化工原理第二章流体输送设备

1、 第二章第二章 流体输送设备流体输送设备 在化工生产中，流体输送过程是不可缺少的单在化工生产中，流体输送过程是不可缺少的单元操作。为了满足工艺条件的要求，常需把流体从元操作。为了满足工艺条件的要求，常需把流体从一处送到另一处；有时还需提高流体的压强或将设一处送到另一处；有时还需提高流体的压强或将设备造成真空，这就需采用为流体提供能量的输送设备造成真空，这就需采用为流体提供能量的输送设备，以便克服输送沿程的机械能损失、提高位能、备，以便克服输送沿程的机械能损失、提高位能、提高流体的压强（或减压）。提高流体的压强（或减压）。 为液体提供能量的输送设备称为泵；为液体提供能量的输送设备称为泵； 为气体

2、提供能量的输送设备称为风机及压缩机。为气体提供能量的输送设备称为风机及压缩机。 它们都是化工厂最常用的通用设备，因此又称它们都是化工厂最常用的通用设备，因此又称 为通用机械。为通用机械。 本章将结合化工生产的特点，讨论流体输送机本章将结合化工生产的特点，讨论流体输送机械的作用原理、基本构造与性能及有关计算，以达械的作用原理、基本构造与性能及有关计算，以达到能正确选择和使用的目的。到能正确选择和使用的目的。 第一节第一节 液体输送设备液体输送设备 液体输送设备的种类很多，按照工作原理的不液体输送设备的种类很多，按照工作原理的不同，分为离心泵、往复泵、旋转泵与旋涡泵等几种。同，分为离心泵、往复泵、

3、旋转泵与旋涡泵等几种。其中，以离心泵在生产上应用最为广泛。其中，以离心泵在生产上应用最为广泛。 211 离心泵离心泵 一、离心泵的工作原理和主要部件一、离心泵的工作原理和主要部件 1、离心泵的工作原理、离心泵的工作原理 下图下图21所示为一台安装在管路上的离心泵。所示为一台安装在管路上的离心泵。 主要部件有叶轮主要部件有叶轮1与泵壳与泵壳2等。具有若干弯曲叶等。具有若干弯曲叶片的叶轮安装在泵壳内，并紧固于泵轴片的叶轮安装在泵壳内，并紧固于泵轴3上。泵壳上。泵壳中央的吸入口中央的吸入口4与吸入管路与吸入管路5相连接，侧旁的排出口相连接，侧旁的排出口8与排出管路与排出管路9相连接。相连接。 离心泵

4、一般用电动机带动，在启动前需向壳内离心泵一般用电动机带动，在启动前需向壳内灌满被输送的液体。灌满被输送的液体。 启动电机后，泵轴带动叶轮一起旋转，充满叶启动电机后，泵轴带动叶轮一起旋转，充满叶片之间的液体也随着转动，在惯性离心力的作用下片之间的液体也随着转动，在惯性离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘的过程中便获得了能，液体从叶轮中心被抛向外缘的过程中便获得了能量，使叶轮外缘的液体静压强提高，同时也增大了量，使叶轮外缘的液体静压强提高，同时也增大了流速，一般可达流速，一般可达1525ms，即液体的动能也有，即液体的动能也有所增加。所增加。 液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐液体离开叶

5、轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐加宽，液体的流速逐渐降低，又将一部分动能转渐加宽，液体的流速逐渐降低，又将一部分动能转变为静压能，使泵出口处液体的压强进一步提高，变为静压能，使泵出口处液体的压强进一步提高，于是液体以较高的压强，从泵的排出口进入排出管于是液体以较高的压强，从泵的排出口进入排出管路，输送至所需的场所。路，输送至所需的场所。 当泵内液体从叶轮中心被抛向外缘时，在中心当泵内液体从叶轮中心被抛向外缘时，在中心处形成了低压区，由于贮槽液面上方的压强大于泵处形成了低压区，由于贮槽液面上方的压强大于泵吸入口处的压强，在压强差的作用下，液体便经吸吸入口处的压强，在压强差的作用下，液体便经吸入管

6、路连续地被吸入泵内，以补充被排出液体的位入管路连续地被吸入泵内，以补充被排出液体的位置。置。 由此可见，离心泵之所以能输送液体，主要是由此可见，离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮。液体在离心力的作用下获得依靠高速旋转的叶轮。液体在离心力的作用下获得了能量以提高压强。了能量以提高压强。 离心泵启动时，如果泵壳与吸入管路内没有充离心泵启动时，如果泵壳与吸入管路内没有充满液体，则泵壳内存有空气，由于空气的密度远小满液体，则泵壳内存有空气，由于空气的密度远小于液体的密度，产生的离心力小，因而叶轮中心处于液体的密度，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内，此

7、所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，此时虽启动离心泵也不能输送液体，此种现象称为气时虽启动离心泵也不能输送液体，此种现象称为气缚，表示离心泵无自吸能力。缚，表示离心泵无自吸能力。 在吸入管路的进口处应装一单向底阀在吸入管路的进口处应装一单向底阀6和滤网和滤网7。底阀是防止启动前所灌入的液体从泵内漏失；滤网底阀是防止启动前所灌入的液体从泵内漏失；滤网可以阻拦液体中的固体物质被吸入泵内，以免损坏可以阻拦液体中的固体物质被吸入泵内，以免损坏叶轮的叶片或妨碍泵的正常操作。叶轮的叶片或妨碍泵的正常操作。 靠近泵出口处的排出管路上装有调节阀靠近泵出口处的排出管路上装有调节阀10，以，以供开车、停车及

