下，叶轮外缘的叶片及盖板、蜗壳或导轮等处会产生麻点和蜂窝状的破坏。

二、防止汽蚀的措施

大多数离心泵都要避免工作中出现汽蚀。

考虑到工况可能变化和潜伏汽蚀的危害，泵在使用时要求ha≥110％hr，（两者差值≥0.5m）。

在船用泵中，比较容易发生汽蚀的主要是:

1.输送的液体温度较高的泵,如锅炉给水泵、热水循环泵等；

2.工作中流注高度会显著降低的泵，如货油泵等；

3.吸入液面真空度较大的泵，如冷凝器及海水淡化装置的凝水泵；

防止汽蚀的措施：

1.提高装置的ha

1）尽可能减小吸入管路的阻力

2）减小吸上高度或增大流注高度

3）控制液体温度不要过高

2.减小泵的hr

1）在设计时尽量改进叶轮入口处的几何形状：

加大叶轮的进口直径和叶片进口边的宽度；

增大叶轮前盖板转弯处的曲率半径；

采用扭曲叶片或双吸叶轮；

在泵的进口加设诱导轮等

2）采用强度和硬度高、韧性和化学稳定性好的抗汽蚀材料来制造叶轮，以及提高通流部分表面的光洁度，也是提高泵抗汽蚀性能的有效措施。

第七讲：

离心泵的工况调节

离心泵的H和Q是由泵的特性曲线和管路特性曲线的交点——工况点所决定。

在船上，各种冷却水泵、锅炉给水泵、凝水泵、货油泵等，工作中往往需要调节流量，也就是说需要改变泵的工况点，称为“工况调节”。

工况调节可借改变泵的特性或管路特性来实现，船用泵常用的工况调节方法有以下几种:

