化工原理__流体输送机械-离心泵

1、第二章第二章 流体输送机械流体输送机械 - -离心泵离心泵 授课人：于 艳化学与化学工程系内 容 提 纲v1.1 流体输送机械概述v1.2 离心泵的主要部件v1.3 离心泵的工作原理v1.4 离心泵的性能参数v1.5 离心泵的特性曲线 流体流动过程中总会有阻力损失，因此要流体流动过程中总会有阻力损失，因此要增加流增加流体的机械能体的机械能。流体输送机械流体输送机械就是向流体作功以提高流体机械能的装置。就是向流体作功以提高流体机械能的装置。1.1 概概 述述化工生产中，经常会存在流体的输送问题，如：化工生产中，经常会存在流体的输送问题，如： 流体从流体从 低低 处处 高高 处处； 低压处低压处

2、高压处高压处； 所在地所在地 较远处较远处；流体输送设备分类：流体输送设备分类：l 输送液体泵l 输送气体通风机、鼓风机、压缩机等。 按流体类型按工作原理 动力式(叶轮式)：借助于高速旋转的叶轮使流体获得动能并转化为静压能。如离心泵，旋涡泵等； 容积式：利用活塞或转子的周期性挤压使流体获得静压能和动能； 流体作用式：依靠流体高速喷射时动能与静压能转换原理完成输送流体任务，如喷射泵。1.1 概概 述述 离心泵是典型的高速旋转叶轮式流体输送机械，在泵类机械中很具有代表性，化工生产中应用最为广泛。离心泵具有以下优点： 结构简单，操作容易，便于调节和自控；结构简单，操作容易，便于调节和自控； 流量均匀

3、，效率较高；流量均匀，效率较高； 流量和压头的适用范围较广；流量和压头的适用范围较广； 适用于输送腐蚀性或含有悬浮物的液体。适用于输送腐蚀性或含有悬浮物的液体。1.1 概概 述述（1 1）叶轮叶轮： 1.2 离心泵的主要部件离心泵的主要部件A. 叶轮按其机械结构可分为开式、半闭式和闭式三种。（a a）开式）开式（b b）半闭式）半闭式（c c）闭式）闭式主要有叶轮、泵壳、轴封装置等。 组成：组成：作用：作用：分类：分类：将原动机的机械能传递给液体，使通过离心泵的液体静压能将原动机的机械能传递给液体，使通过离心泵的液体静压能和动能都有所提高。和动能都有所提高。通常由通常由6-12片后弯的叶片组成

4、，安装在泵轴上，并放在泵壳片后弯的叶片组成，安装在泵轴上，并放在泵壳 内；是离心泵的关键部件。内；是离心泵的关键部件。根据结构分类闭式叶轮开式叶轮 半闭式叶轮 叶片的内侧带有叶片的内侧带有前后盖板前后盖板，适于输送干净流体适于输送干净流体。没有前后盖板没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒的液体适合输送含有固体颗粒的液体。只有只有后盖板后盖板，可用于输送浆料或含固体悬浮物可用于输送浆料或含固体悬浮物的液体。的液体。 1.2 离心泵的主要部件离心泵的主要部件 哪种形式的叶轮效率高？哪种形式的叶轮效率高？ 闭式叶轮效率最高，半开式叶轮效率次之，开式叶轮效率最低；闭式叶轮效率最高，半开式叶轮效率次之，开

5、式叶轮效率最低；原因在于叶片间的流体倒流（外缘压力高，叶轮中心压力低）回叶轮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流的可能性减小。中心，做了无用功；增加了前后盖板使倒流的可能性减小。B. 按吸液方式：单吸式、双吸式。按吸液方式：单吸式、双吸式。单吸式：结构简单，液体从叶轮一侧被吸入。单吸式：结构简单，液体从叶轮一侧被吸入。双吸式：同时从叶轮两侧对称地吸入液体，吸液能力大，双吸式：同时从叶轮两侧对称地吸入液体，吸液能力大， 基本上消除轴向推动力。基本上消除轴向推动力。(a)单吸式后盖板平衡孔(b)双吸式单吸式与双吸式叶轮单吸式与双吸式叶轮

