第2章-流体输送机械

第二章流体输送机械机械工程学院苏萍2009.8要求和重点：1.了解流体输送设备的分类；2.掌握离心泵的工作原理、主要部件、基本方程式、性能参数和特性曲线、性能改变和换算、气蚀现象和允许吸上高度、工作点与调节、类型与选择；3.了解其他泵的工作原理与应用；4.了解气体输送设备和压缩设备的工作原理与应用。一、化工生产中为什么要流体输送机械？连续流动的各种物料或产品由低处送至高处由低压送至高压设备克服管道阻力流体输送机械……

—为输送流体而提供能量的机械二、为什么要用不同结构和特性的输送机械化工厂中输送的流体种类繁多：1、有强腐蚀性、高粘度、含有固体悬浮物、易挥发、易燃易爆及有毒等等；2、温度和压强又有高低之分；3、不同生产过程所需提供的流量和压头又各异。概述操作原理目的：1.理解并掌握常用输送机械的操作原理、结构与性能。2.合理选型、定规格、计算功率、安排位置、日常管理。重点：

流体分为液体和气体。通常，将输送液体的机械称为泵；将输送气体的机械按所产生压强的高低分为通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。流体输送机械按工作原理分为：动力式（叶轮式）：离心式、轴流式容积式（正位移式）：往复式、旋转式其他类型：喷射式等2.1离心泵2.1.1

离心泵的工作原理和主要部件离心泵的外观离心泵装置简图离心泵的结构组成流体在泵内都获得了什么能量？其中那种能量占主导地位？思考：常压流体被甩出高速流体机械旋转的离心力逐渐扩大的泵壳通道高压流体灌满液体叶轮旋转离心力甩出液体蜗壳内进行能量的转换流体被压出叶轮中心形成真空在压力差的作用下流体被压入泵内2.1离心泵2.1.1

离心泵的工作原理和主要部件1.离心泵的工作原理泵启动前为什么要灌满液体思考：液体未灌满ρ气<<ρ液离心力甩不出气体叶轮中心的真空度不够吸不上液体泵无法正常工作未灌满底阀漏液其它地方泄漏启动与停泵：

关闭出口阀后启动泵，这时所需泵的轴功率最小，启动电流较小，以保护电机。停泵前先关闭出口阀后再停机，这样可避免水柱倒冲泵壳内的叶轮叶片，以延长泵使用寿命。？2.离心泵的主要部件

叶轮叶轮（Impeller）:离心泵的心脏，是流体获得机械能的主要部件，其转速一般可达1200～3600转/min，高速10700～20450转/min。根据其结构可分为：

2.离心泵的主要部件泵壳（蜗牛形，又称蜗壳）

泵壳制成蜗牛形，使部分动能转换成静压能。从而避免高速流体在泵体及管路内巨大的流动阻力损失。因此泵壳不仅是液体的汇集器，而且还是一个能量转换装置。思考：三种叶轮中哪一种效率高？但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象闭式叶轮的内漏较弱些，敞式叶轮的最大后盖板与泵壳之间空腔液体的压强较吸入口侧高叶轮轴向力问题闭式或半闭式叶轮轴向推力磨损如何解决？平衡孔（后盖板上钻的小孔）

前已提及泵启动后，叶轮中心产生负压（吸入口在泵体一侧），故会吸入外界的空气；液体经叶轮做功，获得机械能经泵壳汇集，能量转换成静压能较高的流体进入排出管，对半开式、闭式叶轮，叶轮四周的高压流体可能泄漏到盖板与泵体间的空隙（叶轮可旋转，泵体相对固定，叶轮轴与泵体间必有间隙），故其会向外界漏液。

密封方式有：填料密封与机械密封，填料密封适用于一般液体，而机械密封适用于有腐蚀性易燃、易爆液体。

填料密封：简单易行，维修工作量大，有一定的泄漏，对燃、易爆、有毒流体不适用；

机械密封：液体泄漏量小，寿命长，功率小密封性能好，加工要求高。

轴封装置2.离心泵的主要部件导轮：液体经叶轮做功后直接进入泵体，与泵体产生较大冲击，并产生噪音。为减少冲击损失，设置导轮，导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。这此叶片的弯曲方向与叶轮叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。

底阀（单向阀）：当泵体安装位置高于贮槽液面时，常装有底阀，它是一个单向阀，可防止灌泵后，泵内液体倒流到贮槽中。若泵安装于液面之下，底阀是否有必要？启动前是否也要灌泵？

滤网：防止液体中杂质进入泵体。

以上三个构造是离心泵的基本构造，为使泵更有效地工作，还需其它的辅助部件：理想情况：

叶轮具有无限多叶片，叶片的厚度无穷小，流体与叶片的相对运动的运动轨迹可视为与叶片形状相同；被输送的液体是理想液体（粘度等于零），液体在泵内无摩擦阻力损失。2.1.2

离心泵的基本方程理论压头：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。

基本方程式：离心泵的理论压头与泵的结构、尺寸、转速及流量等因素之间的定量关系。理想情况简化了过程→建模→用数学语言来表达液体通过叶轮的两种运动：圆周运动速度相对运动速度绝对运动速度ωcu余弦定律:

