第2章 流体输送机

1、第二章 流体输送机械 主讲:李梅2022-3-19李 梅22.1 概述 一、输送流体所需的能量 *管路特性方程H=P/(g) +Kqv2，表明管路中流体的流量与所需补加能量的关系。2022-3-19李 梅3 H=P/g +Kqv2 上式说明，需向流体提供的能量用于提高流体的势能和克服管路的阻力损失；其中阻力损失与被输送流体的流量有关。 低阻管路系统的特性曲线较为平坦； 高阻管路系统的特性曲线较为陡峭。2022-3-19李 梅4 二、压头和流量是输送流体输送机械的主要技术指标压头（扬程）：输送机械向单位重量流体提供的能量。 H=P/g +Kqv2 说明，输送流体，必须达到规定的输送量。所以，需补

2、给单位重量输送流体以足够的能量，其数量应与上式的H值相等。 许多流体输送机械在不同流量下压头不同，压头和流量的关系由输送机械本身的特性决定。（本章重点）2022-3-19李 梅5三、流体输送机械的分类流体输送机械按工作原理分类： 离心式（叶轮式） 往复式 旋转式 流体动力作用式根据流体性质的不同分成： 输送液体用的泵 输送气体用的压缩机（或风机） 2022-3-19李 梅62.2 离心泵 2.2.1 离心泵的工作原理 一、离心泵的主要构件叶轮和蜗壳 离心泵主要由旋转的叶轮和固定的泵壳组成，叶轮上有48片后弯的叶片，泵壳成蜗壳形。依靠高速旋转的叶轮在离心力的作用下，将能量传递给液体，在这里主要是

3、增加液体的静压能。2022-3-19李 梅72022-3-19李 梅8 二、离心泵的基本方程式 1.液体质点在叶轮内的运动 离心泵在输送液体时，液体在叶轮内除以切向速度u随叶轮旋转外，还以相对速度沿叶片之间的通道流动。液体在叶片之间任一点的绝对速度c等于该点的切向速度u和相对速度的向量和。 根据余弦定理：2221111 112222222222cos2coscucucuc u2022-3-19李 梅9 2.基本方程的推导 在本章习惯上用压头来表示泵对单位重量流体所提供的能量 HT:J/N(m) 假设:1)理想流体,无摩擦损失; 2)叶片无限多,厚度无限薄,则液体质点严格沿叶片运动,根据伯努利方

4、程,单位重量流体从叶片入口到出口获得的能量为: 222121()2TPCppccHHHgg忽略位能差2022-3-19李 梅10 重力：Z=-g 惯性离心力：F=2r 离心力在x和y方向的投影是 X=2x Y=2y 将X,Y,Z代入公式（2-9），并积分得：2222111222122222212112222222pupuzzggggggPPuuggg2022-3-19李 梅11 代入上式： 将 代入并整理 一般设计时,使222222211221222TuuccHggg2221111 112222222222cos2coscucucuc u2221 11coscosTu cu cHg01190

5、cos0，222cosTu cHg离心泵的理论压头离心泵的理论压头2022-3-19李 梅12 3.流量对理论压头的影响 由图2-5可知: 由公式2-7得: 将上两式代入公式2-15,可得泵的理论压头与流量之间的关系:22222coscoscu2222222sinsinvvqqr bA22222TvuuHq ctgggA2022-3-19李 梅13 4.叶片形状对理论压头的影响 1)后弯叶片22222TvuuHq ctgggA0222290 ,0,TvTctguHgqH则2022-3-19李 梅14 2）.径向叶片 3）.前弯叶片22222TvuuHq ctgggA0222290 ,0TTvc

6、tguHgHq则与无关。0222290 ,0,TvTctguHgqH则2022-3-19李 梅15 由上似乎前弯叶片最好,在同一流量下,理论压头最大,且压头随流量的增大而增大. 但实际离心泵都是后弯叶片,因为 离心泵主要想得到的是静压头,HP,如果HC大,则在泵体中能量损失大,泵输出的有效能量反而较小. 见下图:TPCHHH2022-3-19李 梅162022-3-19李 梅17 在 对离心泵采用后弯叶片，其流量和理论压头关系如图020202909090PCPCPCHHHHHH时，时，时，2022-3-19李 梅182022-3-19李 梅192022-3-19李 梅20 5.密度对理论压头的

