化工原理讲义(2-1)

第2章流体输送机械离心风机.

2.1概述

1.化工生产中常用流体输送机械的情况

1.1把流体从低处输送到高处

1.2把流体从低压处送到高压处

1.3把流体沿管道送到较远的地方

2.被输送流体的性质温度、压力、粘度、腐蚀性、毒性、易燃、易爆、含固体悬浮物。

为了适应不同流体的要求，流体输送设备形式多种多样，下面介绍泵的分类。3.输送设备的分类从结构上分为三大类：叶片式泵、容积式泵、流体动力泵1.叶片式泵：包括离心泵、旋涡泵、轴流泵、混流泵2.容积式泵：往复泵、齿轮泵、螺杆泵3.流体动力泵：喷射泵、酸蛋（扬酸器、用压缩空气压）流体从低能位1处向高能位2处输送,单位重量需补加的能量为He,则列柏努利方程4.输送流体所需的能量

泵为向流体输送能量的设备2.2离心泵离心泵是工业生产中应用最广泛的泵种，它占化工用泵的80%－90%离心泵的特点：1、结构简单；2、流量大且均匀；3、适用范围广、可输送腐蚀性液体、含固体悬浮物液体。2.1离心泵的工作原理及构造

2.1.1离心泵的工作原理

A:轴B：叶轮C泵壳D:入口E：出口

结构：叶轮B安装在轴A上，叶轮上有弯曲的叶片，当轴由外力带动时叶轮在泵壳C内旋转，液体从入口D处沿轴向垂直进入叶轮中，通过叶轮进入泵壳，最后从泵的切线出口E排出。

离心泵使用前先将流体灌满泵壳和吸入管路。若泵壳与吸入管路内没有充满液体，则泵壳内存有空气，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。其原理概括为三个步骤：（1）充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。

(2)排液：(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。

为防止使用完后泵壳中液体外流，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吸入而堵塞管道或泵壳。底阀由此可见，离心泵之所以能够输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮产生的离心力，故名离心泵.2.1.2离心泵的主要部件

（半开式）适合输送悬浮物（1）叶轮闭式叶轮优点是阻力小，适合高扬程、洁净液体半开式叶轮与闭式叶轮在运行时，叶轮受到轴向吸入侧的推力，轴向推力使叶轮与泵壳产生摩擦，严重时会引起震动，为解决这一问题，在盖板上开几个小孔，叫平衡孔，让高压区液体漏到低压区，减少叶轮两侧压差，这种作法会降低一些泵的效率。离心泵的叶轮又分为单吸和双吸开式叶轮叶轮两侧都没有盖板，制造简单，清冼方便，不易堵塞，适合输送含较多固体悬浮物的液体（2）泵的外壳离心泵的外壳多为蜗壳形，有一个截面积逐渐扩大的蜗形通道。叶轮在泵壳内沿着蜗形通道扩大的方向旋转，从而有利于液体减小流速。使动能有效地转化为静压能.有的离心泵为了减少液体进入蜗壳时的碰撞，专门在泵壳与叶轮间安装了导轮，引导液体减少能量损失，所以泵壳是一个能量转化装置。（3）泵的轴封盘根泵壳与轴一定要密封好，以免液体漏出或空气漏进泵内2.1.3

液体质点在叶轮内的运动情况分析为简化液体在叶轮内的复杂运动，作两点假设：①

叶轮内叶片的数目为无穷多，即叶片的厚度为无限薄，从而可以认为液体质点完全沿着叶片的形状而运动，亦即液体质点的运动轨迹与叶片的外形相重合。②

输送的是理想液体，由此在叶轮内的流动阻力可忽略。离心泵工作时，液体随叶轮一起作旋转运动，同时又从叶轮的流道里向外流动，因此液体在叶轮里的流动是一种复杂的运动。*圆周运动速度u：叶轮带动液体质点作圆周运动的速度

方向与液体质点所在处的圆周切线方向一致。

液体质点在叶轮内的速度有三个：*绝对运动速度c：它是以固定于地面的静止坐标作为参照系的液质点的运动，称为绝对运动，绝对运动速度用c表示。*相对运动速度ω：它是以与液体一起作等角速度的旋转坐标为参照系，液体质点沿叶片从叶轮中心流到外缘的运动速度，即相对于旋转叶轮的相对运动速度ω。

三者关系：

2.1.4离心泵的理论压头及影响因素1)离心泵的理论压头离心泵叶轮对单位重量流体所提供的能量等于流体在进、出口截面的总机械能之差，即：总势能理论压头2）叶片形状的影响叶片形状有三种：ⅰ）后弯叶片（叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相反）ⅱ）径向叶片

ⅲ）

前弯叶片

由此可见，前弯叶片所产生的压头最大，似乎前弯叶片最为有利，但实际并不如此。

此过程中会导致较大的能量损失，因液体质点流速过大，电机功率增加。叶片形状不同,流量与压头的关系也不同。3）流量对压头的影响是指单位重量液体流经泵所获得的能量，单位为J/N=m。对一定的泵和一定液体，在一定转速下，泵的扬程H与Q有关。其关系可用实验方法测定，装置如图所示。2.2离心泵的主要性能参数2.2.2扬程H(压头)2.2.1流量Q离心泵的流量(又称输送能力)是指单位时间内泵所输送的液体体积。单位有：m3/s、m3/min、m3/h。列1、2两截面间的柏努利方程

12Z2Z1h0真空表压力表2Z2h0压力表2Z2h0压力表式中：H-----扬程；h0------压力表与真空表的垂直距离m；Pm-----压力表读数Pv真空表的读数；

u1、u2----吸入管、排出管液体流速m/s；ΣHf------压头损失m由于两截面间很短，阻力损失忽略不计，又由于两截面的动压头差也很小，也不计，则即扬程计算公式离心泵排出液体体积流量为Q

Ne

有效功率W，Q流量m3/s,ρ密度kg/m3,g重力加速度m/s2,H扬程m2.2.3.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N是指泵轴所需的功率(电机功率)。有效功率Ne是指单位时间内流体从泵中叶轮获得的有效能量。泵的效率等于有效功率与轴功率之比。η值反映出泵工作时机械能损失的相对大小，一般约为0.5～0.7,大型泵可达0.9。(2)效率η泵内引起功率损失的原因有：水力损失

由于在泵壳中流体流速大小、方向发生变化带来的能量损失；另外，输送流量与设计流量不一致时，液体在泵体内产生冲击而损失能量。容积损失

泵内有部分高压液体泄漏到低压区，使泵排出的实际流量小于流经叶轮的流量(即理论流量)；

机械损失

泵轴和轴承之间以及轴封处的摩擦等机械部件接触处，由于机械摩擦而造成的能量损失。

通常离心泵启动或运转时可能超过正常负荷，所配电机的功率应大于轴功率，电动机的功率在泵的样本上有说明。另外，这也是为什么启动离心泵时要关闭泵的出口阀的原因。

离心泵的压头H、功率N、效率η与流量Q之间的关系曲线称为离心泵特性曲线(Characteristiccures)，由H-Q，N-Q，η—Q三条曲线组成，由于特性曲线随转速变化，故在特性曲线图上一定要标出转速。2.3离心泵的特性曲线1.特性曲线④η—不随ρ变化；2.特性曲线的影响因素

密度的影响①离心泵的流量Q不随ρ变化；②H—不随ρ变化：③N—随ρ变化；

修正系数CH、Cη

、CQ

可查参考书(2)

粘度μ的影响一般μ越大，泵体内能量损失越大。Q′=CQQH′=