称为流体输送机械课件

1、第二章 流体输送机械西南科技大学材料科学与工程学院 第1页，共103页。 在化工生产中，常常需要将流体从低处输送到高处。或从低压处输送至高压处，或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，以克服流体阻力及补充输送流体时所不足的能量。为流体提供能量的机械称为流体输送机械。 流体输送机械种类很多，根据工作原理不同通常分为4类，即离心式、往复式、旋转式和流体动力作用式。 一般输送液体的机械称为泵，输送气体的机械称为风机及压缩机。第2页，共103页。 内容提要离心泵的操作原理和主要部件 离心泵的主要性能参数和特性曲线 影响离心泵特性的因素 其它类型的泵 第3页，共103页。流体输送机械根

2、据其作用的对象不同主要分为二大类： （1）对液体做功的输送机械泵 （2）对气体做功的输送机械风机、压缩机（通风机、鼓风机、压缩机、真空泵） 由于不同的物料（腐蚀性酸碱、粘度高润滑油）不同的输送要求（高压、大流量）等对输送机械具有不同的性能要求，所以泵、风机、压缩机的种类繁多。本章主要以离心泵为研究对象。 第4页，共103页。2 流体输送机械2.1 离心泵2.1 离心泵(Centrifugal pumps )2.1.1 工作原理及构造(1) 工作原理1叶轮，2蜗壳形泵体（泵壳），3泵轴，4吸入管路，5底阀（单向阀）和滤网，6排出管路 第5页，共103页。2 流体输送机械2.1.1 工作原理及构造

3、 若在泵启动前，泵内没有液体，而是被气体填充，此时启动是否能够吸上液体呢？ 此时泵内充满气体（其密度远小于液体），叶轮转动产生的离心力小，即产生的真空度不够大，贮槽液面与泵吸入口间的压力差小，不足以克服流体在吸入管路中的阻力损失以及液体位能的变化而吸上液体，这种现象称为“气缚”现象。因此在离心泵启动之前，我们必须进行灌泵操作（使泵内充满被输送的液体）。 第6页，共103页。2 流体输送机械2.1.1 工作原理及构造(2) 构造及其作用 叶轮（Impeller）:离心泵的心脏，是流体获得机械能的主要部件，其转速一般可达12003600转/min，高速1070020450转/min。根据其结构可分

4、为： 开式半开式闭式图2-2 离心泵叶轮第7页，共103页。2 流体输送机械2.1.1 工作原理及构造 哪种形式的叶轮做功效率高？ 闭式叶轮效率最高，半开式叶轮效率次之，开式叶轮效率最低；原因在于叶片间的流体倒流（外缘压力高，叶轮中心压力低）回叶轮中心，做了无用功；增加了前后盖板使倒流的可能性减小。泵壳 从叶轮中抛出的流体汇集到泵壳中，泵壳是蜗壳形的故其流道不断地扩大，高速的液体在泵壳中将大部份的动能转化为静压能，从而避免高速流体在泵体及管路内巨大的流动阻力损失。因此泵壳不仅是液体的汇集器，而且还是一个能量转换装置。 第8页，共103页。2 流体输送机械2.1.1 工作原理及构造轴封装置 前面

5、已提到泵启动后在叶轮中心产生负压（吸入口在泵体一侧），故其会吸入外界的空气；液体经过叶轮的做功，获得机械能经过泵壳的汇集，能量转换成静压能较高的流体进入排出管，对半开式，与闭式叶轮，叶轮四周的高压流体可能泄漏到盖板与泵体间的空隙（叶轮可旋转，泵体相对固定，叶轮轴与泵体间必有间隙），故其会向外界漏液。 密封方式有：填料密封与机械密封，填料密封适用于一般液体，而机械密封适用于有腐蚀性易燃、易爆液体。 填料密封：简单易行，维修工作量大，有一定的泄漏，对燃、易爆、有毒流体不适用； 机械密封：液体泄漏量小，寿命长，功率小密封性能好，加工要求高。 第9页，共103页。2 流体输送机械2.1.1 工作原理及

6、构造 以上三个构造是离心泵的基本构造，为使泵更有效地工作，还需其它的辅助部件： 导轮：液体经叶轮做功后直接进入泵体，与泵体产生较大冲击，并产生噪音。为减少冲击损失，设置导轮，导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。这此叶片的弯曲方向与叶轮叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。 底阀（单向阀）：当泵体安装位置高于贮槽液面时，常装有底阀，它是一个单向阀，可防止灌泵后，泵内液体倒流到贮槽中。若泵安装于液面之下，底阀是否有必要？启动前是否也要灌泵？ 滤网：防止液体中杂质进入泵体。 第10页，共103

7、页。2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头 2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头 H = he泵对单位重量流体提供的机械能管路系统输送单位重量流体所需的机械能2.1.2.1 理论压头 假设： （1）叶轮内叶片数目无穷多，叶片的厚度无穷小,即叶片没有厚度； （2）液体为粘度等于零的理想流体。 第11页，共103页。2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头 (2-2)即(2-2a) H 叶轮对液体所加的压头，m；p1 、p2 液体在1、2两点处的压力，Pa；c1 、c2 液体在1、2两点处的绝对速度，m/s； 液体的密度，kg/m3；c2w2u2前弯后弯r22c1w

