化工原理教案：2 流体输送机械

1、PAGE 流体输送机械本章学习要求1、熟练掌握的内容离心泵的基本结构和工作原理、主要性能参数、特性曲线及其应用；离心泵的工作点，串联、并联，流量调节、安装高度、选型以及操作要点2、理解的内容影响离心泵性能的主要因素；串联、并联；安装高度；3、了解的内容往复泵的基本结构、工作原理与性能参数以及其它化工用泵的工作原理与特性；离心通风机的性能参数、特性曲线及其选用鼓风机、真空泵的工作原理。本章教学要求教学重点：离心泵的特性，安装高度及工作点的确定和流量的调节教学难点：离心泵的安装高度和泵的串、并联特性教学思路：原理构造性能参数工作点安装高度选用与操作学时安排：4学时（教学用时：5分钟）导入语：生产中

2、，常常需要将流体从低处输送到高处，或从低压送至高压，或沿管道送至较远的地方，或为了提高流体的压强，或将设备造成真空，这些都需要一定的流体输送设备，为流体提供能量，以克服流体的阻力。而化工生产中，因流体的温度、压力等操作条件，流体的性质、流量以及所需要提供的能量等方面有很大的不同。为了适应不同情况下的流体输送要求，则就需要不同结构和特性的输送机械。因此，流体输送设备种类繁多，分类标准多样。按其输送流体分：用以输送液体的机械通称为泵；用以输送气体的机械通称为气体输送设备输送液体设备泵：离心泵、往复泵、计量泵、漩涡泵等。输送气体设备通风机、鼓风机、压缩机、真空泵等。按其工作原理分为：（1）动力式（叶

3、轮式）：包括离心泵和轴流式输送机械，它们是给以高速旋转的叶轮使流体获得能量；（2）容积式（正位移式）：包括往复泵和旋转式输送机械，它们是利用活塞或转子的挤压使流体升压以获得能量；（3）其它类型：指不属于上述两类的其它型式，如喷射式等。按其吸液方式分为：单吸液体从叶轮一侧吸入；（图片展示）双吸液体从两侧吸入，吸液能力大，可以消除轴向推力。当压头很高时，可采用多级（即多级泵）。生产中所输送的流体，有的性质比较特殊。例如温度高、腐蚀性强、粘度高、含有固体悬浮物等，因此实际生产对所用的泵和风机往往有一些特殊的要求。结合生产的特点，本章重点讨论学习离心泵的操作原理，基本构造与性能，以便能合理地选择其类型

4、，决定其规格，计算功率消耗，正确地安排其在管路系统中的位置，并进行操作管理。并简单介绍其他类型泵及离心通风机等。离心泵本节要点：管路系统特性是对该管路系统所列机械能衡算式的变形，对一定的管路系统，特性曲线为抛物线的右半支，低阻力管路较平缓，高阻力管路较陡峭；离心泵的特性曲线是实验测定，掌握实验装置及测量原理；气缚现象、汽蚀现象、工作点的确定、流量的调节；掌握离心泵的串联和并联的特点，能根据实际需要正确选用组合方式；离心泵的安装高度需注意的问题（防止汽蚀现象的发生），这是个工程应用问题；选择离心泵是一个设计问题，根据具体情况及计算结果确定类型与型号，需采用最优的观点。本节重点：离心泵的工作原理、

5、性能参数、特性曲线、工作点、管路特性曲线、流量的调节、泵的串联和并联以及安装高度的确定本节难点：离心泵的工作原理、泵的串联和并联、气缚现象、汽蚀现象以及安装高度的确定教学思路：原理构造性能参数工作点安装高度选用与操作学时安排：3学时离心泵的工作原理及构造（教学用时：15分钟）1、离心泵的工作原理（图片录象动画演示其结构和工作原理）离心泵种类很多，但工作原理相同，构造大同小异。主要由泵壳及叶轮构成，泵壳呈蜗壳形，流通面积逐渐增加。其内有一叶轮与泵轴相连，叶轮上有若干弯曲的叶片，泵轴在外界的动力带动时，叶轮便在泵壳内旋转，液体由入口沿轴向垂直地进入叶轮中央，在叶片之间通过而进入泵壳，最后从泵的出口

6、正成切线方向排出。其实这个工作过程（工作原理）可以概括为6个字，即三个步骤：（1）充液：离心泵使用前先将液体灌满泵壳及吸入管路；（2）排液：泵轴带动叶轮旋转，在离心力作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘，在此过程中获得能量，使轮外缘液体静压头提高，同时也增大了流速，液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐加宽，液体的流速逐渐降低，又将一部分动压头转变为静压头，使泵出口处静压头提高，以高压排出；（3）吸液：泵内液体排出后，叶轮中心处形成真空，将泵外液体不断吸入叶轮，再排出。同学们试想：离心泵在启动前为什么要先充满液体？如果没有充液体，会发生什么现象？若泵壳与吸入管路内没有充满液体，则泵壳内存有空气

7、，由于空气的密度远小于液体的密度，产生的离心力小，因而叶轮中心处所产生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，也不能输送液体，这种现象称为“气缚”现象，表示离心泵无自吸能力。为防止在充液时液体流出或在使用完后泵壳中液体的外流，在吸入管底部装有带吸滤网的底阀，底阀为单向阀，防止启动前所灌入的液体从泵内漏失，滤网可以阻拦液体中的固体物质被听课入而堵塞管道或泵壳。（图片展示构造）思考题2-1：刚安装好的一台离心泵，启动后出口阀已经开至最大，但不见水流出，试分析原因并采取措施使泵正常运行。答：原因：其一，启动前没灌泵，此时应停泵、灌泵，关闭出口阀后再启动。其二，吸入管路被堵塞，此情况下应