8、调节流量时使用。供开车、停车及调节流量时使用。 2、离心泵的主要部件、离心泵的主要部件 （1）叶轮）叶轮 叶轮的作用是将原动机的机械能传给液体，使叶轮的作用是将原动机的机械能传给液体，使液体的静压能和动能均有所提高。液体的静压能和动能均有所提高。离心泵的叶轮按结构可分为三种：闭式、半闭离心泵的叶轮按结构可分为三种：闭式、半闭式和开式。如上图式和开式。如上图22所示。所示。 图图22(c)是开式叶轮，开式叶轮两侧都没有盖是开式叶轮，开式叶轮两侧都没有盖板，制造简单，效率较低。它适用于输送含杂质的板，制造简单，效率较低。它适用于输送含杂质的悬浮液。悬浮液。 半闭式叶轮如图半闭式叶轮如图22(b)所

9、示，叶轮吸入口一侧所示，叶轮吸入口一侧没有前盖板，而另一侧有后盖板。它也适用于输送没有前盖板，而另一侧有后盖板。它也适用于输送悬浮液。悬浮液。 闭式叶轮如图闭式叶轮如图22(a)所示，叶片两侧都有盖板所示，叶片两侧都有盖板，这种叶轮效率较高，应用最广，但只适用于输送，这种叶轮效率较高，应用最广，但只适用于输送清洁液体。清洁液体。 按吸液方式的不同，叶轮还有单吸和双吸两种。按吸液方式的不同，叶轮还有单吸和双吸两种。 单吸式叶轮的结构简单，如下图单吸式叶轮的结构简单，如下图23(a)所示，所示，液体只能从叶轮一侧被吸入。液体只能从叶轮一侧被吸入。 双吸式叶轮如图双吸式叶轮如图23(b)所示，液体可

10、同时从叶所示，液体可同时从叶轮两侧吸入。显然，双吸式叶轮具有较大的吸液能轮两侧吸入。显然，双吸式叶轮具有较大的吸液能力，而且基本上可以消除轴向推力。力，而且基本上可以消除轴向推力。 （2）泵壳）泵壳 离心泵的泵壳，因壳内有一个截面逐渐扩大的离心泵的泵壳，因壳内有一个截面逐渐扩大的蜗牛壳形通道，又称蜗壳，如图蜗牛壳形通道，又称蜗壳，如图24中的中的1所示。所示。 叶轮在壳内顺着蜗形通道逐渐扩大的方向旋转叶轮在壳内顺着蜗形通道逐渐扩大的方向旋转，愈接近液体出口，通道截面积愈大。因此，液体，愈接近液体出口，通道截面积愈大。因此，液体从叶轮外缘以高速被抛出后，沿泵壳的蜗牛形通道从叶轮外缘以高速被抛出后

11、，沿泵壳的蜗牛形通道而向排出口流动，流速便逐渐降低，减少了能量损而向排出口流动，流速便逐渐降低，减少了能量损失，且使部分动能有效地转变为静压能。失，且使部分动能有效地转变为静压能。 泵壳不仅作为一个汇集由叶轮抛出液体的部件泵壳不仅作为一个汇集由叶轮抛出液体的部件，而且本身又是一个转能装置。，而且本身又是一个转能装置。 为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之间有时还装有一个固定不动而带有叶片的与泵壳之间有时还装有一个固定不动而带有叶片的圆盘，这个圆盘称为导轮，如图圆盘，这个圆盘称为导轮，如图24中的中的3所示。所示。 由于导轮具有很多逐渐转向的流

12、道，使高速液由于导轮具有很多逐渐转向的流道，使高速液体流过时能均匀而缓和地将动能转变为静压能，以体流过时能均匀而缓和地将动能转变为静压能，以减小能量损失。减小能量损失。 二、离心泵的主要性能参数二、离心泵的主要性能参数 为了正确选择和使用离心泵，需要了解离心泵为了正确选择和使用离心泵，需要了解离心泵的性能。的性能。 离心泵的主要性能参数为流量、扬程、效率和离心泵的主要性能参数为流量、扬程、效率和功率；这些参数标注在泵的铭牌上。功率；这些参数标注在泵的铭牌上。 离心泵性能间的关系通常用特性曲线来表示。离心泵性能间的关系通常用特性曲线来表示。 1、流量、流量 泵的流量泵的流量(又称送液能力又称送液

13、能力)是指单位时间内泵所是指单位时间内泵所输送的液体体积。用符号输送的液体体积。用符号Q表示，单位为表示，单位为Ls或或m3h。 离心泵的流量取决于泵的结构，尺寸（主要为离心泵的流量取决于泵的结构，尺寸（主要为叶轮的直径与叶片的宽度）和转速。叶轮的直径与叶片的宽度）和转速。 2、扬程、扬程 泵的扬程泵的扬程(又称泵的压头又称泵的压头)是指泵对单位质量的是指泵对单位质量的液体所提供的有效能量，用符号液体所提供的有效能量，用符号H表示，单位为表示，单位为Nm / N = m（米液柱）。（米液柱）。 离心泵的扬程大小取决于泵的结构离心泵的扬程大小取决于泵的结构(如叶轮的如叶轮的直径，叶片的弯曲情况等

14、直径，叶片的弯曲情况等)、转速及流量。、转速及流量。 对一确定的泵，在指定的转速下，压头与流量对一确定的泵，在指定的转速下，压头与流量之间具有一定的关系。之间具有一定的关系。 泵的扬程可用实验方法测定，如下图泵的扬程可用实验方法测定，如下图25所示所示。真空表压力表孔板流量计z2h0 z112图 25 扬程的测定 在泵的进出口处分别安装真空表和压力表，在在泵的进出口处分别安装真空表和压力表，在 真空表真空表1与压力表与压力表2之间列柏努利方程式，即：之间列柏努利方程式，即： 0p1/ gu12/2gH= h0 p2/ g u22/2ghf 或：或： H= h0（p2p1 ）/ g （ u22u