圆周速度—随叶轮运动的速度，用u表示；相对速度—相对于叶轮的运动速度，用w表示，它与叶片型线相切。

绝对速度—相对于泵壳的运动速度；是u和w的向量和。液体质点进出叶轮时的绝对运动路径即可由图中的A、C表示。α为c与u的夹角液体通过叶轮的流动圆周速度（线速度）相对速度与叶片型线相切绝对速度角速度

在叶片进口1-1与出口2-2列能量方程（△Z=0）：

液体进入与离开叶轮时的速度H∞

——叶轮对液体所加的压头，m；p1、p2——液体在1、2两点处的压力，Pa；c1、c2——液体在1、2两点处的绝对速度，m/s；

ρ——液体的密度，kg/m3；静压头△p/ρg增加，原因有二：①离心作用，接受外功

——(u22-u12)/2g；

②通道截面积↑，ω↓；即动能转换为静压能。每kg液体静压能增加了

(w22-w

12)/2g

液体从点1运动到点2，静压头增加（p2–p1）/ρg的原因：①质量为1kg的液体因受离心力作用而接受的外功：②质量为1kg的液体从点1运动到点2由于通道的截面增大，一部分动能转变为静压能质量为1kg的液体通过叶轮后其静压能的增量：c2w2u2r2β2c1w1u112α2

α1

β1根据余弦定律在离心泵设计中，一般都使设计流量下的离心泵的理论压头泵的流量，m3/s叶轮周边的宽度，m叶轮直径，m叶片装置角离心泵的理论压头随叶轮的转速和直径的增加而加大，与密度无关。离心泵的流量

=叶轮出口周边的截面积×液体在周边上的径向速度根据装置角（叶片安装角）β2的大小，叶片可分为三种：(a)(a)β2<90o，为后弯叶片，cotβ2>0，Q↑，H∞

↓

(b)(b)β2=90o，为径向叶片，cotβ2=0，H∞不随Q变化(c)(c)

β2>90o，为前弯叶片，cotβ2<0，Q↑，H∞↑理论流量：离心泵H∞-Q图实际流量较理论流量低的原因：非理想情况泵内存在泄漏

离心泵的主要性能：流量Q

、压头(扬程)H

、效率

、轴功率N

、气蚀余量（或允许吸上真空度）等。1）流量Q，m3/s或m3/h：与泵的结构、尺寸（叶轮直径、叶片形状等）、转速、输液管路阻力等有关；2）压头(扬程)H，m：与泵的结构、转速、流量有关；3）效率

：与容积损失（泄漏起因的）、机械损失（机械摩擦起因的）、水力损失（粘性和涡流起因的—环流、摩擦、冲击损失）有关；1．离心泵的主要性能参数2.1.3离心泵的性能参数与特性曲线4）轴功率N，由电机传送给泵的功率，w，可直接用效率来计算：2.1.3离心泵的性能参数与特性曲线一般小型离心泵的效率50~70%，大型离心泵效率可达90%。泵的轴功率，W泵的压头，m泵的流量，m3/s流体密度，kg/m3泵的效率5）叶轮转速n1000~3000转/min；2900转/min最常见。

泵在出厂前必须确定其各项性能参数，即以上各参数值，并标在铭牌上；这些参数是在最高效率条件下用20℃的水测定的。

由于离心泵的各种损失难以定量计算，使得离心泵的特性曲线H～Q、N～Q、η～Q的关系只能靠实验测定，在泵出厂时列于产品样本中以供参考。右图所示为4B20型离心泵在转速n＝2900r/min时的特性曲线。若泵的型号或转速不同，则特性曲线将不同。借助离心泵的特性曲线可以较完整地了解一台离心泵的性能，供合理选用和指导操作。4B20离心泵n＝2900r/min3026221814100204060801001201401284080%70%60%50%40%30%20%0H/mNkWQ/(m3/h)4B型离心泵的特性曲线2．离心泵的特性曲线(Characteristiccurves）清水泵：旧型：B型；新型：IS型

4：泵吸入口直径

（2）N～

Q曲线：Q↑，N

↑。当Q＝0时，N最小。这要求离心泵启动时，应关闭出口阀，以减小启动功率，保护电动机免因超载而受损。

（3）η～Q曲线：极值点(最大值)，此点称泵的设计点。此时效率最高，损失最小，此点对应的H，Q，N称最佳工况参数。对应流量称额定流量。泵的铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，一般不应低于92％ηmax

。2．离心泵的特性曲线

（1）H～Q曲线：Q↑，H↓(Q很小时可能例外)。当Q＝0时，H也只能达到一定值，这是离心泵的一个重要特性。4B20离心泵n＝2900r/min3026221814100204060801001201401284080%70%60%50%40%30%20%0H/mNkWQ/(m3/h)4B型离心泵的特性曲线例2-1：用清水测定某离心泵的特性曲线，实验装置如图所示。当调节出口阀使管路流量为25m3/h时，泵出口处压力表读数为0.28MPa（表压），泵入口处真空表读数为0.025MPa，测得泵的轴功率为3.35kW，电机转速为2900转/分，真空表与压力表测压截面的垂直距离为0.5m。试由该组实验测定数据确定与泵的特性曲线相关的其它性能参数。解：与泵的特性曲线相关的性能参数有泵的转速n、流量Q、压头H、轴功率N和效率