6、 1.2 离心泵的主要部件离心泵的主要部件（2）泵壳：泵壳：泵体的外壳，包围叶轮 沿叶轮旋转方向，泵壳与叶轮之间形成的截面逐渐扩大的通道。1.泵壳泵壳 2.叶轮叶轮 3.导叶轮导叶轮作用作用 ：汇集液体，导出液体；转换能量，动能转变为静压能。导叶轮导叶轮 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的带有叶片的圆盘，称为导叶导叶轮轮。导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上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，引导液体在泵壳的通道内流动,减少能量损失,更为有效地将动能转换为静压能。 1.2 离心泵的主要部件离心泵的主要部件 轴封装置轴封装置作用作用

7、 ：防止泵内高压液体沿间隙漏出，或者外界空气以反方向漏入泵内。防止泵内高压液体沿间隙漏出，或者外界空气以反方向漏入泵内。分类：分类： 填料密封填料密封： 机械密封机械密封： 主要由填料函壳、软填料和填料压盖组成，主要由填料函壳、软填料和填料压盖组成，普通离心泵采用这种密封。普通离心泵采用这种密封。 主要由装在泵轴上随之转动的主要由装在泵轴上随之转动的动环动环和固定于和固定于泵壳上的泵壳上的静环静环组成两个环形端面由弹簧的弹组成两个环形端面由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动力互相贴紧而作相对运动, ,起到密封作用。起到密封作用。 (端面密封) 1.2 离心泵的主要部件离心泵的主要部件 1.3 离心

8、泵的工作原理离心泵的工作原理 离心泵结构示意图离心泵结构示意图v （一）、（一）、离心泵的装置离心泵的装置 v 为了使离心泵能正常为了使离心泵能正常工作，离心泵必须配备一工作，离心泵必须配备一定的管路和管件，这种配定的管路和管件，这种配备有一定管路系统的离心备有一定管路系统的离心泵称为泵称为离心泵装置离心泵装置。v 右图为离心泵的结构示右图为离心泵的结构示意图，主要有意图，主要有吸入管路、吸入管路、泵体、排出管路泵体、排出管路等。等。（二）离心泵的工作过程：（二）离心泵的工作过程：(a) 排出阶段排出阶段 叶轮旋转叶轮旋转( (产生离心力，使液体获得能产生离心力，使液体获得能量）量）流入泵壳流

9、入泵壳( (动能动能静压能静压能)流向排出流向排出管路。管路。 (b) 吸入阶段吸入阶段 液体自叶轮中心甩向外缘液体自叶轮中心甩向外缘叶轮中心叶轮中心形成低压区形成低压区贮槽液面与泵入口形成压差贮槽液面与泵入口形成压差液体吸入泵内。液体吸入泵内。 离心泵之所以能输送液体，主要是离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮所产生的离心力，依靠高速旋转叶轮所产生的离心力，因此称为离心泵因此称为离心泵。 1.3 离心泵的工作原理离心泵的工作原理说明：离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充满液体说明：离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充满液体。 1.3 离心泵的工作原理离心泵的工作原理（三）离心泵

10、的使用过程中的注意事项：（三）离心泵的使用过程中的注意事项： 若在泵启动前，泵内没有液体，而若在泵启动前，泵内没有液体，而是被气体填充，能否吸上液体呢？是被气体填充，能否吸上液体呢？ 此时泵内充满气体（其密度远小于此时泵内充满气体（其密度远小于液体），叶轮转动产生的离心力小，贮液体），叶轮转动产生的离心力小，贮槽液面与泵吸入口间的压力差小，不足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而以克服流体在吸入管路中的阻力损失而吸上液体，这种现象称为吸上液体，这种现象称为“气缚气缚”现象现象。因此在离心泵启动之前。因此在离心泵启动之前, ,我们必须进我们必须进行行灌泵灌泵操作。

