離心泵實驗裝置的設計任務書

『壹』 離心泵綜合實驗實驗結果及誤差分析

試驗的目的不同，試驗數據處理的方法也就不一樣。建議根據具體的試驗目的，在離心泵試驗台上認真試驗，做好試驗記錄，然後進行數據分析處理。如果處理結果和理論數據差異比較大，建議重新做試驗。
對於一般的離心泵，主要研究其流量、揚程、效率、汽蝕性能等參數。

『貳』 　離心泵

一、離心泵的工作原理

圖2-1所示為一個安裝在管路上的離心泵。主要部件有葉輪1與泵殼2等。具有若干彎曲葉片的葉輪安裝在泵殼內，並緊固於泵軸3上。泵殼中央的吸水口4與吸水管路5相連接，側旁的排出口8與排出管路9相連接。

離心泵一般用電動機帶動，在啟動前需向殼內灌滿被輸送的液體。啟動電動機後，泵軸帶動葉輪一起旋轉，充滿葉片之間的液體也隨著轉動，在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣的過程中便獲得了能量，使葉輪外緣的液體靜壓強提高，同時也增大了流速，一般可達15～25m/s，即液體的動能也有所增加。液體離開葉輪進入泵殼後，由於泵殼中流道逐漸加寬，液體的流速逐漸降低，又將一部分動能轉變為靜壓能，使泵出口處液體的壓強進一步提高，於是液體以較高的壓強，從泵的排出口進入排出管路，輸送至所需的場所。

當泵內液體從葉輪中心被拋向外緣時，在中心處形成了低壓區，由於貯槽液面上方的壓強大於泵吸入口處的壓強，在壓強差的作用下，液體便經吸入管路連續地被吸入泵內，以補充被排出液體的位置。只要葉輪不斷地轉動，液體便不斷地被吸入和排出。由此可見，離心泵之所以能輸送液體，主要是依靠高速旋轉的葉輪。液體在離心力的作用下獲得了能量以提高壓強。

離心泵啟動時，如果泵殼與吸入管路內沒有充滿液體，則泵殼內存有空氣，由於空氣的密度遠小於液體的密度，產生的離心力小，因而葉輪中心處所形成的低壓不足以將貯槽內的液體吸入泵內，此時雖啟動離心泵也不能輸送液體，此種現象稱為氣縛，表示離心泵無自吸能力，所以啟動前必須向殼體內灌滿液體。若離心泵的吸入口位於吸液貯槽液面的上方，在吸入管路的進口處應裝一單向底閥6和濾網7。底閥是防止啟動前所灌入的液體從泵內漏失，濾網可以阻攔液體中的固體物質被吸入而堵塞管道和泵殼。靠近泵出口處的排出管路上裝有調節閥10，以供開車、停車及調節流量時使用。

圖2-1離心泵裝置簡圖

1-葉輪；2-泵殼；3-泵軸；4-吸入口；5-吸入管；6-底閥；7-濾網；8-排出口；9-排出管；10-調節閥

二、離心泵的主要部件

離心泵最主要的部件為葉輪、泵殼與軸封裝置，下面分別簡述其結構和作用。

（1）葉輪葉輪的作用是將原動機的機械能傳給液體，使液體的靜壓能和動能均有所提高。

離心泵的葉輪如圖2-2所示，葉輪內有6～12片彎曲的葉片1。圖中（a）所示的葉片兩側有前蓋板2及後蓋板3的葉輪，稱為閉式葉輪。液體從葉輪中央的入口進入後，經兩蓋板與葉片之間的流道流向葉輪外緣，在這過程中液體從旋轉葉輪獲得了能量，並由於葉片間流道的逐漸擴大，故也有一部分動能轉變為靜壓能。有些吸入口側無前蓋的葉輪，稱為半閉式葉輪，如圖中（b）所示。沒有前、後蓋板的葉輪，稱為開式葉輪，如圖中（c）所示，半閉式與開式葉輪可用於輸送漿料或含有固體懸浮物的液體，因取消蓋板後葉輪流道不容易堵塞，但也由於沒有蓋板，液體在葉片間運動時容易產生倒流，故效率也較低。

圖2-2離心泵的葉輪

（a）閉式；（b）半閉式；（c）開式

閉式或半閉式葉輪在工作時，有一部分離開葉輪的高壓液體漏入葉輪與泵殼之間的兩側空腔中去，而葉輪前側液體吸入口處為低壓，故液體作用於葉輪前、後兩側的壓力不等，便產生了指向葉輪吸入口方向的軸向推力，使葉輪向吸入口側竄動，引起葉輪與泵殼接觸處磨損，嚴重時造成泵的振動。為此，可在葉輪後蓋板上鑽一些小孔（見圖2-3（a）中的1）。這些小孔稱為平衡孔，它的作用是使後蓋板與泵殼之間的空腔中一部分高壓液體漏到低壓區，以減少葉輪兩側的壓力差，從而起到平衡一部分軸向推力的作用，但同時也會降低泵的效率。平衡孔是離心泵中最簡單的一種平衡軸向推力的方法。

按吸液方式的不同，葉輪還有單吸和雙吸兩種。單吸式葉輪的結構簡單，如圖2-3（a）所示，液體只能從葉輪一側被吸入。雙吸式葉輪如圖2-3（b）所示，液體可同時從葉輪兩側吸入。顯然，雙吸式葉輪具有較大的吸液能力，而且基本上可以消除軸向推力。

