第二章__流体输送机械

1、2021-7-1 主要内容主要内容 v概述概述 v离心泵离心泵 v其他类型化工用泵其他类型化工用泵 v气体输送机械气体输送机械 第一节第一节 概概 述述 1、流体输送机械、流体输送机械：为流体提供机械能的机械设备。为流体提供机械能的机械设备。 2、分类、分类： 按输送的流体分类 输送液体：泵（离心泵、往复泵、计量泵等） 输送气体：通风机、压缩机、真空泵等 按工作原理分类 离心式、正位移式（容积式）及流体动力作用式。 3、重点、重点： 流体输送机械（离心泵）的作用原理、基本构造与性 能及有关计算，以达到能正确选择和操作的目的。 第二节第二节 离心泵离心泵 特点特点：结构简单、流量大且均匀、操作方

2、便、适应性强结构简单、流量大且均匀、操作方便、适应性强 一、一、 离心泵工作原理离心泵工作原理 1 1、结构（图、结构（图2-12-1） 泵轴泵轴 叶轮叶轮(叶片叶片) 泵壳泵壳 吸入管吸入管 排出管排出管 底阀底阀 2 2、工作原理、工作原理 启动前，泵壳内灌满液体启动前，泵壳内灌满液体 启动后，泵轴带动叶轮旋转，叶片间的启动后，泵轴带动叶轮旋转，叶片间的 液体随叶轮一起旋转，液体从叶轮中心液体随叶轮一起旋转，液体从叶轮中心 进口处被甩到叶轮外围，蜗壳截面逐渐进口处被甩到叶轮外围，蜗壳截面逐渐 扩大，大部分动能转变为静压能，液体扩大，大部分动能转变为静压能，液体 以较高的压力输送出去。以较高

3、的压力输送出去。 叶轮中心液体被甩出后，泵壳的吸入口叶轮中心液体被甩出后，泵壳的吸入口 形成一定的真空，利用大气压和真空度形成一定的真空，利用大气压和真空度 之间的压力差，把液体压入。之间的压力差，把液体压入。 3 3、注意、注意 防止气缚现象 ：若离心泵在启动前未充满液体，泵壳内存在 空气，由于空气密度小，所产生的离心力很小，在 吸入口不能形成低压区以将液体吸入泵内，虽启动 泵，不能输送液体。 ：启动前泵内必须灌满液体。启动前泵内必须灌满液体。 二、二、 离心泵的主要部件离心泵的主要部件 （一）叶轮（叶片（一）叶轮（叶片+盖板）：将原动盖板）：将原动 机的能量传给液体的部件。机的能量传给液体

4、的部件。 按结构分类： 开式叶轮：无盖板，适于输送含较 多固体悬浮液 或带有纤维的液体 半开式叶轮：无前盖板有后盖板， 适于输送易于沉淀或含较多固体颗 粒的液体 闭式叶轮 ：有前后盖板，流道是 封闭的，适用于输送洁净的液体 （二）泵壳：收集和导出液体的通道，实（二）泵壳：收集和导出液体的通道，实 现能量转换的装置。现能量转换的装置。 （三）轴封：泵轴与泵壳之间的密封，防（三）轴封：泵轴与泵壳之间的密封，防 止高压液体外泄，又要防止外界空气反向止高压液体外泄，又要防止外界空气反向 漏入低压区。漏入低压区。 1、机械密封、机械密封 2、填料密封、填料密封 二、二、 离心泵的主要部件离心泵的主要部件

5、 离心泵的结构及工作原理离心泵的结构及工作原理 三、三、 离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数 ：用以描述一台离心泵性能的一组物理量：用以描述一台离心泵性能的一组物理量 流量、扬程、功率、效率、转速、汽蚀余量流量、扬程、功率、效率、转速、汽蚀余量 定义：单位时间内泵输送到管路系统的液体体积。 单位：m3/s、m3/min、m3/h 影响因素：泵的结构（如叶轮直径的大小，叶片的弯曲情况 等）、转速及液体的粘度； 定义：单位重量液体流经泵后所获得的能量 单位：、m 影响因素：泵的结构（如叶轮直径的大小，叶片的弯曲情况 等）、转速、流量、液体粘度等 压头的确定（实验法）压头的确定（实验法） f

