化工原理第二章流体输送机械

1、 第二章第二章 流体输送机械流体输送机械第一节：概述：第一节：概述： 流体输送机械驱动流体通过多种设备，将流体从一处送到他处，无论流体输送机械驱动流体通过多种设备，将流体从一处送到他处，无论是提高其位置或是使其压力升高或只需克服沿路的阻力，都可以通过向流是提高其位置或是使其压力升高或只需克服沿路的阻力，都可以通过向流体提供机械能的方法来实现。体提供机械能的方法来实现。 流体从输送机械取得机械能后，其流体从输送机械取得机械能后，其直接表现是净压头的增大直接表现是净压头的增大。新增的。新增的净压头在输送过程中再转变为其它压头或消耗克服流动阻力，所以，净压头在输送过程中再转变为其它压头或消耗克服流动

2、阻力，所以，流体流体输送就是向流体作功并提高其机械能输送就是向流体作功并提高其机械能。 学习本章的目的：学习本章的目的： 了解设备结构、性能、操作原理了解设备结构、性能、操作原理 了解功率消耗计算（生产中功耗是个重点指标）了解功率消耗计算（生产中功耗是个重点指标） 通过学习后能合理地选用通过学习后能合理地选用第二节：液体输送机械第二节：液体输送机械 液体输送在食品工厂各生产过程中起着重点作用。液体输送在食品工厂各生产过程中起着重点作用。 液体输送设备的种类很多，按照工作原理的不同，分为液体输送设备的种类很多，按照工作原理的不同，分为离心泵、往复离心泵、往复泵、旋转泵及旋涡泵泵、旋转泵及旋涡泵等

3、几种。其中，以离心泵在生产上应用最为广泛。等几种。其中，以离心泵在生产上应用最为广泛。2 21 1 离心泵：离心泵：2 21 11 1离心泵的工作原理和主要部件离心泵的工作原理和主要部件一一、离心泵的工作原理：离心泵的工作原理： 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，主要是依靠依靠高速旋转高速旋转的叶轮。液体在的叶轮。液体在离心力离心力的的作用下获得了能量以提高压强。作用下获得了能量以提高压强。 气缚气缚：启动时，若泵内无液体，则：启动时，若泵内无液体，则泵内存有空气，由于空气的密度小于液泵内存有空气，由于空气的密度小于液体的密度，产生的离心力小，因而叶轮体的密度，产生的离心力

4、小，因而叶轮中心所形成的低压不足以将贮槽内的液中心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体吸入泵内，此时虽启动离心泵也不能输送液体。表明输送液体。表明离心泵无自吸能力离心泵无自吸能力。二二、离心泵的主要部件离心泵的主要部件 最主要的部件为最主要的部件为叶轮、泵壳、轴封装置叶轮、泵壳、轴封装置。叶轮叶轮：作用：将原动机的机械能传给液体，使液体的净压能和动能均有所提作用：将原动机的机械能传给液体，使液体的净压能和动能均有所提高。高。 闭闭 式式 后盖板上开有后盖板上开有平衡孔平衡孔，平衡一部分轴向推力的，平衡一部分轴向推力的 分分 作用，是最简单的一种平衡轴向力的方法。作

5、用，是最简单的一种平衡轴向力的方法。 半闭式半闭式 适于输送浆料或含有固体悬浮物的液体。因取适于输送浆料或含有固体悬浮物的液体。因取 消后盖板。叶轮流道不易堵塞，但液体在叶轮消后盖板。叶轮流道不易堵塞，但液体在叶轮 类类 间运动时容易产生倒流，故效率也较低。间运动时容易产生倒流，故效率也较低。 开开 式式 按吸液方式分按吸液方式分 单吸：结构简单单吸：结构简单 双吸：具备较大的吸液能力，基本上可以消除轴向推力双吸：具备较大的吸液能力，基本上可以消除轴向推力 在食品行中，为了拆洗方便，叶轮的后盖板往往是可拆卸的，或采在食品行中，为了拆洗方便，叶轮的后盖板往往是可拆卸的，或采用叶片少的闭式叶轮。用

6、叶片少的闭式叶轮。泵壳泵壳：又称蜗壳，因壳内有一个截面积逐渐扩大的蜗壳形通道。：又称蜗壳，因壳内有一个截面积逐渐扩大的蜗壳形通道。 存放叶轮存放叶轮作用作用 汇集流体汇集流体 能量转化：是一个能量转化：是一个 转能装置转能装置 导轮：叶轮与泵壳之间，固定不动而带有叶片。导轮：叶轮与泵壳之间，固定不动而带有叶片。 使高速液体流过时能均匀而平和地将动能转变为静压能，以使高速液体流过时能均匀而平和地将动能转变为静压能，以减小能量损失。减小能量损失。轴封装置轴封装置： 泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。 作用：防止高压液体漏出或分界空气漏入泵内作用：防止高压液体漏出或分界空气