15、12 ）/2g hf （21） 式中：式中：p2压力表读出的压力压力表读出的压力 (表压表压)，Nm2； 或或Pa； p1真空表读出的真空度，真空表读出的真空度，Nm2；或；或Pa； 其中其中 p2p1= p2（ p1 ） = p2p1 u1、u2吸入管、排出管中液体的流速，吸入管、排出管中液体的流速，m/s； hf两截面间的压头损失，两截面间的压头损失， m。 由于两截面之间管路很短，其压头损失由于两截面之间管路很短，其压头损失hf可可 忽不计，即：忽不计，即： hf=0。 若以若以D2及及D1分别表示压力表和真空表上的读数，分别表示压力表和真空表上的读数，单位以米液柱（表压）计；则式（单位

16、以米液柱（表压）计；则式（21）可改写为：）可改写为： H= h0 D2D1 （ u22u12 ）/2g （22） 3、效率、效率 在输送液体过程中，外界能量通过叶轮传给液在输送液体过程中，外界能量通过叶轮传给液体时，不可避免地会有能量损失，泵轴转动所做的体时，不可避免地会有能量损失，泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得。通常用效率功不能全部都为液体所获得。通常用效率来反映来反映能量损失。能量损失。 能量损失包括：能量损失包括： 容积损失容积损失 容积损失是由于泵的泄漏造成的。容积损失是由于泵的泄漏造成的。有一部分获得能量的高压液体通过叶轮与泵壳之间有一部分获得能量的高压液体通过叶轮与泵壳之

17、间的缝隙漏回吸入口，或从填料函处漏至泵壳外，也的缝隙漏回吸入口，或从填料函处漏至泵壳外，也有时从平衡孔漏回低压区。因此，从泵排出的实际有时从平衡孔漏回低压区。因此，从泵排出的实际流量要比理论排出流量为低，其比值称为容积效率流量要比理论排出流量为低，其比值称为容积效率1。 水力损失水力损失 水力损失是由于流体流过叶轮、水力损失是由于流体流过叶轮、泵壳时，由于流速大小和方向要改变，且发生冲击泵壳时，由于流速大小和方向要改变，且发生冲击而产生的能量损失。泵的实际压头要比泵理论上所而产生的能量损失。泵的实际压头要比泵理论上所能提供的压头为低，其比值称为水力效率能提供的压头为低，其比值称为水力效率2。

18、机械损失机械损失 机械损失是泵在运转时，在轴承、机械损失是泵在运转时，在轴承、轴封装置等机械部件接触处，由于机械摩擦而消耗轴封装置等机械部件接触处，由于机械摩擦而消耗部分能量，泵的轴功率大于泵的理论功率部分能量，泵的轴功率大于泵的理论功率 (即理论即理论压压头与理论流量所对应的功率头与理论流量所对应的功率)。理论功率与轴功率之。理论功率与轴功率之比称为机械效率比称为机械效率3。 泵的总效率泵的总效率 (又称效率又称效率)等于上述三种效率的等于上述三种效率的乘积，即：乘积，即： = 123 （23） 对离心泵来说，一般小型泵的效率约为对离心泵来说，一般小型泵的效率约为0.5 0.75，大型泵可达

19、，大型泵可达0.90。 4、功率、功率 （也称轴功率）（也称轴功率） 离心泵的轴功率是泵轴所需的功率。离心泵的轴功率是泵轴所需的功率。 轴功率是指当泵直接由电动机带动时，电动机轴功率是指当泵直接由电动机带动时，电动机传给泵轴的功率，以传给泵轴的功率，以N表示，单位为表示，单位为Js 、W或或kW。 有效功率是指排送到管道的液体从叶轮所获得有效功率是指排送到管道的液体从叶轮所获得的功率，以符号的功率，以符号Ne表示。表示。 泵的有效功率泵的有效功率Ne可写成：可写成： Ne = QHg (24)式中：式中： Ne泵的有效功率，泵的有效功率，W， Q泵的流量，泵的流量，m3/s， H泵的压头，泵的

20、压头，m； 液体的密度，液体的密度，kgm3； g重力加速度，重力加速度，ms2。 以知以知g = 9.81m/s2 , 1kW = 1000 W , 则式则式(24)可用可用kW单位表示，即：单位表示，即： （24a） 由于有容积损失、水力损失与机械损失，所以由于有容积损失、水力损失与机械损失，所以泵的轴功率泵的轴功率N要大于液体实际得到的有效功率要大于液体实际得到的有效功率Ne，即：即： N=Ne/ （25） 把式（把式（24a）代入式（）代入式（25）得轴功率）得轴功率N的的计算式：计算式： N= QH/102 （25a） 在机电产品样本中所列出的泵的轴功率，除特在机电产品样本中所列出的

21、泵的轴功率，除特别说明以外，均系指输送清水时的功率。别说明以外，均系指输送清水时的功率。 三、离心泵的特性曲线三、离心泵的特性曲线 离心泵的主要性能参数是流量离心泵的主要性能参数是流量Q、压头、压头H、轴、轴功率功率N及效率及效率，其间的关系由实验测得。测出的，其间的关系由实验测得。测出的一组关系曲线称为离心系的特性曲线或工作性能曲一组关系曲线称为离心系的特性曲线或工作性能曲线。线。 特性曲线是在固定的转速下测出的，只适用于特性曲线是在固定的转速下测出的，只适用于该转速，故特性曲线图上都注明转速该转速，故特性曲线图上都注明转速n的数值。的数值。 图图26为国产为国产4B20型离心泵在型离心泵在

22、n=2900 rmin时特性曲线。图上绘有三根曲线，即时特性曲线。图上绘有三根曲线，即HQ、NQ及及Q三条曲线。三条曲线。 1、HQ曲线曲线 HQ曲线表示泵的流量曲线表示泵的流量Q和压头和压头H的关系。的关系。 离心泵的压头在较大流量范围内是随流量增大离心泵的压头在较大流量范围内是随流量增大而减小的而减小的。不同型号的离心泵，不同型号的离心泵，HQ曲线的形状曲线的形状有有所不同。所不同。 HQ曲线较平坦的，适用于压头变化不大而曲线较平坦的，适用于压头变化不大而流量变化较大的场合；流量变化较大的场合； HQ曲线比较陡峭的，适曲线比较陡峭的，适用于压头变化范围大而不允许流量变化太大的场合。用于压头

