流体流动及输送机械(3)

1、第一章第一章 流体流动及输送机械流体流动及输送机械 (3)教学基本要求教学基本要求(1) (1) 了解流体输送设备的分类及应用；了解流体输送设备的分类及应用；(2) (2) 掌握掌握离心泵的简单结构、工作原理、主离心泵的简单结构、工作原理、主要特性参数、特性曲线、选型的依据及使用要特性参数、特性曲线、选型的依据及使用注意事项；注意事项；第一节第一节 概述概述流体输送机械流体输送机械：向流体提供能量的设备。向流体提供能量的设备。向向液体液体提供能量的设备提供能量的设备泵泵向向气体气体提供能量的设备提供能量的设备风机、压缩机及真空泵风机、压缩机及真空泵流体输送机械的分类流体输送机械的分类：清水泵清

2、水泵 B B耐腐蚀泵耐腐蚀泵 F F油泵油泵 Y Y杂质泵杂质泵 P P液体性质液体性质叶片泵：叶片泵：离心泵离心泵、轴流泵、漩涡泵、轴流泵、漩涡泵往复式泵：活塞泵、往复式泵：活塞泵、柱塞泵柱塞泵、隔膜泵、隔膜泵旋转式泵：齿轮泵、旋转式泵：齿轮泵、螺杆泵螺杆泵、滑片泵、滑片泵 工作原理工作原理泵的分类：泵的分类： 叶轮数目叶轮数目单级泵单级泵多级泵多级泵吸液口数目吸液口数目单吸泵单吸泵双吸泵双吸泵风机风机按压力大小按压力大小通风机通风机鼓风机鼓风机压缩机压缩机真空泵真空泵 第二节第二节 离心泵离心泵食品工厂使用的饮料泵或奶泵食品工厂使用的饮料泵或奶泵一、一、 主要部件和工作原理主要部件和工作原

3、理叶轮泵壳叶轮泵壳1.1.主要部件主要部件（1 1）叶轮）叶轮叶片（叶片（+ +盖板）盖板）无盖板无盖板_开式开式后盖板后盖板-半开半开前、后盖板前、后盖板-闭式闭式 液体入口液体入口中心中心（2 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（通截面积逐渐扩大的蜗牛壳形（通常称为常称为蜗壳蜗壳）通道。）通道。出出 口口切线切线（3 3）泵轴：）泵轴： 垂直叶轮面垂直叶轮面 叶轮中心叶轮中心 电机轴电机轴2 2 离心泵装置简图离心泵装置简图蜗牛形通道；蜗牛形通道；叶轮偏心放；叶轮偏心放；可减少能耗，有利于动能可减少能耗，有利于动能转化为静压能。转化为静压能。

4、叶轮叶轮泵壳泵壳底阀底阀(防止防止“气缚气缚”)滤网滤网(阻拦固阻拦固体杂质体杂质)3 3离心泵的工作原理离心泵的工作原理 液体通过底阀，由吸入管路进入离心泵；液体通过底阀，由吸入管路进入离心泵；（1 1）离心泵工作流程）离心泵工作流程再经蜗道压出管路排出。再经蜗道压出管路排出。经叶轮提供能量经叶轮提供能量；事先充满被输送液体事先充满被输送液体（2 2）泵壳的作用）泵壳的作用液体的汇集与能量的转换液体的汇集与能量的转换（动能（动能静压能静压能）（3 3）吸上原理与气缚现象）吸上原理与气缚现象气缚气缚：泵腔内充满空气时，不能吸液。：泵腔内充满空气时，不能吸液。启动前启动前灌泵、安装底阀、安装位置

5、灌泵、安装底阀、安装位置。吸上（液）原理：吸上（液）原理：液体高速离开叶轮，形成中心低压。液体高速离开叶轮，形成中心低压。二二 离心泵的性能参数与离心泵的性能参数与特性特性曲线曲线1 1离心泵的性能参数离心泵的性能参数（1 1）( (叶轮叶轮) )转速转速n n：100010003000rpm3000rpm；2900rpm2900rpm常见。常见。（2 2）( (体积体积) )流量流量V V: :m m3 3/h/h，叶轮结构、尺寸和转速。，叶轮结构、尺寸和转速。（3 3）扬程扬程( (压头压头)H)H：1 1N N流体通过泵获得的机械能，流体通过泵获得的机械能，J/NJ/Nm m（4 4）轴