7、漏入泵内 填料密封：填料密封： 盘根：为浸油或涂石墨的石棉绳盘根：为浸油或涂石墨的石棉绳 机械密封：机械密封： 适合于密封要求较高的场合。适合于密封要求较高的场合。 优点：密封性能好，使用寿命长、轴不易磨损、功耗小。优点：密封性能好，使用寿命长、轴不易磨损、功耗小。 缺点：加工程度高、结构复杂、安装要求高、价格高。缺点：加工程度高、结构复杂、安装要求高、价格高。三、三、离心泵的类型：离心泵的类型： 按按液体的性质液体的性质可分为水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵等。可分为水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵等。 按按叶轮的吸入方式叶轮的吸入方式：单吸泵、双吸泵：单吸泵、双吸泵 按按叶轮数量叶轮数量分：单级泵

8、、多级泵分：单级泵、多级泵 各种类型的离心泵按照其结构特点自成为一个系列，并以一个或各种类型的离心泵按照其结构特点自成为一个系列，并以一个或几个汉语拼音字母作为系列代号几个汉语拼音字母作为系列代号水泵水泵：用于输送清水及物理、化学性质类似于水的清洁液体。：用于输送清水及物理、化学性质类似于水的清洁液体。a a) )单级单吸悬臂式离心泵单级单吸悬臂式离心泵：应用最广泛。系列代号为：应用最广泛。系列代号为B B。亦称。亦称B B型泵。泵体泵型泵。泵体泵盖铸铁制成。全系列扬程范围盖铸铁制成。全系列扬程范围8 898m98m，流量，流量4.54.5360 360 m3/hb b) )多级泵多级泵：用于

9、压头较高而流量不大的场合。一般：用于压头较高而流量不大的场合。一般2 2级至级至9 9级，最多可达级，最多可达1212级级 系列代号系列代号D D, ,亦称亦称D D型泵型泵. .全系列扬程范围全系列扬程范围1414351m 351m 流量流量10.8-850 10.8-850 m3/h c)c)双吸泵双吸泵: :用于压头要求不高但流量较大的场合用于压头要求不高但流量较大的场合 代号代号shsh 。全系列扬程范围。全系列扬程范围 9 9140m140m， 流量流量12012012500 12500 m3/h 耐腐泵（耐腐泵（F F型）型）： 输送酸、碱等腐蚀性液体输送酸、碱等腐蚀性液体, ,主

10、要特点：和液体接触部件用耐腐蚀材料制成主要特点：和液体接触部件用耐腐蚀材料制成 全系列扬程范围全系列扬程范围1515105m 105m 流量流量2 2400 400 m3/h 油泵（油泵（Y Y型）型）：输送油品：输送油品 油品特点：易燃、易爆，因此对油泵的一个重要要求是密封完善。油品特点：易燃、易爆，因此对油泵的一个重要要求是密封完善。 有单吸，双吸与单级、多级之分。有单吸，双吸与单级、多级之分。 全系列扬程范围全系列扬程范围6060603m 603m 流量流量6.256.25500 500 m3/h 杂质泵（杂质泵（P P型）型）：输送悬浮液及稠厚的浆液：输送悬浮液及稠厚的浆液 系列代号系

11、列代号P P，又分污水泵，又分污水泵PWPW、砂泵、砂泵PSPS、泥浆泵、泥浆泵PNPN 要求：不易被杂质堵塞、耐腐，容易拆洗。要求：不易被杂质堵塞、耐腐，容易拆洗。 （特点：叶轮滤边完、叶片数目少。常采用半闭式或开式叶轮（特点：叶轮滤边完、叶片数目少。常采用半闭式或开式叶轮) ) 8泵吸入口直径（英寸）即825=200mm泵的型号：泵的型号： 8B29A B8B29A B单级单吸悬臂式离心泵单级单吸悬臂式离心泵 2929泵的扬程泵的扬程 m m （设计点）（设计点） A A叶轮直径比基本型叶轮直径比基本型8B298B29小一级小一级 4040泵吸入口直径泵吸入口直径 mmmm F F悬臂式的

