化工原理第二章流体输送机械

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现在是1页\一共有93页\编辑于星期五流体输送机械：给流体增加机械能的设备机械能使液体p转换为其它形式u2/2克服磨擦阻力液体→泵输送对象气体→压缩机、鼓风机、通气机现在是2页\一共有93页\编辑于星期五工作原理动力式（叶轮式）－离心式、轴流式容积式（正位移式）－往复式、旋转式其它形式→喷射式掌握要求基本原理主要结构选择泵、计算功率性能参数确定安装位置现在是3页\一共有93页\编辑于星期五第二节离心泵离心泵的外观现在是4页\一共有93页\编辑于星期五一主要部件和工作原理（1）叶轮—叶片（+盖板）现在是5页\一共有93页\编辑于星期五4-8个叶片（前弯、后弯，径向）液体通道前盖板、后盖板，无盖板闭式叶轮半开式开式（2）泵壳：泵体的外壳，包围叶轮截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道液体入口——中心液体出口——切线（3）泵轴：垂直叶轮面叶轮中心。现在是6页\一共有93页\编辑于星期五离心泵装置简图现在是7页\一共有93页\编辑于星期五2．离心泵的工作原理（1）原动机——轴——叶轮，旋转离心力叶片间液体中心外围——液体被做功动能高速离开叶轮现在是8页\一共有93页\编辑于星期五（2）泵壳：液体的汇集与能量的转换（动静）（3）吸上原理与气缚现象叶轮中心低压的形成——液体高速离开p泵内有气，则泵入口压力液体不能吸上——气缚启动前灌泵（4）轴封的作用（5）平衡孔的作用——消除轴向推力现在是9页\一共有93页\编辑于星期五（6）导轮的作用——减少能量损失现在是10页\一共有93页\编辑于星期五二离心泵的性能参数与特性曲线离心泵的理论压头r—叶轮半径；—叶轮旋转角速度；qv—泵的体积流量；b—叶片宽度；—叶片装置角。——离心泵基本方程叶片无限多，液体完全沿叶片弯曲表面流动＝0，理想液体，无磨擦阻力损失现在是11页\一共有93页\编辑于星期五现在是12页\一共有93页\编辑于星期五说明：（1）装置角：>90度—前弯叶片<90度—后弯~流动能量损失小=90度—径向叶片（2）后弯叶片，ctg>0b、r、,则Hqv

，则H（线性规律）（3）理论压头H与流体的性质无关（4）H与H的差距—叶片间环流；阻力损失；冲击损失现在是13页\一共有93页\编辑于星期五1．离心泵的主要性能参数（1）(叶轮)转速n：1000~3000rpm；2900rpm常见（2）(体积)流量qvm3/h，叶轮结构、尺寸和转速（3）压头（扬程）H：1N流体通过泵获得的机械能。J/N,m

，叶轮结构、尺寸和n有关。Hz现在是14页\一共有93页\编辑于星期五（4）轴功率P：有效功率Pe泵轴转动功并非全部转换为液体能量①容积损失：回漏，平衡孔0.85~0.95②水力损失：磨擦，边界层0.8~0.9③机械损失;有效功率/轴功率0.96~0.99

轴功率P：单位时间原动机输入泵轴的能量有效功率Pe：单位时间内液体从泵中叶轮获得的有效能量。Pe=qvρgH现在是15页\一共有93页\编辑于星期五（5）效率：=Pe/P<100%容积损失，水力损失，机械损失2．离心泵的性能曲线H~qvP~qv~qv厂家实验测定产品说明书20C清水现在是16页\一共有93页\编辑于星期五离心泵特性曲线现在是17页\一共有93页\编辑于星期五说明：①H~qv曲线，qv，H。qv很小时可能例外②P~qv曲线：

qv，P。大流量大电机关闭出口阀启动泵，启动电流最小③~qv曲线

：小qv

，；大qv，

。max泵的铭牌~与max对应的性能参数选型时max现在是18页\一共有93页\编辑于星期五3．离心泵特性的影响因素

（1）流体的性质：

密度：,(P、Pe)

（H，qv，）与无关；粘度：，（H，qv，）;P工作流体~20℃水差别大参数和曲线变化（2）转速——比例定律现在是19页\一共有93页\编辑于星期五——n20%以内(3)叶轮直径——切割定律——D-5%以内三离心泵的工作点和流量调节问题：工作时，qv,H,P,=?1.管路特性曲线现在是20页\一共有93页\编辑于星期五外加压头qv

，Hf，H

H

~qv——管路特性(方程)管路流量~所需外加压头管路压头损失管路&流体一定qv令现在是21页\一共有93页\编辑于星期五于是——管路特性方程(曲线)说明：①曲线在H轴上截距；管路所需最小外加压头②阻力平方区，

