01-02-《离心泵和压缩机》幻灯片

泵和压缩机王元教授西南石油大学石油工程学院泵和压缩机第一部分水力学基础

第二部分离心泵第一部分水力学基础

第一章液体的物理性质第二章液体的静止和平衡第三章液体流动的基本原理第一章液体的物理性质重度和密度液体的粘性动力粘度运动粘度1)重度和密度l

重度—单位体积内物体所具有的重力。单位是：牛顿/米3；量纲为[L-2MT-2]；在工程制单位中用公斤力/米3或克力/厘米3表示。(1-1)密度l密度ρ—单位体积内物体所具有的质量。

(1-3)

-重力与质量的关系：G=m*g(1-4)G—物体的重力（牛顿）；量纲为[LMT-2]；m—物体的质量（千克）或（公斤）；量纲为[M]；重度与密度的关系

g—重力加速度（米/秒2）该值在工程实用中认为是常数，可取g=9.81米/秒2。量纲为[LT-2]

-重度与密度的关系：γ=ρ*g(1—5)

2)液体的粘性

液体的粘性—液体分子间的内聚力的作用结果。内聚力大的液体，流动时需要克服的阻力大；表现出流动缓慢。l

动力粘度（绝对粘度）

（1—6）运动粘度γl

在工业上,多用毛细管粘度计等田间粘度来测定流体粘度的大小,通常用运动粘度来表示.所谓运动粘度γ是指动力粘度与密度ρ的比值。（1-7）第二章液体的静止和平衡一液体的静压及其特性l液体的静压力——液体在静止状态下，单位面积上所受的作用力。

l液体静压力基本方程（1-8）液体的静压力特性液体的静压力特性表现在下列两方面：l

液体静压力的方向只能垂直于容器的壁面，并且只能是压力；不是拉力。若是拉力时，液体在此拉力的作用下，会产生流动，液体的静止状态遭到破坏。l

静止液体内，在任意点的静压力的数值，在各方向上都相等。图1-1连通管的静水压相同图1-2简单测压管

2)液体静压力基本方程及其应用

解决静压力的计算问题实验观察结果：l

液体在管子底部所产生的静压力仅与液体的垂直高度有关。液体的垂直高度越高，则底部的静压力值就越大。l

液体的静压力与管子的形状无关。也就是说，静压力的数值与管子内液体的总重量多少无关。

静压力的计算公式l

在重力作用下，计算液体静压力的基本方程式。或者（1-9）绝对压力和相对压力标准绝对压力标准:以物理真空为标准点,即在物理真空状态下的压强为零压力.这样测得的压强称为绝对压强.绝对压强永远为正值(图1-3(a)).当地大气压记为0;类似于把水结冰时的温度定为00C);登高于当地大气压的压强值记做表压;低于当地大气压的压强值叫作真空度.可以理解为负的表压强.称为负压(图1-3(b)).标准大气压强值h=10mH2O柱h=760mmHg柱P=13600*0.76公斤/米=1.0336公斤/厘米2为方便常取1公斤/厘米2作为1个大气压强:h=1*104=0.736mHg柱国际单位制基本单位:长度单位:米质量单位:千克(公斤)时间单位:秒导出单位:力:牛顿;kg.m/s2压强应力:Pa;N/m2;帕能量功热:焦耳边J;N.m功率:瓦特W;J/S图1-3物理真空\绝对压力

和大气压的关系图(a)绝对压力=大气压+表压表压高于大气压力的任一压力真空度=大气压力-绝对压力低于大气压力的任一压力物理真空大气压力线大气压力图1-3绝对压强大气压

和真空度的关系图(b)当地大气压真空度绝对压强物理真空压强2.U形管压差计当气体压力大于大气压力时,U形管右侧液面要比左侧液面高出h一段,如图1-4(a)所示.当气体压力大于大气压力时,U形管右侧液面要比左侧液面高出h一段,如图1-4(b)所示.在A-A液面处有:

(表压)所以图1-4U形管压差计2.U形管压差计在B-B液面处有:

(表压)第三章液体流动的基本原理液体流动中的几个基本概念流量流速流体的流动类型稳定流动的连续性方程稳定流动的能量方程能量方程式的应用液体流动中的几个基本概念有效断(截)面积:d2/4(d为管道的内直径).流量:体积流量_用Q表示.单位是(米3/时)或(升/秒)重量流量-用G表示.单位是(牛顿/时)或牛顿/秒)换算关系:(1-10)液体流动中的几个基本概念流速:其数值大小表示了流体运动过程的快慢程度.流素的方向基本上平行于管道的轴线.平均流速:通过单位有效断面的体积流量.(米/秒)流体的流动类型

流体流动基本上分为两种类型.稳定流动不稳定流动.流体的流动类型稳定流:流动的水压力和流速,随时间的变化而始终不变。不稳定流:流动的水压力和流速,随时间的变化而变化.图1-5稳定流动和不稳定流动

稳定流动的连续性方程

液体流动有一个显著的特点就是流动的连续性.也就是说不论液体流过截面不同的管道或容器,它的流动过程是连续的,既不会断流,也不会堆积.只有流速有快慢的不同.液体连续的条件是:液体流经各个截面处,它的重量均相等.可用公式表示为:

