化工原理流体输送机械PPT学习课件

1、 漩涡泵总体漩涡泵总体及及叶轮叶轮 离心通风机离心通风机 离心鼓风机离心鼓风机 离心压缩机及叶轮离心压缩机及叶轮 概 述 一、化工生产中为什么要流体输送机械？一、化工生产中为什么要流体输送机械？ 连续流动的各种连续流动的各种 物料或产品物料或产品 由低处送至高处由低处送至高处 由低压送至高压设备由低压送至高压设备 克服管道阻力克服管道阻力 流体输送机械流体输送机械 为输送流体而为输送流体而提供能量提供能量的机的机 械械 按工作原理分：按工作原理分： 动力式（叶轮式）动力式（叶轮式）：离心式，轴流式；：离心式，轴流式； 容积式（正位移式）容积式（正位移式）：往复式，旋转式；：往复式，旋转式； 其

2、它类型其它类型：喷射式，流体作用式等。：喷射式，流体作用式等。 固体固体的输送，可采用的输送，可采用流态化流态化的方法的方法 气体气体的输送和压缩，主要用鼓风机和压缩机。的输送和压缩，主要用鼓风机和压缩机。 液体液体的输送，主要用离心泵、漩涡泵、往复泵。的输送，主要用离心泵、漩涡泵、往复泵。 二、为什么要用不同结构和特性的输送机械二、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：化工厂中输送的流体种类繁多： 1、流体种类有强腐蚀性的、高粘度的、含有固体悬浮物的、易挥发的、流体种类有强腐蚀性的、高粘度的、含有固体悬浮物的、易挥发的、 易燃易爆的以及有毒的等等；易燃易爆的以及有毒

3、的等等； 2、温度和压强又有高低之分；、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。、不同生产过程所需提供的流量和压头又各异。 三、本章的目的三、本章的目的 1.理解并掌握常用输送机械的操作原理、结构与性能。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。合理选型、定规格、计算功率、安排位置。 2.1 离心泵 2.1.1 离心泵构造、原理及主要部件离心泵构造、原理及主要部件 一、构造和原理一、构造和原理 1、离心泵的构造：、离心泵的构造： 吸入口吸入口 排出排出管管 泵轴泵轴 轴封轴封 泵壳泵壳 叶轮叶轮 演示 吸入导管吸入导

4、管 压出导管压出导管 为什么叶片弯曲？为什么叶片弯曲？ 泵壳呈蜗壳状？泵壳呈蜗壳状？ 思考：思考： 泵轴泵轴 泵壳泵壳 叶轮叶轮 底阀底阀 ：、 ：、 ：、 泵泵轴轴及及轴轴封封装装置置 泵泵壳壳 叶叶轮轮 3 2 1 2、离心泵的工作原理：、离心泵的工作原理： 流体在泵内都获得了什么能量？流体在泵内都获得了什么能量？ 其中那种能量占主导地位？其中那种能量占主导地位？ 思考：思考： 常压流体常压流体 被甩出被甩出 高速流体高速流体 机械旋转机械旋转 的离心力的离心力 逐渐扩大的逐渐扩大的 泵壳通道泵壳通道 高压流体高压流体 灌满液体灌满液体叶轮旋转叶轮旋转离心力甩出液体离心力甩出液体 蜗壳内进

5、行能量的转换蜗壳内进行能量的转换流体被压出流体被压出 叶轮中心形成真空叶轮中心形成真空 在压力差的作用下流体被压入泵内在压力差的作用下流体被压入泵内 气气 缚缚 现现 象象 泵启动前为什么要灌满液体？泵启动前为什么要灌满液体？ 思考：思考： 液体未灌满液体未灌满 气 气液液 离心力甩不出气体离心力甩不出气体 叶轮中心的真空度不够叶轮中心的真空度不够 吸不上液体吸不上液体泵无法正常工作泵无法正常工作 未灌满未灌满 底阀漏液底阀漏液 其它地方泄漏其它地方泄漏 演示 二、主要部件二、主要部件 叶轮（Impeller）:离心泵的关键部件，是流体获得机械能的主要部件，作用是将原动机的机械能传给液体， 使

6、液体的静压能和动能均有所提高, ,其转速一般可达12003600转/min，高速1070020450转/min。根据其 结构可分为： 1、叶轮、叶轮： 思考：三种叶轮中哪一种效率高？思考：三种叶轮中哪一种效率高？ 开式开式半开式半开式闭式闭式 哪种形式的叶轮做功效率高？哪种形式的叶轮做功效率高？ 闭式闭式叶轮效率最高，叶轮效率最高，半开式半开式叶轮效率次之，叶轮效率次之，开式开式叶轮效率最低；叶轮效率最低；原因原因在在 于叶片间的流体倒流（外缘压力高，叶轮中心压力低）回叶轮中心，做了无于叶片间的流体倒流（外缘压力高，叶轮中心压力低）回叶轮中心，做了无 用功；增加了前后盖板使倒流的可能性减小。用

7、功；增加了前后盖板使倒流的可能性减小。 按照吸液方式按照吸液方式可以可以将叶轮分为将叶轮分为单吸式单吸式和和双吸式双吸式两种。两种。 2. 泵壳泵壳 从叶轮中抛出的流体汇集到泵壳中，泵壳是蜗壳形的从叶轮中抛出的流体汇集到泵壳中，泵壳是蜗壳形的, ,故其流道故其流道 不断地扩大，高速的液体在泵壳中将大部份的不断地扩大，高速的液体在泵壳中将大部份的动能动能转化为转化为静压能静压能，从而避，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 汇集器汇集器，而且还是一个而且还是一个能量转换装置能量转换装置。 3. 轴