8、1u1图2-8 液体进入与离开叶轮时的速度122 1 1第12页，共103页。2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头 液体从点1运动到点2，静压头增加（ p2 p1）/g的原因： 质量为1kg的液体因受离心力作用而接受的外功：质量为1kg的液体从点1运动到点2由于通道的截面增大，一部分动能转变为静压能质量为1kg的液体通过叶轮后其静压能的增量：(2-3)c2w2u2r22c1w1u1122 1 1第13页，共103页。2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头 (2-4)根据余弦定律(2-5)(2-6)在离心泵设计中，一般都使设计流量下的(2-7)离心泵的理论压头第

9、14页，共103页。2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头 泵的流量，m3/s叶轮周边的宽度，m叶轮直径，m(2-10,11)(2-9)叶片装置角c2w2u2r22c1w1u1122 1 1第15页，共103页。2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头 根据装置角2的大小，叶片形状可分为三种：(a)(a)20，Q，H (b)(b)2= 90o为径向叶片，cot2 =0，H不随Q变化(c)(c) 2 90o为前弯叶片，cot2 0，Q，H第16页，共103页。2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头 图2-9 离心泵H - Q图(2-10,11)第17

10、页，共103页。2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头 2.1.2.2 实际压头 由于前弯叶片的绝对速度c2大，液体在泵壳内产生的冲击剧烈得多，转化时的能量损失大为增加，效率低。故为获得较高的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片。流体通过泵的过程中压头损失的原因：（1）叶片间的环流：由于叶片数目并非无限多，液体有环流出现，产生涡流损失。（2）阻力损失：实际流体从泵进口到出口有阻力损失。（3）冲击损失：液体离开叶轮周边冲入蜗壳四周流动的液体中，产生涡流。a理论压头b环流损失d冲击损失c阻力损失HQ第18页，共103页。2 流体输送机械2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头 实际压头

11、的意义：泵提供的压头必须满足流体输送的需要，而流体输送伴随着位压头（升扬高度），静压头、动压头的变化和阻力损失（管路阻力损失，不含有泵的流动阻力损失，泵的阻力损失计入泵的效率），因此第19页，共103页。2 流体输送机械2.1.3 离心泵的主要性能参数 2.1.3 离心泵的主要性能参数bch0真空表压力表图2-11 测定离心泵性能参数的装置（2-12）由于两截面间的管长很短，其阻力损失通常可以忽略，两截面间的动压头差一般也可以略去，则可得（2-12a）（1）压头和流量由b、c两截面间的柏努利方程：第20页，共103页。2 流体输送机械2.1.3 离心泵的主要性能参数 （2）有效功率Ne、轴功率

12、N 和效率 有效功率Ne：离心泵单位时间内对流体做的功Ne =HQg，W 轴功率N：单位时间内由电机输入离心泵的能量，W。NeN泵的效率：泵对外加能量的利用程度， 100%。为什么？泵运转过程中存在以下三种损失： 容积损失 该损失是指叶轮出口处高压液体因机械泄漏返回叶轮入口所造成的能量损失。在三种叶轮中，开式叶轮的容积损失较大，但在泵送含固体颗粒的悬浮液时，叶片通道不易堵塞；闭式叶轮的渗漏量较小，但在磨损后渗漏便严重。 水力损失 该损失是由于实际流体在泵内有限叶片作用下各种摩擦损失（即前述环流损失、摩擦损失、冲击损失）。 机械损失 该损失包括旋转叶轮盖板外表面与液体间的摩擦以及轴承机械摩擦所造

13、成的能量损失。第21页，共103页。2 流体输送机械2.1.3 离心泵的主要性能参数 离心泵的轴功率N可直接用效率来计算：一般小型离心泵的效率5070%，大型离心泵效率可达90%。泵的轴功率，W泵的压头，m泵的流量，m3/s流体密度，kg/ m3泵的效率第22页，共103页。2 流体输送机械2.1.3 离心泵的主要性能参数 （3）叶轮转速n10003000转/min（或r.p.m）；2900转/min最常见。 泵在出厂前，必须确定其各项性能参数，即以上各参数值，并把它标在铭牌上；这些参数是在最高效率条件下用20 的水测定的。第23页，共103页。2 流体输送机械2.1.4离心泵特性曲线2.1.

14、4 离心泵特性曲线（Characteristic curves） 由于离心泵的各种损失难以定量计算，使得离心泵的特性曲线HQ、NQ、Q的关系只能靠实验测定，在泵出厂时列于产品样本中以供参考。右图所示为4B20型离心泵在转速n2900r/min时的特性曲线。若泵的型号或转速不同，则特性曲线将不同。借助离心泵的特性曲线可以较完整地了解一台离心泵的性能，供合理选用和指导操作。 4B20离心泵n2900r/min3026221814100204060801001201401284080%70%60%50%40%30%20%0H/mNkWQ/(m3/h)图212 4B型离心泵的特性曲线第24页，共103

15、页。2 流体输送机械2.1.4离心泵特性曲线由图212可知： （1）HQ曲线：Q，H(Q很小时 可能例外)。当Q0时，H也只能达到一定值，这是离心泵的一个重要特性。 （2）N Q曲线：Q，N 。当Q0时，N最小。这要求离心泵在启动时，应关闭泵的出口阀门，以减小启动功率，保护电动机免因超载而受损。 （3）Q曲线：有极值点(最大值)，于此点下操作效率最高，能量损失最小。在此点对应的流量称为额定流量。泵的铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，一般不应低于92max 。 4B20离心泵n2900r/min3026221814100204060801001201401284080%70

16、%60%50%40%30%20%0H/mNkWQ/(m3/h)图212 4B型离心泵的特性曲线第25页，共103页。2 流体输送机械2.1.5 离心泵特性曲线的影响因素2.1.5 离心泵特性曲线的影响因素（1）密度对特性曲线的影响理论Q=2r2b2c2sin2 与无关，实际 Q也与无关，但ms=Q 与有关。理论H = u2c2cos2/g与无关，实际H也与无关。 N =HQg/ 。教材附录泵性能表上列出的轴功率是指输送20清水时的N 。所选泵用于输送比水的大的液体应先按N= N/核算轴功率，若N 表中的电机功率，应更换功率大的电机，否则电机会烧掉。第26页，共103页。2 流体输送机械2.1.