圖2-3吸液方式（a）單吸式；（b）雙吸式

（2）泵殼離心泵的泵殼又稱蝸殼，因殼內有一個截面逐漸擴大的蝸牛殼形通道，如圖2-4的1所示。葉輪在殼內順著蝸形通道逐漸擴大的方向旋轉，愈接近液體出口，通道截面積愈大。因此，液體從葉輪外緣以高速度被拋出後，沿泵殼的蝸牛形通道向排出口流動，流速便逐漸降低，減少了能量損失，且使部分動能有效地轉變為靜壓能。所以泵殼不僅作為一個匯集由葉輪拋出液體的部件，而且本身又是一個轉能裝置。

為了減少液體直接進入蝸殼時的碰撞，在葉輪與泵殼之間有時還裝有一個固定不動而帶有葉片的圓盤。這個圓盤稱為導輪，如圖2-4中的3所示。導輪具有很多逐漸轉向的流道，使高速液體流過時能均勻而緩和地將動能轉變為靜壓能，從而減少能量損失。

圖2-4泵殼與導輪1-泵殼；2-葉輪；3-導輪

（3）軸封裝置泵軸與泵殼之間的密封稱為軸封。軸封的作用是防止高壓液體從泵殼內沿軸的四周漏出，或者防止外界空氣以相反方向漏入泵殼內。常用的軸封裝置有填料密封和機械密封兩種。

普通離心泵所採用的軸封裝置是填料函，俗稱盤根箱，如圖2-5所示。圖中1是和泵殼連在一起的填料函殼；2是軟填料，一般為浸油或塗石墨的石棉繩；4是填料壓蓋，可用螺釘擰緊，使填料壓緊在填料函殼與轉軸之間，以達到密封的目的；5是內襯套，用來防止填料擠入泵內。由於泵殼與轉軸接觸處可能是泵內的低壓區，為了更好地防止空氣從填料函不嚴密處漏入泵內，故在填料函內裝有液封圈3。如圖2-6所示，液封圈是一個金屬環，環上開了一些徑向的小孔，通過填料函殼上的小管可以和泵的排出口相通，使泵內高壓液體順小管流入液封圈內，以防止空氣漏入泵內，所流入的液體還起到潤滑、冷卻填料和軸的作用。

圖2-5填料函

1-填料函殼；2-軟填料；3-液封圈；4-填料壓蓋；5-內襯套

圖2-6液封圈

對於輸送酸、鹼以及易燃、易爆、有毒的液體，密封的要求就比較高，既不允許漏入空氣，又力求不讓液體滲出。近年來已廣泛採用稱為機械密封的軸封裝置。它由一個裝在轉軸上的動環和另一個固定在泵殼上的靜環所組成，兩環的端面借彈簧力互相貼緊而作相對運動，起到了密封的作用，故又稱為端面密封。圖2-7是國產AX型機械密封裝置的結構，該裝置的左側連接泵殼。螺釘1把傳動座2固定於轉軸上。傳動座內裝有彈簧3、推環4、動環密封圈5與動環6，所有這些部件都隨軸一起轉動。靜環7和靜環密封圈8裝在密封端蓋上，並由防轉銷9加以固定，所有這些部件都是靜止不動的。這樣，當軸轉動時，動環6轉動而靜環7不動，兩環間借彈簧的彈力作用而貼緊。由於兩環端面的加工非常光滑，故液體在兩環端面的泄漏量極少。此外，動環6和泵軸之間的間隙有動環密封圈5堵住，靜環7和密封端蓋之間的間隙有靜環密封圈8堵住，這兩處間隙並無相對運動，故很不易發生泄漏。動環一般用硬材料，如高硅鑄鐵或由堆焊硬質合金製成。靜環用非金屬材料，一般由浸漬石墨、酚醛塑料等製成。這樣，在動環與靜環的相互摩擦中，靜環較易磨損，但從機械密封裝置的結構看來，靜環易於更換。動環與靜環的密封圈常用合成橡膠或塑料製成。

圖2-7機械密封裝置

1-螺釘；2-傳動座；3-彈簧；4-推環；5-動環密封圈；6-動環；7-靜環；8-靜環密封圈；9-防轉銷

機械密封裝置安裝時，要求動環與靜環嚴格地與軸中心線垂直，摩擦面很好地研合，並通過調整彈簧壓力，使端面密封機構能在正常工作時，於兩摩擦面間形成一薄層液膜，以造成較好地密封和潤滑作用。

機械密封與填料密封相比較，有以下優點：密封性能好，使用壽命長，軸不易摩損，功率消耗小。其缺點是零件加工精度高，機械加工較復雜，對安裝的技術條件要求比較嚴格，裝卸和更換零件較麻煩，價格也比填料函的高得多。

三、離心泵的主要性能參數與特性曲線

1.離心泵的主要性能參數

為了正確選擇和使用離心泵，需要了解泵的性能。離心泵的主要性能參數有排量、工作壓力（壓頭）效率和輸入功率，這些參數標注在泵的銘牌上，現將各項意義分述於下。

（1）排量離心泵的排量，是指泵的送液數量能力，是指離心泵在單位時間內所排送的液體體積，以qv表示，單位常為1/s或m³/h。離心泵的排量取決於泵的結構、尺寸（主要為葉輪的直徑與葉片的寬度）和轉速。

（2）工作壓力離心泵的工作壓力又可用壓頭或泵的揚程表示，是指泵對單位重量的液體所能提供的有效能量，工作壓力用kPa或MPa表示，壓頭用水柱高m表示。離心泵的工作壓力取決於泵的結構（如葉輪的直徑、葉片的變曲情況等）、轉速和流量。對於一定的泵，在指定的轉速下，工作壓力與排量之間具有一定的關系。