。其中流量和轴功率已由实验直接测出，压头和效率则需进行计算。以真空表和压力表两测点为1，2截面，对单位重量流体列柏努力方程：把数据代入，得在工作流量下泵的有效功率为：泵效率为：泵性能实验装置示意图例2：今有一台IS100-80-125型离心泵，测定其性能曲线时的某一点数据如下：；真空计读数，压力表读数为，功率表读数为。已知液体真空计与压力计的垂直距离为，吸入管直径为，排出管直径为，试求此时泵的扬程，功率和效率。解：IS100-80-125单级单吸离心泵吸入口内径排出口叶轮直径①理论Q=2πr2b2c2sinα2

与ρ无关，实际Q也与ρ无关，但ms=ρQ

与ρ有关。②理论H∞=u2c2cosα2/g

与ρ无关，实际H也与ρ无关。③N=HQρg/η

。教材附录泵性能表上列出的轴功率是指输送20℃清水时的N

。所选泵用于输送比水的ρ大的液体应先核算轴功率。3.离心泵的性能改变和换算

1)液体物性的影响

密度：

H-Q曲线、

-Q曲线不变，N-Q曲线变化；3.离心泵的性能改变和换算粘度：有影响。μ↑、∑hf↑、Q↓、H↓、η↓、N↑(η↓的幅度超过Q、H↓的幅度，N↑)。泵厂家提供的特性曲线是用清水测定的，若实际输送流体μ比清水μ大得较多，特性曲线将有所变化，应校正后再用。校正方法可参阅有关书刊。

若液体的运动粘度小于2×10-5m2/s，如汽油、煤油、轻柴油等，则对粘度的影响可不进行修正。

转速n的影响

不同转速下的速度三角形

泵的特性曲线是在一定转速下测得的，实际使用时会遇到n改变的情况，若n变化<20％，可认为液体离开叶轮时的速度三角形相似，α2不变（如图所示)，则泵的效率η不变（等效率）。比例定律假设液体的粘度不大，泵的效率不变时。

泵的特性曲线是针对某一型号的泵(D2一定)而言的。一个过大的泵，若将其叶轮略加切削而使D2变小，可以降低Q和H而节省N。若D2变化<20%，可以认为液体离开叶轮时的速度三角形相似，α2不变，η不变，πD2b2不变，则根据以上各式可得离心泵的切割定律如下：

叶轮直径D2的影响（切割定理）三、本章的目的及重点例：有一消防车，当转速为2950rpm，流量为30l/s，扬程为860kPa，功率为49HP。当转速变为2800rpm时，求泵的性能变化?

由上面分析可见，离心泵的流量与转速成正比、扬程与转速的平方成正比，因此在消防车上，通过加大和减小油门，很容易调节泵的工况。解：

离心泵的工作点是由离心泵特性曲线和管路特性曲线共同确定的。1.管路特性曲线与离心泵的工作点1）管路特性方程和特性曲线2.1.4

离心泵的工作点与流量调节管路特性方程2）离心泵的工作点：泵特性曲线和管路特性曲线的交点。OQQHH1管路he～Q

离心泵的工作点泵H～Q泵～QA将泵的H～Q线和管路的he～Q线画在一张图上，得到交点A，该点称为泵在管路上的工作点，此时H=he。在工作点处泵的输液量即为管路的流量Q，泵提供的压头（扬程）H必恰等于管路所要求的压头he。当工作点是在高效区（η不低于92％ηmax），则该工作点是适宜工作点，说明泵选择的较好。OQQHH1管路he～Q离心泵的工作点泵H～Q泵～QA①管路特性曲线he=A+BQ2为开口向上的抛物线，纵轴截距反映了管路上下游总势能差；B反映了管路阻力的大小；B↑，同样流量下管路的阻力越大，B较大的管路称为高阻管路，反之则称为低阻管路；②泵特性曲线中流量的单位可能是m3/s或m3/h；求工作点时，管路特性曲线的整理应注意保持单位一致；③离心泵工作点的求法：解析法即将泵的特性曲线与管路特性曲线联立求工作点；图解法即将管路特性曲线画在泵特性曲线图上，两线的交点即为工作点。注意：①改变管路特性曲线在离心泵出口处的管路上安装调节阀。改变出口阀门的开度即改变管路阻力系数（K亦变）可改变管路特性曲线的位置，达到调节流量的目的。OQ2Q1Qhe2H221低阻高阻H1

优点：操作简便、灵活，应用范围广。对调节幅度不大而经常需要改变流量的场合，此法尤为适用。

缺点：不仅增加了管路阻力损失（在阀门关小时），且使泵在低效率点工作，在经济上很不合理。因阀门关小多消耗的功率为3.离心泵的流量调节

流量调节就是设法改变工作点的位置，有以下两种方法：由前述比例定律、切削定律可知，改变泵的转速、切削叶轮都可改变泵的特性曲线。如图所示，泵的转速由n1减小至n2时，泵的H～Q线下移，工作点由点A1移至点A2，流量由Q1减小至Q2。

优点：不额外增加管路阻力，在一定范围内可保持泵在高效率区工作（n改变<20％时，可基本保持效率η不变，如图中两种转速下的效率曲线所示），能量利用较为经济，这对大功率泵是重要的。