8、封装置轴封装置 前面已提到泵启动后在叶轮中心产生前面已提到泵启动后在叶轮中心产生负压负压（吸入口在泵体一侧（吸入口在泵体一侧 ），故其会），故其会吸入外界的空气吸入外界的空气；液体经过叶轮的做功，获得机械能经；液体经过叶轮的做功，获得机械能经 过泵壳的汇集，能量转换成静压能较高的流体进入排出管，对半开过泵壳的汇集，能量转换成静压能较高的流体进入排出管，对半开 式与闭式叶轮，叶轮四周的高压流体可能泄漏到盖板与泵体间的空式与闭式叶轮，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

9、会向外界其会向外界漏液漏液。泵轴与泵壳之间的密封泵轴与泵壳之间的密封称为称为轴封。轴封。 密封方式密封方式有：有：填料密封填料密封与与机械密封机械密封，填料密封，填料密封适用于适用于一般一般 液体，而机械密封液体，而机械密封适用于适用于有腐蚀性易燃、易爆液体。有腐蚀性易燃、易爆液体。 填料密封填料密封：简单易行，维修工作量大，有一定的泄漏，对燃、：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；易爆、有毒流体不适用； 机械密封机械密封：液体泄漏量小，寿命长，功率小密封性能好，加工：液体泄漏量小，寿命长，功率小密封性能好，加工 要求高。要求高。 以上三个构造是离心泵的基本构造

10、，为使泵更有效地工作，还需其它的以上三个构造是离心泵的基本构造，为使泵更有效地工作，还需其它的辅助辅助 部件部件： 导轮导轮：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。弯曲方，导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。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

11、，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。能的效率高。 底阀（单向阀）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。单向阀，可防止灌泵后，泵内液体倒流到贮槽中。 滤网滤网：防止液体中杂质进入泵体。防止液体中杂质进入泵体。 吸液吸液 方式方式 单吸单吸：液体只从一侧吸入液体只从一侧吸入 双吸双吸：液体同时从两侧吸入。具有液体同时从两侧吸入。具有较大的吸液较大的吸液 能力能力 S 型单级双吸双吸离心泵 IS、IR 型单级单吸单吸离心泵 TSW

12、A 型卧式多级泵 单级单级：只有一个叶轮只有一个叶轮 DL 型立式多级泵 DFW 型卧式离心泵 ISG 型管道离心泵 多级多级：多个叶轮，多个叶轮，可可 提供更高提供更高 的扬程的扬程 叶轮叶轮 个数个数 2.1.2 2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头离心泵的理论压头与实际压头 H = he 泵对单位重量流体提供的机械能泵对单位重量流体提供的机械能 管路系统输送单位重量流体所需的机械能管路系统输送单位重量流体所需的机械能 2.1.2.1 2.1.2.1 理论压头理论压头 假设假设：（：（1 1）叶轮内）叶轮内叶片数目叶片数目无穷多，叶片的无穷多，叶片的厚度厚度无穷小无穷小, ,即叶片没有厚

13、度；即叶片没有厚度； （2 2）液体为粘度等于零的）液体为粘度等于零的理想流体理想流体； （3 3）泵内为）泵内为定态流动定态流动过程。过程。 f 2 e 2 h g u g p zh 泵的泵的压头压头（或（或扬程扬程）：）：指泵对单位重量的流体所提供的有效能量，以指泵对单位重量的流体所提供的有效能量，以H H表示。表示。 2 流体输送机械流体输送机械2.1.2 2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头离心泵的理论压头与实际压头 g c g p H g c g p 22 2 22 2 11 (2-2) 即即 g cc g pp H 2 2 1 2 212 (2-2a) H 叶轮对液体所加的压头，

14、叶轮对液体所加的压头，m； p1 、p2 液体在液体在1、2两点处的压力，两点处的压力，Pa； c1 、c2 液体在液体在1、2两点处的绝对速度，两点处的绝对速度，m/s； 液体的密度，液体的密度，kg/m3； c2 w2 u2 前弯前弯 后弯后弯 r2 2 c1 w1 u1 液体进入与离开叶轮时的速度液体进入与离开叶轮时的速度 1 2 2 2 1 1 1 2 流体输送机械流体输送机械2.1.2 2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头离心泵的理论压头与实际压头 液体从点液体从点1运动到点运动到点2，静压头增加（静压头增加（ p2 p1）/g的原因的原因： 质量为质量为1kg的液体因受离心力作用

15、而接受的的液体因受离心力作用而接受的外功外功： 质量为质量为1kg的液体从点的液体从点1运动到点运动到点2由于通道的截由于通道的截 面增大，一部分动能转变为静压能面增大，一部分动能转变为静压能 2 )( 2 dd 2 1 2 22 1 2 2 2 2 c 2 1 2 1 uu rrrrrF r r r r 2 2 2 2 1 ww 质量为质量为1kg的液体通过叶轮后其的液体通过叶轮后其静压能的增量静压能的增量： 22 2 2 2 1 2 1 2 221 wwuupp (2-3) c2 w2 u2 r2 2 c1 w1 u1 1 2 2 2 1 1 1 2 流体输送机械流体输送机械2.1.2 2

