第2章 流体输送机械

1、流体输送机械的作用：流体输送机械的作用： 采用流体输送机械操作的目的可能是为了提高流采用流体输送机械操作的目的可能是为了提高流体的动能、位能或静压能，或用于克服沿程的阻力，也体的动能、位能或静压能，或用于克服沿程的阻力，也可能几种目的兼而有之。可能几种目的兼而有之。 其直接表现为静压头的增大。其直接表现为静压头的增大。流体输送机械根据其作用的对象不同主要分为二大类：流体输送机械根据其作用的对象不同主要分为二大类： （1 1）对液体做功的输送机械）对液体做功的输送机械泵泵 （2 2）对气体做功的输送机械）对气体做功的输送机械风机、压缩机（通风机、压缩机（通风机、鼓风机、压缩机、真空泵）风机、鼓风

2、机、压缩机、真空泵） 泵、风机、压缩机的种类繁多。泵、风机、压缩机的种类繁多。本章主要以离心泵为本章主要以离心泵为研究对象。研究对象。 液体随叶轮旋转液体随叶轮旋转,在惯性离心在惯性离心力的作用下自叶轮中心被甩向外力的作用下自叶轮中心被甩向外周并获得了能量周并获得了能量,使流向叶轮外周使流向叶轮外周的液体的静压强提高，流速增大。的液体的静压强提高，流速增大。 液体离开叶轮进入蜗壳，因蜗液体离开叶轮进入蜗壳，因蜗壳内流道逐渐扩大而使流体速度壳内流道逐渐扩大而使流体速度减慢，液体的部分动能转换成静减慢，液体的部分动能转换成静压能。于是，具有较高压强的液压能。于是，具有较高压强的液体从泵的排出口进入

3、排出管路，体从泵的排出口进入排出管路，被输送到所需的管路系统。被输送到所需的管路系统。1 1叶轮，叶轮，2 2蜗壳形泵体（泵壳），蜗壳形泵体（泵壳），3 3泵轴，泵轴，4 4吸入管路，吸入管路，5 5底阀（单向底阀（单向阀）和滤网，阀）和滤网，6 6排出管路排出管路 123456 若在泵启动前，泵内没有液体，而是被气体填充，若在泵启动前，泵内没有液体，而是被气体填充，此时启动是否能够吸上液体呢？此时启动是否能够吸上液体呢？ 此时泵内充满气体（其密度远小于液体），叶轮转此时泵内充满气体（其密度远小于液体），叶轮转动产生的离心力小，即产生的真空度不够大，贮槽液面动产生的离心力小，即产生的真空度不够

4、大，贮槽液面与泵吸入口间的压力差小，不足以克服流体在吸入管路与泵吸入口间的压力差小，不足以克服流体在吸入管路中的阻力损失以及液体位能的变化而吸上液体，这种现中的阻力损失以及液体位能的变化而吸上液体，这种现象称为象称为“气缚气缚”现象。因此在离心泵启动之前，我们必现象。因此在离心泵启动之前，我们必须进行须进行灌泵灌泵操作（使泵内充满被输送的液体）。操作（使泵内充满被输送的液体）。 开式开式半开式半开式闭式闭式图图2-2 2-2 离心泵叶轮离心泵叶轮2.1.2 离心泵的基本方程离心泵的基本方程假设：假设： （1）叶轮内叶片数目无穷多，叶片的厚度无穷小）叶轮内叶片数目无穷多，叶片的厚度无穷小,即叶片

5、没有厚度；即叶片没有厚度； （2）液体为粘度等于零的理想流体。）液体为粘度等于零的理想流体。c2w2u2前弯前弯后弯后弯r22c1w1u1图图2-5 2-5 液体在离心泵中流动的速度三角形液体在离心泵中流动的速度三角形122 2 1 1 122222222222cot2)(/1sin2/cosgbQrgHcbrQgcuH离心泵的理论压头离心泵的理论压头根据装置角根据装置角2的大小，叶片形状可分为三种：的大小，叶片形状可分为三种：2c22w2u2(a)(a)20，Q，H 22w2c2u2(b)(b)2= 90o为径向叶为径向叶片，片，cot2 =0，H不随不随Q变化变化2c22w2u2(c)(c

