第2章-流体输送机械教学课件2

按工作原理分类：动力式（叶轮式）:如离心泵、轴流泵、旋涡泵容积式（正位移式）:如往复泵、齿轮泵其它形式:如喷射泵Chap2

流体输送机械一、离心泵的操作原理、构造与类型（一）基本部件与构造

叶轮

泵壳

泵轴及轴封装置1防止启动前灌入的液体从泵内漏失§2.1离心泵21.叶轮1）叶轮的作用：将电动机的机械能传给液体2）叶轮的分类：开式叶轮

半闭式叶轮

闭式叶轮

效率依次升高，易阻塞程度依次升高a）按结构：§2.1离心泵3按吸液方式：

单吸式叶轮双吸式叶轮液体只能从叶轮一侧被吸入可以从两侧吸入液体§2.1离心泵4泵壳的主要作用：②能量转换装置。2.泵壳①汇集液体，并导出液体；动能静压能（蜗壳）§2.1离心泵5导轮叶轮与泵壳之间安装的固定不动的带有叶片的圆盘导轮上的叶片弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方向相反作用：使能量损失减小，动能向静压能的转换更为有效。§2.1离心泵6(旋转的泵轴与固定的泵体之间的密封)减少泵内高压液体外流，防止外部空气渗入泵内。填料密封机械密封3.轴封装置（二）分类1.按叶轮数目单级泵轴上只有一个叶轮的离心泵轴上不止一个叶轮的离心泵多级泵，级数指叶轮数可以达到较高的压头§2.1离心泵7

2.按叶轮上吸入口的数目叶轮上只有一个吸入口叶轮上有两个吸入口单吸泵双吸泵适用于输送量很大的情况

3.按离心泵的不同用途水泵、

耐腐蚀泵、

油泵、杂质泵（三）工作原理原理：甩出、真空、吸入。开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。§2.1离心泵8（1）泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力，液体从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，并以很高的速度（15-25m/s）流入泵壳。

（2）在蜗形泵壳中液体的流速减慢，大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压强流入排出管道。（3）泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，开泵后液体经吸入管路进入泵内。§2.1离心泵9叶轮旋转时不能输送液体的现象。若离心泵启动前未充满液体，则叶片间必充满气体。由于气体密度很小，所产生的离心力也很小。所以在叶轮中心形成的真空不足以将液体吸入泵内，这时叶轮虽然旋转，但不能输送液体。启动前泵内充满液体，吸入管路底部装有止逆阀§2.1离心泵10二、离心泵的理论压头与实际压头理论压头：理想情况下单位重量液体所获得的能量，用H表示。§2.1离心泵液体在高速旋转的叶轮中的运动分为2种:（一）理论压头11周向运动：与叶片的相对运动：处处与叶片相切§2.1离心泵在叶轮进口与出口之间列机械能衡算式：原因一：离心力做功12§2.1离心泵原因二：流动通道逐渐扩大，部分动能转化为静压能∴13∴又§2.1离心泵整理得14§2.1离心泵r2b2c2uc2c2r叶片的装置角（流动角）又15§2.1离心泵——离心泵的基本方程式——离心泵理论压头的表达式

讨论：（1）理论压头与流量Q、叶轮旋转角速度、

叶轮的尺寸和构造（r2、b2、2）有关；（2）叶轮直径及转速越大，则理论压头越大；（3）在叶轮转速、直径一定时，流量Q与理论压头H的关系受装置角2的影响。16叶片的几何形状2<90ctg2>02=90ctg2=02>90ctg2<0H随流量↑而↓H不随流量变化H随流量↑而↑§2.1离心泵172<902=902>90前弯叶片产生的理论压头最高，这类叶片是最佳形式的叶片吗？NO§2.1离心泵18c2w2u2后弯叶片c2w2u2径向叶片c2w2u2前弯叶片c2大，泵内流动阻力损失大，泵的效率降低一般都采用后弯叶片§2.1离心泵19§2.1离心泵（4）理论压头H与液体密度无关。泵对单位体积流体所加的能量与密度（二）实际压头实际压头比理论压头要小。原因：几乎与流量大小无关（1）叶片间的环流运动成正比。20设计流量§2.1离心泵（2）阻力损失-----近似与流速的平方呈正比（3）冲击损失----在设计流量下，此项损失最小。三者统称为水力损失21三、离心泵的主要性能参数转速n流量Q压头H轴功率N效率η汽蚀余量△h单位r.p.s或r.p.m泵单位时间实际输出的液体量，m3/s或m3/h，可测量和调节（扬程）§2.1离心泵单位重量流体经泵后所获得的机械能22在泵进出口之间列机械能衡算式：（一）压头H§2.1离心泵23（二）有效功率Ne、轴功率N、效率η与效率有关的各种能量损失：（1）容积损失：

