化工原理B（上）：流体输送机械

1第二章流体输送机械2流体输送机械分类介质：

液体——泵

气体——风机、压缩机工作原理：

离心式

正位移式：往复式、旋转式

其它（如喷射式）3第一节离心泵离心泵的外观42-1离心泵的操作原理、构造与类型一主要部件和工作原理1主要部件（1）叶轮——叶片（+盖板）54-8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

液体入口——中心（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出口——切线（3）泵轴：垂直叶轮面，

叶轮中心。

6离心泵装置简图72．离心泵的工作原理

原动机——轴——叶轮，旋转（1）离心力

叶片间液体中心

外围——液体被做功静压能及动能高速离开叶轮8（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负压的形成

p泵内有气，则

泵入口压力

液体不能吸上——气缚所以启动前要灌泵—液体高速离开（4）轴封的作用——使泵壳与泵轴之间密封（5）平衡孔的作用——消除轴向推力9（6）导轮的作用——减少能量损失102-2离心泵的理论压头与实际压头1.

离心泵的理论压头——无限多叶片的离心泵对单位重量的理想液体所提供的能量叶片数

——液体无环流理想流体——无能量损失——离心泵基本方程r—叶轮半径；ω—叶轮旋转角速度；Q—泵的体积流量；b—叶片宽度；β—叶片装置角。1112离心泵基本方程式的另一表达式：-----叶轮周边面积（弧度/s）132.叶片形状对理论压头的影响

当泵转速

、叶轮直径、叶轮出口处叶片宽度、流量一定时，随叶片形状而变。①径向叶片，与无关。②后弯叶片，

③前弯叶片，

由此可见，前弯叶片产生的最大，似乎前弯叶片最有利，实际情况是否果真如此呢？14=位头（）+静压头（）+动压头（）而的前弯叶片流体出口的绝对速度很大，此时增加的压头主要是动压头，静压头反而比后弯叶片小。动压头虽然可以通过蜗壳部分地转化为静压头，但由于大，液体在泵壳内产生的冲击剧烈得多，转换时的能量损失大为增加，效率低。故为获得较多的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片（）。15令3.与Q的关系则(2-10)式化简为QHH

2>90

2=90

2<90

164.实际压头H实际压头H与流量Q的关系只能通过实验测定17总结：（1）装置角：β>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，ctgβ>0

b、r、ω(),则H

Q

，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182-3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Q:m3/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～Q、叶轮结构、尺寸和n有关。。Hz（4）轴功率N：单位时间原动机输入泵轴的能量有效功率Ne：单位时间液体获得的能量19（5）效率

：

=Ne/N<100%——容积损失，水力损失，机械损失2-4．离心泵的特性曲线H～QN～Q

～Q厂家实验测定产品说明书

在一定n下用20C清水1.20离心泵特性曲线21说明：①H～Q曲线，Q

，H。Q很小时可能例外②N～Q曲线：Q

，N。大流量大电机关闭出口阀启动泵，启动电流最小③

～Q曲线：小Q

，；大Q

，。

max泵的铭牌～与

max对应的性能参数选型时

max222．离心泵特性的影响因素

（1）流体的性质：

密度：

,(N、Ne)

（H，Q，）与无关；粘度：，（H，Q，）;

N工作流体与20℃水差别大

参数和曲线变化（2）转速——比例定律23——n20%以内(η不变)(3)叶轮直径——①切割定律（某一尺寸叶轮外径经过切削而使D2变小）——D20%以内(η不变)②同一系列两种尺寸不同的泵24外加压头Q，hf，he

he～Q——管路特性(方程)——管路流量～所需外加压头1.管路特性曲线工作时，Q,H,N,=?问题：2-5离心泵的工作点和流量调节管路压头损失25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Q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。管路特性系数令管路&流体一定Q262．离心泵的工作点——泵的H～Q与管路的he～Q曲线的交点27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,Q)Q=泵供流量=管得流量H=泵供压头=流体得压头③工作点～（Q,H,N,

）

～泵的实际工作状态283．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

le

H，Q因阀门关小多消耗的功率(书P63):

