第2章 流体输送机械

1、武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件1第二章第二章 流体输送机械流体输送机械武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件2为为流体提供能量流体提供能量的机械称为的机械称为流体输送机械流体输送机械。 在化工生产过程中，常常需要将流体在化工生产过程中，常常需要将流体q从低处输送到高处；从低处输送到高处；q从低压送至高压；从低压送至高压；q沿管道送至较远的地方。沿管道送至较远的地方。 为达到此目的，必须对流体加入外功，以克服流体阻为达到此目的，必须对流体加入外功，以克服流体阻力及补充输送流体时所不足的能量。力及补充输送流体时所不足的能量。武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课

2、件3流体输送机械流体输送机械 真真空空泵泵压压缩缩机机鼓鼓风风机机通通风风机机气气体体压压送送机机械械泵泵液液体体输输送送机机械械武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件4工工作作原原理理泵的分类泵的分类l叶片式泵叶片式泵受受离心力离心力的作用，有高速旋转的叶轮。的作用，有高速旋转的叶轮。 如离心泵、轴流泵、涡流泵。如离心泵、轴流泵、涡流泵。l往复泵往复泵靠靠往复运动的活塞往复运动的活塞排挤液体。如活塞排挤液体。如活塞泵、柱塞泵等。泵、柱塞泵等。l旋转式泵旋转式泵靠靠旋转运动的部件旋转运动的部件推挤液体。如齿轮泵、推挤液体。如齿轮泵、螺杆泵等。螺杆泵等。武汉工程大学化工原理课件武汉工程

3、大学化工原理课件5第一节第一节 离心泵离心泵 第二节第二节 其他类型化工用泵其他类型化工用泵 第三节第三节 气体输送机械气体输送机械武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件6第一节第一节 离心泵离心泵 v一、离心泵的工作原理 v二、离心泵的主要部件性能参数 v三、离心泵的主要性能参数v四、离心泵的特性曲线 v五、离心泵的工作点及其流量调节 v六、离心泵的汽蚀现象与安装高度 v七、离心泵的类型与选用 武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件7离心泵的特点：离心泵的特点：v 结构简单，应用广泛；结构简单，应用广泛；v 流量大而且均匀；流量大而且均匀；v 操作方便。操作方便。 武汉工

4、程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件8离心泵外观离心泵外观武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件9 1 结构结构叶轮叶轮 46片叶片片叶片蜗牛形通道；蜗牛形通道；叶轮偏心放；叶轮偏心放；可减少能耗，有利于动可减少能耗，有利于动能转化为静压能。能转化为静压能。叶轮叶轮泵壳泵壳底阀底阀(防止防止“气缚气缚”)滤网滤网(阻拦阻拦固体杂质固体杂质)一、一、 离心泵的主要部件离心泵的主要部件泵壳等。泵壳等。武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件10(1)叶轮：叶轮：2.主要部件主要部件叶片叶片（+ +盖板盖板）作用：作用：将电动机的机械能传给液体将电动机的机械能传给液体,使液体

5、的动能有所提高。使液体的动能有所提高。结构结构闭式叶轮闭式叶轮开式叶轮开式叶轮 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，适于输送干净流体，效率较高。净流体，效率较高。没有前后盖板没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒，适合输送含有固体颗粒的液体悬浮物。的液体悬浮物。只有只有后盖板后盖板，可用于输送浆料或含固体，可用于输送浆料或含固体悬浮物的液体，效率较低。悬浮物的液体，效率较低。武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件11 半开（闭）式半开（闭）式闭式闭式开式开式武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件12A.A. 作用作用 汇集液体，作导出液体的通道

6、；汇集液体，作导出液体的通道； 使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。压能。（2）泵壳）泵壳 武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件13 为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在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与泵壳之间有时还装有一个固定不动的带有叶片的圆固定不动的带有叶片的圆盘盘，称为，称为导叶轮。导叶轮。导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方向上叶片的弯曲方向相反相反，其弯曲角度正好与液体从叶，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平缓轮

7、流出的方向相适应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，的改变方向，使能量损失减小，使动能向静压能的转使能量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。换更为有效。 B. 导叶轮导叶轮 轴封装置轴封装置防泄漏装置防泄漏装置武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件14二、离心泵工作原理二、离心泵工作原理开泵前，开泵前，先先在泵内在泵内灌满灌满要输送的要输送的液体液体。 开泵后，开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件15以较高的静压强从排出口流以较高的静压强从排出口流入排出管道入排出管道离心力离心力叶轮中

