摘 要

为了满足旅客和船员的生活必需，确保船舶的正常航行和系泊，在船舶上都有广泛的应用到较多数量且能起相应作用的离心泵，主要是由于离心泵具有结构简单、紧凑、重量轻、造价低、能与高速原动力相连、排量大及供液均匀等优点。研究学习离心泵的发展前沿，能为辅机课程内容更新提供支撑作用。

本文在通过阅读和参考大量关于船用离心泵的文献，学习并回顾船用离心泵工作原理、结构性能参数的同时，对现行船用离心泵的自吸、抗汽蚀及应用等方面有了更好的认识。回顾学习离心泵自吸过程及不能自吸的原因的同时，并且对影响离心泵自吸性能的影响因素进行了分析，其中包括圆周速度、叶轮出口宽度、回流孔面积和位置、隔舌间隙、储水量等方面。对于高比转数自吸式离心泵，为了提高离心泵的自吸性能，可以降低比转速，可以增大叶轮圆周速度，从而增加泵的排气能力。离心泵在工作过程中，通常都会发生汽蚀现象，汽蚀现象严重威胁了离心泵的运行质量及整套装置的运行状态，使离心泵向高转数发展进程缓慢，解决离心泵的汽蚀问题对延长泵寿命和检修周期、节约材料成本、保证泵的安全运转和提高泵的效率有着非常重要的意义。在对船用离心泵汽蚀现象的分析的同时，对离心泵汽蚀现象的危害有一定的了解。在提高离心泵抗气蚀性能的前提下，对离心泵结构进行更好地优化。最后本文还介绍了离心泵在给水排水及农业、工业工程、航空航天和航海工程及能源工程上的应用。

关键词：离心泵；原理；自吸；汽蚀；离心泵应用

Abstract

In order to meet the needs of passengers and crew life, to ensure the normal navigation and mooring of ships, on ships have a wide range of applications to a large number of centrifugal pumps can play a corresponding role, mainly because centrifugal pumps have simple structure, compact, light weight, low cost, can be connected with high-speed driving force, large displacement and uniform supply fluid and so on. Studying and studying the development frontier of centrifugal pump can provide supporting function for the updating of the course content of the auxiliary machine. This paper studies and reviews the working principle and structural performance parameters of marine centrifugal pumps by reading and referring to a large number of literatures about marine centrifugal pumps, and has a better understanding of the current self-priming, anti-cavitation and application of marine centrifugal pumps. This paper reviews the self-priming process of centrifugal pump and the reasons why it can not self-suck, and analyzes the factors affecting the self-priming performance of centrifugal pump, including circumference velocity, impeller outlet width, reflux hole area and position, tongue septum clearance, water storage and so on. For high ratio conversion self-priming centrifugal pump, in order to improve the self-priming performance of centrifugal pump, can reduce the ratio of rotational speed, can increase the circumference speed of the impeller, thus increasing the exhaust capacity of the pump. In the working process of centrifugal pump, cavitation phenomenon usually occurs, cavitation phenomenon seriously threatens the operation quality of centrifugal pump and the operation state of the whole device, so that the development process of centrifugal pump to high transfer number is slow, solve the cavitation problem of centrifugal pump to prolong pump life and maintenance cycle, save material cost, It is very important to ensure the safe operation of the pump and improve the efficiency of the pump. At the same time, the cavitation phenomenon of marine centrifugal pump is analyzed, and the harm of cavitation phenomenon of centrifugal pump is understood. Under the premise of improving the anti-cavitation performance of centrifugal pump, the structure of centrifugal pump is better optimized. Finally, this paper introduces the application of centrifugal pump in water supply and drainage, agriculture, industrial engineering, aerospace and navigation engineering and energy engineering.

Key Words：Centrifugal pump；principle；self-priming；cavitation；Centrifugal pump application.