6、H g u g p hH g u g p 22 0 2 22 0 2 11 p1 压力表读数（表压），N/m2； p2 真空表读数，N/m2； u1、u2 吸入管、压出管中液体的 流速，m/s； Hf 两截面间的压头损失，m。 由于两截面之间管路很短，压 头损失Hf可忽略不计 g uu g pp hH 2 2 1 2 212 0 有效功率有效功率Ne：单位时间内流体经离心泵中叶轮 所获得的有效机械能。J/s 轴功率轴功率N：单位时间内电动机通过泵轴传给泵 轴的功率。J/s 式中 Ne泵的有效功率，W； Q泵的流量，m3/s； H泵的压头，m ； 液体的密度，kg/m3； g重力加速度，m/s2

7、 HgQgHVWWN esese 反映液体在泵内流动过程中的各种能量损失。反映液体在泵内流动过程中的各种能量损失。 水力损失、容积损失、机械损失水力损失、容积损失、机械损失 v水力损失：泵内的流体流动摩擦损失水力损失：泵内的流体流动摩擦损失 v容积损失：泵内部分高压液体泄漏到低压区，使排出的液体容积损失：泵内部分高压液体泄漏到低压区，使排出的液体 流量小于流经叶轮的流量，造成功率损失流量小于流经叶轮的流量，造成功率损失 v机械损失：泵轴与轴承之间的摩擦，泵轴密封处的摩擦等造机械损失：泵轴与轴承之间的摩擦，泵轴密封处的摩擦等造 成的功率损失成的功率损失 %100 N Ne 四、四、 离心泵的特性

8、曲线离心泵的特性曲线 四、四、 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线 1 1、特性曲线、特性曲线 H、N、与与Q之间的关之间的关 系曲线系曲线; 通常在额定转数额定转数和标准状标准状 态态（大气压101.325kPa， 20清水）下，由厂家测 定，产品样本中常附有， 是指导正确选择和操作离 心泵的主要依据。 020 40 60 80 100 120 140 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 4 8 12 n= 2900r/m in IS 00-80-160B 离 心 泵 H m Q / m 3 /h % N kW h

9、mQ/, 3 KwN, QN mH, QH ,% Q 离心泵特性曲线 四、四、 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线 2 2、曲线说明、曲线说明 max vH Q曲线： Q ，H； vN Q曲线： Q，N；关阀出口阀启动泵（关阀出口阀启动泵（ Q =0），）， 启动电流最小，以保护电机；启动电流最小，以保护电机； v Q曲线：小Q ， ；大Q ， 。存在效率最效率最 高点高点，为泵的设计工作点；正常操作时泵的效率应不设计工作点；正常操作时泵的效率应不 低于最高效率的低于最高效率的92%。 v泵的铭牌：max(设计点)时对应的性能参数（流量，压 头和轴功率）； 2 2、曲线说明、曲线说明 3 3、离

10、心泵性能主要影响因素、离心泵性能主要影响因素 （1 1）流体物性（粘度和密度）的影响）流体物性（粘度和密度）的影响 v黏度的影响： u ,Q ， 流体的流动摩擦损失 ，H 叶轮的盖板与流体间的摩擦损失 N v密度影响： Q与无关 H与无关 N (2)(2)、离心泵转速对特性曲线的影响、离心泵转速对特性曲线的影响 当效率不变时 转速增加，离心泵的Q、 H、 N增加 3 1 2 1 2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 )()( n n N N n n H H n n Q Q （泵的转速小于20%时，效率基本不变） (3)(3)、叶轮直径对特性曲线的影响、叶轮直径对特性曲线的影响 当转速一定时，

11、叶轮直径变化不超过5% 3 1 2 1 2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 )()( D D N N D D H H D D Q Q 叶轮直径增加，离心泵的Q、 H、 N增加 本节小结本节小结 v1、了解流体输送机械的作用及分类、了解流体输送机械的作用及分类 v2、正确认识和理解离心泵的主要部件及工作原理、正确认识和理解离心泵的主要部件及工作原理、 启动泵的注意事项；启动泵的注意事项； v3、在正确理解离心泵的主要性能参数的基础上，、在正确理解离心泵的主要性能参数的基础上， 掌握离心泵的特性曲线及其影响因素。掌握离心泵的特性曲线及其影响因素。 五、五、 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作

12、点与流量调节 1 1、管路特性曲线、管路特性曲线 1-1、2-2 截面间的伯努利方程 f H g u g p zH 2 2 与Q无关，令为A f HAHe f H g u g p zH 2 e 2 2 452 2 2 )( 8 4 2 )( Q dd ll g H d Q u g u d ll H e f e f )( 8 452 dd ll g B e 对于特定的管路系统，l、le、d为定值，湍流时 摩擦系数的变化也很小 令令 2 BQAHe 2 2、工作点、工作点 ：流量Q与压 头，既是管路系统 所要求，又是离心泵 所能提供的；若该点 所对应效率在最高效 率区，则该工作点是 适宜的 。 A

