环境工程原理第二章

1、1流体输送机械：向流体供给机械能的设备流体输送机械：向流体供给机械能的设备 第二章第二章 流体输送机械流体输送机械分类：分类： 液体液体气体气体泵泵通风机通风机鼓风机鼓风机压缩机压缩机真空泵真空泵2工作原理工作原理： 动力式动力式(叶轮式叶轮式)：离心式、轴流式等；：离心式、轴流式等； 容积式（正位移式）：往复式、旋转式等；容积式（正位移式）：往复式、旋转式等； 流体作用式：喷射式。流体作用式：喷射式。3第一节第一节 离心泵离心泵4 一、离心泵的主要部件一、离心泵的主要部件（1） 叶轮叶轮 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

2、及动能都有所提高给能装置给能装置4 48 8片叶片（前弯、后弯、径向）片叶片（前弯、后弯、径向） 半开（闭）式半开（闭）式闭式闭式开式开式5（3） 泵壳泵壳作用：汇集叶轮甩出的液体；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。（4） 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。（2） 泵轴泵轴作用：原动机械和泵体的连接件；作用：原动机械和泵体的连接件； 实现机械能的传递实现机械能的传递传能装置传能装置；6二、二、 离心泵的工作原理离心泵的工作原

3、理叶轮叶轮泵壳泵壳吸入管路吸入管路排出管路排出管路泵轴泵轴底阀底阀1-1-叶轮；叶轮；2-2-泵壳，泵壳，3-3-泵轴；泵轴；4-4-吸入管；吸入管；5-5-底阀；底阀；6-6-压出管压出管离心泵装置简图离心泵装置简图7液体随叶轮旋转，在惯性离心力的作用下自叶轮中心被甩向液体随叶轮旋转，在惯性离心力的作用下自叶轮中心被甩向外周并获得了能量，使流向叶轮外周的液体的静压强提高，外周并获得了能量，使流向叶轮外周的液体的静压强提高，流速增大。液体离开叶轮进入蜗壳，因蜗壳内流道逐渐扩大流速增大。液体离开叶轮进入蜗壳，因蜗壳内流道逐渐扩大而使流体速度减慢，液体的部分动能转换成静压能。于是，而使流体速度减慢

4、，液体的部分动能转换成静压能。于是，具有较高压强的液体从泵的排出口进入排出管路，被输送到具有较高压强的液体从泵的排出口进入排出管路，被输送到所需的管路系统。所需的管路系统。当叶轮中心的液体被甩出后，泵壳的吸入口就形成了一定真当叶轮中心的液体被甩出后，泵壳的吸入口就形成了一定真空，外面的大气压力迫使液体经底阀、吸入管进入泵内，填空，外面的大气压力迫使液体经底阀、吸入管进入泵内，填补了液体排出后的空间。因此，只要叶轮不断旋转，液体便补了液体排出后的空间。因此，只要叶轮不断旋转，液体便连续地被吸入和排出连续地被吸入和排出。可见，离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋可见，离心泵之所以能输送液体，主

5、要是依靠高速旋转的叶轮，液体在惯性离心力的作用下获得了能量，转的叶轮，液体在惯性离心力的作用下获得了能量，提高了压强。提高了压强。8 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，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

6、液：叶轮中心吸液：叶轮中心9三、离心泵的主要性能参数三、离心泵的主要性能参数 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。 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，J/N或或m液柱。液柱。压头的测定可以在泵的进出口截面间列伯努利方程：压头的测定可以在泵的进出口截面间列伯努利方程：压力计真空表Z1Z2ho流量计12212122122，foHguugpphH21222211220，foHgugphHgugp10212122122，foHguugpphH两截面之间管路很短，忽略压头损失和动压头

7、差两截面之间管路很短，忽略压头损失和动压头差 gpphHo12p p2 2是表压，是表压， p p1 1是真空度，相当于负表压。是真空度，相当于负表压。功率功率P轴功率轴功率P，有效功率有效功率Pe WeP qvHg 11WeVPq Hg 而而%100 PPe 9.81kW1000102VVeq Hq HP 或或kW102Vq HP 效率效率 容积损失；水力损失；机械损失容积损失；水力损失；机械损失小型泵小型泵:6085%，大型泵，大型泵:90%。12四、离心泵的特性曲线四、离心泵的特性曲线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

8、心泵的特性曲线（一）离心泵的特性曲线13离心泵特性曲线VqH Vq VPqn一定一定HP Vq14HqV曲线：较大范围内，曲线：较大范围内，qV H PqV曲线：曲线：qVPqV=0时时，PPmin 离心泵启动时，应关闭出口阀门。离心泵启动时，应关闭出口阀门。 离心泵停止时，先关闭出口阀门。离心泵停止时，先关闭出口阀门。15 qV曲线：曲线：离心泵在一定转速下有一最高效率点离心泵在一定转速下有一最高效率点 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为上标注的性能参数均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 16（二）（