8、疏通管路后灌泵，关闭出口阀，然后启动泵。2、离心泵的主要部件（图片动画展示）（1）叶轮 叶轮的作用是将电动机的机械能传给液体，使液体的静压能和动能均有所提高给能作用。其叶轮形式有三种：开式、半开式、闭式。开式两侧均无盖板，优点：结构简单、清液方便；缺点：效率低，适用于输送含杂质的悬浮液。半开式吸入口侧无盖板，另一侧有后盖板，适于输送悬浮液；闭式叶片两侧均有盖板，优点：效率高，应用广；缺点：结构复杂，不宜清洗，故适于输送清洁液体。平衡孔作用是使后盖板与泵壳之间的空腔中一部分高压液体漏到低压区，以减小叶轮两侧的压力差，从而起到一部分轴向推力的作用，但同时也会降低泵的效率。（2）泵壳呈蜗壳形，通道逐

9、渐扩大，当液体从叶轮外缘以高速被抛出后，沿泵壳的蜗牛形通道向排出口流动，流速逐渐降低，减少了能量损失，且使一部分动能有效地转变为静压能。作用：增大流道面积，降低动能，增加静压能，实现能量转换转能。减少能量损失；有些离心泵中装有导轮，其目的是为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，由于导轮具有很多逐渐转向的通道，使高速液体流过时均匀而缓和地将动能转变为静压能，以减少能量损失。（3）轴封装置 泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。作用：防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而流出；防止外界空气漏入泵壳内。常用的有填料密封和机械密封两种。离心泵的理论压头（略）离心泵的主要性能参数（教学用时：10分钟）为了正确选择和使用离

10、心泵，需要了解离心泵的性能，其主要性能参数有流量、扬程、功率、效率、转速等。1、流量QZ2Z1Z112200离心泵的流量（又称送液能力）是指单位时间内泵所输送液体的体积，单位：m3/h，m3/s，m3/min或l/s。其流量大小取决于泵的结构、尺寸(主要为叶轮的直径与叶片的宽度)和转速。2、扬程He（或称压头）离心泵的扬程He是指单位重量（1N）液体流经离心泵后所获得的能量，单位：m液柱在泵进出口两截面间列柏努利方程（如图），有：移项整理得：扬程 = 升扬高度 + 静压头变化 + 动能变化 + 阻力损失强调：扬程不等于升扬高度，Z为升扬高度，两液面的垂直高度。例2-1 某离心泵以20水进行性能

11、实验测得体积流量为720m3/h，压出口压力表数为3.82kgf/cm2，吸入口真空表读数为210mmHg，压力表和真空表间垂直距离为410mm，吸入管和压出管内径分别为350mm及300mm。试求泵的压头。解 查得水在20时密度为998kg/m3则 HM=3.8210.01=38.2mH2O HV=0.21013.6=2.86mH2O将已知数据代入，则=41.47+0.187 =41.7mH2O3功率与效率（1）轴功率N与有效功率Ne功率是指单位时间内所做的功。轴功率：指泵轴所需的功率。离心泵一般用电机驱动，其轴功率就是电机传给泵轴的功率。有效功率：指单位时间内流体从泵中叶轮获得的有效能量。

12、因离心泵排出的液体质量流量为Q，所以泵的有效功率为：（2-1）式中Ne-有效功率，W；Q-泵在输送条件下的流量，m3/s；H-泵在输送条件下的压头，m；输送液体的密度，kg/m3；g重力加速度，m/s2。（2）效率离心泵工作时，由于泵内存在各种能量损失，致使泵轴从电机获得功率并没有全部传给液体，二者之差即为泵内损失功率，其大小用泵效率来衡量。即是泵的效率等于有效功率与轴功率之比。其表达式为： （2-2）泵的轴功率为：（2-3）值反映出泵工作时机械能损失的相对大小，一般约为0.50.7，大型泵可达0.90。泵内造成功率损失的原因有：水力损失粘性液体流经叶轮通道和蜗壳时产生摩擦阻力以及在泵局部处因

13、流速和方向改变引起的环流和冲击而产生的局部阻力，统称为水力损失。水利损失与泵的结构、流量及液体的性质等有关。容积损失容积损失是由于泵的泄漏造成的损失。对离心泵可能发生泄漏的地点很多，例如密封环、平衡孔及密封压盖等。这样，一部分获得能量的高压液体通过这些部位被泄漏，致使泵排出管道的液体量小于吸入的液体量,并消耗一部分能量，有时也称为流量损失。容积损失主要与泵的结构及液体在泵进、出口处的压强差有关。机械损失 由轴与轴承之间、泵轴与填料函之间、叶轮盖板外表面与液体之间均产生摩擦而引起的能量损失称为机械损失。离心泵的特性曲线（教学用时：15分钟）1、特性曲线离心泵的压头He、功率N、效率与流量Q之间的

14、关系曲线，称为离心泵特性曲线，由HQ，NQ，Q三条曲线组成。它是在额定转速和标准状态（1atm，20清水）下，用实验测得。通常在泵的产品样本中附有泵的主要性能参数和特性曲线，供选泵和操作参考。如图表示某型号离心水泵在转速为2900r/min下用20清水测得的特性曲线。由图可以看出，在一定转速下：（1）HQ曲线随Q，H。不同型号的离心泵，HQ曲线的形状有所不同。有的离心泵HQ曲线较平坦，其特点是流量变化较大而压头变化不大；有的比较陡峭，当流量变化很小时，扬程变化就很大，它适用于扬程变化大而流量变化小的管路。（2）NQ曲线随Q，N，显然当Q=0时，N最小，故启动离心泵时，应关闭泵出口阀门，使启动功

