流体输送机械修改

流体输送机械修改第一页，共八十八页，2022年，8月28日流体能否如此流动？第二页，共八十八页，2022年，8月28日需要流体输送机械！第三页，共八十八页，2022年，8月28日第二章流体输送机械结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的操作原理、基本构造与性能，合理地选择其类型、决定规格、计算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等。第四页，共八十八页，2022年，8月28日第二章流体输送机械

第一节概述第二节离心泵第三节其它类型泵第四节气体输送和压缩设备

第五页，共八十八页，2022年，8月28日第一节概述一、作用向流体作功以提高流体机械能：★提高位能★增加静压能★克服流动阻力二、分类1.按照输送的流体分类输送液体：泵输送气体：风机或压缩机如：离心泵、往复泵、旋转泵和漩涡泵如：离心通风机、罗茨鼓风机、往复压缩机等第六页，共八十八页，2022年，8月28日2.按工作原理分类动力式（或叶轮式）：利用高速旋轮的叶轮使流体动能增大，动能又继而转变为静压能。包括离心式、轴流式等容积式（或正位移式）：利用活塞或转子挤压使流体升压并推动其前进。包括往复式、旋转式其它类型包括喷射式、流体作用式等第七页，共八十八页，2022年，8月28日三、管路系统对输送机械的要求1.满足工艺上对流量和能量的要求2.可适应物料的各种特性的要求3.操作高效4.结构简单，操作方便第八页，共八十八页，2022年，8月28日第二节离心泵

第九页，共八十八页，2022年，8月28日一、离心泵的主要构件叶轮泵壳吸入口、吸入管底阀防止启动前灌入的液体从泵内流出滤网阻拦液体中的固体颗粒吸入而堵塞管道和泵壳。排出口、排出管第十页，共八十八页，2022年，8月28日第十一页，共八十八页，2022年，8月28日1.叶轮它通常由6～12片后弯叶片所组成，本身被固定在泵轴上并随之旋转。作用是将原动机的机械能直接传给液体，以提高液体的静压能和动能。根据吸液方式分类：单吸式、双吸式(a)后盖板平衡孔单吸式双吸式第十二页，共八十八页，2022年，8月28日根据机械结构分类：开式、半闭式、闭式闭式叶轮：叶片两侧带有前后两块盖板，液体在两叶片间通道内流动时无倒流现象，适于输送较清洁的流体，输送效率高，一般离心泵多采用这种叶轮。半开式叶轮(半闭式叶轮)：吸入口一侧无前盖板，适于输送含小颗粒的溶液，输送效率低。开式叶轮：没有前后盖板。适于输送含大颗粒的溶液，效率低。第十三页，共八十八页，2022年，8月28日2.泵壳*泵壳的作用

汇集液体转能

*导叶轮：动能→静压能减少能量损失第十四页，共八十八页，2022年，8月28日3.轴封装置泵轴与泵壳之间的密封作用：防止高压液体漏出防止外界气体漏入分类：填料密封机械密封第十五页，共八十八页，2022年，8月28日二、离心泵的工作原理

启动前，先在泵内灌满要输送的液体。启动泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，流速增大，流入泵壳。进入泵壳。在蜗壳中由于流道的逐渐扩大，又将大部分动能转变为静压强，使压强进一步提高，最终以较高的压强沿切向进入排出管道。当液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心处形成了低压。在液面压强与泵内压强差的作用下，液体经吸入管路进入泵的叶轮内，以填补被排除液体的位置。只要叶轮旋转不停，液体就被源源不断地吸入和排出，这就是离心泵的工作原理。

离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮所产生的离心力，因此称为离心泵。第十六页，共八十八页，2022年，8月28日气缚现象

离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，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，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，这样，离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。