16、.1.2 离心泵的理论压头与实际压头离心泵的理论压头与实际压头 g cc g ww g uu H 222 2 1 2 2 2 2 2 1 2 1 2 2 (2-4) 根据余弦定律根据余弦定律 111 2 1 2 1 2 1 cos2 ucucw (2-5) 222 2 2 2 2 2 2 cos2 ucucw (2-6) gcucuH/)coscos( 111222 在离心泵设计中，一般都使设计流量下的在离心泵设计中，一般都使设计流量下的 2/ 1 (2-7) gcuH/cos 222 离心泵的理论压头离心泵的理论压头 2 流体输送机械流体输送机械2.1.2 2.1.2 离心泵的理论压头与实际

17、压头离心泵的理论压头与实际压头 r cbDcbrQ 2222222 sin2 泵的流量，泵的流量，m3/s 叶轮周边的宽度，叶轮周边的宽度，m 叶轮直径，叶轮直径，m 2 22 22222 222 cot11 ()()cot 22 u QQ Huurr gr bgb g (2-10,11) gcuugcuH r /)cot(/cos 2222222 (2-9) 叶片装置角叶片装置角 c2 w2 u2 r2 2 c1 w1 u1 1 2 2 2 1 1 1 2 流体输送机械流体输送机械2.1.2 2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头离心泵的理论压头与实际压头 根据装置角根据装置角2的大小，叶片

18、形状可分为三种：的大小，叶片形状可分为三种： 2 2 w 2 c 2 u 2 (a) (a)20，Q，H 2 2 w 2 c 2 u 2 (b) (b)2= 90o为径向叶片为径向叶片 ，cot2 =0，H不随不随Q 变化变化 2 c 2 2 w 2 u 2 (c) (c) 2 90o为前弯叶片为前弯叶片 ，cot2 0，Q， H 2 流体输送机械流体输送机械2.1.2 2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头离心泵的理论压头与实际压头 90 2 90 2 90 2 H Q gu / 2 2 图图2-9 离心泵离心泵H - Q图图 2 22 22222 222 cot11 ()()cot 22

19、u QQ Huurr gr bgb g (2-10,11) 分析如下： =位头（ ）+静压头（ ）+动压头（ ） T Hz p g 2 2 u g 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（ ）。 2 90 2 c 2 c oo 2 3025 由此可见，前弯叶片产生的 最大，似乎前弯叶片最有利，实际 情况是不是这样呢？ H 2 流体输送机械流体输送机械2.1.2 2.1.

20、2 离心泵的理论压头与实际压头离心泵的理论压头与实际压头 2.1.2.2 2.1.2.2 实际压头实际压头 由于前弯叶片的绝对速度由于前弯叶片的绝对速度c2大，液体在泵壳内产生的冲击剧烈得多，转化时的能量损失大为增加，效率大，液体在泵壳内产生的冲击剧烈得多，转化时的能量损失大为增加，效率 低。故为获得较高的能量利用率，低。故为获得较高的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片离心泵总是采用后弯叶片。流体通过泵的过程中。流体通过泵的过程中压头损失的原因压头损失的原因： （1）叶片间的环流）叶片间的环流：由于叶片数目并非无限多，液体有环流出现，产生涡：由于叶片数目并非无限多，液体有环流出现，产生涡 流损

21、失。流损失。 （2）阻力损失）阻力损失：实际流体从泵进口到出口有阻：实际流体从泵进口到出口有阻 力损失。力损失。 （3）冲击损失）冲击损失：液体离开叶轮周边冲入蜗壳四：液体离开叶轮周边冲入蜗壳四 周流动的液体中，产生涡流。周流动的液体中，产生涡流。 a 理论压头理论压头 b 环流损失环流损失 d 冲击损失冲击损失 c 阻力损失阻力损失 H Q 2 流体输送机械流体输送机械2.1.2 2.1.2 离心泵的理论压头与实际压头离心泵的理论压头与实际压头 实际压头的意义实际压头的意义：泵提供的压头必须满足流体输送的需要，而流：泵提供的压头必须满足流体输送的需要，而流 体输送伴随着体输送伴随着位压头位压

22、头（升扬高度）、（升扬高度）、静压头静压头、动压头动压头的变化和的变化和阻力损阻力损 失失（管路阻力损失，不含有泵的流动阻力损失，泵的阻力损失计入泵（管路阻力损失，不含有泵的流动阻力损失，泵的阻力损失计入泵 的效率），因此的效率），因此 f 2 e 2 h g u z g p hH 2 流体输送机械流体输送机械2.1.3 2.1.3 离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数 2.1.3 2.1.3 离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数 b c h0 真空表真空表 压力表压力表 测定离心泵性能参数的装置测定离心泵性能参数的装置 bcf, 2 cc 0 2 bb 22 h g u g p hH

23、 g u g p bcf, 2 b 2 cbc 0 2 h g uu g pp hH 由于两截面间的管长很短，其阻力损失通常可由于两截面间的管长很短，其阻力损失通常可 以以忽略忽略，两截面间的动压头差一般也可以，两截面间的动压头差一般也可以略去略去 ，则可得，则可得 g pp hH bc 0 （1 1）压头和流量）压头和流量 由由b、c两截面间的柏努利方程：两截面间的柏努利方程： 2 流体输送机械流体输送机械2.1.3 2.1.3 离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数 （2 2）有效功率有效功率Ne、轴功率、轴功率N 和效率和效率 有效功率有效功率Ne：离心泵单位时间内对流体做的功离心泵单