6、) 2 90o为前弯为前弯叶片，叶片，cot2 n2改变泵的特性曲线改变泵的特性曲线A A2 2Q23.离心泵的联用离心泵的联用 (1)离心泵的并联操作离心泵的并联操作 离心泵离心泵并联并联时，泵在同一压头下工作，两台并时，泵在同一压头下工作，两台并联泵的流量等于单台泵的两倍。联泵的流量等于单台泵的两倍。据此，并联离心泵组的据此，并联离心泵组的H-Q特性曲线如图所示。特性曲线如图所示。离心泵的并联离心泵的并联离心泵的串联离心泵的串联12 现象：现象：噪声大、泵体振动噪声大、泵体振动, ,流量、压头、效率都明显下降。严重流量、压头、效率都明显下降。严重 时时, ,泵不能正常工作。泵不能正常工作。

7、 防止措施：防止措施：把离心泵安装在恰当的高度位置上把离心泵安装在恰当的高度位置上, ,确保泵内压强最确保泵内压强最 低点处的静压超过工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压低点处的静压超过工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压。zs 汽蚀余量为离心泵的入口处的静压头与动压头之汽蚀余量为离心泵的入口处的静压头与动压头之和超过被送液体在操作温度下的饱和蒸汽压头和超过被送液体在操作温度下的饱和蒸汽压头之值之值。而离心泵的而离心泵的允许（必需）汽蚀余量允许（必需）汽蚀余量则为汽蚀余量则为汽蚀余量的最低允许值，用的最低允许值，用(NPSH)r表示表示:gpgugpNPSH 2211gpgugpNPSHr )2()(

8、21min, 110,21min, 10,2 frgHgugppH （三）离心泵的允许安装高度（三）离心泵的允许安装高度5 . 0)(10,0, frvrgHNPSHgppH 即即gpNPSHgugpr )()2(21min, 1考虑安全余量，实际安装高度应比允许值低考虑安全余量，实际安装高度应比允许值低0.5m，（四）离心泵的安装与运转（四）离心泵的安装与运转（1）安装：）安装：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。设法尽量减少吸入管路的阻力，以减少发生汽蚀的设法尽量减少吸入管路的阻力，以减少发生汽蚀的可能性。主要考虑：吸入管路应短而直；吸入管路的直可能性

9、。主要考虑：吸入管路应短而直；吸入管路的直径可以稍大；吸入管路减少不必要的管件；调阀应装于径可以稍大；吸入管路减少不必要的管件；调阀应装于出口管路。出口管路。（2）操作：）操作：启动前应灌泵，并排气；启动前应灌泵，并排气；应在出口阀关闭的情况下启动泵；应在出口阀关闭的情况下启动泵；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；经常检查轴封情况。经常检查轴封情况。 类型类型 根据被输送液体的性质确定泵的类型；根据被输送液体的性质确定泵的类型； 根据管路系统的性质和工艺要求确定流量和压头根据管路系统的性质和工艺要求确定流量和压头（应以生产中可能出

10、现的最大流量计算）（应以生产中可能出现的最大流量计算）； 根据所需流量和压头确定泵的型号根据所需流量和压头确定泵的型号（所选泵的流（所选泵的流量与扬程应比工艺要求略高，有一定的余量；但余量又量与扬程应比工艺要求略高，有一定的余量；但余量又不宜太大，否则回远离高效区，效率低；对多台泵都合不宜太大，否则回远离高效区，效率低；对多台泵都合适的情况下选择操作条件下效率最高的）适的情况下选择操作条件下效率最高的）； 校核和最终选型：校核和最终选型：工作点是否在高效率区，汽蚀工作点是否在高效率区，汽蚀余量是否符合要求；当几种型号的泵均可用时，应选择余量是否符合要求；当几种型号的泵均可用时，应选择综合指标高

11、者。综合指标高者。例：例：用用1084的热轧无缝钢管将经沉淀处理后的河水引入的热轧无缝钢管将经沉淀处理后的河水引入一贮水池，最大输水量为一贮水池，最大输水量为60m3/h，正常输水量为正常输水量为50m3/h.池池中最高水位高于河水面中最高水位高于河水面15m，泵中心（吸入口处）高出河面，泵中心（吸入口处）高出河面2.0m，管路总长，管路总长140m，其中吸入管总长，其中吸入管总长30m（均包括局部（均包括局部阻力的当量长度），钢管的磨擦系数阻力的当量长度），钢管的磨擦系数0.028，河水冬季水，河水冬季水温温10，夏季为，夏季为25 ，密度取，密度取1000kg/m3，当地大气压强为，当地大