与qv无关，并忽略动能差其中③高阻管路，曲线较陡；低阻管路曲线较平缓。管路特性系数现在是22页\一共有93页\编辑于星期五2．离心泵的工作点——泵的H~qv与管路的H~qv曲线的交点现在是23页\一共有93页\编辑于星期五说明①工作点泵的特性&管路的特性工作点确定：联解两特性方程作图，两曲线交点②泵装于管路工作点~（H,qv)qv=泵供流量=管得流量qv=泵供压头=流体得压头③工作点~（qv,H,P,

）

~泵的实际工作状态现在是24页\一共有93页\编辑于星期五例题2-1在内径为150mm，长度为280m的管路系统中，用离心泵输送清水。已知该管路局部摩擦阻力损失的当量长度为85m，摩擦系数可取为0.03。离心泵曲线如图所示。若为20m（水柱），试求离心泵的工作点。现在是25页\一共有93页\编辑于星期五3．离心泵的流量调节

改变流量改变泵的特性改变工作点改变管路特性（1）改变出口阀开度~管路特性关小出口阀leH，qv管特线变陡工作点左上移开大出口阀leH，qv管特线变缓工作点右下移现在是26页\一共有93页\编辑于星期五n泵H~qv曲线上移工作点右上移，H，qv（2）改变叶轮转速~改变泵的特性现在是27页\一共有93页\编辑于星期五例2-2某输水管路系统中，离心泵在转速为n=2900r/min时的特性曲线方程为H=25-5qv2，管路特性方程为H=10+kqv2，qv的单位为m3/min。试求（1）k=2.5时工作点流量qvA与扬程HA;（2）阀门关小到k‘=5.0时的工作流量qvA与扬程HB；（3）对于流量qvB，因阀门开度由k=2.5关小到k=5.0，管路阻力损失增加了多少？（4）若不用改变阀门开度而用改变转速，使流量从qvA调到qvB，试求转速应调到多少？现在是28页\一共有93页\编辑于星期五现在是29页\一共有93页\编辑于星期五4、离心泵的并联操作当流量达不到要求时，可以考虑并联操作。5、离心泵的串联操作为了使管路的输液距离增大，流量增多，需要提高泵的扬程，可以考虑两台泵的串联。现在是30页\一共有93页\编辑于星期五例2-3离心泵组合方式的比较用离心泵将水库中的水运到灌溉渠，两液面维持恒差16m，管路系统的压头损失可表示为Hf=5.2×105qv2库房里有两台规格相同的离心泵，单台泵的特性方程为H=38-4.2×105qv2试计算两台泵如何组合操作能获得较大的输水量。现在是31页\一共有93页\编辑于星期五四离心泵的安装高度安装高度:问题：液面到泵入口处的垂直距离(Hg)安装高度有无限制？现在是32页\一共有93页\编辑于星期五0-0~1-1，B.E.

Hg，则p1当p1pv，叶轮中心汽化汽泡被抛向外围凝结压力升高周围液体高速冲向汽泡中心撞击叶片(水锤)伴随现象①泵体振动并发出噪音②H,qv

,严重时不送液；③时间长久，水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片现在是33页\一共有93页\编辑于星期五安装高度，汽蚀问题：如何确定Hg的上限——允许安装高度（1）三个基本概念：

2．汽蚀余量与允许安装高度

①(有效)汽蚀余量ha:

泵入口处：动压头+静压头-饱和蒸汽压头(液柱)现在是34页\一共有93页\编辑于星期五ha的物理意义：ha，p1汽蚀②必需汽蚀余量hr:液体从泵入口到叶轮内最低压力点处的全部压头损失泵入口处：动压头+静压头=——用实验测定③允许汽蚀余量h比必需汽蚀余量大0.3米

现在是35页\一共有93页\编辑于星期五正常运转的泵（2）由h计算最大安装高度Hgmax和Hg允许现在是36页\一共有93页\编辑于星期五（3）允许汽蚀余量的校正

h~20度清水，条件不同时要校正，校正曲线说明书3．讨论

（1）汽蚀现象产生的原因：①安装高度太高；②被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；③吸入管路阻力或压头损失太高。（2）计算出的Hgmax<0,低于贮槽液面安装现在是37页\一共有93页\编辑于星期五（3）

