第三章流体输送设备

1、3.5 流体输送设备流体输送设备1.1.流体输送机械根据其作用的对象不同主要分为二大类：流体输送机械根据其作用的对象不同主要分为二大类： （1 1）对液体做功的输送机械）对液体做功的输送机械泵泵 （2 2）对气体做功的输送机械）对气体做功的输送机械风机、压缩机（通风风机、压缩机（通风机、鼓风机、压缩机、真空泵）机、鼓风机、压缩机、真空泵）2.根据其工作原理的不同主要分为二大类：根据其工作原理的不同主要分为二大类：(1)离心式离心式:离心泵离心泵,离心压缩机离心压缩机.(2)正位移式：活塞泵、齿轮泵、螺杆泵、往复泵正位移式：活塞泵、齿轮泵、螺杆泵、往复泵,往复压缩机。往复压缩机。（3）喷射泵。）

2、喷射泵。 由于不同的物料（腐蚀性由于不同的物料（腐蚀性酸碱、粘度高酸碱、粘度高润滑油）不同润滑油）不同的输送要求（高压、大流量）等对输送机械具有不同的性的输送要求（高压、大流量）等对输送机械具有不同的性能要求，所以泵、风机、压缩机的种类繁多。本章主要以能要求，所以泵、风机、压缩机的种类繁多。本章主要以离心泵为研究对象。离心泵为研究对象。 3.5.1 正位移泵正位移泵(活塞活塞)3.5.1 正位移泵正位移泵（2 2）计量泵）计量泵（Metering pumps） 计量泵也是一种往复泵，计量泵也是一种往复泵，只不过它用电动机带动偏心轮只不过它用电动机带动偏心轮实现柱塞的往复运动，而偏心实现柱塞的往

3、复运动，而偏心轮的偏心度可以调整，柱塞的轮的偏心度可以调整，柱塞的冲程就发生变化，以此来实现冲程就发生变化，以此来实现准确的流量调节。主要应用在准确的流量调节。主要应用在一些要求精确地输送液体的场一些要求精确地输送液体的场合；或分别调节多缸计量泵中合；或分别调节多缸计量泵中每个活塞的行程来实现将几种每个活塞的行程来实现将几种液体按精确的比例输送，如化液体按精确的比例输送，如化学反应器中几种物料的投放。学反应器中几种物料的投放。 3.5.1 正位移泵正位移泵（3 3）隔膜泵）隔膜泵（Diaphragm pumps） 3.5.1 正位移泵正位移泵（4 4）旋转泵（转子泵，旋转泵（转子泵，Rotar

4、y pumps）齿轮泵（齿轮泵（Gear pumps）：靠齿轮的旋转实现流体输送）：靠齿轮的旋转实现流体输送 3.5.1 正位移泵正位移泵螺杆泵（螺杆泵（Screw pumps）：靠螺杆的旋转实现流体输送）：靠螺杆的旋转实现流体输送 3.5.1非正位移泵非正位移泵（1）旋涡泵）旋涡泵（Vortex pumps） 3.5.1 真空泵真空泵（4）喷射真空泵）喷射真空泵3.5.1 非正位移泵非正位移泵（2 2）管道泵）管道泵 管道泵安装在管道中，其吸入口与排出口在同一中心线管道泵安装在管道中，其吸入口与排出口在同一中心线上，适用于长距离管道输送的中途加压。上，适用于长距离管道输送的中途加压。3.各类

5、泵在化工生产中的应用各类泵在化工生产中的应用 （1 1）离心泵）离心泵 靠高速回转的叶轮完成输送任务，故易于靠高速回转的叶轮完成输送任务，故易于达到大流量，较难产生高压头。离心泵适用性广，价格低廉达到大流量，较难产生高压头。离心泵适用性广，价格低廉，得到广泛应用。，得到广泛应用。 （2 2）往复泵）往复泵 靠往复运动的柱塞挤压排送液体，因而易靠往复运动的柱塞挤压排送液体，因而易于获得高压头而难以获得大流量。流量较大的往复泵设备庞于获得高压头而难以获得大流量。流量较大的往复泵设备庞大，造价昂贵。大，造价昂贵。 （3 3）旋转泵（齿轮泵、螺杆泵等）旋转泵（齿轮泵、螺杆泵等） 靠挤压作用产生压靠挤压

6、作用产生压头，输液腔一般很小，故只适用于流量小而压头较高的场合头，输液腔一般很小，故只适用于流量小而压头较高的场合，对高粘度料液尤其适用。，对高粘度料液尤其适用。一、离心泵一、离心泵(Centrifugal pumps ）(1)(1)离心泵的构造离心泵的构造1 1叶轮，叶轮，2 2蜗壳形泵体（泵壳），蜗壳形泵体（泵壳），3 3泵轴，泵轴，4 4吸入管路，吸入管路，5 5底阀（单向阀）和滤网，底阀（单向阀）和滤网，6 6排出管路排出管路 (2) 叶轮的构造及其作用叶轮的构造及其作用叶轮（叶轮（Impeller）:离心泵的心脏，是流体获得机械能的主要部离心泵的心脏，是流体获得机械能的主要部件，其转

7、速一般可达件，其转速一般可达1200120036003600转转/min/min，高速，高速10700107002045020450转转/min/min。根据其结构可分为：。根据其结构可分为： 开式开式半开式半开式闭式闭式图图2-2 2-2 离心泵叶轮离心泵叶轮 哪种形式的叶轮做功效率高？哪种形式的叶轮做功效率高？ 闭式叶轮效率最高，半开式叶轮效率次之，开式叶轮效闭式叶轮效率最高，半开式叶轮效率次之，开式叶轮效率最低；原因在于叶片间的流体倒流（外缘压力高，叶轮中率最低；原因在于叶片间的流体倒流（外缘压力高，叶轮中心压力低）回叶轮中心，做了无用功；增加了前后盖板使倒心压力低）回叶轮中心，做了无用