12、气压强为98kPa； (1)试选一台合适的离心泵；试选一台合适的离心泵；(2)校核泵的安装高度校核泵的安装高度泵的性能参数如下表：泵的性能参数如下表：feHgugpzH22gudllHef2)(2smdVus/12. 210. 0785. 03600/60785. 022531063. 1103 . 1100012. 210. 0Redu管壁的相对粗糙度为管壁的相对粗糙度为/d=0.4/100=0.004/d=0.4/100=0.004，=0.028=0.028，则，则所以，所以，He=15+9=24m,He=15+9=24m,选用选用IS8065160更为适宜，其原因是：更为适宜，其原因是：

13、a、在泵正常流量与最大流量下效率都较高；、在泵正常流量与最大流量下效率都较高；b、流量和扬程有、流量和扬程有一定裕度，调节余地大；一定裕度，调节余地大；c、电机功率匹配适当，可长期在较、电机功率匹配适当，可长期在较高的功率因数下运转。然后还应当校核泵的安装高度是否满足高的功率因数下运转。然后还应当校核泵的安装高度是否满足要求。要求。（2）校核安装高度）校核安装高度 要求安装高度为要求安装高度为2.0m，允许安装高度为，允许安装高度为式中，式中，p p0 0=98kPa=98kPa，由表查，按，由表查，按2525查得水的饱和蒸汽压为查得水的饱和蒸汽压为3.1673.167kPa，mHf0 . 9

14、81. 9212. 210. 0140028. 02)10(0,)(frvrgHNPSHgpgpHmNPSHr0 . 3)(mgudllHef92. 181. 9212. 210. 030028. 02)(22)10(吸则允许安装高度为则允许安装高度为故此型号的泵合用，但其进口内径为故此型号的泵合用，但其进口内径为80mm，出口内径为，出口内径为65mm。因此进出口都应使用锥形管同。因此进出口都应使用锥形管同1084管相连接。管相连接。m0 . 275. 492. 11 . 381. 9100010167. 381. 91000109833,mHrg 往复泵的结构如图所示，主往复泵的结构如图所

15、示，主要部件包括：泵缸；活塞；活塞要部件包括：泵缸；活塞；活塞杆；吸入阀、排出阀。其中吸入杆；吸入阀、排出阀。其中吸入阀和排出阀均为单向阀阀和排出阀均为单向阀。 往复泵装置简图往复泵装置简图 1-泵缸泵缸; 2-活塞活塞; 3-活塞杆活塞杆; 4-吸入阀吸入阀; 5-排出阀排出阀 也叫正位移泵，依靠容积变也叫正位移泵，依靠容积变化原理工作，按照运动方式分为化原理工作，按照运动方式分为往复式和转动式。往复式和转动式。 往复泵的理论流量是由单位时间内活塞扫过的往复泵的理论流量是由单位时间内活塞扫过的体积决定的，而与管路的特性无关。体积决定的，而与管路的特性无关。而往复泵提供而往复泵提供的压头则只与

16、管路的情况有关，与泵的情况无关，的压头则只与管路的情况有关，与泵的情况无关，管路的阻力大，则排出阀在较高的压力下才能开启，管路的阻力大，则排出阀在较高的压力下才能开启，供液压力必然增大；反之，压头减小。这种压头与供液压力必然增大；反之，压头减小。这种压头与泵无关，只取决定管路情况的特性称为正位移特性。泵无关，只取决定管路情况的特性称为正位移特性。 计量泵主要应用在一些要求精确地输送液体至计量泵主要应用在一些要求精确地输送液体至某一设备的场合，或将几种液体按精确的比例输送。某一设备的场合，或将几种液体按精确的比例输送。 2.2.4 齿轮泵齿轮泵齿轮泵齿轮泵 齿轮泵的结构如图所示。泵壳内有两个齿轮

17、齿轮泵的结构如图所示。泵壳内有两个齿轮, ,一个一个用电动机带动旋转用电动机带动旋转, ,另一个被啮合着向相反方向旋转。另一个被啮合着向相反方向旋转。吸入腔内两轮的啮相互拨开吸入腔内两轮的啮相互拨开, ,于是形成低压而吸入液体；于是形成低压而吸入液体；被吸入的液体被齿嵌住被吸入的液体被齿嵌住, ,随齿轮转动而到达排出腔。排随齿轮转动而到达排出腔。排出腔内两齿相互合拢出腔内两齿相互合拢, ,于是形成高压而排出液体。于是形成高压而排出液体。 螺杆泵螺杆泵 螺杆泵效率高，噪音小，适螺杆泵效率高，噪音小，适用于在高压下输送粘稠性液用于在高压下输送粘稠性液体，并可以输送带颗粒的悬体，并可以输送带颗粒的悬