6、功率轴功率N N：单位时间泵轴的从电机获得的能量单位时间泵轴的从电机获得的能量有效功率有效功率N Ne e：单位时间液体从泵获得的能量单位时间液体从泵获得的能量 eNHVgw单位：（5 5）效率）效率 ： = = N Ne e/N/N 100%100%泵的能量损失泵的能量损失: :容积损失，水力损失，机械损失容积损失，水力损失，机械损失 容积损失是由于泵的容积损失是由于泵的泄漏泄漏造成的。离心泵在运转造成的。离心泵在运转过程中，有一部分获得能量的高压液体，通过叶轮与过程中，有一部分获得能量的高压液体，通过叶轮与泵壳之间的泵壳之间的间隙间隙流回吸入口。流回吸入口。 从泵排出的实际流量要比理论排出

7、流量为低，从泵排出的实际流量要比理论排出流量为低，其比值称为容积效率其比值称为容积效率v v。p容积损失容积损失 原因：机械损失是泵在运转时，在原因：机械损失是泵在运转时，在轴承、轴封装轴承、轴封装置等机械部件接触处由于置等机械部件接触处由于机械摩擦机械摩擦而消耗部分能量。而消耗部分能量。 泵的轴功率大于泵的理论功率（即理论压头与理论泵的轴功率大于泵的理论功率（即理论压头与理论流量所对应的功率）。理论功率与轴功率之比称为机流量所对应的功率）。理论功率与轴功率之比称为机械效率械效率h h。p机械损机械损失失 离心泵的效率与泵的类型、尺寸、制造精度、离心泵的效率与泵的类型、尺寸、制造精度、液体的流

8、量和性质等有关。一般小型离心泵的效率液体的流量和性质等有关。一般小型离心泵的效率为为50-70%50-70%，大型泵可高达，大型泵可高达9090。 原因：水力损失是由于流体流过叶轮、泵壳时，原因：水力损失是由于流体流过叶轮、泵壳时，由于由于流速大小和方向要改变流速大小和方向要改变，且发生，且发生冲击冲击，而产生的，而产生的能量损失。能量损失。p水力损失水力损失3(/)V mh/HmNNVHV V/ kw泵的型号泵的型号4B204B20 n n2900rpm2900rpm2 2、离心泵的、离心泵的特性曲线特性曲线(P49)表征离心泵性能参数间的关系曲线称为表征离心泵性能参数间的关系曲线称为特性曲

9、线特性曲线。说明：说明： H HV V曲线，曲线， V V ，H H 。 N NV V曲线：曲线： V V ，N N 。关闭出口阀时，轴功率最小，因此关闭出口阀时，轴功率最小，因此启动泵时必须将出口阀启动泵时必须将出口阀关闭关闭。 V V曲线曲线：小：小V V ， ；大大V V ， maxmax泵的泵的铭牌参数铭牌参数为为 maxmax对应对应的性能参数的性能参数选型时尽可能达到选型时尽可能达到 max 泵在最高效率点对应的条件下操作最经济合理，但实际上泵在最高效率点对应的条件下操作最经济合理，但实际上泵往往不可能正好在该条件下运转，一般只能规定一个工作范泵往往不可能正好在该条件下运转，一般只

10、能规定一个工作范围，称为围，称为泵的高效率区泵的高效率区。高效率区的效率应不低于最高效率的。高效率区的效率应不低于最高效率的92%92%。 注意注意：泵在泵在铭牌铭牌上所标明的都是上所标明的都是最高效率下最高效率下的流量、压的流量、压头和功率。离心泵产品头和功率。离心泵产品目录和说明书目录和说明书上还常常上还常常注明高效率区注明高效率区的的流量、压头和功率的范围等。流量、压头和功率的范围等。泵的高效率区泵的高效率区3 3离心泵特性曲线的影响因素离心泵特性曲线的影响因素 （1 1）流体的性质：流体的性质： 密度：密度： （H H，V V， ）与）与 无关，即无关，即H HV V、V V曲线不变，