15、率最小，以保护电机。（3）Q曲线当Q=0时，=0，且随Q，达到一个max以后，Q。Z1Z2说明离心泵在一定转速下有一最高效率点称为离心泵的设计点。在此点附近即92%max的范围为高效率区域。一般离心泵出厂时牌上所注的参数就是在最高效率点下工作的流量、扬程、轴功率。2、特性曲线的测定（动画演示实验）实验流程如图：（2-4）式中管路短 可忽略，则实验中测得h0，泵入口处的真空表读数和泵出口处的表压，以及流量Q，即可算出He。轴功率N由功率表实测，=QH/102N计算出。思考题：如何启动一台离心泵？答：（1）试验联轴器是否灵活；（2）给泵灌水，防止气缚；（3）关闭出口阀门，启动功率最小；（4）开泵。

16、3、离心泵性能的改变与换算泵生产部门所提供的离心泵特性曲线，一般都是在一定转速和常压下，以常温水作为工作介质做实验测得的。若在生产中输送其它液体，其物性发生变化，泵的特性曲线也会发生变化，若改变泵的转速和叶轮直径，泵的性能也会发生变化。那么这些因素的变化对特性曲线有何变化呢？（1）液体密度的影响离心泵的流量Q等于叶轮周边出口截面积与液体在周边处的径向速度之乘积，这些因素不受液体密度的影响，所以对同一种液体的密度变化，泵的体积流量不会改变；离心泵的扬程与密度也无关。因为变化，离心力变化，故由离心力产生的静压力也将变化，但p/g以压头表示的扬程He时与无关；泵的轴功率随密度变化关系不随变化；（2）

17、液体粘度的影响显然粘度越大，泵体内能量损失越大。对于高粘度流体，H，Q，而N。有换算关系修正系数可查参考书，一般CH和CQ小于1。产生这种变化的原因是：液体的粘度增大，叶轮内液体流速则要降低，从而使得流量减小；粘度增大，液体流经泵内的流动摩擦损失随之增加，进而使扬程减小。因粘度增大，叶轮前后盖板与液体之间的摩擦而引起能量损失增加，使所需要的轴功率增加。由于上述原因，结果使泵效率下降。通常当运动粘度大于2010-6m2/s时，泵的特性参数需要换算，其方法可参考离心泵专著。（3）离心泵转速的影响离心泵特性曲线是在一定转速下测定的，当转速改变时，其特性参数也要发生相应改变。当液体的粘度不大，对同一型

18、号泵，同一种液体，在效率不变的条件下，有如下关系：（2-5）式中Q1、H1、N1 转速为n1时泵的性能参数；Q2、H2、N2 转速为n2时泵的性能参数。上式称为比例定律，在时，可认为效率不变，用上式进行计算误差不大。若在转速为n1的特性曲线上多选几个点，利用比例定律算出转速为n2时相应的数据，并将结果标绘在坐标纸上，就可以得到转速为n2时的特性曲线。（4）叶轮直径的影响当泵的转速一定时，通过切割叶轮直径D，使其变小，也能改变泵的特性参数。若对同一型号的泵,当切削叶轮，D变化不大，n不变时，叶轮直径和流量、压头、轴功率之间的近似关系为：（2-6）此式称为切割定律。离心泵的工作点与流量调节（教学用

19、时：30分钟）导入语：当离心泵安装在特定的管路系统中工作时，实际的工作压头和流量不仅与离心泵本身的性能有关，还与管路的特性有关，即在输送液体的过程中，泵和管路是互相制约的。所以，讨论泵的工作情况之前，应先了解泵所在的管路状况管路特性。1、管路的特性曲线Z1ZZ2如图所示管路输送系统，若贮槽与高位槽液面维持恒定，且输送管路的直径不变，则在截面1-1和截面2-2间列柏努利方程有：这里，令，而对于给定的管路系统，l，d均为定值，阀门开度一定时，即le一定，且认为流体流动处于阻力平方区，变化很小。则可令且为常数则有 H=A+BQ2 （2-7）此式称为管路特性方程 将此方程的关系标绘在HQ坐标图上，即得

20、右图所示的HQ曲线，称为管路特性曲线，或称为管路阻力曲线。式中的B为管路特性系数，它与管路长度，管径、摩擦系数及局部阻力系数有关。在其它条件一定时，若改变管路中的调节阀开度，则局部阻力系数也将随着改变。习惯上把B值较大的管路称为高阻力管路（如图中曲线1）；反之，B值较小的管路则称为低阻力管路（如图中曲线2）。2、工作点输送液体是靠泵和管路系统共同完成的，则可将离心泵的特性曲线HQ与其所在管路的特性曲线HeQe标绘于同一坐标图上，如图所示，两线交点M称为泵在该管路上的工作点。该点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Q=Qe，H=He。换言之，对所选定的离心泵，以一定转速在