8、功；增加了前后盖板使倒流的可能性减小。流的可能性减小。泵壳泵壳 从叶轮中抛出的流体汇集到泵壳从叶轮中抛出的流体汇集到泵壳中，泵壳是蜗壳形的故其流道不断地扩中，泵壳是蜗壳形的故其流道不断地扩大，高速的液体在泵壳中将大部份的动大，高速的液体在泵壳中将大部份的动能转化为静压能，从而避免高速流体在能转化为静压能，从而避免高速流体在泵体及管路内巨大的流动阻力损失。因泵体及管路内巨大的流动阻力损失。因此泵壳不仅是液体的此泵壳不仅是液体的汇集器汇集器，而且还是，而且还是一个一个能量转换装置能量转换装置。 轴封装置轴封装置 前面已提到泵启动后在叶轮中心产生负压（吸入口在泵前面已提到泵启动后在叶轮中心产生负压（

9、吸入口在泵体一侧），故其会吸入外界的空气；液体经过叶轮的做功，体一侧），故其会吸入外界的空气；液体经过叶轮的做功，获得机械能经过泵壳的汇集，能量转换成静压能较高的流体获得机械能经过泵壳的汇集，能量转换成静压能较高的流体进入排出管，对半开式，与闭式叶轮，叶轮四周的高压流体进入排出管，对半开式，与闭式叶轮，叶轮四周的高压流体可能泄漏到盖板与泵体间的空隙（叶轮可旋转，泵体相对固可能泄漏到盖板与泵体间的空隙（叶轮可旋转，泵体相对固定，叶轮轴与泵体间必有间隙），故其会向外界漏液。定，叶轮轴与泵体间必有间隙），故其会向外界漏液。 密封方式有：填料密封与机械密封，填料密封适用于一密封方式有：填料密封与机械密

10、封，填料密封适用于一般液体，而机械密封适用于有腐蚀性易燃、易爆液体。般液体，而机械密封适用于有腐蚀性易燃、易爆液体。 填料密封：简单易行，维修工作量大，有一定的泄漏，填料密封：简单易行，维修工作量大，有一定的泄漏，对燃、易爆、有毒流体不适用；对燃、易爆、有毒流体不适用； 机械密封：液体泄漏量小，寿命长，功率小密封性能好机械密封：液体泄漏量小，寿命长，功率小密封性能好，加工要求高。，加工要求高。 其它的辅助部件其它的辅助部件 以上三个构造是离心泵的基本构造，为使泵更有效地工以上三个构造是离心泵的基本构造，为使泵更有效地工作，还需其它的辅助部件：作，还需其它的辅助部件： 导轮导轮：液体经叶轮做功后

11、直接进入泵体，与泵体产生较：液体经叶轮做功后直接进入泵体，与泵体产生较大冲击，并产生噪音。为减少冲击损失，设置导轮，导轮是大冲击，并产生噪音。为减少冲击损失，设置导轮，导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。这此叶片的弯曲方向与位于叶轮外周的固定的带叶片的环。这此叶片的弯曲方向与叶轮叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流叶轮叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，出的方向相适应，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。 底阀（单向阀）底阀（单向

12、阀）：当泵体安装位置高于贮槽液面时，常：当泵体安装位置高于贮槽液面时，常装有底阀，它是一个单向阀，可防止灌泵后，泵内液体倒流装有底阀，它是一个单向阀，可防止灌泵后，泵内液体倒流到贮槽中。到贮槽中。若泵安装于液面之下，底阀是否有必要？启动前若泵安装于液面之下，底阀是否有必要？启动前是否也要灌泵？是否也要灌泵？ 滤网滤网：防止液体中杂质进入泵体。：防止液体中杂质进入泵体。 离心离心泵泵工作原理工作原理 泵内充满液体，泵的叶轮转动产生的离心力泵内充满液体，泵的叶轮转动产生的离心力,使液体从叶轮使液体从叶轮中心甩向边沿中心甩向边沿,从而获得动能从而获得动能;叶轮直径越大，流体在叶轮外端叶轮直径越大，流

13、体在叶轮外端所得到的切线速度越大，当甩入壳体后，由于壳中的流道逐所得到的切线速度越大，当甩入壳体后，由于壳中的流道逐渐变宽，流速下降，大部分动能转变为静压能，于是具有较渐变宽，流速下降，大部分动能转变为静压能，于是具有较高静压能的液体从出口排出。高静压能的液体从出口排出。* *若在泵启动前，泵内没有液体，而是被气体填充，此时启动是否能够吸上液体呢若在泵启动前，泵内没有液体，而是被气体填充，此时启动是否能够吸上液体呢？ 此时泵内充满气体（其密度远小于液体），叶轮转动产生的离心力小，即产此时泵内充满气体（其密度远小于液体），叶轮转动产生的离心力小，即产生的真空度不够大，贮槽液面与泵吸入口间的压力差

14、小，不足以克服流体在吸入生的真空度不够大，贮槽液面与泵吸入口间的压力差小，不足以克服流体在吸入管路中的阻力损失以及液体位能的变化而吸上液体，这种现象称为管路中的阻力损失以及液体位能的变化而吸上液体，这种现象称为“气缚气缚”现象现象。因此在离心泵启动之前，我们必须进行。因此在离心泵启动之前，我们必须进行灌泵灌泵操作（使泵内充满被输送的液体）操作（使泵内充满被输送的液体）。 2 流体输送机械流体输送机械2.1.2 2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头离心泵的理论压头与实际压头 2.1.2 2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头离心泵的理论压头与实际压头 H = he泵对单位重量流体提供的机械能泵