17、5 离心泵特性曲线的影响因素（2）流体粘度对特性曲线的影响、hf、Q、H、N (的幅度超过Q H的幅度 ，N)。泵厂家提供的特性曲线是用清水测定的，若实际输送流体比清水大得较多，特性曲线将有所变化，应校正后再用。校正方法可参阅有关书刊。 若液体的运动粘度小于210-5m2/s，如汽油、煤油、轻柴油等，则对粘度的影响可不进行修正。第27页，共103页。2 流体输送机械（3）转速n对特性曲线的影响不同转速下的速度三角形 泵的特性曲线是在一定转速下测得的，实际使用时会遇到n改变的情况，若n变化20，可认为液体离开叶轮时的速度三角形相似，2不变（如图所示)，则泵的效率不变（等效率）。（2-14a）（2

18、-14b）（2-14c）比例定律第28页，共103页。2 流体输送机械2.1.5 离心泵特性曲线的影响因素（4）叶轮直径D2对特性曲线的影响 泵的特性曲线是针对某一型号的泵(D2一定)而言的。一个过大的泵，若将其叶轮略加切削而使D2变小，可以降低Q和H而节省N。若D2变化20%，可以认为液体离开叶轮时的速度三角形相似，2不变，不变， D2b2不变，则根据以上各式可得离心泵的切割定律如下：，第29页，共103页。2 流体输送机械2.1.6 离心泵的工作点与流量调节2.1.6 离心泵的工作点与流量调节（1）管路特性曲线方程令而令第30页，共103页。2 流体输送机械2.1.6 离心泵的工作点与流量

19、调节（2）离心泵的工作点 将泵的HQ线和管路的heQ线画在一张图上，得到交点A如图2-13所示，该点称为泵在管路上的工作点， 此时H = he。在工作点处泵的输液量即为管路的流量Q，泵提供的压头（扬程）H必恰等于管路所要求的压头he。当工作点是在高效区（不低于92max ），则该工作点是适宜工作点，说明泵选择的较好。OQQHH1管路heQ图2-13 离心泵的工作点泵HQ泵 QA第31页，共103页。2 流体输送机械2.1.6 离心泵的工作点与流量调节注意： 管路特性曲线he=A+BQ2为开口向上的抛物线，它在纵轴截距反映了管路上下游总势能差；B反映了管路阻力的大小；B，同样流量下管路的阻力越大

20、，B较大的管路称为高阻管路，反之则称为低阻管路； 泵特性曲线中流量的单位可能是m3/s或m3/h ；求工作点时，管路特性曲线的整理应注意保持单位一致； 离心泵工作点的求法：解析法即当泵的特性曲线已知，可与管路特性曲线联立求工作点；若泵特性曲线未知，只有特性曲线图，则用图解法即将管路特性曲线画在泵特性曲线图上，两线的交点即为工作点。 OQQHH1管路heQ图2-13 离心泵的工作点泵HQ泵 QA第32页，共103页。2 流体输送机械2.1.6 离心泵的工作点与流量调节（3）流量调节 流量调节就是设法改变工作点的位置，有以下两种方法： 改变管路特性曲线 在离心泵出口处的管路上安装调节阀。改变出口阀

21、门的开度即改变管路阻力系数（K亦变）可改变管路特性曲线的位置，达到调节流量的目的。 OQ2Q1Qhe2H221低阻高阻H1 优点：操作简便、灵活，应用范围广。对于调节幅度不大而经常需要改变流量的场合，此法尤为适用。 缺点：不仅增加了管路阻力损失（在阀门关小时），且使泵在低效率点工作，在经济上很不合理。因阀门关小多消耗的功率为第33页，共103页。2 流体输送机械2.1.6 离心泵的工作点与流量调节改变泵的特性曲线 由前述比例定律、切削定律可知，改变泵的转速、切削叶轮都可以达到改变泵的特性曲线的目的。如图214所示，泵的转速由n1减小至n2时，泵的HQ线下移，工作点由点A1移至点A2，流量由Q1

22、减小至Q2。 优点：不额外增加管路阻力，在一定范围内可保持泵在高效率区工作（n改变 n2图2-14 改变泵的特性曲线A2Q2第34页，共103页。2 流体输送机械2.1.6 离心泵的工作点与流量调节 例1 由水库将水打入一水池，水池水面比水库水面高50m，两水面上的压力均为常压，要求的流量90m3/h，输送管径为156mm，在阀门全开时，管长和各种局部阻力的当量长度的总和为1000m，对所使用的泵在Q=65135m3/h范围内属于高效区，在高效区中，泵的性能曲线可以近似地用直线H=124.5-0.392Q表示，此处H为泵的扬程单位是m，Q为泵的流量单位是m3/h，泵的转速为2900r/min，