11、但曲线不变，但 P P，P P=P=P/ /0 0粘度：粘度：，（，（H H，V V， ） ; ; N N （查图）（查图）工作流体与工作流体与2020清水清水差别大小。差别大小。（2 2） 转速（转速（n n）比例定律比例定律2211VnVn21212nnHH32211NnNn（n n 20%20%以内）以内）(3)(3) 叶轮直径叶轮直径切割定律切割定律2211VDVD21212DDHH32211PDPD（D D在在5 5% %以内）以内）n=constn=const例例1-10： 离心泵特性曲线的测定离心泵特性曲线的测定 采用采用图图1-40所示的实验装置来测定离心泵的性所示的实验装置来

12、测定离心泵的性能。泵的吸入管内径为能。泵的吸入管内径为95mm，排出管内，排出管内径为径为62mm，两测压表盘中心间垂直距离，两测压表盘中心间垂直距离因安装误差为因安装误差为0.01m，泵的转速为，泵的转速为2900r/min，用，用20的水测定，测出流量为的水测定，测出流量为6L/s，泵出口处压强表读数为，泵出口处压强表读数为0.15MPa，泵入口处压强读数为泵入口处压强读数为0.031MPa，功率表，功率表测得电动机所消耗的功率为测得电动机所消耗的功率为1.5KW，泵由，泵由电动机直接带动，电动机的效率为电动机直接带动，电动机的效率为95%。试求该泵在输送条件下的压头、轴功率和试求该泵在输

13、送条件下的压头、轴功率和效率。效率。P50P50（重点掌握）（重点掌握）解：解：（1 1）设以两压强表连接处所在的界面）设以两压强表连接处所在的界面为为1-11-1和和2-22-2界面，以液面为位能界面，以液面为位能基准面，在两界面间列出以基准面，在两界面间列出以1N1N液体为液体为基准的伯努利方程：基准的伯努利方程：1 21 2221122122222efefpupuzHzHggpuHzHg 120.095m, 0.062ddm312213122244 6 100.85 / , 0.09544 6 101.99 /0.062Vum sdVum sd 测压口间的管路很短，忽略流动阻力损失，则泵

14、的压头为：测压口间的管路很短，忽略流动阻力损失，则泵的压头为：54521.5 10( 3.1 10 ) 1.990.850.0118.63 m 1000 9.812 9.81eH （2 2） 1.5 0.95 1.43 NW（3 3） 3100%6 101000 9.81 18.63100%1.43 100076.7%V gHN 通过改变阀门的开度，可以测得多组数据，通过改变阀门的开度，可以测得多组数据，绘制出离心泵的特性曲线。绘制出离心泵的特性曲线。 五、离心泵的工作点和流量调节五、离心泵的工作点和流量调节1.1.管路管路特性特性曲线曲线所需外加压头所需外加压头：1 222112212(J/

15、N=m)22efpupuzHzHgggg 2222epuLuHggdgpg220ug与管路中液体流量无关，在输液高度与管路中液体流量无关，在输液高度和压力不变的情况下为一和压力不变的情况下为一常数常数，以符，以符号号表示表示。若贮槽与受槽的截面都很大，该处若贮槽与受槽的截面都很大，该处流速与管路相比可忽略不计流速与管路相比可忽略不计. .222482eSLdpuHVggdg 上式表明：在特定管路中输送液体时，上式表明：在特定管路中输送液体时，所需外加压头所需外加压头随随液体液体流量流量V V的平方的平方而变化，此关系所描绘的而变化，此关系所描绘的V V曲线，称为曲线，称为管管路特性曲线路特性曲

16、线。22248eSSLpdHVABVgdg A AV VH H管路的特性曲线管路的特性曲线H-VH-V泵的特性曲线泵的特性曲线H-VH-V管路特性曲线管路特性曲线注意：注意：管路特性曲线的形状与管路布置及操作条件管路特性曲线的形状与管路布置及操作条件有关，有关，而与泵的性能无关。而与泵的性能无关。高阻管路，曲线较陡；低阻管路曲线较平缓。高阻管路，曲线较陡；低阻管路曲线较平缓。 管路特性系数管路特性系数B B2 2离心泵的工作点离心泵的工作点管路特性曲线与泵的特性方程联立求解，可以得管路特性曲线与泵的特性方程联立求解，可以得到同时符合管路和泵的流量和压头，称为到同时符合管路和泵的流量和压头，称为

