第二章流体输送机械(修改)

1、流体能否如此流动？流体能否如此流动？需要流体输送机械！需要流体输送机械！结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的械的操作原理、基本构造与性能操作原理、基本构造与性能，合理地，合理地选选择其类型、决定规格、计算功率消耗、正确择其类型、决定规格、计算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置安排在管路系统中的位置等等 。第一节第一节 概述概述 第二节第二节 离心泵离心泵 第三节第三节 其它类型泵其它类型泵 第四节第四节 气体输送和压缩设备气体输送和压缩设备 一、作用一、作用向流体作功以提高流体机械能：向流体作功以提高流体机械能：提高位能提高位能增加静压能增加静压能

2、克服流动阻力克服流动阻力二、分类二、分类 输送液体：泵输送液体：泵输送气体：风机或压缩机输送气体：风机或压缩机如：如：离心泵离心泵、往复泵、旋转泵和、往复泵、旋转泵和漩涡泵漩涡泵如：离心如：离心通风机通风机、罗茨鼓风机、罗茨鼓风机、往复压缩机等往复压缩机等动力式（或叶轮式）：利用高速旋轮动力式（或叶轮式）：利用高速旋轮的叶轮使流体动能增大，动能又继而的叶轮使流体动能增大，动能又继而转变为静压能。转变为静压能。包括包括离心式离心式、轴流式等、轴流式等容积式（或正位移式）：利用活容积式（或正位移式）：利用活塞或转子挤压使流体升压并推动塞或转子挤压使流体升压并推动其前进。其前进。包括包括往复式往复式

3、、旋转式、旋转式其它类型其它类型包括喷射式、流体作用式等包括喷射式、流体作用式等三、管路系统对输送机械的要求三、管路系统对输送机械的要求1.1.满足工艺上对流量和能量的要求满足工艺上对流量和能量的要求2.2.可适应物料的各种特性的要求可适应物料的各种特性的要求3.3.操作高效操作高效4.4.结构简单，操作方便结构简单，操作方便叶轮叶轮泵壳泵壳吸入口、吸入管吸入口、吸入管底阀底阀防止启动前灌入的液体从泵内流出防止启动前灌入的液体从泵内流出滤网滤网阻拦液体中的固体颗粒吸入而堵塞阻拦液体中的固体颗粒吸入而堵塞管道和泵壳。管道和泵壳。排出口、排出管排出口、排出管1 1. .叶轮叶轮 它通常由它通常由6

4、 61212片片后弯叶片后弯叶片所组成，本身被固定在所组成，本身被固定在泵轴上并随之旋转。泵轴上并随之旋转。 作用是将原动机的作用是将原动机的机械能直接传给液体机械能直接传给液体，以提高，以提高液体的静压能和动能。液体的静压能和动能。根据根据吸液方式分类：吸液方式分类：单吸式、双吸式单吸式、双吸式(a)后盖板平衡孔单吸式单吸式双吸式双吸式根据机械结构分类：根据机械结构分类：开式、半闭式、闭式开式、半闭式、闭式闭式叶轮：叶片两侧带有前后两块盖板，液体在两叶片间通闭式叶轮：叶片两侧带有前后两块盖板，液体在两叶片间通道内流动时无倒流现象，道内流动时无倒流现象，适于输送较清洁的流体，输送效率适于输送较

5、清洁的流体，输送效率高高，一般离心泵多采用这种叶轮。，一般离心泵多采用这种叶轮。半开式叶轮半开式叶轮( (半闭式叶轮半闭式叶轮) )：吸入口一侧无前盖板，：吸入口一侧无前盖板，适于输送适于输送含小颗粒的溶液，输送效率低含小颗粒的溶液，输送效率低。开式叶轮：没有前后盖板。开式叶轮：没有前后盖板。适于输送含大颗粒的溶液，效率适于输送含大颗粒的溶液，效率低。低。2 2. .泵壳泵壳 *泵壳的作用泵壳的作用 汇集液体汇集液体转能转能 * *导叶轮：导叶轮：动能动能静压能静压能减少能量损失减少能量损失3 3. .轴封装置轴封装置泵轴与泵壳之间的密封泵轴与泵壳之间的密封作用：作用： 防止高压液体漏出防止高

6、压液体漏出 防止外界气体漏入防止外界气体漏入分类：分类： 填料密封填料密封 机械密封机械密封 启动前，先在泵内启动前，先在泵内灌满要输送的液体灌满要输送的液体。启动泵后，泵轴。启动泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在此作用下，从叶带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，流速增大，流入泵壳压力增高，流速增大，流入泵壳。进入泵壳。在蜗壳中由于流道的逐渐扩大，又将大部分动能进入泵壳。在蜗壳中由于流道的逐渐扩大，又将大部分动能转变为静压强，使压强进一步提高，最终以较高的压强沿切转变为静压强，使压强进一步提高，最终以较高的压强