泵工作時壓力可用實驗方法測定，如圖2-8所示。在泵的進出口處分別安裝真空表和壓力表，真空表與壓力表之間列柏努利方程式，即

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或

式中p_M——壓力表讀出的壓力（表壓）（N／m²）；

pv——真空表讀出的真空度（N／m²）；

v₁、v₂——吸入管、壓出管中液體的流速（m/s）；

∑h_f——兩截面的壓頭損失（m）。

圖2-8泵壓測定安裝圖

1-流量計；2-壓強表；3-真空計；4-離心泵；5-貯槽

由於兩截面之間管路很短，其壓頭損失∑h_f可忽略不計。若以h_M及h_v分別表示壓力表和真空表上的讀數，以液柱高m作計算，則（2-1）可改寫為

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（3）效率在輸送液體過程中，外界能量通過葉輪傳給液體時，不可避免地會有能量損失，故泵軸轉動所做的功不能全部都為液體所獲得，通常用效率η來反映能量損失。這些能量損失包括容積損失、水力損失及機械損失，現將其產生原因分述如下：

容積損失容積損失是由於泵的泄漏造成的。離心泵在運轉過程中，有一部分獲得能量的高壓液體，通過葉輪與泵殼之間的縫隙漏回吸入口，或從填料函處漏至泵殼外，因此，從泵排出的實際流量要比理論排出量為低，其比值稱為容積效率η₁。

水力損失水力損失是當流體流過葉輪、泵殼時，由於流速大小和方向要改變等原因，流體在泵體內產生沖擊而損失能量，所以泵的實際壓力要比泵理論上所能提供的壓力為低，其比值稱為水力效率η₂。

機械損失機械損失是泵在運轉時，泵軸與軸承之間、泵軸與填料函之間、葉輪蓋板外表面與液體之間均產生摩擦，從而引起的能量損失。可用機械效率η₃表示。

泵的總效率η（又稱效率）等於上述三種效率的乘積，即

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對離心泵來說，一般小型泵的效率為50%～70%，大型泵可達90%。

（4）軸功率離心泵的功率是泵軸所需的功率。當泵直接由電動機帶動時，也就是電動機傳給軸的輸出功率，以N表示，單位為W或kW。有效功率是排送到管道的液體從葉輪所獲得的功率，以Ne表示。由於有容積損失、水力損失與機械損失，所以泵的軸功率大於有效功率，即

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而有效功率可寫成

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式中qv——泵的排量（m³/s）；

h——泵的壓頭（m）；

ρ——被輸送液體的密度（kg/m³）；

g——重力加速度（m/s²）。

若式（2-5）中Ne用kW來計量，則

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泵的功率為

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p為泵的工作壓力。

2.離心泵的特性曲線

前已述及離心泵的主要性能參數是排量、工作壓力（壓頭）、泵功率及效率，其間的關系由實驗測得，測出的一組關系曲線稱為離心泵的特性曲線或工作性能曲線，此曲線由泵的製造廠提供，並附於泵樣本或說明書中，供使用部門選泵和操作時參考。

圖2-9為國產4B20型離心水泵在n＝2900r/min時的特性曲線，由h-qv、N-qv及η-qv三條曲線所組成。特性曲線是在固定的轉速下測出的，只適用於該轉速，故特性曲線圖上都標明轉速n的數值。

（1）h-qv曲線表示泵的壓頭與排量的關系。離心泵的工作壓力普遍是隨排量的增大而下降（在排量極小時可能有例外）。

（2）N-qv曲線表示泵的軸功率與排量的關系。離心泵的功率隨排量的增大而上升，排量為零時軸功率最小。所以離心泵啟動時，應關閉泵的出口閥門，使啟動電流減少，以保護電機。

（3）η-qv曲線表示泵的效率與排量的關系。從圖2-9所示的特性曲線看出，當qv＝0時η＝0，隨著排量的增大，泵的效率隨之而上升並達到一最大值；以後排量再增，效率便下降。說明離心泵在一定轉速下有一最高效率點，稱為設計點。泵在與最高效率相對應的排量及壓頭下工作最為經濟，所以與最高效率點對應的qv、h、N值稱為最佳工況參數。離心泵的銘牌上標出的性能參數就是指該泵在運行時效率最高點的狀況參數。但實際上離心泵往往不可能正好在該條件下運轉，因此一般只能規定一個工作范圍，稱為泵的高效率區，通常為最高效率的92%左右。選用離心泵時，應盡可能使泵在此范圍內工作。

圖2-94B20型離心水泵的特性曲線

3.離心泵的轉速對特性曲線的影響

離心泵的特性曲線都是在一定轉速下測定的，但在實際使用時常遇到要改變轉速的情況，這時速度三角形將發生變化，泵壓、排量、效率及泵功率也隨之改變。當液體的粘度不大且泵的效率不變時，泵排量、泵壓頭、軸功率與轉速的近似關系為：

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式中qv₁、h₁、N₁——轉速為n₁時泵的性能參數；

qv₂、h₂、N₂——轉速為n₂時泵的性能參數。

當轉速變化小於20%時，可以認為效率不變，用上式進行計算誤差不大。

4.葉輪直徑對特性曲線的影響

如果只將葉輪切削而使直徑變小，且變化不大，效率可視為基本上不變，則qv與D成正比。在固定轉速之下，h與D²成正比，於是N與D³成正比。葉輪直徑和泵排量、泵壓頭、軸功率之間的近似關系為：

