第二章 流体输送机械-1-杜可杰

1、版权所有 第二章 流体输送机械 授课人：杜可杰 为流体提供能量的机械称为流体输送机械。为流体提供能量的机械称为流体输送机械。 生产加工中，常常需要将流体生产加工中，常常需要将流体 q从低处输送到高处；从低处输送到高处； q从低压送至高压；从低压送至高压； q沿管道送至较远的地方。沿管道送至较远的地方。 为达到此目的，必须对流体加入外功，以克服流体阻力为达到此目的，必须对流体加入外功，以克服流体阻力 及补充输送流体时所不足的能量。及补充输送流体时所不足的能量。 第二章第二章 流体输送机械流体输送机械 2.0 概述 2.1 离心泵 2.2 其它类型化工用泵 2.3 气体输送机械 工作介质： 液体液

2、体泵泵 气体气体风机风机 压缩机压缩机 真空泵真空泵 概述 泵的分类泵的分类 工作原理分类： 叶片式泵叶片式泵 有高速旋转的叶轮。有高速旋转的叶轮。 如离心泵、轴流泵、涡流泵。如离心泵、轴流泵、涡流泵。 往往 复复 泵泵 靠往复运动的活塞排挤液体。如活塞泵、柱塞泵等。靠往复运动的活塞排挤液体。如活塞泵、柱塞泵等。 旋转式泵旋转式泵 靠旋转运动的部件推挤液体。如齿轮泵、螺杆泵等。靠旋转运动的部件推挤液体。如齿轮泵、螺杆泵等。 概述 本章要求： 了解化工中常用的流体输送机械的基本结构、工作原 理及操作特性，以便根据生产工艺要求，合理地选择和 正确使用输送机械，并使之在高效率下可靠运行。 重点： 离

3、心泵的基本结构、工作原理、操作特性、安装及选 型。 概述 第二章第二章 流体输送机械流体输送机械 2.1 概述 2.2 离心泵 一、一、 离心泵的结构离心泵的结构 第一节第一节 离心泵离心泵 1-叶轮；2-泵壳，3-泵轴； 4-吸入管；5-底阀；6-压出管 离心泵装置简图 离心泵 离心泵在化工生产中应用最为 广泛，这是由于其具有性能适 用范围广（包括流量、压头及 对介质性质的适应性）、体积 小、结构简单、操作容易、流 量均匀、故障少、寿命长、购 置费和操作费均较低等突出优 点。 （一）结构和主要部件 转动部分 泵轴 叶轮 固定部分 泵壳，导轮 轴承，密封装置 分类：分类： 敞式叶轮敞式叶轮 半

4、蔽式叶轮半蔽式叶轮 蔽式叶轮蔽式叶轮 （1） 叶轮 通常由通常由3-123-12片后弯的叶片组成，叶轮安装在泵轴上，片后弯的叶片组成，叶轮安装在泵轴上， 并放在泵壳内；是离心泵的关键部件。并放在泵壳内；是离心泵的关键部件。 作用作用 ：将原动机的能量传给液体，使液体静压能：将原动机的能量传给液体，使液体静压能 及动能都有所提高及动能都有所提高给能装置给能装置 （一）结构和主要部件 开式开式 半开（闭）式半开（闭）式 闭式闭式 （一）结构和主要部件 制造简单清洗方便制造简单清洗方便 效率低效率低 含较多固体的悬浮液含较多固体的悬浮液 或输送浆状、糊状液或输送浆状、糊状液 体体 构造简单构造简单