17、离心泵离心泵的工作点的工作点。A Aq qv vH H管路的特性曲线管路的特性曲线泵的特性曲线泵的特性曲线工作点工作点说明：说明： 工作点：泵的特性曲线和管路的特性曲线的交点工作点：泵的特性曲线和管路的特性曲线的交点工作点确定：工作点确定： a.a.联解两特性方程联解两特性方程; ;b.b.作图，两曲线交点。作图，两曲线交点。 泵装于管路泵装于管路泵供流量泵供流量= =管路得到的流量管路得到的流量泵供压头泵供压头= =流体得到的压头流体得到的压头 工作点应该在泵的工作点应该在泵的高效率区。高效率区。3 3离心泵的流量调节离心泵的流量调节 （1 1）调节管路特性曲线的位置）调节管路特性曲线的位置

18、关小出口阀关小出口阀 l le e ， B B H H ，V V 管特线变陡管特线变陡 工作点左上移工作点左上移开大出口阀开大出口阀 lele ，B B H H ，V V 管特线变缓管特线变缓 工作点右下移工作点右下移改变出口阀开度改变出口阀开度（2 2）改变泵的特性曲线）改变泵的特性曲线n n 泵泵H HV V曲线上移曲线上移工作点右上移工作点右上移， H H ， V V 车削叶轮直径车削叶轮直径D D 泵泵H HV V曲线曲线下移下移改变叶轮转速改变叶轮转速2211vvqnqn2211vvqDqD六、离心泵的安装高度六、离心泵的安装高度安装高度安装高度: :液面到泵入口处的垂直距离液面到泵

19、入口处的垂直距离( (安装高度：安装高度：H Hg g) ) 问题：安装高度有无限制？问题：安装高度有无限制？0-00-01-11-1截面能量衡算截面能量衡算2012gfppuHHggH Hg g ，则则p p1 1 气泡进入泵体气泡进入泵体汽泡被泵内高压淬灭汽泡被泵内高压淬灭 局部空间局部空间被四周的液体涌入填充被四周的液体涌入填充 撞击叶片撞击叶片( (水锤水锤) )汽蚀汽蚀现象现象p p1 1- -被输送液体温度下的饱和蒸汽压，查表。被输送液体温度下的饱和蒸汽压，查表。 叶片叶片可能损坏可能损坏 引起泵体振动引起泵体振动 流体输送效率大大下降流体输送效率大大下降安装高度过高安装高度过高流

20、体到达入口前发生气化流体到达入口前发生气化安装高度安装高度 ，汽蚀越严重。汽蚀越严重。如何确定如何确定H Hg g的的上限上限泵的安装高度泵的安装高度现象现象泵体振动并发出噪音；泵体振动并发出噪音；H H、V V , , 严重时不送液；严重时不送液；时间长久，水锤冲击叶轮发生时间长久，水锤冲击叶轮发生点蚀点蚀，损坏叶片，损坏叶片 汽蚀余量汽蚀余量hh是指离心泵入口处，液体的静压头是指离心泵入口处，液体的静压头p p1 1/g /g 与动压头与动压头u u1 12 2/2g/2g之和之和超过超过液体在操作温度下的液体在操作温度下的饱和蒸汽压头饱和蒸汽压头p pv v/g/g的某一最小的某一最小指

21、定值指定值，即，即1 1、汽蚀余量、汽蚀余量NPSHNPSH（h hn n）- -正静吸入压头正静吸入压头2112vppungggh式中式中 h hn n 汽蚀余量，汽蚀余量，m m；查手册查手册或泵的或泵的说明书说明书。 p pv v 操作温度下液体饱和蒸汽压，操作温度下液体饱和蒸汽压，PaPa。2012gfppuHHggg将将代入式代入式则则0vgnfppHhHgg2112vppungggh注意：注意： 为了安全起见，泵的实际安装高度应比为了安全起见，泵的实际安装高度应比两种方法求得的两种方法求得的HgHg还要低还要低0.5m0.5m以上。以上。七、离心泵的选用七、离心泵的选用1.1.按输送液体的性质不同，确定类型。按输送液体的性质不同，确定类型。（1 1）清水