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式中qv₁、h₁、N₁——葉輪直徑為D₁時泵的性能參數；

qv₂、h₂、N₂——葉輪直徑為D₂時泵的性能參數。

上述關系只有在直徑的變化不超過20%時才是可用的。

屬於同一系列的泵，其幾何形狀完全相似，葉輪的直徑與厚度之比是固定的。這種幾何形狀相似的泵，因直徑不同而引起的性能變化，qv與D³成正比，h與D²成正比，於是N與D⁵成正比。葉輪直徑和排量、壓頭、功率之間的近似關系為：

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式中qv₁、h₁、N₁——葉輪直徑為D₁時泵的性能；

qv₂、h₂、N₂——葉輪直徑為D₂時泵的性能。

5.液體物理性質的影響

泵生產部門所提供的離心泵特性曲線一般都是在一定轉速和常壓下，以常溫的清水為工質做實驗測得的。當所輸送的液體性能與水相差較大時，要考慮粘度及密度對特性曲線的影響。

（1）粘度的影響離心泵所輸送的液體粘度愈大，泵體內能量損失愈多。結果泵的工作壓力、排量都要減少，效率下降，而功率則要增大，所以特性曲線改變。

（2）密度的影響由離心泵的基本方程式看出，離心泵的壓頭、排量均與液體的密度無關，則泵的效率亦不隨液體的密度而改變，所以，h-qv與η-qv曲線保持不變。但是泵的軸功率隨液體密度而改變。因此，當被輸送的密度與水不同時，原產品目錄中對該泵所提供的N-qv曲線不再適用，此時泵的軸功率可按式（2-9）重新計算。

（3）溶質的影響如果輸送的液體是水溶液，濃度的改變必然影響液體的粘度和密度。濃度越高，與清水差別越大。濃度對離心泵特性曲線的影響，同樣反映在粘度和密度上。如果輸送液體中含有懸浮物等固體物質，則泵特性曲線除受濃度影響外，還受到固體物質的種類以及粒度分布的影響。

四、離心泵的安裝高度和氣蝕現象

（一）氣蝕現象

離心泵通過旋轉的葉輪對液體作功，使液體能量（包括動能和靜壓能）增加，在葉輪運動的過程中，液體的速度和壓力隨之變化。通常離心泵葉輪入口處是壓力最低的地方。如果這個地方液體的壓力等於或低於在該溫度下液體的飽和蒸汽壓力pv，就會有蒸汽從液體中大量逸出，形成許多蒸汽和氣體相混合的小氣泡。這些小氣泡隨液體流到高壓區時，由於氣泡內為飽和蒸汽壓，而氣泡周圍大於飽和蒸汽壓，因而產生了壓差。在這個壓差作用下，氣泡受壓破裂而重新凝結。在凝結過程中，液體質點從四周向氣泡中心加速運動，在急劇凝結的一瞬間，質點互相撞擊，產生很高的局部壓力。這些氣泡如果在金屬表面附近破裂而凝結，則液體就像無數小彈頭一樣，連續打擊在金屬表面上。在壓力很大（幾百大氣壓）頻率很高（每秒幾萬次之多）的連續打擊下，金屬表面逐漸因疲勞而破壞，這種現象叫做汽蝕現象。離心泵在嚴重的汽蝕狀態下運轉時，發生汽蝕的部位很快就被破壞成蜂窩或海綿狀，使泵的壽命大大地縮短。同時，因汽蝕引起泵體振動，泵的吸液能力和效率也大大下降。為了保證離心泵的正常操作，避免發生汽蝕，泵安裝的吸水高度絕對不能超過規定，以保證泵入口處的壓力大於液體輸送溫度下的飽和蒸汽壓。

（二）離心泵的安裝高度

我國的離心泵規格中，採用兩種指標對泵的安裝高度加以限制，以免發生汽蝕，現將這兩個指標介紹如下。

1.允許吸上真空高度

允許吸上真空高度h_s是指泵入口處壓力p₁可允許達到的最高真空度，其表達式為

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式中h_s——離心泵的允許吸上真空高度，m液柱；

p_a——大氣壓（N/m²）；

ρ——被輸送液體的密度（kg/m³）。

要確定允許吸上真空度與允許安裝高度h_g之間關系，可設離心泵吸液裝置如圖2-10所示。以貯槽液面為基準面，列出槽面0-0與泵入口1-1截面的柏努利方程式，則

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式中，∑h_f為液體流經吸入管路時所損失的壓頭（m）。由於貯槽是敞口的，則p₀為大氣壓p_a。

上式可寫成

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將式（2-10）代入上式，則

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此式可用於計算泵的安裝高度。

圖2-10離心泵吸液示意圖

由上式可知，為了提高泵的允許安裝高度，應該盡量減少

和∑h_f。為了減少

，在同一流量下，應選用直徑稍大的吸入管以外，吸入管應盡可能地短，並且盡量減少彎頭和不安裝截止閥等。

泵製造廠只能給出h_s值，而不能直接給出h_g值。因為每台泵使用條件不同，吸入管路的布置情況也各異，有不同的

和∑h_f值，所以只能由使用單位根據吸入管路具體的布置情況，由計算確定h_g。

在泵樣本或說明書中所給出的h_s是指大氣壓力為10mH₂O，水溫為20℃狀態下的數值，如果泵的使用條件與該狀態不同時，則應把樣本上所給出的h_s值，換算成操作條件下的h′_s值，其換算公式為