23、变化范围大而不允许流量变化太大的场合。 2、NQ曲线曲线 NQ曲线表示泵的流量曲线表示泵的流量Q和轴功率和轴功率N的关系。的关系。 N随随Q的增大而增大。显然，当的增大而增大。显然，当Q = 0时，泵轴时，泵轴消耗的功率最小。因此，启动离心泵时，为了减少消耗的功率最小。因此，启动离心泵时，为了减少启动功率，应将出口阀关闭。启动功率，应将出口阀关闭。 3、Q曲线曲线 Q曲线表示泵的流量曲线表示泵的流量Q和效率和效率的关系。的关系。 开始开始随随Q的增大而增大，达到最大值后，又的增大而增大，达到最大值后，又随随Q的增大而下降。该曲线最大值相当于效率最高的增大而下降。该曲线最大值相当于效率最高点。根

24、据输送条件的要求，离心泵往往不可能正好点。根据输送条件的要求，离心泵往往不可能正好在最佳工况点下运转。因此一般只能规定一个工作在最佳工况点下运转。因此一般只能规定一个工作范围，称为泵的高效率区，通常为最高效率的范围，称为泵的高效率区，通常为最高效率的92%左右，如图左右，如图26中波折号所示的范围。中波折号所示的范围。例：采用上附图例：采用上附图25所示的实验装置来测定离心泵所示的实验装置来测定离心泵的性能。泵的吸入管内径为的性能。泵的吸入管内径为100mm，排出管内径为，排出管内径为80mm，两测压口间垂直距离为，两测压口间垂直距离为0.5m。泵的转速为。泵的转速为2900 rmin，以，以

25、20清水为介质测得以下数据：清水为介质测得以下数据： 流量，流量，Ls 15 泵出口处表压，泵出口处表压，Pa 2.55105 泵入口处真空度，泵入口处真空度，Pa 2.67104 功率表测得电动机所消耗的功率，功率表测得电动机所消耗的功率，kW 6.2 泵由电动机直接带动，电动机的效率为泵由电动机直接带动，电动机的效率为93%。试求该泵在输送条件下的压头、轴功率和效率。试求该泵在输送条件下的压头、轴功率和效率。解：解： (1) 泵的压头泵的压头 真空计和压强表所在处的截面分别以真空计和压强表所在处的截面分别以11和和22表示，在两截面间列以单位质量液体为衡算表示，在两截面间列以单位质量液体为

26、衡算基准的柏努利方程式，即：基准的柏努利方程式，即： 其中：其中： Z2Z1=0.5m p1=2.67104 Pa (表压表压) P2=2.55105 Pa (表压表压) d1 = 0.1m d2 = 0.08m u1 = Q /（d12 /4）= 4Q / d12 = 415103 / 0.12 = 1.91 m/s u2 = 415103 / 0.082 = 2.98 m/s 两测压口间的管路很短，共间流动阻力可忽略两测压口间的管路很短，共间流动阻力可忽略不计，即不计，即Hf,12=0。 故泵的压头为：故泵的压头为： (2) 泵的轴功率泵的轴功率 功率表测得的功率为电动机的输入功率。由于功

27、率表测得的功率为电动机的输入功率。由于泵为电动机直接带动，传功效率可视为泵为电动机直接带动，传功效率可视为100%，所，所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。以电动机的输出功率等于泵的轴功率。 因电动机本身消耗部分功率，其效率为因电动机本身消耗部分功率，其效率为93%，于是电动机输出功率为：于是电动机输出功率为： 电机输入功率电机输入功率电动机效率电动机效率 = 6.20.93=5.77 kW 泵的轴功率为：泵的轴功率为： N=5.77 kW (3) 泵的效率泵的效率按式（按式（25a）知：）知：例：如图所示，从水池将水输送到高位槽。已知管例：如图所示，从水池将水输送到高位槽。已知管子直径子直径

28、d均为均为573.5mm，磨擦系数，磨擦系数 为为0.03；吸入管长吸入管长=10m，压出管长，压出管长=50m，(以上管长均包括以上管长均包括局部阻力的当量长度局部阻力的当量长度)，离心泵特性曲线为，离心泵特性曲线为H = 257.2105V2，式中：，式中：H-m，V-m3/s。 试求：流入高位槽的水量为多少试求：流入高位槽的水量为多少m3/h ？ 解：流入高位槽的水量可在解：流入高位槽的水量可在11和和22截面间列柏截面间列柏努利方程算出：其中努利方程算出：其中H=257.2105V2： 8m11 2 2式中：式中： Z1=0m， Z2=8m， u1=u2， = 0.03， p1=p2，

29、 d =0.05m， l+le =10+50=60m， u = V/A， A=0.7850.052=1.962510-3m2 Hf = hf /g = （l+le）/d（u2/2g） = 0.0360/0.05（V/1.962510-3）2/（29.81）= 4.764105V2将有关数据代入柏努利方程得：将有关数据代入柏努利方程得： 257.2105V2 = 8 + 4.764105 V2 11.964105 V2 =17解得：解得： V = 3.7710-3m3/s = 3.7710-33600 =13.57m3/h 四、离心泵的转速对特性曲线的影响四、离心泵的转速对特性曲线的影响 离心泵

