化工原理第二章 输送机械

1、第第2 2章章 流体输送机械流体输送机械2.1.1离心泵的工作原理和主要部件1-叶轮叶轮 2-泵壳泵壳 3-泵轴泵轴 4-吸入口吸入口 5-吸入管吸入管 6-低阀低阀 7-虑网虑网 8-排出口排出口 9-排出管排出管 10-调节阀调节阀 离心泵叶轮：.封闭式 .半封闭式 .敞开式轴流泵叶轮 轴流泵1进水喇叭 2. 出水弯管 3. 联轴器 4. 导水叶 5. 叶轮 蜗壳形泵壳1.蜗道 2.叶轮 3.出水口2.1.2离心泵的基本方程式从理论上表达泵的压头与结构、尺寸、转速及流量的关系，计算离心泵理论压头222222cotTTuuHQgg D b2260D nuTTHQHQ离心泵实际压头和实际流量扬

2、程（压头）：扬程（压头）：泵对单位重力的液体所提供泵对单位重力的液体所提供的有效能量。泵的扬程由泵的结构、尺寸和的有效能量。泵的扬程由泵的结构、尺寸和转数所决定，不同型号的泵具有不同的扬程。转数所决定，不同型号的泵具有不同的扬程。流量：流量：单位时间内泵输送的液体体积，又称单位时间内泵输送的液体体积，又称排液量或输送能力。流量取决于泵结构、尺排液量或输送能力。流量取决于泵结构、尺寸（叶轮直径与叶片的宽度）和转速。寸（叶轮直径与叶片的宽度）和转速。2.1.32.1.3离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数 eNN 轴功率：轴功率：由电机传送给泵的功率由电机传送给泵的功率有效功率有效功率：液体从

3、叶轮获得的能量液体从叶轮获得的能量gHQNe轴功率及效率轴功率及效率效率：效率：泵轴转动所做的功不能全部为液体获得，泵轴转动所做的功不能全部为液体获得，通常用效率表示能量的损失。通常用效率表示能量的损失。Vhm总效率：hmV（3 3）离心泵的特性曲线）离心泵的特性曲线 流量与扬程、功率、效率之间的关系曲线称为流量与扬程、功率、效率之间的关系曲线称为离心泵的特性曲线（工作性能曲线）离心泵的特性曲线（工作性能曲线） HQ，Q H ，H=ABQ2 NQ，QNQ=0，消耗的功率最小，消耗的功率最小.泵启动时应关闭泵的出口阀，泵启动时应关闭泵的出口阀，以降低启动功率，保护电机不至于因超负荷而损坏以降低启

4、动功率，保护电机不至于因超负荷而损坏Q存在一最高效率点，此点称为存在一最高效率点，此点称为泵的设计点。泵的设计点。泵在此点泵在此点工作时最为经济，工作时最为经济，max对应的对应的H，Q，N称称最佳工况参最佳工况参数数泵的运转范围泵的运转范围: : 离心泵的特性曲线是在固定转速和常温、常离心泵的特性曲线是在固定转速和常温、常压下以清水为介质测定的，若输送液体与水压下以清水为介质测定的，若输送液体与水的物理性质差别较大时，泵的特性曲线必须的物理性质差别较大时，泵的特性曲线必须进行校正。进行校正。泵的高效率区泵的高效率区=92%=92%maxmax（4 4）离心泵性能的改变和换算）离心泵性能的改变

5、和换算 1 1）液体物性的影响）液体物性的影响（1 1）密度的影响）密度的影响cons.N , ,constantsHQ102QHNcSt20CHCHQCQHQ例题23（2 2）黏度的影响）黏度的影响黏度 ，能量损失 ，压头、流量、效率 ，轴功率23111111222222;QnHnNnQnHnNn2 2）离心泵转数的影响）离心泵转数的影响离心泵的比例定律离心泵的比例定律3 3）离心泵叶轮直径的影响）离心泵叶轮直径的影响32,DDNNDDHHDDQQ离心泵的切割定律离心泵的切割定律叶轮直径的变化不大于叶轮直径的变化不大于1010气蚀现象（4）离心泵的气蚀现象和允许安装高度p叶片入口叶片入口pV

