化工原理第二章-流体输送机械

1、流流 体体 输输 送送 机机 械械 华中科技大学能动学院华中科技大学能动学院 第二章 流体输送机械 概述 2.1 离心泵 2.2 其他类型液体输送机械 2.3 气体输送和压缩机械 主要内容主要内容 两种类型，如喷射泵式其他类型，不属于上述 包括往复式、旋转式容积式（正位移式）， 括离心式、轴流式动力式（叶轮式），包 概述概述 流体输送流体输送 机械按工机械按工 作原理作原理 ：、 ：、 ：、 泵轴及轴封装置泵轴及轴封装置 泵壳泵壳 叶轮叶轮 3 2 1 2.1.1 2.1.1 离心泵的工作原理和主要部件离心泵的工作原理和主要部件 一离心泵的工作原理一离心泵的工作原理 思考：思考： 为什么叶片弯

2、曲？为什么叶片弯曲？ 泵壳呈蜗壳状？泵壳呈蜗壳状？ 1 1、离心泵的构造：、离心泵的构造： 底底阀阀 泵泵 轴轴 叶叶轮轮 压压出出导导管管 泵泵壳壳 吸入导管吸入导管 思考：思考： 流体在泵内都获得了哪几种能量？流体在泵内都获得了哪几种能量？ 其中哪种能量占主导地位？其中哪种能量占主导地位？ 思考：思考： 泵启动前为什么要灌满液体？泵启动前为什么要灌满液体？ 气缚现象气缚现象 2、离心泵的工作原理离心泵的工作原理 二、离心泵的主要部件 离心泵的主要部件离心泵的主要部件 叶轮叶轮 泵壳泵壳 轴封装置轴封装置 离心泵的主要部件离心泵的主要部件 叶轮叶轮 闭式叶轮闭式叶轮 半闭式叶轮半闭式叶轮 敞

3、开式叶轮敞开式叶轮 思考：思考：三种叶轮中哪一种效率高？三种叶轮中哪一种效率高？ 闭式叶轮的内漏较弱些，敞式叶轮的最大。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但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象 思考：思考：泵壳的主要作用是什么？泵壳的主要作用是什么？ 汇集液体，并导出液体；汇集液体，并导出液体； 能量转换装置能量转换装置 二离心泵主要构件的结构及功能二离心泵主要构件的结构及功能 泵壳：泵壳：泵体的外壳多制成蜗泵体的外壳多制成蜗 壳形，它包围叶轮，在叶轮壳形，它包围叶轮，在叶轮 四周展开成一个截面积逐渐四周展开成一个截面积逐渐 扩大的蜗壳形通道，通道内

4、扩大的蜗壳形通道，通道内 流体速度下降，静压能增高。流体速度下降，静压能增高。 轴封装置：轴封装置：离心泵工作时是泵轴旋转而泵壳不动，泵轴与泵离心泵工作时是泵轴旋转而泵壳不动，泵轴与泵 壳之间的密封。壳之间的密封。 作用：防止高压液体从泵壳内沿间隙漏出，或外界空气作用：防止高压液体从泵壳内沿间隙漏出，或外界空气 漏入泵内。漏入泵内。 轴封装置轴封装置 填料密封装置填料密封装置 机械密封装置机械密封装置 多多，且且叶叶片片厚厚度度不不计计。 叶叶轮轮的的叶叶片片数数目目为为无无穷穷 流流体体为为理理想想流流体体 )2( )1( 理论压头理论压头：理想情况下离心泵提供给单位重量液体的能量，理想情况

5、下离心泵提供给单位重量液体的能量， 用用H 表示。表示。 问问：由由（1） 、 （2）可可以以得得出出什什么么结结果果？ 由由(1) 液液体体在在泵泵内内无无摩摩擦擦阻阻力力损损失失 由由( (2 2) ) 流流体体与与叶叶片片的的相相对对运运动动的的运运动动轨轨迹迹 可可视视为为与与叶叶片片形形状状相相同同。 2.1.2离心泵的基本方程式离心泵的基本方程式 1.液体通过叶轮的流动液体通过叶轮的流动 12 c12 + u12 - 2c1u1cos1 22 c22 + u22 - 2c2u2cos2 由速度三角形并应用余弦定理得到：由速度三角形并应用余弦定理得到： 理想流体在理想叶轮中的旋转运动

6、应是等角速度的。选择地面为理想流体在理想叶轮中的旋转运动应是等角速度的。选择地面为 静止参照系静止参照系 。 w2 c2 2 2 2 u2 w1 c1 1 1 u1 w2 c2 2 2 2 u2 w1 c1 1 1 u1 处处处处与与叶叶片片相相切切 在 1 与 2 之间列机械能衡算方程式，得： Ru cpT HHH g pp 12 ) 1 ( 2 2 1 2 2 g cc 2. 理论压头表达式的推导理论压头表达式的推导 w2 c2 2 2 2 u2 w1 c1 1 1 u1 使静压头增加 g pp 12 的原因： 原原因因一一：离心力作功RmF 2 g2 RR g2 1 R g R R 2

