一、離心泵的理論壓頭

從離(li)心泵工(gong)作原(yuan)理知(zhi)液(ye)體(ti)從離(li)心泵葉(xie)輪(lun)(lun)獲得(de)能量而提高了壓強(qiang)。單位質(zhi)量液(ye)體(ti)從旋轉的葉(xie)輪(lun)(lun)獲得(de)多少能量以及影響獲得(de)能量的因素(su)，可以從理論上來分(fen)析。由于液(ye)體(ti)在葉(xie)輪(lun)(lun)內的運動比(bi)較復雜，故作如下假設：

    （1）葉輪內葉片的數目無限多，葉片的厚度為無限薄，液體*沿著葉片的彎曲表面而流動。無任何倒流現象；

（2）液體為粘度等于零的理想液體，沒有流動阻力。

    液體從葉輪*入口沿葉片流到葉輪外緣的流動情況如圖2-2所示。葉輪帶動液體一起作旋轉運動時，液體具有一個隨葉輪旋轉的圓周速度u，其(qi)運動方向為(wei)所處圓周的(de)切線

圖2-2  液體在離心泵中的流動

方向(xiang)；同時，液(ye)體(ti)又具有沿葉片間通道流(liu)的相對速度(du)w，其運動方向(xiang)為所在處葉片(pian)的切線方向(xiang)；液體在葉片(pian)之間任(ren)一點的速度c為該點的(de)圓周(zhou)速度u與(yu)相對速度w的向量和。由圖2-2可導出三者之間的關系：

葉輪處

                                                   （2-1）

葉(xie)輪出口(kou)處

                                                   （2-2）

泵的理論(lun)壓頭可從葉(xie)輪(lun)進出口之間列柏努利方(fang)程求得

                                               （2-3）

即

                                            （2-4）

式中  H∞——具有無窮多葉片的離心泵對理想液體所提供的理論壓頭，m；

      HP——理想液體想葉輪后靜壓頭的增量，m；

      HC——理想液體想葉輪后動壓頭的增量，m。

上式沒有考慮進(jin)、出口兩(liang)點高度不同，因葉輪每轉(zhuan)一(yi)周，兩(liang)點高低互換兩(liang)次(ci)，按(an)時均計此(ci)高差可視(shi)為零(ling)。

液(ye)體從(cong)運(yun)動到出口，靜壓頭(tou)增加的原因(yin)有(you)二：

（1）離心力作功    液體在葉輪內受離心力作用，接受了外功。質量為m的液體旋轉時受到的離心力為：

     單位(wei)重(zhong)量液體(ti)從到出(chu)口，因受離心力作用(yong)而接(jie)受的外功為(wei)：

（2）能量轉換    相鄰兩葉片所構成的通道截面積由內而外逐漸擴大，液體通過時速度逐漸變小，一部分動能轉變為靜壓能。單位重量液體靜壓能增加的量等于其動能減小的量，即

因此，單位(wei)重(zhong)量(liang)液體通過葉輪后(hou)其靜(jing)壓能的增加量(liang)應為(wei)上述兩項之(zhi)和，即

                                            （2-5）

將式2-5代入式2-4，得

                                             （2-6）

將式2-1、2-2代入式2-6，整理得

                                               （2-7）

由上式看出，當cosα1=0時，得到的壓頭zui大。故離心泵設計時,一般都使α1=90°,于是上式成為：

                                                          （2-8）

式2-8即為離心泵理論壓頭的表示式，稱為離心泵基本方程式。

從圖2-2可知

                                                （2-9）

如(ru)不(bu)計(ji)葉片的(de)厚度，離心(xin)泵的(de)理(li)論流量QT可表示為：

    QT=cr2πD2b2                                                     （2-10）

式中  cr2——葉輪在出口處速度的徑向分量，m/s；

      D2——葉輪外徑，m；

      b2——葉輪出口寬度，m。

將式2-9及式2-10代入式2-8，可得泵的理論壓頭H∞與泵的理論流(liu)量之間的關(guan)系為：

                                                     （2-11）

上(shang)式(shi)為(wei)離心泵基(ji)本(ben)方程式(shi)的(de)(de)又一表(biao)達形式(shi)，表(biao)示離心泵的(de)(de)理(li)論壓頭與(yu)流量、葉(xie)輪的(de)(de)轉速和直徑、葉(xie)片(pian)的(de)(de)幾何形狀之間的(de)(de)關(guan)系(xi)。

    二、離心泵理論(lun)壓頭的討論(lun)

（1）葉輪的轉速和直徑對理論壓頭的影響    由式2-11可看出，當葉片幾何尺寸（b，β）與流量一定時，離心(xin)泵的(de)理論壓(ya)頭隨葉輪的(de)轉速或直徑的(de)增加而加大。

（2）葉片形狀對理論壓頭的影響    根據式2-11，當葉輪的速度、直徑、葉片的寬度及流量一定時，離心泵的理論壓頭隨葉片的形狀而改變。葉片形狀可分為三種：（見圖2-3）

圖2-3  葉片形狀對理論壓頭的影響

（a）徑向(xiang)                        （b）后彎                      （c）前彎

后彎葉片      β2＜90°,ctgβ2＞0          H∞＜                      （a）

徑向葉片      β2=90°,ctgβ2=0            H∞=                       （b）

前彎葉片      β2＞90°,ctgβ2＜0          H∞＞                      （c）

在所有三種形式的葉片中，前彎葉片產生的理論壓頭zui高。但是，理論壓頭包括勢能的提高和動能的提高兩部分。由圖2-3可見，相同流量下，前彎葉片的動能較(jiao)大，而后彎葉片的(de)動能較(jiao)小。液體動(dong)能(neng)雖可(ke)經蝸殼(ke)部分地轉化為(wei)勢能(neng)，但在此轉化過程中導(dao)致較(jiao)多的能(neng)量(liang)損失。因(yin)此，為(wei)獲得(de)較(jiao)高(gao)的能(neng)量(liang)利用率，離心(xin)泵(beng)總(zong)是(shi)采用后彎葉片。

（3）（熱水泵）理論流量對理論壓頭的影響    從式2-11可看出β2＞90°時，H∞隨流量(liang)QT增大而加大，如圖2-4所示。

β2=90°時，H∞與(yu)流(liu)量QT無關；

β2＜90°時，H∞隨流量QT增大(da)而減小。