第二章 流体机械

1、1概述概述输送机械的作用：输送机械的作用： 对流体做功，使流体对流体做功，使流体E, 结果结果流体的动能流体的动能， 或位能或位能，静压能，静压能，克服沿程阻力，或兼而有之，克服沿程阻力，或兼而有之 第二章第二章 流体输送机械流体输送机械2流体输送机械分类流体输送机械分类 介质：介质：液体液体泵泵气体气体风机、压缩机风机、压缩机工作原理：工作原理： 离心式离心式 正位移式：往复式、旋转式正位移式：往复式、旋转式 其他（如喷射式）其他（如喷射式）3第二章第二章 流体输送机械流体输送机械n离心泵离心泵（重点）（重点）n其他化工用泵其他化工用泵n气体输送机械气体输送机械离心式通风机离心式通风机（重点

2、）（重点）鼓风机和压缩机鼓风机和压缩机真空泵真空泵4第一节第一节 离心泵离心泵1 1 离心泵的主要部件离心泵的主要部件2 2 离心泵的工作原理离心泵的工作原理3 3 离心泵的性能参数与特性曲线离心泵的性能参数与特性曲线4 4 离心泵的工作点和流量调节离心泵的工作点和流量调节5 5 离心泵的安装高度离心泵的安装高度6 6 离心泵的类型、选用、安装与操作离心泵的类型、选用、安装与操作51）. 叶轮叶轮叶片（叶片（+盖板）盖板）4-8个叶片（前弯、后弯，径向）个叶片（前弯、后弯，径向） 液体通道。液体通道。前盖板、后盖板，无盖板前盖板、后盖板，无盖板闭式叶轮闭式叶轮半开式半开式开式开式 液体入口液体

3、入口中心；出口中心；出口切线切线2）. 泵壳泵壳泵体的外壳，包围叶轮泵体的外壳，包围叶轮截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道 3）. 泵轴泵轴垂直叶轮面，垂直叶轮面，叶轮中心叶轮中心 一、离心泵主要部件一、离心泵主要部件6二、离心泵的工作原理二、离心泵的工作原理 1）. 原动机原动机轴轴叶轮，旋转叶轮，旋转离心力离心力叶片间液体叶片间液体中心中心外围外围液体被做功液体被做功 动能动能 高速离开叶轮高速离开叶轮2）. 排出管：液体的汇集与能量的转换（动排出管：液体的汇集与能量的转换（动静静）7 3） 吸上原理与气缚现象吸上原理与气缚现象叶轮中心低压的形成叶轮中心低压的形成 p

4、 泵内有气，泵内有气， 则则 泵入口压力泵入口压力 液体不能吸上液体不能吸上气缚气缚启动前灌泵启动前灌泵液体高速离开液体高速离开8三、三、离心泵的性能参数与特性曲线离心泵的性能参数与特性曲线1）流量：）流量： 单位时间内泵所输送的流体体积。单位时间内泵所输送的流体体积。M3/s2）扬程：）扬程： 指单位重量的流体流经泵所获得的能量。指单位重量的流体流经泵所获得的能量。J/N=m1、离心泵的性能参数离心泵的性能参数9fmvHgugphHgugp22022021fvmHguugpphH221220pvpm取截面取截面1 1、2 2列伯努力方程：列伯努力方程：化简得：化简得：gpphHvm0103

5、3、功率、功率输入功率：电机传给泵轴的功率输入功率：电机传给泵轴的功率P P。（轴功率）（轴功率）输出功率：单位时间内液体从泵中叶轮获得的输出功率：单位时间内液体从泵中叶轮获得的 有效能量。有效能量。（有效功率）有效功率）功率损失：水力损失、容积损失、机械损失。功率损失：水力损失、容积损失、机械损失。4 4、效率：、效率：有效功率与轴功率之比。有效功率与轴功率之比。 一般为一般为0.60.650.60.65、大型泵、大型泵0.90.9HqgPvePPe11四、离心泵的特性曲线四、离心泵的特性曲线HQNQ Q厂家实验测定厂家实验测定产品说明书产品说明书 2020 C C清水清水1 1、特性曲线：

6、、特性曲线：离心泵的扬程、功率、效率与流量离心泵的扬程、功率、效率与流量之间的关系曲线。之间的关系曲线。 H-qH-qv v曲线：曲线：q qv v上升、上升、H H下降下降 P-P-q qv v曲线：曲线：q qv v上升、上升、P P上升上升 -q qv v曲线：开始曲线：开始q qv v上升、上升、上升，至最高点；上升，至最高点；q qv v上升、上升、下降。下降。四、离心泵的特性曲线四、离心泵的特性曲线122 2、离心泵特性的影响因素、离心泵特性的影响因素 1 1）转速转速比例定律比例定律：1212nnqqvv21212nnHH31212nnPP转速的影响：对同型号、同一种液体、效率转