18、浮液。浮液。2.2.6 2.2.6 容积式泵的流量调节容积式泵的流量调节 离心泵可用出口阀门来调节流量，但对容积式泵此离心泵可用出口阀门来调节流量，但对容积式泵此法却不能采用，其原因何在呢？法却不能采用，其原因何在呢？ 因为容积式泵活塞往复运动或转子以一定转速旋转，因为容积式泵活塞往复运动或转子以一定转速旋转，就要排出一定体积的液体。其流量与管路特性无关，安就要排出一定体积的液体。其流量与管路特性无关，安装调节阀非但不能改变流量（装调节阀非但不能改变流量（QvASn），而且还会），而且还会造成危险，一旦出口阀门完全关闭，泵缸内的压强将急造成危险，一旦出口阀门完全关闭，泵缸内的压强将急剧上升，导

19、致机件破损或电机烧毁。因此，剧上升，导致机件破损或电机烧毁。因此，提醒大家注提醒大家注意：意：往复泵启动时一定要打开出口阀（与离心泵相反），往复泵启动时一定要打开出口阀（与离心泵相反），而且也不能用关小出口阀的方法调节流量。那么，往复而且也不能用关小出口阀的方法调节流量。那么，往复泵的流量调节用什么方法呢？泵的流量调节用什么方法呢？（1）用旁路阀调节流量。）用旁路阀调节流量。 （2）改变转速。）改变转速。 2.3 2.3 各类泵在化工生产中的应用各类泵在化工生产中的应用 （1 1）离心泵）离心泵 靠高速回转的叶轮完成输送任务，故靠高速回转的叶轮完成输送任务，故易于达到大流量，较难产生高压头。离

20、心泵适用性广，易于达到大流量，较难产生高压头。离心泵适用性广，价格低廉，得到广泛应用。价格低廉，得到广泛应用。 （2 2）往复泵）往复泵 靠往复运动的柱塞挤压排送液体，因靠往复运动的柱塞挤压排送液体，因而易于获得高压头而难以获得大流量。流量较大的往复而易于获得高压头而难以获得大流量。流量较大的往复泵设备庞大，造价昂贵。泵设备庞大，造价昂贵。 （3 3）旋转泵（齿轮泵、螺杆泵等）旋转泵（齿轮泵、螺杆泵等） 靠挤压作用产靠挤压作用产生压头，输液腔一般很小，故只适用于流量小而压头较生压头，输液腔一般很小，故只适用于流量小而压头较高的场合，对高粘度料液尤其适用。高的场合，对高粘度料液尤其适用。气体输送

21、气体输送-风机；风机；产生高压气体产生高压气体-压缩机；压缩机；产生真空产生真空-真空泵。真空泵。1气体输送机械在工业生产中的应用气体输送机械在工业生产中的应用2气体输送机械的一般特点气体输送机械的一般特点动力消耗大；动力消耗大；气体输送机械体积一般都很庞大，对出口压力高气体输送机械体积一般都很庞大，对出口压力高 的机械更是如此；的机械更是如此；由于气体的可压缩性，故在输送机械内部气体压由于气体的可压缩性，故在输送机械内部气体压 力变化的同时，体积和温度也将随之发生变化。力变化的同时，体积和温度也将随之发生变化。 这些变化对气体输送机械的结构、形状有很大影这些变化对气体输送机械的结构、形状有很

22、大影 响。响。 离心式通风机的结构和工作原理离心式通风机的结构和工作原理 离心通风机及叶轮离心通风机及叶轮1机壳机壳; 2叶轮叶轮; 3吸入口吸入口; 4排出口排出口ksftppupphuuppzzgp 2)(2)()()(221221221212 （2-232-23）ksftppupphuuppzzgp 2)(2)()()(221221221212 （2-17a2-17a）说明说明: 从该式可以看出，通风机的全风压由两部分组成，从该式可以看出，通风机的全风压由两部分组成，一部分是进出口的静压差，习惯上称为一部分是进出口的静压差，习惯上称为静风压静风压；另一部分；