缺点：调节不方便，一般只有在调节幅度大、时间又长的季节性调节中才使用。②改变泵的特性曲线OQ1H1A1n2n1H2n1>n2图改变泵的特性曲线A2Q22.1.5离心泵的安装高度与气蚀现象1.离心泵的安装高度zspsK1

离心泵的安装高度s

如图所示，液面较低的液体能被吸入泵的进口，是由于叶轮将液体从中央甩向外周，在叶轮中心进口处形成负压（真空），从而在液面与叶轮进口之间形成一定的压差，液体籍此压差被吸入泵内。现在的问题是离心泵的安装高度zs（zs即叶轮进口与液面间的垂直距离）是否可以取任意值？2、汽蚀（Cavitation）现象

在液面s

与泵内压强最低处即叶轮中心进口处K-K面之间列机械能衡算式，得：

若液面压强ps一定，吸入管路流量一定（即uk一定），安装高度zs↑，∑hf(s-k)↑，pk↓，当pk↓至等于操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压pv时（即pk＝pv），液体将发生什么现象？又会使泵产生什么现象？zspsK1

离心泵的安装高度s局部真空，周围的液体以极大的速度冲向气泡原来所在的空间，在冲击点处产生很高的局部压强（高达几百个大气压），冲击频率高达每秒几万次之多。尤其当汽泡的凝结发生在叶轮表面时，众多的液体质点尤如细小的高频水锤撞击着叶片；另外汽泡中还可能带有氧气等对金属材料发生化学腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将导致叶片过早损坏。这种现象称为泵的汽蚀现象。zspsKe离心泵的安装高度s离心泵在产生汽蚀条件下运转，会产生什么样的后果呢？

液体将发生部分汽化现象，生成的大量蒸汽泡从叶轮进口向叶轮外周流动时，又因压强升高，气泡立即凝聚，气泡的消失产生

汽蚀现象发生时，泵体振动并发生噪音，流量Q、扬程（压头）H和效率η都明显下降，严重时甚至吸不上液体（气缚）。因此汽蚀现象是有害的，必须加以避免。那么，如何避免汽蚀现象的产生呢？

发生气蚀的原因：泵的安装高度超过允许值；泵输送液体的温度过高；泵吸入管路的局部阻力过大。P叶片入口过低的原因:

从前面分析可知，泵的安装高度zs受到汽蚀现象的限制，为避免汽蚀现象发生:①

泵的安装位置不能太高，以保证叶轮中各处压强高于被输送液体的饱和蒸汽压pv;②

可采取ps↑；③∑hf(s-k)↓。我国的离心泵规格中采用下述两种指标——允许汽蚀余量（有的教材给出必需汽蚀余量）和允许吸上高度来表示泵的吸上性能，下面简述这两种指标的意义，并说明如何利用它们来确定泵的安装高度不至于发生汽蚀现象。

zspsK1离心泵的安装高度s泵吸入口的全压头在s与1之间列柏努利方程得：汽蚀余量3、汽蚀余量NPSH：气蚀余量；pe，ue：泵入口处的压强和流速；pV：操作温度下液体的饱和蒸气压。泵内最低压力pk与入口接管e处的压力p1密切相关。

最小汽蚀余量Δhmin为使泵正常运转，p1必须大于p1min。最小汽蚀余量是表示液体从泵入口流到叶轮内最低点处的全部压头损失。该值越小，泵越不易发生气蚀。泵入口处压头饱和蒸汽压头叶轮内最低压力点处压头有效汽蚀余量最小汽蚀余量

因为泵入口处的有效汽蚀余量在用于压头损失（最小汽蚀余量）之后，剩余的压头就越多。这表示液体流到叶轮内最低压力点时，其压头高出pv就越多，所以不会发生气蚀。允许汽蚀余量Δh允许允许安装高度zs允许：这种求zs允许

的方法称为允许汽蚀余量法。注意：（1）气蚀余量越小，该泵在一定操作条件下抗气蚀性能越好；（2）气蚀余量能比较完全反映离心泵的抗气蚀性能。（3）气蚀余量随流量的增加而增大。

讨论：

（1）Δh允许由厂家出厂前由实验测定，不同型号的泵其值不同；测定条件：液面压力为标准大气压，流体为水，水温20℃；（2）当进口管路无阻力，液面压力为标准大气压，ue=0，不考虑饱和蒸汽压影响时，zs=10.33m是泵安装高度的极限；（3）当进口管路阻力增大时，允许安装高度降低，故应尽可能减小吸入管路的阻力；如：*吸入管路尽量短，少走弯路；

*进口管路直径一般大于出口管路直径；

*进口管路上避免不必要的管件，如泵装于液面下可免装止逆阀（并且启动前不用灌泵），流量调节阀装于出口管路；

（4）实际生产中，管路流量有可能变化，此时吸入管路阻力也发生变化；若流量增大则允许安装高度减小，所以为避免由于流量的提高或其他参数（如液体温度，液面压力等）的变化而出现汽蚀现象，允许安装高度按可能出现的最大流量计算并且实际安装高度应低于允许安装高度：

