化工原理概述

2．流体输送机械提高流体的总机械能或静压能、动能、位能中的一项或两项，必须使用各种流体输送机械。

目的输送气体的机械：通风机、鼓风机、压缩机和真空泵等。流体输送机械输送液体的机械：

泵泵正位移泵离心泵依靠活塞的往复运动或齿轮的转动而给流体提供能量依靠离心力的作用将流体的动压能转换成静压能1/31/20241化学化工学院迪丽努尔2．1概述2．2离心泵2·3往复泵2．4其他化工用泵2.5气体输送机械2．流体输送机械

1/31/20242化学化工学院迪丽努尔一输送流体所需的能量－管路特性曲线二流体输送机械的压头和流量三流体输送机械的分类2．1概述

1/31/20243化学化工学院迪丽努尔输送流体所需的能量－管路特性曲线1管路特性方程2管路特性曲线2．1概述

1/31/20244化学化工学院迪丽努尔1、管路特性方程图2－1表示包括输送机械在内的某管路系统。为将流体由低能位1处向高能位2处输送，单位重量流体需补加的能量为H.

则：

z1+p1/ρg+u12/2g+H=z2+p2/ρg+u22/2g+∑Hf输送流体所需的能量－管路特性曲线1/31/20245化学化工学院迪丽努尔或移项可得式中:△ψ/ρg为管路两端势能差,当输送任务确定后,为一定值,不因流量而变.△u2/2g与∑Hf能够合并为一项,体现在∑Hf中Σζ的变化况且,在一般情况下（如图2-1所示的输送系统）中的动能差△u2/2g项可以略去.输送流体所需的能量－管路特性曲线1/31/20246化学化工学院迪丽努尔现推导管路所需的能量与通过管路的流量的关系

:

输送管路中的流速为:令输送流体所需的能量－管路特性曲线1/31/20247化学化工学院迪丽努尔则:∑Hf=Kqv2 (2-3)值由管路特性决定。当管内流动已进人阻力平方区，系数K是一个与管内流量无关的常数。输送流体所需的能量－管路特性曲线1/31/20248化学化工学院迪丽努尔此式称为管路特性方程式，它表明管路中流体的流量与所需补加能量的关系输送流体所需的能量－管路特性曲线1/31/20249化学化工学院迪丽努尔管路特性曲线管路特性方程式如图2－2中的曲线所示，图中曲线称为管路特性曲线。qvH21输送流体所需的能量－管路特性曲线1/31/202410化学化工学院迪丽努尔由式（2－4）可知，需向流体提供的能量用于提高流体的势能和克服管路的阻力损失；其中阻力损失项与被输送的流体量有关。显然:管路阻力越低,K越小,特性曲线越平坦（曲线1），反之亦然:（曲线2）输送流体所需的能量－管路特性曲线1/31/202411化学化工学院迪丽努尔管路特性的影响因素阻力部分：1、管径d2、管长3、相对粗糙度qvH增加1/31/202412化学化工学院迪丽努尔管路特性的影响因素势能增加部分：1、位差2、压差3、密度qvH21增加1/31/202413化学化工学院迪丽努尔二、流体输送机械的压头和流量流体输送机械是用于为输送系统提供足够的能量，以完成规定的输送量。为此，流体输送机械需补给单位重量输送流体的能量，其数量应与式(2-4)的H值相等1/31/202414化学化工学院迪丽努尔压头或扬程通常将输送机械向单位重量流体提供的能量称为该机械的压头或扬程。因此:流量与压头是流体输送机械的主要术指标,压头和流量存在着一定的关系由输送机械本身的特性决定。讨论流体输送机械特性的中心问题即是讨论压头和流量的关系，此亦为本章的主要内容。二、流体输送机械的压头和流量1/31/202415化学化工学院迪丽努尔三、流体输送机械的分类化工生产涉及的流体可能是强腐蚀性、有毒、易爆、高温或低温以及含有固体悬浮物等，其性质干差万别。在不同场合下，对输送量和补加能量的要求也相差悬殊。为适应各种不同的需要，研制了多种型式的输送机械。1/31/202416化学化工学院迪丽努尔依作用原理不同，可将它们作如下分类动力式（叶轮式）：包括离心式、轴流式等；容积式（正位移式）：包括往复式、旋转式等；其他类型：指不属于上述两类的其他型式，如喷射式等。气体的密度及压缩性与液体有显著区别，从而导致气体与液体输送机械在结构和特性上有不同之处。三、流体输送机械的分类1/31/202417化学化工学院迪丽努尔2．2离心泵2．2．1离心泵的工作原理2·2·2离心泵的特性曲线2.2.3离心泵的流量调节和组合操作2·2·4离心泵的安装高度2．2．5离心泵的类型与选用1/31/202418化学化工学院迪丽努尔2．2．1离心泵的工作原理