内漏（2）水力损失：

环流损失阻力损失冲击损失§2.1离心泵24NNe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%以上泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦（3）机械损失：

=vhm§2.1离心泵25一定转速下的H~Q曲线、N~Q曲线、~Q曲线

用20C清水测定四、离心泵的特性曲线

Q，H

，N，有最大值。离心泵在启动前应关闭出口阀:(1)使启动电流最小，以保护电机；(2)避免高压流体对出口管线的水力冲击。

图2-12§2.1离心泵（一）离心泵的特性曲线IS125-100-250：单级单吸泵，泵入口直径为125mm，出口直径为100mm，叶轮外径为250mm。

Q=0时，N≠0，

主要消耗在叶片对液体的搅动上。26设计点与最高效率相比，效率下降5％～8％离心泵效率最高的点离心泵铭牌上的性能参数为效率最高时的性能参数§2.1离心泵27（二）离心泵特性曲线的影响因素：液体性质密度:对H~Q曲线无影响，对~Q曲线无影响，§2.1离心泵28粘度:当比20℃清水的大时，当<20厘斯时，对特性曲线的影响很小，可忽略不计。§2.1离心泵H，Q，，N

当转速n变化不大时（小于20%）叶轮转速:29若不变，则§2.1离心泵若泵在原转速n下的特性曲线方程则泵在新转速n’下：30转速增大§2.1离心泵31叶轮直径:（1）同一系列两种不同尺寸的泵：（2）叶轮略加切削而使D2变小，若D2变化<20%切割定律§2.1离心泵32思考：若泵在原叶轮直径下的特性曲线方程为则叶轮切割后泵的特性曲线方程为：五、离心泵的工作点与流量调节泵------供方管路------需方匹配：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§2.1离心泵33（一）管路特性曲线-------管路所需压头he与流量关系曲线管路特性方程§2.1离心泵34工作点：离心泵的特性曲线与管路的特性曲线的交点工作点对应的流量和压头为离心泵在特定管路中实际输送的流量和提供的压头单位重量流体需增加的位能和静压能管路系统的总能量损失B值相同流量下的阻力损失越大，为高阻管路。越大，管路特性曲线越陡峭，越小，越平坦，为低阻管路。越小，§2.1离心泵35（二）流量调节——调节出口阀门开度——改变n、切割叶轮阀门开大阀门关小工作点改变管路特性曲线改变泵特性曲线§2.1离心泵自学：不同流量调节方法的优缺点。P6336例1

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）泵的压头H，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解：江面下降，泵特性曲线不变

工作点左移§2.1离心泵3733§2.1离心泵38六、离心泵的组合操作——串、并联（一）并联泵并联时，在相同H下，对单台泵：并联泵：§2.1离心泵并联后，管路中的流量不能达到原来的两倍39（二）串联泵串联时，在相同Q下，对单台泵：串联泵：串联后，管路中的压头不能达到原来的两倍§2.1离心泵40（三）离心泵组合方式的选择

对于低阻输送管路a，并联组合泵流量的增大幅度大于串联组合泵；对于高阻输送管路b，串联组合泵的流量增大幅度大于并联组合泵。低阻输送管路----并联优于串联；高阻输送管路----串联优于并联。§2.1离心泵41例2

某离心泵工作转速为n=2900r.p.m.（转/min），其特性曲线方程为。当泵的出口阀全开时，管路特性曲线方程为，式中Q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，则节流损失的压头为多少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）§2.1离心泵42QQHhe(2)a.采用调节出口阀门的方法节流损失§2.1离心泵43b.采用调节转速的方法QQ新转速下泵的特性曲线方程为：

能否用×P63例2-3§2.1离心泵44七、离心泵的安装高度Zs（一）什么是安装高度？

泵轴与吸液方液面间的垂直高度，用ZS表示。可正可负。§2.1离心泵45为什么会有安装高度问题？

K§2.1离心泵46

为避免汽蚀现象，安装高度必须加以限制，汽蚀现象：

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。§2.1离心泵即存在最大安装高度Zs,max。47（二）最大安装高度和允许汽蚀余量刚好发生汽蚀时，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§2.1离心泵（NPSH）48-------最小汽蚀余量一般规定，允许汽蚀余量是泵的特性参数之一，由厂家测定。（临界汽蚀余量）实际安装高度比还要低0.51m（必需汽蚀余量）§2.1离心泵附录十七则相应地，允许安装高度49影响最小汽蚀余量的因素：