为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止逆阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于开停车和调节流量。第十七页，共八十八页，2022年，8月28日第十八页，共八十八页，2022年，8月28日(1)简化假设

a叶片数目无限多，且无限薄，严格将流体限定在叶轮流道内；

b流体为理想流体，无能量损失；

(2)液体质点的运动圆周运动——液体随叶轮一起旋转，圆周速度为u；切向运动——相对于叶轮的运动，相对速度w；合成运动——流体相对于壳体的运动，绝对速度c。1.液体在叶轮中的运动及其简化假设三、离心泵的基本方程式第十九页，共八十八页，2022年，8月28日βωαucwwcαβcrcuu液体质点在叶轮内的运动情况各速度之间相互关系：如何用β、cr表示cu？(3)几何参数

叶片安装角β:相对速度w与圆周速度u反向延长线间的夹角。夹角α:绝对速度c和圆周速度u间的夹角。

第二十页，共八十八页，2022年，8月28日离心泵理想压头方程的推导c2w2u2cu2cr2α2β2w1c1u1ωL2R2R1L1列叶轮进、出口截面机械能衡算式，则有：2.离心泵基本方程的推导第二十一页，共八十八页，2022年，8月28日(1).离心力产生的压头Hc离心力：而所以此离心力产生的压头变化为：代入dFc，整理得：离心力作功第二十二页，共八十八页，2022年，8月28日因此，离心力所产生的压头为：第二十三页，共八十八页，2022年，8月28日离心泵设计中，一般使α1=90o，则cosα1=0，故有：wcαβcrcuu(2)流道扩大引起的压头增高Hp——离心泵基本方程第二十四页，共八十八页，2022年，8月28日3.离心泵基本方程的讨论(1)离心泵理论流量QT对理论压头HT,∞的影响一定转速下，令：基本方程式：第二十五页，共八十八页，2022年，8月28日(2)泵理论压头与叶片弯曲方向的关系叶片形式：径向，前弯，后弯

β2α2u2c2w2α2u2c2w2β2α2u2c2w2β2(a)(b)(c)叶片弯曲方向及其速度三角形径向叶片：后弯叶片：前弯叶片：第二十六页，共八十八页，2022年，8月28日4.离心泵的效率和实际压头

实际压头<理论压头原因：泵内各种能量损失说明：为获得较高的效率，常用后弯叶片。前弯叶片：压力头小于动压头，冲击损失大。后弯叶片：压力头大于动压头，冲击损失小。

9090Q,Tcbaβ2＞90β2=β2＜HT,∞和Q,T关系曲线HT,∞第二十七页，共八十八页，2022年，8月28日第二十八页，共八十八页，2022年，8月28日四、离心泵的主要性能参数反映离心泵工作特性的参数称为性能参数，主要有转速、流量、压头、轴功率和效率、气蚀余量等。离心泵一般由电机带动，因而转速是固定的，其性能参数通常在离心泵的铭牌或样本说明书中标明，以供选用时参考。1.流量离心泵在单位时间内排出的液体体积，亦称为送液能力，用Q表示，单位为m3／h。离心泵的流量与其结构、尺寸(叶轮直径和宽度)、转速、管路情况有关。

Q供方VS

需方Q≥VS第二十九页，共八十八页，2022年，8月28日2.压头(扬程)指离心泵对单位重量的液体所提供的有效能量，又称为扬程，用H表示，单位为m。泵的压头与泵的结构尺寸、转速、流量等有关。对于一定的泵和转速，压头与流量间有一定的关系。压头的值由实验测定：在泵的入口和出口间列柏努利方程，以单位重量流体为基准，列伯努利方程可得：

H供方He=We/g需方H≥He第三十页，共八十八页，2022年，8月28日3.效率

指泵轴对液体提供的有效功率与泵轴转动时所需功率之比，称为泵的总效率，用η表示，无因次，其值恒小于100%。它的大小反映泵在工作时能量损失的大小，泵的效率与泵的大小、类型、制造精密程度、工作条件等有关，由实验测定。离心泵的能量损失主要包括：(1)容积损失：由于泵的泄漏、液体的倒流等所造成，使得部分获得能量的高压液体返回去被重新作功而使排出量减少浪费的能量。容积损失用容积效率ηV表示。第三十一页，共八十八页，2022年，8月28日(2)机械损失：由于泵轴与轴承间、泵轴与填料间、叶轮盖板外表面与液体间的摩擦等机械原因引起的能量损失。机械损失用机械效率ηm表示。(3)水力损失：由于液体具有粘性，在泵壳内流动时与叶轮、泵壳产生碰撞、导致旋涡等引起的局部能量损失。水力损失用水力效率ηh表示。总效率：