7、1 2 2 2 1 2 2 2 R R 22 1 2 1 uu ddF r r w2 c2 2 2 2 u2 w1 c1 1 1 u1 gg pp 2 2 2 2 1 2 12 原因二：原因二：液体由液体由1流到流到2时，由于流动通道逐渐扩大，时，由于流动通道逐渐扩大， w逐渐变小，这部分能量将转化为静压能。逐渐变小，这部分能量将转化为静压能。 2g2 H 2 2 2 1 2 1 2 2 p g uu （2） 将式2 代入式1 得： g cc g uu H 22g2 2 1 2 2 2 2 2 1 2 1 2 2 T w2 c2 2 2 2 u2 w1 c1 1 1 u1 根据余弦定理可知：

8、111 2 1 2 1 2 1 cos2ucuc 222 2 2 2 2 2 2 cos2ucuc （3） （4） 式 3、4 代入上式得： 故：故： g ucuc H 111222 T coscos 一般地，1=90 则 cos1=0，于是： g uc H 222 T cos （5） w2 c2 2 2 2 u2 w1 c1 1 1 u1 c2u 222T DcQb r 22222cos cctgcc r r2 b2 c2u c2 c2r 22 22 2 2 T Dgb ctgu g u H w2 c2 2 2 2 c2u u2 w1 c1 1 1 u1 c2u c2r g uc H 222

9、 cos 3.离心泵基本方程式的讨论离心泵基本方程式的讨论 又又 60 nD2 2 u 其中其中 将以上两式代入 则则 请思考：请思考：与与H 有关的因素有哪些？有关的因素有哪些？ 分别是怎样的关系？分别是怎样的关系？ 讨论：讨论： 1）叶轮的直径和转速）叶轮的直径和转速 当理论流理当理论流理QT和叶片几何尺寸（和叶片几何尺寸（b2、2）一定时，理论压头）一定时，理论压头 随随D2、n的增大而增大，即加大叶轮直径，提高转速均可提高泵的压的增大而增大，即加大叶轮直径，提高转速均可提高泵的压 头。头。 2) 叶片的几何形状叶片的几何形状 根据流动角根据流动角2的大小，叶片形状可分为后弯、径向、前弯

10、三种。的大小，叶片形状可分为后弯、径向、前弯三种。 g uc H 222 T cos 22 22 2 2 T Dgb ctgu g u H 当当n、D2、2及及QT一定时，离心泵一定时，离心泵 的理论压头随叶片形状而变的理论压头随叶片形状而变 60 nD2 2 u 叶片后弯叶片后弯， 20， 即即H 随流量增大而减小；随流量增大而减小； 叶片径向叶片径向， 2=90 ，ctg 2=0， 即即H 不随流量而变化不随流量而变化； 叶片前弯叶片前弯， 290 ，ctg 290时，时，B0, HT随随QT的增加而增大。的增加而增大。 2=90时，时，B=0, HT与与QT的无关。的无关。 20, HT

11、随随QT的增加而减少。的增加而减少。 4）液体密度）液体密度 理论压头与液体密度。理论压头与液体密度。这就是说，同一台泵无论输送何种密度的液体这就是说，同一台泵无论输送何种密度的液体 ，对单位重量流体所能提供的能量是相同的，对单位重量流体所能提供的能量是相同的。 思考：思考： 泵对单位体积流体所加的能量是否与液体密度无关？泵对单位体积流体所加的能量是否与液体密度无关？ 有关，有关， gH 与密度呈正比。与密度呈正比。 实际压头比理论压头要小。实际压头比理论压头要小。 实际上，由于叶轮的叶片数目是有限的， 且输送的是粘性流体，因而必然引起流 体在叶轮内的泄漏和能量损失，致使泵 的实际压头和流量小

12、于理论值。所以泵 的实际压头与流量的关系曲线应在离心 泵理论特性曲线的下方。离心泵的H-Q 关系曲线通常在一定条件下由实验测定。 1.1.离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数 离心泵的性能参数是用以描述一台离心泵的一组物理量，离心泵的性能参数是用以描述一台离心泵的一组物理量， 包括：流量包括：流量Q、压头、压头(扬程扬程)H、轴功率、轴功率 N 和效率和效率 离心泵在单位时间内排送到管路系统的液体体离心泵在单位时间内排送到管路系统的液体体 积。又称泵的送液能力。用积。又称泵的送液能力。用Q表示，单位为：表示，单位为：L/s m3/h Q=f（泵的结构、尺寸、转速（泵的结构、尺寸、转速n），

13、实际流量还与管路），实际流量还与管路 特性有关。特性有关。 2.1.3 离心泵的主要性能参数与特性曲线离心泵的主要性能参数与特性曲线 扬程扬程H（压头）：（压头）：离心泵对单位重量离心泵对单位重量(1N)液体所提供的有效液体所提供的有效 能量。单位为能量。单位为m。 扬程不是升扬高度，升扬高度只是扬程的一扬程不是升扬高度，升扬高度只是扬程的一 部分。部分。 H=f（泵的结构、尺寸、转速、（泵的结构、尺寸、转速、Q） 效率效率 ：离心泵在实际运转中，由于存在各种能量损失，致 使泵的实际（有效）压头和流量均低于理论值，而输入泵的 功率比理论值为高。反映能量损失大小的参数称为效率。 离心泵的能量损失

