第二章 流体输送机械(谭)

《化工原理》电子教案/目录1目录第二章流体输送机械第一节离心泵一、离心泵的构造和工作原理二、离心泵主要构件的结构及功能三、离心泵的主要性能参数四、离心泵的特性曲线五、离心泵的工作点与流量调节习题课六、离心泵的安装高度七、离心泵的类型、选用、安装与操作《化工原理》电子教案/目录2目录第二节其它类型泵一、其它叶片式泵二、容积式泵三、各类泵在化工生产中的应用第三节通风机、鼓风机、压缩机和真空泵一、离心通风机二、往复压缩机3/67第二章流体输送机械流体输送机械4/67第二章流体输送机械按泵的工作原理分:特点：依靠旋转的叶片向液体传送机械能

特点：机械内部的工作容积不断发生变化。特点：工作原理无法归到上述两者的泵5/67第一节离心泵一、离心泵的构造和工作原理1、离心泵的构造：

思考：为什么叶片弯曲？泵壳呈蜗壳状？请点击观看动画答案见后面的内容6/67一、离心泵的构造和工作原理2、离心泵的工作原理请点击观看动画请点击观看动画思考：流体在泵内都获得了哪几种能量？其中哪种能量占主导地位？思考：泵启动前为什么要灌满液体气缚现象答案：动能和静压能，其中静压能占主导7/67二．离心泵主要构件的结构及功能1．叶轮闭式叶轮的内漏最小，故效率最高，敞式叶轮的内漏最大。但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象请点击观看动画思考：三种叶轮中哪一种效率高？叶轮是离心泵的心脏部件，有2至6片弯曲的叶片。

8/67二．离心泵主要构件的结构及功能思考：泵壳的主要作用是什么？2．泵壳①汇集液体，并导出液体；②能量转换装置（动能变静压能）呈蜗牛壳状

思考：为什么导轮的弯曲方向与叶片弯曲方向相反？3．导轮请点击观看动画答案见后面的内容固定不动

9/67二．离心泵主要构件的结构及功能4.轴封装置填料如浸油或渗涂石墨的石棉带、碳纤维、氟纤维和膨胀石墨等，请点击观看动画----减少泵内高压液体外流，或防止空气侵入泵内。由两个光滑而密切贴合的金属环形面构成，动环随轴转动，静环装在泵壳上固定不动，二者在泵运转时保持紧贴状态以防止渗漏。填料不能压得过紧，也不能压得过松，应以压盖调节到有液体成滴状向外渗透。请点击观看动画对于输送酸、碱的离心泵，密封要求比较严，多用机械密封。10/67三．离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数铭牌11/67三．离心泵的主要性能参数转速H，又称扬程，泵对单位重量流体提供的有效能量，m。可用如图装置测量。Q，泵单位时间实际输出的液体量，m3/s或m3/h。可测量。n，单位r.p.s或r.p.m在泵进口b、泵出口c间列机械能衡算式：流量压头12/67三．离心泵的主要性能参数理论压头----理想情况下单位重量液体所获得的能量称为理论压头，用H表示。泵的压头H与影响因素的关系式只能由实验测定，但理想情况下的关系式则可理论推导得到。

思考：由（1）、（2）可以得出什么结果？13/67理论压头H液体在高速旋转的叶轮中的运动分为2种:周向运动：沿叶片表面的运动：处处与叶片相切，速度wu2u1w1w2思考：u1、u2孰大？w1

、w2孰大？14/67理论压头H在1与2之间列伯努利方程式，得：理论压头H产生的原因：原因一：离心力作功1kg液体受到的离心力为：15/67理论压头H理论压头H原因二：液体由1流到2时，由于流动通道逐渐扩大，

w逐渐变小，这部分能量将转化为静压能。原因一：离心力作功16/67理论压头Hu2u1w1w2根据余弦定理可知：17/67理论压头H12u22u1w1w2理论压头H离心泵设计中，一般都使设计流量下的1=90则cos1=0。于是

r2b2c2uc2c2rc2uc2r18/67理论压头H12u22u1w1w2理论压头Hr2b2c2uc2c2rc2uc2r思考：与H有关的因素有哪些？分别是怎样的关系？讨论：（1）H与流量Q、叶轮转速、叶轮的尺寸和构造（r2、b2、2）有关；（2）叶轮直径越大、转速越大，则H越大；19/67叶片后弯，2<90，cot2>0，即H随流量增大而减小；叶片径向，2=90，cot2=0，即H不随流量而变化；叶片前弯，2>90，cot2<0，即H随流量增大而增大。2=902>9020/67理论压头H似乎泵设计时应取前弯叶片，因其H