7、沿切向进入排出管道。向进入排出管道。 当液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心处形成了当液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心处形成了低低压压。在液面压强与泵内压强差的作用下，液体经吸入管路进。在液面压强与泵内压强差的作用下，液体经吸入管路进入泵的叶轮内，以填补被排除液体的位置。入泵的叶轮内，以填补被排除液体的位置。 只要叶轮旋转不停，液体就被源源不断地吸入和排出，只要叶轮旋转不停，液体就被源源不断地吸入和排出，这就是离心泵的工作原理。这就是离心泵的工作原理。 离心泵之所以能输送液体，主要是离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮依靠高速旋转叶轮所产生的离心力，所产生的离心力，因此称为因此称

8、为离心泵离心泵。气缚现象气缚现象 离心泵启动时，如果泵壳内存在离心泵启动时，如果泵壳内存在空气空气，由于空，由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离产生的离心力很小心力很小，叶轮中心处产生的，叶轮中心处产生的低压不足以造成吸上低压不足以造成吸上液体所需要的真空度液体所需要的真空度，这样，离心泵就无法工作，这样，离心泵就无法工作，这种现象称作这种现象称作“气缚气缚”。 为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一部装一止逆阀止逆阀。此外，在离心泵的出口管路上也。此外，在离心泵的出口管路上也装一装一调节阀调节阀，用

9、于开停车和调节流量。，用于开停车和调节流量。(1)(1)简化假设简化假设 a a叶片数目无限多，且无限薄，严格将流体限定在叶轮流道内；叶片数目无限多，且无限薄，严格将流体限定在叶轮流道内； b b流体为理想流体，无能量损失；流体为理想流体，无能量损失； (2)(2)液体质点的运动液体质点的运动 圆周运动圆周运动液体随叶轮一起旋转，圆周速度为液体随叶轮一起旋转，圆周速度为u u； 切向运动切向运动相对于叶轮的运动，相对速度相对于叶轮的运动，相对速度w w； 合成运动合成运动流体相对于壳体的运动，绝对速度流体相对于壳体的运动，绝对速度c c。1.1.液体在叶轮中的运动及其简化假液体在叶轮中的运动及

10、其简化假设设ucwwccrcuu液体质点在叶轮内的运动情况液体质点在叶轮内的运动情况uwc coscuucw2222各速度之间相互关系：各速度之间相互关系：如何用如何用、c cr r表示表示c cu u？urcuctg coscccu的圆周分量：的圆周分量： ctgcuccrucos(3) (3) 几何参数几何参数 叶片安装角叶片安装角: :相对速度相对速度w w与圆周速度与圆周速度u u反向延长线间的夹角。反向延长线间的夹角。 夹角夹角: :绝对速度绝对速度c c和圆周速度和圆周速度u u间的夹角。间的夹角。 sincccr的径向分量：的径向分量： 离心泵理想压头方程的推导c2w2u2cu2

11、cr222w1c1u1L2R2R1L1gCCgPPH2212212 列叶轮进、出口截面机列叶轮进、出口截面机械能衡算式，则有：械能衡算式，则有：包包括括两两部部分分为为静静压压头头增增量量，gPP 12gpgcHgpgc 222121222.2.离心泵基本方程的推导离心泵基本方程的推导(1).(1).离心力产生的压头离心力产生的压头H Hc cmRFcdd2 RRbmd 2d22 RRRbFcdd离心力：离心力：而而所以所以RbFpc 2ddRRpdd2 此离心力产生的压头变化为：此离心力产生的压头变化为：代入代入d dF Fc c，整理得：，整理得：离心力作功离心力作功 2121212RRp

12、pRRpppdd guugppHc2212212 )(212222RR Ru )(2212212uupp 因此，离心力所产生的压头为：因此，离心力所产生的压头为： ,gccgwwguuHT2222122222121221112121212 cosucucw又又gucucgucucHuuT1112221122 coscos,离心泵设计中，一般使离心泵设计中，一般使1 1=90=90o o，则，则coscos1 1=0=0，故有：，故有：gucgucHuT22222 cos,wccrcuu2222222222 cosucucw(2)(2)流道扩大引起的压头增高流道扩大引起的压头增高H Hp p g