14、 容积损失 水力损失 机械效率 冲冲击击损损失失 阻阻力力损损失失 内内漏漏 环环流流损损失失、摩摩擦擦损损失失、冲冲击击损损失失 N Ne 机械 损失 容积 损失 水力 损失 小型水泵：小型水泵： 一般为一般为5050 70%70% 大型泵：大型泵： 可达可达90%90%以上以上 （1 1）容积损失：）容积损失： （2）水力损失）水力损失 （3）机械损失）机械损失 泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦 轴功率轴功率 N ：电机输入到泵轴的功率，由于泵提供给流电机输入到泵轴的功率，由于泵提供给流 体的实际扬程小于理论扬程，故泵由电机获得的轴功并不体的实际

15、扬程小于理论扬程，故泵由电机获得的轴功并不 能全部有效地转换为流体的机械能。能全部有效地转换为流体的机械能。 有效功率有效功率 Ne：流体从泵获得的实际功率，可直流体从泵获得的实际功率，可直 接由泵的流量和扬程求得接由泵的流量和扬程求得 Ne N Ne = HgQ 102 QH N 电电机机 泵泵 包括包括 ：HQ曲线曲线(平坦型、陡降型、平坦型、陡降型、 驼峰型驼峰型) NQ曲线、曲线、 Q曲线曲线 用用20 C清水测定清水测定 N gHQ 设计点设计点 2 高高效效区区 与最高效率相比，与最高效率相比， 效率下降效率下降58 由图可见：由图可见： Q ，H ，N ， 有最大值。有最大值。

16、思考：思考： 离心泵启动时均关闭离心泵启动时均关闭 出口阀门，出口阀门，whywhy？ 为什么为什么Q0时，时，N 0？ 对 HQ 曲线、Q 曲线无影响， 但 gHQ N ， 故，NQ 曲线上移。 1 1）液体性质的影响）液体性质的影响 （1 1）密度）密度: : （2 2）黏度）黏度: : Why？ 当当 比比20清水的大时，清水的大时，H ，N ， 实验表明，当实验表明，当 20厘斯时，厘斯时， 对特性曲线的影对特性曲线的影 响很小，可忽略不计。响很小，可忽略不计。 1厘斯厘斯=10-6m2/s 20清水的粘度清水的粘度=1厘斯厘斯 3.离心泵性能的改变和换算离心泵性能的改变和换算 2 n

17、 n H H n n Q Q 3 n n N N 比例定律 若若 不变，则不变，则 思考：思考：若泵在原转速若泵在原转速n n下的特性曲线方程为下的特性曲线方程为 则新转速则新转速n n 下泵的特性曲线方程表达式？下泵的特性曲线方程表达式？ 2 BQAH H n n H Q n n Q 2 2 22 Q n n BAH n n 2 2 QB n n AH H n 0 Q n 2 BQAH 泵在原转速泵在原转速n n下的特性曲线方程下的特性曲线方程 2 2 2 2 2 D D H H D D Q Q 3 2 2 D D N N 切割定律 四离心泵的主要性能参数和特性曲线四离心泵的主要性能参数和特

18、性曲线 3）离心泵）离心泵 叶轮直径的影响叶轮直径的影响 当叶轮直径因切割而变小时，若变化程度小于当叶轮直径因切割而变小时，若变化程度小于20%，则，则 若若 不变，则不变，则 思考：思考：若泵在原叶轮直径下的特性曲线方程为若泵在原叶轮直径下的特性曲线方程为 则叶轮切割后泵的特性曲线方程表达式？则叶轮切割后泵的特性曲线方程表达式？ 2 BQAH 2.1.4离心泵的气蚀现象和安装高度离心泵的气蚀现象和安装高度 什么是安装高度？什么是安装高度？ 泵轴与吸液方液泵轴与吸液方液 面间的垂直高度，称面间的垂直高度，称 为安装高度，用为安装高度，用Hg表表 示。可正可负。示。可正可负。 为避免汽蚀现象，安

19、装高度必为避免汽蚀现象，安装高度必 须加以限制，即存在最大安装高须加以限制，即存在最大安装高 度度Hg,max。 为什么会有安装高度问题？为什么会有安装高度问题？ 1.1.汽蚀现象：汽蚀现象： 叶片背面叶片背面 当当pkpv时，时，K处发生部分汽处发生部分汽 化现象。化现象。 叶片表面产生蜂窝状腐蚀叶片表面产生蜂窝状腐蚀 ； 泵体震动，并发出噪音；泵体震动，并发出噪音； 流量、压头、效率都明显下降；流量、压头、效率都明显下降； 严重时甚至吸不上液体。严重时甚至吸不上液体。 2、离心泵的抗气蚀性能、离心泵的抗气蚀性能 1)离心泵的气蚀余量离心泵的气蚀余量 g u g p 2 2 11 g pv

20、为了防止汽蚀现象发生，在离心泵的入口处液体的静压头与动压头之和 必须大于操作温度下液体的饱和蒸汽压头 此最小值即离心泵的允许汽蚀余量，即 某一最小值。 g p g u g p NPSH v 2 2 11 v p min, 1 p 泵内发生汽蚀的临界条件是叶轮入口附近（取作k-k截面）的最低压强 等于液体的饱和蒸汽压， 相应地泵入口处（取作1-1截面）的压强必等于 确定的最小值 。在泵入口1-1截面和叶轮入口k-k截面之间列柏努利方程式， kf kv H g u g p g u g p 1 , 22 11 22 kf k H g u 1 , 2 2 1 vmin, 1 C 22g u g pp