30、的特性曲线是在一定转速下测定的。离心泵的特性曲线是在一定转速下测定的。 当转速由当转速由n1改变为改变为n2时，其流量、压头及轴功时，其流量、压头及轴功率的近似关系为：率的近似关系为： （26）式式(26)称为比例定律。称为比例定律。 当转速变化小于当转速变化小于20%时，可认为泵的效率时，可认为泵的效率不不变，使用式（变，使用式（25a）来进行计算时误差不大。）来进行计算时误差不大。 五、叶轮直径对特性曲线的影响五、叶轮直径对特性曲线的影响 当叶轮直径当叶轮直径D变化不大，转速不变时，叶轮直变化不大，转速不变时，叶轮直径、流量、压头及轴功率之间的近似关系为：径、流量、压头及轴功率之间的近似关

31、系为： （27）式（式（27）称为切割定律。）称为切割定律。 六、液体物理性质的影响六、液体物理性质的影响 泵生产部门所提供的特性曲线是用清水作实验泵生产部门所提供的特性曲线是用清水作实验求得的。当所输送的液体性质与水相差较大时，要求得的。当所输送的液体性质与水相差较大时，要考虑粘度及密度对特性曲线的影响。考虑粘度及密度对特性曲线的影响。 1、粘度的影响、粘度的影响 所输送的液体粘度愈大，泵所输送的液体粘度愈大，泵体内能量损失愈多。造成泵的扬程、流量都要减小体内能量损失愈多。造成泵的扬程、流量都要减小，效率下降，而轴功率则要增大，亦即泵的特性曲，效率下降，而轴功率则要增大，亦即泵的特性曲线发生

32、改变。线发生改变。 2、密度的影响、密度的影响 离心泵的压头、流量与液体离心泵的压头、流量与液体的密度无关，则泵的效率也不随液体的密度而改变的密度无关，则泵的效率也不随液体的密度而改变，所以，所以HQ与与Q曲线保持不变。但泵的轴功率曲线保持不变。但泵的轴功率N随液体密度而改变，随液体密度而改变，则则N。因此，当被输。因此，当被输送液体的密度与水不同时，不能使用该泵原提供的送液体的密度与水不同时，不能使用该泵原提供的NQ曲线，而应按曲线，而应按(24a)及及(25)重新计算重新计算N。 3、溶质的影响、溶质的影响 如果输送的液体是水溶液，如果输送的液体是水溶液，浓度的改变必然影响液体的粘度和密度

33、。浓度的改变必然影响液体的粘度和密度。浓度越浓度越高高，与清水差别越大。浓度对离心泵特性曲线的影响，与清水差别越大。浓度对离心泵特性曲线的影响，同样反映在粘度和密度上。如果输送液体中含有，同样反映在粘度和密度上。如果输送液体中含有悬浮物等固体物质，则泵特性曲线除受浓度的影响悬浮物等固体物质，则泵特性曲线除受浓度的影响外，还受到固体物质的种类、以及粒度分布的影响。外，还受到固体物质的种类、以及粒度分布的影响。 七、离心泵的汽蚀现象和安装高度七、离心泵的汽蚀现象和安装高度 离心泵在管路中安装高度是否恰当，将直接影离心泵在管路中安装高度是否恰当，将直接影响离心泵性能，操作状况和使用寿命，为此，在管响

34、离心泵性能，操作状况和使用寿命，为此，在管路计算中应正确地确定离心泵的安装高度。路计算中应正确地确定离心泵的安装高度。 （1）离心泵的汽蚀现象）离心泵的汽蚀现象 离心泵叶轮入口处是压力最低的地方，如果这离心泵叶轮入口处是压力最低的地方，如果这个地方液体的压力等于或低于输送温度下液体的饱个地方液体的压力等于或低于输送温度下液体的饱和蒸汽压力时，就会有蒸汽从液体中大量逸出，形和蒸汽压力时，就会有蒸汽从液体中大量逸出，形成许多蒸汽和气体混合物的小气泡。它随同液体从成许多蒸汽和气体混合物的小气泡。它随同液体从低压区流向高压区；这些气泡在高压作用下迅速凝低压区流向高压区；这些气泡在高压作用下迅速凝结或破

35、裂。如果在金属表面附近破裂而凝结，则液结或破裂。如果在金属表面附近破裂而凝结，则液体质点就象无数小弹头一样，连续打击在金属表面体质点就象无数小弹头一样，连续打击在金属表面上。在压力很大且频率很高的连续打击下，金属表上。在压力很大且频率很高的连续打击下，金属表面逐渐因疲劳而破坏，这种现象叫做汽蚀现象。面逐渐因疲劳而破坏，这种现象叫做汽蚀现象。 为了保证离心泵的正常操作，应避免产生汽蚀为了保证离心泵的正常操作，应避免产生汽蚀，这就要求叶片入口附近的最低压强必须维持在某，这就要求叶片入口附近的最低压强必须维持在某一值以上，通常是取输送温度下液体的饱和蒸汽压一值以上，通常是取输送温度下液体的饱和蒸汽压

36、作为最低压强。由于在实际操作中，不易确定泵内作为最低压强。由于在实际操作中，不易确定泵内最低压强的位置，往往以实测泵入口处的压强，加最低压强的位置，往往以实测泵入口处的压强，加一安全裕量后来作为泵入口处允许的最低压强。以一安全裕量后来作为泵入口处允许的最低压强。以保证泵入口处的压力大于输送温度下液体的饱和蒸保证泵入口处的压力大于输送温度下液体的饱和蒸汽压。汽压。 （2）离心泵的抗气蚀性能）离心泵的抗气蚀性能 根据泵的抗气蚀性能，合理地确定泵的安装高根据泵的抗气蚀性能，合理地确定泵的安装高度是避免气蚀现象的有效措施。度是避免气蚀现象的有效措施。 a、离心泵的气蚀余量离心泵的气蚀余量h 为了避免发