8、心叶轮中心叶轮外周叶轮外周压力增高压力增高以高速（以高速（5-25 m/s）流入泵壳）流入泵壳泵壳中液体的流速减慢，使大泵壳中液体的流速减慢，使大部分动能转化为压力能部分动能转化为压力能武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件16泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在液面压强（大气压）与泵内压力（负空，在液面压强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便经吸入管路进入压）的压差作用下，液体便经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。泵内，填补了被排除液体的位置。 离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高

9、速旋转叶轮所产生的离心力，因此称为速旋转叶轮所产生的离心力，因此称为离心离心泵泵。 武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件17离心泵启动启动时，如果泵壳内存在空气泵壳内存在空气，由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小离心力很小，叶轮中心处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样，离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚气缚”。 为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止止逆阀逆阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀调节阀，用于开停车和调节流量。 气气 缚缚武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件18三、离心泵的主

10、要性能参数三、离心泵的主要性能参数 v1.1.流量流量qvqv 单位时间内泵实际输出的液体体积，单位时间内泵实际输出的液体体积，m m3 3/s/s或或m m3 3/h/h 送液能力送液能力v2.2.扬程扬程( (压头压头) )H H 离心泵对单位重量离心泵对单位重量(1N)(1N)液体所提供的有效能量，液体所提供的有效能量，单位为单位为J/NJ/N或或m m 武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件19扬程的实验测量扬程的实验测量 2211221222fpupuzHzHgggg0fH222102uupHhgg真空表真空表压力表压力表武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件20

11、3.3.功率及效率功率及效率 v(1).(1).轴功率轴功率P P与有效功率与有效功率PePe轴功率轴功率P P：单位时间内由原动机单位时间内由原动机( (一般为电动机一般为电动机) )向泵轴输入的功向泵轴输入的功 有效功率有效功率PePe：单位时间内液体从泵中叶轮获得单位时间内液体从泵中叶轮获得的有效能量的有效能量 evPqgH武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件21(2) (2) 效率效率 效率效率反映了离心泵运转过程中能量损失的大反映了离心泵运转过程中能量损失的大小小, ,是决定泵工作经济性的重要指标。这些能量是决定泵工作经济性的重要指标。这些能量损失主要为损失主要为 - -

12、机械损失：泵轴与轴承间及泵轴密封处的摩机械损失：泵轴与轴承间及泵轴密封处的摩擦损失擦损失 -水力损失水力损失 :流体流动摩擦损失流体流动摩擦损失-容积损失容积损失: :高压液体泄漏到低压区造成的损失高压液体泄漏到低压区造成的损失 /evPPqgHP小型水泵：小型水泵： 一般为一般为5050 70%70% 大型泵：大型泵： 可达可达90%90%以上以上武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件22v1.离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线离心泵的离心泵的H H、P P、与与q qv v之间的关系曲线之间的关系曲线 各种型号的离心泵都有其本身独有的特性各种型号的离心泵都有其本身独有的特性曲线，且

13、不受管路特性的影响曲线，且不受管路特性的影响 .四、离心泵的特性曲线四、离心泵的特性曲线武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件23HTHPqVmax92. 0高效率区工作范围HsPass最佳工况参数额定参数设计点提醒提醒:(1) 启动离心泵时，应启动离心泵时，应关闭关闭泵出口阀门，以减小启动泵出口阀门，以减小启动电流，保护电机电流，保护电机 (2)停泵时先停泵时先关闭关闭出口阀门出口阀门,防止高压液体倒流损坏叶防止高压液体倒流损坏叶轮轮武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件24 (3) (3) 离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在与最

14、高效率点相对应的流量及压头下工离心泵在与最高效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。作最为经济。 与最高效率点所对应的与最高效率点所对应的qvqv、H H、P P值称为最佳工值称为最佳工况参数况参数。离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运。离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的状态参数。行时最高效率点的状态参数。 注意：注意：在选用离心泵时，应使离心泵在该点附在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。一般要求操作时的效率应不低于最高效近工作。一般要求操作时的效率应不低于最高效率的率的92%。武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件252.2.影响离心泵特性曲线的因素影响离心泵特

