化工原理课件流体输送机械 201109-1

1、SCUT ，YangdongjieSCUT ，Yangdongjie问题 流体输送设备有何作用？流体输送设备有何作用？ 流体输送机械的种类？流体输送机械的种类？ 管路系统对输送机械有和要求？管路系统对输送机械有和要求？SCUT ，Yangdongjie 流体从流体从 低处低处 高处；高处； 低压处低压处 高压处；高压处； 所在地所在地 较远处；较远处； 需要对流体做功，增加流体的机械能需要对流体做功，增加流体的机械能。SCUT ，Yangdongjie根据泵的工作原理和结构分类 离心泵 漩涡泵 混流泵 轴流泵 往复泵 转子泵 齿轮泵、螺杆泵、罗茨泵、滑片泵 喷射泵、空气升液泵、电磁泵单吸泵、双

2、吸泵单级泵、多级崩蜗壳式泵、分段式泵立式泵、卧式泵屏蔽泵、磁力驱动泵高速泵单级泵、多级泵离心漩涡泵电动泵蒸汽泵柱塞泵 隔膜泵计量泵叶片式泵 容积式泵 其他类型泵泵第第2 2章章 流体输送机械流体输送机械2.1 概述概述2.2 离心泵离心泵2.3 其他类型泵其他类型泵2.4 气体输送机械气体输送机械 一、一、流体输送机械的作用流体输送机械的作用供料点供料点需料点需料点f22HgugpzH输送机械的作用：输送机械的作用： 对流体做功，使流体对流体做功，使流体EE流体的动能流体的动能， 或位能或位能，静压能，静压能，克服沿程，克服沿程阻力，或兼而有之阻力，或兼而有之 二、流体输送机械分类二、流体输送

3、机械分类 介质：介质：液体液体泵泵气体气体风机、压缩机风机、压缩机工作原理：工作原理： 离心式离心式 正位移式：往复式、旋转式正位移式：往复式、旋转式 其他（如喷射式）其他（如喷射式）2.2 离心泵离心泵2.2.1 离心泵的主要部件和工作原理离心泵的主要部件和工作原理2.2.2 离心泵的性能参数与特性曲线离心泵的性能参数与特性曲线2.2.3 离心泵的工作点和流量调节离心泵的工作点和流量调节2.2.4 离心泵的安装高度离心泵的安装高度2.2.5 离心泵的类型、选用、安装与操作离心泵的类型、选用、安装与操作School of Chemical and Energy Engineering, SCU

4、T ，Yangdongjie博学博学 慎思慎思 明辨明辨 笃行笃行离 心 泵 工 作 原 理kinetic energy (move the fluid)Static pressurePotential energyVacuum转动产生动能，碰到管壁动能转化为静压能，静压能又转化转动产生动能，碰到管壁动能转化为静压能，静压能又转化为位能使水沿壁面上升。边上水上升后，中心能减少，形成为位能使水沿壁面上升。边上水上升后，中心能减少，形成空隙，产生真空度，故在同一个大气压下，中心凹下去。空隙，产生真空度，故在同一个大气压下，中心凹下去。离心泵的外观离心泵的外观2.2.1 离心泵的主要部件和工作原理离

5、心泵的主要部件和工作原理School of Chemical and Energy Engineering, SCUT ，Yangdongjie博学博学 慎思慎思 明辨明辨 笃行笃行I. A rotating component comprised of an impeller and a shaft II. A stationary component comprised of a casing, and bearings. 一、离心泵主要部件一、离心泵主要部件1. 叶轮叶轮 impeller叶片（叶片（+ +盖板）盖板）high speed rotating4-84-8个叶片（前弯、后弯，

6、径向）个叶片（前弯、后弯，径向）液体通道液体通道。前盖板、后盖板，无盖板前盖板、后盖板，无盖板闭式叶轮闭式叶轮半开式半开式开式开式各种叶轮的功能：各种叶轮的功能：v开式叶轮可以输送含有杂质的污水或带有纤维的开式叶轮可以输送含有杂质的污水或带有纤维的液体。液体。v半开式叶轮用于输送易于沉淀或含固体颗粒的液半开式叶轮用于输送易于沉淀或含固体颗粒的液体。体。v闭式叶轮只能用于输送不含固体颗粒杂质的清洁闭式叶轮只能用于输送不含固体颗粒杂质的清洁液体。液体。 液体入口液体入口中心；出口中心；出口切线切线2. 泵壳泵壳泵体的外壳，包围叶轮泵体的外壳，包围叶轮截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道截面积逐渐扩大的蜗牛