为最高。但实际上泵的设计都采用后弯叶片。Why？c2w2u2后弯叶片c2w2u2径向叶片c2w2u2前弯叶片c2小，泵内流动阻力损失小回忆：思考：为什么叶片弯曲？泵壳呈蜗壳状？思考：为什么导轮的弯曲方向与叶片弯曲方向相反？21/67理论压头H（4）理论压头H与液体密度无关。这就是说，同一台泵无论输送何种密度的液体，对单位重量流体所能提供的能量是相同的。22/67实际压头H实际压头比理论压头要小。具体原因如下：此损失只与叶片数、液体黏度等有关，与流量几乎无关。（1）叶片间的环流运动请点击观看动画考虑这一因素后，图中理论压头线a变为直线b。

b23/67实际压头H（2）阻力损失考虑到这项损失后，压头线变为曲线c

。

此损失可近似视为与流速的平方呈正比。bc24/67实际压头H（3）冲击损失在设计流量下，此项损失最小。流量若偏离设计量越远，则冲击损失越大。设计流量bcd考虑到这项损失后，压头线应为曲线d。

25/67三．离心泵的主要性能参数轴功率和效率轴功率，用N表示，单位W或kW效率，无量纲有效功率Ne=mswe＝QgH，单位W或kW

三者关系（如图）：26/67三．离心泵的主要性能参数轴功率和效率NNe机械损失容积损失水力损失小型水泵：一般为5070%

大型泵：可达90%以上（1）容积损失：

（2）水力损失（3）机械损失内漏与效率有关的各种能量损失：环流损失、阻力损失和冲击损失

泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦27/67三．离心泵的主要性能参数允许汽蚀余量将在后面介绍。28/67四．离心泵的特性曲线N~Q曲线~Q曲线测定条件：固定转速，

20C清水上述这些主要性能参数间的关系无法理论推得，一般由厂家测定，并用曲线表示出来，称为离心泵特性曲线。常用的共有三条线，如图。H~Q曲线29/67四．离心泵的特性曲线设计点最高效率5％～8％区域为泵高效区由图可见：Q，H

，N，有最大值（设计点）。思考：离心泵启动时出口阀门应关闭还是打开，why？为什么Q＝0时，N0？30/67离心泵特性曲线的影响因素液体性质

密度:黏度:Why？当比20℃清水的大时，H，N，实验表明，当<20倍清水的黏度（20℃

）时，对特性曲线的影响很小，可忽略不计。对H~Q曲线、~Q曲线无影响，但故，N~Q曲线上移。31/67离心泵特性曲线的影响因素叶轮转速

当转速变化不大时（小于20%），利用出口速度三角形相似的近似假定，可推知：若不变，则比例定律32/67离心泵特性曲线的影响因素泵在原转速n下的特性曲线方程转速增大33/67离心泵特性曲线的影响因素叶轮直径当叶轮直径因切割而变小时，若变化程度小于20%，则若不变，则思考：若泵在原叶轮直径下的特性曲线方程为H=A+BQ2，则叶轮切割后泵的特性曲线方程表达式？34/67五、离心泵的工作点与流量调节泵----供方管路--需方匹配：1、管路特性曲线泵提供的流量=管路所需的流量泵提供的压头H=管路所需的压头he---管路所需压头he与流量关系曲线对如图所示的管路列机械能衡算式：35/67五、离心泵的工作点与流量调节管路特性方程完全湍流时，与流量无关与流量有关36/67五、离心泵的工作点与流量调节2、流量调节

——调节阀门（改变曲线中的B）——改变n、切割叶轮阀门开大阀门关小工作点两种方法缺点：多耗动力，并可能使泵低效率区工作优点：迅速、方便，可在某一最大流量与零之间随意变动。

不经常改变流量时用，大中型泵的流量调节倾向于首先考虑采用这一技术37/67习题课----根据流量、压头选泵将流量、压头裕量控制在10%左右。38/67设计型问题计算举例【解】题中已给出最大流量为：Q=80m3h-1取he的1.05～1.1倍则为18.9~19.8m。查图2-18得：IS100-80-125，n＝2900rmin-1另：IS125-100-250，n＝1450rmin-1泵虽同样合用，但泵体较大，一般情况下都选前者。