15、对单位重量流体提供的机械能管路系统输送单位重量流体所需管路系统输送单位重量流体所需的机械能的机械能2.1.2.1 2.1.2.1 理论压头理论压头 假设：假设： （1 1）叶轮内叶片数目无穷多，叶片的厚度无穷小）叶轮内叶片数目无穷多，叶片的厚度无穷小, ,即叶即叶片没有厚度；片没有厚度； （2 2）液体为粘度等于零的理想流体。）液体为粘度等于零的理想流体。 f2e2hgugpzh 2 流体输送机械流体输送机械2.1.2 2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头离心泵的理论压头与实际压头 2.1.2.2 2.1.2.2 实际压头实际压头 由于前弯叶片的绝对速度由于前弯叶片的绝对速度c2大，液体在泵

16、壳内产生的冲大，液体在泵壳内产生的冲击剧烈得多，转化时的能量损失大为增加，效率低。故为获击剧烈得多，转化时的能量损失大为增加，效率低。故为获得较高的能量利用率，得较高的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片。离心泵总是采用后弯叶片。流体通过流体通过泵的过程中压头损失的原因：泵的过程中压头损失的原因：（1）叶片间的环流：由于叶片数目并非无限多，液体有）叶片间的环流：由于叶片数目并非无限多，液体有环流出现，产生涡流损失。环流出现，产生涡流损失。（2）阻力损失：实际流体从泵进口）阻力损失：实际流体从泵进口到出口有阻力损失。到出口有阻力损失。（3）冲击损失：液体离开叶轮周边）冲击损失：液体离开叶轮周边冲入

17、蜗壳四周流动的液体中，产生冲入蜗壳四周流动的液体中，产生涡流。涡流。a理论压头理论压头b环流损失环流损失d冲击损失冲击损失c阻力损失阻力损失HQ2 流体输送机械流体输送机械2.1.2 2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头离心泵的理论压头与实际压头 实际压头的意义：泵提供的压头必须满足流体输送的需实际压头的意义：泵提供的压头必须满足流体输送的需要，而流体输送伴随着位压头（升扬高度），静压头、动压要，而流体输送伴随着位压头（升扬高度），静压头、动压头的变化和阻力损失（管路阻力损失，不含有泵的流动阻力头的变化和阻力损失（管路阻力损失，不含有泵的流动阻力损失，泵的阻力损失计入泵的效率），因此损失，泵

18、的阻力损失计入泵的效率），因此 f2e2hguzgphH 3 3、离心泵的主要性能参数、离心泵的主要性能参数 bch0真空表真空表压力表压力表图图2-11 测定离心泵性能参数的装置测定离心泵性能参数的装置 bcf,2cc02bb22hgugphHgugp bcf,2b2cbc02hguugpphH （2-12）由于两截面间的管长很短，其阻力由于两截面间的管长很短，其阻力损失通常可以忽略，两截面间的动损失通常可以忽略，两截面间的动压头差一般也可以略去，则可得压头差一般也可以略去，则可得gpphH bc0 （2-12a）（1 1）扬程和流量）扬程和流量由由b、c两截面间的柏努利方程：两截面间的柏努

19、利方程：3、 离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数 （2 2）有效功率有效功率Ne、轴功率、轴功率N 和效率和效率 有效功率有效功率Ne：离心泵单位时间内对流体做的功：离心泵单位时间内对流体做的功Ne =HQg，W 轴功率轴功率N：单位时间内由电机输入离心泵的能量，：单位时间内由电机输入离心泵的能量，W。NeN泵的效率泵的效率：泵对外加能量的利用程度，：泵对外加能量的利用程度， 100%。为什么？。为什么？泵运转过程中存在以下三种损失：泵运转过程中存在以下三种损失： 容积损失容积损失 该损失是指叶轮出口处高压液体因机械泄漏该损失是指叶轮出口处高压液体因机械泄漏返回叶轮入口所造成的能量损失。

20、在三种叶轮中，开式叶轮的返回叶轮入口所造成的能量损失。在三种叶轮中，开式叶轮的容积损失较大，但在泵送含固体颗粒的悬浮液时，叶片通道不容积损失较大，但在泵送含固体颗粒的悬浮液时，叶片通道不易堵塞；闭式叶轮的渗漏量较小，但在磨损后渗漏便严重。易堵塞；闭式叶轮的渗漏量较小，但在磨损后渗漏便严重。 水力损失水力损失 该损失是由于实际流体在泵内有限叶片作用该损失是由于实际流体在泵内有限叶片作用下各种摩擦损失（即前述环流损失、摩擦损失、冲击损失）。下各种摩擦损失（即前述环流损失、摩擦损失、冲击损失）。 机械损失机械损失 该损失包括旋转叶轮盖板外表面与液体间的该损失包括旋转叶轮盖板外表面与液体间的摩擦以及轴

21、承机械摩擦所造成的能量损失。摩擦以及轴承机械摩擦所造成的能量损失。2 流体输送机械流体输送机械2.1.3 2.1.3 离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数 离心泵的轴功率离心泵的轴功率N可直接用效率来计算：可直接用效率来计算：一般小型离心泵的效率一般小型离心泵的效率5070%，大型离心泵效率可达，大型离心泵效率可达90%。 /gHQN 泵的轴功率，泵的轴功率，W泵的压头，泵的压头，m泵的流量，泵的流量，m3/s流体密度，流体密度，kg/ m3泵的效率泵的效率2 流体输送机械流体输送机械2.1.3 2.1.3 离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数 （3 3）叶轮转速叶轮转速n100030

22、00转转/min（或（或r.p.m）；）；2900转转/min最常见。最常见。 泵在出厂前，必须确定其各项性能参数，即以上各参泵在出厂前，必须确定其各项性能参数，即以上各参数值，并把它标在铭牌上；这些参数是在最高效率条件下数值，并把它标在铭牌上；这些参数是在最高效率条件下用用20 的水测定的。的水测定的。2 流体输送机械流体输送机械2.1.42.1.4离心泵特性曲线离心泵特性曲线2.1.4 2.1.4 离心泵特性曲线（离心泵特性曲线（Characteristic curves） 由于离心泵的各种损失难由于离心泵的各种损失难以定量计算，使得离心泵的特以定量计算，使得离心泵的特性曲线性曲线HQ、N