η=

ηv×ηm×ηh一般：小泵：η=50～70％大泵：η>90％第三十二页，共八十八页，2022年，8月28日4.轴功率指泵轴转动时所需要的功率，亦即电机提供的功率，用N表示，单位kW。由于能量损失，轴功率必大于有效功率，即N=Ne/η泵的轴功率与泵的结构、尺寸、流量、压头、转速等有关。

第三十三页，共八十八页，2022年，8月28日五、离心泵的特性曲线

1.特性曲线

离心泵的H、η、N都与离心泵的Q有关，它们之间的关系由实验来测定，实验测出的一组关系曲线：

H～Q、η～Q、N～Q

——离心泵的特性曲线

注意：特性曲线随转速而变。各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状基本相似，具有共同的特点第三十四页，共八十八页，2022年，8月28日第三十五页，共八十八页，2022年，8月28日H～Q曲线：表示泵的压头与流量的关系，离心泵的压头普遍是随流量的增大而下降（流量很小时可能有例外）第三十六页，共八十八页，2022年，8月28日N～Q曲线：表示泵的轴功率与流量的关系，离心泵的轴功率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小。

离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保护电机。第三十七页，共八十八页，2022年，8月28日η～Q曲线：表示泵的效率与流量的关系，随着流量的增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再增大，效率便下降。第三十八页，共八十八页，2022年，8月28日

由离心泵的基本方程可知，离心泵的压头、流量均与液体的密度无关，说明离心泵特性曲线中的H—Q及—Q曲线保持不变。但离心泵所需的轴功率则随液体密度的增加而增加，即N—Q曲线要变，此时泵的轴功率可按公式重新计算。(1)流体密度的影响(2)黏度的影响

液体粘度的改变将直接改变其在离心泵内的能量损失，因此，H—Q、N—Q、—Q曲线都将随之而变。当液体运动粘度γ>20cSt时，离心泵的性能则需按下式进行换算，即：

1.液体物性的影响六、离心泵性能的改变第三十九页，共八十八页，2022年，8月28日大流量的离心泵的粘度换算系数图180465330088017632ν＝4.3×10-6m2/s0.41.02104010080609070503020CηCqVCHe0.6×qV,s1.2×qV,sQ/m3.min-1He（单级）/mCη

％CqV％CHe％小流量的离心泵的粘度换算系数图120CηCqVCHeQs/m3.min-1He（单级）/mCη

％CqV％CHe％80402010630.040.060.080.120.160.40.30.21109070503010

022001320660330176884310ν＝4.3×10-6m2/s第四十页，共八十八页，2022年，8月28日转速变化特性曲线变化，在转速变化小于±10%范围内2.转速的影响—比例定律3.叶轮直径的影响—切割定律减小叶轮直径特性参数随之而变，对叶轮圆周进行少量车削在叶轮直径变化小于±10%当泵的叶轮直径和其他尺寸均发生变化第四十一页，共八十八页，2022年，8月28日七、离心泵的安装高度1.气蚀现象原因：叶片入口附近的最低压强<输送温度下液体的饱和蒸气压现象：噪声大、泵体振动，流量、压头、效率都明显下降。严重时，泵不能正常工作防止措施：把离心泵安装在恰当的高度位置上，确保泵内压强最低点处的静压超过工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压。第四十二页，共八十八页，2022年，8月28日2.离心泵的允许吸上真空度HS′测泵入口处的压强，然后在考虑一安全量，即为泵入口处允许的最低绝对压强，以p1表示。习惯上常把p1表示为真空度，并以被输送液体的液柱高度为计量单位，称为允许吸上真空度，以HS′表示。HS′是指压强为p1处可允许达到的最高真空度，表达式：实验条件：大气压10mH2O，温度20℃，清水为介质。当操作条件和输送液体与实验条件不符时，须换算：第四十三页，共八十八页，2022年，8月28日3.允许气蚀余量NSPH由于HS′使用起来不便，有时引入另一表示气蚀性能的参数，称为气蚀余量。以NSPH表示，其定义为：为防止气蚀发生，要求离心泵入口处静压头与动压头之和必须大于液体在输送温度下的饱和蒸汽压头的最小允许值，即：