21、NPSH CNPSH 临界气蚀余量临界气蚀余量 由泵制造厂实由泵制造厂实 验测定得到验测定得到 为确保离心泵的正常操作，通常将所测得的临界气蚀余量 加上一定的安全量，称为必需气蚀余量，记为 rNPSH 2）离心泵的允许吸上真空度）离心泵的允许吸上真空度 为避免气蚀现象，泵入口处压强p1应为允许的最低绝对压强，但习惯上常 把p1作为真空度。若当地大气压为Pa，则泵入口处的最高真空度为Pa-P1， 单位为Pa。若真空度以输送液体的液柱高度来计量，则此真空度称为离心 泵的允许吸上真空度，以 来表示，即 s H g pp H a s 1 与泵的结构、被输送液体的性质及当地大气压有关，值随与泵的结构、被

22、输送液体的性质及当地大气压有关，值随Q加大而增高加大而增高 。 s H 由泵生产厂家于常压下由泵生产厂家于常压下(98.1kPa)用用20清水实验测得。当操作条件与该清水实验测得。当操作条件与该 条件不一致或输送其它液体时条件不一致或输送其它液体时 ，需校正。，需校正。 1000 240 10819 10 3 . . p HHH v a ss 3.离心泵的允许安装高度离心泵的允许安装高度 离心泵的允许安装高度离心泵的允许安装高度( (又称允许吸上高度又称允许吸上高度) )是指泵的吸入口是指泵的吸入口 与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，以与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，以H H

23、g g表示。表示。 10, 2 110 2 fg H g u g pp H 可表示为可表示为 10 , 2 11 2 f a g H g u g pp H 若已知离心泵的必需气蚀余量，若已知离心泵的必需气蚀余量， 10 0 ,fR v g HNPSH g p g p H 若已知离心泵的允许吸上真空度若已知离心泵的允许吸上真空度 10 2 1 2 ,f sg H g u HH 讨论 1.汽蚀现象的产生可以有以下三方面的原因： 离心泵的安装高度太高； 被输送流体的温度太高，液体蒸气压过高； 吸入管路的阻力或压 头损失太高。 允许安装高度这一物理量正是综合了以上三个因素对汽蚀 的贡献。由此，我们又可

24、以有这样一个推论 ：一个原先操作正 常的泵也可能由于操作条件的变化而产生汽蚀，如被输送物料 的温度升高或吸入管线部分堵塞。 2.若计算出的允许安装高度为负值，这说明该泵应该安装在 液体贮槽液面以下。 3.允许安装高度允许安装高度Hg的大小与泵的流量有关。流量越大，计算的大小与泵的流量有关。流量越大，计算 出的出的Hg越小。因此用可能使用的最大流量来计算越小。因此用可能使用的最大流量来计算Hg是最保险是最保险 的。的。 4.安装泵时，实际安装高度比允许安装高度还要小安装泵时，实际安装高度比允许安装高度还要小0.5至至1米。米。 5.当液体的操作温度较高或其沸点较低时，应注意尽量减小当液体的操作温

25、度较高或其沸点较低时，应注意尽量减小 吸入管路的压头损失，如可以选用较大的吸入管径，减少管件吸入管路的压头损失，如可以选用较大的吸入管径，减少管件 和阀门，缩短管长等；或将离心泵安装在贮槽液面以下，使液和阀门，缩短管长等；或将离心泵安装在贮槽液面以下，使液 体利用位差自动流入泵体内。体利用位差自动流入泵体内。 泵-供方 管路-需方 泵提供的流量 = 管路所需的流量 泵提供的压头 H = 管路所需的压头 he H泵的特性曲线 Q 工工作作点点 匹配：匹配： 1、管路特性方程式和特性曲线、管路特性方程式和特性曲线 H泵的特性曲线 Q fe g u g p zH 2 H 2 g u d lel f

26、2 H 2 ec e KQf 完全湍流时， 2 e KHBQ e 管路特性方程 工工作作点点 1、管路特性曲线、管路特性曲线 2 e ec 2g 3600A/ B Q d lel 特定管路的特性方程：特定管路的特性方程： 2 ee BQKH K g p z 管路特性曲线的形状由管路布置和操作条件来确定，与离 心泵性能无关。 管路特性曲线管路特性曲线 2 e ec 2g 3600A/ B Q d lel 离心泵的工作点离心泵的工作点 管路特性曲线和泵的工作点 将泵的HQ曲线与管 路的 HeQe曲线绘在同一 坐标系中，两曲线的交点 称为泵的工作点M。 （1） 泵的工作点由泵的特性和管路的特性共同决

27、定， 可通过联立求解泵的特性方程和管路的特性方程得到； （2） 安装在管路中的泵，其输液量即为管路的流量； 在该流量下泵提供的扬程也就是管路所需要的外加压头。 因此，泵的工作点对应的泵压头和流量既是泵提供的，也 是管路需要的； （3） 工作点对应的各性能参数（ ）反映了一台 泵的实际工作状态。 NHQ, 对离心泵工作点的讨论对离心泵工作点的讨论 H泵的特性曲线 Q 两种方法 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 e h he 2、离心泵的、离心泵的流量调节流量调节 调节阀门调节阀门 改变改变n、切割叶轮、切割叶轮 阀门开大阀门开大 阀门关小阀门关小 节流损失节流损