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式中h′_s——操作條件下輸送液體時的允許上真空高度（mH₂O）；

h_s——泵樣本中給出的允許吸上真空度高（mH₂O）；

h_a——泵工作處的大氣壓（mH₂O）；

h_r——操作溫度下液體的飽和蒸汽壓（mH₂O）。

泵安裝地點的海拔越高，大氣壓力就越低，允許吸上真空度就小，若輸送液體的溫度越高，或液體越易揮發所對應的飽和蒸汽壓就越高，這時，泵的允許吸上真空度也就越小。不同海拔高度時大氣壓如表2-1。

表2-1不同海拔高度的大氣壓力

2.汽蝕餘量

汽蝕餘量△h是指離心泵入口處，液體的靜壓頭

與動壓頭

之和超過液體在操作溫度下的飽和蒸氣壓頭

的某一最小指定值，即

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式中△h——汽蝕餘量（m）；

p_r——操作溫度下液體飽和蒸汽壓（N/m²）。

將式（2-11）與（2-14）合並可導出汽蝕餘量△h與允許安裝高度h_g之間關系為

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式中p₀為液面上方的壓力，若為敞口液面，則

p₀＝p_a

應當注意，泵性能表上△h值也是按輸送20℃水而規定的。當輸送其它液體時，需進行校正。

由上可知，只要已知允許吸上真空高度h_s與汽蝕餘量△h中的任一個參數，均可確定泵的安裝高度。

五、離心泵的類型與選擇

1.離心泵的類型

工業生產中被輸送液體的性質、壓強、流量等差異很大，為了適應各種不同要求，離心泵的類型也是多種多樣的。按液體的性質可分為水泵、耐腐蝕泵、油泵、雜質泵等；按葉輪吸入方式可分為單吸泵與雙吸泵；按葉輪數目又可分為單級泵與多級泵。各種類型的離心泵按照其結構特點各自成為一個系列，並以一個或幾個漢語拼音字母作為系列代號，在每一系列中，由於有各種不同的規格，因而附以不同的字母和數字來區別。現對工廠中常用離心泵的類型作簡要說明。

（1）水泵（B型、D型、Sh型）凡是輸送清水以及物理、化學性質類似於水的清潔液體，都可以用水泵。

應用最廣泛的為單級單吸懸臂式離心水泵，其系列代號為B，稱B型水泵，其結構如圖2-11所示。泵體和泵蓋都是用鑄鐵製成，全系列揚程范圍為8～98m，排量范圍為4.5～360m³/h。

若所要求的壓頭較高而流量並不太大時，可採用多級泵，如圖2-12所示，在一根軸上串聯多個葉輪，從一個葉輪流出的液體通過泵殼內的導輪，引導液體改變流向，同時將一部分動能轉變為靜壓能，然後進入下一個葉輪入口，液體從幾個葉輪多次接受能量，故可達到較高的壓頭。我國生產的多級泵系列代號D，稱為D型離心泵，一般自2級到9級，最多可到12級，全系列揚程范圍為14～351m，排量范圍為10.8～850m³/h。

若輸送液體的流量較大而所需的壓頭並不高時，則可採用雙吸泵。雙吸泵的葉輪有兩個入口，如圖2-13所示。由於雙吸泵葉輪的厚度與直徑之比加大，且有兩個吸入口，故輸液量較大。我國生產的雙吸離心泵系列代號為Sh，全系列揚程范圍為9～140m，排量范圍為120～12500m³/h。

（2）耐腐蝕泵（F型）輸送酸、鹼等腐蝕性液體時應採用耐腐蝕泵，其主要特點是和液體接觸的部件用耐腐蝕材料製成。各種材料製造的耐腐蝕泵在結構上都要求簡單，易更換零件，檢修方便。都用F作為耐腐蝕泵的系列代號。在F後面再加一個字母表示材料代號，以作區別。我國生產的F型泵採用了許多材料製造，例如：

圖2-11B型水泵結構圖

1-泵體；2-葉輪；3-密封環；4-護軸套；5-後蓋；6-泵軸；7-托架；8-聯軸墨部件

圖2-12多級泵示意圖

圖2-13雙吸泵示意圖

灰口鑄鐵——材料代號為H，用於輸送濃硫酸；

高硅鑄鐵——材料代號為G，用於輸送壓強不高的硫酸或以硫酸為主的混酸；

鉻鎳合金鋼——材料代號為B，用於常溫輸送低濃度的硝酸、氧化性酸液、鹼液和其他弱腐蝕性液體；

鉻鎳鉬鈦合金鋼-材料代號為M，最適用於硝酸及常溫的高濃度硝酸；

聚三氟氯乙稀塑料-材料代號為S，適用於90℃以下的硫酸、硝酸、鹽酸和鹼液。

耐腐蝕泵的另一個特點是密封要求高。由於填料本身被腐蝕的問題也難徹底解決，所以F型泵根據需要採用機械密封裝置。

F型泵全系列的揚程范圍為15～105m，排量范圍為2～400m³/h。

圖2-14B型水泵系列特性曲線

表2-2B型水泵性能表（部分）

註：括弧內數字是JO型電機功率。

（3）雜質泵（P型）輸送懸浮液及粘稠的漿液等常用雜質泵。在非金屬礦產加工過程中得到廣泛地應用。系列代號為P，又細分為污水泵PW、砂泵PS、泥漿泵PN等。對這類泵的要求是：不易被雜質堵塞、耐磨、容易拆洗。所以它的特點是葉輪流道寬，葉片數目少，常採用半閉式或開式葉輪。有些泵殼內襯以耐磨的鑄鋼護板或橡膠襯板。