15、性曲线的因素 v离心泵特性曲线测定：离心泵特性曲线测定：2020清水，一定转速清水，一定转速v(1). (1). 转速与叶轮直径转速与叶轮直径 0.2nnn23,vvqnHnPnqnHnPn比比例例定定律律武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件26某离心泵在某离心泵在n=1480r/min下的特性方程为：下的特性方程为：238.440.3VHq试计算泵的转速调为试计算泵的转速调为n=1700r/min时的特性方程时的特性方程.2,vvqnHnqnHn2 ()VVnnqqHHnn22214801480()38.440.3()17001700VHq2221700() 38.440.350

16、.740.31480eVVHqq武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件27切切割割定定律律,2220.05DDD23222222,() ,()vvqDDDHPqDHDPD武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件28vA.A.液体粘度液体粘度 qV ,H , P , 2010-6m2/s,不校正；不校正；2010-6m2/s,校正校正.vB. B. 密度密度 H H、q qv v、 与与无关，无关，P P与与成正比成正比 返回(2) 液体性质液体性质武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件29五、离心泵的工作点与流量调节五、离心泵的工作点与流量调节 v1.1.管路特性曲

17、线管路特性曲线v管路所需压头与流量间的关系曲线管路所需压头与流量间的关系曲线武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件30在截面在截面1 1与截面与截面2 2之间列之间列BernoulliBernoulli方程方程 2111222222fpuzHggpuzHgg2 2fpuHzHgg 武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件312()2fluHdg24Vqud248()ldd g 2 fVHKq武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件322/ 20ug2 2fpuHzHgg 2 fVHKq2VpHzKqg 管路特性方程管路特性方程20VHKq武汉工程大学化工原理课件武汉工

18、程大学化工原理课件332vpHzKqg 高阻力管路(K较大)低阻力管路(K较小）管路特性曲线反映了被输送液体对输送机械的能量要求管路特性曲线反映了被输送液体对输送机械的能量要求武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件34v2.2.工作点工作点 泵-供方管路-需方 离心泵的特性曲线与管路离心泵的特性曲线与管路的特性曲线的特性曲线的的交点交点M，就是离就是离心心泵在管路中的工作点泵在管路中的工作点。 M点所对应的流量点所对应的流量qV和压头和压头H表示离心泵在该特定管路中表示离心泵在该特定管路中实实际输送的流量和提供的压头际输送的流量和提供的压头。H泵的特性曲线 qv 工工作作点点M武汉工

19、程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件353.3.流量调节流量调节 v调节流量的过程就是改变工作点的位置到满调节流量的过程就是改变工作点的位置到满意点的过程意点的过程 两种方法 改改变变泵泵的的特特性性曲曲线线改改变变管管路路特特性性曲曲线线调节阀门调节阀门改变改变n、切割叶轮、切割叶轮武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件36阀门开大阀门开大阀门关小阀门关小H泵的特性曲线 Q M 工作点工作点管路局部阻力加大，工作点由管路局部阻力加大，工作点由M 点移到点移到 M1 点，流量减小点，流量减小 M1M2改变管路特性曲线改变管路特性曲线优点：优点：调节迅速方便，流量可连续变化调节迅

20、速方便，流量可连续变化；缺点：缺点：流量阻力加大，要多消耗动力，不经济。流量阻力加大，要多消耗动力，不经济。 管路局部阻力减小，工作点由管路局部阻力减小，工作点由 M 移到移到 M2流量加大。流量加大。 阀门关小时：阀门关小时： 阀门开大时：阀门开大时：武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件37改变泵的转速改变泵的转速改变泵的特性曲线改变泵的特性曲线转速提高到转速提高到 n n1 1：则则HqV 线上移，线上移，工作点由工作点由 M 移至移至 M1 ，流量加大，流量加大泵的转速降至泵的转速降至 n n2 2：则则 HqV线下移线下移，工作点移至，工作点移至 M2，流量减小，流量减小

21、M 工作工作点点缺点：缺点：需要变速装置或价格昂贵的变速需要变速装置或价格昂贵的变速电电动机，难动机，难以做到流量连续调节，生产中很少采用。以做到流量连续调节，生产中很少采用。 H qV M1转速提高转速提高M2转速降低转速降低优点：优点：流量随转速下降而减小，动流量随转速下降而减小，动力消耗也相应降低；力消耗也相应降低；武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件384.组合操作，以两台泵为例分析组合操作，以两台泵为例分析 qVqV离心泵的并联操作qV1Heba单泵并联泵qV并qV串qV离心泵的串联操作qVHe单泵串联泵ab武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件39组合操作的比