37、生气蚀现象，在离心泵的入口处液为了避免发生气蚀现象，在离心泵的入口处液体的静压头体的静压头p1/ g与动压头与动压头u12/2g之和必须大于操之和必须大于操作温度下的液体饱和蒸汽压头作温度下的液体饱和蒸汽压头pv/ g某一数值，此某一数值，此数值即为离心泵的汽蚀余量。数值即为离心泵的汽蚀余量。 汽蚀余量的定义式为：汽蚀余量的定义式为： h = p1/ g pv/ g u12/2g （28）式中：式中： h离心泵的汽蚀余量，离心泵的汽蚀余量，m； pv 操作温度下的液体饱和蒸汽压，操作温度下的液体饱和蒸汽压，Pa。 b、离心泵的允许吸上真空度、离心泵的允许吸上真空度Hs 为避免气蚀现象，泵入口处

38、压强为避免气蚀现象，泵入口处压强p1应为允许的应为允许的最低绝对压强。但习惯上常把最低绝对压强。但习惯上常把p1表示为真空度，若表示为真空度，若大气压为大气压为pa，则泵入口处的最高真空度为（，则泵入口处的最高真空度为（pap1）,单位为单位为Pa。若真空度以输送的液柱高度来计。若真空度以输送的液柱高度来计量，则此真空度称为离心泵的允许吸上真空度，用量，则此真空度称为离心泵的允许吸上真空度，用符号符号Hs表示，其数学表达式为：表示，其数学表达式为： Hs =（pap1）/ g （29）式中：式中：Hs允许吸上真空高度，允许吸上真空高度，m液柱；液柱； pa大气压，大气压，Pa； 被输送液体的密

39、度，被输送液体的密度，kg/m3。 p1泵入口处允许达到的最高真空度，泵入口处允许达到的最高真空度，Pa。 C、允许安装高度、允许安装高度Hg（又称允许吸上高度）（又称允许吸上高度） 允许安装高度是指泵的吸入口与吸入贮槽液面允许安装高度是指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，间可允许达到的最大垂直距离，m。 要确定允许吸上要确定允许吸上真空度真空度Hs与允许安装与允许安装高度高度Hg之间关系，可之间关系，可设离心泵吸液装置如设离心泵吸液装置如图图27所示。所示。 （210）式中式中Hf为液体流经吸入管路时所损失的压头，为液体流经吸入管路时所损失的压头，m。 由于贮槽是敞口的，则

40、由于贮槽是敞口的，则p0为大气压为大气压pa，上式可，上式可写成：写成： （210a） 将式（将式（29）代入上式，则得：）代入上式，则得： Hg = Hsu12/2gHf （211） 以贮槽液面为基准面，列出贮槽液面以贮槽液面为基准面，列出贮槽液面00与泵与泵入口处入口处11截面间的柏努利方程式：截面间的柏努利方程式： 式（式（211）可用于计算泵的允许安装高度）可用于计算泵的允许安装高度Hg。 由（由（211）式可知，为了提高泵的允许安装）式可知，为了提高泵的允许安装高度高度Hg，应尽量减小，应尽量减小u12/2g和和Hf值：值： 为了减小为了减小u12/2g，在同一流量下，应选用直径，在

41、同一流量下，应选用直径稍大的吸入管路；稍大的吸入管路； 为了减小为了减小Hf，除了选用直径稍大的吸入管以，除了选用直径稍大的吸入管以外，吸入管应尽可能地短，并且尽量减少弯头和不外，吸入管应尽可能地短，并且尽量减少弯头和不安装截止阀等。安装截止阀等。 在泵出产的说明书中所给出的允许吸上真空度在泵出产的说明书中所给出的允许吸上真空度Hs是指大气压力为是指大气压力为10 mH2O，水温为，水温为20状态下的状态下的数值。数值。 如果泵的使用条件与该状态不同时，则应把说如果泵的使用条件与该状态不同时，则应把说明书上所给出的明书上所给出的Hs值，换算成操作条件下的值，换算成操作条件下的Hs值值，其换算公

42、式为：，其换算公式为： Hs= Hs +（Ha10）( pv /(9.81103) 0.24)1000/ (212)式中：式中：Hs操作条件下输送水时的允许吸上真操作条件下输送水时的允许吸上真 空度，空度，mH2O； Hs泵样本中给出的允许吸上真空度，泵样本中给出的允许吸上真空度， mH2O； Ha泵工作处的大气压，泵工作处的大气压，mH2O； pv操作温度下水的饱和蒸汽压，操作温度下水的饱和蒸汽压，Pa； 0.24实验温度（实验温度（20）水的饱和蒸汽）水的饱和蒸汽 压，压，mH2O; 10实验条件下的大气压，实验条件下的大气压，mH2O; 1000实验温度下水的密度，实验温度下水的密度，k

43、g/m3； 操作温度下水的密度，操作温度下水的密度，kg/m3。 将式将式(210)与式与式(28)合并，可导出汽蚀余合并，可导出汽蚀余量量h与允许安装高度与允许安装高度Hg之间关系：之间关系： Hg = (p0pv )/ghHf （213）式中：式中：p0为液面上方的压力，若为敞口，液面上的为液面上方的压力，若为敞口，液面上的 p0 = pa=1.0133105 Pa。 应当注意，泵性能表上的汽蚀余量应当注意，泵性能表上的汽蚀余量h值也是值也是按输送按输送20水而规定的。当输送其它液体时，需进水而规定的。当输送其它液体时，需进行校正。具体校正方法可参阅有关文献。行校正。具体校正方法可参阅有关

44、文献。 只要知道允许吸上真空度只要知道允许吸上真空度Hs与汽蚀余量与汽蚀余量h这这两个参数中的任何一个，由式（两个参数中的任何一个，由式（211）或式（）或式（213）就可确定泵的允许安装高度）就可确定泵的允许安装高度Hg。 为了安全起见，离心泵的实际安装高度应比允为了安全起见，离心泵的实际安装高度应比允许安装高度低许安装高度低0.51m。例：用例：用3B33型泵从敞口槽中将水送到它处，槽内水型泵从敞口槽中将水送到它处，槽内水位恒定，输送量为位恒定，输送量为4555m3h，在最大流量下吸，在最大流量下吸入管路的压头损失为入管路的压头损失为1m，液体在吸入管路中的动压，液体在吸入管路中的动压头可