5、吸液口一侧无盖板，效吸液口一侧无盖板，效 率也较低率也较低 含固体颗粒和杂质的液含固体颗粒和杂质的液 体体 动摩擦阻力小、动摩擦阻力小、结构较结构较 复杂，造价较高；复杂，造价较高； 效率较高效率较高 始于高扬程、洁净的液始于高扬程、洁净的液 体输送，一般离心泵多体输送，一般离心泵多 采用这种采用这种 叶轮按其吸液方式不同可分为单吸式和双吸式两种：叶轮按其吸液方式不同可分为单吸式和双吸式两种： （一）结构和主要部件 单吸式：结构简单，单吸式：结构简单， 双吸式：结构复杂，吸液能力强，基本消除轴向推力。双吸式：结构复杂，吸液能力强，基本消除轴向推力。 （2） 泵壳泵壳 作用：汇集叶轮甩出的液体；

6、作用：汇集叶轮甩出的液体； 实现动能到静压能的转换实现动能到静压能的转换转能装置转能装置； 减少能量损失。减少能量损失。 导轮：减少液体进入蜗壳的碰撞导轮：减少液体进入蜗壳的碰撞 （3） 轴封装置轴封装置 作用作用：防止高压液体沿轴漏出；防止高压液体沿轴漏出； 防止外界气体进入泵壳内。防止外界气体进入泵壳内。 （一）结构和主要部件 轴封装置轴封装置 填料密封填料密封 机械密封机械密封 填料密封：又称填料函，或者盘根箱填料密封：又称填料函，或者盘根箱 填料套填料套 填料环填料环 填料填料 填料压盖填料压盖 双头螺栓双头螺栓螺母螺母 特点：简单易行，但维修工作量大，容易泄漏；特点：简单易行，但维修

7、工作量大，容易泄漏； 不适用于易燃，易爆，有毒或者贵重液体的输送。不适用于易燃，易爆，有毒或者贵重液体的输送。 （一）结构和主要部件 （一）结构和主要部件 机械密封：又称端面密封机械密封：又称端面密封 动环 静环 特点：结构复杂，精度要求高，价格贵，装卸和更换零件特点：结构复杂，精度要求高，价格贵，装卸和更换零件 不便；不便；但密封性能好，寿命长，功率消耗小，安全性好但密封性能好，寿命长，功率消耗小，安全性好。 弹簧 平衡孔平衡孔： 减小叶轮两侧的压力差，防止叶轮受到指减小叶轮两侧的压力差，防止叶轮受到指 向吸入侧的轴向推力向吸入侧的轴向推力 平衡管平衡管：泵壳上的接管通到泵的吸入口；：泵壳上

8、的接管通到泵的吸入口； （一）结构和主要部件 轴向推力平衡装置轴向推力平衡装置 充液（灌泵）充液（灌泵） 排液排液: 出口切线方向出口切线方向 吸液：叶轮中心吸液：叶轮中心 （二）离心泵的工作原理离心泵的工作原理 v液体在液体在离心力的作用离心力的作用下，沿叶片向边缘抛出，获得能量，液体下，沿叶片向边缘抛出，获得能量，液体 以较高的静压能及流速流入泵壳以较高的静压能及流速流入泵壳( 沿叶片方向，沿叶片方向，u , P静 静 )。由于 。由于 涡流通道的截面逐渐增大，涡流通道的截面逐渐增大， P动 动 P静 静 。液体以较高的压力 。液体以较高的压力排出泵排出泵 体体，流到所需的场地。，流到所需

9、的场地。 v由于液体被抛出，在泵的吸口处形成一定的真空度，泵外流体由于液体被抛出，在泵的吸口处形成一定的真空度，泵外流体 的压力较高，的压力较高，在压力差的作用下被吸入泵口在压力差的作用下被吸入泵口，填补抛出液体的空，填补抛出液体的空 间。间。 v叶片不断转动，液体不断被吸入、排出，形成叶片不断转动，液体不断被吸入、排出，形成连续流动连续流动。 由于泵内存有空气，空气的密度远小于液体由于泵内存有空气，空气的密度远小于液体 的密度，叶轮旋转产生的离心力小，因而叶轮中的密度，叶轮旋转产生的离心力小，因而叶轮中 心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵 内