21、此特定管路系统运转时，只能在这一点工作。3、离心泵流量的调节如果工作点的流量大于或小于所需要的输送量，应设法改变工作点的位置，即进行流量调节。有两类方法：改变管路特性曲线：安装调节阀，改变其开度；改变泵特性曲线：改变转速，车削叶轮直径。 （1）改变阀门开度：阀门关小：le管路特性曲线陡工作点M1QM1QM现分析这种调节方法的特点：这种调节方法，如阀门关小，不仅增加了管路的阻力，且使泵在低效率点下工作，其经济上很不合理，但用阀门调节流量的方法操作简便、灵活，故应用很广。（2）改变泵的转速改变离心泵的转速，实质上是改变泵的特性曲线。如图2-21所示泵在转速为n时，工作点为M，若把泵的转速提高到n1

22、，泵的特性曲线HQ向上移，如图中n1曲线所示，工作点由M移至M1，流量由QM加大到QM1。若把泵的转速降至n2，则HQ曲线向下移，如图中n2曲线所示，工作点移至M2，流量减小至QM2。这种调节方法能保持管路特性曲线不变。由式（2-5)比例定律可知，流量随转速下降而减小，动力消耗也相应降低，从动力消耗来看是比较合理的。但需要变速装置或价格昂贵的变速电动机，且难以做到流量连续调节，故生产中较少采用。（3）切割叶轮直径此外，减小叶轮直径也可以改变泵的特性曲线，从而使泵的流量变小，但可调节的范围不大，且直径减小不当还会降低泵的效率，故实际上很少采用。其规律类似于改变转速。下面举例说明例2-2某输水管路

23、系统中，离心泵在转速为n=2900r/min时的特性曲线方程为He=255Q2，管路特性方程为H=10+KQ2，Q单位为m3/min。试求： K=2.5时工作点流量QA与扬程HA；阀门关小到K=5时，工作点流量QB与扬程HB；对于流量QB，因改变阀门开度，管路阻力损失增加了多少？若采用改变转速，使流量从QA到QB，试求转速应调到多少？ 解析：由题意知：离心泵的特性方程为：He=255Q2 (a)当K2.5时，管路特性曲线方程：H=10+2.5Q2(b)联立求解可得：QA1.41m3/min84.8m3/h HA2551.41215m（水柱）当K5时，管路特性曲线方程为：H=10+5Q2(c)联

24、立式（a）可求解可得：QB1.22m3/min73.5m3/hHB2551.22217.5m（水柱）欲求管路阻力损失增加，则需计算出同一流量下的阻力损失，即将Q B1.22m3/min流量代入式（b）中，得HC102.51.22213.8m（水柱）从而增加的阻力损失为：HBHC17.513.83.7 m（水柱）改变泵的转速，使工作点从A点移动到C点，即QBQC1.22m3/min73.5m3/h，HC13.8 m（水柱）。为了求出工作点C的离心泵的转速nC，利用相等效率条件下的比例定律（2-5）式，即（2-5）则有：即有：或写成： HkQ2 （2-5a）称为离心泵在各种转速下的等效率方程将HC

25、13.8 m（水柱），QC1.22m3/min代入等效率方程可求得系数则得到通过C点的等效率方程为： H9.2Q2(d)如图，将式（a）与（d）联立求解，得到n2900r/min时离心泵特性曲线上D点，且有HD16.2 m（水柱），QC1.33m3/min利用式（2-5），即校验：，在允许范围。最后请同学们分析：当泵出口处的调节阀减小后，阀前与阀后压力以及泵进口处的真空表压力将如何变化？当泵转速减小时，又将如何变化？离心泵的并联与串联操作（教学用时：15分钟）在实际工作中，如果单台离心泵不能满足输送任务的要求，有时可将几台泵加以组合。组合方式通常有两种：并联和串联。1、并联操作（1）合成特性曲

26、线设有两台型号相同的离心泵并联工作，且各自的吸入管路相同，则两台泵的流量和压头必相同。因此在同样压头下，并联泵后的流量是单台泵的两倍，于是，依据单台泵特性曲线I上的一系列坐标点，保持其纵坐标（H）不变、使横坐标（Q）加倍，由此得到的一系列对应坐标点即可绘出两台并联泵的合成特性曲线II，如图2-22所示。（2）并联工作点并联泵的操作流量和压头可由合成特性曲线与管路特性曲线的交点来决定。由图可见，由于流量增大时管路流动阻力增加，因此两台泵并联后的总流量必低于原单台泵流量的两倍。由图可知，并联后工作点为B点，其性能Q并，H并，由于受管路特性曲线制约，管路阻力增加，两台泵的总流量必小于原单泵输送量的两

27、倍。（3）结论：并联操作可以提高流量，但并不是成倍变化，即Q并2Q。2、串联操作若将两台型号相同的离心泵串联操作，则每台泵的压头和流量也是各自相同的，因此在同一流量下，两台串联泵的压头为单台泵的两倍。于是，依据单台泵特性曲线I上的一系列坐标点，保持其横坐标（Q）不变、使纵坐标（H）加倍，由此得到的一系列对应坐标点即可绘出两台并联泵的合成特性曲线II，如图2-23所示。同样，串联泵的工作点也由管路特性曲线与泵的合成特性曲线的交点来决定。由图可见，两台泵串联操作的总压头必低于单台泵压头的两倍，即H并Q串；H并H串。并联优于串联；高阻管路时，管路特性曲线较陡峭，有Q并Q串；H并H串。串联优于并联。4