7、壳形通道 3. 泵轴泵轴垂直叶轮面，叶轮中心垂直叶轮面，叶轮中心 集液作用、能量转换作用（动能集液作用、能量转换作用（动能 静压能）、静压能）、 4. 4. 轴封的作用轴封的作用消除轴向推力消除轴向推力机械密封与填料密封机械密封与填料密封6. 6. 导轮的作用导轮的作用减少能量损失减少能量损失 5. 5. 平衡孔的作用平衡孔的作用二、二、离心泵的工作原理离心泵的工作原理 1. 1. 原动机原动机轴轴叶轮，旋转叶轮，旋转离心力离心力叶片间液体叶片间液体中心中心外围外围液体被做功液体被做功 动能动能 高速离开叶轮高速离开叶轮泵壳：泵壳：液体的汇集与能量液体的汇集与能量的转换（动能的转换（动能静压能

8、静压能）离心泵装置简图离心泵装置简图1.排液过程排液过程2.吸液过程吸液过程 (a) 排出阶段排出阶段 叶轮旋转叶轮旋转( (产生离心力，使液体获得能量）产生离心力，使液体获得能量）流体流体流入涡壳流入涡壳( (动能动能静压能静压能) ) 流向输出管路。流向输出管路。 (b) 吸入阶段吸入阶段液体自叶轮中心甩向外缘液体自叶轮中心甩向外缘 叶轮中心形成叶轮中心形成低压区低压区 贮槽液面与泵入口形成压差贮槽液面与泵入口形成压差液体吸入泵内。液体吸入泵内。气缚现象气缚现象叶轮中心低压的形成叶轮中心低压的形成 ，液体高速离开，液体高速离开 p 泵内有气，泵内有气， 则则 泵入口压力泵入口压力 液体不能

9、吸上液体不能吸上气缚现象气缚现象若泵的吸入口位于贮槽液面的上方若泵的吸入口位于贮槽液面的上方，启动前需先灌启动前需先灌泵排气泵排气离心力过小离心力过小离心泵是一种没有自吸能力的液体输送机械离心泵是一种没有自吸能力的液体输送机械。2.2.2 2.2.2 离心泵的性能参数与特性曲线离心泵的性能参数与特性曲线一、离心泵的理论压头一、离心泵的理论压头叶片数叶片数 液体无环流液体无环流理想流体理想流体无能量损失无能量损失假定假定（2）扬程（压头）扬程（压头）Hl当当转速增加转速增加，圆周速度，圆周速度u2增加，离心泵增加，离心泵的的扬程增加扬程增加。l因为因为 ，当，当增加叶轮直径，扬增加叶轮直径，扬程

10、增加程增加。l扬程大小扬程大小与密度无关与密度无关6022nDugcuHT222cosp由速度三角形和泵的基本方程式得由速度三角形和泵的基本方程式得 离心泵叶轮的前弯和后弯，其流动角离心泵叶轮的前弯和后弯，其流动角2不同。因此不同。因此对扬程有不同的影响。当泵的几何尺寸和转速一定，对扬程有不同的影响。当泵的几何尺寸和转速一定，上式可变为上式可变为TQbDgctguguH2222222TBQAH式中式中 此式称为离心泵的理论特性曲线此式称为离心泵的理论特性曲线222222 bDgctguBguApH 与与QT呈直线关系。呈直线关系。 由于实际流体通过离心泵时，必然存在各种能量由于实际流体通过离心

11、泵时，必然存在各种能量损失，因此，实际压头小于理论压头，泵的实际特损失，因此，实际压头小于理论压头，泵的实际特性曲线（性曲线（HQ）是一条曲线。）是一条曲线。 流量与压头的关系流量与压头的关系 离心泵理论压头与实际压头qV,T ,qV 这是工厂水泵房。泵的流量多大？能将流体送到多高的位置，即泵的压头多少？消耗多大功率？机械效率多少？ 它们之间的关系如何？等等。 二、离心泵的主要性能参数二、离心泵的主要性能参数1. ( (叶轮叶轮) )转速转速n： 100010003000rpm3000rpm；2900rpm2900rpm常见常见 2. ( (体积体积) )流量流量Q: : m3/h，与叶轮结构

12、、尺寸和转速有关，与叶轮结构、尺寸和转速有关 3. 压头（扬程）压头（扬程）H： 1 1N N流体通过泵获得的机械能流体通过泵获得的机械能 J/N, m与与Q、叶轮结构、尺寸和、叶轮结构、尺寸和n有关有关。H z4. 轴功率轴功率N N：单位时间原动机输入泵轴的能量单位时间原动机输入泵轴的能量有效功率有效功率N Ne e：单位时间液体获得的能量单位时间液体获得的能量gHQNe扬程并不代表升举高度。扬程并不代表升举高度。实际压头由实验测定实际压头由实验测定。 5. 效率效率 ： = = Ne e/ /N 100%100%容积损失，水力损失，机械损失容积损失，水力损失，机械损失容积损失容积损失泵泄