目录

摘 要 1

Abstract 2

第一章 绪论 1

1.1课题研究目的及意义 1

1.2国内外发展历程及分析 2

1.2.1国内外离心泵发展历程 2

1.2.2离心泵发展现状 2

1.3 本文工作内容 3

第二章 船用离心泵简介 4

2.1离心泵工作原理 4

2.2离心泵特性曲线 6

2.3自吸式离心泵 7

2.4离心泵的汽蚀 8

2.5本章小结 8

第三章 船用离心泵自吸的改进 9

3.1影响自吸离心泵泵性能的因素及改进措施 9

3.2 隔舌间隙对自吸离心泵自吸性能的影响 10

3.2.1 隔舌改变装置 10

3.2.2 隔舌间隙对自吸性能的影响 11

3.3 强自吸大流量自吸泵 12

3.4本章小结 12

第四章 船用离心泵抗汽蚀 13

4.1离心泵的汽蚀 13

4.2叶轮口环间隙对离心泵性能的影响 13

4.3离心泵叶轮穿孔对汽蚀性能的影响 15

4.4本章小结 16

第五章 离心泵应用 17

5.1离心泵在给水排水及农业工程中的应用 17

5.1.1水泵站与水泵 17

5.1.2其它类型泵 17

5.2离心泵工业工程中的应用 17

5.2.1固体颗粒液体输送 17

5.2.2离心泵在石油及化学工业的应用 18

5.3离心泵在航空航天和航海工程中的应用 18

5.4 离心泵在能源工程中的应用 19

5.5本章小结 19

第六章 全文总结 20

致 谢 21

参考文献 22

第一章 绪论

1.1课题研究目的及意义

随着造船工业的迅速发展，作为船舶重要机械设备之一的船用泵的设计和生产水平亦在不断提高和完善。近年来，许多科研成果和先进技术在船用泵的科研设计和生产使用上获得应用。随着船用设备技术的不断更新发展完善，在船舶液体输送设备中离心泵具有广泛的实际应用，在船舶液体输送装置中起着至关重要的作用。

在船舶上采用数量较多且发挥其相关作用的离心泵，主要是为了船舶在航行过程中船舶能够正常航行、启动和停泊，并且在船舶上能满足船员和旅客在生活上的需求，离心泵在船舶上的广泛应用可以提高船舶平稳性和抗沉性^[3]，并且船员的居住性和安全性能够得到保障，同时离心泵可以在船舶上完成某些特殊使命。这些泵通常安装在船舶的动力装置、货物装卸、生活服务安全保障和其他专用系统中，在某些船舶辅助装置中也有其身影。由于离心泵结构简单、紧凑、重量轻、造价低、能与高速原动力相连、排量大及供液均匀，正由于离心泵的这些优点，所以其广泛的应用在船舶设备中，大到压载水泵、主海水泵、船用消防泵，小到卫生水泵、热水循环泵、日用淡水泵等，均采用了形式各样的离心泵^[8]。因此理清离心泵在船舶上的应用是很重要的。

船用离心泵并没有自吸能力，但压载，舱底，日用海水和淡水泵，油轮扫舱室等都需要自吸，因此需要一种特殊的离心泵—自吸式离心泵，由于自吸式离心泵其独特的叶轮防堵设计，使离心泵工作高效且无堵塞。自吸式离心泵由于其优秀水力模型，效率通常比一般离心泵高3～5倍，自吸高度也比一般离心泵高1米，并使自吸时长更短。因此研究自吸式离心泵是很有必要的。

离心泵工作过程中，常常伴随着汽蚀现象，致使离心泵流道表面遭受浸蚀破坏，产生噪音，并引起振动，严重时甚至出现断裂流动，流道阻塞的现象，使水泵性能的下降，而离心泵在微量溶解氧腐蚀及过长时间的水击作用下，使离心泵叶片受损，从而影响到离心泵的日常使用及其寿命。汽蚀的产生堵塞了叶轮槽道，破坏了流体的连续性，致使泵的扬程、流量、效率下降。汽蚀现象严重威胁了离心泵泵的运行质量以及装置的运行状态，使离心泵向高转数发展进程缓慢，解决离心泵的汽蚀问题在延长泵寿命和检修周期、节约材料成本、保证泵的安全运转和提高泵的效率有着重要的意义。