【例1】要用泵将水送到15m高之处，最大流量为80m3h-1。此流量下管路的压头损失为3m。试在IS型泵中，选定合用的一个。作业：39/67习题课----泵已经在运行，但操作中某些操作条件变了，如电机转速、液面高度等，从而引起流量、扬程、压力等的变化。这类问题称为～。40/67操作型问题分析举例【例2】用离心泵将江水送至高位槽。若管路条件不变，则下列参数随着江面的下降有何变化？（设泵仍能正常工作）流量、压头，管路总阻力损失hf，泵出口处压力表读数，泵入口处真空表读数。管路特性曲线平行上移江面下降，泵特性曲线不变

工作点左移方法：画图找新工作点【解】41/67操作型问题分析举例33不含动能流量、压头，管路总阻力损失hf，泵出口处压力表读数，泵入口处真空表读数。42/67练习

图示为离心泵性能测定装置。若水槽液面上升，则Q、H、N、hf

、p1和p2（均为读数）如何变化？答：Q不变，H不变，N不变，hf不变

43/67如图所示，高位槽上方的真空表读数为p，现p增大，其它管路条件不变，则管路总阻力损失。（写出分析过程）A．增大 B．减小 C．不变 D．不确定补充作业：44/67操作型问题计算举例【例】某离心泵工作转速为n=2900r.p.m.（转/min），其特性曲线方程为H=30－0.01V2。当泵的出口阀全开时，管路特性曲线方程为he=10＋0.04V2，式中V的单位为m3/h，H及he的单位均为m。求：（1）阀全开时，泵的输水量为多少？（2）要求所需供水量为上述供水量的75%时：

a．若采用出口阀调节，则多损失的压头为多少m水柱？

b．若采用变速调节，则泵的转速应为多少r.p.m.？

【解】（1）45/672015Hhe(2)多损失的压头为多少m水柱？a.采用调节出口阀门的方法多损失的泵特性曲线方程管路特性曲线方程46/67泵特性曲线方程管路特性曲线方程b.采用调节转速的方法，则泵的转速应为多少r.p.m.？

2015注意：以下解法错误!!!新转速下泵的特性曲线方程为：

因为比例定律只适用于泵，而不能用于由泵和管路特性曲线共同决定的工作点（管路特性曲线过坐标原点时除外）。he47/67作业：48/67六、离心泵的安装高度ZS1、什么是安装高度？

泵轴与吸液方液面间的垂直高度，称为安装高度，用ZS表示。可正可负。思考：安装高度为什么受限制？

49/67六、离心泵的安装高度ZS思考：安装高度为什么受限制？

为避免汽蚀现象，安装高度必须加以限制，即存在最大安装高度ZS,max。汽蚀现象：

叶片背面

当pk＝pv时，K处发生部分汽化现象。叶片表面产生蜂窝状腐蚀；泵体震动，并发出噪音；流量、压头、效率都明显下降；严重时甚至吸不上液体。50/67六、离心泵的安装高度ZS2、最大安装高度ZS,max和允许汽蚀余量h允许刚好发生汽蚀时，pk＝pv，pe达到最小值pe,min。在s-s面、e-e面间列机械能衡算：最小汽蚀余量又称最小净正吸上高度（NPSH，NetPositiveSuctionHead）51/67六、离心泵的安装高度ZS一般规定，允许汽蚀余量h允许是泵的特性参数之一，由厂家测定。hmin的实验测定：用20℃清水测定。以泵的扬程较正常值下降3%作为发生汽蚀的标志，测定泵刚好发生汽蚀时的pe即可。----最小汽蚀余量实际的安装高度还应比允许值低0.5～1m。52/67六、离心泵的安装高度ZS当输送条件与测定条件不同时，则要对Δh允许值进行校正。求校正系数的曲线载于泵的说明书中。校正系数常小于1，故为简便计，也可不校正，而将其视为外加的安全因数。h允许的校正：53/67七、离心泵的类型、选用、安装与操作类型：不下百种

请点击观看动画D（1）清水泵：输送清水或相近、无腐蚀性、杂质较少的液体。结构简单，造价低。——IS（2）耐腐蚀泵：输送腐蚀性的液体，用耐腐蚀材料制成，要求密封可靠。——F（3）油泵：输送石油产品的泵，要求有良好的密封性。——Y55/67七、离心泵的类型、选用、安装与操作高效区选用原则：定类型-----根据流体性质及操作条件