10、，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，这种内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，这种 现象称为现象称为气缚现象气缚现象。 表明离心泵无自吸能力表明离心泵无自吸能力 加装止逆阀加装止逆阀 （二）离心泵的工作原理离心泵的工作原理 流量流量 qV 单位时间内泵所输送液体的体积，单位时间内泵所输送液体的体积，m3/s或或 m3/h。 以以qV表示，离心泵的流量取决于泵的结构尺寸和转速。表示，离心泵的流量取决于泵的结构尺寸和转速。 压头或扬程压头或扬程 H 单位重量单位重量的液体经泵后所的液体经泵后所获得获得的能量，的能量，以以H H表示，单位为表示，单位为J/NJ/N 或或m m液柱。泵的扬程又称液柱。

11、泵的扬程又称压头压头。 离心泵扬程的大小，取决于泵的结构、转速及流量，一般通离心泵扬程的大小，取决于泵的结构、转速及流量，一般通 过实验测定。过实验测定。 三、离心泵的主要性能参数三、离心泵的主要性能参数 功率与效率功率与效率 1）轴功率）轴功率P: 单位时间内所做的功。单位时间内所做的功。 Nm/S或或W。 泵轴所需功率泵轴所需功率 2）有效功率）有效功率Pe: 单位时间内液体从泵中叶轮所获得的有效能量。单位时间内液体从泵中叶轮所获得的有效能量。 Pe=qvgH 3) 效率效率： 三、离心泵的主要性能参数三、离心泵的主要性能参数 %100 P Pe 9.81 kW 1000102 VV e

12、q Hq H P 或或 泵内造成功率损失原因：泵内造成功率损失原因： 容积损失（流量损失）：泵内有部分高压液体泄漏到低压区容积损失（流量损失）：泵内有部分高压液体泄漏到低压区 水力损失（摩擦损失）：流体流动产生摩擦，造成能量损失水力损失（摩擦损失）：流体流动产生摩擦，造成能量损失 机械损失机械损失 ：泵轴与轴承之间的摩擦及泵轴密封处摩擦造成的功：泵轴与轴承之间的摩擦及泵轴密封处摩擦造成的功 率损失率损失 一般，小型泵，效率为一般，小型泵，效率为6085%，大型泵效率可达，大型泵效率可达90%。 三、离心泵的主要性能参数三、离心泵的主要性能参数 在固定的转速下，离心泵的基本性能参数（流量、压在固

13、定的转速下，离心泵的基本性能参数（流量、压 头、功率和效率）之间的关系曲线。头、功率和效率）之间的关系曲线。 强调强调：特性曲线是在固定转速下测出的，只适用于该：特性曲线是在固定转速下测出的，只适用于该 转速，故特性曲线图上都注明转速转速，故特性曲线图上都注明转速n n的数值。的数值。 （一）离心泵的特性曲线（一）离心泵的特性曲线 四、离心泵的特性曲线四、离心泵的特性曲线 图上绘有三种曲线图上绘有三种曲线 qv曲线曲线 P Pqv曲线曲线 qv曲线曲线 HqV 、PqV 、 qV：厂家实验测定厂家实验测定 一定转速、常压、一定转速、常压、20清水清水 （一）离心泵的特性曲线（一）离心泵的特性曲

14、线 四、离心泵的特性曲线四、离心泵的特性曲线 离心泵特性曲线 四、离心泵的特性曲线四、离心泵的特性曲线 HqV曲线：较大范围内，曲线：较大范围内，qV 不同型号的离心泵，不同型号的离心泵，qv曲线曲线 的形状有所不同。的形状有所不同。 H 四、离心泵的特性曲线四、离心泵的特性曲线 Pqv曲线：曲线： Pqv曲线表示泵的流量曲线表示泵的流量qv和轴功和轴功 率率P的关系，的关系，P随随qv的增大而增大。的增大而增大。 显然，当显然，当qv=0时，泵轴消耗的功时，泵轴消耗的功 率最小。率最小。启动离心泵时，为了减启动离心泵时，为了减 小启动功率，应将出口阀关闭。小启动功率，应将出口阀关闭。 四、离