28、、流量调节方法的比较采用什么方法来调节流量，关系到能耗问题。当转速不变采用阀门来调节流量，这种方法简便，并为工厂广泛采用。但关小阀门会使阻力加大，因而需要多消耗一部分能量以克服附加的阻力，这是不经济的。当采用改变转速调节流量时，可使管路特性曲线保持来变，流量随转速下降而减小，动力消耗也相应降低，因而采用改变转速调节流量节能效果是显著的。但需要变速装置或价格昂贵的变速原动机，且难以做到流量连续调节，这是其主要的缺点。此外，减小叶轮直径可改变泵的特性曲线，但其主要缺点是可调节流量范围不大，且直径减小不当还会降低泵的效率。在输送流体量不大的管路中，一般都用阀门来调节流量，只有在输液量很大的管路才考虑

29、使用调速的方法。离心泵的安装高度（教学用时：30分钟）导入语：离心泵在使用时，首先必须解决安装问题，安装位置合适与否，对操作影响很大。比如打深井，水面很深，若将一台离心泵放置在离水面较高的地面上，能否把水抽上来？这就是一个实际问题，以下分析：汽蚀现象（动画演示）离心泵的吸入管路如图2-25所示，以贮液池液面为基准，在液面00与泵入口11截面间列柏努利方程，得(2-8)由此知，当贮液池上方压强一定时，若泵吸上高度Hg越高，则吸入口附近压强就越低。（那么它能否无限的低呢？）显然吸入口的低压是有限制的，这是因为当叶轮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汽压时，液体就在该处发生汽化并产生

30、汽泡，随同液体从低压区流向高压区，汽泡在高压的作用下，迅速凝结或破裂，瞬间内周围的液体即以极高的速度冲向原汽泡所占据的空间，在冲击点处形成几万kPa的压强，冲击频率可高达几万次之多；由于冲击作用引进泵体震动并产生噪音，且叶轮局部处在巨大冲击力的反复作用下，使材料表面开始疲劳，从开始点蚀到形成裂缝，使叶轮或泵壳受到破坏，这种现象称为汽蚀现象。汽蚀发生时，由于产生大量的汽泡，占据了液体流道的部分空间，导致泵的流量、压头及效率下降。汽蚀严重时，泵根本就没有流量输出。因此，为了使离心泵能正常运转，应避免产生汽蚀现象，这就要求离心泵的安装高度必须在离心泵的允许安装高度之内（允许安装高度又称为允许吸上高度

31、），那么这个允许安装高度Hg如何确定？为了确定离心泵的允许安装高度，在国产的离心泵标准中，采用两种指标来表示泵的抗汽蚀性能（及吸上性能），下面分别讨论它们的意义和计算方法。2离心泵的允许吸上真空度HS如前所述，为避免汽蚀现象，泵入口处压强p1应为允许的最低绝对压强。但习惯上常把p1表示为真空度，若大气压为pa，则泵入口处的最高真空度为(pa-p1)，单位为Pa。若真空度以输送液体的液柱高度来计量，则此真空度称为离心泵的允许吸上真空度，以HS来表示，即：（2-9）式中HS离心泵允许吸上真空度，是指在泵入口处可允许达到的最高真空度，m液柱；pa大气压强，Pa；p1泵吸入口处允许的最低绝对压强，Pa

32、；被输送液体的密度，kg/m3。应予指出，HS既然是真空度，其单位应是压强的单位，通常以m液柱来表示。在水泵的性能表里一般把它的单位写成m（实际上应为mH2O），这一点应特别注意，免得在计算时产生错误。联立式（2-8）得到泵的允许安装高度：（2-10）上式为离心泵允许安装高度的计算式，应用时必须已知允许吸上真空度HS的数值。而HS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，由制造工厂用实验测定。实验是在1atm大气压下，以20的清水为工作介质进行的，相应的允许吸上真空度用HS表示，其值列在泵样本或说明书的性能表上，有时在一些泵的特性曲线上也画出了HSQ曲线(见图2-26)，

33、表示HS随流量的变化情况。HS随Q增大而减小，因此确定泵安装高度时应使用泵最大流量下HS的来进行计算。若输送其它液体，且操作条件与上述的实验条件不符时，要对水泵性能表上的HS值进行换算。 (2-11)式中 HS操作条件下输送液体时的允许吸上真空度, m液柱；HS实验输送20水时的允许吸上真空度，即在泵性能表上所查得的数值，mH2O；Ha泵安装地区的大气压强，mH2O。其值随海拔高度不同而异；Hv操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压，Pa；10.33实验条件下的1atm大气压强，mH2O；0.24实验温度（20）下水的饱和蒸汽压，mH2O；1000实验温度（20）下水的密度，kg/m3；操作温度下液

34、体的密度，kg/m3。3汽蚀余量由上讨论可知，泵的允许吸上真空度是随泵安装地区的大气压强、输送液体的性质和温度而变，使用时不太方便。通常采另一个抗汽蚀性能的参数，即允许气蚀余量，以h表示。其值可以在离心泵的性能表中查的。（1）有效汽蚀余量ha为了避免汽蚀发生，液体吸入管到达泵入口处所具有的压头（）不仅能使液体推进叶轮入口，而且应大于液体在工作温度下的饱和蒸汽压头，其差值为有效富余压头，常称为有效汽蚀余量（available NPSH），单位为m（液柱）。表达式为：(2-12)（2）必需汽蚀余量hr必需汽蚀余量（reguired NPSH）hr是表示液体从泵入口流到叶轮内最低压力点处的全部压头损