（5）对油泵通常给出允许汽蚀余量，当实际操作条件与允许汽蚀余量测定条件不同时，应进行校正：

对于油品ф<1，经校正后的允许安装高度值更大，而未经校正的允许安装高度则较小；因此对此类情况将不作校正（作为额外的安全余量）。4、允许吸上高度Hs定义：当pk=pv，p1=p1min时刚好发生汽蚀现象，此时的吸上高度为不会发生汽蚀现象的最大值：为了安全,允许吸上高度为：

所以允许安装高度也可用允许吸上高度法计算：

允许吸上真空度：

讨论：（1）Hs只能由厂家出厂前实验测定，不同型号的泵允许吸上真空度不同；测定条件：液面压力1atm，流体为水，水温20℃，饱和蒸汽压为0.24mH2O；（2）当进口管路阻力增大时，允许安装高度降低，故应尽可能减小吸入管路的阻力；（3）允许安装高度按可能出现的最大流量计算并且实际安装高度应低于允许安装高度：pa：大气压，98.1kPa；p1：泵入口处允许的最低压强；

：20OC清水的密度。Hs′—

操作条件下输送液体时的允许吸上高度，m液柱；Hs—

实验条件下输送水时的允许吸上高度，即在水泵性能表上查得的数值，mH2O；Ha—泵安装地区的大气压强，mH2O，随海拔高度不同而异；Pv—为操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压，mH2O

10—实验条件下大气压强，mH2O；0.24—20℃下水的饱和蒸汽压，mH2O；ρ—操作温度下水的密度，Kg/m3。（4）zs=10.33m是泵安装高度的极限；（5）对清水泵通常给出允许吸上真空度的参数，当操作条件与允许吸上高度测定条件不同时，应进行校正（不作要求）。注意：（1）允许吸上真空度越大，该泵在一定操作条件下抗气蚀性能越好。（2）允许吸上真空度不能完全反映离心泵的抗气蚀性能。（3）允许吸上真空度随流量的增加而减小。

由该式可知，液面压力越小、饱和蒸汽压越高、密度越大，则允许的安装高度越低；经校正后操作条件下的允许安装高度为：表2-1不同海拔高度的大气压强海拔高度，m0100200300400500600700800100015002000250010.3310.210.099.959.859.749.69.59.399.198.648.157.62例：用3B33型水泵从一敞口水槽中将水送到它处，槽内水面恒定。输水量为45~55m3/h。在最大流量下吸入管路的压头损失为1m，液体在吸入管路的动压头可忽略。试计算：（1）输送20℃水时泵的安装高度？（2）输送65℃水时泵的安装高度？已知：安装地区的大气压为9.81×104Pa。解：由附录查得3B33型水泵部分性能：

流量Q，m3/h压头，H，m转速，n，r/min允许吸上真空度，HS，m3035.6

7.04532.629005.05528.8

3.0（1）输送20℃水时泵的安装高度：从性能表看出，允许吸上真空度Hs

随流量增加而下降，因此，应以最大输送量对应的Hs值确定泵的安装高度:由题意知，（2）输送65℃水时泵的安装高度不能直接采用泵性能表中的Hs值，需按下式对Hs进行计算，即：。故：为安全起见，泵的实际安装高度应小于2m。其中：Ha=9.81×104Pa≈10mH2o由附录：65℃水的饱和蒸汽压：密度：则：Zs为负值，表示泵应安装在水面以下，至少比贮槽水面低0.35m。解:（1）水40℃，Pv=55.32mmHg,ρ=992.2500m处Pa=9.74mH2O=Ha

（安装地大气压），

Hv=55.32/760×10.3=0.75mH2O

Hs’=Hs+(Ha-10)-(Hv-0.24)（1000/992.2）

=6+(9.74-10)-(0.75-0.24)×1.0079=5.27

Zs

=Hs’-u21/2g-∑Hf=5.23-0.2-1=4.03m<5m

因此泵安装高度不合适。例：某离心泵在样本中查得允许吸上真空度为6m，现将泵安装在海拔高度500m处，水温40度，问（1）修正后的Hs′?（2）若吸入管路压头损失为1m，动压头为0.2m，该泵安装在离水面5m高处是否合适？例：用油泵从贮罐向反应器输送异丁烷，密度530kg/m3，罐内液面恒定，且上方绝对压强为6.65kgf/cm2，吸入管压头损失为1.6m，饱和蒸汽压为6.5kgf/cm2，泵的气蚀余量为3.5m，泵位于贮罐液面以下1.5m处，试确定该泵能否正常造作。Ps=6.65×98100PaPV=6.5×98100Pa∑Hf=1.6m△h=

3.5mZs=-2.27m解：已知泵实际安装高度为-1.5米，大于-2.27米，说明泵的安装位置太高，在输送过程中会发生气蚀现象，使泵不能正常操作。QHaCbQ并Q1H并AB（1）并联将两台型号相同的泵并联，各自吸入管路相同，则两泵的流量和压头必相同。因此，在同样压头下，并联泵的流量为单台泵的两倍。并联泵流量Q并和压头H并由合成特性曲线与管路特性曲线的交点a决定，由于并联两台泵的压头相等且均等于H并，而H并为单泵在b点的压头，故并联泵的总效率与每台泵的效率（图中b点的单泵效率）相同。由图可知：