e-e面、k-k面间：∴在流量一定时，最小汽蚀余量只与泵的结构尺寸有关§2.1离心泵50只要粘度变化不大，的校正：无需校正。（三）允许吸上真空度pmin很难测定，一般以入口压力pe代替。P0——当地大气压Pe——泵入口压力§2.1离心泵51在贮槽液面和泵入口之间列机械能衡算式允许吸上真空度的校正：§2.1离心泵525.液体温度T，影响汽蚀的因素：1.当地大气压Pa，2.安装高度，3.吸入管，故一般离心泵的吸入管比排出管粗流量调节阀门不能安在吸入端4.密度，易汽蚀易汽蚀易汽蚀易汽蚀易汽蚀§2.1离心泵饱和蒸汽压，53八、离心泵的安装与选用§2.1离心泵定规格-----根据流量、压头大小，高效

①安装高度需低于允许值；②启动前充满液体，关出口阀；

③运行检查轴承；

④关出口阀（停车）

（二）安装与运行：

P67例2-5（一）选用原则：定类型-----根据流体性质及操作条件

P69

54型号Q（m3/h）H（m）A29.517.4B1518.5C1121例：某输水管路系统，要求水流量Qe＝10m3/h，管路特性方程为：（式中Qe：m3/h，He：m），现有三种型号离心泵列于附表中，求：（1）计算后从附表中选择一台合适的离心水泵。（2）若该管路吸入管直径为50mm，吸入管路压头损失为1.5m，操作温度为65℃，当地大气压为9.81×104Pa，求该泵的允许安装高度Zs（该泵在转速为2900r/min下，输送20℃清水时，允许吸上真空度为6m）。

§2.1离心泵55解：（1）选水泵Qe＝10m3/h

可选C型号

（2）

§2.1离心泵5665℃水：

为安全起见，离心泵的实际安装高度应比2.16m低（0.5～1）m。§2.1离心泵57一、容积式泵§2.2其他类型泵（正位移泵）流量只与泵的特性有关，而与管路特性无关。（一）往复泵往复泵的流量只与泵的几何尺寸和活塞的往复次数等有关，且不能倒流，为正位移泵2.往复泵的压头与泵的几何尺寸无关；压头越大，漏损越大。只取决于管路情况。58§2.2其他类型泵3.也存在汽蚀问题，安装高度也受限制；4.具有自吸作用，启动前无需灌液；5.输液量不均匀、不连续采取措施：（1）多缸往复泵（2）安装空气室59§2.2其他类型泵6.流量调节不可用出口阀门调节7.适用于小流量、高压头情况下输送高粘度的液体6.流量调节不可用出口阀门调节流量调节方法旁路调节改变活塞行程或往返次数不宜输送腐蚀性或有固体颗粒的悬浮液。属于往复泵的一种（二）隔膜泵用于输送腐蚀性或有固体颗粒的悬浮液60§2.2其他类型泵属于往复泵的一种（三）计量泵（比例泵）一般用于要求输液量十分准确或几种液体要求按一定配比输送的场合。611.齿轮泵旋转类正位移泵。高压头小流量，适用于输送高粘度液体或糊状物料，但不宜输送含固体颗粒的悬浮液。2.螺杆泵（四）旋转泵（转子泵）靠泵内一个或多个转子的旋转来吸入或排出液体螺杆泵的压头高，效率高，无噪音，适用于高粘度液体的输送。§2.2其他类型泵62二、非正位移泵（一）轴流泵1.适用于大流量和低压头的液体输送；2.功率N随Q的减小而增大，Q=0时最大，启动时阀门应全部打开；3.流量调节采用旁路调节，大中型泵采用调节转速的方法。§2.2其他类型泵63（二）旋涡泵特殊类型的离心泵，原理与多级离心泵相似。§2.2其他类型泵64Q-H、Q-曲线与离心泵相似。Q-N曲线与离心泵相反，QN故旋涡泵开车应打开出口阀。旁路调节流量。启动泵前先灌泵。旋涡泵的效率一般较低（20%-50%）。但结构简单，加工容易，可采用耐腐材料制造，适用于高压头、小流量，不含固体颗料且粘度不大的液体。§2.2其他类型泵65§2.3气体输送和压缩机械分类和应用见P74，自学分类：四类应用：三个方面一、离心式风机依靠叶轮的旋转产生离心力以提高气体压力（一）离心通风机1.结构：与离心泵相似特点：叶片数目多、短，有径向、前弯、后弯等，通道多呈矩形

G\Y4-73型锅炉离心通、引风机662.主要性能参数及特性曲线：风量、风压、轴功率、效率风量Q：以进口状态计

若质量流量一定，T↑Q

↑风压pt：又称全风压，Pa§2.3气体输送和压缩机械