9、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， P随随 变化。变化。（2） 粘度的影响粘度的影响H， qV,而而 P17（3） 离心泵转速的影响离心泵转速的影响转速变化小于转速变化小于20%时，认为效率不变：时，认为效率不变：23222222111111()()VVqnHnPnqnHnPn 比例定律比例定律（4） 离心泵叶轮直径的影响：离心泵叶轮直径的影响： 转速一定，叶轮直径变化小于转速一定，叶轮直径变化小于20%20%2121DDqqvv22121)(DDHH切割定律切割定律32121)(DDPP18例：用清水

10、测定某离心泵的特性曲线，实验装置如附例：用清水测定某离心泵的特性曲线，实验装置如附图所示。当调节出口阀使管路流量为图所示。当调节出口阀使管路流量为25m3/h时，时，泵出口处压力表读数为泵出口处压力表读数为0.28MPa（表压），泵入口（表压），泵入口处真空表读数为处真空表读数为0.025MPa，测得泵的轴功率为，测得泵的轴功率为3.35kW，电机转速为，电机转速为2900转转/分，真空表与压力表分，真空表与压力表测压截面的垂直距离为测压截面的垂直距离为0.5m。试求泵的扬程和效。试求泵的扬程和效率。（忽略阻力损失，忽略由于管径变化而引起的率。（忽略阻力损失，忽略由于管径变化而引起的动能变化）

11、动能变化）解解：以真空表和压力表两测点为以真空表和压力表两测点为1 1，2 2截面，对单位重量流体列伯截面，对单位重量流体列伯努利方程努利方程1z2z真 空 表压 力 表19222121211 22fppu uHHzzgg6212120.28 0.025100.531.6mH O1000 9.81ppHzzg2.1564.2%3.35PeP把数据代入，得把数据代入，得在工作流量下泵的有效功率为在工作流量下泵的有效功率为泵效率为泵效率为31.6 25 1000 9.812150W2.15kW3600ePHQg1z2z真空表压力表20（一）管路特性曲线（一）管路特性曲线五、离心泵的工作点与流量调节

12、五、离心泵的工作点与流量调节 在截面在截面1-1 与与2-2 间列柏间列柏努利方程，有：努利方程，有：22fpuHzHgg 特定的管路系统：特定的管路系统： 一一定定p 、z 、dlle 一定一定操作条件一定：操作条件一定：022 gu其中其中：21258ellkgd 令令0pHzg 令令22222512248eeVfeVllllquHdgdgdllqgd 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为一常数亦为一常数22则则20VHHkq管路特性方程管路特性方程管路特性曲线管路特性曲线HqVgpz 管路特性曲线反映了被输送液体对输送机械

13、的管路特性曲线反映了被输送液体对输送机械的能量要求。能量要求。泵特性曲线泵特性曲线工作点工作点23（二）工作点（二）工作点解析法：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()VHf q ()VHq 工作点：工作点：管路特性曲线与泵特性曲线交点。管路特性曲线与泵特性曲线交点。 （三）（三） 流量调节流量调节改变管路特性：调出口阀门；改变管路特性：调出口阀门；改变泵特性：改变泵特性： 调转速。调转速。24qVqVM2qVMqVM1M1M2MH(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

14、le qV , ,H 管特线变陡管特线变陡 工作点左上移工作点左上移特点：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。25(2) 改变泵的转速改变泵的转速qVM1qVMqVqVM2(D1DD2)n1nn2n2(D2)n ( D )n1(D1)M2MM1H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， 能量利用经济能量利用经济; 需变速装置或切削叶轮。需变速装置或切削叶轮。26（3）离

15、心泵的组合操作离心泵的组合操作 并联操作并联操作H并H单HqV单qV并qVBAqV并并 H单单 27 串联操作串联操作H单H串HqV单qV串qVBAqV串串 qV单单 H串串 hr , pk pv时，时， 不汽蚀不汽蚀 ha hr , pk pv时，开始发生汽蚀时，开始发生汽蚀 ha hr , pk qV需需, H泵泵 H需需 （4） 核算泵的功率。核算泵的功率。 输送液体的密度大于水的密度时，核算泵的输送液体的密度大于水的密度时，核算泵的轴功率。轴功率。kW102Vq HP 44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（一）（一） 构造与工作原理构造与工作原理主要

16、部件：泵缸、活塞主要部件：泵缸、活塞 和单向活门。和单向活门。45工作原理：工作原理：活塞对流体直接做功，提供静压能活塞对流体直接做功，提供静压能单动往复泵单动往复泵流量不均匀流量不均匀驱动装置（电机、蒸汽机）驱动装置（电机、蒸汽机） 传动装置（曲轴或凸轮、蒸传动装置（曲轴或凸轮、蒸汽活塞）汽活塞） 活塞往复运动活塞往复运动 吸入或排出液体吸入或排出液体46双动往复泵：双动往复泵：47（二）（二）往复泵的性能参数往复泵的性能参数 流量流量单动泵：理论流量单动泵：理论流量VqASn 理理实际流量实际流量VVVqq 理理 V泵的容积效率，在泵的容积效率，在0.90.97之间之间。流量由泵特性决定，