7、影响 基本方程式中没有密度出现，因此密度对理论压头没有影响。22222TvuuHq ctgggApHg2022-3-19李 梅21 三、离心泵的主要性能参数与特性曲线 1.主要性能参数 A.流量：决定于泵的结构尺寸和转速 B.压头（扬程）：离心泵对单位重量流体所提供的有效能量。由实验测定 C.效率：溶积损失；水力损失；机械损失。 D.轴功率：泵轴所需的功 有效功率：液体所得到的功evePgq H2022-3-19李 梅22 2.离心泵的特性曲线 它反映了离心泵各个参数之间的关系，由实验测定 A.H-qv曲线 当转速n一定，qv增，H减 当qv=0，H0 B.N-qv曲线 当qv=0，N0 随q

8、v增，N增， 在qv=0时，N最小2022-3-19李 梅23 故在离心泵启动时，应先管壁出口阀，使泵在最小N下启动，以防止电机超负荷，保护电机。 C.-qv曲线 当qv=0，=0 随qv增，有一最大值设计点 泵应该在设计点附近工作。2022-3-19李 梅242022-3-19李 梅252022-3-19李 梅26 3.转速对特性曲线的影响 4.叶轮直径的影响2222222222222322coscosvrvreeveveqr b cnqr b cnHu cnHu cnqHNnNqHn 22222322vveeqDqDHDHDDNND2022-3-19李 梅27 四、离心泵的流量调节和组合操

9、作 1.离心泵的工作点 将一台离心泵安装在一管路中，则此工艺过程对离心泵提出了压头需要为He 对于工艺条件固定，管道也固定22efpuHzHgg 22()022efpzKguglluHdg 常数2022-3-19李 梅28 对于一定管路l, le, ,d均为常数，而也是常数，则 管路特性曲线 泵的特性曲线与管路特性曲线的交点离心泵的工作点2fvHBq2evHKBq2022-3-19李 梅292022-3-19李 梅30 2.离心泵的流量调节 1）改变泵的特性曲线 改变转速n n增，曲线上移 n减，曲线下移2022-3-19李 梅31 2)改变管路特性曲线 只可改变，即阀门开度变化，改变局部阻力

10、系数，使B变化，从而使曲线变化，而工作点移动。2evHKBqpzKg ，不可改变2, ,2elluBd ldg不可改变2022-3-19李 梅322022-3-19李 梅33 3.离心泵的串联、并联操作 1）并联 H不变，流量加倍2022-3-19李 梅34 2）串联 流量不变，H加倍2022-3-19李 梅35 五、离心泵的安装高度 1.气蚀现象2022-3-19李 梅36 当叶轮吸入口处的压强低于所输送液体的饱和蒸汽压时液体在该处液化，产生气泡随着液体在离心力的作用下从低压区进入高压区，因受到高压而聚凝破裂，产生局部真空，周围液体以极高速度冲向这些气泡中心形成的真空点，产生巨大的冲击速度和

11、冲击力，如果这些气泡是发生在叶片表面，则叶片会受到高压高速流体的冲击，久而久之，则会被剥蚀气蚀作用。 因此必须使叶轮入口处最低压强大于所输送液体的饱和蒸汽压。2022-3-19李 梅372022-3-19李 梅38 2.临界气蚀余量和必须气蚀余量 规定为了防止气蚀，离心泵入口处，液体的静压头和动压头之和应大于操作条件下液体饱和蒸汽压一个数值。 由0-1列方程211()2VppuNPSHggg211()2VppuNPSHggg220011110 10 1()22gffpppupuHHHgggggg2022-3-19李 梅39 NPSH可由泵的说明数中查到 说明： 为了防止泵发生气蚀，可采用下列方

12、法： A.尽量减少吸入管路的阻力，如采用较大吸入管径，泵尽量靠近液源，减少弯管、管件，泵吸入管一般不装阀门。 B.把泵安装在液面下。001vgfppHN P S HHgg2022-3-19李 梅40 六、离心泵的类型和选用 1.类型 1）清水泵 B型泵单级、单吸悬臂式离心泵 3B33A 3泵吸入口直径（英寸），即325=200mm B系列代号 33泵的扬程（m） A对叶轮第一次切割2022-3-19李 梅41 D型泵多级泵 150D305 150泵吸入口直径（mm） DD型泵 30单级扬程（m） 5级数 Sh型泵双吸泵2022-3-19李 梅42 2）F型泵耐腐蚀泵 25F16 25泵吸入口直