15、心泵的特性曲线四、离心泵的特性曲线 qv曲曲线：线： 开开始始随随qv的增大而增大，达到最的增大而增大，达到最 大值后，又随大值后，又随qv的增大而下降的增大而下降。 离心泵在一定转速下有一最高效离心泵在一定转速下有一最高效 率点率点 离心泵的设计点离心泵的设计点 离心泵离心泵铭牌铭牌上标注的性能参数均上标注的性能参数均 为为最高效率点下之值。最高效率点下之值。 离心泵的高效工作区：离心泵的高效工作区： max %92 四、离心泵的特性曲线四、离心泵的特性曲线 （二）（二）离心泵性能的改变与换算离心泵性能的改变与换算 （1） 密度的影响密度的影响 qV不变不变，H不变，不变，基本不变，基本不变

16、，P随随 变化。变化。 （2） 粘度的影响粘度的影响 粘度增大，叶轮内流体流速降低，流量减小 流体经过泵内摩擦损失增大，扬程降低 摩擦引起能量损失增加，所需轴功率增大 四、离心泵的特性曲线四、离心泵的特性曲线 V q Hg P （3） 离心泵转速的影响离心泵转速的影响 泵的特性曲线是在一定转速下测定的。泵的特性曲线是在一定转速下测定的。 当液体的粘度不大，转速变化小于当液体的粘度不大，转速变化小于20%时，认为效率不变，时，认为效率不变， 有：有： 23222222 111111 ()() V V qnHnPn qnHnPn 比例定律比例定律 四、离心泵的特性曲线四、离心泵的特性曲线 五、离心

17、泵的工作点与流量调节 当离心泵安装在特定的管路系统中工作时，实际的工作当离心泵安装在特定的管路系统中工作时，实际的工作 压头和流量不仅与离心泵本身的性能有关，还与压头和流量不仅与离心泵本身的性能有关，还与管路的特性管路的特性 （指流量、管径、管长和管件、端点条件等指流量、管径、管长和管件、端点条件等) )有关，即在输有关，即在输 送液体的过程中，泵和管路是互相制约的。所以，讨论泵的送液体的过程中，泵和管路是互相制约的。所以，讨论泵的 工作情况之前工作情况之前, ,应了解泵所在的管路状况。应了解泵所在的管路状况。 （一）管路特性曲线（一）管路特性曲线 在截面在截面1-1 与与2-2 间列柏努利间

18、列柏努利 方程，有：方程，有： 2 2 f pu HzH gg 特定的管路系统：特定的管路系统： 一一定定p 、z 、dll e 一定一定 操作条件一定：操作条件一定： 0 2 2 g u 其中其中： 五、离心泵的工作点与流量调节 21 2 22 2 1 2 1 1 22 fe H g u g p ZH g p g u Z 25 8 e ll k gd 令令 0 p Hz g 令令 2 2 2 2 25 1 22 4 8 eeV f e V llllqu H dgdg d ll q gd 而而 认为流体流动进入阻力平方区，认为流体流动进入阻力平方区， 变化较小变化较小 。 为一常数为一常数 亦

19、为一常数亦为一常数 五、离心泵的工作点与流量调节 0f HHH 则则 2 0V HHkq 管路特性方程管路特性方程 管路特性曲线管路特性曲线 H qV g p z 管路特性曲线反映了被输送液体对输送机械的能量要求管路特性曲线反映了被输送液体对输送机械的能量要求 泵特性曲线泵特性曲线 工作点工作点 五、离心泵的工作点与流量调节 （二）工作点（二）工作点 当安装在一定管路系统中的离心泵工作时，泵输出的流量即为管路当安装在一定管路系统中的离心泵工作时，泵输出的流量即为管路 的流量，泵提供的扬程即为管路所要求的压头。的流量，泵提供的扬程即为管路所要求的压头。 工作点：工作点：管路特性曲线与泵特性曲线交