7、速的影响：对同型号、同一种液体、效率不变。不变。比例定律比例定律泵的转速变化泵的转速变化20%hr 不汽蚀不汽蚀ha=hr 开始发生汽蚀开始发生汽蚀hahr 严重汽蚀严重汽蚀最大允许安装高度计算式最大允许安装高度计算式fv0gHgphgpH24例例1 1用离心泵从真空度为用离心泵从真空度为360mmHg360mmHg的容器中的容器中输送液体，所用泵的必需汽蚀余量为输送液体，所用泵的必需汽蚀余量为3m3m。该液。该液体在输送温度下的饱和蒸汽压为体在输送温度下的饱和蒸汽压为200mmHg200mmHg，密，密度为度为900kg/m3900kg/m3，吸入管路的压头损失为，吸入管路的压头损失为0.5

8、m0.5m，试确定泵的安装位置。若将容器改为敞口，该试确定泵的安装位置。若将容器改为敞口，该泵又应如何安装？（当地大气压为泵又应如何安装？（当地大气压为100kPa100kPa）25m63. 05 . 0381. 9900101325760200)10132576036010100(30max吸入吸入frvghhgppHm8 . 45 . 0381. 99001013257602001010030max吸入吸入frvghhgppH解：（解：（1 1）当容器内真空度为）当容器内真空度为360mmHg360mmHg时，时，故泵宜安装在液面以下（故泵宜安装在液面以下（0.630.630.50.5）1

9、.13m1.13m更低的位置。更低的位置。（2 2）当容器敞口时，）当容器敞口时，故泵宜安装在液面以上低于（故泵宜安装在液面以上低于（4.84.80.50.5）4.3m4.3m的位置。的位置。26已知塔已知塔内液面上方的内液面上方的真空度为真空度为500mmHg500mmHg，且，且液体处于沸腾状态。液体处于沸腾状态。吸入管路全部压头损吸入管路全部压头损失为失为0.8m0.8m，釜液的密，釜液的密度为度为890kg/m890kg/m3 3，所用泵，所用泵的必需汽蚀余量为的必需汽蚀余量为2.0m2.0m，问此泵能否正，问此泵能否正常操作？常操作？例例2 2如附图所示，用离心泵将某减压精馏塔塔如附

10、图所示，用离心泵将某减压精馏塔塔底的釜液送至贮槽，泵位于贮槽液面以下底的釜液送至贮槽，泵位于贮槽液面以下2m2m处。处。27Vpp 0吸吸入入frVghhgppH0maxm8 . 28 . 00 . 2max0 . 2gHHgm实实 解：因塔内液体处于沸腾状态，则液面上方解：因塔内液体处于沸腾状态，则液面上方的压力即为溶液的饱和蒸汽压，即的压力即为溶液的饱和蒸汽压，即该泵的最大安装高度：该泵的最大安装高度：说明此泵安装不当，泵不能正常操作，会发生说明此泵安装不当，泵不能正常操作，会发生气蚀现象。气蚀现象。 28 2.2.5 离心泵的类型、选用、安装与操作离心泵的类型、选用、安装与操作1、离心泵

11、的类型离心泵的类型按输送液体的性质不同按输送液体的性质不同1. 清水泵：清水泵：输送清水或相近、无腐蚀性、杂质输送清水或相近、无腐蚀性、杂质较少的液体。结构简单，造价低较少的液体。结构简单，造价低。 IS 2. 耐腐蚀泵：耐腐蚀泵：输送腐蚀性的液体，用耐腐蚀材输送腐蚀性的液体，用耐腐蚀材料制成，要求密封可靠。料制成，要求密封可靠。 F3. 油泵：油泵：输送石油产品，要求有良好密封性。输送石油产品，要求有良好密封性。 Y29 4. 4. 杂质泵：杂质泵：输送含固体颗粒的液体、稠厚的浆液，叶输送含固体颗粒的液体、稠厚的浆液，叶轮流道宽，叶片数少。轮流道宽，叶片数少。 P P单吸泵；双吸泵单吸泵；双