45、忽略。泵安装地区的大气压为头可忽略。泵安装地区的大气压为9.81104 pa。试计算：（试计算：（1）输送）输送20水时，泵的安装高度；水时，泵的安装高度； （2）若改为输送）若改为输送65的水，求泵的安装高度。的水，求泵的安装高度。 3B33型泵的部分性能数据列于下附表。型泵的部分性能数据列于下附表。 解：解： (1) 输送输送20水时泵的允许安装高度水时泵的允许安装高度Hg 根据式（根据式（211）计算泵的允许安装高度）计算泵的允许安装高度Hg，即：即： Hg = Hsu12/2gHf 由题意知：由题意知： Hf = 1m， u12/2g 0 又从该泵性能数据附表知，允许吸上真空高度又从该

46、泵性能数据附表知，允许吸上真空高度Hs随流量增加而下降。因此，在确定泵的安装高度随流量增加而下降。因此，在确定泵的安装高度时，应以最大输送量所对应的时，应以最大输送量所对应的Hs值为依据，以便保值为依据，以便保证离心泵能正常运转，而不发生气蚀现象，故取证离心泵能正常运转，而不发生气蚀现象，故取Hs=3 mH20。 输送的是输送的是20水，泵安装地区的大气压强为水，泵安装地区的大气压强为9.81l04 Pa，与泵出厂时的实验条件基本相符，与泵出厂时的实验条件基本相符，（10 mH2O = 9.807104 pa，水温，水温20），故允），故允许吸上真空度许吸上真空度Hs不用换算，即不用换算，即H

47、s=3m。 将有关数据代入式（将有关数据代入式（211）计算得：）计算得： Hg = 31 = 2 m 为安全起见，泵的实际安装高度应小于为安全起见，泵的实际安装高度应小于2m。 (2) 输送输送65的水时，泵的允许安装高度的水时，泵的允许安装高度Hg输输送送65的水时，不能直接采用泵性能附表中的的水时，不能直接采用泵性能附表中的Hs值值来计算允许安装高度，需要按式来计算允许安装高度，需要按式(212)对对H s进行进行换算，求出操作条件下的换算，求出操作条件下的Hs值，再代入式（值，再代入式（211）计算，即：）计算，即： Hs= Hs +（Ha10）( pv /(9.81103) 0.24

48、)1000/上式中：上式中： Hs=3 mH2O Ha = 9.81l04 Pa 10 mH2O 由教材附录查出由教材附录查出65水的饱和蒸汽压水的饱和蒸汽压pv = 2.554104 pa及密度及密度= 980.5kgm3, 将数据代将数据代入上式计算：入上式计算： Hs= 3+（1010）（）（2.544104/ （9.81103）0.24） 1000 / 980.5 = 0.65 mH2O 根据式（根据式（211）计算泵的允许安装高度）计算泵的允许安装高度Hg： Hg = 0.651= 0.35 m Hg为负值，表示泵应安装在水面以下，至少比为负值，表示泵应安装在水面以下，至少比储槽水面

49、低储槽水面低0.35 m；使液体利用位差自动灌入泵体；使液体利用位差自动灌入泵体内。内。例：如图，用离心泵将密度为例：如图，用离心泵将密度为900kg/m3、粘度为、粘度为2.3cP、温度为、温度为400C的某有机液体混合物从敞口储的某有机液体混合物从敞口储槽送至精馏塔内进行分离。测得泵的实际安装高度槽送至精馏塔内进行分离。测得泵的实际安装高度为为2 m，泵入口处真空度为，泵入口处真空度为350mmHg，出口压力，出口压力表读数为表读数为2atm，孔板流量计的，孔板流量计的U型管中水银柱高度型管中水银柱高度为为200mm，孔板孔径为，孔板孔径为30mm，孔流系数，孔流系数C0为为0.63。泵入

50、口管中心线至出口压力表之间的垂直距离为泵入口管中心线至出口压力表之间的垂直距离为0.5m，其间的能量损失可以忽略不计。精馏塔进口管，其间的能量损失可以忽略不计。精馏塔进口管中心线与储槽液面之间的距离为中心线与储槽液面之间的距离为10m且恒定不变。且恒定不变。全程管径均为全程管径均为584，局部阻力折算为当量长度，局部阻力折算为当量长度，总管道实际长度加当量长度共为，总管道实际长度加当量长度共为20m，其中进口，其中进口管路一段的实际长度加当量长度为管路一段的实际长度加当量长度为7m。离心泵的气。离心泵的气蚀余量为蚀余量为0.5m，泵工作当，泵工作当地的大气压为地的大气压为1. 0133105P

51、a，管道为光滑管，管道为光滑管，其摩其摩擦系数擦系数=0.3164/Re0.25，离心泵的效率为离心泵的效率为78%。已知。已知水银的密度为水银的密度为13600kg/m3； 400C时溶液的饱和蒸汽压时溶液的饱和蒸汽压为为80 mmHg。试求：试求： （1）该溶液在管路中的体积流量为多少）该溶液在管路中的体积流量为多少m3/h？ （2）精馏塔内接管口处的表压强为多少）精馏塔内接管口处的表压强为多少Mpa？ （3）离心泵的轴功率为多少）离心泵的轴功率为多少kW？ （4）其允许最大安装高度为多少）其允许最大安装高度为多少m？离心泵在？离心泵在此管路工作时，是否会发生气蚀现象？此管路工作时，是否会

52、发生气蚀现象？ 解：（解：（1）因为采用孔板流量计来测量体积流量，）因为采用孔板流量计来测量体积流量，故按下式计算有机液体混合物的体积流量故按下式计算有机液体混合物的体积流量V：已知：已知： d=0.03m； C0=0.63； h=0.2m； =13600kg/m3； =900kg/m3；将有关数据代入式中计算得：将有关数据代入式中计算得： V = 0.7850.0320.6329.81 0.2(13600900）/9001/2 = 3.3110-3 m3/s = 3.3110-33600 = 11.92 m3/h （2）在离心泵出口压力表与精馏塔进口管中心）在离心泵出口压力表与精馏塔进口管中