28、失工作点工作点 改变泵出口阀的开度改变泵出口阀的开度改变管路特性 改变阀门开度时工作点变化 改变叶轮转速改变叶轮转速改变泵的特性 改变泵转速时工作点变化 12 nnn 车削叶轮直径车削叶轮直径 这种调节方法实施起来不方便，且调节范 围也不大。叶轮直径减小不当还可能降低泵的 效率，因此生产上很少采用。在生产中单台离 心泵不能满足输送任务要求时，可采用离心泵 并联或串联操作。 离心泵的并联和串联操作离心泵的并联和串联操作 （1）离心泵的并联）离心泵的并联 并联后的总流量必低于单台泵流量的两倍，而并联压头略并联后的总流量必低于单台泵流量的两倍，而并联压头略 高于单台泵的压头。并联泵的总效率与单台的效

29、率相同。高于单台泵的压头。并联泵的总效率与单台的效率相同。 （2）离心泵的串联）离心泵的串联 两台泵串联操作的总压头必低于单台泵压头的两倍，流量大于单台泵两台泵串联操作的总压头必低于单台泵压头的两倍，流量大于单台泵 的流量。的流量。 （3）离心泵组合方式的选择）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 获得较串联组合为高的流量和压头；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。 清水泵清水泵 用于输送物理、化学性质类似于水的清洁液体。最简单的清用于输送物理、化学性

30、质类似于水的清洁液体。最简单的清 水泵为单级单吸式，系列代号为水泵为单级单吸式，系列代号为“IS”，结构简图如图，若需要，结构简图如图，若需要 的扬程较高，则可选的扬程较高，则可选D系列多级离心泵。若需要流量很大，则可系列多级离心泵。若需要流量很大，则可 选用双吸式离心泵，其系列代号为选用双吸式离心泵，其系列代号为“Sh” 。 防腐蚀泵防腐蚀泵 当输送酸、碱等腐蚀性液体时应采用耐腐蚀泵。耐腐蚀泵所当输送酸、碱等腐蚀性液体时应采用耐腐蚀泵。耐腐蚀泵所 有与液体介质接触的部件都采用耐腐蚀材料制作。离心耐腐蚀泵有与液体介质接触的部件都采用耐腐蚀材料制作。离心耐腐蚀泵 有多种系列，其中常用的系列代号为

31、有多种系列，其中常用的系列代号为F。 1.离心泵的类型离心泵的类型 2.1.6 离心泵的类型、选择与选用离心泵的类型、选择与选用 油泵油泵 用于输送石油产品，油泵系列代号为用于输送石油产品，油泵系列代号为Y。因油类液体具有易燃。因油类液体具有易燃 、易爆的特点，因此对此类泵密封性能要求较高。输送、易爆的特点，因此对此类泵密封性能要求较高。输送200以以 上的热油时，还需设冷却装置。上的热油时，还需设冷却装置。 杂质泵杂质泵 用于输送悬浮液及稠厚的浆液等，其系列代号为用于输送悬浮液及稠厚的浆液等，其系列代号为P，又可分为，又可分为 污水泵、砂泵、泥浆泵等。这类泵的主要结构特点是叶轮上叶污水泵、砂

32、泵、泥浆泵等。这类泵的主要结构特点是叶轮上叶 片数目少，叶片间流道宽，有的型号泵壳内还衬有耐磨材料。片数目少，叶片间流道宽，有的型号泵壳内还衬有耐磨材料。 2.离心泵的选择离心泵的选择 流体输送机械的选用原则是先选型号，再选规格。流体输送机械的选用原则是先选型号，再选规格。 具体选用离心泵时，首先应根据所输送液体的性具体选用离心泵时，首先应根据所输送液体的性 质和操作条件，确定泵的类型，而后根据管路系质和操作条件，确定泵的类型，而后根据管路系 统及输送流量统及输送流量Q、所需压头、所需压头 HL 确定泵的型号。确定泵的型号。 所选的泵提供流量所选的泵提供流量Q 和压头和压头 H 的能力应比管路

33、系的能力应比管路系 统所要求的稍大。统所要求的稍大。 注意：注意：所选泵应在高效区范围工作。工程实践中，总是在所选泵应在高效区范围工作。工程实践中，总是在 可靠性前提下，综合造价、操作费用、使用寿命等多方面可靠性前提下，综合造价、操作费用、使用寿命等多方面 因素作出最佳选择。因素作出最佳选择。 （1）安装高度不能太高，应小于允许安装高度）安装高度不能太高，应小于允许安装高度。 （2）尽量）尽量设法减小吸入管路的阻力，以减少发生汽蚀的可设法减小吸入管路的阻力，以减少发生汽蚀的可 能性。吸入管路减少不必要的管件和阀门，调节阀应装于出口能性。吸入管路减少不必要的管件和阀门，调节阀应装于出口 管路。管