6、，液体汽化生成大，液体汽化生成大量汽泡，在高压的作用下迅速量汽泡，在高压的作用下迅速凝聚或破裂；汽泡周围的液体凝聚或破裂；汽泡周围的液体会以极高的速度冲向原汽泡占会以极高的速度冲向原汽泡占据的空间，在冲击点处可形成据的空间，在冲击点处可形成高达几万高达几万kpa的压强。若当汽的压强。若当汽泡的凝聚发生在叶片表面附近泡的凝聚发生在叶片表面附近时，众多液体质点犹如细小的时，众多液体质点犹如细小的高频水锤撞击叶片，侵蚀叶片高频水锤撞击叶片，侵蚀叶片叶轮叶轮泵的性能下降，流量、压头、效率均降低，泵的性能下降，流量、压头、效率均降低，最终变成气缚。最终变成气缚。气蚀的危害：产生振动和噪音，影响离心泵的正

7、常运行产生振动和噪音，影响离心泵的正常运行和工作环境。和工作环境。泵壳和叶轮的材料遭受损坏，降低泵的使泵壳和叶轮的材料遭受损坏，降低泵的使用寿命用寿命 不灌液，泵内存有空气，空气液，产生的离心力很小，叶轮中心处形成低压不足以将液体吸入泵内，达不到输液目的关闭出口阀后启动泵，这时所需泵的轴功率最小，启动电流较小，以保护电机。停泵前先关闭出口阀后再停机，这样可避免水柱倒冲泵壳内的叶轮叶片，以延长泵使用寿命 启动与停泵：气缚：气缚：发生气蚀的原因：泵的安装高度超过允许值；泵输送液体的温度过高；泵吸入管路的局部阻力过大。P叶片入口过低的原因:液体饱和蒸汽压叶片入口ppgpgpguNPSHV1212离心

8、泵的抗气蚀性能1）气蚀余量临界气蚀余量p叶轮入口处压强（最低）p液体的饱和蒸汽压指泵入口处单位重量水所具有的、超过当时温度下汽化压力的富裕能量，h，m液柱,min11,minkVpppp11和kk列柏努利方程KfKVHgugpgugp1 ,221min, 122KfKVCHgugugppNPSH1 ,221min, 122)(临界气蚀余量发生气蚀的临界条件：气蚀性能试验时，水泵开始发生气蚀时测得的泵进口处的气蚀余量称为临界气蚀余量。临界气蚀余量的测定在固定的流量下，通过关小泵吸入管路的阀门，逐渐在固定的流量下，通过关小泵吸入管路的阀门，逐渐降低降低p1，直至泵内刚好发生气蚀，测得相应的，直至泵

9、内刚好发生气蚀，测得相应的p1,min必需气蚀余量为确保离心泵的正常操作，将临界气蚀余量加上一定的安全量3 . 0)()(CrNPSHNPSH反映液体从泵入口处到叶片进口能量的降低值，因此越小抗气蚀性能越好在离心泵样本性能表中给出的是必需气蚀余量QNPSHrQHSgppHas)(12）离心泵的允许吸上真空度当地大气压泵吸入口压强泵入口处可允许达到的最高真空度，m液柱允许吸上真空高度越高，说明泵的吸水性能越好，即抗气蚀性能越好。最大吸上真空高度1,min,max()asppHg当泵的气蚀现象刚发生时，所对应的吸上真空高度当泵的气蚀现象刚发生时，所对应的吸上真空高度为保证泵在运转中不发生汽蚀现象，

10、而又尽可能有最为保证泵在运转中不发生汽蚀现象，而又尽可能有最大的吸上真空度，规定留有大的吸上真空度，规定留有0.30.3米的安全量。米的安全量。3 . 0max,SSHH允许吸上真空度的测定100024. 01081. 9)10(3VasspHHHHs的值是以清水在温度为的值是以清水在温度为20、大气压为、大气压为98.1kPa（10mH2O）的条件下所测定的数值。实验值列在泵）的条件下所测定的数值。实验值列在泵样本或说明书的性能表中样本或说明书的性能表中Hs的换算10 ,21102)(fgHgugppH10 ,2112)(fagHgugppH（5）离心泵的允许安装高度允许吸上高度10,0)(