在泵的產品目錄或樣本中，泵的型號是由字母和數字組合而成，以代表泵的類型、規格等，現舉例說明。

8B29A：

其中8——泵吸入口直徑，英寸，即8×25＝200mm；

B——單級單吸懸臂式離心水泵；

29——泵的揚程，m；

A——該型號泵的葉輪直徑經切割比基本型號8B29的小一級。

為了選用方便，泵的生產部門常對同一類型的泵提供系列特性曲線，圖2-14就是B型水泵系列特性曲線圖。把同一類型的各型號泵與較高效率范圍相對應的一段h-qv曲線，繪在一個總圖上。圖中扇形面的上方弧形線代表基本型號，下方弧形線代表葉輪直徑比基本型號小一級的型號A。若扇形面有三條弧形線，則中間弧形線代表型號A，下方弧形線代表葉輪直徑比基本型號再小一級的型號B。圖中的符號與數字見圖內說明。

2.離心泵的選擇

離心泵的選擇，一般可按下列的方法與步驟進行：

（1）確定輸送系統的流量與工作壓力（壓頭） 液體的輸送量一般為生產任務所規定，如果流量在一定范圍內變動，選泵時應按最大流量考慮。根據輸送系統管路的安排，用柏努利方程式計算在最大流量下管路所需的壓頭。

（2）選擇泵的類型與型號根據被輸送液體的性質和操作條件確定泵的類型。按已確定的流量Q_e和壓頭h_e或工作壓力p從泵樣本或產品目錄中選出合適的型號。選出的泵能提供的排量Q和壓頭h不見得與管路所要求的Q_e和壓頭h_e或工作壓力p完全相符，而且考慮到操作條件的變化和應具備一定的潛力，所選的泵可以稍大一些，但在該條件下泵的效率應比較高，即點（Q_e、h_e）坐標位置應靠近在泵的高效率范圍所對應的h-qv曲線下方。

泵的型號選出後，應列出該泵的各種性能參數（表2-2是B型泵的性能表（部分））。

（3）核算泵的軸功率若輸送液體的密度大於水的密度時，可按式（2-7）核算泵的軸功率。

『叄』 離心泵開題報告

關於離心泵開題報告

離心式水泵的工作原理是是靠葉輪產生的真空把水從下面吸上來再打到高處，如果泵體內沒水的話，真空形不成，那水就吸不上來了，如果液位高於水泵，可以利用自灌的方式把水引入泵體內，不然也需要灌水。知道它的原理就好設計論文的開題了。

論文題目《排水泵房自動控制設計》

摘要：為了提高傳統水泵房控制方式的不足，實時監控泵房各設備的運行狀態，設計了基於PLC的排水泵房自動排水監控系統，分析了系統的構成和控制軟體的編制。該系統採用西門子PLC作為控制器，通過檢測部件等系統自動檢測液位和其他參數，對水泵的運行進行自動化控制，並將數據傳到上位機中，實現遠程檢測。

關鍵詞: 水泵，PLC，自動控制

1研究背景

1.1課題來源

我國排水泵房控制系統仍由很多依靠傳統的人工操作方式，而傳統的自動控制大多為常規的繼電器帶動接觸器控制，其控制器通常為電位器之類，是基於電氣原理的純電氣自動控制，屬於模擬控制方式。如一位式的模擬控制方式，這種控制方式精度低，可靠性差，除了一些精度要求不高的場合外，現階段一般很少採用。

隨著集成技術的迅猛發展，以微處理器為核心的單片機、PLC、工控機迅速滲透到工業控制的各個領域，產生了計算機自動控制。計算機自動控制的控制器是各種類型的計算機(包括單片機、工控機及PLC等)，其最大的優點是控制器能夠存儲並辨識特殊的語言(程序)，根據程序的控制思想發出各種指令，控制執行機構的動作，使被控制量滿足系統的要求。本次畢業設計就是將落空的排水泵控制系統進行改造，從而實現整個系統採用計算機控制技術對水泵實行自動控制和狀態檢測。

1.2研究目的、意義和任務

從排水泵房控制系統比較落後，完全是人為手動控制的現狀來看，它十分需要增加一套控制系統，從而減輕操作人員工作量，優化運行，延長系統設備運行壽命。本課題就是設計一控制系統來解決以上問題。本系統在設計的'時候是以某工程排水泵排水系統為藍本進行設計的。但本系統的使用並不局限於某工程排水泵排水系統。

本課題主要的任務是設計檢測部分、控制部分和網路(控制器和微機通訊)部分，通過檢測部分檢測主水倉、補水倉液位和各泵的運行參數，並送至控制器中，通過控制器實現電動控制或自動控制。並且將數據傳到地上控制室的上位機中，實現遠程檢測。

2 文獻綜述

目前，許多工廠的排水系統還採用人工控制，水泵的開停及選擇切換均人工完成，完全依賴於工人的工作態度和責任心，同時人工控制也無法准確預測水位的增長速度，做不到根據水位和其他參數在用電的風谷期自動開停水泵，這將嚴重影響工廠自動化管理水平和經濟效益，同時也容易由於人為因素造成安全隱患。

2.1控制系統總體概述

本套系統設計控制分為三部分：

現場手動控制

地下控制室電動控制

地上主控制室遠程檢測

通過感測器對主水倉液位的檢測，來自動判斷啟動幾台水泵進行排水(自動檢測控制)，或由人為地選擇啟動幾台水泵進行排水(電動控制或手動控制)。同時也類似地控制水泵的停止。在水泵運行的過程中對水泵的相關參數進行監控，如壓力、流量、溫度、轉速、負壓。出現故障時進行報警，若出現嚴重故障時，則立即停止水泵，並報警。並且把所檢測到的所有數據傳到地上主控制室內的上位機中。