13、漏造成的损失泵泄漏造成的损失机械损失机械损失机械摩擦引起的能量损失机械摩擦引起的能量损失水力损失水力损失由于流体的粘性产生的摩擦阻力和局由于流体的粘性产生的摩擦阻力和局部阻力损失。部阻力损失。一定转速下，前两种损失近似视为与流量无关，但一定转速下，前两种损失近似视为与流量无关，但水力损失则随流量的变化而变化。水力损失则随流量的变化而变化。因此效率随流量而因此效率随流量而变化。一般小型离心泵的效率为变化。一般小型离心泵的效率为50-70%，大型泵可达大型泵可达90%。三、离心泵的性能曲线三、离心泵的性能曲线HQNQ Q厂家实验测定厂家实验测定产品说明书产品说明书（a a）由厂家提供）由厂家提供

14、标准测定条件：标准测定条件： 常压、常压、20清水为工质；清水为工质；（b b）曲线与叶轮转数有关，故图中应标明转数）曲线与叶轮转数有关，故图中应标明转数。 离心泵典型的特性曲线FI-03FI-01FI-02离心泵性能曲线测定装置图Experiment 测定原理测定原理 guugppzzH2)(21221212 测定数据测定数据 数据：不同流量下的泵进、出口处压强、轴数据：不同流量下的泵进、出口处压强、轴功率功率NNe/NgHQ 绘制特性曲线绘制特性曲线guugppzzH2)(21221212计算计算 H、：/hm,3vqmH ,vqP vqH Qn一定一定Max.说明：说明：HQ曲线，曲线，

15、Q ，H 。Q 很小时可能例外很小时可能例外NQ曲线：曲线：Q ，N 。当当Q=0时，功率时，功率N最小。最小。泵要在泵要在Q=0启动，以减小启动电流防止损坏电机。启动，以减小启动电流防止损坏电机。 Q曲线曲线 ：小：小Q ， ；大大Q ， 。 maxmax泵的铭牌泵的铭牌与与 maxmax对应的性能参数对应的性能参数选型时选型时 maxmax 选用离心泵，尽可能在高效区内工作。选用离心泵，尽可能在高效区内工作。四、离心泵特性的影响因素四、离心泵特性的影响因素 1. 流体的性质：流体的性质：密度的影响：密度的影响： Q与与无关无关 HQ不变不变 H与与无关无关 Q不变不变 N与与成正比成正比

16、N-Q变化变化2222sinQD b C 222cos/Hu Cg g H QN 当运动粘度当运动粘度210-5 m2/s 用简图修正用简图修正 Q=CQQ H=CHH =C 查图得查图得CQ、CH、C粘度的影响：粘度的影响： ，（，（H，Q, ） ；N 小流量的离心泵的粘度换算系数图120CCqVCHeqV,s/m3.min-1He（单级）/mC CqV CHe 80402010630.040.060.080.120.160.40.30.21109070503010 0220013206603301768843104.310-6m2/s大流量的离心泵的粘度换算系数图1804653300880

17、176324.310-6m2/s0.41.02104010080609070503020CCqVCHe0.6qV,s1.2qV,sqV,s/m3.min-1He（单级）/mC CqV CHe 2. 转速转速比例定律比例定律1212nnQQ21212nnHH31212nnNN n 20%以内以内2 222sinQDbCn 2222cos/HuCgn 3gHQNn 3. 叶轮直径叶轮直径切割定律切割定律1212DDQQ21212DDHH31212DDNND - 10%以内以内2.2.3 离心泵的工作点和流量调节离心泵的工作点和流量调节问题：问题： 工作时，工作时，Q, H, N, =?2p112

18、2 1 1一、管路特性曲线一、管路特性曲线外加压头外加压头f22HgugpzHQ ，Hf ，H H Q管路特性管路特性( (方程方程) )( (管路流量管路流量所需外加压头所需外加压头) )管路压头损失管路压头损失25e22e82QdllggudllHf 管路管路& &流体一定流体一定Q于是于是)(0QfHH管路特性方程管路特性方程( (曲线曲线) )管路所需最小外加压头管路所需最小外加压头令令25e2282)(QdllgguQf gpzH0gpzH0曲线在曲线在H 轴上截距；轴上截距； 阻力平方区，阻力平方区， 与与Q无关，并忽略动能差无关，并忽略动能差20kQHH 5e28dllgk高阻管