23、Q、Q的的关系只能靠实验测定，在泵出关系只能靠实验测定，在泵出厂时列于产品样本中以供参考。厂时列于产品样本中以供参考。右图所示为右图所示为4B20型离心泵在转型离心泵在转速速n2900r/min时的特性曲线。时的特性曲线。若泵的型号或转速不同，则特若泵的型号或转速不同，则特性曲线将不同性曲线将不同。借助离心泵的。借助离心泵的特性曲线可以较完整地了解一特性曲线可以较完整地了解一台离心泵的性能，供合理选用台离心泵的性能，供合理选用和指导操作。和指导操作。 4B20离心泵离心泵n2900r/min302622181410020406080 100 120 1401284080%70%60%50%40

24、%30%20%0H/mNkWQ/(m3/h)NH图图212 4B型离心泵的特性曲线型离心泵的特性曲线2 流体输送机械流体输送机械2.1.42.1.4离心泵特性曲线离心泵特性曲线由图由图212可知：可知： （1）HQ曲线：曲线：Q，H(Q很小时很小时 可能例外可能例外)。当。当Q0时，时，H也只能达到一定值，也只能达到一定值，这是离心泵的一个重要特性。这是离心泵的一个重要特性。 （2 2）N Q曲线：曲线：Q，N 。当。当Q0时，时，N最小。这要求最小。这要求离心泵在启动时，应关闭泵的出离心泵在启动时，应关闭泵的出口阀门，以减小启动功率，保护口阀门，以减小启动功率，保护电动机免因超载而受损。电动

25、机免因超载而受损。 （3 3）Q曲线：有极值点曲线：有极值点(最大值最大值)，于此点下操作效率，于此点下操作效率最高，能量损失最小。在此点对应的流量称为额定流量。泵的最高，能量损失最小。在此点对应的流量称为额定流量。泵的铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，一般不应低于一般不应低于92max 。 4B20离心泵离心泵n2900r/min302622181410020406080 100 120 1401284080%70%60%50%40%30%20%0H/mNkWQ/(m3/h)NH图图212 4B型离心泵的特性曲线型

26、离心泵的特性曲线2 流体输送机械流体输送机械2.1.5 2.1.5 离心泵特性曲线的影响因素离心泵特性曲线的影响因素2.1.5 2.1.5 离心泵特性曲线的影响因素离心泵特性曲线的影响因素（1 1）密度）密度对特性曲线的影响对特性曲线的影响理论理论Q=2r2b2c2sin2 与与无关，实际无关，实际 Q也与也与无关，但无关，但ms=Q 与与有关。有关。理论理论H = u2c2cos2/g与与无关，实际无关，实际H也与也与无关。无关。 N =HQg/ 。教材附录泵性能表上列出的轴功率是指输。教材附录泵性能表上列出的轴功率是指输送送20清水时的清水时的N 。所选泵用于输送比水的。所选泵用于输送比水

27、的大的液体应先大的液体应先按按N= N/核算轴功率，若核算轴功率，若N 表中的电机功率，应更换表中的电机功率，应更换功率大的电机，否则电机会烧掉。功率大的电机，否则电机会烧掉。NHQ002 流体输送机械流体输送机械2.1.5 2.1.5 离心泵特性曲线的影响因素离心泵特性曲线的影响因素（2 2）流体粘度）流体粘度对特性曲线的影响对特性曲线的影响、h hf f、Q、H、N (的幅度超过的幅度超过Q H的幅度的幅度 ，N)。泵厂家提供的特性曲线是用清水测。泵厂家提供的特性曲线是用清水测定的，若实际输送流体定的，若实际输送流体比清水比清水大得较多，特性曲线大得较多，特性曲线将有所变化，应校正后再用。

28、校正方法可参阅有关书刊。将有所变化，应校正后再用。校正方法可参阅有关书刊。 若液体的运动粘度小于若液体的运动粘度小于210-5m2/s，如汽油、煤油、，如汽油、煤油、轻柴油等，则对粘度的影响可不进行修正。轻柴油等，则对粘度的影响可不进行修正。2 流体输送机械流体输送机械（3 3）转速）转速n对特性曲线的影响对特性曲线的影响2r2w2c2u22w2c2ur2cr2c不同转速下的速度三角形不同转速下的速度三角形 泵的特性曲线是在一定转速下测泵的特性曲线是在一定转速下测得的，实际使用时会遇到得的，实际使用时会遇到n改变的情改变的情况，若况，若n变化变化20，可认为液体离开，可认为液体离开叶轮时的叶轮

29、时的速度三角形相似速度三角形相似，2不变不变（如图所示（如图所示)，则泵的效率，则泵的效率不变（不变（等等效率效率）。）。nnrruucccbrcbrQQ 222222222222sin2sin2（2-14a）2222222222)()(coscosnnuucucuHH （2-14b）3)(nngHQgQHNN （2-14c）比例定律比例定律2 流体输送机械流体输送机械2.1.5 2.1.5 离心泵特性曲线的影响因素离心泵特性曲线的影响因素（4 4）叶轮直径叶轮直径D2对特性曲线的影响对特性曲线的影响 泵的特性曲线是针对某一型号的泵泵的特性曲线是针对某一型号的泵(D2一定一定)而言的。一个而言

30、的。一个过大的泵，若将其叶轮略加切削而使过大的泵，若将其叶轮略加切削而使D2变小，可以降低变小，可以降低Q和和H而节省而节省N。若。若D2变化变化20%，可以认为液体离开叶轮时的，可以认为液体离开叶轮时的速度速度三角形相似三角形相似，2不变，不变，不变，不变， D2b2不变，则不变，则2222222sinDuccbDQ 222Dru 2222DcuH 32DQHN 根据以上各式可得离心泵的根据以上各式可得离心泵的切割定律切割定律如下：如下：222 DDHH22DDQQ 322 DDNN，2 流体输送机械流体输送机械2.1.6 2.1.6 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节2.1.