23、摩擦系数=0.025，水的密度=1000kg/m3。试确定：（1）此泵能否满足要求？（2）如泵的效率在Q=90m3/h时可取为68%，求泵的轴功率，如用阀门进行调节，由于阀门关小而损失的功率为多少？（3）如将泵的转速调为2600r/min，并辅以阀门调节使流量达到要求的90m3/h，比第（2）问的情况节约能量百分之多少？ 第35页，共103页。2 流体输送机械2.1.6 离心泵的工作点与流量调节OQ2=90QH2H(m)A2关小阀门改变泵的工作点A1he2Q(m3/h)OQ2 =90Q1H2H(m)减小转速并辅以阀门调节流量A1he2=64A1Q(m3/h)Q1A2第36页，共103页。2 流

24、体输送机械2.1.6 离心泵的工作点与流量调节 例2 需将30m3/h、20oC的水由敞口水池送至塔顶，塔顶压力为0.5kgf/cm2（表压），与取水池水面的高差为10m。输水管管径为89mm4mm，长18m，管线局部阻力系数=13（阀全开时），摩擦系数=0.001227+0.7543/Re0.38。试求：(1) 输送所需的理论功率(kw) ；(2) 若有台泵在转速n=2900r/min时的特性可近似用下式表示： 扬程 H=22.4 + 5Q - 20Q2 (a) 效率 =2.5Q - 2.1Q2 (b)式中H的单位为m，Q的单位为m3/min。求最高效率点的效率并评价此泵的适用性；(3) 若

25、此泵适用，用关小阀门调节流量，求调节阀消耗的功率；(4) 若不用改变阀门的开度而改变转速调节流量，试求转速应调到多少? 第37页，共103页。2 流体输送机械2.1.6 离心泵的工作点与流量调节OQ2Q1H2H(m)A2A1he2Q(m3/min)ab关小阀门后管路heQ等效率曲线原管路heQn1时泵HQn2时泵HQ第38页，共103页。2 流体输送机械2.1.7 离心泵的安装高度2.1.7 离心泵的安装高度zspsKe图2-15 离心泵的安装高度s 如图2-15所示，液面较低的液体能被吸入泵的进口，是由于叶轮将液体从其中央甩向外周，在叶轮中心进口处形成负压（真空），从而在液面与叶轮进口之间形

26、成一定的压差，液体籍此压差被吸入泵内。现在的问题是离心泵的安装高度zs（zs即叶轮进口与液面间的垂直距离）是否可以取任意值？第39页，共103页。2 流体输送机械2.1.7 离心泵的安装高度2.1.7.1 汽蚀（Cavitation）现象 在液面s与泵内压强最低处即叶轮中心进口处K-K面之间列机械能衡算式，得zspsKe图2-15 离心泵的安装高度s若液面压强ps一定，吸入管路流量一定（即uk一定），安装高度zs，hf(s-k)，pk，当pk至等于操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压pv时（即pkpv），液体将发生什么现象？又会使泵产生什么现象？第40页，共103页。2 流体输送机械2.1.7 离

27、心泵的安装高度 液体将发生部分汽化现象，所生成的大量蒸汽泡在随液体从叶轮进口向叶轮外周流动时，又因压强升高，气泡立即凝聚，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极大的速度冲向气泡原来所在的空间，在冲击点处产生很高的局部压强（高达几百个大气压），冲击频率高达每秒几万次之多。尤其当汽泡的凝结发生在叶轮表面时，众多的液体质点尤如细小的高频水锤撞击着叶片；另外汽泡中还可能带有氧气等对金属材料发生化学腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将导致叶片过早损坏。这种现象称为泵的汽蚀现象。zspsKe图2-15 离心泵的安装高度s离心泵在产生汽蚀条件下运转，会产生什么样的后果呢？第41页，共103页。2 流体输送机

28、械2.1.7 离心泵的安装高度 汽蚀现象发生时，泵体振动并发生噪音，流量Q、扬程（压头）H和效率都明显下降，严重时甚至吸不上液体。因此汽蚀现象是有害的，必须加以避免。那么，如何避免汽蚀现象的产生呢？ 从前面的分析可知，泵的安装高度zs受到汽蚀现象的限制，为壁面汽蚀现象的发生: 泵的安装位置不能太高，以保证叶轮中各处压强高于被输送液体的饱和蒸汽压pv; 可采取ps； hf(s-k)。 我国的离心泵规格中采用下述两种指标允许汽蚀余量（有的教材给出必需汽蚀余量）和允许吸上高度来表示泵的吸上性能，下面简述这两种指标的意义，并说明如何利用它们来确定泵的安装高度不至于发生汽蚀现象。第42页，共103页。2

29、 流体输送机械2.1.7 离心泵的安装高度2.1.7.2 汽蚀余量 zspsKe图2-15 离心泵的安装高度s或泵吸入口的全压头汽蚀余量h最小汽蚀余量hmin(2-20)在s与e之间列柏努利方程得：第43页，共103页。2 流体输送机械2.1.7 离心泵的安装高度允许汽蚀余量h允许允许安装高度zs允许(2-21)这种求zs允许的方法称为允许汽蚀余量法。第44页，共103页。2 流体输送机械2.1.7 离心泵的安装高度讨论： （1） h允许由实验测定，不同型号的泵其值不同，由厂家出厂前由实验测定；测定条件为：液面压力为标准大气压，流体为水，水温20 ； （2）当进口管路无阻力，液面压力为标准大气