24、位时间内对流体做的功Ne =HQg，W 轴功率轴功率N：单位时间内由电机输入离心泵的能量单位时间内由电机输入离心泵的能量，W。NeN 泵的效率泵的效率：泵对外加能量的利用程度泵对外加能量的利用程度， 100%。为什么？。为什么？ 泵运转过程中存在以下泵运转过程中存在以下三种损失三种损失： 容积损失容积损失 该损失是指叶轮出口处高压液体因机械泄漏返回叶轮入口所造成该损失是指叶轮出口处高压液体因机械泄漏返回叶轮入口所造成 的能量损失。在三种叶轮中，开式叶轮的容积损失较大，但在泵送含固体颗粒的悬的能量损失。在三种叶轮中，开式叶轮的容积损失较大，但在泵送含固体颗粒的悬 浮液时，叶片通道不易堵塞；闭式叶

25、轮的渗漏量较小，但在磨损后渗漏便严重。浮液时，叶片通道不易堵塞；闭式叶轮的渗漏量较小，但在磨损后渗漏便严重。 水力损失水力损失 该损失是由于实际流体在泵内有限叶片作用下各种摩擦损失（即该损失是由于实际流体在泵内有限叶片作用下各种摩擦损失（即 前述环流损失、摩擦损失、冲击损失）。前述环流损失、摩擦损失、冲击损失）。 机械损失机械损失 该损失包括旋转叶轮盖板外表面与液体间的摩擦以及轴承机械摩该损失包括旋转叶轮盖板外表面与液体间的摩擦以及轴承机械摩 擦所造成的能量损失。擦所造成的能量损失。 2 流体输送机械流体输送机械2.1.3 2.1.3 离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数 离心泵的轴功率离

26、心泵的轴功率N可直接用效率来计算：可直接用效率来计算： 一般一般小型小型离心泵的效率离心泵的效率5070%，大型大型离心泵效率可达离心泵效率可达90%。 /gHQN 泵的轴功率，泵的轴功率，W泵的压头，泵的压头，m泵的流量，泵的流量，m3/s 流体密度，流体密度，kg/ m3 泵的效率泵的效率 2 流体输送机械流体输送机械2.1.3 2.1.3 离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数 （3 3）叶轮转速叶轮转速n 10003000转转/min（或（或r.p.m）；）；2900转转/min最常见。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，并把它泵在出厂前，必须确定其各项性能

27、参数，即以上各参数值，并把它标在铭标在铭 牌上牌上；这些参数是在；这些参数是在最高效率条件下最高效率条件下用用20 的水的水测定的。测定的。 2 流体输送机械流体输送机械2.1.42.1.4离心泵特性曲线离心泵特性曲线 2.1.4 2.1.4 离心泵特性曲线离心泵特性曲线（Characteristic curves） 由于离心泵的各种损失难以定量计算，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使得离心泵的特性曲线HQ、NQ、 Q的关系只能靠的关系只能靠实验测定实验测定，在泵出厂在泵出厂 时列于产品样本中以供参考时列于产品样本中以供参考。右图所示为。右图所示为 4B20型离心泵在转

28、速型离心泵在转速n2900r/min时的特时的特 性曲线。性曲线。若泵的型号或转速不同，则特性若泵的型号或转速不同，则特性 曲线将不同曲线将不同。借助离心泵的特性曲线可以。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，供合理较完整地了解一台离心泵的性能，供合理 选用和指导操作。选用和指导操作。 4B20离心泵离心泵n 2900r/min 30 26 22 18 14 10 0 20406080100120140 12 8 4 0 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 0 H/m NkW Q/(m3/h) N H 图图212 4B型离心泵的特性曲线型离心泵的特性曲线

29、演示 2 流体输送机械流体输送机械2.1.42.1.4离心泵特性曲线离心泵特性曲线 由图由图212可知：可知： （1）HQ曲线曲线：Q，H(Q很小时很小时 可能例外可能例外)。当。当Q0时，时，H也只能达到一定也只能达到一定 值，这是离心泵的一个重要特性。值，这是离心泵的一个重要特性。 （2 2）N Q曲线曲线：Q，N 。当。当Q0 时，时，N最小。这要求离心泵在启动时，应最小。这要求离心泵在启动时，应关关 闭泵的出口阀门闭泵的出口阀门，以，以减小启动功率减小启动功率，保护电，保护电 动机免因超载而受损。动机免因超载而受损。 （3 3）Q曲线曲线：有极值点：有极值点(最大值最大值)，于此点下操

30、作效率最高，能量损失，于此点下操作效率最高，能量损失 最小。在此点（设计点）对应的流量最小。在此点（设计点）对应的流量称为称为额定流量额定流量。泵的铭牌上泵的铭牌上即标注额定值，即标注额定值， 泵在管路上操作时，应在此点附近操作，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，一般不应低于一般不应低于92max 。 4B20离心泵离心泵n 2900r/min 30 26 22 18 14 10 0 20406080100120140 12 8 4 0 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 0 H/m NkW Q/(m3/h) N H 图图212 4B型离心泵的特性曲线型离心泵的特性曲线