19、路，曲线较陡；高阻管路，曲线较陡；低阻管路曲线较平缓。低阻管路曲线较平缓。 管路特性系数管路特性系数 PipelineSystem curve System curveoperating point二、离心泵的工作点二、离心泵的工作点泵的泵的HQ与管路的与管路的HQ曲线的交点曲线的交点说明说明工作点工作点泵的特性泵的特性 & & 管路的特性管路的特性工作点确定：工作点确定： 联解两特性方程联解两特性方程作图，两曲线交点作图，两曲线交点泵装于管路泵装于管路工作点工作点 （H, ,Q) )Q= =泵供流量泵供流量= =管的流量管的流量H= =泵供压头泵供压头= =流体的压头流体的压头工作点工作点（

20、Q, ,H, ,N, , ） 泵的实际工作状态泵的实际工作状态三、三、离心泵的流量调节离心泵的流量调节 改变流量改变流量改变泵的特性改变泵的特性改变工作点改变工作点改变改变管路特性管路特性关小出口阀关小出口阀 le e H ，Q 管特线变陡管特线变陡工作点左上移工作点左上移开大出口阀开大出口阀 le e H ，Q 管特线变缓管特线变缓1. 改变出口阀开度改变出口阀开度管路特性管路特性 g lossesenergy 2.Large . opration in econvenienc and Simple 1. hHHHf12Opening valveclosing valveOperating

21、pointdecrease speedincrease speed2. 改变叶轮转速改变叶轮转速改变泵的特性改变泵的特性n 泵泵HQ曲线上移曲线上移工作点右上移，工作点右上移， H ，Q 1212nnQQ21212nnHH31212nnNN3. 车削叶轮直径车削叶轮直径 1212DDQQ21212DDHHD 泵泵HQ曲线上移曲线上移工作点右上移，工作点右上移， H ，Q characteristic curveto decrease Dto increase D31212DDNN2.2.4 离心泵的安装高度离心泵的安装高度一、安装高度一、安装高度: : 问题：问题：液面到泵入口处的垂直距离液面

22、到泵入口处的垂直距离( (Hg g) )安装高度有无限制？安装高度有无限制？0-00-01-11-1，B.E.B.E. f211g02HgugpHgpHg ，则，则p1 当当p1 pv( (水饱和蒸汽压水饱和蒸汽压) )叶轮中心气化叶轮中心气化气泡气泡被抛向外围被抛向外围凝结凝结局部真空局部真空压力升高压力升高周围液体高速冲向气泡中心周围液体高速冲向气泡中心 撞击叶片撞击叶片( (水锤水锤) )产生剧烈的冲击，引起振动和噪音产生剧烈的冲击，引起振动和噪音 离心泵的汽蚀离心泵的汽蚀1100HgHg吸入管段吸入管段: 无外加机械能，液体靠势能差，吸离心泵无外加机械能，液体靠势能差，吸离心泵。 泵汽

23、蚀时的泵汽蚀时的特征特征 泵体振动、噪声大泵体振动、噪声大（600-25000Hz），）， H , Q, 严重时不送液严重时不送液。 主要危害主要危害 造成叶片损坏，离心泵不能正常操作。造成叶片损坏，离心泵不能正常操作。 汽蚀发生的位置汽蚀发生的位置 叶轮内压力最低处叶轮内压力最低处 (叶轮内缘叶轮内缘, 叶片背面叶片背面 K处处)。 汽蚀时叶轮内缘叶片背面汽蚀时叶轮内缘叶片背面示意图示意图容易发生容易发生气蚀的气蚀的K K处处汽蚀现象汽蚀现象 cavitation讨论讨论 1.气气蚀现象产生的原因：蚀现象产生的原因： 安装高度太高；安装高度太高； 被输送流体的温度太高，液体蒸被输送流体的温度

24、太高，液体蒸气气压过高；压过高； 吸入管路阻力或压头损失太高。吸入管路阻力或压头损失太高。 2. 计算出的计算出的Hgmax0, , 低于贮槽液面安装低于贮槽液面安装 3. Hgmax大小大小与与Q有关：有关： Q ，则，则Hgmax 。 4. 安装泵时为安全起见，安装泵时为安全起见，用可能的最大用可能的最大Q计算计算H Hgmaxgmax离心泵的汽蚀110Hg说明：为保证泵不发生汽蚀说明：为保证泵不发生汽蚀实际安装高度实际安装高度 Hg= H g允许-0.51问题：问题：Hg能否为负值 ？ 答答：可以。 例如，精馏塔裙座高8-10m。 （b）80，pv = 47.3kPa，=971.8kg/m3S=1NPSHA=1.56 NPSHR=5mHgpHggpNPSHvA56. 15 . 181. 92 .998103