34、路。 3.3.离心泵的安装与操作离心泵的安装与操作 安安 装装 （1）启动前应灌泵，并排气。）启动前应灌泵，并排气。 （2）应在出口阀关闭的情况下启动泵，使启动功率最）应在出口阀关闭的情况下启动泵，使启动功率最 小，以保护电动机。小，以保护电动机。 （3）停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮。）停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮。 （4）经常检查轴封的泄漏情况和发热与否；）经常检查轴封的泄漏情况和发热与否； 操操 作作 1 1）往复泵的工作原理）往复泵的工作原理 泵缸 活塞、活塞杆 排出口 吸入口 2.2.1往复泵往复泵 1.1.往复泵往复泵 工作原理：工作原理： 具具有有自自吸吸能能力力，不不必必

35、灌灌液液 安安装装高高度度也也受受限限制制 与离心泵比较：与离心泵比较： 流流量量与与压压头头几几乎乎无无关关 由于受泵的部件机械强度和原动机功率的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。限制，泵的扬程不可能无限增大。 压头越大，漏损越大。压头越大，漏损越大。 结构：结构：泵缸、活塞、阀门、传动机构泵缸、活塞、阀门、传动机构 利用容积的变化给流体加静压能利用容积的变化给流体加静压能 工作循环：一次吸液，一次排液工作循环：一次吸液，一次排液 单缸单动泵 2）往复泵的特性）往复泵的特性 （1）往复泵的压头往复泵的压头 往复泵的输液能力只取决于活塞的位移而与管路情况无关，

36、 泵的压头仅随输送系统要求而定，这种性质称为正位移特 性，具有这种特性的泵称为正位移（定排量）泵。往复泵 是正位移泵的一种。 2）往复泵的流量）往复泵的流量Q（m3/s） 单缸单动泵单缸单动泵 单缸双动泵单缸双动泵 式中：式中：A 活塞面积活塞面积 m2 S 活塞的冲程活塞的冲程 m（活塞在两端点间移动的距离）（活塞在两端点间移动的距离） n 活塞往复的频率活塞往复的频率 1/min a 活塞杆的截面积活塞杆的截面积 m2 QTA S nr QT(2A-a ) S nr 输液量不均匀、不连续输液量不均匀、不连续 与离心泵比较：与离心泵比较： 流流量量调调节节不不可可用用出出口口阀阀门门调调节节

37、方方法法。 数数改改变变活活塞塞行行程程或或往往复复次次 旁旁路路调调节节 流流量量调调节节方方法法 旁旁 路路 Q 0 2 H 0 Q 单缸单动泵 计计 量量 泵泵 计量泵：计量泵：又称比例泵。计量泵的传动装置是通过偏心轮把电又称比例泵。计量泵的传动装置是通过偏心轮把电 机的旋转运动变成柱塞的往复运动。偏心轮的偏心距可调，机的旋转运动变成柱塞的往复运动。偏心轮的偏心距可调， 以此来改变柱塞往复的行程，从而达到调节和控制泵的流量以此来改变柱塞往复的行程，从而达到调节和控制泵的流量 的目的。计量泵一般用于要求输液量十分准确或几种液体要的目的。计量泵一般用于要求输液量十分准确或几种液体要 求按一定

38、配比输送的场合。求按一定配比输送的场合。 YJH 系列隔膜计量泵系列隔膜计量泵 1、电机、电机 2、蜗轮蜗杆、蜗轮蜗杆 3、凸轮、凸轮 4、推杆、推杆 5、膜片、膜片 6、调节手轮、调节手轮 7、排出阀、排出阀 8、吸入阀、吸入阀 9、泵头、泵头 隔隔 膜膜 泵泵 隔膜泵：隔膜泵：用弹性金属薄片或耐腐蚀性橡皮制成的隔膜将活柱用弹性金属薄片或耐腐蚀性橡皮制成的隔膜将活柱 与被输送液体隔开，与活柱相通的一侧则充满油或水。与被输送液体隔开，与活柱相通的一侧则充满油或水。 当活柱往复运动时，迫使隔膜交替向两侧弯曲，将液体吸入当活柱往复运动时，迫使隔膜交替向两侧弯曲，将液体吸入 和排出。和排出。 QBY

39、 型气动隔膜泵 1.齿轮泵：齿轮泵：旋转类正位移泵。两齿轮在泵吸入口脱离啮合，旋转类正位移泵。两齿轮在泵吸入口脱离啮合， 形成低压区，液体被吸入并随齿轮的转动被强行压向排出端形成低压区，液体被吸入并随齿轮的转动被强行压向排出端 。在排出端两齿轮又相互啮合形成高压区将液体挤压出去。在排出端两齿轮又相互啮合形成高压区将液体挤压出去。 齿轮泵可产生较高的扬程，但流量小。适用于输送高粘度液齿轮泵可产生较高的扬程，但流量小。适用于输送高粘度液 体或糊状物料，但不宜输送含固体颗粒的悬浮液。体或糊状物料，但不宜输送含固体颗粒的悬浮液。 KCB 型齿轮油泵 螺杆泵螺杆泵：按螺杆的数目，有单螺杆泵、双螺杆泵、三