17、而与管路特性无关流量由泵特性决定，而与管路特性无关。双动泵：理论流量双动泵：理论流量SnaA（qv)2理48流量调节方法：流量调节方法：1. 改变活塞的往复次数或冲程；改变活塞的往复次数或冲程；2. 旁路旁路调节。调节。49 压头（压头（ 扬程）扬程）在电机功率范围内，由管路特性决定。在电机功率范围内，由管路特性决定。管路特性2H2管路特性1H1泵特性HqV正位移特性正位移特性 流量只与泵特性有关，流量只与泵特性有关， 压头只与管路特性有关压头只与管路特性有关qVqV理理50 功率与效率功率与效率Vq HgP 往复泵的总效率，一般为往复泵的总效率，一般为0.650.85。 适用压头高、流量小的

18、液体，但不能输送腐适用压头高、流量小的液体，但不能输送腐蚀性大及有固体的悬浮液。蚀性大及有固体的悬浮液。51二、二、 齿轮泵齿轮泵具有正位移特性。具有正位移特性。适用于小流量、高压头、无杂质的清洁液体输送。适用于小流量、高压头、无杂质的清洁液体输送。52三、旋涡泵三、旋涡泵（一）结构（一）结构一种特殊的离心泵。一种特殊的离心泵。53（二）特点（二）特点1. 启动泵时，要打开出口阀门，改变流量时，旁启动泵时，要打开出口阀门，改变流量时，旁路调节比安装调节阀更经济；路调节比安装调节阀更经济；2. 能量损失大，效率低能量损失大，效率低（20%40%），不适合输，不适合输送高粘度液体；送高粘度液体；3

19、. 压头比离心泵高压头比离心泵高24倍，适用于高压头、小流量、倍，适用于高压头、小流量、低粘度清洁液体。低粘度清洁液体。54分类：分类：按出口压力或压缩比分为按出口压力或压缩比分为： 通风机通风机 p出出(表表) 15kPa =1=11.151.15 鼓风机鼓风机 p出出(表表)=15300kPa 4 300kPa 44 真空泵真空泵 p出出(表）表）=0 压缩比由真空度决定压缩比由真空度决定第三节第三节 气体输送机械气体输送机械55（一）工作原理与结构（一）工作原理与结构一、离心式通风机一、离心式通风机56（二）性能参数与特性曲线（二）性能参数与特性曲线1. 性能参数性能参数（1）风量）风量

20、qV单位时间从风机出口排出的气体体积，单位时间从风机出口排出的气体体积， m3/h或或 m3/s。注意：注意： qV应以风机进口状态计。应以风机进口状态计。57（2）全风压）全风压pt与静风压与静风压ps全风压全风压：单位体积的气体经风机后所获得的能量，：单位体积的气体经风机后所获得的能量，Pa或或mmH2O221211221122efppz guWz guh 22212121()()()2tefpWzzgppuuh 以单位质量的气体为基准以单位质量的气体为基准 以单位体积的气体为基准以单位体积的气体为基准 5822122)(upppt 动风压动风压 222dpu 静风压静风压 12ppps全

21、风压全风压tsdppp 0)(12 gzz 0fh 01 u59（3）轴功率与效率轴功率与效率W WVtq pP 2. 特性曲线特性曲线 用用20、101.3kPa的的空气空气（ =1.2kg/m3）测）测定。定。 风机的全风压与风机的全风压与气体的密度成正比气体的密度成正比。qVPqVqVptqVpSqVn一定一定60( (三三) ) 离心通风机的选用离心通风机的选用 1. 计算输送系统所需的全风压，再换算成标定状计算输送系统所需的全风压，再换算成标定状态下的全风压；态下的全风压；tttppp2 . 1003. 根据根据qV、pt0 选风机的型号。选风机的型号。 qV qV需需 ， pt0 pt0需需2. 根据气体的性质及风压范围，确定风机的类型；根据气体的性质及风压范围，确定风机的类型；61二、鼓风机二、鼓风机（一）离心鼓风机（一）离心鼓风机特点：特点：外形外形 离心泵离心泵外壳直径与厚度之比较大外壳直径与厚度之比较大叶片数目较多叶片数目较多转速较高转速较高 单级出口表压多在单级出口表压多在30kPa30kPa以内；以内；多级可达多级可达0.3MPa 0.3MPa 62（二）罗茨鼓风机（二）罗茨鼓风机63 流量调节流量调节旁路调节或调转速；旁路调节或调转速； 开机时打开出口阀门；开机时打开出口