13、wwHp22221 离心泵基本方程离心泵基本方程)(,TTQbDuugH2222221 ctg)(,泵泵结结构构，流流量量fHT3.3.离心泵基本方程的讨论离心泵基本方程的讨论(1)(1)离心泵理论流量离心泵理论流量Q QT T对理论压头对理论压头H HT,T,的影响的影响222rTcbDQ 222222bgDuBguk ctg;222bDQcTr 22222 ctgbDQucTu一定转速下，令：一定转速下，令：TTBQkH,基本方程式：基本方程式：(2)(2)泵理论压头与叶片弯曲方向的关系泵理论压头与叶片弯曲方向的关系 叶片形式：径向，前弯，后弯叶片形式：径向，前弯，后弯 902 无无关关与

14、与TQH902 增增加加随随TQH902 降降低低随随TQH22u2c2w22u2c2w222u2c2w22(a)(b)(c) 叶片弯曲方向及其速度三角形叶片弯曲方向及其速度三角形径向叶片：径向叶片：后弯叶片：后弯叶片：前弯叶片：前弯叶片：4. 4. 离心泵的效率和实际压头离心泵的效率和实际压头 实际压头实际压头 9090%NN%eTm100100有有效效功功率率理理论论功功率率 4.4.轴功率轴功率 指泵轴转动时所需要的功率，亦即电机提指泵轴转动时所需要的功率，亦即电机提供的功率，用供的功率，用N N表示，单位表示，单位kWkW。由于能量损失，轴功。由于能量损失，轴功率必大于有效功率，即率必

15、大于有效功率，即N N= =Ne/Ne/ 泵的轴功率与泵的结构、尺寸、流量、压头、转速泵的轴功率与泵的结构、尺寸、流量、压头、转速等有关。等有关。 10001029 81102eesSeNWwHe g VHQHQNHgQ.NeHQN 有有效效功功率率：管管路路：泵泵：功功率率：五、离心泵的特性曲线五、离心泵的特性曲线 1.1.特性曲线特性曲线 离心泵的离心泵的H H、 、 N N都与离心泵的都与离心泵的Q Q有关，它们之间的关系有关，它们之间的关系由由实验实验来测定，实验测出的一组关系曲线：来测定，实验测出的一组关系曲线： H HQ Q 、Q Q 、 N NQ Q 离心泵的特性曲线离心泵的特性

16、曲线 注意：特性曲线随转速而变。注意：特性曲线随转速而变。 各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状基本相似，具有共同的特点基本相似，具有共同的特点 H HQ Q曲线曲线：表示泵的压头与流量的关系，离心泵的表示泵的压头与流量的关系，离心泵的压头普压头普遍是随流量的增大而下降遍是随流量的增大而下降（流量很小时可能有例外）（流量很小时可能有例外） N NQ Q曲线：曲线：表示泵的轴功率与流量的关系，表示泵的轴功率与流量的关系，离心泵的离心泵的轴功率随流量的增加而上升，轴功率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小。流量为零时轴功率最小。 离心泵启

17、动时，应关闭出口阀，离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以使启动电流最小，以保护电机。保护电机。 Q Q曲线：曲线：表示泵的效率与流量的关系，表示泵的效率与流量的关系，随着流量的随着流量的增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再增增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再增大，效率便下降。大，效率便下降。 由离心泵的基本方程可知，离心泵的压头、流量均与由离心泵的基本方程可知，离心泵的压头、流量均与液液体的密度无关体的密度无关，说明，说明 离心泵特性曲线中的离心泵特性曲线中的HQHQ及及 QQ曲线保曲线保持不变。但离心泵所需的轴功率则随液体密度的增加而增加，持不变。但离心泵

18、所需的轴功率则随液体密度的增加而增加，即即 NQNQ曲线要变，此时泵的轴功率可按公式重新计算。曲线要变，此时泵的轴功率可按公式重新计算。(1)(1)流体密度的影响流体密度的影响(2)黏度的影响黏度的影响 液体粘度的改变将直接改变其在离心泵内的能量损失，因液体粘度的改变将直接改变其在离心泵内的能量损失，因此，此，HQHQ、NQNQ、 QQ曲线都将随之而变。当液体运动粘度曲线都将随之而变。当液体运动粘度 20cSt 20cSt时，离心泵的性能则需按下式进行换算，即：时，离心泵的性能则需按下式进行换算，即： 1.1.液体物性的影液体物性的影响响CHCHQCQHQ 大流量的离心泵的粘度换算系数图大流量