11、frVgHNPSHgppH用必需气蚀余量表示的安装高度用允许吸上真空度表示的安装高度10,212fSgHguHH离心泵实际的安装高度比允许安装高度低0.51m离心泵性能实验装置中，流量为15m3/s下测得泵入口真空度为60kPa时恰发生气蚀，试求临界气蚀余量和允许吸上真空度kPa198 m/s;9111.p.ua已知：已知：例题1用IS80-65-125型离心泵从一敞口水槽中将清水输送到它处，槽内水面恒定。输水量为5060m3/h。已知泵吸入管路的压头损失为1.5m。试求输送50清水时泵的安装高度。例题20,0 1()VgrfppHNPSHHg当地大气压为当地大气压为100kPa100kPa解

12、：（1）流量（60m3/h）：4.04mgH 求安装高度时以最大流量下的必需气蚀余量为准求安装高度时以最大流量下的必需气蚀余量为准（2）流量（50m3/h）：4.54mgH 例题3用3B33型水泵从一敞口水槽中将水送到它处，槽内水面恒定。输水量为4555m3/h。在最大流量下吸入管路的压头损失为1m，液体在吸入管路的动压头可忽略。试计算（1）输送20水时泵的安装高度？ （2）输送65 水时泵的安装高度？已知：安装地区的大气压为9.81104；在流量范围内允许吸上真空度为5.0m和3.0m解：10,212fSgHguHH 求安装高度时，以最大输送量所对应的允许吸上求安装高度时，以最大输送量所对应

13、的允许吸上真空度为准真空度为准（2）输送65 水时泵的安装高度（1）输送20水时泵的安装高度31000(10)0.249.81 10VssapHHH21,0 10.352gSfuHHHg 当液体的输送温度较高或沸点较低时，由于液体当液体的输送温度较高或沸点较低时，由于液体的饱和蒸气压较高，要特别注意泵的安装高度的饱和蒸气压较高，要特别注意泵的安装高度若泵的允许安装高度较低，可采用的措施尽量减小吸入管路的压头损失尽量减小吸入管路的压头损失把泵安装在贮液面以下，使液体利用位差自动灌入把泵安装在贮液面以下，使液体利用位差自动灌入泵体内，泵体内，“倒灌倒灌”（6 6）离心泵的工作点与流量调节）离心泵的

14、工作点与流量调节1.管路特性方程和特性曲线22efpuHZHgg pZKg202ugefHKH22iefcelluHdg 2/36002eieceQAlldg feHf QeeHKf Q若流体在该管路中流动已进入阻力平方区const.2/36002eiefceQAllHdg 2123600iecellBdgA 2feHBQ2eeHKBQ管路特性曲线：表示在特定管路系统中，流体流经该管路时所需的压头与流量的关系，由管路布局和操作条件确定，与泵的性能无关2.离心泵的工作点泵特性方程：管路特性方程：2HMNQ2eeHKBQ方程联立求解方程联立求解离心泵的工作点离心泵的工作点泵提供流量和压头 = 管路

15、所需要流量和压头例题：采用离心泵将常温清水从贮水池输送到指定例题：采用离心泵将常温清水从贮水池输送到指定位置，已知输送管出口端与池液面垂直距离为位置，已知输送管出口端与池液面垂直距离为8.75m，输水管内径为输水管内径为114mm光滑管，管长为光滑管，管长为60m（包括局（包括局部阻力的当量长度），贮水池与输水管出口端均与部阻力的当量长度），贮水池与输水管出口端均与大气相通。贮水池液面保持恒定。该离心泵的特性大气相通。贮水池液面保持恒定。该离心泵的特性如下。如下。求该泵在运转时的流量、压头、轴功率、总效率？求该泵在运转时的流量、压头、轴功率、总效率？Q/(m3/s) 0.000.01 0.020.030.04 0.05H / (m)20.619.9 17.814.410.3 5.7 /( %)0.0036.1 56.061.054.1 37.03.离心泵的流量调节改变两种特性曲线之一1）改变阀门的开度阀门关小阀门开大2）改变泵的转数转数提高转数降低3）离心泵的并联和串联并联流量流量并联并联 = 2= 2流量流量单单串联压头压头串联串联 = 2= 2压头压头单单Q串H串离心泵组合方式的选择（7）离心泵的类型、选择输送液体性质：清水泵、耐腐蚀泵、油泵等；输送液体性质：清水泵、耐腐蚀泵、油泵等；叶轮吸入方式：单吸泵、双吸泵；叶轮