〖说明〗NSPH通过实验测定，标示在泵样本、性能图或气蚀性能图中。实验条件为20℃清水，一般不用校正。第四十四页，共八十八页，2022年，8月28日4.离心泵的安装高度(允许吸上高度)允许吸上高度：指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可达到的最大垂直距离。Hg1100如图示，以0-0为基准面，在0-0，1-1间列柏努利方程：若贮槽通大气，则：第四十五页，共八十八页，2022年，8月28日(1)用允许吸上真空度HS′表示安装高度Hg(2)用允许气蚀余量NSPH表示安装高度Hg联立联立〖说明〗①Hg安<Hg算通常：Hg安＝Hg算－（0.5～1.0）m②离心泵的Hs′、NSPH与流量有关，流量大NSPH大而HS′较小，因此计算时以最大流量计算；③离心泵安装时，应尽量选用大直径进口管路，缩短长度，尽量减少弯头、阀门等管件，使吸入管短而直，以减少进口阻力，提高安装高度，或在同样Hg下避免发生气蚀。第四十六页，共八十八页，2022年，8月28日第四十七页，共八十八页，2022年，8月28日八、离心泵的工作点与流量调节据离心泵特性曲线知离心泵的工作运行范围很大，但实际工作时的运行状况要受到管路的制约，因为泵是安置在管路上工作的。因此要了解其工作状况，就必须了解管路的工作特性以及和泵特性之间的关系。1.管路特性曲线11‘22‘在图示的系统中，若贮槽与高位槽液面维持恒定，在1-1′截面与2-2′截面间列柏努利方程：对特定的管路和一定的操作条件为常数若贮槽与高位槽截面很大：第四十八页，共八十八页，2022年，8月28日称为管路特性方程，它反映在特定的管路中，液体所需压头(He)与流量(Qe)的关系。这种关系只与管路的布置条件有关，而与泵的性能无关。将其关系标绘在H～Q坐标图上，即为管路特性曲线，为一抛物线型。第四十九页，共八十八页，2022年，8月28日2.离心泵的工作点

当离心泵安装在一管路中时，泵所提供的压头与流量，必然和管路所要求的压头与流量相一致才能工作，因此同时满足管路特性和泵特性的点称为泵的工作点。在H-Q图中即为管路特性曲线和泵特性曲线的交点M，M点表示了离心泵在特定管路中实际能输送的流量和提供的压头。

H=HeQ=QeH=QHe=QeMHQ第五十页，共八十八页，2022年，8月28日3.离心泵的流量调节(1)改变阀门开度通过改变管路特性曲线来改变泵的工作点。方法是在泵出口管路上装一调节阀，改变阀门开度，将改变管路的局部阻力，从而使管路特性曲线发生变化，导致泵的工作点随之变化。QMHQQ1M1如阀门关小时，管路的局部阻力加大，管路特性曲线变陡，工作点由M上移至M1点，流量由Q降至Q1。反之，流量增大。优点：调节流量，简便易行，可连续变化缺点：关小阀门时增大了流动阻力，额外消耗了部分能量，经济上不够合理。第五十一页，共八十八页，2022年，8月28日(2)改变泵的转速改变泵的转速，实质是改变泵特性曲线。优点：较经济，无额外能量损失。缺点：因需要变速装置或价格昂贵的变速原动机，故改变困难，且难以做到连续调节，一般很少采用。若泵转速增加，泵特性曲线上移，工作点随之由M上移至M1，流量由Q增大到Q1。MQHQQ1M1第五十二页，共八十八页，2022年，8月28日(3)改变泵的直径改变泵的直径，实质是改变泵特性曲线。泵直径减小，泵特性曲线下移，工作点随之由M下移至M1，流量由Q减小到Q1。优点：较经济，无额外能量损失缺点：流体调节范围有限、不方便，难以做到连续调节，调节不当会降低泵的效率。一般很少采用。MQHQ采用(2)、(3)两种方法均可改变泵的特性曲线。但不方便，流量调节范围也不大，故应用不广泛。M1Q1第五十三页，共八十八页，2022年，8月28日4.离心泵的并联和串联组合操作(1)串联组合泵的特性曲线