2.2系統控制要求

2.2.1 整體要求：

1、實現以下控制：

手動控制、電動控制、自動監測控制

手動控制時要能自動切斷電動控制和自動控制;自動控制時要能自動切斷手動控制和自動控制;自動控制時要能自動切斷手動控制和電動控制。

2、電動控制：根據所要起動的泵來自動決定閥的開閉，只需人為的來決定起動或停止哪台泵。

3、自動檢測控制：不需人為的介入，根據主水倉的液位自動實現泵的啟動、運轉參數檢測、泵的停止及故障診斷報警。

2.2.2 具體要求：

1、現場手動控制/非手動控制轉換(非手動控制包括電動控制和自動檢測控制)，電動控制/自動檢測控制轉換

2、現場手動控制直接經過電控部分控制，而電動控制/自動檢測控制則經過控制器來控制

3、自動檢測控制實現水泵的自動起動：

(1)根據水位信號，確定要起動水泵的台數和哪台水泵起動;

(2)關閉要起動水泵的排水閥，並確定排水管路及各分配閥的開關狀態;

(3)開啟真空泵;打開真空泵與水泵連接的排氣閥(;水泵開始排氣，並檢測水泵吸入口的負壓信號;

(4)當吸入口負壓信號到達預定值時，起動水泵(降壓啟動，由電控實現);打開排水閥，關閉真空泵與水泵連接的排氣閥，關掉真空泵，水泵進入正常排水運行。

在地下控制室內要實時地顯示所投入運行的水泵。

4、水泵運行時的參數監控：

水泵進入正常排水運行時，檢測水泵運行的參數有：

(1)、水位信號

(2)、水泵的排水壓力信號

(3)、水泵吸入口的負壓信號

(4)、水泵的流量信號

(5)、水泵的轉速信號

(6)、水泵軸承的溫度信號

在地下控制室內要實時地顯示所投入運行的水泵以上參數及主水倉液位。並把這些參數傳到地上控制室的上位機中。

5、自動檢測控制實現水泵的自動停止：

(1)、根據水位信號，確定停止水泵台數和停哪台水泵;

(2)、切斷要停止水泵的電源，關閉排水閥;

(3)、根據水位信號，當水位低於最低水位時，停止最後一台水泵，步驟同上。

(4)、水泵全部停止後，系統處於自動監控狀態，隨時准備起動。

6、搶險排水：

(1)當水位信號超過警戒水位時(井底水平高度)，所有水泵全部開動(起動程序同上，逐台起動，防止起動電流過大);

(2)隨著水位信號的逐淅下降，當水位信號低於安全警戒線時，逐步停掉部分水泵(停止程序同上);

(3)當水位信號低於最低水位時，停掉所有水泵(停止程序同上)，系統處於自動監控狀態，隨時准備起動。

7、水泵運行的故障診斷及故障報警

(1)、水泵不吸水(真空信號);

(2)、流量小(真空信號，壓力信號);

(3)、水泵不上水(壓力信號、流量信號);

(4)、轉速變化大(轉速信號、壓力信號、流量信號);

(5)、軸承過熱(溫度信號);

(6)、內部聲音異常，可能原因是流量大，吸入高度過大，吸入處有空氣滲入，所吸入的液體溫度過高。(流量信號、負壓信號、溫度信號)。

出現以上故障，及時報警通知操作人員;嚴重故障時，報警並停止出現故障的水泵。

3 設計方案

3.1 手動控制方案的確定

1.現場手動控制直接經過電控部分來分別控制各個元件，其所需開關有：

·現場手動控制/非手動控制轉換開關

·各水泵起動/停止開關

·各水泵排氣閥、排水閥、分配閥打開/關閉開關

2.輸出開關量有：

·各閥開啟信號燈

3.2 系統電動控制/自動檢測控制方案的確定

根據現場具備的條件及系統的控制要求，得到泵房控制系統的控制I/O點配置及參數顯示，主要包括：

1、輸入開關量：

·電動控制/自動檢測控制模式選擇開關

·顯示各泵參數按鍵

·泵控制按鈕

2、輸入模擬量：

·輸入溫度

·輸入負壓

·輸入壓力

·輸入液位

·輸入轉速

·輸入流量

3、輸出開關量：

·真空泵、主水泵電機起停

·電磁閥/電動閥開關

·手動模式信號燈

·電動模式信號燈

·自動模式信號燈

·故障報警燈

現場控制由PLC控制網路組成，第一台PLC檢測主水倉、補水倉的液位、控制3台水泵、並控制第二台PLC，第二台PLC控制4、5、6泵;地上控制室由一台上位機組成，主要接收井下控制室傳上來的主水倉液位及各台泵的運行參數。

4 進度安排

2011年8月1日—2011年9月1日 查閱文獻資料並撰寫開題報告

2011年9月2日—2011年9月30日 完成工藝及失效分析研究

2011年10月1日—2011年10月31日 撰寫論文

2011年11月1日—2011年11月30日 論文定稿，准備答辯

參考文獻

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[12] 殷洪義.可編程式控制制器選擇設計與維護.北京:機械工業出版社，2002

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『肆』 離心泵的安裝方案

水泵安裝方案

基礎檢驗→水泵就位安裝→檢測與調整→潤滑與加油→試運轉

用水平儀和線墜在對水泵進出口法蘭和底座加工面上進行測量與調整，對水泵進行精安?裝，整體安裝的水泵，卧式泵體水平度不應大於0.1/1000，立式泵體垂直度不應大於0.1/1000。