12、耐腐蚀离心泵悬臂式的耐腐蚀离心泵 40FM1-26 M40FM1-26 M与液体接触部件材料代号（与液体接触部件材料代号（M M表示铬镍钼钛合金钢）表示铬镍钼钛合金钢） 1 1轴封型式代号（轴封型式代号（1 1表示单端面密封表示单端面密封) ) 2.1.2 2.1.2 离心泵的主要性能参数和特性曲线。离心泵的主要性能参数和特性曲线。一一、性能参数：性能参数：流量流量：Q Q 又称泵的输液能力，指离心泵在单位时间里输送到管路系统又称泵的输液能力，指离心泵在单位时间里输送到管路系统的液体体积。的液体体积。 单位：单位：m3/h Q Q取决于泵的结构、尺寸（主要为叶轮流道尺寸）、转速取决于泵的结构、

13、尺寸（主要为叶轮流道尺寸）、转速压头压头：H H 又称泵的扬程又称泵的扬程, ,指泵对单位重量的液体所提供的有效能量。指泵对单位重量的液体所提供的有效能量。 Nm/N=m。 H H取决于泵的结构（如叶轮直径、叶片弯曲情况等）、转速和流取决于泵的结构（如叶轮直径、叶片弯曲情况等）、转速和流量。量。 对一定的泵，在一定的转速下，压头与流量之间具有一定的关系。对一定的泵，在一定的转速下，压头与流量之间具有一定的关系。 目前尚不能从理论上精确计算，一般为实验测定。目前尚不能从理论上精确计算，一般为实验测定。效率效率： 高压液体高压液体 叶轮、泵间隙叶轮、泵间隙 低压区低压区 容积损失容积损失：由于泵的

14、泄漏所造成的：由于泵的泄漏所造成的 密封处密封处 壳外壳外 平衡孔平衡孔 低压区低压区 水力损失水力损失：液体流过泵体内时，其流速大小及方向都要改变，：液体流过泵体内时，其流速大小及方向都要改变， 并发生冲击，损失一部分能量。并发生冲击，损失一部分能量。机械损失机械损失：泵运转时，泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间，：泵运转时，泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间， 叶轮盖外表面与液体之间均产生摩擦，而引起能量损失。叶轮盖外表面与液体之间均产生摩擦，而引起能量损失。 泵的效率反映上述三项能量损失的总和，故又称泵的效率反映上述三项能量损失的总和，故又称总效率总效率。与泵的大。与泵的大小、类型、制造精密

15、程度和输送液体的性质有关。小、类型、制造精密程度和输送液体的性质有关。 一般小型泵：一般小型泵：505070% 70% 大型泵为大型泵为90%90%左右左右 轴功率轴功率：泵轴从电机得到的实际功率。以：泵轴从电机得到的实际功率。以N N表示，（即泵常指的功率）表示，（即泵常指的功率） 有效功率有效功率Ne：指排送到管道的液体从叶轮所获得的能量。：指排送到管道的液体从叶轮所获得的能量。 =Ne/N 又又Ne=QHg Ne= QH 9.81/1000 = QH/102 （KW） 泵的轴功率：泵的轴功率：N= QH/102 （KW）二、离心泵的特性曲线：主要性能参数是：Q、H、N、 多种型号的离心泵

16、有其本身独自的性能曲线，但都具有以下的共同点： H-Q曲线： 与Q时H （流量转小时有例外） N-Q曲线： N 随Q的增大而上升。 Q=0时 N为最小，故起动时应关闭阀门 -Q曲线：Q=0时,=0；Q增大,也逐渐增大并达到一最大值 Q再增加，则又逐渐减小。 离心泵在一定转速下有一最高效率点，称为设计点。此时对应的Q、H、N值称为最佳工况参数。铭牌上标注的即为此值。三、离心泵性能的影响因素三、离心泵性能的影响因素： 离心泵特性曲线是在一定转速和常压下，以常温的清水为工质做离心泵特性曲线是在一定转速和常压下，以常温的清水为工质做实验测得的。实验测得的。 1. 1. 密度的影响密度的影响 作离心泵的

17、速度三角形，最后推得可的：（离心泵基本方程式）作离心泵的速度三角形，最后推得可的：（离心泵基本方程式） H HTT= = H HTT = = gCocuCoscu1311222TQbDgctgugu222222令：令：A = B =A = B = A A =f( =f(结构、速度结构、速度) ) B B 化简为：化简为：H HTT=A-BQ=A-BQT T 离心泵一定，转速一定，离心泵一定，转速一定，A A、B B为常数为常数 H H、Q Q均与液体密度均与液体密度无关，则无关，则亦不随液体的密度而改变。亦不随液体的密度而改变。 改变，改变， H-QH-Q曲线，曲线，Y-QY-Q曲线保持不变曲