31、6 2.1.6 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节（1 1）管路特性曲线方程管路特性曲线方程z11221p f2e2hguzgph zgpA 令令而而24dQu 25e22ef)(821)4(QdllggdQdllh 225e22)(82BQQdllggu 令令2eBQAh 2 流体输送机械流体输送机械2.1.6 2.1.6 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节（2 2）离心泵的工作点离心泵的工作点 将泵的将泵的HQ线和管路的线和管路的heQ线画在一张图上，得到交点线画在一张图上，得到交点A如如图图2-13所示，该点称为泵在管路所示，该点称为泵在管路上的上的工作点工作

32、点， 此时此时H = he。在工。在工作点处泵的输液量即为管路的流作点处泵的输液量即为管路的流量量Q，泵提供的压头（扬程），泵提供的压头（扬程）H必恰等于管路所要求的压头必恰等于管路所要求的压头he。当工作点是在高效区（当工作点是在高效区（不低于不低于92max ），则该工作点是适宜），则该工作点是适宜工作点，说明泵选择的较好。工作点，说明泵选择的较好。OQQHH1管路管路heQ图图2-13 离心泵的工作点离心泵的工作点泵泵HQ泵泵 QgPzA A2 流体输送机械流体输送机械2.1.6 2.1.6 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节注意：注意： 管路特性曲线管路特性曲线he=A+

33、BQ2为开口向上的为开口向上的抛物线，它在纵轴截距反映了管路上下游总抛物线，它在纵轴截距反映了管路上下游总势能差；势能差；B反映了管路阻力的大小；反映了管路阻力的大小；B，同，同样流量下管路的阻力越大，样流量下管路的阻力越大，B较大的管路称较大的管路称为高阻管路，反之则称为低阻管路；为高阻管路，反之则称为低阻管路； 泵特性曲线中流量的单位可能是泵特性曲线中流量的单位可能是m3/s或或m3/h ；求工作点时，管路特性曲线的整理；求工作点时，管路特性曲线的整理应注意保持单位一致；应注意保持单位一致； 离心泵工作点的求法：离心泵工作点的求法：解析法解析法即当泵即当泵的特性曲线已知，可与管路特性曲线联

34、立求的特性曲线已知，可与管路特性曲线联立求工作点；若泵特性曲线未知，只有特性曲线工作点；若泵特性曲线未知，只有特性曲线图，则用图，则用图解法图解法即将管路特性曲线画在泵特即将管路特性曲线画在泵特性曲线图上，两线的交点即为工作点。性曲线图上，两线的交点即为工作点。 OQQHH1管路管路heQ图图2-13 离心泵的工作点离心泵的工作点泵泵HQ泵泵 QgPzA A2 流体输送机械流体输送机械2.1.6 2.1.6 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节（3 3）流量调节流量调节 流量调节就是设法改变工作点的位流量调节就是设法改变工作点的位置，有以下两种方法：置，有以下两种方法： 改变管路特

35、性曲线改变管路特性曲线 在离心泵出口处的管路上安装调节在离心泵出口处的管路上安装调节阀。改变出口阀门的开度即改变管路阻阀。改变出口阀门的开度即改变管路阻力系数（力系数（K亦变）可改变管路特性曲线亦变）可改变管路特性曲线的位置，达到调节流量的目的。的位置，达到调节流量的目的。 OQ2Q1Qhe2H221低阻低阻gpzA高阻高阻H1 优点优点：操作简便、灵活，应用范围广。对于调节幅度不大：操作简便、灵活，应用范围广。对于调节幅度不大而经常需要改变流量的场合，此法尤为适用。而经常需要改变流量的场合，此法尤为适用。 缺点缺点：不仅增加了管路阻力损失（在阀门关小时），且使：不仅增加了管路阻力损失（在阀门

36、关小时），且使泵在低效率点工作，在经济上很不合理。因阀门关小多消耗的泵在低效率点工作，在经济上很不合理。因阀门关小多消耗的功率为功率为 ghHQgHQN2e222 2 流体输送机械流体输送机械2.1.6 2.1.6 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节改变泵的特性曲线改变泵的特性曲线 由前述比例定律、切削定律可由前述比例定律、切削定律可知，改变泵的转速、切削叶轮都可知，改变泵的转速、切削叶轮都可以达到改变泵的特性曲线的目的。以达到改变泵的特性曲线的目的。如图如图2 21414所示，泵的转速由所示，泵的转速由n1减小减小至至n2时，泵的时，泵的HQ线下移，工作点线下移，工作点由点由点

37、A A1 1移至点移至点A A2 2，流量由，流量由Q1减小至减小至Q2。 优点优点：不额外增加管路阻力，在一定范围内可保持泵在高：不额外增加管路阻力，在一定范围内可保持泵在高效率区工作（效率区工作（n改变改变 n2图图2-14 改变泵的特性曲线改变泵的特性曲线A A2 2Q22.1.6 2.1.6 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节 例例11-6 由水库将水打入一水池，水池水面比水库水面由水库将水打入一水池，水池水面比水库水面高高50m，两水面上的压力均为常压，要求的流量，两水面上的压力均为常压，要求的流量90m3/h，输，输送管径为送管径为156mm，在阀门全开时，管长和各种

38、局部阻力的，在阀门全开时，管长和各种局部阻力的当量长度的总和为当量长度的总和为1000m，对所使用的泵在，对所使用的泵在Q=65135m3/h范围内属于高效区，在高效区中，泵的性能曲线可以近似地范围内属于高效区，在高效区中，泵的性能曲线可以近似地用直线用直线H=124.5-0.392Q表示，此处表示，此处H为泵的扬程单位是为泵的扬程单位是m，Q为泵的流量单位是为泵的流量单位是m3/h，泵的转速为，泵的转速为2900r/min，摩擦系数，摩擦系数=0.025，水的密度，水的密度=1000kg/m3。试确定：（。试确定：（1）此泵能）此泵能否满足要求？（否满足要求？（2）如泵的效率在）如泵的效率在