35、失。显然，hr越小，泵越不易发生汽蚀。因泵入口处的富余压头ha在用于压头损失hr之后，所剩余的压头就越多，即高出饱和蒸汽压头的余量就越多，也即不会发生汽蚀。即判别汽蚀的条件是：hahr时，不发生汽蚀；hahr时，开始发生汽蚀；hahr时，严重汽蚀。具体富余多少比较安全？（3）允许汽蚀余量h为保证泵的安全操作，不发生汽蚀，在必需汽蚀余量hr上加一定余量0.3m，作为允许汽蚀余量h。列于泵的规格表中。显然操作中应要求：hah三者关系如图：则其允许安装高度可表式为：(2-13)根据泵性能表上所列的是允许吸上真空度或是允许汽蚀余量，相应地选用式(2-10)或式(2-13)计算离心泵的允许吸上高度。通常

36、为安全起见，离心泵的实际吸上高度，即安装高度应比允许吸上高度小（0.51）m。例2-3某车间要安装一台离心泵输送循环水。从样本上查得该泵的流量为468m3/h，扬程为38.5m时，泵的允许吸上真空度Hs=6m。输送系统中吸入管路阻力损失和动压头之和为2m。试求： 若车间位于海平面，输送水温度为20时，泵的允许安装高度；若车间位于海拔1000m的高原处，输送水温度为80时，泵的允许安装高度。 解法一：在海平面处大气压为10.33mH2O，输送循环水温为20。则操作条件与泵出厂时测定条件相同，即HS不用校正，可直接计算，即为安全起见，泵的实际安装高度应小于4m。查表得，海拔1000m处的大气压为9

37、.16mH2O，80水的饱和蒸汽压355.1mmHg，密度为971.8kg/m3，因此吸上真空度需要用式（2-11）校正。即此时，允许吸上高度为：同学们想一想离心泵还能否正常安装呢？答案是肯定的，只需把泵安装在水面以下1.542以下。解法二：利用允许吸上真空度。请同学们自己思考。结论：当液体的输送温度较高或沸点较低时，由于液体的饱和蒸汽压比较高，就要特别注意泵的安装高度。若允许吸上高度比较低甚至为负值时，可采用下列措施：（1）尽量减小吸入管路的压头损失，如采用较大的吸入管径；泵的位置应靠近液源，以缩短吸入管长度；减少拐弯，并省去不必要的管件与阀门。（2）把泵安装在贮罐液面以下，使液体利用位差自

38、动灌入泵体内。思考题2-2：搞清楚离心泵的气缚与汽蚀扬程与升扬高度、允许吸上真空度和允许汽蚀余量、允许吸上高度和安装高度各组概念的区别和联系。 答：（1）气缚是指启动前没灌泵或吸入管路不严密，致使泵壳内被气体占据，泵虽启动但因泵的入口不能造成足够的低压，从而不能吸上液体；汽蚀现象则指泵在运转中，入口附近某处压力低于操作条件下工作介质饱和蒸汽压，导致液体汽化，汽泡被压缩直至破裂，从而引起泵的振动、噪音、输液量下降、压头降低，严重时还会使叶轮和泵壳汽蚀或裂缝。这是由于泵的安装不当造成的。（2）扬程又称压头，是泵对1N液体所提供的有效能J/N；而升扬高度指泵上、下游两液面的垂直高度，它只是扬程中位能

39、差一项。（3）允许汽蚀余量(NSPH)和允许吸上真空度Hs是表示离心水泵抗汽蚀的性能参数，Hs是用于B型水泵，在SI型水泵中已不再用Hs的概念，它们的定义式分别为式中 pa大气压p1 泵吸入口允许的最低压力，Pa；pv 操作温度下液体的饱和蒸汽压，Pa；u1泵吸入口液体的平均流速，m/s。（4）允许吸上高度Hg是指上游贮槽液面与泵吸入口之间允许达到的最大垂直距离，m。为保证泵的正常可靠运行，泵的实际安装高度要比Hg再降低（0.51.0）m。离心泵的类型与选用（教学用时：15分钟）1、离心泵的类型离心泵的种类很多，常用的类型有清水泵、耐腐蚀泵、油泵、和杂质泵。（1）清水泵 （用于工业生产输送物理

40、、化学性质与清水类似的液体），以前我们用B表示，称为B型离心泵，3B33A，3表示泵吸入口直径为3英寸，B表示单级悬臂式清水泵，33表示泵的扬程，A表示该型号泵的叶轮外径比基本型号小一级。D型国产多级泵的系列代号，叶轮级数一般为29级。Sh型国产双吸泵IS型单级单吸式离心泵系列是我国第一个国际标准（ISO）设计、研制的，适用于t80、d：40200mm、Q：6.3400m3/h、H：5125m。（2）耐腐蚀泵：（输送酸、碱、盐等腐蚀性液体时）P74，长期以来使用F单级单吸式离心泵。近年来已推出许多新产品。（3）油泵：（最大特点：密封性能必须高，以免易燃液体泄漏），过去一直使用Y型离心油泵，如1

41、00Y-120 x2，100 表示入口直径，120表示单级的扬程，2表示叶轮的级数。但近年来已生产出石油化工流程泵系列产品，其结构型式多，规格全，其它有：杂质泵、屏蔽泵、磁力泵等。如：SJA型单级悬臂式离心流程泵，输送介质温度为-196450。本书附录“泵的规格”中摘录了IS型水泵、Y型油泵及F型耐腐蚀泵的性能参数，供选用时参考。表中泵的型号由字母和数字组合而成，代表泵的类型和规格。举例说明如下： IS100-80-125其中IS单级单吸离心泵；100泵的吸入管内径，mm；80泵的排出管内径，mm；125泵的叶轮直径，mm； 65Y1002A其中65泵吸入中直径Y单吸离心油泵；100泵的单级扬