13、 Q=泵供流量=管路的流量 He=泵供压头=流体得到的压头 工作点的（Q,H,N, ） 泵的实际工作状态 3 3、流量调节、流量调节 通过改变管路特性曲线或泵的特性曲线，改变工作 点，调节流量。 v改变管路特性曲线改变管路特性曲线调节阀门开度： 特点：阀门调节方便，广特点：阀门调节方便，广 泛被采用；关小阀门使阻泛被采用；关小阀门使阻 力增加，消耗更多能量以力增加，消耗更多能量以 克服阻力，不经济。并有克服阻力，不经济。并有 可能使工作点移置低效区。可能使工作点移置低效区。 A Q 关小出口阀 le H ，Q 管特线变陡 工作点左上移 开大出口阀 le H ，Q 管特线变缓 工作点右下移 改变

14、泵的特性曲线改变泵的特性曲线 改变泵的转速改变泵的转速： 没有节流引起的附加能量损失，比较经济； 需要变速装置或价格昂贵的变速原动机，且难以实 现流量连续调节，较少采用。 Q 切割叶轮直径切割叶轮直径 减少叶轮直径，使泵的流量变小并降低能耗，但可调 节范围不大，难以做到流量的连续调节，且直径减小 不当还会降低泵的效率，实际生产中很少采用。 Q 六、六、 离心泵的汽蚀现象与安装高度离心泵的汽蚀现象与安装高度 1 1、汽蚀现象、汽蚀现象 在0-0、1-1（泵入口）截 面间列伯努利方程 2 0u 22 2 101 0 01 2 11 1 2 00 0 fg g f H g u H g p g p H

15、zz H g u g p z g u g p z 2-14离心泵吸液示意图 0-01-1，B.E. fg H g u g p H g p 2 2 110 Hg，则p1 当p1pv，叶轮中心汽化汽泡 被抛向外围 凝结局部真空 压力升高 周围液体高速冲向汽泡中心 撞击叶片(水锤) 伴随现象泵体振动并发出噪音 H, Q , 严重时不送液； 时间长久，水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片 汽蚀汽蚀 当叶轮入口最低压力p1降到液体在该处温度下的饱和蒸汽压pv 时，液体将有部分汽化，小汽泡随液体流到叶轮内压力高于 pv区域，小汽泡会突然破裂，其中的蒸气会迅速凝结，周围 的液体将以高速冲向刚消失的汽泡中心，造成很高

16、的局部冲 击压力，冲击叶轮，发生噪音，引起震动。金属表面受到压 力大、频率高的冲击而剥蚀，使叶轮表面呈现海绵状的破坏， 这种现象称为“”（Cavitation） 为避免汽蚀的发生，泵的安装高度不能太高。为避免汽蚀的发生，泵的安装高度不能太高。 2 2、汽蚀余量、汽蚀余量 1）有效有效汽蚀余量NPSHa 2）必需必需汽蚀余量NPSHr 液体从泵入口流到叶轮间最低压力处的全部阻力损失，阻力越 小，允许入口静压强越低，说明泵的抗汽蚀能力越好。 判别汽蚀的条件判别汽蚀的条件： NPSHa NPSHr，不汽蚀 NPSHa = NPSHr，开始发生汽蚀 NPSHa NPSH r，严重汽蚀 g p g u

17、g p NPSH V a ) 2 ( 2 11 发生汽蚀时的(有效)汽蚀余量 是泵的特性，与管路条件无关。 只与管路条件有关，与泵的特性无关。 3 3）允许允许汽蚀余量汽蚀余量 为保证泵的安全操作，在必需汽蚀余量NPSHr上加 安全裕量0.5m 操作中要求 NPSH a NPSHr+0.5 0.5m NPSHa NPSHr 3 3、离心泵的允许安装高度、离心泵的允许安装高度 安装高度Hg：泵的入口处高于贮槽液面的垂直高度泵的入口处高于贮槽液面的垂直高度 允许安装高度Hg，r 泵的实际安装高度 Hg Hg，r fa V g HNPSH g p g p H 0 fr V r g HNPSH g p