30、压，ue=0，不考虑饱和蒸汽压影响时，zs=10.33m是泵安装高度的极限； （3）当进口管路阻力增大时，允许安装高度降低，故应尽可能减小吸入管路的阻力；如： * 吸入管路尽量短，少走弯路； * 进口管路直径一般大于出口管路直径； * 进口管路上避免不必要的管件，如泵装于液面下可免装止逆阀（并且启动前不用灌泵），流量调节阀装于出口管路； 第45页，共103页。2 流体输送机械2.1.7 离心泵的安装高度 （4）实际生产过程中，管路的流量有可能发生变化，那么此时吸入管路的阻力也发生变化；若流量增大则允许安装高度减小，所以为避免在实际操作中由于流量的提高或其他参数（如液体温度，液面压力等）的变化而

31、出现汽蚀现象，允许安装高度按可能出现的最大流量计算并且实际安装高度应低于允许安装高度： （5）对油泵通常给出允许汽蚀余量，当实际操作条件与允许汽蚀余量测定条件不同时，应进行校正：对于油品1 ，所以经过校正后的允许安装高度值更大，而未经过校正计算得到的允许安装高度则较小；因此对此类情况将不作校正（作为额外的安全余量）。第46页，共103页。2 流体输送机械2.1.7 离心泵的安装高度2.1.7.3 允许吸上高度Hs定义当pk=pv，pe=pemin时刚好发生汽蚀现象，此时的吸上高度为不会发生汽蚀现象的最大值： 为了安全允许吸上高度为： 所以允许安装高度也可用允许吸上高度法计算(2-22)第47页

32、，共103页。2 流体输送机械2.1.7 离心泵的安装高度讨论： （1） Hs只能由实验测定，不同型号的泵其允许吸上真空度不同，由厂家出厂前由实验测定；测定条件为：液面压力为1atm，流体为水，水温20 ，饱和蒸汽压为0.24 mH2O ； （2）当进口管路阻力增大时，允许安装高度降低，故应尽可能减小吸入管路的阻力； （3）允许安装高度按可能出现的最大流量计算并且实际安装高度应低于允许安装高度： （4）zs =10.33m是泵安装高度的极限； （5）对清水泵通常给出允许吸上真空度的参数，当操作条件与允许吸上高度测定条件不同时，应进行校正 第48页，共103页。2 流体输送机械2.1.7 离心泵

33、的安装高度为操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压，mH2O 为操作条件下输送液体时允许吸上高度，m液柱 为操作条件下的液面压力，mH2O 再考虑操作条件下输送流体密度与测定条件下流体密度的差异： 由该式可知，液面压力越小、饱和蒸汽压越高、密度越大，则允许的安装高度越低；经校正后操作条件下的允许安装高度为：第49页，共103页。2 流体输送机械2.1.7 离心泵的安装高度例3 封闭容器内贮有密度为1060kg/m3的热盐水溶液，溶液的饱和蒸汽压为0.48kgf/cm2，溶液上方的绝对压力为0.6kgf/cm2。要用一水泵从容器中抽出此溶液。所选用泵的允许吸上真空度为5.0m，吸入管路的压头损失估计为

34、0.5m，求泵的安装高度。 zsp000第50页，共103页。2 流体输送机械2.1.7 离心泵的安装高度例4 如图所示，要将某减压精馏塔塔釜中的液体产品用离心泵输送至高位槽，釜中真空度为550mmHg，釜中液体处于沸腾状态。泵位于地面上，吸入管路阻力损失为0.87 m液柱，液体的密度为986kg/m3，已知该泵的允许汽蚀余量= 4.2m，试问该泵的安装位置是否适宜？如不适宜应如何重新安排？ 3.5m第51页，共103页。2 流体输送机械2.1.8 离心泵的类型 2.1.8 离心泵的类型 离心泵类型的划分 按输送流体的性质：清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵等； 按叶轮的吸入方式：单吸泵、双吸泵；

35、 按叶论数目：单级泵、多级泵；（1）清水泵（Clean water pumps） 输送清水或物性与水相近且无腐蚀、杂质少的液体。 单级单吸泵：IS（或B）型，中小型水泵，结构简单操作容易；扬程898m，流量45360m3/h 多级泵：D型，扬程高，14351m，10.8850m3/h 双吸泵：SH型，流量大，9140m，12012500m3/h 型号： IS100-65-250 （或2B31 2B31A 2B31B） 第52页，共103页。2 流体输送机械2.1.8 离心泵的类型 意义：为泵吸入口直径，英寸基本型号在最高效率下的扬程，m；泵类型叶轮直径在基本型号基础上切削一圈2B31AIS10

36、0-65-250为泵排出直径，mm叶轮公称直径，mm为泵吸入口直径，mm第53页，共103页。2 流体输送机械2.1.8 离心泵的类型 （2）耐腐蚀泵（Corrosion resistant pumps） 与液体接触的部件由耐腐蚀材料（铸铁、高硅铁、合金钢、玻璃、塑料等）制成且更换容易，密封可靠，适用于输送具有腐蚀性的液体。扬程15195m，流量2400m3/h 型号：50F-103 50F-103A 50F-103B 意义：50为吸入口直径，mm；F为泵类型；103为基本型号在最高效率下的扬程，m。 （3）油泵（Oil pumps） 用于输送石油产品，由于油品易燃易爆，密封要求高。适用温度-