两台相同型号的离心泵串联组合，在同样的流量下，其提供的压头是单台泵的两倍。第五十四页，共八十八页，2022年，8月28日(2)并联组合泵的特性曲线两台相同型号的离心泵并联，若其各自有相同的吸入管路，则在相同的压头下，并联泵的流量为单泵的两倍。

第五十五页，共八十八页，2022年，8月28日(3)离心泵组合方式的选择单串单并QH12对于低阻输送管路1，并联组合泵流量的增大幅度大于串联组合泵；生产中如何选择组合方式，还与管路特性有关，一般：★当单泵压头远达不到要求时，必须采用串联；★在某些情况下，并串联都可提高流量和压头，这时与管路特性有关。低阻输送管路----并联优于串联；高阻输送管路----串联优于并联。对于高阻输送管路2，串联组合泵的流量增大幅度大于并联组合泵。第五十六页，共八十八页，2022年，8月28日(3).离心泵组合方式的选择生产中如何选择组合方式，还与管路特性有关，一般：★当单泵压头远达不到要求时，必须采用串联；★在某些情况下，并串联都可提高流量和压头，这时与管路特性有关。对低阻型输送管路1，并联组合优于串联组合，即并联可获得更高的流量和压头，选并联；单串并QH12对高阻型输送管路2，串联组合优于并联组合，即串联可获得更高的流量和压头，选串联，如图所示。

第五十七页，共八十八页，2022年，8月28日九、离心泵的类型与选用1.离心泵的类型实际生产过程中，输送的液体是多种多样的，工艺流程中所需提供的压头和流量也是千差万别的，为了适应实际需要，离心泵的种类很多。按被输送液体性质分水泵耐腐蚀泵油泵杂质泵单吸泵双吸泵按吸入方式分单级泵多级泵按叶轮数目分第五十八页，共八十八页，2022年，8月28日第五十九页，共八十八页，2022年，8月28日第六十页，共八十八页，2022年，8月28日2.离心泵的选择★根据输送液体性质以及操作条件来选定泵类型。液体性质：密度、粘度、腐蚀性等操作条件：压强影响压头,温度影响泵的允许吸上高度★计算管路系统所需He、Qe(根据管路条件，利用柏努利方程求He)★根据He、Qe查泵样本表或产品目录中性能曲线或性能表，确定规格。注意①应使流量和压头比实际需要多10～15％余裕量；②考虑到生产的变动，按最大量选取；③应使泵在高效区内工作，选好后列出该泵的性能参数H、Q、N、η、n、Hs等。★校核轴功率。当输送液体的密度大于水的密度时重新计算轴功率第六十一页，共八十八页，2022年，8月28日3.离心泵的安装、使用和维护

★泵的实际安装高度应小于计算安装高度，以免出现气蚀现象和吸不上液体，并按要求固定在基座上；★启动前须向泵内灌满被输送液体，以防止气缚现象的发生，并检查泵轴转动是否灵活；★启动时应关闭出口阀门，启动后先打开进口阀，待运行平稳后，缓缓开启出口阀。防止轴功率突然增大，损坏电机；★停泵时先关闭出口阀，再关闭进口阀，然后停车；★运转过程定时检查密封泄漏，电机发热，润滑注油等问题。