所以，研究离心泵的最新发展是非常必要的，理清离心泵的最新进程，对学生掌握离心泵的发展前沿有很大帮助，同时也可以为辅机课程内容更新提供了很大支撑。

1.2国内外发展历程及分析

1.2.1国内外离心泵发展历程

法国工程师Papin在1689年发明了一种与离心泵极其相似的机器，并且他在1705年设计并研制了第一台能够使液体提升的泵，该产品泵在结构上运用了多叶片的叶轮和蜗形体的泵壳。1750年欧拉为了对离心泵了解更加全面和直观的理解，他通过对离心泵在泵内的流动理论研究和分析，加速了离心泵发展，并提供了理论基础。19世纪中前期离心泵的发展在这段时间里得到了井喷式的发展，美国率先开始经营并系统的批量生产离心泵。使离心泵被更多的应用到生产生活中JamesStuartGwynne成功申请并获得了多级离心泵发明专利。英国科学家J.Tomsom为了提高离心泵的效率，他在离心泵的结构设计中采用了导叶。在20世纪初，蒸汽轮机发展最为迅速的时代，离心泵在结构上往往都是采用往复式的。KSB公司于1904年在锅炉给水方面提供了相关产品的技术支持，随后越来越多的泵工厂开始设计并生产离心泵。由于生产力和技术的影响，我国离心泵的生产和发展较为缓慢，并于50年代才开始出现在仿苏产品中，当时生产的离心泵仅仅有用于农业排灌的K型离心清水泵和凸型离心清水泵。60年代，我国在生产力的影响下开始设计并研制离心泵，对K型离心清水泵和凸型离心清水泵进行了结构上的改进，还生产出DH型锅炉给水泵。80年代，我国陆续引进了国外先进技术，在消化吸收国外先进生产技术的情况下，80年代末到90年代初，沈阳水泵厂对Y型油泵进行了技术改进并将其改为AY型油泵，为了替代F型耐腐蚀性沈阳水泵研究所并重新设计了IH型耐腐蚀泵，并随后又设计了AF型泵准备替代IH型化工泵，是离心泵的可靠性和效率大幅提高。经过长期的发展，国内生产的离心泵是样式繁多，品种齐全，且遍及到各个地方。通过几十年的发展以及先进技术引进，从综合水平上看，单两级泵方面与国际先进水平相差无异，在某些方面甚至还是国际一流水平，尤其是在可靠程度、效率、通用化等方面。高温高压多级泵在结构及可靠性等方面与国际同类型泵并无差异，由于国内起步较晚，消化吸收国际先进技术，从90年代开始生产高技术离心泵，并逐步完善，不再依赖进口。经过建国后几十年的发展，我国离心泵从生产仿苏产品，到自行设计、行业联合设计、生产自己的产品，再到引进国外先进技术，直到厂家自行开发或合资设计出高水平的泵。

1.2.2离心泵发展现状

离心泵在我国的发展现状：（1）我国离心泵生产来源有联合设计、引进、自行开发等几种；（2）从部分进口到现在基本使用国化泵产品，由于关键性泵产品的引进和国外著名企业的进入，我国离心泵的生产能力及可靠性显著提高；（3）CAD等新技术在离心泵设计方面的广泛应用；（4）无堵塞泵及低比转速泵在技术上取得较大进展；（5）在轴流泵模型方面已达到国外的先进水平^[18][19]。在此基础上，现今离心泵开发或将来主要的研究趋势是：（1）大型泵及特种用途泵的研究开发，包括特种密封泵、无密封泵和特殊船舶专用泵等。（2）为了使离心泵在船舶上的安装方便，利于离心泵的维护，并使维护人员的技术要求和工作量降低，我们应该简化或改进离心泵泵的结构。（3）开展对离心泵泵自身和经济性的研究，以便提高泵的自身效率和用泵系统运行效率。（4）为了让机旁控制和遥控采用数字集中采集处理，从而提高离心泵的自动化控制程度，我们可以采用先进技术和设备来实现该目的。（5）增加产品设计计算流程中的可靠性及可维修性设计计算，发展故障预报技术。（6）为了保证离心泵的机械性能，我们可以寻找新型工程材料使材料的耐腐蚀性能更高且不影响离心泵的配用性。（7）考虑到泵的安装和运行环境，提高泵的抗振性，并降低运行振动、流体和机械噪声^[18]。（8）为了使离心泵在船舶上的备件量减少，尽可能的减少离心泵产品中专用件的数量，我们需要使离心泵的泵内零件的标准化、系列化和通用性提高。