37、45 400 ，扬程60603m，流量6.25500 m3/h 。 型号：50Y-60 50Y-60A 50Y-602 50Y-60A2 意义：50为吸入口直径，mm；Y为泵类型；60为基本型号在最高效率下的扬程，m；2为叶轮级数。 第54页，共103页。2 流体输送机械2.1.8 离心泵的类型 （4）杂质泵 输送液体中含有固体颗粒杂质，粘度大的液体如泥浆等；杂质泵不易堵塞，耐磨，叶轮流道宽（23片）。（5）液下泵（Submerged pumps） 安装于贮槽内液面下，适用于输送各种腐蚀性流体，密封要求不高（泵内外均为输送的流体，无泄漏问题）。（6）屏蔽泵（Canned motor pumps

38、）叶轮与轴相连固定，密封性能高，根本上消除了泄漏，适用于输送易燃易爆、有毒、具有放射性或贵重的液体。扬程1695m，流量0.65200m3/h ，温度-35 400 。（7）管道泵（Pipeline pumps） 适用于长距离管道输送的中途加压，24150m，6.25360。（8）低温用泵（Cryogenic pumps）第55页，共103页。2 流体输送机械2.1.9 离心泵的选用、安装与运转2.1.9 离心泵的选用、安装与运转（1）选用解题指南 根据被输送液体的性质确定泵的类型； 根据管路系统的性质和工艺要求确定流量和压头（应以生产中可能出现的最大流量计算）； 根据所需流量和压头确定泵的型

39、号（所选泵的流量与扬程应比工艺要求略高，有一定的余量；但余量又不宜太大，否则回远离高效区，效率低；对多台泵都合适的情况下选择操作条件下效率最高的）； 对泵所配电机的功率进行校核确定是否更换电机。 第56页，共103页。2 流体输送机械2.1.9 离心泵的选用、安装与运转（2）安装 对关键管道用泵或容易损坏的泵应安装备用泵（并联一台工作，一台备用）； 安装高度不能太高，应小于允许安装高度； 设法尽量减少吸入管路的阻力，以减少发生汽蚀的可能性。主要考虑：吸入管路应短而直；吸入管路的直径可以稍大；吸入管路减少不必要的管件；调节阀应装于出口管路。第57页，共103页。2 流体输送机械2.1.9 离心泵

40、的选用、安装与运转（3）离心泵运转 启动前应灌泵（泵装在液面以下则为自然灌泵），并排气，防止出现气缚现象； 应在出口阀关闭的情况下启动泵，使启动功率、电流最小，避免烧毁电机； 停泵前先关闭出口阀，避免管道中的液体倒流，带动叶轮倒转，以免损坏叶轮和电机，尤其对没有安装底阀的情况； 多台泵组合操作（以两台同型号泵的串、并联操作为例）双泵联合操作其特性有如何呢？与单泵特性有何区别？第58页，共103页。2 流体输送机械2.1.9 离心泵的选用、安装与运转12HCAQabQ 串BH串H1HQO串联：若单泵的特性曲线为： 两台型号相同的泵串联工作时，每台泵的压头和流量下，串联泵的压头为单台泵的两倍。如图

41、所示，串联泵的特性曲线在横坐标不变，纵坐标加倍的方法合成。故其特性曲线为： 在实际操作中，串联操作所提供的扬程并非是单泵的两倍，而是H串 2H单，流量则有所提高 Q串 2Q单，第59页，共103页。2 流体输送机械2.1.9 离心泵的选用、安装与运转QHaCbQ并Q1H并AB并联将两台型号相同的泵并联工作，而且各自的吸入管路相同，则两泵的流量和压头必相同。因此，在同样的压头下，并联泵的流量为单台泵的两倍。如图所示。并联泵的特性曲线为： 并联泵的流量Q并和压头H并由合成特性曲线与管路特性曲线的交点a决定，由于并联组合中的两台泵的压头相等且均等于H并，而H并为单泵在b点的压头，故并联泵的总效率与每

42、台泵的效率（图中b点的单泵效率）相同。由图可知：Q并H。第60页，共103页。2 流体输送机械2.1.9 离心泵的选用、安装与运转 不论是串联还是并联操作，均能一定程度上提高管路的流量和扬程；但是哪种操作方式更为有效、合理，就要看管路的特性。如图所示，对于低阻管路a， Q并 Q串， H并 H串，所以并联组合优于串联组合；对于高阻管路b， Q串 Q并， H串 H并，所以串联组合优于并联组合。所以串联操作适用于压头大、流量小的管路；并联操作适用于压头小、流量大的管路。 02468101214161820051015202530354045H / mQ / m3/hba第61页，共103页。2 流体

43、输送机械2.2.1 正位移泵2.2 其他类型的泵 除了离心泵外，为适应工业不同工艺的要求，还需要其他类型的用泵。对输送液体的机械（泵）主要分为两大类：正位移泵和非正位移泵。2.2.1 正位移泵（Positive-displacement pumps） 连续或间歇地改变工作室的容积来压送液体，此类泵吸入的液体不能倒流，只能从排出口流出，故称之为正位移泵；其中往复泵为典型的正位移泵。 第62页，共103页。2 流体输送机械2.2.1 正位移泵（1）往复泵 往复泵工作原理 图所示为曲柄连杠机构带动的往复泵，它主要由泵缸、活柱（或活塞）和活门组成。活柱在外力推动下作往复运动，由此改变泵缸内的容积压强，