Q并<2Q，H并>H5、离心泵的并联与串联工作点由1

212HCAQabQ

串BH串H1HQO（2）串联：

实际操作中，串联所提供的扬程并非是单泵的两倍，而是H串<2H单，H串=2H1（b点，串联时的一台泵）流量则有所提高

Q串<2Q单，单台泵的工作点为A，串联后两台泵的工作点为

a，其中一台泵的工作点为b。H串>H单。串联曲线管路特性曲线ⅠⅡ工作点由1

2

不论串联还是并联，均能一定程度上提高管路的流量和扬程；但哪种方式更有效、合理，要看管路的特性（管路曲线的形状）。如图对于低阻管路a，

Q并>Q串，H并>H串，所以并联组合优于串联组合；对于高阻管路b，

Q串>Q并，H串>H并，所以串联组合优于并联组合。02468101214161820051015202530354045H/mQ/m3/hba低阻管路高阻管路

所以串联操作适用于压头大、流量小的管路；并联操作适用于压头小、流量大的管路。

a：采用并联；b：采用串联；c：串联和并联都行1.离心泵的类型按液体的性质：水泵、耐腐蚀泵、油泵按叶轮的吸入方式：单吸泵、双吸泵按叶轮的数目：单级泵、多级泵2.1.6

离心泵的类型与选择单级单吸离心水泵吸入口内径排出口内径叶轮直径①清水泵旧型号：B型；新型号：IS型

IS型泵是根据国际标准ISO2858规定的性能和尺寸设计的，其效率比B型泵平均提高3.67%。如果要求压头（扬程）较高，可采用多级离心泵，代号为“D”，如要求流量很大，可采用双吸收式离心泵，其系列代号“Sh”。②耐腐蚀泵，“F”系列，非“F”系列。③油泵，单吸“Y”系列，双吸式“YS”系列。④液下泵，“FY”系列。⑤屏蔽泵。⑥杂质泵“P”系列。1）清水泵（IS型、D型、Sh型）（1）单级单吸（IS或B型），全系列扬程：8～98m，流量：4.5～360m3/h。（2）要求压头较高、流量不太大，采用多级泵－D型，全系列扬程：14～351m，流量：10.8～850m3/h；（3）要求流量较大、压头不太高，采用双吸泵－Sh型，全系列扬程：9～140m，流量：120～12500m3/h。2）耐腐蚀泵（F型）（铸铁、高硅铁、合金钢、玻璃、塑料等）全系列扬程：15～195m，流量：2～400m3/h。更换容易，密封可靠。

型号：50F-10350F-103A50F-103B

意义：50为吸入口直径，mm；F为泵类型；103为基本型号在最高效率下的扬程，m。3）油泵（Y型）全系列扬程：60～603m，流量：6.25～500m3/h。用于输送石油产品，由于油品易燃易爆，密封要求高。适用温度-45℃~400℃

。型号：50Y-6050Y-60A50Y-60×250Y-60A×2

意义：50为吸入口直径，mm；Y为泵类型；60为基本型号在最高效率下的扬程，m；×2为叶轮级数。4）杂质泵（P型）输送液体中含有固体颗粒杂质，粘度大的液体如泥浆等；杂质泵不易堵塞，耐磨。5）液下泵

安装于贮槽液面下，适用于输送各种腐蚀性流体，密封要求不高（泵内外均为输送的流体，无泄漏问题）。6）屏蔽泵叶轮与轴相连固定，密封性能高，根本上消除了泄漏，适用于输送易燃易爆、有毒、具有放射性或贵重的液体。扬程16~95m，流量0.65~200m3/h，温度-35℃~400℃

。例：8B29A8：泵吸入口直径，in（英寸），即8×25＝200mm；B：单级单吸悬臂式离心水泵；29：泵的扬程，m；A：叶轮直径比基本型号8B29小一级，即基本型号叶轮的第一次切割。IH型化工离心泵—单级单吸式耐腐蚀离心泵，为节能产品；CZ型流程泵—为合金材料制造，适用于酸、碱、石油产品。7）管道泵适用于长距离管道输送的中途加压，24~150m，6.25~360。

8）低温用泵2、离心泵的选用、安装与运转（1）选用①确定输送系统的流量和压头（应以生产中可能出现的最大流量计算）；②确定泵的类型与型号（所选泵的流量与扬程应比工艺要求略高，有一定的余量（但余量又不宜太大，否则会远离高效区，效率低）；对多台泵都合适的情况下选择操作条件下效率最高的）；③核算泵的轴功率，确定是否更换电机。

另外，要会利用泵的系列特性曲线。【例】天津地区某化工厂，需将℃的热水用泵送至高的凉水塔冷却，如图所示。输水量为，输水管内径为，管道总长（包括局部阻力当量长度）为，管道摩擦系数为，试选一合适离心泵。解：在水池液面与喷水口截面列柏努利方程代入上式得

查附录，可选IS100-80-125型离心泵流量，Q,m3.h-1扬程H，m气蚀余量，△h，m60100120242016.54.04.55.0试计算：（1）泵的安装高度。已知60oC水的饱和蒸汽压为19910Pa，天津地区平均大气压为0.101MPa。（2）若该设计图用于兰州地区某化工厂，该泵能否正常运行？已知兰州地区平均大气压为0.085MPa。【例】

