化工原理第二章

化工原理第二章2023/12/27化工原理第二章第一节概述流体输送机械：对流体做功使其机械能增大的装置。输送机械的作用：流体的动能↑，或位能↑，静压能↑，克服沿程阻力，或兼而有之对流体做功，使流体E↑,结果2化工原理第二章3化工原理第二章泵按工作原理分为:特点：有可旋转的叶轮特点：机械内部的工作容积不断发生变化。本章主要介绍离心泵的结构、工作原理及特性和如何根据输送任务，合理地选择输送机械的型号和规格，确定输送机械在管路中的安装、消耗的功率和有效合理地调节控制方法，以保证输送机械的高效运行。4化工原理第二章第二节离心泵centrifugalpump离心泵的外观5化工原理第二章一主要部件和工作原理（1）叶轮——叶片（+盖板）1、主要部件6化工原理第二章7化工原理第二章闭式叶轮的内漏较弱些，敞式叶轮的最大。但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象8化工原理第二章轴向力叶轮轴向力将导致轴及叶轮的窜动和叶轮与泵壳的相互研磨。9化工原理第二章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10化工原理第二章思考：泵壳的主要作用是什么？①汇集液体，并导出液体；②能量转换装置（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——中心出口——切线11化工原理第二章（3）轴封装置减少泵内高压液体外流，防止空气侵入泵内。填料不能压得过紧，也不能压得过松，应以压盖调节到有液体成滴状向外渗透。常用填料为浸透石墨或黄油的棉织物或石棉。12化工原理第二章13化工原理第二章离心泵装置简图14化工原理第二章2．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——液体被做功动能

高速离开叶轮15化工原理第二章（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airbinding叶轮中心低压的形成p泵内有气，则

泵入口压力

液体不能吸上——气缚启动前灌泵—液体高速离开16化工原理第二章（4）导轮的作用——减少能量损失17化工原理第二章压头：

泵提供给单位重量液体的能量称为泵的压头，用H表示，单位m。二．离心泵的理论压头和实际压头18化工原理第二章理论压头：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。19化工原理第二章20化工原理第二章说明：（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>0

b、r、

,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21化工原理第二章问：为什么泵采用后弯叶片的居多？后弯叶片：理论压头随流量增大而减少；径向：无关；前弯：增大。在一定的叶轮尺寸、转速和流量下，前弯叶片产生的理论压头最大。但压头的提高包括静压头和动压头的提高。对后弯叶片静压头的提高大于动压头的提高，而对前弯叶片则相反，液体动压头的提高较大，同时液体在泵壳流动部分动压头转换为静压头时能量损失较大。为获得较高的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片形式22化工原理第二章2.离心泵的实际压头实际压头比理论压头要小。具体原因如下：（1）叶片间的环流运动主要取决于叶片数目、装置角

2、叶轮大小、液体粘度等因素，而几乎与流量大小无关。c2

c223化工原理第二章（2）水力损失阻力损失24化工原理第二章冲击损失在设计流量下，此项损失最小。流量若偏离设计量越远，冲击损失越大。设计流量25化工原理第二章（3）容积损失以泄漏流量q大小来估算。可以证明，当泵的结构不变时，q值与扬程的平方根成正比。设计流量Hq-Hq26化工原理第二章三．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。H

z（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27化工原理第二章H，又称扬程，泵对单位重量流体提供的有效能量，m。可测量Q，泵单位时间实际输出的液体量，m3/s或m3/h。可测量在泵进口b、泵出口c间列机械能衡算式：转速流量压头n，单位r.p.s或r.p.m讨论：28化工原理第二章轴功率和效率N，又称功率，单位W或kW29化工原理第二章与效率

有关的各种能量损失：NNe机械损失容积损失水力损失30化工原理第二章（5）效率

：

=Ne/N<100%——容积损失，水力损失，机械损失2．离心泵的性能曲线characteristiccurvesH~QN~Q~Q厂家实验测定产品说明书

20C清水31化工原理第二章离心泵特性曲线32化工原理第二章说明：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

max高效区33化工原理第二章3．离心泵特性的影响因素

（1）流体的性质：密度的影响

粘度的影响液体粘度大于20厘斯时,泵的特性参数需按下式进行校正.34化工原理第二章qv’=CqqvH’=CHHη’=CηηCq、CH、Cη分别为流量、压头、和效率的校正系数，通过图查取例2-1:附图为某型号离心泵输送清水的特性曲线,最高效率点对应的流量为2.84m3min-1,压头为30.5m.试求用此离心泵输送密度为900kg/m3,过去粘度为175×10-6m2/s的油品的特性曲线，并绘于同一坐标图上。35化工原理第二章——n