44、交替地打开和关闭吸入、压出活门，达到输送液体的目的。由此可见，往复泵是通过活柱的往复运动直接以压强能的形式向液体提供能量的。第63页，共103页。2 流体输送机械2.2.1 正位移泵 往复泵的类型按照往复泵的动力来源可分类如下：电动往复泵： 电动往复泵由电动机驱动，电动机通过减速箱和曲柄连杆机构与泵相连，把旋转运动转变为往复运动。汽动往复泵： 汽动往复泵直接由蒸气机驱动，泵的活塞和蒸气机的活塞共同连在一根活塞杆上，构成一个总的机构。按照作用方式可分：单动往复泵：活柱往复一次只吸液和排液一次。双动往复泵：活柱两边都在工作，每个行程均在吸液和排液。第64页，共103页。2 流体输送机械2.2.1

45、正位移泵往复泵的流量Q 活塞冲程，m活塞截面积，m2活塞每分钟往复次数，1/min单动往复泵的流量泵缸内径， m 单动往复泵的流量曲线是什么样的形式？它的缺点是什么呢？如何加以改进？第65页，共103页。2 流体输送机械2.2.1 正位移泵 单缸单动往复泵Q =vASn 。活塞的往复运动由等速旋转的曲柄机构变换而得，活塞往复一次只吸液和排液一次，即只在排出行程时有液体送出，管路上流量是间歇的，造成惯性损失严重。另一方面，活塞在排出行程的始点至中点作加速运动，速度从零增到最大。过了中点以后，活塞作减速运动，速度又从最大降为零。其流量变化服从正弦曲线规律，如图所示。图a 单缸单动往复泵的流量曲线

46、流量不均匀是往复泵的严重缺点。往复泵不能用于流量要求均匀的场合，且管路内的液体处于变速状态，不但增加了能量损失，且易产生冲击，造成水锤现象。并会降低泵的吸入性能。那么如何提高流量的均匀性呢？第66页，共103页。2 流体输送机械2.2.1 正位移泵双动往复泵单缸双动往复泵如图所示，其流量为图b 单缸双动往复泵的流量曲线活塞左行活塞右行总流量单缸双动往复泵的流量曲线如图b所示。第67页，共103页。2 流体输送机械2.2.1 正位移泵三缸单动往复泵 三缸单动往复泵是由三台单动泵连在一根曲拐上，互成120o，实质上就是三台单动泵并联构成。其流量曲线如图所示，该泵流量较均匀。 三缸单动往复泵的流量曲

47、线第68页，共103页。2 流体输送机械2.2.1 正位移泵第69页，共103页。2 流体输送机械2.2.1 正位移泵往复泵的总效率，一般=0.65-0.85 往复泵的功率与效率HQ0HQHQT往复泵的特性曲线 由QTASn知，往复泵的理论流量QT仅与活塞每次扫过的体积AS及活塞往复次数n有关，而与管路的特性无关。往复泵的实际流量Qv QT ，v 1， Q QT,压头H不太高时v随H的变化很小，H大时，v减小。往复泵的H QT ，H Q如右图所示。第70页，共103页。2 流体输送机械2.2.1 正位移泵 往复泵的工作点 往复泵的压头 由管路特性曲线与泵的特性曲线的交点（工作点）确定，但压头（

48、扬程）H只决定于管路情况，如图所示。 正位移泵的特性是：流量Q与管路特性无关； 压头（扬程）H只决定于管路情况。往复泵是正位移泵。往复泵的工作点第71页，共103页。2 流体输送机械2.2.1 正位移泵 往复泵的流量调节 离心泵可用出口阀门来调节流量，但对往复泵此法却不能采用，其原因何在呢？ 因为往复泵是正位移泵，其流量与管路特性无关，安装调节阀非但不能改变流量（QvASn），而且还会造成危险，一旦出口阀门完全关闭，泵缸内的压强将急剧上升，导致机件破损或电机烧毁。因此，提醒大家注意：往复泵启动时一定要打开出口阀（与离心泵相反），而且也不能用关小出口阀的方法调节流量。那么，往复泵的流量调节用什么

49、方法呢？第72页，共103页。2 流体输送机械2.2.1 正位移泵a、旁路调节第73页，共103页。2 流体输送机械2.2.1 正位移泵 旁路调节并没有改变总流量Q，只是改变了总流量在主管和旁路之间的分配而已。旁路调节流量所造成的功率损失为旁路流量，m3/min 显然，这种调节方法虽然简单但不是很经济，只适用于流量调节幅度较小的经常性调节。第74页，共103页。2 流体输送机械2.2.1 正位移泵b、改变曲柄转速（即改变n）和活塞冲程S 由QvQTvASn 知，改变n及S可以改变泵的流量Q，即改变泵的特性曲线，如图所示。这种调节方法能量损失小，比较经济。HQ0n1n2Q1Q2 因电动机是通过减

50、速装置与往复泵相连接的，所以改变减速装置的传动比可以更方便的改变曲柄转速，达到流量调节的目的。 往复泵压头高，有自吸作用，安装高度（吸上高度）也有一定限制。往复泵适用于输送粘度大，要求压头高的液体，不能用于输送腐蚀性液体和有固体颗粒的悬浮液。第75页，共103页。2 流体输送机械2.2.1 正位移泵（2）计量泵（Metering pumps） 计量泵也是一种往复泵，只不过它用电动机带动偏心轮实现柱塞的往复运动，而偏心轮的偏心度可以调整，柱塞的冲程就发生变化，以此来实现准确的流量调节。主要应用在一些要求精确地输送液体的场合；或分别调节多缸计量泵中每个活塞的行程来实现将几种液体按精确的比例输送，如