1.3 本文工作内容

本文在巩固复习掌握离心泵的原理，结构和典型应用的基础下。通过阅读相关中/英文文献资调料，理清离心泵的最新进展，包括最新的应用，结构上的改进等等；本文概述了国内外离心泵的发展现状，对离心泵自吸、抗汽蚀及应用进行了较多的探讨，下面介绍本文各章的内容。

绪论：绪论介绍了近年来离心泵的发展历程及目前的研究发展现状，以及研究本课题的目的及意义。

第二章：本章主要是介绍离心泵的相关知识，对离心泵的工作原理进行回顾学习，离心泵是依靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体的泵，对离心泵的结构叶轮，泵体，泵轴，轴承，密封环，填料函及轴向力平衡装置有一定的阐述，并介绍了离心泵特性曲线，自吸式离心泵和汽蚀现象的产生。

第三章：在查阅相关国内外文献的情况下，对离心泵不能自吸原因及自吸式离心泵有更加清晰的认识，简单调研了自吸式离心泵圆周速度 、叶轮出口宽度 、回流孔面积和位置、隔舌间隙、储水量对自吸性能的影响及改进措施。对隔舌改变装置及隔舌间隙对自吸性能的影响进行相关的阐述。并介绍了近年的相关自吸泵产品。

第四章：阐明了离心泵汽蚀的相关问题，及为避免产生汽蚀采取的措施。并主要介绍了叶轮口环间隙和叶轮穿孔对汽蚀性能的影响。

第五章：对离心泵在给水排水及农业工程，工业工程，航空航天和航海工程及能源工程上的应用进行了较全面的介绍。

第二章 船用离心泵简介

2.1离心泵工作原理

离心泵在首次启动工作前，被运输的液体都必须充满离心泵泵体和整个吸入管路。而离心泵在启动后，叶轮在离心泵泵轴的带动下做高速旋转运动，而运送的液体在叶片间随着叶轮的高速旋转运动而旋转，由于叶轮高速旋转运动产生的离心力，泵内液体会从叶轮的中心区域向外周做径向运动，随着液体的径向运动使液体从外周流出，在叶轮中心区域就会形成一个低压区，而液体就会因为叶轮中心压差和储液槽液面的作用被吸进叶轮中心，液体在叶轮高速运动的作用下不断地吸入和排出叶轮，从而使液体达到被运送的目的，这就是离心泵的工作原理。液体在离心泵工作过程中，由于叶轮的作用中，液体在叶轮中获得了能量，使液体的静压能增高，同时也增大了液体的流速。而液体在离心力的作用下从叶轮流入到泵壳后，由于壳内流道扩大从而使液体的流速减慢，在这个过程中部分动能转化为静压能，最后流动的液体从切向流入到排出管路。所以蜗形泵壳不仅是汇集由叶轮流出液体的部件，而且是一个转能装置。

图2.1离心泵的工作原理^[8]

1. 泵壳；2.泵轴；3.叶轮；4.吸水管；5.压水管；6.底阎；7.控制阀门；8.灌水漏斗；9.泵座

离心泵在工作过程中，如果在输送液体的过程中泵壳内没有液体或是不慎将空气漏入进泵壳内，但是由于空气的密度远远小于比液体的密度，所以经过在叶轮的旋转作用后依然不能够产生的足够的离心力，叶轮中心区域形成的低压不足以使液体被吸入到储液槽内，所以液体便不能被吸入到泵内。在这个情况下叶轮虽然在进行高速的旋转运动，但是离心泵并不能起到输送液体的作用，这就表明离心泵没有自吸能力，这种现象被称为“气缚”。而为了是离心泵工作时不会产生“气缚”现象，在离心泵启动工作前都要进行灌泵处理，使液体充满到离心泵泵内和整个吸入管道。但是对于大功率的离心泵，如果进行灌泵的话阻力损失会增大，所以大功率泵常常不装底阔也不进行灌泵处理，而是在离心泵在启动前利用真空泵抽吸气体，或者是直接换用有自吸能力的自吸泵。离心泵有立式、卧式、单级、多级、双吸、自吸式等多种形式^[3]。

离心泵是由叶轮，泵体，泵盖，挡水圈，泵轴，轴承，密封环，填料函，轴向力平衡装置等八大部件构成的。

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