23、另一部分为进出口的动压头差，习惯上称为为进出口的动压头差，习惯上称为动风压。动风压。 在离心泵中，泵进出口处的动能差很小，可以忽略。在离心泵中，泵进出口处的动能差很小，可以忽略。但对离心通风机而，其气体出口速度很高，动风压不仅不但对离心通风机而，其气体出口速度很高，动风压不仅不能忽略，且由于风机的压缩比很低，动风压在全压中所占能忽略，且由于风机的压缩比很低，动风压在全压中所占比例较高。比例较高。 1000 tpQN（4 4）特性曲线）特性曲线：与离心泵一样，离心通风机的特与离心泵一样，离心通风机的特性参数也可以用特性曲线表示。特性曲线由离心性参数也可以用特性曲线表示。特性曲线由离心泵的生产厂家

24、在泵的生产厂家在1atm1atm、2020的条件用空气测定，的条件用空气测定，主要有主要有 Q Q、 Q Q、N NQ Q和和 四条曲线。四条曲线。0tp0stpQ 离心式通风机特性曲线离心式通风机特性曲线0.ttppEB 2 .100tttppp 3.3.根据按入口状态计的风量和校正后的全风压在根据按入口状态计的风量和校正后的全风压在产品系列表中查找合适的型号。产品系列表中查找合适的型号。 例：例：空气最大的输送量为空气最大的输送量为14500kg/h,在此风量下输在此风量下输送系统所需全风压（表压）为送系统所需全风压（表压）为1600kPa（以风机入口（以风机入口状态计），入口温度为状态计

25、），入口温度为40。试选一台合适的离心通。试选一台合适的离心通风机。已知当地大气压强为风机。已知当地大气压强为9595kPa。解解（1）计算入口条件下的空气流量）计算入口条件下的空气流量Q 入口条件下的空气密度可按理想气体计算入口条件下的空气密度可按理想气体计算则入口条件下的空气流量为则入口条件下的空气流量为（2）已知入口条件下的全风压）已知入口条件下的全风压Pt=1600Pa(表压），换算为表压），换算为标准条件下的全风压标准条件下的全风压Pt033/059. 13138314291095mkgRTpMhmWQs/10369. 1059. 11450034Pattppppaatt182329

26、3313953 .1011600273273000结构特点结构特点:外形外形 离心泵，离心泵，蜗壳形通道常为圆形蜗壳形通道常为圆形 ，外壳外壳直径与厚度之比较大直径与厚度之比较大 ，叶片数目较多，叶片数目较多 ；转速较高转速较高 ，叶轮外周都装有导论叶轮外周都装有导论 。选型方法与离心通风相同。选型方法与离心通风相同。(1)离心鼓风机离心鼓风机单级出口表压多在单级出口表压多在30kPa以内；多级可达以内；多级可达0.3MPa (2)(2)离心压缩机离心压缩机 均为多级，各级叶轮直径递减；流量可达几十万均为多级，各级叶轮直径递减；流量可达几十万m3/h，出口压力达几十，出口压力达几十MPa。具有

27、体积和重量小、流。具有体积和重量小、流量大、供气均匀、运转平稳、维护方便等特点。量大、供气均匀、运转平稳、维护方便等特点。已有取代往复式压缩机的趋势。已有取代往复式压缩机的趋势。 2.4.2 2.4.2 罗茨鼓风机罗茨鼓风机 罗茨鼓风机的结构如图示，罗茨鼓风机的结构如图示，其工作原理与齿轮泵极为相似。其工作原理与齿轮泵极为相似。 罗茨鼓风机属于罗茨鼓风机属于正位移正位移型，型，其风量与转速成正比，而与出口其风量与转速成正比，而与出口压强无关。罗茨鼓风机的风量为压强无关。罗茨鼓风机的风量为2 500m3/min，出口压强不超过，出口压强不超过80kPa。罗茨鼓风机的。罗茨鼓风机的出口应安出口应安装稳压气柜与安全阀，流量用旁装稳压气柜与安全阀，流量用旁路调节。出口阀不可完全关闭。路调节。出口阀不可完全关闭。气体温度气体温度 8585否则转子会因受热臌胀而卡住。否则转子会因受热臌胀而卡住。 11)()(11241111212kkkkppkkVVpWppTT不考虑余隙的影响，多变压缩后：不考虑余隙的影响，多变压缩后：2.4.3 往复式压缩机往复式压缩机 工作原理和基本结构与往复泵相似。但因为气体的密工作原理和基本结构与往复泵相似。但因为