39、Q=90m3/h时可取为时可取为68%，求泵的轴功率，如用阀门进行调节，由于阀门关小而损失的求泵的轴功率，如用阀门进行调节，由于阀门关小而损失的功率为多少？（功率为多少？（3）如将泵的转速调为）如将泵的转速调为2600r/min，并辅以阀，并辅以阀门调节使流量达到要求的门调节使流量达到要求的90m3/h，比第（，比第（2）问的情况节约）问的情况节约能量百分之多少？能量百分之多少？ 2.1.6 2.1.6 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节OQ2=90QH2H(m)A2关小阀门改变泵的工作点关小阀门改变泵的工作点A1he2Q(m3/h)OQ2 =90Q1H2H(m)减小转速并辅以阀

40、门调节流量减小转速并辅以阀门调节流量A1he2=64A1Q(m3/h)Q1A22.1.6 2.1.6 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节 例例11-7 需将需将30m3/h、20oC的水由敞口水池送至塔顶，塔顶的水由敞口水池送至塔顶，塔顶压力为压力为0.5kgf/cm2（表压），与取水池水面的高差为（表压），与取水池水面的高差为10m。输。输水管管径为水管管径为89mm4mm，长，长18m，管线局部阻力系数，管线局部阻力系数=13（阀全开时），摩擦系数（阀全开时），摩擦系数=0.001227+0.7543/Re0.38。试求：试求：(1) 输送所需的理论功率输送所需的理论功率(k

41、w) ；(2) 若有台泵在转速若有台泵在转速n=2900r/min时的特性可近似用下式表示：时的特性可近似用下式表示： 扬程扬程 H=22.4 + 5Q - 20Q2 (a) 效率效率 =2.5Q - 2.1Q2 (b)式中式中H的单位为的单位为m，Q的单位为的单位为m3/min。求最高效率点的效率。求最高效率点的效率并评价此泵的适用性；并评价此泵的适用性；(3) 若此泵适用，用关小阀门调节流量，求调节阀消耗的功率；若此泵适用，用关小阀门调节流量，求调节阀消耗的功率；(4) 若不用改变阀门的开度而改变转速调节流量，试求转速应若不用改变阀门的开度而改变转速调节流量，试求转速应调到多少调到多少?

42、2.1.6 2.1.6 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节OQ2Q1H2H(m)A2A1he2Q(m3/min)ab关小阀门后管路关小阀门后管路heQ等效率曲线等效率曲线原管路原管路heQn1时泵时泵HQn2时泵时泵HQ2.1.7 2.1.7 离心泵的安装高度离心泵的安装高度2.1.7 2.1.7 离心泵的安装高度离心泵的安装高度zspsKe图图2-15 离心泵的安装高度离心泵的安装高度s 如图如图2-15所示，液面较低的所示，液面较低的液体能被吸入泵的进口，是由于液体能被吸入泵的进口，是由于叶轮将液体从其中央甩向外周，叶轮将液体从其中央甩向外周，在叶轮中心进口处形成负压（真在叶

43、轮中心进口处形成负压（真空），从而在液面与叶轮进口之空），从而在液面与叶轮进口之间形成一定的压差，液体籍此压间形成一定的压差，液体籍此压差被吸入泵内。现在的问题是离差被吸入泵内。现在的问题是离心泵的安装高度心泵的安装高度zs（zs即叶轮进口即叶轮进口与液面间的垂直距离）是否可以与液面间的垂直距离）是否可以取任意值？取任意值？2.1.7 2.1.7 离心泵的安装高度离心泵的安装高度2.1.7.1 2.1.7.1 汽蚀（汽蚀（Cavitation）现象）现象 在液面在液面s与泵内压强最低处即叶轮中心进口处与泵内压强最低处即叶轮中心进口处K-K面之间面之间列机械能衡算式，得列机械能衡算式，得 ksf

44、2kk2hguzgpgpss zspsKe图图2-15 离心泵的安装高度离心泵的安装高度s若液面压强若液面压强ps一定，吸入管路流量一一定，吸入管路流量一定（即定（即uk一定），安装高度一定），安装高度zs，hf(s-k)，pk，当，当pk至等于操作至等于操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压温度下被输送液体的饱和蒸汽压pv时时（即（即pkpv），液体将发生什么现象？），液体将发生什么现象？又会使泵产生什么现象？又会使泵产生什么现象？2 流体输送机械流体输送机械2.1.7 2.1.7 离心泵的安装高度离心泵的安装高度 液体将发生液体将发生部分汽化现象部分汽化现象，所生成的大，所生成的大量蒸汽泡在随液

45、体从叶轮进口向叶轮外周流量蒸汽泡在随液体从叶轮进口向叶轮外周流动时，又因压强升高，气泡立即凝聚，气泡动时，又因压强升高，气泡立即凝聚，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极大的的消失产生局部真空，周围的液体以极大的速度冲向气泡原来所在的空间，在冲击点处速度冲向气泡原来所在的空间，在冲击点处产生很高的局部压强（高达几百个大气压）产生很高的局部压强（高达几百个大气压），冲击频率高达每秒几万次之多。尤其当汽，冲击频率高达每秒几万次之多。尤其当汽泡的凝结发生在叶轮表面时，众多的液体质泡的凝结发生在叶轮表面时，众多的液体质点尤如细小的高频水锤撞击着叶片；另外汽点尤如细小的高频水锤撞击着叶片；另外汽泡中还