在前例输水系统中，泵的吸入管内径为150mm，吸管压头损失为1m[水柱]，选用IS100-80-125型泵，该离心泵性能参数如下：(2)兰州地区的安装高度为：解:结论：为了提高安装高度，应尽量减少u12/2g、

Hf,0-1值，故对吸入管的要求是直径尽可能大、长度尽可能短、减少管件和阀门。21.919.6417.6215.83100908070将上式计算若干数据，如下表所示取IS100-80-125泵的特性曲线16.5202412010060

前例中，若已安装了IS100-80-125型泵，试求此时泵的稳定工作点。再求此时泵的有效功率。

解：管路特性曲线为：

将泵性能曲线与管路特性曲线绘在附图中附图得到交点为：此时泵的有效功率为：此即泵的稳定工作点。流量调节示意图

式中的Z1、Z2、P1、P2一般由工艺要求所决定，不可随意变动。主要通过调节阀门开度，改变管道的局部阻力当量长度（le）。若要使流量变小。则关小阀门，使le

增加。如图所示，管路特性曲线斜率增大，由EC线变至EB线。若要使流量增大，则开大阀门，使le

减少。【例】在上例中，稳定工作点的流量大于所需流量，若要使流量保持（即）。问管路的阻力当量长度应调至若干？并写出新的管路特性曲线方程。解：若流量保持，从泵性能曲线上查得扬程为，即新的工作点为。此工作点必在管路特性曲线上，代入管路特性曲线方程式得：即新的管路特性曲线方程为：附图离心泵的安装和操作主要参考说明书,注意以下问题1.离心泵的安装高度必须低于允许吸上高度;2.启动前必须向泵内充满待输送液体;3.出口阀关闭的条件下启动;4.在运转中应定时检查和维修，注意泵轴液体泄漏,发热等。

除离心泵外，为适应工业不同工艺要求，还需其他类型的泵。输送液体的机械（泵）主要分两大类：正位移泵和非正位移泵。

正位移泵（Positive-displacementpumps）

连续或间歇改变工作室容积来压送液体，此类泵吸入的液体不能倒流，只能从排出口流出，故称为正位移泵；其中往复泵为典型的正位移泵。2.2其它类型泵（1）工作原理图为曲柄连杠机构带动的往复泵，依靠活塞往复运动改变泵缸内容积压强，从而吸入和排出液体。因此，往复泵直接以压强能的形式向液体提供能量的。1、往复泵（容积式）

往复泵装置简图1—泵缸;2—活塞;3—活塞杆;4—吸入阀;5—排出阀往复泵的结构吸入阀和排出阀均为单向阀。活塞与阀间的空间称为工作室。(2)往复泵的类型按往复泵的动力来源可分类如下：电动往复泵：由电动机驱动，电动机通过减速箱和曲柄连杆机构与泵相连，把旋转运动转变为往复运动。汽动往复泵：直接由蒸气机驱动，泵的活塞和蒸气机的活塞共同连在一根活塞杆上，构成一个总的机构。按照作用方式可分：单动往复泵：活柱往复一次只吸液和排液一次。双动往复泵：活柱两边都在工作，每个行程均在吸液和排液。

说明：①冲程：活塞在两端点间的移动距离。②单动泵：活塞往复运动（不等速），吸液、排液交替进行，输送液体不连续，瞬间流量不均匀，形成的流量曲线：③双动泵：活塞左右两侧都有阀门，吸液和排液同时进行。Qθ④活塞自左向右移动时，工作室左侧吸入液体，右侧排出液体，反之亦然。活塞每一次行程都在吸液和排液，供液流量连续，但仍有起伏。Qθ流量曲线流量曲线

单缸单动往复泵，管路上流量间歇，造成惯性损失严重。另外，活塞自始点至中点作加速运动，速度从零增到最大。过了中点速度又从最大降为零。其流量变化服从正弦曲线规律。单缸单动往复泵的流量曲线

流量不均匀是往复泵的严重缺点。管路内的液体处于变速状态，不但增加了能量损失，且易产生冲击，造成水锤现象。并会降低泵的吸入性能。那么如何提高流量的均匀性呢？双动往复泵单缸双动往复泵的流量曲线

三缸单动往复泵三缸单动往复泵是由三台单动泵连在一根曲拐上，互成120o（三台单动泵并联）泵流量较均匀。Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