40、螺杆泵按螺杆的数目，有单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵 以及五螺杆泵。螺杆泵的工作原理与齿轮泵相似，是借助转以及五螺杆泵。螺杆泵的工作原理与齿轮泵相似，是借助转 动的螺杆与泵壳上的内螺纹、或螺杆与螺杆相互啮合将液体动的螺杆与泵壳上的内螺纹、或螺杆与螺杆相互啮合将液体 沿轴向推进，最终由排出口排出。沿轴向推进，最终由排出口排出。 螺杆泵压头高、效率高、无噪音、适用于输送高粘度液体。螺杆泵压头高、效率高、无噪音、适用于输送高粘度液体。 旋涡泵：旋涡泵：一种特殊类型的离心泵。叶轮为一圆盘，四周由凹一种特殊类型的离心泵。叶轮为一圆盘，四周由凹 槽构成的叶片成辐射状排列，叶片数目可多达几十片。叶轮槽构成的叶

41、片成辐射状排列，叶片数目可多达几十片。叶轮 旋转过程中泵内液体随之旋转的同时，又在径向环隙的作用旋转过程中泵内液体随之旋转的同时，又在径向环隙的作用 下多次进入叶片反复作旋转运动，从而获得较高能量。下多次进入叶片反复作旋转运动，从而获得较高能量。 1 2 3 2.2.3 旋涡泵旋涡泵 一、气体输送机械在工业生产中的应用一、气体输送机械在工业生产中的应用 1.气体输送气体输送 2.产生高压气体产生高压气体 3.产生真空产生真空 概概 述述 气体密度远较液体小且可压缩。气体密度远较液体小且可压缩。 (1) 一定质量流量下气体体积流量大，输送机械的体积较大；一定质量流量下气体体积流量大，输送机械的体

42、积较大； (2) 气体输送管路的常用流速要比液体大得多气体输送管路的常用流速要比液体大得多(一般约一般约10倍倍)。而。而 通常流体流动阻力正比于流速的平方，因此输送相同的质量流通常流体流动阻力正比于流速的平方，因此输送相同的质量流 量，气体输送要求提供的压头相应也更高；量，气体输送要求提供的压头相应也更高； (3) 由于气体的可压缩性，在输送机械内部气体压强变化时，由于气体的可压缩性，在输送机械内部气体压强变化时， 其体积和温度随之而变。气体输送机械结构设计更为复杂，选其体积和温度随之而变。气体输送机械结构设计更为复杂，选 用上必须考虑的影响因素也更多。用上必须考虑的影响因素也更多。 气体输

43、送设备特性气体输送设备特性 气体输送机械也可以按工作原理及其结构分为离心式、旋气体输送机械也可以按工作原理及其结构分为离心式、旋 转式、往复式以及喷射式等，通常按输送机械的压强或压缩转式、往复式以及喷射式等，通常按输送机械的压强或压缩 比（气体出口与进口压强之比）来分类。比（气体出口与进口压强之比）来分类。 输送机械输送机械出口压强（表压）出口压强（表压）压缩比压缩比 通风机通风机 15 kPa1 1.5 鼓风机鼓风机15 kPa 0.3 MPa 0.3MPa 4 真空泵真空泵大气压大气压减压抽吸减压抽吸 气体输送机械的分类气体输送机械的分类 低压离心通风机：出口风压小于低压离心通风机：出口风

44、压小于1.0 kPa（表压）（表压） 中压离心通风机：出口风压中压离心通风机：出口风压1.03.0 k Pa（表压）（表压） 高压离心通风机：出口风压高压离心通风机：出口风压3.015.0 k Pa（表压）（表压） 低压离心通风机低压离心通风机低压离心通风机叶轮低压离心通风机叶轮 2.3.1 离心通风机、鼓风机与压缩机离心通风机、鼓风机与压缩机 1.离心式通风机离心式通风机 1）离心通风机的结构特点）离心通风机的结构特点 结构和工作原理：结构和工作原理：与离心泵基本相同，主要由蜗壳形机壳和与离心泵基本相同，主要由蜗壳形机壳和 叶轮组成。差异在于离心通风机为多叶片叶轮，且因输送流叶轮组成。差异在

45、于离心通风机为多叶片叶轮，且因输送流 体体积大（密度小），叶轮直径一般较大而叶片较短。体体积大（密度小），叶轮直径一般较大而叶片较短。 叶片有平直、前弯和后弯几种形式。平直叶片一般用于低压叶片有平直、前弯和后弯几种形式。平直叶片一般用于低压 通风机；前弯叶片的通风机送风量大，但效率低；高效通风通风机；前弯叶片的通风机送风量大，但效率低；高效通风 机的叶片通常是后弯叶片。蜗壳的气体通道截面有矩形和圆机的叶片通常是后弯叶片。蜗壳的气体通道截面有矩形和圆 形两种，一般低、中压通风机多为矩形。形两种，一般低、中压通风机多为矩形。 2）离心通风机的性能参数与特性曲线）离心通风机的性能参数与特性曲线 主要

46、性能参数：主要性能参数： 风量风量V：气体通过体积流量（按气体通过体积流量（按 通风机进口状态计）。通风机进口状态计）。 风压风压HT（也称全风压）：单位（也称全风压）：单位 体积气体所获得的能量体积气体所获得的能量(N/m2) 。 轴功率和效率：轴功率和效率： N、 HT Hp N V N V HT V Hp V V 以通风机进口、出口为以通风机进口、出口为 1、2 截面列柏努利方程空气截面列柏努利方程空气 直接由大气吸入时直接由大气吸入时 u10，且（，且（z2-z1）可忽略，则：）可忽略，则： 2 2 21 2 pTk u HppHH 测定通风机特性曲线的依据 4）离心通风机的选择）离心

