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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
图2-1离心泵装置简图
1—叶轮；2 —泵壳；3—泵轴；4—吸入管;
5—底阀；6—压出管；7—出口阀
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。
液体从叶轮中央入口沿叶片流到叶轮外缘的流动情况如图 2-2所示。叶轮带动液体一起
作旋转运动时，液体具有一个随叶轮旋转的圆周速度 u，其运动方向为所处圆周的切线
-# •
图2-2液体在离心泵中的流动
方向；同时，液体又具有沿叶片间通道流的相对速度 W,其运动方向为所在处叶片的切线方
向；液体在叶片之间任一点的绝对速度
图2-2可导出三者之间的关系：
c为该点的圆周速度
叶轮进口处
2 2 2
Wi =c Ui -2gUiC0S4
叶轮出口处
2
W2 二 C2 U2 —2C2U2COS ：=2
泵的理论压头可从叶轮进出口之间列柏努利方程求得
Pi
HjHp He
P2 — Pi
■g
2 2
C2 _Ci
2g
u与相对速度 w的向量和。由
（2-i）
（2-2）
（2-3）
（2-4）
-# •
-# •
式中 H-――具有无穷多叶片的离心泵对理想液体所提供的理论压头， m;
Hp――理想液体经理想叶轮后静压头的增量， m；
He――理想液体经理想叶轮后动压头的增量， m。
两点高低互换两次，按时均计
上式没有考虑进、出口两点高度不同，因叶轮每转一周， 此高差可视为零。
液体从进口运动到出口，静压头增加的原因有二：
（i）离心力作功 液体在叶轮内受离心力作用，接受了外功。质量为 m的液体旋转
时受到的离心力为:
单位重量液体从进口到出口，因受离心力作用而接受的外功为：
2 2
R2 Fcdr _ R2 Rw dr = w r2 _r2 =匕
LRi "~^~tRi g —亦 2 _ i - 2g
（2）能量转换 相邻两叶片所构成的通道截面积由内而外逐渐扩大，液体通过时速
度逐渐变小，一部分动能转变为静压能。 单位重量液体静压能增加的量等于其动能减小的量, 即
wi2 -w；
2g
因此，单位重量液体通过叶轮后其静压能的增加量应为上述两项之和，即
上式成为:
U2C2COSG2
H :-
g
式2-8即为离心泵理论压头的表示式，称为离心泵基本方程式。 从图2-2可知
(2-8)
C2 C O S 2 = U2 -Cr2Ct g2
(2-9)
如不计叶片的厚度，离心泵的理论流量 Qt可表示为：
QT=Cr2 n D2