13、径mm FF型泵 16扬程m 3）油泵Y型泵 100Y202 100泵吸入口直径mm Y油泵 20单级扬程m 2级数 4）杂质泵PW,PS,PN PW污水泵，PS砂泵，PN泥浆泵2022-3-19李 梅43 2.离心泵的选择 分两步进行： 1）根据被输送液体的性质和操作条件确定泵的类型； 2）根据具体管路对泵提出的流量和压头要求确定泵的类型。 一般(1.11.2)(1.11.2)vvqqHH理理泵泵；2022-3-19李 梅442022-3-19李 梅453.离心泵的操作 1)安装时，必须时实际安装高度小于最大安装高度，防止气蚀； 2）启动前先灌水，防止气缚； 3）合闸前先关出口闸，使电机在最

14、小功率下启动，保护电机； 4）停泵时也先关出口闸，防止水倒流，叶片反转，并可免去下次启动时灌水； 5）长期停泵，应将泵内的水排空。2022-3-19李 梅462.3 往复泵2022-3-19李 梅471 1、作用原理及主要部件、作用原理及主要部件 主要部件主要部件：泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀、排出阀工作原理工作原理 ：活塞向右移动泵缸容积 泵体压力排出阀门关阀，吸入杆打开液体吸入 活塞向左移动泵缸容积泵体压力排出阀门打开，吸入杆关闭液体排出 2022-3-19李 梅482022-3-19李 梅492.流量不均匀性 单动泵由于吸入阀和排出阀均在活塞一侧，吸液时不能排液，排液时不能吸液，所以泵排液

15、不连续，不均匀。 为了改善往复泵的排液情况，可采用双动泵或三联泵。 双动泵即活塞两侧都装有吸入阀和排出阀，使吸液、排液同时进行。 2022-3-19李 梅502022-3-19李 梅513.往复泵的特点 流量仅与泵本身的尺寸及活塞的往复次数有关，而与泵的扬程无关。 压头与泵本身的尺寸无关，只要泵的机械强度及电动机功率允许，要多大压头，往复泵可供多大压头。 有自吸能力，启动泵前无需灌泵。 采用支路调节流量。 2022-3-19李 梅522022-3-19李 梅53 4.特点 1）流量不均匀，可制成多动泵； 2）压头与流量无关，流量决定于几何尺寸和往复次数，压头决定于管路情况，只要强度允许，可无限

16、高； 3）往复泵有自吸作用； 4）往复泵流量调节不可用出口阀，而用旁路调节。 5.计量泵：就是可调节往复次数的往复泵。 见下图：2022-3-19李 梅542022-3-19李 梅552022-3-19李 梅56 6.齿轮泵：靠一对齿轮齿合与泵壳之间形成低压和高压，齿轮泵的压头高，流量小，适合输送粘稠流体，齿轮泵也须通过旁路调节流量。2022-3-19李 梅572022-3-19李 梅582.5气体输送机械一、应用：一、应用： 输送气体 产生高压气体 产生真空 自动控制的回路或系统需有一定压力的气源2022-3-19李 梅59 二、分类 1、按工作原理分类： 往复压缩机 旋转压缩机 离心压缩机

17、 流体作用压缩机2022-3-19李 梅602、按终压P2或压缩比P2/P1分： 压缩机 P2/P14 P23105Pa(表) 鼓风机 P2/P1=1.154 通风机 P2/P1=11.15 P21.5mH2O(表) 真空泵 用于减压2022-3-19李 梅612.5.1 离心通风机 一、构造和原理:与离心泵相似：机壳、叶轮、吸入口、排出口 1）送风量大,因此体积大。 2）因风量大,故需动能大,叶片有后弯、前弯、径向之分。 3）因尺寸大，故转速小。2022-3-19李 梅62 二、性能参数和特性曲线 : 1）风量，m3/h 2）风压：以单位体积气体所获得能量表示 实验测定12列方程： 可以忽略

18、，当空气直接由大气进入通风机时，u1也可以忽略，则： 22212121()()()2TuupHgzzgpp2221()2Tskuppppp21()zzg2022-3-19李 梅63 其中，ps为静风压；而pk为动风压。 注意： 1）离心泵的压头和密度没有关系，但风机的风压是用压强表示的，所以和密度有关。 2）风机样本上的风压是在0.1MPa、用20的空气（/=1.2kg/m3）测定的,如操作条件与之不符，应将操作条件下计算处来的风压换算成实验条件下的风压，才能查风机。2221()2Tskuppppp2022-3-19李 梅64 风压换算公式： 3）功率：1.2TTTpppeTVPH qeTVa