47、通风机的选择 根据管路布局和工艺条件，计算输送系统所需的实根据管路布局和工艺条件，计算输送系统所需的实 际风压际风压HT，并换算为实验条件下的风压，并换算为实验条件下的风压HT。 根据所输送气体的性质及所需的风压范围，确定风根据所输送气体的性质及所需的风压范围，确定风 机的类型。机的类型。 根据实际风量和实验条件下的风压，选择适宜的风根据实际风量和实验条件下的风压，选择适宜的风 机型号。机型号。 当当1.2kg/m3时，要核算轴功率时，要核算轴功率。 离心鼓风机与压缩机又称透平鼓风机和压缩机，其 结构类似于多级离心泵，每级叶轮之间都有导轮，工作原 理和离心通风机相同。离心压缩机的段与段之间设置

48、冷却 器，以免气体温度过高。 2.2.离心鼓风机与压缩机离心鼓风机与压缩机 2.3.2 旋转鼓风机与压缩机旋转鼓风机与压缩机 旋转鼓风机、压缩机与旋转泵相似，机壳内有一个或 两个旋转的转子，而没有活塞等活动装置。 旋转式设备的特点是：构造简单、紧凑，体积小，排气连 续而均匀，使用于所需压强不高而流量加大的情况。 1.罗茨鼓风机罗茨鼓风机 工作原理：工作原理：与齿轮泵相似。与齿轮泵相似。 结构：结构：由机壳和腰形转子组成。两转子由机壳和腰形转子组成。两转子 之间、转子与机壳之间间隙很小，无过之间、转子与机壳之间间隙很小，无过 多泄漏。多泄漏。 改变两转子的旋转方向，则吸入与排出改变两转子的旋转方

49、向，则吸入与排出 口互换。口互换。 特点：特点：风量与转速成正比而与出口压强无关，故出口阀不可风量与转速成正比而与出口压强无关，故出口阀不可 完全关闭，流量用旁路调节。应安装稳压气罐和安全阀。工完全关闭，流量用旁路调节。应安装稳压气罐和安全阀。工 作温度不能超过作温度不能超过 85，以防转子因热膨胀而卡住。，以防转子因热膨胀而卡住。 罗茨鼓风机的出口压强一般不超过罗茨鼓风机的出口压强一般不超过 80 kPa（表压）。（表压）。 液环压缩机又称纳氏泵。它主要由略似椭圆的外壳 和旋转叶轮组成，壳中盛有适量的液体。当叶轮旋转时， 由于离心力的作用，液体被抛向壳体，形成椭圆形的液环， 在椭圆形长轴两端

50、形成两个月牙形空隙。当叶轮回转一周 时，叶片和液环间所形成的密闭空间逐渐变大和变小各两 次，气体从两个吸入口进入机内，而从两个排出口排出。 2.3.3 往复式压缩机往复式压缩机 结构、工作原理与往复泵相似。结构、工作原理与往复泵相似。 但因气体密度小、可压缩的特性，决定了压缩机的但因气体密度小、可压缩的特性，决定了压缩机的 阀门更加轻巧、灵活。阀门更加轻巧、灵活。 压缩比不可过大，一般取压缩比不可过大，一般取 57 以内。超过此值，用多级压以内。超过此值，用多级压 缩。缩。 工作循环：工作循环： 压缩压缩排气排气膨胀膨胀吸气吸气 绝热压缩 等温压缩 吸气 排气 压缩 膨胀 p V1V4V3 1

51、.1.往复压缩机的工作过程往复压缩机的工作过程 1）理想压缩循环）理想压缩循环 等温压缩过程等温压缩过程 1 2 11 p pp p lnVpVdpW 2 1 绝热压缩过程绝热压缩过程 多变压缩过程多变压缩过程 用绝热压缩的公式计算，只是指数用绝热压缩的公式计算，只是指数k用多变指数用多变指数m代替代替 2.实际压缩循环实际压缩循环 在实际压缩循环中，若按多变压缩在实际压缩循环中，若按多变压缩 过程来考虑，活塞对气体所作的理过程来考虑，活塞对气体所作的理 论功为论功为 实际上排气时，活塞与气缸实际上排气时，活塞与气缸 盖之间必须留出很小的空隙，盖之间必须留出很小的空隙， 称为称为余隙余隙。 由余隙存在的理想气体由余隙存在的理想气体 的压缩循环称为实际压缩循的压缩循环称为实际压缩循 环。环。 3）余隙系数和容积系数）余隙系数和容积系数 （1 1） 余隙系数余隙系数 余隙体积V3与活塞一次扫过的体积（V1-V3）之比的百分率称为余隙系数， 用表示，即 （2） 容积系数容积系数0 压缩机一个循环吸入气体的体积（V1-V4）与活塞一次扫过体积（V1- V3）之比，称为容积系数，用0表示，即 又又 2往复压缩机的主要性能参数往复压缩机的主要性能参数 排气量排气量 往复压缩机的排气量又称压缩机的生产能力，它是指压缩机单位时往复压缩机的排气量又称压缩机的生产能力，它是指压