53、心线之间列柏努利方程，各项以线之间列柏努利方程，各项以Pa为单位：并以压力为单位：并以压力表为基准水平面，求出精馏塔内接管口处的表压强表为基准水平面，求出精馏塔内接管口处的表压强P2： 其中：由于没有外加功，其中：由于没有外加功，W=0； 又由于管路直径不变，有：又由于管路直径不变，有：u1=u2； Z1=0； Z2=102.5=7.5m； =900kg/m3P1=2atm（表压）（表压）= 21.0133105= 202660Pa；hf 按下式计算：按下式计算： 由于能量损失由于能量损失hf中牵涉到管道内流速中牵涉到管道内流速u和和，故先要求出故先要求出u和和及（及（l+le）：）： 已知：

54、已知： V=Au 而而 V=3.3110-3 m3/s； A =0.785d2 ； d=5824=0.05m 则：则： u=3.3110-3 /0.7850.052=1.687m/s 已知：已知： =0.3164/Re0.25 Re = du/而而 =2.3cP=2.310-3 Pas则：则：=0.3164/（du/）0.25 =0.3164/（0.051.687900/2.310-3）0.25 =0.02347 已知：已知： l+le=2070.5=12.5m将有关数据代入能量损失将有关数据代入能量损失hf计算式得：计算式得： hf=0.0234712.5/0.051.6872/2=8.35

55、 J/kg hf = 9008.35 =7515 Pa将有关数据代入柏努利方程得：将有关数据代入柏努利方程得： 0+0+202660+0 = 7.59009.81+0+P2+7515 202660 = 66217.5+P2+7515 则有：则有： P2= 128927.5 Pa = 0.129Mpa （3）按下式求离心泵的轴功率）按下式求离心泵的轴功率N： 已知：已知： Q=3.3110-3 m3/s； =900kg/m3； =78%； 关键是求出扬程关键是求出扬程H： 在离心泵进口真空表与出口压力表之间列柏努在离心泵进口真空表与出口压力表之间列柏努利方程：并以真空表为基准水平面利方程：并以真

56、空表为基准水平面(即即Z1=0)，来求，来求出出H：（其中能量损失：（其中能量损失Hf可以忽略）可以忽略）已知：管路直径不变，已知：管路直径不变，u1=u2； h0=0.5m； Hf=0； =900kg/m3； PM= 2atm（表压）（表压）= 21.0133105 = 202660Pa； Pv=350mmHg（表压）（表压）= 350133.32= 46662 Pa； 所以：所以：H = 0.5+（202660+46662/9009.81 +0+0=28.74m将有关数据代入离心泵的轴功率计算式得：将有关数据代入离心泵的轴功率计算式得：N=3.3110328.74900/1020.78=1

57、.076kW （4）最大的允许安装高度）最大的允许安装高度Hg按下式计算：按下式计算： Hg = (p0pv )/ghHf已知：已知： 敞口储槽，当地的大气压为敞口储槽，当地的大气压为1. 0133105Pa，即：即： p0 =101330 Pa； 400C时溶液的饱和蒸汽压为时溶液的饱和蒸汽压为80 mmHg，即，即: pv= 80 mmHg = 80133.32=10665.6 Pa ；离心泵的气蚀余量离心泵的气蚀余量h =0.5m； =900kg/m3； 而而Hf为液体流经吸入管路时所损失的压头；为液体流经吸入管路时所损失的压头； hf 按下式计算：按下式计算： =0.02347； d

58、=0.05m； u = 1.687 m/s； l+le= 7m；将有关数据代入上式计算得：将有关数据代入上式计算得： hf=0.023477/0.051.6872/2=4.68 J/kg Hf =hf / g = 4.68/9.81 = 0.477 m再将有关数据代入允许安装高度再将有关数据代入允许安装高度Hg计算式得：计算式得： Hg = (10133010665.6 )/9009.81 0.50.477=9.3 m 由于计算出的允许最大安装高度为由于计算出的允许最大安装高度为9.3 m，而实，而实际安装高度为际安装高度为2 m，即，即9.3 m 2 m，在允许安装高，在允许安装高度度9.3

59、 m之内，所以不会发生气蚀现象。之内，所以不会发生气蚀现象。 例：现欲用一离心泵将低位槽例：现欲用一离心泵将低位槽中的水送至中的水送至12米高处的高位槽，米高处的高位槽，流量要求流量要求12m 3/h，吸入管路总，吸入管路总长长20m(包括局部阻力的当量长包括局部阻力的当量长度度)，压出管路总长，压出管路总长40m(包括局包括局部阻力的当量长度部阻力的当量长度)，管径均为，管径均为40mm，=0.025。试求：。试求： (1)管路所需压头为多少管路所需压头为多少? (2)若在若在12m3/h流量下，流量下，泵的压头泵的压头H=27m，允许吸上真，允许吸上真空度空度 Hs=7m，问该流量下泵的，

60、问该流量下泵的有效功率有效功率Ne为多少为多少? 泵的允许安装高度泵的允许安装高度Hg为多少为多少? 12m解：解：(1) 在两液面间列柏努利方程，并以低位槽液面在两液面间列柏努利方程，并以低位槽液面为基准得：为基准得：其中：其中：Z1=0， Z2=12m， d =0.04m， u1=u2， p1=p2， l+le= 20+40=60m， A=0.785d2， = 0.025， u = Q/A ， Q=12m3/h=12/3600=3.33310-3m3/s， A=0.7850.042=1.25610-3m2 u= 3.33310-3 /1.25610-3 = 2.654 m/s Hf = h