1．节流调节法

增加或减小离心泵排出阀的开度，可使流量增大或减小，称为节流调节。

增或减泵排出阀开度，可使Q增大或减小。

节流调节简便易行，应用普遍。

节流程度太大（小Q）时，泵有可能发热。

当泵的特性曲线比较平坦（ns小），管路特性曲线也较平坦时，采用节流调节损失较小。

减小吸入阀开度，也能实现节流调节，但使泵吸入压力降低，可能产生气穴现象，甚至失吸，故应慎用。

2．回流调节法

改变回流阀开度，改变从排出口流回吸入管路流量，以调节主管的流量。

回流调节法特点：

①经济性很差

开大回流阀，减少主管流量。

泵流量和轴功率反而增加，可能超过额定功率。

相当部分功率浪费于回流液体的阻力损失上。

随着泵的流量增大，Hs降低而实际吸入真空度却增大，如后者超过前者，即可能发生汽蚀。

因此，只有在某些特殊场合下，例如锅炉给水泵有时要求将流量调到很小，这时单用节流调节难以精确，则可用回流调节作为补充调节手段。

②回流管以不直接通泵吸口为宜，小流量工作时液体容易循环发热。

3、变速调节法

通过调节转速改变泵的特性，称为变速调节。

变速调节法特点：

能在较大范围内保持较高的效率，比节流调节、回流调节都好。

而且降速不会引起汽蚀，但仅适合于可变速原动机。

近年来在某些船上，已采用变频交流电动机拖动主海水泵，实现了变速调节。

第八讲：

离心泵的一般结构

离心泵的主要工作部件是叶轮和泵壳。

叶轮通常是由5～7个弧形叶片和前、后圆形盖板所构成。

叶轮用键和叶轮螺母固定在泵轴的一端。

固定叶轮用的螺母旋向通常与原动机旋转方向相反，防止反复起动后因惯性而松动。

轴的另一端穿过填料箱伸出泵壳，由原动机带动。

泵壳呈螺线形，亦称螺壳或蜗壳。

泵体中充满的液体介质随叶轮回转，产生离心力，向四周甩出，在叶轮中心形成低压，液体便在液面压力作用下被吸进叶轮。

从叶轮流出的液体，压力和速度增大。

经蜗壳汇聚并形成导流。

叶轮不停回转，吸排就连续地进行。

液体通过泵时所增加的能量，是原动机通过叶轮对液体作功的结果。

扬程主要取决于叶轮的直径和转速，要提高H，必须增大D2或提高n，D2关系到泵的外廓和重量，n受限于泵的汽蚀性能。

离心泵n一般不超过8000～10000r／min，单级泵的H通常不超过150m。

离心泵额定扬程和流量的估算

离心泵的H与叶轮出口处的u2有很大关系。

铭牌失落的离心泵可按经验公式估算其额定扬程：

式中，系数K：

（1～1．5）X10-4

D2：

叶轮外径

排送冷水的离心泵，设计的进口流速大约在3m／s左右，因此其额定流量可按下面公式估算：

式中，D。

为泵吸口直径

离心泵的优点：

1．流量连续均匀，工作平稳；

Q容易调节；

所适用的Q范围很大，常用范围5—20000m3／h。

2．转速高。

可与电动机或汽轮机直接相连。

结构简单紧凑，尺寸和重量比同样流量的往复泵小得多，造价低。

3．对杂质不敏感，易损件少,管理和维修较方便。

无论在陆上或船上，离心泵的数量和使用范围超过了其它类型泵。

离心泵的缺点：

1.本身没有自吸能力。

为扩大使用范围，在结构上采取特殊措施制造各种自吸式离心泵。

在离心泵上附设抽气引水装置。

2.泵的Q随工作扬程而变。

H升高，Q减小。

达到封闭扬程时，泵即空转而不排液，不宜作滑油泵、燃油泵等要求Q不随H而变的场合。

3.扬程由D2和n决定的，不适合小Q、高H。

这要求叶轮流道窄长，以致制造困难，效率太低。

离心泵产生的最大排压有限，故不必设安全阀

一、叶轮

叶轮是将原动机机械能传递给被排送液体的工作部件，对泵的工作性能有决定性影响。

1）闭式叶轮：

有前、后盖板的叶轮，它工作时液体漏失少，效率较高，使用最普遍。

2）开式叶轮：

只有叶瓣和部分后盖板。