18、线保持不变 但但N N与与有关有关, ,故故改变改变,N,N也变也变, ,介质不同时要按公式重新计算。介质不同时要按公式重新计算。gu222222bDgctyu2.2.粘度影响粘度影响： 若若被输送被输送 清水、常温清水、常温时，泵体内的能量损失增大，泵的时，泵体内的能量损失增大，泵的H H 和和Q Q均下降，均下降， 也下降，而也下降，而N N（轴功率）增大，即泵的特性曲线发生变化。（轴功率）增大，即泵的特性曲线发生变化。 粘度对泵的影响甚复杂，难以用理论方法推算，通常用修正系数进行粘度对泵的影响甚复杂，难以用理论方法推算，通常用修正系数进行 粗略计算：粗略计算： Q=CQ=CQ QQ H=

19、CQ H=CH HH =CH =C3.3.转速的影响转速的影响： 特性曲线是在一定转速下测定的，实际使用当特性曲线是在一定转速下测定的，实际使用当n n改变时，速度三角形将改变时，速度三角形将 发生变化，发生变化，H H、Q Q、及轴功率及轴功率N N也随之改变。也随之改变。 当液体粘度（当液体粘度（）不大，且泵效率）不大，且泵效率不变时，有近似关系：不变时，有近似关系： Q1/Q2=n1/n2 H1/H2=(n1/n2) )2 2 N1/N2=(n1/n2) )3 3 比例定律比例定律3.3.叶转直径的影响叶转直径的影响： 当泵的转速一定时，其当泵的转速一定时，其H、Q与叶轮直径有关。同一型

20、号的泵，换用直与叶轮直径有关。同一型号的泵，换用直 径较小的叶轮，而其他几何尺寸不变，这种现象称为叶轮的径较小的叶轮，而其他几何尺寸不变，这种现象称为叶轮的“切割切割”。 叶转直径变化不大，转速不变时，有近似关系：叶转直径变化不大，转速不变时，有近似关系： Q/Q=D2/D2 H/H=(D2/D2) )2 2 N/N=(D2/D2) )3 3 切割定律切割定律2.1.3 2.1.3 离心泵的工作点和安装高度离心泵的工作点和安装高度一一、离心泵的工作点：离心泵的工作点： 管路特性曲线推导：管路特性曲线推导： 在在1-11-1和和2-22-2间列柏努利方程：间列柏努利方程： He=He= 式中的压

21、头损失：式中的压头损失： h hf f = = = =令令A= A= 为常数为常数, , He=K+BQHe=K+BQe e2 2fhgugpE22gAQedllgudlleceece2)360()(22222)3600(21)(QeAgdllecegpz022gu 在相应的座标图上标绘在相应的座标图上标绘HeHeQeQe曲线，此曲线称曲线，此曲线称管路特性曲线管路特性曲线，表，表示在特定的管路系统中，于固定操作条件下，流体流经该管路时所需示在特定的管路系统中，于固定操作条件下，流体流经该管路时所需的压头与流量关系，此曲线的形状由管路布局与操作条件来确定，与的压头与流量关系，此曲线的形状由管路

22、布局与操作条件来确定，与泵的性能无关。泵的性能无关。离心泵总是安装在一定管路上工作的，泵所提供的压头与流量必然应离心泵总是安装在一定管路上工作的，泵所提供的压头与流量必然应与管路所需的压头与流量相一致。与管路所需的压头与流量相一致。 管管 路路 输送要求输送要求 工作点工作点与与 阀门开度阀门开度 有关有关 泵的型号泵的型号 泵的转速泵的转速 该点所对应的流量和压头既能满足管路系统的要求，又为离心泵该点所对应的流量和压头既能满足管路系统的要求，又为离心泵所提供，即所提供，即H=He，Q=Qe 换言之，对所选定的离心泵，以一定转速在此特定管路系统运换言之，对所选定的离心泵，以一定转速在此特定管路

23、系统运转时，只能在这一点工作。转时，只能在这一点工作。二、离心泵的流量调节：二、离心泵的流量调节： 生产任务发生变化，出现泵的工作流量与生产要求不适应，对泵进行流量生产任务发生变化，出现泵的工作流量与生产要求不适应，对泵进行流量调节；所选泵所提供的流量不符合输送任务的要求。实质是改变泵的工作点调节；所选泵所提供的流量不符合输送任务的要求。实质是改变泵的工作点 工作点由工作点由H HQ Q曲线与曲线与HeHeQeQe曲线所决定，故改变曲线所决定，故改变H HQ Q曲线与曲线与HeHeQeQe曲线均曲线均能调节流量使之达到要求。能调节流量使之达到要求。改变阀门开度改变阀门开度： 实质是改变实质是改