12、吸泵30单级泵；多级泵单级泵；多级泵串联组合；并联组合串联组合；并联组合31 2 2、 离心泵的选用离心泵的选用（1 1）确定管路流量和所需外加压头）确定管路流量和所需外加压头 qvqv生产任务，生产任务，H H管路的特性方程管路的特性方程 （2 2）根据所需）根据所需qvqv和和H H确定泵的型号确定泵的型号 查性能表或曲线，要求泵的查性能表或曲线，要求泵的H H和和qvqv与管路所需相适与管路所需相适应。应。 若若需需qvqv有变，以最大有变，以最大qvqv为准，为准，H H应以最大应以最大qvqv值查找。值查找。 若泵的若泵的H H和和qvqv与管路所需不符，在邻型号中找与管路所需不符，

13、在邻型号中找H H和和qvqv都稍大一点的。都稍大一点的。 32若液体性质与清水相差大，则应对所选泵的特性曲线若液体性质与清水相差大，则应对所选泵的特性曲线和参数进行校正，看是否能满足要求。和参数进行校正，看是否能满足要求。 若几个型号都行，应选在操作条件下若几个型号都行，应选在操作条件下 最高者最高者为保险，所选泵可稍大；但若太大，能量利用程度低。为保险，所选泵可稍大；但若太大，能量利用程度低。 3 3、离心泵的安装与操作、离心泵的安装与操作 安装安装安装高度应小于允许安装高度安装高度应小于允许安装高度 尽量减少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少；尽量减少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少； 调

14、节阀应装于出口管路。调节阀应装于出口管路。 (3)(3)校核泵的特征参数校核泵的特征参数 33操作操作 启动前应灌泵，并排气。启动前应灌泵，并排气。 应在出口阀关闭的情况下启动泵应在出口阀关闭的情况下启动泵 停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮 经常检查轴封情况经常检查轴封情况 34例用内径为例用内径为120mm120mm的钢管将河水送至一蓄水池的钢管将河水送至一蓄水池中，要求输送量为中，要求输送量为6060100m3/h100m3/h。水由池底部进。水由池底部进入，池中水面高出河面入，池中水面高出河面25m25m。管路的总长度为。管路的总长度为80m80m，其中吸

15、入管路为其中吸入管路为24m24m（均包括所有局部阻力的当（均包括所有局部阻力的当量长度），设摩擦系数为量长度），设摩擦系数为0.0280.028。，试选用一台。，试选用一台合适的泵，并计算安装高度。设水温为合适的泵，并计算安装高度。设水温为2020，大，大气压力为气压力为101.3kPa101.3kPa。35gudllZhZHef22sm46. 212. 0785. 03600100785. 022dquvm76.3081. 9246. 212. 080028. 0252Hmhm376.30,100HqvmkWmhm30 . 4,2 .11%,78,32,100rvhPHq解：以大流量解：以

16、大流量qvqv100m100m3 3/h/h计。计。在河水与蓄水池面间列柏努力方程，并简化：在河水与蓄水池面间列柏努力方程，并简化： 由由 选泵选泵IS100-80-160IS100-80-160，其性能为：，其性能为：36C200kPamkg3335. 22 .998vP吸吸入入frvhhgppHg0maxgudllhef2)(2吸入吸入m73. 181. 9246. 212. 024028. 02m4 . 473. 10 . 481. 92 .99810)335. 23 .101(3maxHgm5 . 0m9 . 3m9 . 3 确定安装高度：确定安装高度： 减去安全余量减去安全余量，实为

17、，实为即泵可安装在河水面上不超过即泵可安装在河水面上不超过的地方。的地方。以下。以下。37第二节第二节 其他类型泵其他类型泵2.2.1 往复泵往复泵2.2.2 齿轮泵齿轮泵2.2.3 旋涡泵旋涡泵38单动泵单动泵双动泵双动泵三联泵三联泵39说明：说明： 活塞往复运动，直接以静压能形式供能。活塞往复运动，直接以静压能形式供能。 单动泵，供液不连续；双动泵，连续。单动泵，供液不连续；双动泵，连续。为耐高压，活塞和连杆用柱塞代替。为耐高压，活塞和连杆用柱塞代替。 402 2、往复泵的流量和压头往复泵的流量和压头 1 1） 理论平均流量理论平均流量单动单动AsnqV理双动双动snaAqV 2理 2 2