3）半开式叶轮：

只有后盖板的叶轮。

后两种叶轮铸造方便，但液体容易漏失。

叶轮又可分为单侧吸入式和双侧吸入式。

1.当流量小于300m3/h,多采用结构较简单的单吸式叶轮。

2.当流量较大时可用双吸叶轮，无须加大叶轮进口直径即可限制叶轮进口流速，以免抗汽蚀性能变差。

二、压出室

液体离开叶轮时速度很高，而排出管中的流速却不允许太大，否则管路阻力损失过大。

压出室的主要任务就是要以最小的水力损失汇聚从叶轮中流出的高速液体，将其引向泵的出口或下一级，并使液体的流速降低，将大部分动能转换为压力能。

扩压管的作用：

利用渐扩的截面进一步降低液流速度，将液体的大部分动能转换为压力能。

设计涡壳时，认为液体从叶轮中均匀流出，涡壳各载面面积与离开点O的圆周角成正比。

在设计流量时,涡壳中液流速度的大小和方向，与叶轮出口相同，所以撞击损失最小。

三、导轮

导轮安装在叶轮的外周，由两个圆环形盖板及夹在其间的导叶及后盖板背面的若干反导叶构成。

导叶BH段是一条螺旋角为常数的对数螺线，以便平顺地收集从叶轮流出的液体。

HC以后是扩压段。

液体离开导叶扩压段后，即经一环形空间进入反导叶间的流道。

反导叶出口角一般取90’，也有的反导叶做成使液体进入下一级叶轮时稍有预旋。

四、密封环

叶轮所排出的液体可能会从叶轮与泵壳之间的间隙漏向吸入口，这种内部泄漏会降低泵的ηv，使泵的Q和H减小。

为了减少内部漏泄，必须使泵壳和叶轮进口处的间隙做得很小，这样，在叶轮入口处即需装设密封环（也叫阻漏环）。

密封环的特点：

1.易损件，多用铜合金

2.装在叶轮与泵壳上的密封环分别称为动环和静环,可成对使用，小叶轮也可只装设静环。

3.根据密封环的型式，有平环和曲径环两类。

曲径越多，阻漏效果越好，但制造和装配的要求也越高，因此，曲径环多用在单级H较高的泵中。

叶轮在工作中难免有抖动和偏移。

排送热的液体时还会受热膨胀。

若密封环的径向间隙过小，则容易产生摩擦，甚至咬死。

若间隙过大，漏泄又会显著增加。

实验表明，当密封环间隙由0.30mm增至0.50mm时，效率约下降4％～4.5％。

五、轴封

泵轴伸出泵壳处也有间隙，排出的液体可能由此漏出，称为外漏。

外漏不仅会降低ηv，还可能污染环境。

如泵内P太大，空气漏出会增加噪声和振动，甚至失吸，所以在泵轴处设有轴封装置。

轴封方式：

1、填料密封。

结构简单、成本低廉、更换方便，普遍应用。

其缺点是磨损和漏泄相对较大。

因使用寿命较短，只能用在低速，低压和液体温度不高的场合。

填料由植物纤维、入造纤维、石棉纤维等的编织物或以有色金属为基体，辅以某些浸渍材料或充填材料制成的绳状物。

2.机械密封。

使用最广泛，使用寿命长，更换方便，结构可靠，我公司产品基本使用机械密封。

普通的机械密封由一个大的压紧弹簧压紧动环，使动环和静环紧密接触；

集装式机械密封由多个小弹簧压紧动环，压紧力均匀分布，保证动环和定环紧密接触，补偿可靠，延长密封的使用寿命，但价格比普通的机械密封要高。

六、轴向力平衡方法

1．止推轴承

2.平衡孔或平衡管

平衡孔法是在叶轮上开洞；

平衡管法是将排出端漏入叶轮后密封环之内的液体用平衡管引回叶轮吸入口；

平衡管法不仅同样可达到平衡轴向推力的目的，同时不致使水力效率降低。

3．双吸叶轮或叶轮对称布置

叶轮形状对称，两侧压力基本平衡，多用于大流量。

多级离心泵各叶轮产生的扬程基本相等。

当叶轮为偶数时，只要将其对称布置即可。

此法平衡多级泵的轴向推力效果较好，但泵壳结构较复杂。

采用上述2、3项平衡方法，由于叶轮两则情况难免有差别，叶轮加工上也存在误差，故两侧压力分布难以完全对称，不可能完全平衡轴向推力，仍需设置止推轴承以承受剩余的不平衡轴向推力。