51、化学反应器中几种物料的投放。 第76页，共103页。2 流体输送机械2.2.1 正位移泵（3）隔膜泵（Diaphragm pumps） 第77页，共103页。2 流体输送机械2.2.1 正位移泵（4）旋转泵（转子泵，Rotary pumps）齿轮泵（Gear pumps）：靠齿轮的旋转实现流体输送 第78页，共103页。2 流体输送机械2.2.1 正位移泵螺杆泵（Screw pumps）：靠螺杆的旋转实现流体输送 第79页，共103页。2 流体输送机械2.2.2 非正位移泵2.2.2 非正位移泵（1）旋涡泵（Vortex pumps） 第80页，共103页。2 流体输送机械2.2.2 非正位移

52、泵OQNH旋涡泵的特性曲线N QH Q第81页，共103页。2 流体输送机械2.2.2 非正位移泵（2）管道泵 管道泵安装在管道中，其吸入口与排出口在同一中心线上，适用于长距离管道输送的中途加压。第82页，共103页。2 流体输送机械2.2.3 各类泵在化工生产中的应用 2.2.3 各类泵在化工生产中的应用 （1）离心泵 靠高速回转的叶轮完成输送任务，故易于达到大流量，较难产生高压头。离心泵适用性广，价格低廉，得到广泛应用。 （2）往复泵 靠往复运动的柱塞挤压排送液体，因而易于获得高压头而难以获得大流量。流量较大的往复泵设备庞大，造价昂贵。 （3）旋转泵（齿轮泵、螺杆泵等） 靠挤压作用产生压头

53、，输液腔一般很小，故只适用于流量小而压头较高的场合，对高粘度料液尤其适用。第83页，共103页。2 流体输送机械2.3 气体输送与压缩机械2.3 气体输送与压缩机械气体输送与压缩机械的应用：（1）气体输送（2）产生高压气体（3）产生真空第84页，共103页。2 流体输送机械2.3 气体输送与压缩机械气体输送机械的分类： 按工作原理分为离心式、旋转式、往复式以及喷射式等； 按出口压力和压缩比不同分为如下几类： （1）通风机：出口压力3atm（表压），压缩比大于4； （4）真空泵：出口压力约为常压，压缩比由真空度决定。 第85页，共103页。2 流体输送机械2.3 气体输送与压缩机械 气体输送机械

54、的结构和原理与液体输送机械大体相同，液体输送机械能否用于输送气体呢？不能。为什么？因为气体与液体的性质有较大区别： （1）气体的密度比液体的密度小得多（如空气密度1.293kg/m3，水的密度为1000kg/m3）；在同样条件下，气体在输送机械内产生的离心力小，所以气体输送机械的叶轮转速比液体输送机械来得快，且叶片数目多以提高离心力； （2）气体的粘度小，液体粘度大（空气粘度0.0177cp，水的粘度1cp） （3）气体的流速比液体的流速大得多，由于气体密度小在同样质量流量下，气体的的流速高于液体的流速，一般液体的适宜流速为13m/s，气体的适宜流速为1525m/s；所以气体输送机械需要更大的

55、压头以克服气体流动的阻力损失；也正因为此气体输送需要较大的流速，气体输送机械的叶轮多采用径向叶片或前弯叶片；第86页，共103页。2 流体输送机械2.3 气体输送与压缩机械 （4）气体具有可压缩性，液体压缩性小可视为不可压缩流体；气体经输送机械做功静压提高受压缩，产生热效应，故压缩比大的气体输送机械具有中间冷却装置； （5）气体的动压头不可忽略而位压头可忽略，液体则正好相反。 总之，气体输送机械与液体输送机械相比：多采用前弯叶片或径向叶片，叶轮转速高、叶片数目多、设备体积大，对高压缩比气体输送机械具有中间冷却装置。第87页，共103页。2 流体输送机械2.3.1 通风机2.3.1 通风机（Fa

56、ns） （1）离心通风机的结构与类型 通风机主要有轴流式和离心式，轴流式通风机排风量大、压力小，一般只用于通风换气，不用于气体的输送，如冷却塔的通风。离心通风机的工作原理则与离心泵类似；根据通风机的出口压力分为： 低压通风机：出口压力（风压）1kPa（表压） 中压通风机：出口压力1kPa3kPa（表压） 高压通风机：出口压力3kPa15kPa（表压） 其中低、中压通风机风压较低主要用于通风换气，高压通风机可用于气体输送。 第88页，共103页。2 流体输送机械2.3.1 通风机 离心式通风机的工作原理与离心泵完全相同，其构造与离心泵也大同小异。如图2-38所示它的机壳也是蜗壳形，但壳内逐渐扩大的气体通道及出口截面有方形和圆形两种。一般低、中压通风机多是方形，高压通风机多为圆形。叶片的数目比较多且长度较短。第89页，共103页。2 流体输送机械2.3.1 通风机离心式通风机的叶片有以下几种： 平直（径向）叶片 低压通风机的叶片通常是平直的，与轴心成辐射状安装。 后弯叶片 静风压大，效率高。高效风机都是后弯叶片。 前弯叶片 动风压大，效率低。通风机主要要求是送风量大，因此在不追求高效率时常用前弯叶片。第90页，共103页。2 流体输送机械2.3.1 通风机（2）离心式通风机的性能参