Hgmax大小~qv。qv，则Hgmax

，保险。（4）安装泵时为保险，Hg比Hgmax还要小0.5至1米。

(5)允许吸上真空度允许汽蚀余量

Hgmax用可能的最大qv计算Hgmax现在是38页\一共有93页\编辑于星期五例2-4某台离心水泵，从样本上查得其汽蚀余量Δh=2m（水柱）。现用此泵水送敞口水槽中40℃的清水，若泵吸入口距水面以上4m高度处，吸入管路的压头损失为1m（水柱），当地的大气压强为0.1MPa。试求泵的安装高度是否合适。现在是39页\一共有93页\编辑于星期五例2-5液体密度对离心泵工作点的影响用离心泵向密闭高位槽送料，在特定转速下，泵的特定方程为H=42-7.60×104qv2

当水在管内的流量qv=0.01m3/s时，流动进入阻力平方区。现改送密度为ρ=1260kg/m3的水溶液（其他性质和水相近）时，密闭容器内维持表压118KPa不变，试求输送液体时的流量和有效功率。现在是40页\一共有93页\编辑于星期五例2-6管路两端面上压力差变化对离心泵工作点的影响例2-5的管路系统，因工艺条件变化，要求密闭高位槽改变为常压。试求常压下的管路特性方程及水溶液的流量。现在是41页\一共有93页\编辑于星期五六离心泵的类型、选用、安装与操作1离心泵的类型：

按输送液体的性质不同（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。——Y现在是42页\一共有93页\编辑于星期五（4）杂质泵：输送含固体颗粒的液体、稠厚的浆液，叶轮流道宽，叶片数少。——P单吸泵；双吸泵现在是43页\一共有93页\编辑于星期五单级泵；多级泵串联组合；并联组合现在是44页\一共有93页\编辑于星期五2离心泵的选用（1）根据液体的性质确定类型（2）确定管路流量和所需外加压头。

qv生产任务，H

管路的特性方程。

（3）根据所需qv和H确定泵的型号

①查性能表或曲线，要求泵的H和qv与管路所需相适应。

②若需qv有变，以最大qv为准，H应以最大qv值查找。③若泵的H和qv与管路所需不符，在邻型号中找H和qv都稍大一点的。现在是45页\一共有93页\编辑于星期五⑤若液体性质与清水相差大，则应对所选泵的特性曲线和参数进行校正，看是否能满足要求。④若几个型号都行，应选在操作条件下最高者⑥为保险，所选泵可以稍大；但若太大，能量利用程度低。3离心泵的安装与操作安装①安装高度应小于允许安装高度

②尽量减少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少；调节阀应装于出口管路。现在是46页\一共有93页\编辑于星期五操作

①启动前应灌泵，并排气。

②应在出口阀关闭的情况下启动泵

③停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮

④经常检查轴封情况

现在是47页\一共有93页\编辑于星期五

例2-7离心泵的选型如课本81页图，需要安装一台泵，将流量45m3/h，温度20℃的河水水送到高位槽，高位槽水面高出河面10m，管路总长度为15m。任选一台离心泵，并确定安装高度。现在是48页\一共有93页\编辑于星期五第三节其它类型泵一往复泵1．结构和工作原理主要部件：泵缸；活塞；活塞杆；吸入阀、排出阀

工作原理：

说明：

①活塞往复运动，直接以静压能形式向液体供能

②单动泵，供液不连续；双动泵，连续。③为耐高压，活塞和连杆用柱塞代替。

现在是49页\一共有93页\编辑于星期五单动、双动和三联泵：现在是50页\一共有93页\编辑于星期五2．往复泵的流量和压头（1）理论平均流量单动双动（2）实际平均流量=容积效率理论平均流量~与压头无关（3）瞬时流量的不均匀性

单动泵，吸、排液不连续现在是51页\一共有93页\编辑于星期五曲柄连杆，活塞运动速度~时间正弦规律（4）流量的精确性

qv仅~活塞面积、冲程、往复频率

（5）往复泵的压头

挤压供液，H任意高。~材料强度，密封，电机负载最终取决于管路特性现在是52页\一共有93页\编辑于星期五（6）特性曲线qv仅~泵，与管路(和H）无关H仅~管路，与泵(和qv)无关—正位移特性高阻高压！现在是53页\一共有93页\编辑于星期五3．往复泵的操作要点和流量调节