一、离心泵的主要构件——叶轮和蜗壳二、工作原理三、离心泵的“气缚”现象四、离心泵的理论压头五、叶片形状、流量对理论压头的影响六、液体密度的影响1/31/202419化学化工学院迪丽努尔1/31/202420化学化工学院迪丽努尔

一、离心泵的主要构件——叶轮和蜗壳

离心泵的种类很多，但因工作原理相同，构造大同小异，其主要工作部件是旋转叶轮和固定的泵壳（如图2－3）。叶轮是离心泵直接对液体做功的部件，其上有若干后弯叶片，一般为4～8片。2．2．1离心泵的工作原理1/31/202421化学化工学院迪丽努尔叶轮：迫使液体高度旋转，形成中心加入低势能，低动能液体外缘输出高势能，高动能液体蜗壳：流道逐渐扩大，将动能部分转化成势能2．2．1离心泵的工作原理1/31/202422化学化工学院迪丽努尔二、工作原理离心泵在工作时，叶轮由动力驱动作高速旋转运动，迫使叶片间的液体作旋转运动，同时因离心力的作用，使液体由叶轮中心向外缘作径向运动,同时由于流道变宽,从而使一部分动能转化成势能。在叶轮中心处吸入低势能(根据需要可以是真空)、低动能的液体,液体在流经叶轮的运动过程中获得能量，在叶轮外缘可获得高势能、高动能的液体。液体进入蜗壳后，由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转化为势能，最后沿切向流入压出管道。在液体受迫由叶轮中心流向外缘的同时，在叶轮中心形成低压.液体在吸液口和叶轮中心处的势能差的作用下源源不断地吸入叶轮。2．2．1离心泵的工作原理1/31/202423化学化工学院迪丽努尔2．2．1离心泵的工作原理1/31/202424化学化工学院迪丽努尔三、离心泵的“气缚”现象离心泵启动时须先使泵内充满液体，这一操作称为灌泵。如果不进行灌泵,泵内充满空气,则由于空气密度太小，造成的压差或泵吸入口的真空度很小而不能将液体吸人泵内，此称为“气缚”现象当然，如果系入口置于吸入液面之下，液体可靠位差自动进入泵内，则毋须人工灌泵。因此,泵在运转时吸入管路如果漏入空气，泵内流体的平均密度下降。将无法吸上液体

2．2．1离心泵的工作原理1/31/202425化学化工学院迪丽努尔1/31/202426化学化工学院迪丽努尔四、离心泵的理论压头经推导离心泵的理论压头试中：u2——叶片最外侧的切向速度；A2——叶片最外侧的面积β2——叶片的弯曲角2．2．1离心泵的工作原理1/31/202427化学化工学院迪丽努尔五、叶片形状、流量对理论压头的影响1/31/202428化学化工学院迪丽努尔六、液体密度的影响可以看出离心泵的理论压头与液体的密度无关，即同一台泵无论输送何种液体，它所能够提供的理论压头是相同的2．2．1离心泵的工作原理1/31/202429化学化工学院迪丽努尔2·2·2离心泵的特性曲线一.离心泵的主要特性参数:流量、扬程、功率、效率二.离心泵的特性曲线三.液体粘度对特性曲线的影响四.转数对特性曲线的影响1/31/202430化学化工学院迪丽努尔流量Q泵的流量(由称送液能力)是指单位时间内泵所输送的液体的体积.单位:m3/s、m3/h2·2·2离心泵的特性曲线(2)、扬程H泵的扬程(又称压头)是指单位重量液体(1N)流经泵所获得的能量.

单位J/N=m

离心泵的扬程与流量有关.可通过实验测得.1/31/202431化学化工学院迪丽努尔(3)功率Pa功率—单位时间所作的功J/s=W功率:轴功率Pa、有效功率Pe J/s=W轴功率Pa：原动机传给泵轴的功率J/s=W有效功率Pe：单位时间内液体从泵获得的有效能量J/s=WPe=HeqVgρ

泵轴做功不能全部被液体所获得,所损失的能量包括:容积损失、水力损失和机械损失(4)效率η效率=有效功率/轴功率即:η=Pe/Pa2·2·2离心泵的特性曲线1/31/202432化学化工学院迪丽努尔二.离心泵的特性曲线由三条基本曲线组成:如图2－10所示H－qv

qv增加,H减少Pa－qv

qv增加,Pa增加η－qv

,qvaqv21HtH－qvPa－qvη－qv2·2·2离心泵的特性曲线1/31/202433化学化工学院迪丽努尔泵最好在零流量下启动,已将低起动功率.η－qv

此曲线存在已最高效率点,再此流量下工作，泵的效率最高ηMAX,

此点称为泵的设计点,泵的名牌上的参数即为泵的设计点处的参数,通常,将η≧0.92ηMAX的区域叫高效区,选泵时,状态点在此区域内即为合适.由于泵的特性曲线是在一定的转数下输送20℃的水测出的,因此,特性曲线将随转数,粘度等改变。2·2·2离心泵的特性曲线1/31/202434化学化工学院迪丽努尔四.转数对特性曲线的影响通过推导得: q’v/qv=n’/n