24、变HeHeQeQe曲线曲线 优：调节迅速方便，优：调节迅速方便， 流量可以连续变化，流量可以连续变化， 适合一般生产特点，适合一般生产特点， 应用广泛。应用广泛。 缺：阀门关小，流动缺：阀门关小，流动 阻力加大，要多阻力加大，要多 耗一部分能量，不经济耗一部分能量，不经济改变泵的转速改变泵的转速： 实质是改变泵的特性曲线实质是改变泵的特性曲线 优：保持管路特性曲线不变，动力消耗少优：保持管路特性曲线不变，动力消耗少 缺：需变速装置或价格昂贵的变速原动机，流量不能连续。缺：需变速装置或价格昂贵的变速原动机，流量不能连续。三、离心泵的安装高度三、离心泵的安装高度1.1.离心泵的气蚀现象离心泵的气蚀

25、现象： 定义：当叶片入口附近的最低压强等于或小于输送温度下液体的饱和定义：当叶片入口附近的最低压强等于或小于输送温度下液体的饱和蒸气压时，液体就在该处发生气化并产生气泡，随同液体从低压区流向高蒸气压时，液体就在该处发生气化并产生气泡，随同液体从低压区流向高压区，气泡又在高压的作用下，迅速凝结、破裂，瞬间内周围的液体即以压区，气泡又在高压的作用下，迅速凝结、破裂，瞬间内周围的液体即以极高的速度冲向原气泡所占据的间空极高的速度冲向原气泡所占据的间空, ,在冲击点处形成高达几百大气压的在冲击点处形成高达几百大气压的压强，冲击频率可高达每秒几万次之多。压强，冲击频率可高达每秒几万次之多。 危害：产生噪

26、音和震动，叶轮局部表面受巨大冲击，材料表面疲劳危害：产生噪音和震动，叶轮局部表面受巨大冲击，材料表面疲劳点蚀点蚀蜂窝状空洞蜂窝状空洞 流动异常，流量流动异常，流量Q Q、压头、压头H H与效率与效率显著下降。显著下降。 措施：为使泵能正常运转，叶片入口附近的最低压强必须维持在某一措施：为使泵能正常运转，叶片入口附近的最低压强必须维持在某一临界值以上，常取输送温度下液体的饱和蒸气压临界值以上，常取输送温度下液体的饱和蒸气压P Pv v为这一临界压强。为这一临界压强。 实际操作中，不易测出最低压强位置，往往是测泵入口处的压强再加实际操作中，不易测出最低压强位置，往往是测泵入口处的压强再加上一安全量

27、，为泵入口处允许的最低绝对压强上一安全量，为泵入口处允许的最低绝对压强P P1 1（N/mN/m2 2 ）。习惯上常把）。习惯上常把P P1 1表示成为真空度，并以被输送液体的液柱高度为计量单位，称为表示成为真空度，并以被输送液体的液柱高度为计量单位，称为允许吸上允许吸上真空度真空度，以，以HsHs表示表示 HsHs是指压强为是指压强为P P1 1处可处可允许达到的最高真空度允许达到的最高真空度。gppHsa12 2离心泵的安装高度离心泵的安装高度 允许安装高度允许安装高度，又称，又称允许吸上高度允许吸上高度，是指泵的吸入口与吸入贮槽液，是指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，

28、以面间可允许达到的最大垂直距离，以H Hg g表示表示如右图，假定泵在可允许的最高位置的操作，如右图，假定泵在可允许的最高位置的操作，0 000与与1 111间列柏努间列柏努利方程：可利方程：可得：得：由于贮槽是敞口：由于贮槽是敞口： 又又 有：有： 与被输送液体的物理性质、当地大气压强、泵的结构、流量等因素与被输送液体的物理性质、当地大气压强、泵的结构、流量等因素有关有关, ,由制造工厂用实验测定。实验是在大气压为由制造工厂用实验测定。实验是在大气压为1010mHmH2 2O O下，以下，以2020的的清水为工质进行的，相应的允许吸上真空度用清水为工质进行的，相应的允许吸上真空度用H Hs s表示，在样本产品说明表示，在样本产品说明书上标出。书上标出。 若