31、2 流体输送机械流体输送机械2.1.5 2.1.5 离心泵特性曲线的影响因素离心泵特性曲线的影响因素 2.1.5 2.1.5 离心泵特性曲线的影响因素离心泵特性曲线的影响因素 （1 1）密度）密度对特性曲线的影响对特性曲线的影响 理论理论Q=2r2b2c2sin2 与与无关，实际无关，实际 Q也与也与无关，但无关，但ms=Q 与与有关。有关。 理论理论H = u2c2cos2/g与 与无关，实际无关，实际H也与也与无关。无关。 N =HQg/ 。教材附录泵性能表上列出的轴功率是指输送。教材附录泵性能表上列出的轴功率是指输送20清水时的清水时的N 。所选泵用于输送比水的。所选泵用于输送比水的大大

32、 的液体应先按的液体应先按N= N/核算轴功率，若核算轴功率，若N 表中的电机功率，应更换功率大的电机，否则电机会烧掉。表中的电机功率，应更换功率大的电机，否则电机会烧掉。 NHQ 00 2 流体输送机械流体输送机械2.1.5 2.1.5 离心泵特性曲线的影响因素离心泵特性曲线的影响因素 （2 2）流体粘度）流体粘度对特性曲线的影响对特性曲线的影响 、h hf f、Q、H、N (的幅度超过的幅度超过Q H的幅度的幅度 ，N)。泵厂家提供的特性曲。泵厂家提供的特性曲 线是用清水测定的，若实际输送流体线是用清水测定的，若实际输送流体比清水比清水大得较多，特性曲线将有所变化，大得较多，特性曲线将有所

33、变化，应校正后再用应校正后再用。 校正方法可参阅有关书刊。校正方法可参阅有关书刊。 若液体的运动粘度小于若液体的运动粘度小于210-5m2/s，如汽油、煤油、轻柴油等，则对粘，如汽油、煤油、轻柴油等，则对粘 度的影响可不进行修正。度的影响可不进行修正。 （3 3）转速）转速n对特性曲线的影响对特性曲线的影响 2 r 2 w 2 c 2 u 2 2 w 2 c 2 u r2 c r2 c 不同转速下的速度三角形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，实际泵的特性曲线是在一定转速下测得的，实际 使用时会遇到使用时会遇到n改变的情况，若改变的情况，若n变化变化20，可认可认 为液体

34、离开叶轮时的为液体离开叶轮时的速度三角形相似速度三角形相似，2不变（如不变（如 图所示图所示)，则泵的效率，则泵的效率不变不变（等效率等效率）。）。 n n r r u u c c cbr cbr Q Q 2 2 2 2 2222 2222 sin2 sin2 （2-14a） 22 2 2 222 222 )()( cos cos n n u u cu cu H H （2-14b） 3 )( n n gHQ gQH N N （2-14c） 比例定比例定 律律 （4 4）叶轮直径叶轮直径D2对特性曲线的影响对特性曲线的影响 泵的特性曲线是针对某一型号的泵泵的特性曲线是针对某一型号的泵(D2一定一

35、定)而言的。一个过大的泵，若将其叶轮略加切削而使而言的。一个过大的泵，若将其叶轮略加切削而使D2变小，可变小，可 以降低以降低Q和和H而节省而节省N。若。若D2变化变化20%，可以认为液体离开叶轮时的速度三角形相似，可以认为液体离开叶轮时的速度三角形相似，2不变，不变，不变，不变， D2b2不变，则不变，则 2222222 sinDuccbDQ 222 Dru 2 222 DcuH 3 2 DQHN 根据以上各式可得离心泵的根据以上各式可得离心泵的切割定律切割定律如下：如下： 2 2 2 D D H H 2 2 D D Q Q 3 2 2 D D N N ， 2 流体输送机械流体输送机械2.1

36、.6 2.1.6 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节 2.1.6 2.1.6 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节 （1 1）管路特性曲线方程管路特性曲线方程 z 1 1 2 2 1 p f 2 e 2 h g u z g p h z g p A 令令 而而 2 4 d Q u 2 5 e 2 2 2 e f )( 8 2 1 ) 4 (Q d ll ggd Q d ll h 22 5 e 2 2 )( 8 2 BQQ d ll gg u 令令 2 e BQAh 若指定解题时 ，所求H仍为（m）。 注意： 也有用 形式表示的，等于上式 ev p hHqQBz g ，

37、3 v (/),()qmsHm 33 v (/ m in)qmhm或 阀门关小， ，管路特性曲线变陡， 在同样流量 下所需补加能量 。 e lK （）， v qH 2 KQBh e 2 流体输送机械流体输送机械2.1.6 2.1.6 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节 （2 2）离心泵的工作点离心泵的工作点 将泵的将泵的HQ线和管路的线和管路的heQ线画在一线画在一 张图上，得到交点张图上，得到交点A如图如图2-13所示，该点所示，该点称称 为为泵在管路上的泵在管路上的工作点工作点， 此时此时H = he。在工。在工 作点处泵的输液量即为管路的流量作点处泵的输液量即为管路的流量Q