20%以内(3)叶轮直径——切割定律——D-5%以内（2）转速——比例定律36化工原理第二章思考：若泵在原转速n下的特性曲线方程为则新转速n

下泵的特性曲线方程表达式如何？37化工原理第二章四、离心泵的工作点和流量调节问题：工作时，Q,H,N,=?1.管路特性曲线38化工原理第二章

泵------供方管路------需方39化工原理第二章40化工原理第二章41化工原理第二章说明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42化工原理第二章五、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？43化工原理第二章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44化工原理第二章安装高度，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(液柱)45化工原理第二章ha的物理意义：ha

，p1汽蚀②必须汽蚀余量hr:——发生汽蚀时的(有效)汽蚀余量汽蚀时，1处：动压头+静压头=——用实验测定③允许汽蚀余量h比最小汽蚀余量大0.3米

46化工原理第二章正常运转的泵（2）由h计算允许安装高度Hgmax47化工原理第二章（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．允许吸上真空度HHs，max=（Pa-P1）/ρgHs=Hs，max-0.3Hg=Hs-u12/2g-Hf,o-1Hs是泵生产厂家用20℃水作为实验介质，在贮槽液面压强为大气压下测定的结果。若使用条件与此不符的时，应作如下的校正：Hs’={Hs+（Ha–10.33）-[Pv/(9.81×1000)-0.24]}1000/ρ

48化工原理第二章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49化工原理第二章（3）

Hgmax大小~Q。Q，则Hgmax

，保险

。（4）安装泵时为保险，Hg比Hgmax还要小0.5至1米。

(5)历史上允许吸上真空度允许汽蚀余量

Hgmax用可能的最大Q计算Hgmax50化工原理第二章例2-2：用某一离心泵将密闭容器中80℃的热盐水送入高位槽，在输送要求下离心泵的允许吸上真空度为4.6m,密闭容器中液面上方的绝对压强为80KPa,溶液的蒸汽压近似取同温度下水的饱和蒸汽压,设盐水的密度与水的密度相近,吸入管路的压头损失为0.5m,试确定泵的安装高度.解:Hs’={Hs+（Hs–10.33）-[Pv/(9.81*1000)-0.24]}1000/ρ

=-2.17mHg=Hs-u12/2g-Hf,o-1=-2.17-0.5=-2.67m为安全起见,再降低0.5米,实际安装高度为-3.17m.51化工原理第二章六离心泵的类型、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。——Y52化工原理第二章（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53化工原理第二章单级泵；多级泵串联组合；并联组合54化工原理第二章八、离心泵的类型、选用55化工原理第二章对泵产品样本常见型号简介如下:型号为40IS54A40泵吸入口直径mmIS单级单吸悬臂式离心泵54扬程式A表示基本型号的叶轮经第一次切削40FM1-2640泵吸入口直径mmF悬臂式耐腐蚀离心泵M与液体接触部件的材料代号26泵的扬程1轴封式代号(1代表单端面密封)50Y-60×250泵吸入口直径mmY单吸离心泵60泵的单级扬程m2叶轮的级数56化工原理第二章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。

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。57化工原理第二章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。58化工原理第二章操作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

59化工原理第二章1、并联四、离心泵的组合操作——串、并联60化工原理第二章2、串联四、离心泵的组合操作——串、并联61化工原理第二章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。

62化工原理第二章63化工原理第二章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64化工原理第二章

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65化工原理第二章（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—正位移特性高阻高压！66化工原理第二章67化工原理第二章

•

适用于小流量、高压头的情况下输送高粘度的液体。旁路由于受泵的部件机械强度和原动机功率的限制，泵的扬程不可能无限增大。压头越大，漏损越大。68化工原理第二章二计量泵1外观69化工原理第二章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70化工原理第二章三隔膜泵1外观2应用场合腐蚀性的液体、固体悬浮液71化工原理第二章四齿轮泵1剖开72化工原理第二章2流量调节3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73化工原理第二章五螺杆泵1外观74化工原理第二章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75化工原理第二章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76化工原理第二章六旋涡泵

1工作原理特殊类型的离心泵77化工原理第二章叶轮－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。应用场合Q↓，H↑↑高压头，较小流量×固体悬浮液，高粘度流体78化工原理第二章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

79化工原理第二章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。80化工原理第二章二离心式通风机81化工原理第二章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为矩形

82化工原理第二章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83化工原理第二章说明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