42、程2叶轮级数；A该型号泵比基本型号65Y1002离心泵叶轮直径小一级。2、选择 选择离心泵的基本原则，是以能满足液体输送的工艺要求为前提的。其一般步骤如下：（1）确定输送系统的流量与压头 流量一般为生产任务所规定。根据输送系统管路的安排，用柏努利方程式计算管路所需的压头。（2）选择泵的类型与型号 根据输送液体性质和操作条件确定泵的类型。按已确定的流量和压头从泵样本产品目录选出合适的型号。需要注意的是，如果没有适合的型号，则应选定泵的压头和流量都稍大的型号；如果同时有几个型号适合，则应列表比较选定。然后按所选定型号，进一步查出其详细性能数据。（3）校核泵的特性参数 如果输送液体的粘度和密度与水相

43、差很大，则应核算泵的流量与压头及轴功率。例2-4 如附图2-5所示，今有一输送河水的任务，要求将某处河水以90m3/h的流量，输送到一高位槽中，已知高位槽水面高出河面10m，管路系统的总压头损失为7mH2O。试选择一适当的离心泵并估算由于阀门调节而多消耗的轴功率。解： 根据已知条件，选用清水泵。今以河面1-1截面为基准面，并取1-1与2-2截面列柏努利方程式，则根据已知流量Q=90m3/h和H可选4B20型号的泵。由本书附录查得该泵性能为：流量：90m3/h；扬程：20mH2O；轴功率6.36kW；效率78%。因实际工作流量：90m3/h；扬程：17mH2O，所以实际轴功率应为：其他类型的化工

44、用泵（教学用时：25分钟）本节重点：无本节难点：往复泵的流量调节和特性曲线往复泵往复泵是活塞泵、柱赛泵和隔膜泵的总称，它是容积式泵中的一种，应用比较广泛。往复泵基本结构和工作原理（图片动画演示其结构和工作原理） 基本结构主要部件：泵缸、活塞、活塞杆、单向开启的吸入阀和排出阀。泵缸内活塞与阀门间的空间为工作室。往复泵是通过活塞的往复运动直接以压力能的形式向液体提供能量的液体输送机械。往复泵有自吸能力，启动前不需灌泵。当活塞自左向右移动时，工作室的容积增大形成低压，吸入阀被泵外液体推开而进入泵缸内，排出阀因受排出管内液体压力而关闭。活塞移至右端点时即完成吸入行程。当活塞自右向左移动时泵缸内液体受到

45、挤压使其压力增高，从而推开排出阀而压入排出管路，吸入阀则被关闭。活塞移至左端点时排液结束，完成了一个工作循环。活塞如此往复运动，液体间断地被吸入泵缸和排入压出管路，达到输液的目的。活塞从左端点到右端点（或相反）的距离叫做冲程或位移。活塞往复一次只吸液一次和排液一次的泵称为单动泵。单动泵的吸入阀和排出阀均装在泵缸的同一侧，吸液时不能排液，因此排液不连续。对于机动泵，活塞由连杆和曲轴带动，它在左右两端点之间的往复运动是不等速的，于是形成了单动泵不连续的流量曲线。为了改善单动泵流量的不均匀性，设计出了双动泵和三联泵。双动泵活塞两侧的泵缸内均装有吸入阀和排出阀，活塞每往复一次各吸液和排液两次，使吸入管

46、路和压出管路总有液体流过，所以送液连续，但由于活塞运动的不匀速性，流量曲线仍有起伏。双动泵和三联泵的流量曲线都是连续的但不均匀。在吸入管路的终端和压出管路的始端装置空气室，利用气体的压缩和膨胀来贮存或放出部分液体，可使管路系统流量的变化减小到允许的范围内。往复泵的性能参数与特性曲线 （1）流量（排液能力） 往复泵的流量由泵缸尺寸、活塞冲程及往复次数（即活塞扫过的体积）所决定，其理论平均流量可按下式计算：单动泵理论流量QTA S nr（2-14）式中 QT往复泵的理论流量，m3/min；A活塞的截面积，m2；S活塞冲程，m；nr活塞每分钟往复次数，1/min。双动泵理论流量QT(2A-a ) S

47、 nr（2-15）式中a活塞杆的截面积，m2。实际上，由于活塞与泵缸内壁之间泄漏，而且泄漏量随泵压头升高而更加明显，吸入阀和排出阀启闭滞后等原因，往复泵的实际流量低于理论流量，即QvQT （2-16）式中 v往复泵的容积效率，其值在0.850.95的范围内，小型泵接近下限，大型泵接近上限。（2）功率与效率 往复泵的功率计算与离心泵相同，即（2-17）式中N往复泵的轴功率，W；往复泵的总效率，通常0.650.85，其值由实验测定。 （3）压头和特性曲线 往复泵的压头与泵本身的几何尺寸和流量无关，只决定于管路情况。只要泵的机械强度和原动机提供的功率允许，输送系统要求多高压头，往复泵即提供多高的压头

48、。往复泵的流量与压头的关系曲线，即泵的特性曲线。往复泵的输液能力只取决于活塞的位移而与管路情况无关，泵的压头仅随输送系统要求而定，这种性质称为正位移特性，具有这种特性的泵称为正位移（定排量）泵。往复泵是正位移泵的一种。往复泵的工作点与流量调节 任何类型泵的工作点都是由管路特性曲线和泵的特性曲线的交点所决定的，往复泵也不例外。由于往复泵的正位移特性，工作点只能沿Q常数的垂直线上移动。要想改变往复泵的输液能力，可采取如下措施：（1）旁路调节装置 往复泵的流量与管路特性曲线无关，所以不能通过出口阀调节流量，简便的方法是增设旁路调节装置，通过调节旁路流量来达到主管路流量调节的目的。显而易见，旁路调节流