46、可能带有氧气等对金属材料发生化学泡中还可能带有氧气等对金属材料发生化学腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将导腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将导致叶片过早损坏。这种现象称为泵的致叶片过早损坏。这种现象称为泵的汽蚀现汽蚀现象。象。zspsKe图图2-15 离心泵的安装高度离心泵的安装高度s离心泵在产生汽蚀条件下运转，会产生什么样的后果呢？离心泵在产生汽蚀条件下运转，会产生什么样的后果呢？2.1.7 2.1.7 离心泵的安装高度离心泵的安装高度 汽蚀现象发生时，泵体汽蚀现象发生时，泵体振动振动并发生并发生噪音噪音，流量流量Q、扬程扬程（压头）（压头）H和和效率效率都都明显下降明显下降，严重时甚至

47、，严重时甚至吸不上液体吸不上液体。因此汽蚀现象是有害的，必须加以避免。那么，如何避免汽因此汽蚀现象是有害的，必须加以避免。那么，如何避免汽蚀现象的产生呢？蚀现象的产生呢？ 从前面的分析可知，泵的安装高度从前面的分析可知，泵的安装高度zs受到汽蚀现象的限受到汽蚀现象的限制，为壁面汽蚀现象的发生制，为壁面汽蚀现象的发生: 泵的安装位置不能太高，以泵的安装位置不能太高，以保证叶轮中各处压强高于被输送液体的饱和蒸汽压保证叶轮中各处压强高于被输送液体的饱和蒸汽压pv; 可可采取采取ps； hf(s-k)。 我国的离心泵规格中采用下述我国的离心泵规格中采用下述两种指标两种指标允许汽蚀余允许汽蚀余量量（有的

48、教材给出（有的教材给出必需汽蚀余量必需汽蚀余量）和）和允许吸上高度允许吸上高度来表示泵来表示泵的吸上性能，下面简述这两种指标的意义，并说明如何利用的吸上性能，下面简述这两种指标的意义，并说明如何利用它们来确定泵的安装高度不至于发生汽蚀现象。它们来确定泵的安装高度不至于发生汽蚀现象。2.1.7.2 汽蚀余量汽蚀余量zspsKe图图2-15 离心泵的安装高度离心泵的安装高度s esf2ee2hgugpzgpss 或或 esf2ee)2(hgugpgpzss 泵吸入口的全压头泵吸入口的全压头汽蚀余量汽蚀余量h0)2(v2ee gpgugph 最小汽蚀余量最小汽蚀余量hmin0)2(v2eeminmi

49、n gpgugph (2-20)在在s s与与e e之间列柏努利方程得：之间列柏努利方程得：2 流体输送机械流体输送机械2.1.7 2.1.7 离心泵的安装高度离心泵的安装高度允许汽蚀余量允许汽蚀余量h允许允许3 .0min hh允允许许允许安装高度允许安装高度zs允许允许 e)f(svse)f(s2ees)(hhgpgphgugpgpzs允允许许允允许许允允许许 (2-21)这种求这种求zs允许允许的方法称为的方法称为允许汽蚀余量法允许汽蚀余量法。2.1.7 2.1.7 离心泵的安装高度离心泵的安装高度讨论：讨论： （1） h允许允许由实验测定，不同型号的泵其值不同，由由实验测定，不同型号的

50、泵其值不同，由厂家出厂前由实验测定；测定条件为：液面压力为标准大厂家出厂前由实验测定；测定条件为：液面压力为标准大气压，流体为水，水温气压，流体为水，水温20 ； （2）当进口管路无阻力，液面压力为标准大气压，）当进口管路无阻力，液面压力为标准大气压，ue=0，不考虑饱和蒸汽压影响时，不考虑饱和蒸汽压影响时，zs=10.33m是泵安装高度是泵安装高度的极限；的极限； （3）当进口管路阻力增大时，允许安装高度降低，故）当进口管路阻力增大时，允许安装高度降低，故应尽可能减小吸入管路的阻力；如：应尽可能减小吸入管路的阻力；如： * 吸入管路尽量短，少走弯路；吸入管路尽量短，少走弯路； * 进口管路直

51、径一般大于出口管路直径；进口管路直径一般大于出口管路直径； * 进口管路上避免不必要的管件，如泵装于液面下可进口管路上避免不必要的管件，如泵装于液面下可免装止逆阀（并且启动前不用灌泵），流量调节阀装于出免装止逆阀（并且启动前不用灌泵），流量调节阀装于出口管路；口管路； 2.1.7 2.1.7 离心泵的安装高度离心泵的安装高度 （4）实际生产过程中，管路的流量有可能发生变化，）实际生产过程中，管路的流量有可能发生变化，那么此时吸入管路的阻力也发生变化；若流量增大则允许安那么此时吸入管路的阻力也发生变化；若流量增大则允许安装高度减小，所以为避免在实际操作中由于流量的提高或其装高度减小，所以为避免在

52、实际操作中由于流量的提高或其他参数（如液体温度，液面压力等）的变化而出现汽蚀现象他参数（如液体温度，液面压力等）的变化而出现汽蚀现象，允许安装高度按可能出现的最大流量计算并且实际安装高，允许安装高度按可能出现的最大流量计算并且实际安装高度应低于允许安装高度：度应低于允许安装高度： 0 . 15 . 0 允允许许SSzz （5）对油泵通常给出允许汽蚀余量，当实际操作条件）对油泵通常给出允许汽蚀余量，当实际操作条件与允许汽蚀余量测定条件不同时，应进行校正：与允许汽蚀余量测定条件不同时，应进行校正：对于油品对于油品1 ，所以经过校正后的允许安装高度值更大，而未，所以经过校正后的允许安装高度值更大，而