19、的离心泵的粘度换算系数图1804653300880176324.310-6m2/s0.41.02104010080609070503020CCqVCHe0.6qV,s1.2qV,sQ/m3.min-1He（单级）（单级）/mC CqV CHe 小小流量的离心泵的粘度换算系数图流量的离心泵的粘度换算系数图120CCqVCHeQs/m3.min-1He（单级）（单级）/mC CqV CHe 80402010630.040.06 0.080.12 0.160.40.30.21109070503010 0220013206603301768843104.310-6m2/s转速变化特性曲线变化，转速变化

20、特性曲线变化， 在转速变化小于在转速变化小于10%10%范围内范围内2.2.转速的影响转速的影响比例定律比例定律3.3.叶轮直径的影响叶轮直径的影响切割定律切割定律2121nnQQ22121)(nnHH32121)(nnNN22DDQQ222)(DDHH322)(DDNN减小叶轮直径特性参数随之而变，对叶轮圆周进行少量车削减小叶轮直径特性参数随之而变，对叶轮圆周进行少量车削在叶轮直径变在叶轮直径变化小于化小于10%10%当泵的叶轮直当泵的叶轮直径和其他尺寸径和其他尺寸均发生变化均发生变化222)(DDQQ322)(DDHH522)(DDNN1 1. .气蚀现象气蚀现象原因原因：叶片入口附近的最

21、低压强：叶片入口附近的最低压强 输送温度下液体的饱和蒸气压输送温度下液体的饱和蒸气压现象现象：噪声大、泵体振动，流量、：噪声大、泵体振动，流量、压头、效率都明显下降。严重时，压头、效率都明显下降。严重时，泵不泵不 能正常工作能正常工作防止措施防止措施：把离心泵安装在恰当：把离心泵安装在恰当的高度位置上，确保泵内压强最的高度位置上，确保泵内压强最低点处的静压超过工作温度下被低点处的静压超过工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压。输送液体的饱和蒸汽压。2.2.离心泵的允许吸上真空度离心泵的允许吸上真空度H HS S 测泵入口处的压强，然后在考虑一安全量，即为测泵入口处的压强，然后在考虑一安全量，即为泵入

22、口泵入口处允许的最低绝对压强处允许的最低绝对压强，以，以p p1 1表示。习惯上常把表示。习惯上常把p p1 1表示为真空表示为真空度，并以被输送液体的液柱高度为计量单位，称为允许吸上度，并以被输送液体的液柱高度为计量单位，称为允许吸上真空度，以真空度，以H HS S表示。表示。 H HS S是指压强为是指压强为p p1 1处可允许达到的最处可允许达到的最高真空度，表达式：高真空度，表达式：实验条件：大气压实验条件：大气压10mH10mH2 2O O，温度，温度2020，清水为介质。，清水为介质。当操作条件和输送液体与实验条件不符时，须换算当操作条件和输送液体与实验条件不符时，须换算：1aSp

23、pHg 31000100 249 81 10.vsSapHHH 3.3.允许气蚀余量允许气蚀余量NSPHNSPH 由于由于H HS S使用起来不便，有时引入另一表示气蚀性能的参使用起来不便，有时引入另一表示气蚀性能的参数，称为气蚀余量。以数，称为气蚀余量。以NSPHNSPH表示，其定义为：为防止气蚀发生，表示，其定义为：为防止气蚀发生，要求离心泵入口处静压头与动压头之和必须大于液体在输送温要求离心泵入口处静压头与动压头之和必须大于液体在输送温度下的饱和蒸汽压头的最小允许值，即：度下的饱和蒸汽压头的最小允许值，即： 21121122v vv vp pg gp pg gbbupNSPHggupNS

24、PHgg 说明说明NSPHNSPH通过实验测定，标示在泵样本、性能图或通过实验测定，标示在泵样本、性能图或气蚀性能图中。实验条件为气蚀性能图中。实验条件为2020清水，一般不用校正。清水，一般不用校正。允许吸上高度：指泵的吸入口与吸入贮允许吸上高度：指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可达到的最大垂直距离。槽液面间可达到的最大垂直距离。Hg1100如图示，以如图示，以0-00-0为基准面，在为基准面，在0-00-0，1-11-1间列柏努利方程：间列柏努利方程：20110 12gfppuHHgg 若贮槽通大气，则：若贮槽通大气，则：2110 12a agfppuHHgg (2)(2)用用允许气蚀余量允许气蚀余量NSPHNSPH表示安装高度表示安装高度HgHg1-aSppHg 2110 12-abgfppuHHgg 联立联立210 12-bgSfuHHHg 0 1-avgfppHNSPHHg 2110 12-abgfppuHHrgg 联立2112-bvuppNSPHrggrg 说明说明H Hg g安安H294kPa294kPa，x