水泵與電機採用聯軸器連接時，用百分表、塞尺等在聯軸器的軸向和徑向進行測量和調整，聯軸器軸向傾斜不應大於0.8/1000，徑向位移不應大於0.1mm。

調整水泵與電機同心度時，應松開聯軸器上的螺栓、水泵與電機和底座連接的螺栓，採用不同厚度的簿鋼板或簿銅皮來調整角位移和徑向位移。微微撬起電機或水泵的某一需調整的一角，將剪成如下圖形狀的簿鋼板或簿銅皮墊在螺栓處。

當檢測合格後，擰緊原松開的螺栓即可。

4、潤滑與加油。

檢查水泵的油杯並加油，盤動聯軸器，水泵盤車應靈活，無異常現象。

5、試運轉。

打開進水閥門、水泵排氣閥，使水泵灌滿水，將水泵出水管上閥門關閉。先點動水泵，檢查有無異常、電動機的轉向是否符合泵的轉向要求。然後啟動水泵，慢慢打開出水管上閥門，檢查水泵運轉情況、電機及軸承溫升、壓力表和真空表的指針數值、管道連接情況，應正常並符合設計要求。

『伍』 測定離心泵特性曲線時為什麼要使流量范圍下限為0，上限為盡量大

流量下限為0時，壓力最大，根據最大壓力可以判斷管道及附件能否承受。流量上限時，電機的負載達到最大值，可以判斷電機及線路和相關電器的承受能力。
（你已熬到四級，竟不捨得給別人一分）

『陸』 化工原理離心泵實驗

「泵入口真空度隨流量的增大而增大,出口壓力隨流量的增大而減小」。這是因為隨著流量的增大，根據水泵特性，水泵的工作點往壓力減小方向移動，水泵壓力出水口和進水口壓力均減小。只不過水泵進口是處於真空狀態，壓力減小就意味著真空增大。關閉出口閥的作用是改變了管道的特性，增大了管道的阻力，使水泵的工作點向著流量減小的方向移動，由於水泵的特性也同時增大了壓力。
(因此處無法畫水泵和管路的特性曲線，請你自己畫畫看。）

『柒』 離心泵軸向力的平衡裝置有哪些

多級離心泵軸向力平衡裝置的設計理念
離心泵在運行的過程中產生的軸向力會造成轉子軸的上下竄動,造成離心泵內零件之間的摩擦作用,長期下去勢必會對離心泵的零件造成損耗,影響多級離心泵設備的正常運行,影響生產效率。然而,軸向力平衡裝置的配置,會在兩端產生一定的壓力差,其中的液體會在流動的過程中產生一個與軸向力相反的平衡力,而平衡力的大小會隨平衡盤移動而發生一定的變化,直到與離心泵的軸向力相互抵消,但是由於慣性的存在,離心泵的轉子不會立即停止竄動,因此離心泵的轉子始終處於一種動態平衡狀態下,保證多級離心泵的正常運行。
軸向力平衡裝置的設計工作是整個多級離心泵配置和設計工作中的重要組成部分,因此相關設計工作人員在確保多級離心泵正常運行的前提下,應該充分考慮到工業生產的實際運行環境,結合多種設計方法和理念,將設備在運行過程中的使用狀態保持在一個較為穩定、安全的狀態下。下面就簡要介紹幾種多級離心泵軸向力平衡裝置在設計工作過程中的設計理念和方法。
2.1葉輪對稱分布法
在現代離心泵軸向力平衡裝置的設計工作中,一般都將葉輪級數選擇為偶數,因為當葉輪級數為偶數時,可以使用葉輪對稱分布法來平衡設備軸向力,對稱分布的葉輪在運行過程中產生的軸向力大小相等,方向相反,在宏觀上則會表現出一種平衡狀態。在進行設計的過程中,應該注意反向葉輪入口前的密封節流尺寸與葉輪的直徑大小相一致,保證良好的密封性。
2.2平衡盤法
平衡盤法作為現代多級離心泵軸向力平衡裝置設計過程中比較常見的設計方法,其結構可以根據生產需求進行適度的調整,其平衡力一部分主要是由盤徑向間隙與軸向間隙之間的截面產生,另一部分主要是由平衡盤軸向間隙與外半徑截面產生,這兩種平衡力起著平衡軸向力的作用。與其他方式相比,平衡盤法的優勢在於其平衡盤的直徑較大,靈敏度較高,有效地提升了設備裝置的運行穩定性。
2.3平衡盤鼓法
與平衡盤法相比,平衡盤鼓法的不同之處在於其節流軸套部分的尺寸要比葉輪輪轂尺寸大,而平衡盤要求節流軸套的尺寸與葉輪輪轂的尺寸相對應。一般來講，在平衡盤鼓的設計方法中,由平衡盤產生的平衡力佔到總軸向力的一半以上,最大可以達到總軸向力的90%,其他部分主要是由平衡鼓來提供。與此同時,適度增加平衡鼓的平衡力,會相應減低平衡盤的平衡力，相應地會使平衡盤的尺寸減低,從而減小平衡盤的磨損程度,提高設備零件的使用周期,保證多級離心泵的正常運行。
2.4雙平衡鼓法
雙平衡鼓法其實就是在平衡盤鼓法的基礎上進行強化生成的，與平衡盤鼓法相比,這種方法是在平衡盤的外徑上多增加了- -道徑向間隙，這樣就使得平衡盤發揮的作用與平衡鼓相當,不僅使得軸向間隙進- - 步增加，」而且也會減少平衡盤與設備之間的磨損程度,同時也會使平衡室的壓力相對降低,減少大鼓的平衡力大小，提高設備運行的穩定性.保證多級離心泵軸向力平衡裝置能夠發揮出應有的作用。