18、 g p H 0 , 讨论讨论: :汽蚀现象产生的原因汽蚀现象产生的原因： 安装高度太高安装高度太高； 被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高； 吸入管路阻力或压头损失太高。吸入管路阻力或压头损失太高。 v例2-5型号为IS65-40-200的离心泵，转速是2900r/min,流 量为25m3/h,扬程是50m，必需汽蚀余量为2.0m，此泵将水 池中50度的水送出，已知吸入管路的总阻力损失为2mH2O 柱，当地大气压为100Kpa。求离心泵的允许安装高度。 解：直接利用公式（2-13），首先查50度的水 Pv=12.31Kpa，=998.1kg/M3则 0 ,

19、(0 1) 33 () 100 1012.31 10 2.0 2.05.04 998.1 9.81998.1 9.81 v g rrf pp HNPSHH gg m v例2-6上例中当地大气压降低为80Kpa，水温增加至80度， 此时离心泵的允许安装高度又为多少。？ 解：同样直接利用公式（2-13），首先查得80度的水 Pv=47.38Kpa，=971.8kg/M3则 0 ,(0 1) 33 () 85 1047.38 10 2.02.00.05 971.8 9.81971.8 9.81 v g rrf pp HNPSHH gg m 说明什么问题： 计算出的Hg，r0, 要低于贮槽液面安装。

20、1、离心泵的安装 安装高度应小于允许安装高度 尽量减少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少； 七、离心泵的安装、运转、类型与选用七、离心泵的安装、运转、类型与选用 2、离心泵的运转 启动前应灌泵，并排气。防止气缚现象的发生。 应在出口阀关闭的情况下启动泵 。 停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮。 经常检查轴封情况 调节阀应装于出口管路。 3、离心泵的类型： 按输送液体的性质不同 （1）：输送清水或相近、无腐蚀性、杂质较少 的液体。结构简单，造价低。 IS （2）：输送腐蚀性的液体，用耐腐蚀材料制 成，要求密封可靠。 F （3）：输送石油产品的泵，要求有良好的密封 性。 Y （4）：输送含固体颗粒的液

21、体、稠厚的浆液， 叶轮流道宽，叶片数少。 P 单吸泵，双吸泵单吸泵，双吸泵 按吸入方式不同：按吸入方式不同： 按安装方式不同：按安装方式不同： 卧式泵，立式泵，液下泵，卧式泵，立式泵，液下泵， 管道泵等；管道泵等； 按叶轮数目不同：按叶轮数目不同：单级泵和多级泵（高扬程）单级泵和多级泵（高扬程） 例：例：IS-50-32-200IS-50-32-200 国际标准单级单吸清水离心泵国际标准单级单吸清水离心泵 泵吸入口的直径泵吸入口的直径 离心泵叶轮的直径离心泵叶轮的直径 泵排出口直径泵排出口直径，mm 4 4、离心泵的选择、离心泵的选择 ： v收集各种基础数据（液体的物性、操作条件、管路特性等）

22、 v根据液体类型确定离心泵的类型； v根据管路系统的输液量计算输送系统的压头，有效功率、所 需功率等（一般以生产上的最大流量为泵的计算流量） Q 生产任务，H 管路的特性方程。 v从泵样本或产品目录选出合适型号（查手册，或附录）； v由汽蚀余量校核泵的安装高度； v选定离心泵的型号，正常情况下的流量及扬程应处于泵的最 高效率处； 作经济权衡，最后确定泵的型号。 第二节第二节 其他类型化工用泵其他类型化工用泵 一、一、 往复泵往复泵 ：利用活塞的往复运动，将能量传递给液体，以 完成液体输送任务。 ：输送流体的流量只与活塞的位移有关，与管路 无关；压头只与管路情况有关，具有这种特性的泵 称为正位移泵。 ：适于压头高、流量小、黏度大的液体输送。 1 1、往复泵的工作原理、往复泵的工作原理 活塞运动活塞运动 左右：泵内形成低压，排出阀受 压而关闭，吸入阀被泵外液体的 压力推开，将液体吸入； 右左：泵内液体压力增大，吸入 阀受压而关闭，排出阀开启，液 体被排出。 ：两死点之间的活塞行程（活 塞运动的距离） 2 2、往复泵的类型、往复泵的类型 1）单动泵：间歇排液，流量不均匀 2）双动泵 3）三动泵（三联泵） 3 3、流量与压头、流量与压头 1）： 单动泵 qV理=A S n 双动泵 qV理= （2A-a）S n A活塞面积，m2； D活塞直径，m；