20、点。管路特性曲线与泵特性曲线交点。 解析法：解析法： 管路特性方程管路特性方程 泵特性方程泵特性方程 () V Hf q () V Hq 五、离心泵的工作点与流量调节 （三）（三） 流量调节流量调节 1)改变管路特性：调出口阀门；改变管路特性：调出口阀门； 2) 改变泵特性：改变泵特性： 调转速。调转速。 五、离心泵的工作点与流量调节 qVqVM2 qVM qVM1 M1 M2 M H (1) 改变出口阀门开度改变出口阀门开度 适用：调节幅度不大，而经常需要改变的场合。适用：调节幅度不大，而经常需要改变的场合。 关小出口阀关小出口阀 le qV , ,H 管特线变陡管特线变陡 工作点左上移工作

21、点左上移 特点：方便、快捷，流量连续变化；特点：方便、快捷，流量连续变化； 阀门消耗阻力，不经济。阀门消耗阻力，不经济。 五、离心泵的工作点与流量调节 (2) 改变泵的转速改变泵的转速 qVM1 qVM qV qVM2 (D1DD2) n1nn2 n2(D2) n ( D ) n1(D1) M2 M M1 H 适用：调节幅度大，时间又长的季节性调节。适用：调节幅度大，时间又长的季节性调节。 n泵泵HqV曲线上移曲线上移 工作点右上移，工作点右上移， H ， qV 特点：泵在高效率下工作，特点：泵在高效率下工作， 无因节流引起的附加能量损失无因节流引起的附加能量损失 能量利用经济能量利用经济;

22、需变速装置或切削叶轮。需变速装置或切削叶轮。 五、离心泵的工作点与流量调节 （3）离心泵的组合操作离心泵的组合操作 并联操作并联操作 五、离心泵的工作点与流量调节 目的：满足流量需求较大或短时间目的：满足流量需求较大或短时间 需要增加流量的要求。需要增加流量的要求。 （3）离心泵的组合操作离心泵的组合操作 qV并 并 H单单 五、离心泵的工作点与流量调节 1)1)工作点：并联后工作点为工作点：并联后工作点为B B，其中每，其中每 台工作点为台工作点为AA；单台泵工作时工作点；单台泵工作时工作点 为为A A； 2)2)效率：并联时效率：并联时Q Q曲线不变；总效曲线不变；总效 率与每台泵的效率相

23、同，即工作点率与每台泵的效率相同，即工作点AA 对应的效率；而单台能操作时，其效对应的效率；而单台能操作时，其效 率为率为A A点所对应的效率；点所对应的效率； 3)3)两台泵并联操作时，总输液量大于两台泵并联操作时，总输液量大于 每台泵单独操作时的输液量每台泵单独操作时的输液量Q Q，但小于但小于 Q Q的两倍；的两倍； H并 H单 H qV单qV并qV B A AA （3）离心泵的组合操作离心泵的组合操作 qV并 并 H单单 五、离心泵的工作点与流量调节 4)4)特性曲线较陡特性曲线较陡( (即阻力损失较大即阻力损失较大) )的的 管路，离心泵并联操作时的流量增加管路，离心泵并联操作时的流

24、量增加 率较小。率较小。 5)5)并联操作多用于特性曲线较平坦的并联操作多用于特性曲线较平坦的 管路，其流量增加率较大。管路，其流量增加率较大。 6)6)联泵数越多，流量增加率越低联泵数越多，流量增加率越低, ,并联并联 操作效率不能太低，否则并联操作就操作效率不能太低，否则并联操作就 很不经济。很不经济。 H并 H单 H qV单qV并qV B A AA 串联操作串联操作 五、离心泵的工作点与流量调节 目的：增大压头目的：增大压头 串联操作串联操作 H单 H串 H qV单qV串 qV B A 两台泵串联操作时，压头两台泵串联操作时，压头 较单泵操作时的压头高，但不较单泵操作时的压头高，但不 是