（1）适用场合与流体(qv不太大，H较高，非腐蚀和悬浮物)（2）安装高度有一定的限制（3）有自吸作用，启动前无需要灌泵

（4）一般不设出口阀，有也必须打开启动

（5）往复泵的流量调节方法：

①用旁路阀调节流量

②改变曲柄转速③改变活塞的行程现在是54页\一共有93页\编辑于星期五二计量泵1外观现在是55页\一共有93页\编辑于星期五2工作原理往复泵的一种原动机偏心轮转动柱塞的往复运动3流量调节调整偏心度柱塞冲程变化流量调节。4应用场合输送量或配比要求非常精确现在是56页\一共有93页\编辑于星期五三隔膜泵1外观现在是57页\一共有93页\编辑于星期五2工作原理往复泵的一种3流量调节调整活柱往复频率或旁路4应用场合腐蚀性的液体、固体悬浮液现在是58页\一共有93页\编辑于星期五四齿轮泵1剖开现在是59页\一共有93页\编辑于星期五2工作原理旋转泵的一种3流量调节4应用场合转速或旁路高压头、小流量。粘稠以至膏状物。固体悬浮液现在是60页\一共有93页\编辑于星期五五螺杆泵1外观现在是61页\一共有93页\编辑于星期五2工作原理旋转泵的一种螺纹在旋转时有推进作用单螺杆双螺杆三螺杆现在是62页\一共有93页\编辑于星期五3流量调节转速或旁路4应用场合高压头、小流量。粘稠以至膏状物。固体悬浮液现在是63页\一共有93页\编辑于星期五六旋涡泵

1工作原理特殊类型的离心泵现在是64页\一共有93页\编辑于星期五叶轮－开有凹槽的圆盘引水道叶轮旋转，凹槽内液体被做功。在引水道和凹槽间往反多次，被多次做功。2流量调节qv↓，P↑与正位移泵相同3应用场合qv↓，H↑↑高压头，较小流量×固体悬浮液，高粘度流体现在是65页\一共有93页\编辑于星期五第四节气体输送机械

一概述1．气体输送机械在工业生产中的应用

①气体输送

压力不高，但量大，动力消耗大②产生高压气体：

终到设备压力高③生产真空：

上游设备负压操作2．气体输送机械的一般特点①动力消耗大

现在是66页\一共有93页\编辑于星期五②设备体积庞大

③特殊性——气体的可压缩性

3．气体输送机械的分类

工作原理——离心式、旋转式、往复式、喷射式等出口压力（终压）和压缩比

①通风机：终压15kPa，压缩比1至1.15②鼓风机：终压15~300kPa，压缩比小于4。③压缩机：终压300kPa以上，压缩比大于4。④真空泵：造成负压，终压p0，压缩比由真空度决定。现在是67页\一共有93页\编辑于星期五二离心式通风机现在是68页\一共有93页\编辑于星期五1．离心式通风机的结构特点

①叶轮直径较大

——适应大风量②叶片数较多

③叶片有平直、前弯、后弯不求高效率时——前弯④机壳内逐渐扩大的通道及出口截面常为矩形

现在是69页\一共有93页\编辑于星期五2．性能参数和特性曲线

（1）风量：按入口状态计的单位时间内的排气体积。m3/s，m3/h

（2）全风压：单位体积气体通过风机时获得的能量J/m3，Pa风机进、出口之间写B.E.忽略忽略能量损失现在是70页\一共有93页\编辑于星期五②全风压、静风压与动风压的关系静风压动风压现在是71页\一共有93页\编辑于星期五③全风压和气体密度的关系

气体密度分别为ρ，ρ’时的全风压pt，pt’的关系为现在是72页\一共有93页\编辑于星期五

（3）有效功率和效率

性能表上参数(1atm、20℃

)pt0现在是73页\一共有93页\编辑于星期五~qvp~qvqvpt~qvpst~qvp（4）特性曲线

1atm、20℃用空气测定

pt~qv，pst~qv，P~qv，~qv现在是74页\一共有93页\编辑于星期五3．离心式通风机的选型

（1）根据气体种类和风压范围，确定风机的类型

（2）确定qv0和pt0生产任务qv（3）根据qv0和pt0查找合适型号现在是75页\一共有93页\编辑于星期五例题2-8已知要求通风机对空气的最大输送量为1.6×104m3/h，最大风量下输送系统所需要的风压为10.8kPa。设空气进口温度为30℃，当地的大气压为98.7kPa。试选择一台合适的离心通风机。现在是76页\一共有93页\编辑于星期五三离心式的鼓风机

结构特点外形离心泵蜗壳形通道常为圆形

外壳直径与厚度之比较大

叶片数目较多

转速较高

叶轮外周都装有导轮

单级出口表压多在30kPa以内；多级可达0.3MPa

选型方法与离心通风相同四离心式压缩机

1．结构——定子与转子现在是77页\一共有93页\编辑于星期五转子：主轴、多级叶轮、轴套及平衡元件定子：气缸和隔板

现在是78页\一共有93页\编辑于星期五叶轮现在是79页\一共有93页\编辑于星期五现在是80页\一共有93页\编辑于星期五2．工作原理

气体叶轮中心离心力做功高速到达外围扩压器降速、增压弯道，回流器下一级叶轮中心增压多次，高压离开3．特性曲线——与离心通风机相似现在是81页\一共有93页\编辑于星期五4．特点——与往复压缩机相比体积和重量都很小而流量很大；

供气均