三缸单动往复泵的流量曲线往复泵的总效率，一般η=0.65-0.85

（3）往复泵的功率与效率（4）往复泵的理论流量

仅与活塞每次扫过的体积及活塞往复次数n有关，而与管路特性无关。

（5）往复泵的流量调节

往复泵不能采用出口阀门调节流量！原因？

因为往复泵是正位移泵，流量与管路特性无关，安装调节阀非但不能改变流量，而且还会造成危险，一旦出口阀门完全关闭，泵缸内压强将急剧上升，导致机件破损或电机烧毁。

注意：往复泵启动时一定要打开出口阀（与离心泵相反）。①支路调节：在排出管上安装支路。支路作用：使排出液体部分流回吸入管路，即使主管中流量发生变化，泵送流量不变。支路还设安全阀，当泵出口压力超过规定值，安全阀被顶开，使出口减压。②改变曲柄转速：通过改变曲柄转速或冲程，即改变泵的特性曲线，达到调节流量的目的。这种调节方法能量损失小，比较经济。①流量：实际流量为常数，压头高时会变小。瞬时流量不均匀。②压头：只与管路情况有关，与泵的几何尺寸、流量无关。③具有自吸能力，安装高度（吸上高度）也有一定限制。④流量调节：回路调节。⑤启动和停车时须开出口阀门（与离心泵相反）。流量调节不能用排出管路上的阀门。⑥排液能力只与活塞位移有关，与管路无关，故称正位移泵。适用场合小流量，高压强，不宜输送腐蚀性液体和含固体粒子的悬浮液。（6）特性参数与操作调节的特点：2.计量泵（比例泵）

一种往复泵，用电动机带动偏心轮实现柱塞往复运动，偏心轮的偏心度可以调整（冲程可以发生变化），实现准确的流量调节。

主要应用在：要求精确输送液体的场合；或分别调节多缸计量泵中每个活塞的行程来实现将几种液体按精确比例输送，如化学反应器中几种物料的投放。可用于定量输送有毒、易燃、易爆和腐蚀性液体。3.隔膜泵用弹性薄膜（橡胶、皮革、塑料制品）将泵分隔成不联通的两部分。

齿轮泵：靠齿轮的旋转实现流体输送。

适用场合：压头高、流量小，介质为粘稠液体或膏状物，但不能输送含颗粒的悬浮液。

4.齿轮泵(旋转泵)

泵壳内有两个齿轮。一个用电机带动旋转，另一个被啮合着向相反方向旋转，吸入腔内两轮的齿互相拨开，形成低压而吸入液体，被吸入的液体被齿嵌住，随齿轮转动达到排出腔，排出腔内两轮的齿互相合拢，形成高压而排出液体。5.螺杆泵螺杆泵（Screwpumps）：靠螺杆的旋转实现流体输送。适用场合：压头高，效率高，无噪音，高压粘稠液体。螺杆泵分为单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵、五螺杆泵等

图（a）为单螺杆泵，螺杆在具有内罗纹的泵壳中偏心转动，将液体沿轴向推进，最终沿排出口排出。（b）为双螺杆泵，工作原理与齿轮泵十分相似，利用两根相互啮合的螺杆来输送液体。ab6、旋涡泵

一种特殊离心泵。叶轮是一个圆盘，四周由凹槽状叶片成辐射状排列。吸入管接头和排出管接头之间为间壁（用来分隔吸入腔和排出腔）。泵内液体随叶轮旋转的同时，又在引水道与各叶片间作漩涡形运动（靠离心力作用反复迂回）。因而，被叶片拍击多次，获得较多的能量。漩涡泵叶轮6、旋涡泵

旋涡泵效率较低，一般为20%～50%。但与多级离心泵、往复泵相比，体积较小，结构简单，加工方便，产生的压头较相同叶轮直径和转速的离心泵高2～4倍。适用场合：小流量、高压头、粘度不大、不含固体颗粒的液体。操作调节特点：灌泵、启动时出口阀全开、回路调节。漩涡泵总体螺杆泵、往复泵、旋转泵均属于正位移泵。

（1）离心泵靠高速回转的叶轮完成输送任务，故易于达到大流量，较难产生高压头。离心泵适用性广，价格低廉，得到广泛应用。

（2）往复泵靠往复运动的柱塞挤压排送液体，因而易于获得高压头而难以获得大流量。流量较大的往复泵设备庞大，造价昂贵。

（3）旋转泵（齿轮泵、螺杆泵等）靠挤压作用产生压头，输液腔一般很小，故只适用于流量小而压头较高的场合，对高粘度料液尤其适用。2.3各类泵在化工生产中的应用2.4气体输送机械（了解）①气体输送：输送量大，动力消耗大,选用通风机和鼓风机。②产生高压气体：有些化学反应过程或分离过程需要在高压下进行，如合成氨反应。③产生真空：真空泵从设备中抽出气体以产生真空。1．气体输送机械在工业生产中的应用2．气体输送机械的特点①动力消耗大：气体输送流速大（15-25m/s），阻力损失大。②体积庞大：出口压力越高，体积越庞大。③气体压缩机需设冷凝器：输送机械内部气体压力变化的同时，体积和温度也将随之变化。气体输送机械分类：按工作原理分：离心式、旋转式、往复式及喷射式等；按出口压力和压缩比不同分：

（1）通风机：出口压力<15kPa（表压），压缩比1～1.15；（2）鼓风机：出口压力15kPa～3atm（表压），压缩比<4；（3）压缩机：出口压力>3atm（表压），压缩比>4；

（4）真空泵：出口压力约为常压，压缩比由真空度决定。

气体输送机械的结构和原理与液体输送机械大体相同，液体输送机械能否用于输送气体呢？不能。为什么？因为气体与液体的性质有较大区别：

（1）气体密度比液体密度小得多（空气密度1.293kg/m3，水的密度为1000kg/m3）；在同样条件下，气体产生的离心力小，所以输送机械叶轮转速快，叶片数目多；（2）气体粘度小，液体粘度大（空气粘度0.0177cp，水