25、增加一倍；是增加一倍； 总输出量较单泵操作时的总输出量较单泵操作时的 流量大些。流量大些。 特性曲线较陡的管路，采特性曲线较陡的管路，采 用串联操作时压头的增加率较用串联操作时压头的增加率较 大大 五、离心泵的工作点与流量调节 组合方式的选择组合方式的选择 H qV 2 2 1 1 并联 串联 低阻 高阻 低阻时，并联优于串联；低阻时，并联优于串联； 高阻时，串联优于并联。高阻时，串联优于并联。 )( g p z 则只能采用串联操作；则只能采用串联操作；- -多级泵多级泵 如果单台泵所提供的最大压头小如果单台泵所提供的最大压头小 于管路两端的于管路两端的 五、离心泵的工作点与流量调节 多级离心

26、泵动画-3 （一）（一） 汽蚀现象汽蚀现象 1 1 00 离心泵的安装高度 Hg 六、离心泵的汽蚀现象与安装高度 由离心泵的工作原理可知，从整由离心泵的工作原理可知，从整 个吸入管路到泵的吸入口直至叶个吸入管路到泵的吸入口直至叶 轮内缘，液体的压强是不断降低轮内缘，液体的压强是不断降低 的。研究表明，叶轮吸入口处内的。研究表明，叶轮吸入口处内 缘处是泵内压强最低点。缘处是泵内压强最低点。 （一）（一） 汽蚀现象汽蚀现象 1 1 00 离心泵的安装高度 Hg 六、离心泵的汽蚀现象与安装高度 当泵内某点的压强低至液体饱和蒸汽压当泵内某点的压强低至液体饱和蒸汽压 时部分液体将汽化，产生的气泡被液流带

27、入时部分液体将汽化，产生的气泡被液流带入 叶轮内，到达压力较高处再凝聚。由于凝聚叶轮内，到达压力较高处再凝聚。由于凝聚 点处产生瞬间真空，造成周围液体高速冲击点处产生瞬间真空，造成周围液体高速冲击 该点，产生剧烈的水击。瞬间压力可高达数该点，产生剧烈的水击。瞬间压力可高达数 十个十个MPaMPa，众多的水击点上水击频率可高达数，众多的水击点上水击频率可高达数 十十kHzkHz，且水击能量瞬时转化为热量，水击点，且水击能量瞬时转化为热量，水击点 局部瞬时温度可达局部瞬时温度可达230230以上。在数秒钟内就以上。在数秒钟内就 可以使叶轮表面出现斑点或裂纹。使泵结构可以使叶轮表面出现斑点或裂纹。使

28、泵结构 本身产生机械破坏。本身产生机械破坏。 六、离心泵的汽蚀现象与安装高度 症状症状：噪声大、泵体振动；流量、压头、效率都明显下：噪声大、泵体振动；流量、压头、效率都明显下 降；严重时使泵抽空。降；严重时使泵抽空。 后果后果：高频冲击加之高温腐蚀同时作用使叶片表面产生：高频冲击加之高温腐蚀同时作用使叶片表面产生 一个个凹穴，严重时成海绵状而迅速破坏。一个个凹穴，严重时成海绵状而迅速破坏。 防止措施防止措施：把离心泵安装在恰当的高度位置上，确保泵：把离心泵安装在恰当的高度位置上，确保泵 内压强最低点处的静压超过工作温度下被输送液内压强最低点处的静压超过工作温度下被输送液 体的饱和蒸汽压体的饱和蒸汽压p pv v。 六、离心泵的汽蚀现象与安装高度 为了使离心泵能正常运转，应避免产生气蚀现象，为了使离心泵能正常运