定规格-----根据流量、压头大小，高效返回目录(二)离心泵的选择与校核3.校核功率如果输送流体与水的性质相差较大，需校正泵的各项特性参数选泵的步骤：

即离心泵的流量≥生产要求的流量1.根据生产要求的流量及外加压头He，确定泵的流量和扬程H

2.根据被输送液体的性质确定离心泵的类型与型号

泵的扬程

≥生产所需的外加压头例2系统要求的流量qv=45m3/h20℃的水，管路15m，试选择合适的离心泵，并确定安装高度。Z1=0Z2=10mu1≈0u2≈0p1=0(表)

p2=0(表)H=?∑Hf=?√√？√？？管路局部障碍数量le/d

带滤水器底阀

1420900标准弯头235×2全开截止阀

1300管口入容器1ζ=110m1122√解:(1)选水在管内的流速u=2.5m/s估算管内径

选用88.5×4[mm]的有缝钢管（水煤气管）管内径

d=88.5-2×4=80.5m

水的实际流速钢管的绝对粗糙度取=0.3

mm∴外加压头一般液体的流速0.5～3m/s相对粗糙度取/d=0.3/80.5=0.00373=0.028钢管绝对粗糙度0.2～0.3泵效率

=64～75%泵轴功率N=2.87～3.93kw配电机功率N=5.5kw汽蚀余量△h=3～3.5m解:(2)根据系统要求的流量qv=45m3/h

外加压头H=18.74m选IS80-65-125型水泵

流量qv=30～60m3/h（n=2900r/min）取泵吸入直管长l=5m，20℃水pv=2.338×103

[Pa]=998.2[kg/m3]则泵吸入管压头损失为：泵的最大允许安装高度为:泵的实际安装高度Hg=Hgmax-（0.5～１）Hg=（1.14～1.64）[m]一般吸入直管长l

＞

Hg.max一般吸入直管长l

＞

Hg.max扬程H=18～22.5m60/67第二节其它类型泵一、其它速度式泵61/67第二节其它类型泵二、容积式泵1、往复泵工作原理：与离心泵比较：结构：泵缸、活塞、阀门、传动机构

利用容积的变化给流体加静压能工作循环：一次吸液，一次排液

-----具有自吸能力，不必灌液

----安装高度也受限制，启动前是否需要灌液？安装高度是否有限制？流量Q与压头H关系？-----流量与压头几乎无关

由于受泵的部件机械强度和原动机功率的限制，泵的扬程不可能无限增大。压头越大，漏损越大.请点击观看动画62/671、往复泵与离心泵比较：旁路输液量均匀性？连续性？流量调节方法？----输液量不均匀、不连续

----流量调节不可用出口阀门调节方法。

适用于小流量、高压头的情况下输送高粘度的液体。效率高，通常为7293%。请点击观看动画第二节其他类型化工用泵一、往复泵（正位移泵、容积泵）(一)往复泵的工作原理(二)往复泵的类型与流量(三)往复泵的扬程与流量调节

Q0231.往复泵的扬程：与流量无关由泵的机械强度、密封性、带动电机功率等决定2.往复泵的流量调节（1）旁路调节（2）改变转速（3）改变活塞行程（偏心轮）适用：流量小扬程高效率高70~90%64/672、其他容积式泵：(二)齿轮泵适用：流量小，不含固体颗粒、无腐蚀性、粘度范围较大的液体。特点：简单紧凑,制造容易,维护方便，但流量、压力有脉动且噪声大(三)旋涡泵旋涡泵的特点如下：

1.压头和功率随流量增加下降较快。因此启动时应打开出口阀，采用旁路调节。

2.在叶轮直径和转速相同的条件下，旋涡泵的压头比离心泵高出2~4倍，适用于高压头、小流量的场合。3.结构简单、轻巧、加工容易，且可采用各种耐腐蚀的材料制造。

4.输送液体的粘度不宜过大，否则泵的压头和效率都将大幅度下降。

5.输送液体不能含有固体颗粒。

6.效率低30~40%67/67三、各类泵在化工生产中的应用请点击观看动画离心泵应用范围最广。特别适用于化工生产的原因是它的流量均匀而易于调节，又能输送有腐蚀性、含悬浮物的液体。往复泵往复泵只宜在压头高、流量也较大的情况下使用。返回目录68/67第三节通风机、鼓风机、压缩机和