第六十二页，共八十八页，2022年，8月28日一、往复泵1.主要构件：泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀和排出阀2.工作原理：活塞自左向右移动时，泵缸内形成负压，则贮槽内液体经吸入阀进入泵缸内。当活塞自右向左移动时，缸内液体受挤压，压力增大，由排出阀排出。第三节其它类型泵第六十三页，共八十八页，2022年，8月28日第六十四页，共八十八页，2022年，8月28日活塞往复一次，各吸入和排出一次液体，称为一个工作循环；这种泵称为单动泵。若活塞往返一次，各吸入和排出两次液体，称为双动泵。活塞由一端移至另一端，称为一个冲程。3.流量特点(1)正位移特性：流量由泵决定，与管路特性无关(2)流量Q=ALnηvA——泵缸截面，㎡L——活塞行程，m/hn——转速ηv——容积效率(3)不均匀性第六十五页，共八十八页，2022年，8月28日第六十六页，共八十八页，2022年，8月28日（4）流量调节旁路阀改变转速和行程第六十七页，共八十八页，2022年，8月28日4.扬程★扬程与流量无关★特性曲线为Q＝常数★在电机功率范围内，由管路特性决定5.操作

★一般无气缚6.安装★不装出口调节阀★所有输送液体的泵都有气蚀问题7.往复泵适用于高压头、小流量、高粘度液体的输送。

第六十八页，共八十八页，2022年，8月28日实际上是柱塞泵，其结构特点四借弹性薄膜将被输送液体与活柱隔开，从而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，迫使隔膜交替地向两侧弯曲，将被输送液体吸入或排出。弹性薄膜采用耐腐蚀橡胶或金属薄片制成。适于：定量输送剧毒、易燃、易爆、腐蚀性液体和悬浮液。二、气动隔膜泵第六十九页，共八十八页，2022年，8月28日第七十页，共八十八页，2022年，8月28日三、计量泵计量泵是往复泵的一种形式，它的传动装置是通过偏心轮把电机的旋转运动变成柱塞的往复运动。偏心轮的偏心距是可调的，用来改变柱塞的冲程，这样就可以达到严格地控制和调节流量的目的。计量泵通常用于要求精确而且便于调整的场合，特别适用于几种液体以一定配比的输送场合。第七十一页，共八十八页，2022年，8月28日第七十二页，共八十八页，2022年，8月28日四、齿轮泵齿轮泵也是正位移泵的一种，如图。泵壳内的两个齿相互啮合，按图中所示方向转动。在泵的吸入口，两个齿轮的齿向两侧拨开，形成低压将液体吸入。齿轮旋转时，液体封闭于齿穴和泵壳体之间，被强行压至排出端。在排出端两齿轮的齿相互合拢，形成高压将液体排出。齿轮泵产生较高的压头但流量小，用于输送粘稠液体及膏状物，但不能输送含固体颗粒的悬浮液。第七十三页，共八十八页，2022年，8月28日第七十四页，共八十八页，2022年，8月28日五、螺杆泵由泵壳和一根或几根螺杆构成。一根螺杆：螺杆和泵壳形成的空隙排送液体。两根衣衫螺杆：与齿轮泵类似，利用互相啮合的螺杆老排送液体。特点是压头高，效率效率高，噪音小。适于在高压下输送粘稠性液体。流量调节时用旁路(回流装置)调节。第七十五页，共八十八页，2022年，8月28日第七十六页，共八十八页，2022年，8月28日指标离心泵往复泵转子泵流量，m3/h均匀、不稳定、1.6～30000不均匀、恒定0～600比较均匀、恒定、1～600扬程，m定流量→扬程10～2600扬程与流量无关0.2～100MP扬程与流量无关0.2～60MP效率设计点最高，偏离越远效率越低0.5～0.8扬程高效率降低很少0.7～0.85扬程高效率降低较大0.6～0.8结构特点简单,造价低,体积小,安装方便复杂,振动大,体积大,造价高简单,造价低,体积小,安装方便