22、较组合操作的比较项项 目目并联并联串联串联单台泵特性曲线方程单台泵特性曲线方程 H=A+BqV2合成特性合成特性曲线特点曲线特点 H并并=He单单qV并并=2qV单单H=A+BqV2/4H串串=2H单单qV串串=qV单单H=2A+2BqV2工作点工作点 qv2qV单单H2H单单适用性适用性 低阻力管路低阻力管路 高阻力管路高阻力管路武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件40 组合方式的选择组合方式的选择 v若管路两端的总势能差大于单台泵所能提供的最大若管路两端的总势能差大于单台泵所能提供的最大扬程扬程Hemax ,选串联选串联v管路所需外加压头管路所需外加压头H单单,选串联选串联武汉

23、工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件41v若单泵可以输液，只是流量达不到要求若单泵可以输液，只是流量达不到要求qV离离心心泵泵组组合合方方式式的的选选择择a低低阻阻力力管管路路;b-高高阻阻力力管管路路单单泵泵并并联联泵泵2串串联联泵泵121baHv对低阻力管路并联优于串联对低阻力管路并联优于串联v对高阻力管路串联优于并联对高阻力管路串联优于并联武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件42离心泵在一定输送流量范围和转速下，压头和流离心泵在一定输送流量范围和转速下，压头和流量间关系可表示为量间关系可表示为H252.0qv2（式中（式中H单位为单位为m，qv单位为单位为m3/min

24、）。若将该泵安装在特定管）。若将该泵安装在特定管路内，该管路特性方程可表示为路内，该管路特性方程可表示为He=20+1.86qv2。(H与与qv的单位同上）的单位同上）假设该泵的效率为假设该泵的效率为60。试。试求：求：（1）输送常温下清水时，该泵的流量、压头和）输送常温下清水时，该泵的流量、压头和轴功率。轴功率。 （2）输送密度为）输送密度为1200Kg/m3的水溶液时，该泵的水溶液时，该泵的流量、压头和轴功率。的流量、压头和轴功率。武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件4322252.020 1.86VVqq(1)输送清水输送清水qv1.138m3/min=0.019m3/s 2

25、252 (1.138)22.4mH 31.1381000 9.8122.4606.95 10 W0.6Vagq HP(2)(2)输送密度为输送密度为1200kg/m1200kg/m3 3的水溶液时的水溶液时泵的流量和泵的流量和压头不变压头不变 31.1381200 9.8122.4608.34 10 W0.6Vagq HP武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件44六、离心泵的安装高度六、离心泵的安装高度 安装高度安装高度武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件451.汽蚀现象汽蚀现象液体在一定温度下，降低压力至液体在一定温度下，降低压力至该温度下的汽化压力时，液体便该温度下的

26、汽化压力时，液体便产生汽泡。把这种产生气泡的现产生汽泡。把这种产生气泡的现象称为象称为汽蚀现象汽蚀现象。 水击作用水击作用化学腐蚀作用化学腐蚀作用高速液体填高速液体填充气泡空穴充气泡空穴压力下降溶压力下降溶解氧逸出解氧逸出武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件46二、汽蚀余量二、汽蚀余量212Vappuhg1 1gggg1. 有效汽蚀余量有效汽蚀余量2.必需汽蚀余量必需汽蚀余量2121 1ggggKrpuphg武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件471 1g g212pug g gVp k kg gp 泵入口处压头泵入口处压头饱和蒸汽压头饱和蒸汽压头必 需 汽 蚀必 需

27、汽 蚀余量余量 hr有效汽蚀余量有效汽蚀余量 ha3.允许汽蚀余量允许汽蚀余量0.3rhh 武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件484.4.安装高度安装高度 v在o-o与1-1截面间列Bernoulli方程 22111,122ooof opupuzzHgggg211(1)211(1)2 ()2ogf ooVVf oppuHHggppppuHgggg武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件49211(1)()2oVVgf oppppuHHggggrhmaxgHmax(1)oVgrf oppHhHg 最大允许安装高度最大允许安装高度 武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件50汽蚀现象产生的原因汽蚀现象产生的原因v安装高度太高安装高度太高v被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；v吸入管路阻力或压头损失太高。吸入管路阻力或压头损失