管特线变陡工作点左上移(M1→M2)开大出口阀

le

H，Q

管特线变缓

工作点右下移29n1→n2泵H～Q曲线下移

工作点左下移，由A1→A2

（3）车削叶轮直径（2）改变叶轮转速～改变泵的特性流量由Q1下降到Q2,扬程由H1下降到H230

2-6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(ZS)安装高度有无限制？KZSseps31s→k，B.E.

zs，则pk

当pk=pv，叶轮中心汽化汽泡被抛向外围凝结局部真空压力升高

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,Q

,严重时不送液；③时间长久，水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片或1.汽蚀现象32最小汽蚀余量hmin:——发生汽蚀时的汽蚀余量——用实验测定允许汽蚀余量

h允许定义—为正值,越能防止汽蚀现象发生33(2-22)允许汽蚀余量的校正:h允许～20度清水—吸液池液面的绝对压力(Pa)Δ343．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zs允许<0,低于贮槽液面安装（3）zs允许大小～Q。Q,Δh允许

,则zs允许，保险

。用可能的最大Q计算zs允许（4）安装泵时为保险，zs比zs允许还要小0.5至1米。

所以应尽可能使（5）35

措施:

a．吸入管路应短（靠近液源）而直（少拐弯）；b．吸入管路应省去不必要的管件，调节阀应装在排出管路上；c．吸入管径大于排出管径。（6）是泵安装高度的极限。（7）若输送的是沸腾液体，则362-7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。——B(旧型号),IS(新型号)B型泵:2B31（基本型号）2——泵入口直径，英寸，即2

25=50mm；B——单级单吸悬臂式离心清水泵31——泵的扬程，m（指基本型号在最高效率下的扬程）37（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。——YIS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%。IS80-65-16080——泵入口直径，mm；65——泵出口直径，mm；160——泵叶轮名义直径，mm。D——多级离心泵，Sh——双吸式离心泵38（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39单级泵；多级泵串联组合；并联组合402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。

Q

生产任务，H

管路的特性方程。

（3）根据所需Q和H确定泵的型号①查性能表或曲线，要求泵的H和Q与管路所需相适应。②若需Q有变，以最大Q为准，H应以最大Q值查找。③若泵的H和Q与管路所需不符，在邻型号中找H和Q都稍大一点的。41⑤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。42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

43第二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。

44单动往复泵的工作原理双动往复泵往复泵的流量曲线图452．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A—活塞截面积,m2S—活塞冲程,mn—活塞每分钟往返次数,1/min46

曲柄连杆，活塞运动速度～时间正弦规律（4）流量的精确性

Q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47（6）特性曲线Q仅～泵，与管路(和H）无关H仅～管路，与泵(和Q)无关—正位移特性483．往复泵的操作要点和流量调节

（1）适用场合与流体(Q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49往复泵流量调节示意图50二计量泵1外观512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52三隔膜泵1外观532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54四齿轮泵——正位移泵1剖开552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56五螺杆泵——正位移泵1外观572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583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59六旋涡泵——非正位移泵

1工作原理特殊类型的离心泵60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返多次，被多次做功。2流量调节Q↓，N↑与正位移泵相同3应用场合Q↓，H↑↑高压头，较小流量×固体悬浮液，高粘度流体61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：终端设备压力高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62②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。63二离心式通风机641．离心式通风机的结构特点（与离心泵比较）

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65说明①气体获能=进出口静压差(静风压)+动能差(动风压)②出口速度很高，且压缩比小，动风压占比例很高（3）轴功率和效率

性能表上参数(1atm、20℃)

pt0,pst066

～QN～QQpT～QpS～Qp（4）特性曲线

1atm、20℃用空气测定

pt0～Q，pst0～Q，N～Q，～Q673．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Q0和pt0生产任务

Q（3）根据Q0和pt0查找合适型号68例题2用离心通风机将空气送至表压为490.5Pa的锅炉燃烧室，通风机的特性曲线如图所示。已知在夏季（气温为20

C，大气压为101.3Kpa）管路中的气体流量为2.4kg/s，且流动已进入阻力平方区。试求在冬季气温降为-20

C、大气压不变的情况下，管路中的气体质量流量为多少？A1212369三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论单级出口表压多在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70转子：主轴、多级叶轮、轴套及平衡元件定子：气缸和隔板71叶轮72732．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