H’e/He=(n’/n)2

P’a/Pa=(n’/n)3用上式可从某一转速下的特性曲綫換算出另一轉速下的特性曲綫,但是但是仅限土20％以内为限。当转速变化超出此范围，则将导致很大误差，2·2·2离心泵的特性曲线三.液体粘度对特性曲线的影响

μ越大,qv.H.η曲线降低,Pa增加1/31/202435化学化工学院迪丽努尔2.2.3离心泵的流量调节和组合操作管路特性－反应管路通过流量和所需要的压头之间的关系泵特性—反应泵通过流量和所提供的压头之间的关系安装在管路中的泵在同样的流量下,泵提供的扬程必然等于管路所要求的压头。因此，离心泵的实际工作情况（流量、压头）是由泵特性和管路特性共同决定的1/31/202436化学化工学院迪丽努尔2.2.3离心泵的流量调节和组合操作一、离心泵的工作点二、流量调节

三、泵的组合操作四、组合方式的选择1/31/202437化学化工学院迪丽努尔一、离心泵的工作点若管路内的流动处于阻力平方区，安装在管路中的离心泵其工作点（扬程和流量）必同时满足：管路特性方程H=f(qv)=△ψ/ρg+Kqv2（2－27）泵的特性方程H=φ(qv)（2－28）。2.2.3离心泵的流量调节和组合操作1/31/202438化学化工学院迪丽努尔联立求解此两方程即得管路特性曲线和泵特性曲线的交点，参见图2－13。此交点为泵的工作点qvqvqvOHoH1`1a`a1/31/202439化学化工学院迪丽努尔二、流量调节

如果工作点的流量大于或小于所需要的输送量，应设法改变工作点的位置，即进行流量调节1)改变管路特性曲线----调节阀门开度2)改变泵的特性曲线----改变转速3)两种方法比较2.2.3离心泵的流量调节和组合操作1/31/202440化学化工学院迪丽努尔改变管路特性曲线----调节阀门开度改变阀门的开度即改变管路阻力系数可改变管路特性曲线的位置使调节后管路特性曲线与泵特性曲线的交点移至适当位置，满足流量调节的要求关小阀门:管路特性曲线由a移至a’，工作点由1移至l’，流量由qv减小为q`v

qvqvqvOHoH1`1a`a二、流量调节

1/31/202441化学化工学院迪丽努尔2)改变泵的特性曲线----改变转速如图2-14所示:降低转速n’<n:泵特性曲线由a移至a’，工作点由1移至l’，流量由qv减小为q`v

n>n`nN`11`HH`Hoqvqv二、流量调节

1/31/202442化学化工学院迪丽努尔3)两种方法比较:调节阀门:

优点:操作简便、灵活、可无级调速缺点:管路阻力损失（在阀门关小时）增加，泵得效率降低,在经济上很不合理。对于调节幅度不大而经常需要改变流量时，此法尤为适用。二、流量调节

1/31/202443化学化工学院迪丽努尔改变转速:优点:不额外增加管路阻力，而且在一定范围内可保持泵在高效率区工作，能量利用较为经济，这对大功率泵是重要的。缺点:需增加无级变速电机,否则,不能实现无级调速.二、流量调节

1/31/202444化学化工学院迪丽努尔三、泵的组合操作当需较大幅度增加流量或压头时可将几台泵加以组合。离心泵的组合方式原则上有两种：离心泵的组合方式：并联和串联。2.2.3离心泵的流量调节和组合操作1/31/202445化学化工学院迪丽努尔下面以两台特性相同的泵为例，讨论离心泵组合后的特性。1)并联泵的合成特性曲线2)并联泵的工作点3)串联的合成特性曲线4)串联泵的工作点1/31/202446化学化工学院迪丽努尔并联泵的合成特性曲线

设有两台型号相同的离心泵并联工作（图2－15），而且各自的吸入管路相同则两泵的流量和压头必相同。因此，在同样的压头下，并联泵的流量为单台泵的两倍。即:q并=q1+q2H并=H1=H2这样，将单台泵特性曲线A的横坐标加倍纵坐标保持不变，便可求得两泵并联后的合成特性曲线B。

三、泵的组合操作1/31/202447化学化工学院迪丽努尔并联泵的工作点并联泵的工作点有由并联后泵合成特性曲线与管路特性曲线的交点a决定，(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。)由图可见由于管路阻力损失的增加，两台泵并联的总输送量qV并必小于原单泵输送量qV的两倍。qV并≠