49、量并没有改变泵的总流量，只是改变了流量在旁路之间的分配。旁路调节造成了功率的无谓消耗，经济上并不合理。但对于流量变化幅度较小的经常性调节非常方便，生产上常采用。（2）改变活塞冲程或往复频率 调节活塞冲程S或往复频率nr均可达到改变流量的目的，而且能量利用合理，但不宜于经常性流量调节。对于输送易燃易爆液体，采用直动泵可以方便调节进入蒸汽缸的蒸汽压力实现流量调节。往复泵的安装高度 往复泵的吸上真空度取决于贮液槽液面上方的压力、液体的性质和温度、活塞的运动速度等因素，因此往复泵的吸上高度也有一定的限制。和离心泵不同的是，往复泵内的低压是靠工作室的扩大而形成的，往复泵有自吸作用，所以在启动前无需向泵内

50、灌满被输送的液体。基于以上特性，往复泵主要适用于较小流量，高扬程、清洁高粘度 液体的输送，它不宜于输送腐蚀性液体和含有固体粒子的悬浮液。计量泵 计量泵又称比例泵，当要求精确输送流量恒定的液体时，可以方便而准确地借助调节偏心轮的偏心距离，来改变柱塞的冲程而实现。有时，还可通过一台电机带动几台计量泵的方法将几种液体按比例输送或混合。隔膜泵 当输送腐蚀性液体或悬浮液时，可采用隔膜泵。隔膜泵实际上就是柱塞泵，其结构特点是借助薄膜将被输液体与活柱和泵缸隔开，从而是使得活柱和泵缸得以保护。隔膜左侧与液体接触的部分均由耐腐蚀材料制造或涂一层耐腐蚀物质；隔膜右侧充满水或油。当柱塞作往复运动时，迫使隔膜交替向两

51、侧弯曲，将被输送液体吸入和排出。弹性隔膜系采用耐腐蚀橡胶或金属薄片制成。隔膜泵用来定量输送剧毒、易燃、易爆和腐蚀性或含悬浮物的液体。回转式泵 回转式泵又称转子泵，属正位移泵，它的工作原理是依靠泵内一个或多个转子的旋转来吸液和排液的。化工中常用的有齿轮泵和螺杆泵。齿轮泵 目前化工中常用的是外啮合齿轮泵。泵壳内有两个齿轮，其中一个为主动轮，它由电机带动旋转；另一个称为从动轮，它是靠与主动轮的相啮合而转动。两齿轮将泵壳内分为互不相通的吸入室和排出室。当齿轮按图中箭头方向旋转时，吸入室内两轮的齿互相拨开，形成低压而将液体吸入；然后液体分两路封闭于齿穴和壳体之间随齿轮向排出室旋转，在排出室两齿轮的齿互相

52、合拢，形成高压而将液体排出。近年来已逐步采用的内啮合式的齿轮泵，其较外啮合齿轮泵工作平稳，但制造较复杂。齿轮泵的流量小而扬程高，适用于粘稠液体乃至膏状物料的输送，但不能输送含有固体粒子的悬浮液。螺杆泵 螺杆泵由泵壳和一根或多根螺杆所构成。双螺杆泵工作原理与齿轮泵十分相似，它是依靠互相啮合的螺杆来吸送液体的。当需要较高压头时，可采用较长的螺杆。螺杆泵的压头高、效率高、运转平稳、噪音低，适用于高粘度液体的输送。正位移泵的特点：（1）有自吸能力，启动前不需要灌泵。（2）定排量，其不随压头和管路特性而变，而压头随管路要求而定。（3）通常采用旁路调节流量。 旋涡泵 旋涡泵是一种特殊类型的离心泵，其工作原

53、理和离心泵相同，即依靠叶轮旋转产生的惯性离心力而吸液和排液，无自吸能力，启动前需向泵壳内灌满被输送液体，而泵的其它操作特性则又和容积泵相似。旋涡泵的基本结构主要由叶轮和泵壳组成。叶轮和泵壳之间形成引液道，吸入口和排出口之间由间壁（隔舌）隔开。叶轮上有呈辐射状排列、多达数十片的叶片。当叶轮旋转时，泵内液体随叶轮旋转的同时，又在各叶片与引液道之间作反复的迂回运动，被叶片多次拍击而获得较高能量。旋涡泵的特性曲线如图2-41所示。旋涡泵的压头和功率随流量减少而增加，因而启动泵时出口阀应全开，并采用旁路调节流量，避免泵在很小流量下运转。旋涡泵适用于输送流量小、压头高且粘度不高的清洁液体。气体输送机械（教学用时：20分钟）本节重点：无本节难点：离心式风机的性能参数及特性曲线气体输送机械与液体输送机械大体相同，但气体具有压缩性，在输送过程中，当压力发生变化时其体积也将随之发生变化。气体压力变化程度，常用压缩比来表示。压缩比为气体排出与吸入压力的比值。各种化工生产过程对气体压缩比的要求很不一致。气体输送机械可按其终压（出口压力）或压缩比大小分为四类：（1）通风机：终压不大于1500mmH2O（表压），压缩比为11.15；（2）鼓风机：终压为0.153kgf/cm2（表压），压缩比小于4；（3）压缩机：终压为3kgf/cm2（表压）以上，压缩比大于4；（4）真空泵：使设备产生真空，出口压力为1k