18、）实际平均流量）实际平均流量= =容积效率容积效率 理论平均流量理论平均流量理VVVqq与压头无关与压头无关41 3 3）往复泵的压头）往复泵的压头 挤压供液，挤压供液，H H任意高。任意高。其上限取决于材料强度、密封、电机负载其上限取决于材料强度、密封、电机负载实际取决于管路特性实际取决于管路特性423 3、 往复泵的流量调节往复泵的流量调节 用旁路阀调节流量用旁路阀调节流量 改变曲柄转速改变曲柄转速改变活塞杆的行程改变活塞杆的行程43二、二、工作原理工作原理旋转泵的一种旋转泵的一种三、流量调节三、流量调节四、应用场合四、应用场合转速或旁路转速或旁路高压头、小流量。粘稠以至膏状物。高压头、小

19、流量。粘稠以至膏状物。不适于输送固体悬浮液不适于输送固体悬浮液44叶轮开有凹槽的圆盘叶轮开有凹槽的圆盘引水道引水道叶轮旋转，凹槽内液体被做功。在引水道和凹槽间叶轮旋转，凹槽内液体被做功。在引水道和凹槽间往返多次，被多次做功。往返多次，被多次做功。二、流量调节二、流量调节三、应用场合三、应用场合qvqv，H H高压头，较小流量高压头，较小流量不适于输送固体悬浮液、高粘度流体不适于输送固体悬浮液、高粘度流体旁路调节法旁路调节法45概述概述 1 1、气体输送机械在工业生产中的应用气体输送机械在工业生产中的应用 气体输送气体输送 压力不高，但量大，动力消耗大压力不高，但量大，动力消耗大产生高压气体：产

20、生高压气体： 终到设备压力高终到设备压力高生产真空：生产真空： 上游设备负压操作上游设备负压操作2 2、气体输送机械的一般特点、气体输送机械的一般特点 动力消耗大动力消耗大 第三节第三节 气体输送机械气体输送机械46设备体积庞大设备体积庞大 特殊性特殊性气体的可压缩性气体的可压缩性 3 3、气体输送机械的分类气体输送机械的分类 工作原理工作原理离心式、旋转式、往复式、喷射式等离心式、旋转式、往复式、喷射式等出口压力（终压）和压缩比出口压力（终压）和压缩比 通风机：通风机：终压终压 15kPa15kPa，压缩比，压缩比1 1至至1.151.15鼓风机：鼓风机：终压终压15300kPa15300k

21、Pa，压缩比小于，压缩比小于4 4。压缩机：压缩机：终压终压 300kPa300kPa以上，压缩比大于以上，压缩比大于4 4。真空泵：真空泵：造成负压，终压造成负压，终压p p0 0，压缩比由真空度决定。，压缩比由真空度决定。 471 1、离心式通风机的结构特点、离心式通风机的结构特点 叶轮直径较大叶轮直径较大 适应适应大大风量风量叶片数较多叶片数较多 叶片有平直、前弯、后弯叶片有平直、前弯、后弯不求高效率时不求高效率时前弯前弯机壳内逐渐扩大的通道及出口截面常为矩形机壳内逐渐扩大的通道及出口截面常为矩形 482、性能参数和特性曲线、性能参数和特性曲线 1）. 风量：风量：按入口状态计的单位时间

22、内的排气体积。按入口状态计的单位时间内的排气体积。m3/s，m3/h 操作条件与标准状态的风量关系：操作条件与标准状态的风量关系：00vvqq49 2 2）. .全风压：全风压：单位体积气体通过风机时获得的能量。单位体积气体通过风机时获得的能量。J/mJ/m3 3，PaPa风机进、出口之间写伯努力方程风机进、出口之间写伯努力方程f212212122)()()(huuppzzgptgzz)(12忽略忽略忽略能量损失忽略能量损失kst212212t22)(ppuuppp全风压全风压50说明说明 出口速度很高，进口速度较小，通风机动风压出口速度很高，进口速度较小，通风机动风压P Pd d为为出口动风

23、压出口动风压P Pd2d2。 气体获能气体获能 = = 进出口静压差进出口静压差( (静风压静风压P Ps s)+)+动能差动能差( (动风压动风压P Pd d) )()(d2d1s2s1tpppppdsttpppd1s2s1stpppp)(d2dpp 51 3 3） 轴功率和轴功率和有效功率有效功率PPpqPPVet轴功率轴功率tpqPVe有效功率有效功率 4 4） 效率效率52 qvPqvqvptqvpstqvp 4. 4. 特性曲线特性曲线 1atm1atm、2020用空气测定用空气测定 ptqv，pstqv，Pqv， q qv53例例3 3现从一气柜向某设备输送密度为现从一气柜向某设备输送密度为1.36kg/m31.36kg/m3的气体，气