38、，泵提，泵提 供的压头（扬程）供的压头（扬程）H必恰等于管路所要求的必恰等于管路所要求的 压头压头he。当工作点是在高效区（。当工作点是在高效区（不低于不低于92 max ），则该工作点是），则该工作点是适宜工作点适宜工作点，说明，说明 泵选择得较好泵选择得较好。 OQQ H H 1 管路管路heQ 图图2-13 离心泵的工作点离心泵的工作点 泵泵HQ 泵泵 Q g P zA A 2 流体输送机械流体输送机械2.1.6 2.1.6 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节 注意：注意： 管路特性曲线管路特性曲线he=A+BQ2为开口向上的抛物线，它在为开口向上的抛物线，它在 纵轴截距反

39、映了管路上下游总势能差；纵轴截距反映了管路上下游总势能差；B反映了管路阻力的反映了管路阻力的 大小；大小；B，同样流量下管路的阻力越大。，同样流量下管路的阻力越大。B较大的管路较大的管路称称 为为高阻管路高阻管路，反之则，反之则称为称为低阻管路低阻管路； 泵特性曲线中流量的单位可能是泵特性曲线中流量的单位可能是m3/s或或m3/h ；求工作；求工作 点时，管路特性曲线的整理应注意保持单位一致；点时，管路特性曲线的整理应注意保持单位一致； 离心泵工作点的求法：离心泵工作点的求法：解析法解析法即当泵的特性曲线已知即当泵的特性曲线已知 ，可与管路特性曲线联立求工作点；若泵特性曲线未知，只，可与管路特

40、性曲线联立求工作点；若泵特性曲线未知，只 有特性曲线图，则用有特性曲线图，则用图解法图解法即将管路特性曲线画在泵特性曲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。线图上，两线的交点即为工作点。 OQQ H H 1 管路管路heQ 图图2-13 离心泵的工作点离心泵的工作点 泵泵HQ 泵泵 Q g P zA A 2 流体输送机械流体输送机械2.1.6 2.1.6 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节 （3 3）流量调节流量调节 流量调节就是设法改变工作点的位置，有以下流量调节就是设法改变工作点的位置，有以下两种方法两种方法： 改变管路特性曲线改变管路特性曲线 在离心泵

41、出口处的管路上在离心泵出口处的管路上安装调节阀安装调节阀。改变出口阀门的开度即改。改变出口阀门的开度即改 变管路阻力系数可改变管路特性曲线的位置，达到调节流量的目的。变管路阻力系数可改变管路特性曲线的位置，达到调节流量的目的。 OQ2Q1Q he2 H2 2 1 低阻低阻 g p zA 高阻高阻 H1 优点优点：操作简便、灵活，应用范围广。对于调节幅度不大而经常需要改变流量操作简便、灵活，应用范围广。对于调节幅度不大而经常需要改变流量 的场合，此法尤为适用。的场合，此法尤为适用。 缺点缺点：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，不仅增加了管路阻力损失（在阀门关小时），且

42、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在经济上很不合理。因阀门关小多消耗的功率为 ghHQgHQ N 2e222 2 流体输送机械流体输送机械2.1.6 2.1.6 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节 改变泵的特性曲线改变泵的特性曲线 由前述比例定律、切削定律可知，由前述比例定律、切削定律可知，改变泵的改变泵的 转速、切削叶轮转速、切削叶轮都可以达到改变泵的特性曲线的都可以达到改变泵的特性曲线的 目的。如图目的。如图2 21414所示，泵的转速由所示，泵的转速由n1减小至减小至n2时，时， 泵的泵的HQ线下移，工作点由点线下移，工作点由点A A1 1移至

43、点移至点A A2 2，流量，流量 由由Q1减小至减小至Q2。 优点优点：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（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改变改变 n2 图图2-14 改变泵的特性曲线改变泵的特性曲线 A A2 2 Q2 2 流体输送机械流体输送机械2.1.6 2.1.6 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节 OQ2=90Q H2 H(m) A2 关小阀门改变泵的工作点关小阀门改变泵的工作点 A1 he2 Q(m3/h)O Q2 =90 Q1 H2 H(m) 减小转速并辅以阀门调节流量减小转速并辅以阀门调节流量 A1 he2=64 A

44、1 Q(m3/h)Q1 A2 工工 作作 点点 eh H泵 的 特 性 曲 线 Q 阀阀 门门 开开 大大 he 节节 流流 损损 失失 改改变变泵泵的的特特性性曲曲线线 改改变变管管路路特特性性曲曲线线 -改变转速、叶轮切割改变转速、叶轮切割 离心泵的联合操作 （1）两台同型泵并联 如图所示，两台同型泵并联，则两泵的各自流量和 压头必定相同，则在同一压头下，并联泵的流量为单台泵的 两倍。 当并联泵置于管路中时，由于流量加大使管路流动阻 力加大，则并联后的总流量必低于单台泵流量的两倍，而并 联压头也高于单泵压头但小于两倍压头。 H 并 联 泵 单 台 泵 2 2 Q BAH 并并 并并 2、串

45、联 对 泵 来 说 ： 在 相 同 Q 下 ， 单单串串 HH2 请 思 考 ： 若 单 台 泵 的 特 性 曲 线 方 程 为 2 BQAH 单单单单 ， 则 串 联 泵 组 的 特 性 曲 线 方 程 表 达 式 如 何 ？ 2 BQ2A2H 串串串串 H 串 联 泵 单 台 泵 0 Q （3）离心泵组合方式的选择 如果单台泵所能提供的最大压头小于管路两端的（ ）值，则只能采用泵的串联操作。 对于管路特性曲线较平坦的低阻型管路，采用并 联组合方式可获得较高的流量和压头 ； 反之，对于管路特性曲线较陡的高阻型管 路，则宜采用串联组合方式。 g p z 2 流体输送机械流体输送机械2.1.7