11、操作。 （一）流量（一）流量（Q） 离心泵在单位时间内排出液体的体积称为泵的离心泵在单位时间内排出液体的体积称为泵的流量流量。用符号。用符号Q表示，单位是表示，单位是m3/h或或m3/s。（二）扬程（二）扬程（H） 扬程扬程是指离心泵对单位重量的流体所提供的能量。用符号是指离心泵对单位重量的流体所提供的能量。用符号H H表表示，单位是示，单位是m m，也可以叫做压头。离心泵，也可以叫做压头。离心泵压头取决于泵的结构、转压头取决于泵的结构、转速和流量，也与液体的密度有关速和流量，也与液体的密度有关。 1.4 离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数 离心泵的流量取决于离心泵的流量取决于泵的结构、

12、尺寸（主要为叶轮的直径与泵的结构、尺寸（主要为叶轮的直径与叶片宽度）和转速叶片宽度）和转速等。应予指出，离心泵总是和特定的管路相联等。应予指出，离心泵总是和特定的管路相联系，因此，离心泵的实际流量还与管路特性有关。系，因此，离心泵的实际流量还与管路特性有关。压力表压力表真空表真空表流量计流量计0h离心泵实际扬程的测定离心泵实际扬程的测定 通过调节出口阀改变流量，可得到不同压力通过调节出口阀改变流量，可得到不同压力表和真空表的读数。取真空表和压力表的截面分表和真空表的读数。取真空表和压力表的截面分别为别为1-1截面和截面和2-2截面，在两截面间列伯努利方截面，在两截面间列伯努利方程，即：程，即：

13、1122221122121 222fPuPuzHzhgggg2100+=+=+PPPPHhhgg表真 1.4 离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数12122221122fPPuuHzzhgg1-1截面处：截面处：P1=P0-P真真 ； 2-2截面处：截面处：P2=P0+P表表 因为管路很短，阻力损失可以忽略不计因为管路很短，阻力损失可以忽略不计; 流速的平方差很小也可忽略。流速的平方差很小也可忽略。（三）功率（三）功率轴功率：轴功率：单位时间内电机给予泵轴的功率，用单位时间内电机给予泵轴的功率，用N轴轴来表示。来表示。有效功率：有效功率：单位时间内液体从离心泵所获得的实际功率。用单位时间内

14、液体从离心泵所获得的实际功率。用N有有表示。表示。NgQH有gQHN轴 1.4 离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数（四）效率（四）效率100%NN有轴效率效率反映泵在工作时能量损失。反映泵在工作时能量损失。Vhm机械损失机械损失m能能 量量 损损 失失容积损失容积损失V水力损失水力损失 h内漏内漏流体造成的环流损失、摩擦损失、冲击损失流体造成的环流损失、摩擦损失、冲击损失泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦 电电机机 泵泵 N轴轴N有有（四）效率（四）效率100%NN有轴效率效率反映泵在工作时能量损失。反映泵在工作时能量损失。Vhm1、计算不同流量

15、Q下的扬程H，得到一组数据（H-Q），描点画图。2、根据不同流量Q下的扬程H，计算离心泵的功率N，得到一组数据（N-Q），描点画图。NgQH有3、计算不同流量Q下的效率，得到一组数据（-Q），描点画图。100%NN有轴 1.5 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线由实验测定离心泵的特性曲线由实验测定 离心泵在一定转速下性离心泵在一定转速下性能参数之间的关系曲线，称能参数之间的关系曲线，称为为离心泵的特性曲线。离心泵的特性曲线。一般一般由由H-Q、N-Q和和-Q三条曲三条曲线组成，可由实验测得，实线组成，可由实验测得，实验装置如下图所示。验装置如下图所示。 流量计 真空表 压力表 h0 1 2 0+=+PPHhg表真 1.5 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线 离心泵特性曲线的分析离心泵特性曲线的分析 1、HQ曲线：曲线： Q H。 Q =0，扬，扬程最大。程最大。 2、NQ曲线：曲线：Q，N 。当。当Q0时，时，N最小。这要求离心泵在启动时，最小