53、未经过校正计算得到的允许安装高度则较小；因此对此类情况将经过校正计算得到的允许安装高度则较小；因此对此类情况将不作校正（作为额外的安全余量）。不作校正（作为额外的安全余量）。允允许许允允许许hh 2.1.7.3 允许吸上高度允许吸上高度HsgpgpHs eS 定义定义gpgpHsS minemax 当当pk=pv，pe=pemin时刚好发生汽蚀现象，此时的吸上高度为时刚好发生汽蚀现象，此时的吸上高度为不会发生汽蚀现象的最大值：不会发生汽蚀现象的最大值： 3 . 0max SSHH为了安全允许吸上高度为：为了安全允许吸上高度为： 所以允许安装高度也可用所以允许安装高度也可用允许吸上高度法允许吸上

54、高度法计算计算 efSeSShguHz22允允许许(2-22)2 流体输送机械流体输送机械2.1.7 2.1.7 离心泵的安装高度离心泵的安装高度讨论：讨论： （1） Hs只能由实验测定，不同型号的泵其允许吸上真空只能由实验测定，不同型号的泵其允许吸上真空度不同，由厂家出厂前由实验测定；测定条件为：液面压力为度不同，由厂家出厂前由实验测定；测定条件为：液面压力为1atm，流体为水，水温，流体为水，水温20 ，饱和蒸汽压为，饱和蒸汽压为0.24 mH2O ； （2）当进口管路阻力增大时，允许安装高度降低，故应）当进口管路阻力增大时，允许安装高度降低，故应尽可能减小吸入管路的阻力；尽可能减小吸入管

55、路的阻力； （3）允许安装高度按可能出现的最大流量计算并且实际）允许安装高度按可能出现的最大流量计算并且实际安装高度应低于允许安装高度：安装高度应低于允许安装高度： 0 . 15 . 0 允允许许SSzz （4）zs =10.33m是泵安装高度的极限；是泵安装高度的极限； （5）对清水泵通常给出允许吸上真空度的参数，当操作）对清水泵通常给出允许吸上真空度的参数，当操作条件与允许吸上高度测定条件不同时，应进行校正条件与允许吸上高度测定条件不同时，应进行校正 gppgppHHssSS ee 2 流体输送机械流体输送机械2.1.7 2.1.7 离心泵的安装高度离心泵的安装高度 24. 033.100

56、00 tSttSSHHHHHHHHH为操作温度下被输送液体的饱为操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压和蒸汽压，mH2O 为操作条件下输送液体时允许吸上为操作条件下输送液体时允许吸上高度高度，m液柱液柱 为操作条件下的为操作条件下的液面压力，液面压力，mH2O 再考虑操作条件下输送流体密度与测定条件下流体密度的差异：再考虑操作条件下输送流体密度与测定条件下流体密度的差异： 100024. 033.100tSSHHHH由该式可知，液面压力越小、饱和蒸汽压越高、密度越大，由该式可知，液面压力越小、饱和蒸汽压越高、密度越大，则允许的安装高度越低；经校正后操作条件下的允许安装高则允许的安装高度越低；经校正后

57、操作条件下的允许安装高度为：度为： efS2eS2hguHzS允允许许2 流体输送机械流体输送机械2.1.7 2.1.7 离心泵的安装高度离心泵的安装高度例例11-1 封闭容器内贮有密度为封闭容器内贮有密度为1060kg/m3的热盐水溶液，溶液的热盐水溶液，溶液的饱和蒸汽压为的饱和蒸汽压为0.48kgf/cm2，溶液上方的绝对压力为，溶液上方的绝对压力为0.6kgf/cm2。要用一水泵从容器中抽出此溶液。所选用泵的允。要用一水泵从容器中抽出此溶液。所选用泵的允许吸上真空度为许吸上真空度为5.0m，吸入管路的压头损失估计为，吸入管路的压头损失估计为0.5m，求，求泵的安装高度。泵的安装高度。 z

58、sp0002 流体输送机械流体输送机械2.1.7 2.1.7 离心泵的安装高度离心泵的安装高度例例11-2 如图所示，要将某减压精馏塔塔釜中的液体产品用离如图所示，要将某减压精馏塔塔釜中的液体产品用离心泵输送至高位槽，釜中真空度为心泵输送至高位槽，釜中真空度为550mmHg，釜中液体处于，釜中液体处于沸腾状态。泵位于地面上，吸入管路阻力损失为沸腾状态。泵位于地面上，吸入管路阻力损失为0.87 m液柱，液柱，液体的密度为液体的密度为986kg/m3，已知该泵的允许汽蚀余量，已知该泵的允许汽蚀余量= 4.2m，试问该泵的安装位置是否适宜？如不适宜应如何重新安排？试问该泵的安装位置是否适宜？如不适宜

59、应如何重新安排？ 3.5m2.1.8 2.1.8 离心泵的类型离心泵的类型 按输送流体的性质：清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵等；按输送流体的性质：清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵等； 按叶轮的吸入方式：单吸泵、双吸泵；按叶轮的吸入方式：单吸泵、双吸泵； 按叶论数目：单级泵、多级泵；按叶论数目：单级泵、多级泵；（1 1）清水泵）清水泵（Clean water pumpsClean water pumps） 输送清水或物性与水相近且无腐蚀、杂质少的液体。输送清水或物性与水相近且无腐蚀、杂质少的液体。 单级单吸泵：单级单吸泵：ISIS（或（或B B）型，中小型水泵，结构简单操作）型，中小型水泵，结构简

60、单操作容易；扬程容易；扬程8 898m98m，流量，流量4545360360m3/h 多级泵：多级泵：D D型，扬程高，型，扬程高，1414351m351m，10.810.8850850m3/h 双吸泵：双吸泵：SHSH型，流量大，型，流量大，9 9140m140m，1201201250012500m3/h 型号：型号： IS100-65-250 IS100-65-250 （或（或2B31 2B31A 2B31B2B31 2B31A 2B31B） 2 流体输送机械流体输送机械2.1.8 2.1.8 离心泵的类型离心泵的类型 意义：意义：为泵吸入口直径为泵吸入口直径，英寸英寸基本型号在最高效率下