46、2.1.7 离心泵的安装高度离心泵的安装高度 2.1.7 2.1.7 离心泵的安装高度离心泵的安装高度 zs ps K e 图图2-15 离心泵的安装高度离心泵的安装高度 s 如图如图2-15所示，液面较低的液体能被吸所示，液面较低的液体能被吸 入泵的进口，是由于叶轮将液体从其中央甩入泵的进口，是由于叶轮将液体从其中央甩 向外周，在叶轮中心进口处形成向外周，在叶轮中心进口处形成负压负压（真空真空 ），从而在液面与叶轮进口之间形成一定的），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。现在的压差，液体籍此压差被吸入泵内。现在的问问 题题是离心泵的安装高度是离心泵的安装高度zs

47、（zs即叶轮进口与液即叶轮进口与液 面间的垂直距离）是否可以取任意值？面间的垂直距离）是否可以取任意值？ 2 流体输送机械流体输送机械2.1.7 2.1.7 离心泵的安装高度离心泵的安装高度 2.1.7.1 2.1.7.1 汽蚀（汽蚀（Cavitation）现象）现象 在液面在液面s与泵内压强最低处即叶轮中心进口处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并整理得：面之间列机械能衡算式并整理得： ksf 2 kk 2 h g u z g p g p s s zs ps K e 图图2-15 离心泵的安装高度离心泵的安装高度 s 若液面压强若液面压强ps一定，吸入管路流量一定（即

48、一定，吸入管路流量一定（即uk一一 定），安装高度定），安装高度zs，hf(s-k)，pk，当，当pk至至 等于操作温度下被输送等于操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压液体的饱和蒸汽压pv时（即时（即 pkpv），液体将发生什么现象？又会使泵产生什），液体将发生什么现象？又会使泵产生什 么现象？么现象？ 2 流体输送机械流体输送机械2.1.7 2.1.7 离心泵的安装高度离心泵的安装高度 液体将发生液体将发生部分汽化现象部分汽化现象，所生成的大量蒸汽泡在随所生成的大量蒸汽泡在随 液体从叶轮进口向叶轮外周流动时，又因压强升高，气泡液体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

49、失产生局部真空，周围的液体以极大立即凝聚，气泡的消失产生局部真空，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 体质点尤如细小的体质点尤如细小的高频水锤高频水锤撞击着叶片；另外汽泡中还可撞击着叶片；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

50、期运转，将导致叶片过早损坏。这种现象称为泵的态下长期运转，将导致叶片过早损坏。这种现象称为泵的 汽蚀现象。汽蚀现象。 zs ps K e 图图2-15 离心泵的安装高度离心泵的安装高度 s 离心泵在产生汽蚀条件下运转，会产生什么样的后果呢？离心泵在产生汽蚀条件下运转，会产生什么样的后果呢？ 演示 泵的性能下降，流量、压头、效率均降低，最终变成气缚。泵的性能下降，流量、压头、效率均降低，最终变成气缚。 汽蚀的危害： 产生振动和噪音，影响离心泵的正常运行和工作环境。产生振动和噪音，影响离心泵的正常运行和工作环境。 泵壳和叶轮的材料遭受损坏，降低泵的使用寿命泵壳和叶轮的材料遭受损坏，降低泵的使用寿命

51、 发生汽蚀的原因： 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: 液体饱和蒸汽压叶片入口 pp * 吸入管路尽量短，少走弯路；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；动前不用灌泵），流量调节阀装于出口管路； g p g p g u NPSH V 1 2 1 2 离心泵的抗汽蚀性能 1）汽蚀余量 临界汽蚀余量 p

52、叶轮入口处压强（最低）p液体的饱和蒸汽压 指泵入口处单位重量水所具有的、超过当时温度下汽化压力的富裕能量，h，m液柱 , m in11 , m inkV pppp 11和kk列柏努利方程 Kf KV H g u g p g u g p 1 , 22 1 min,1 22 Kf K V C H g u g u g pp NPSH 1 , 22 1 min,1 22 )( 临界汽蚀余量 发生汽蚀的临界条件： 汽蚀性能试验时，水泵开始发生汽蚀时测得的泵进口处的汽蚀余量称为临界汽蚀余量。 临界汽蚀余量的测定 在固定的流量下，通过关小泵吸入管路的阀门，逐渐降低在固定的流量下，通过关小泵吸入管路的阀门，逐

53、渐降低p1，直至泵内，直至泵内 刚好发生汽蚀，测得相应的刚好发生汽蚀，测得相应的p1,min 必需汽蚀余量 为确保离心泵的正常操作，将临界汽蚀余量加上一定的安全量 3.0)()( Cr NPSHNPSH 反映液体从泵入口处到叶片进口能量的降低值，因此越小抗汽蚀性能越 好 在离心泵样本性能表中给出的是必需汽蚀余量 QNPSH r QH S 离心泵的允许吸上真空度离心泵的允许吸上真空度 Hs值的大小与泵的结构、流量、被输送液体的性质及当地大气压等因素值的大小与泵的结构、流量、被输送液体的性质及当地大气压等因素 有关。通常由泵的制造工厂在有关。通常由泵的制造工厂在98.1kPa下，用下，用20 20