第九讲：

离心泵的自吸

离心泵没有自吸能力，但舰船上配套的压载、舱底、日用海水和淡水泵、油轮扫舱等泵一般都要求带有自吸功能。

船用离心泵实现自吸的方法有三类：

1）自吸式离心泵

采用特殊的泵壳形式或主泵自带引水真空泵。

2）自动引水装置

在普通的离心泵上附设用以抽气的装置。

3）采用真空箱集中引水系统。

由一台真空泵自动控制一个真空箱保持足够的真空度，用若干抽气管分别通至所有需要引水的离心泵的吸入口。

真空箱集中引水适合于一条船有较多离心泵需自吸的情况。

自吸式离心泵按其工作原理可分为两类：

一、泵壳做成特殊结构

排出端具有气水分离作用，在起动期间能利用存留在泵内的液体，反复进出叶轮，将泵和吸入管内的气体裹携出去。

这类泵根据液体重新进入叶轮方式的不同，又有外混合式和内混合式之分。

㈠外混合式自吸离心泵在结构上采取了如下措施：

1.吸、排接管都弯向上方（以便泵内存水）

2.泵的螺壳内用隔板做成双流道结构，形成一个气水分离室。

3.泵吸入接管处设有单向阀（泵停时关闭）

自吸过程

1.泵内液体甩出，进口真空；

2.单向阀开，空气随液体一起排出；

3.外侧流道增加了阻力；

4.气液混合物沿内侧流道到；

5.气液分离室。

气体分出并排出，液体经外侧流道返回叶轮的外周，重新进入叶轮再次裹带气体，直到气体排尽；

6.采用半开式叶轮；

7.装密封圈，平衡轴向力；

㈡内混合式自吸离心泵

液流经导叶反复进出叶轮，从而实现排气功能。

此类型泵结构紧凑，工作可靠，但自吸时间长，效率低，

二、靠泵自带的真空泵来抽气引水。

有水环泵、喷射泵，也可称为外加自吸装置。

第十讲：

离心旋涡泵

一、旋涡泵的结构原理

第一级采用离心叶轮，第二级采用旋涡叶轮，是一种双级的小比转数自吸泵。

发挥了旋涡H相对较高和便于自吸的优点，又借离心叶轮Dhr小的长处。

特性曲线较陡，在H变化时Q波动较小。

旋涡叶轮3装在泵轴上，并用内隔板1分隔。

内隔板与泵盖6构成离心叶轮的涡壳。

隔板上的中间斜道可从涡壳的最大截面处把水斜向地引入第二级旋涡叶轮。

旋涡叶轮是闭式叶轮，开式流道。

在旋涡叶轮排出口装有气水分离室。

起动前必须灌水。

工作时，泵内液体在旋涡泵入口处与吸入管系中的空气相混合，经旋涡叶轮排到气水分离室中进行气水分离。

分离后的水经内、外隔板上回水口再次从旋涡泵的叶片根部进入叶间，重新裹带空气。

如此循环，直至空气驱尽后，泵就开始正常工作。

二、旋涡泵的性能和特点

旋涡泵有以下性能特点：

1．可在小Q范围内获得较高H

2．陡降的H一Q曲线和下降的P一Q曲线

泵的Q=0时，流道u为零，甩出液体与流道中液体的离心力之差最大，纵向旋涡最强。

泵的扬程也就最大。

随Q增加，流道u增加，纵向旋涡随之变弱，H也就迅速下降。

由于陡降的H特性，工作H变化时,Q变化小；

Q增大时因H下降很快。

功率曲线亦呈下降趋势。

起动时应开启排出阀，不宜采用节流调节，用回流调节较为

经济。

3．效率较低

因为液体多次进出叶轮时存在大的撞击损失，在设计工况时闭式旋涡泵效率为35％～45％，开式旋涡泵为20％～35％。

4．可以自吸

开式旋涡泵有自吸能力，能实现气液混合输送，适于抽送含气体的和易挥发的液体以及Pv很高的高温液体。

闭式旋涡泵出口设气液分离设备也可实现自吸，但起动前泵内必灌满液体。

5．汽蚀性能较差。

液流进入叶片时冲角大，液流紊乱，速度分布不均匀，特别是闭式泵，由于其进口处u很大，汽蚀性能更差。

6．叶轮承受径向力和轴向力

从吸入至排出压力沿圆周增加，作用方向垂直于通过隔舌位置的轴截面，指向低压侧，径向力由轴承承受，流道截面双侧对

称泵。

理论上不产生轴向力，若端面间隙不等，可能产生轴向力，可在叶轮上开平衡孔消除（右图）。

单侧流道的旋涡泵，叶轮两端压力不同，指向流道方向的轴向力，小型泵可用止推轴承，可用液力自动平衡方法。

7．不宜输送带固体颗粒或粘度过大的液体

固体颗粒会使密封间隙很快磨大,ηv迅速降低，旋涡泵ηh本来就低，粘度过大则水力损失严重。

一般所送液体的粘度多在37mm2／s以内。

8．其它特点

结构简单，重量轻，体积小，制造和维修方便。

用作耐腐蚀泵时，叶轮、泵体可用不锈钢制造，亦可用塑料或尼龙模压。

综上所述：

适用小Q、高H、功率较小和需要自吸的场合。

常用作辅助锅炉或压力水柜的给水泵、中小型柴油机的冷却水泵、汽油驳运泵。

第十一讲：

喷射泵

一、喷射泵的结构和工作原理

靠高压工作流体经喷嘴后产生的高速射流来引射被吸流体，与之进行动量交换，以使被引射流体的能量增加，从而实现吸排作用。

常用的工作流体有水、水蒸气、空气。

被引射流