19、PH qP2022-3-19李 梅65 4）性能曲线： 比离心泵多了一条静风压曲线：2022-3-19李 梅66 3.离心通风机的选用： 1）根据所送气体的性质，选用具体的类 型。 2）风量直接用操作条件下风机进口状态 下的风量。 3）根据伯努利方程计算操作条件下的风压，再换算成实验条件下的风压；2022-3-19李 梅672.5.2 鼓风机 一、罗茨鼓风机 1.工作原理：利用两个叶形转子在气缸内作相对运动来压缩和输送气体的回转压缩机。这种压缩机靠转子轴端的同步齿轮使两转子保持啮合。转子上每一凹入的曲面部分与气缸内壁组成工作容积，在转子回转过程中从吸气口带走气体，当移到排气口附近与排气口相连通

20、的瞬时，因有较高压力的气体回流，这时工作容积中的压力突然升高，然后将气体输送到排气通道。两转子依次交替工作。两转子互相接触，它们之间靠严密控制的间隙实现密封，故排出的气体不受润滑油污染 2022-3-19李 梅68 这种鼓风机结构简单，制造方便，适用于低压力场合的气体输送和加压，也可用作真空泵。由于周期性的吸、排气和瞬时等容压缩造成气流速度和压力的脉动，因而会产生较大的气体动力噪声。此外，转子之间和转子与气缸之间的间隙会造成气体泄漏，从而使效率降低。 2022-3-19李 梅692022-3-19李 梅702022-3-19李 梅712022-3-19李 梅72 二、离心鼓风机 1、离心式鼓风

21、机的工作原理与离心式通风机相似，只是空气的压缩过程通常是经过几个工作叶轮（或称几级）在离心力的作用下进行的。 2、结构： 风机壳（蜗壳型）：除了极小型的，一般都是钢板焊接。比较小的鼓风机机壳没有自己的机座，也有极小的风葫芦，机壳有机座，而电动机附在机壳上。 叶轮：薄钢板制作，固定在一个轴套上。 风机轴和轴承座、皮带轮：小型风机没有，直接把叶轮安装在电动机轴上，这种风机的电动机，是采用带连接法兰的电动机，法兰用于固定机壳。 电动机和皮带轮：利用三角皮带驱动鼓风机。2022-3-19李 梅732022-3-19李 梅742022-3-19李 梅752.5.3 压缩机 一、往复式压缩机 属于容积式压

22、缩机，是使一定容积的气体顺序地吸入和排出封闭空间提高静压力的压缩机。如图所示，曲轴带动连杆，连杆带动活塞，活塞做上下运动。活塞运动使气缸内的容积发生变化，当活塞向下运动的时候，汽缸容积增大，进气阀打开，排气阀关闭，空气被吸进来，完成进气过程；当活塞向上运动的时候，气缸容积减小，出气阀打开，进气阀关闭，完成压缩过程。通常活塞上有活塞环来密封气缸和活塞之间的间隙，气缸内有润滑油润滑活塞环。 2022-3-19李 梅76 1、由于设计原理的关系，就决定了活塞压缩机的很多特点。比如运动部件多，有进气阀、排气阀、活塞、活塞环、连杆、曲轴、轴瓦等；比如受力不均衡，没有办法控制往复惯性力；比如需要多级压缩，

23、结构复杂；再比如由于是往复运动，压缩空气不是连续排出、有脉动等。 2、但是活塞压缩机另一个特点也非常突出，它是最早设计、制造并得到应用的压缩机，也是应用范围最广，制造工艺最成熟的压缩机。即使是现在，活塞压缩机仍然在大量得到使用。 二、特点：2022-3-19李 梅77 3、但是在动力用空气压缩机领域，活塞式压缩机正在被逐渐淘汰。主要原因是： A.运动部件多，结构复杂，检修工作量大，维修费用高; B.需要基础，需要检修天车，对厂房的要求高 ; C.活塞环的磨损、气缸的磨损、皮带的传动方式使效率下降很快; D.噪音大 ; E.控制系统的落后，不适应连锁控制和无人值守的需要. 所以尽管活塞机的价格很低，但是也往往不能够被用户接受。 2022-3-19李 梅782.5.4 真空泵 一、往复式真空泵 往复式真空泵（简称往复泵）又名活塞式真空泵，属于低真空获得设备之一。它与旋片式真空泵相比较，它能被制成大抽速的泵；与水环式真空泵相比，效率稍高