54、 清水清水为介质进行为介质进行测定。测定。 若输送其他液体，或操作条件与上述的实验条件不同时，应若输送其他液体，或操作条件与上述的实验条件不同时，应按下式进行换按下式进行换 算算，即，即 若以输送液体的液柱高度来计算离心泵入口处的最高真空度，则此真空度若以输送液体的液柱高度来计算离心泵入口处的最高真空度，则此真空度称称 为为离心泵的允许吸上真空度离心泵的允许吸上真空度，以，以Hs 来表示，即来表示，即 g pp H a S 1 1000 )24.0 1081.9 ()10( 3 p HHH aSS 最大吸上真空高度 1,m in ,m ax () a s pp H g 当泵的汽蚀现象刚发生时，

55、所对应的吸上真空高度当泵的汽蚀现象刚发生时，所对应的吸上真空高度 为保证泵在运转中不发生汽蚀现象，而又尽可能有最大的吸上真空度，为保证泵在运转中不发生汽蚀现象，而又尽可能有最大的吸上真空度， 规定留有规定留有0.30.3米的安全量米的安全量。 3.0 max, Ss HH 10, 2 110 2 )( fg H g u g pp H 10, 2 11 2 )( f a g H g u g pp H （5）离心泵的允许安装高度 10, 0 )( fr V g HNPSH g pp H 用必需汽蚀余量表示的安装高度 用允许吸上真空度表示的安装高度 10, 2 1 2 fSg H g u HH 离心

56、泵实际的安装高度比允许安装高度低0.51m 某台离心泵从样本上查得允许吸上真空高度H Hs s =6m=6m，现将该泵安装 在海拔高度为500m500m处( (Ha=9.74m )，若夏季平均水温为4040，问修正后的H Hs s 应为多少？若吸入管路的压头损失为1mH1mH2 2O O，泵入口处动压头为0.2mH0.2mH2 2O O。 问该泵安装在离水面5m5m高度处是否合适？ 解: 当水温为40时，Hv=pv/(9.81103)=0.75m Hs =Hs (Ha10)(Hv0.24) =6(9.7410)(0.750.24) =5.23m 泵的安装高度为: H=Hs u12/2g Hf

57、=5.230.21 =4.93m5m 故泵安装在离水面5m高度处不合适。 1000 )24.0 1081.9 ()10( 3 p HHH aSS 2 流体输送机械流体输送机械2.1.8 2.1.8 离心泵的类型离心泵的类型 2.1.8 2.1.8 离心泵的类型离心泵的类型 离心泵类型的划分离心泵类型的划分 按输送流体的性质按输送流体的性质：清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵等；：清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵等； 按叶轮的吸入方式按叶轮的吸入方式：单吸泵、双吸泵；：单吸泵、双吸泵； 按叶论数目按叶论数目： 单级泵、多级泵；单级泵、多级泵； （1 1）清水泵）清水泵（Clean water pump

58、sClean water pumps） 输送清水或物性与水相近且无腐蚀、杂质少的液体。输送清水或物性与水相近且无腐蚀、杂质少的液体。 单级单吸泵单级单吸泵：ISIS（或（或B B）型，中小型水泵，结构简单操作容易；扬程）型，中小型水泵，结构简单操作容易；扬程8 898m98m， 流量流量4545360360m3/h 多级泵多级泵：D D型，扬程高，型，扬程高，1414351m351m，10.810.8850850m3/h 双吸泵双吸泵：SHSH型，流量大，型，流量大，9 9140m140m，1201201250012500m3/h 意义：意义： 为泵吸入口直径为泵吸入口直径，英寸英寸 基本型号

59、在最高效率下的扬程，基本型号在最高效率下的扬程，m m ； 泵类型泵类型 叶轮直径在基本型号基础上切削一圈叶轮直径在基本型号基础上切削一圈2B31A2B31A IS100-65-250IS100-65-250 为泵排出直径为泵排出直径，mmmm 叶轮公称直径叶轮公称直径，mmmm 为泵吸入口直径为泵吸入口直径，mmmm 型号： IS100-65-250 （或2B31 2B31A 2B31B） 2 流体输送机械流体输送机械2.1.8 2.1.8 离心泵的类型离心泵的类型 （2 2）耐腐蚀泵）耐腐蚀泵（Corrosion resistant pumps） 与液体接触的部件由耐腐蚀材料（铸铁、高硅铁

60、、合金钢、玻璃、塑料等与液体接触的部件由耐腐蚀材料（铸铁、高硅铁、合金钢、玻璃、塑料等 ）制成且更换容易，密封可靠，适用于输送具有腐蚀性的液体。扬程）制成且更换容易，密封可靠，适用于输送具有腐蚀性的液体。扬程15195m ，流量，流量2400m3/h 型号型号：50F-103 50F-103A 50F-103B 意义意义：50为吸入口直径，为吸入口直径，mm；F为泵类型；为泵类型；103为基本型号在最高效率下为基本型号在最高效率下 的扬程，的扬程，m。 （3 3）油泵）油泵（Oil pumps） 用于输送石油产品，由于油品易燃易爆，密封要求高。适用温度用于输送石油产品，由于油品易燃易爆，密封要