稳定流动的连续性方程

G-通过任意截面处的重量流量,牛顿/秒或公斤力/秒;Q_通过任意截面处的体积流量,米3/秒或升/秒;(1-12)(1-13)图1-6连续流动不同截面处的能量方程式（一）液体的流动不仅与截面/流速有关部门,而且与液体流动时能量的变化有关部门.从能量的观点来分析,液体的流动遵循着能量守衡定律。不同截面处的能量方程式（二）理想液体因不考虑液体内部之间/液体和外界摩擦阻力损失而引起的能量转换.在选定的坐标系中,确定基线后,可以写出液体不同截面处的稳定流动的能量方程式-柏努利方程式。柏努利方程式柏努利方程式表示了液体稳定流动的基本原理.位置水头/压力水头和速度水头三项之和为某断面处的总能量,称为总水头.关于柏努利方程式的使用条件流体是不可压缩的理想流体;流体在重力作用下处于稳定流动流体在整个流动过程中,没有能量的输入和输出速度是有效截面处的平均流速柏努利方程式的物理意义流体受重力作用,在不同的高度具有不同的势能,用Z表示;流体具有静压能,流动着的液体,只有克服了这一部分静压能才能流动.用p/表示静压能;流体以速度向前运动,便具有动能.用2/2g表示速度头(能).液体流经不同有效截面处的能量方程式1公式中各符号意义同前.脚标1,2,….表示各个不同的有效断面的位置.液体流经不同有效截面处的能量方程式2液体流经不同有效截面处的能量方程式3由于是理想液体,不可压缩,重度不变,则有:在计算中有一个未知数边可以求解,计算出我们需要的参数来.能量方程的应用例1-求流速;并比较水在粗细管道中的流速.例2:利用虹吸原理的流动实际液体流动的能量方程(阻力损失h阻):图1-7利用虹吸原理的流动有泵管路系统中流动的能量方程若实际流体从低能量处流到高能量处,必须有外界向流体提供一定能量才有可能流动.这就需要用泵.设泵加入的能量为H泵.实际流体从一个截面到另一个截面的能量方程为:泵的扬程H泵根据方程(1-18)可以求得泵的扬程(泵应提供的能量)

(米)算例:计算泵的有效扬程.图1-8有泵系统管路第四章液体流动的能量损失液体的流动状态—层流和紊流沿程阻力损失的计算局部阻力损失的计算图1-9流动状态实验图液体的流动状态—层流和紊流根据图1-91、运动特点2、能量损失3、速度分布判断标准——雷偌数Re沿程阻力损失的计算影响沿程阻力损失大小的三个因素：1、管子长度越长，沿程阻力损失越大；2、管子直径越细，沿程阻力损失越大；3、流体的速度越大，沿程阻力损失越大。计算公式：米液柱（1-20）1、层流时的沿程阻力系数的确定（1-21）2、紊流时沿程阻力损失系数的计算（1）粗糙管紊流（Re>=8*104)，沿程阻力损失系数只与管壁粗糙度有关，与Re无关。（1-22）（2）光滑管紊流（2320<Re<8*104)（2）光滑管紊流（2320<Re<8*104)

(1-23)

局部阻力损失的计算(1-26)图1-10大容器进入管子时的值图1-11各种管阀箭的当量长度第二部分离心泵（一）第一章离心泵的分类第二章离心泵的主要零部件第三章离心泵的工作原理第四章离心泵的主要工作参数第五章

离心泵的基本方程第二部分离心泵（二）第六章液体所获能头的分析第七章有限叶片数对理论扬程的影响第八章离心泵的性能曲线第九章离心泵的功率和效率第十章离心泵的实际性能曲线第十一章离心泵的相似原理及应用第二部分离心泵（三）第十二章离心泵的汽蚀与吸入特性第十三章输送粘液时离心泵的特性换算第十四章离心泵的装置特性与工况调节第十五章离心泵的系列及选用引言管输流体机械泵和压缩机泵和压缩机容积式和速度式两大类各种常用泵的使用范围（图0-1）图0-1各种常用泵的使用范围第一章离心泵的分类(一)容积式—依靠工作容积的周期性变化，实现流体的增压和输送往复式活塞式隔膜式回转式各种常用泵和压缩机的使用范围第一章离心泵的分类(二)速度式叶片式（透平式、涡轮式）—依靠旋转的工作叶轮，将机械能传递给流体介质，并转化为流体的能头离心式混流式轴流式喷射式—喷射式泵：速度式泵。它没有叶轮，依靠一种介质的能量来输送另外一种流体介质

第一章离心泵的分类(三)

1按液体吸入叶轮方式单吸式泵双吸式泵2按叶轮级数单级泵多级泵图1-1双吸式离心泵第一章离心泵的分类(四)3按壳体剖分方式中开式分段式按壳体形式蜗壳泵双蜗壳泵图1-2分段式多级离心泵图1-3双涡室图1-4筒式泵结构图第二章离心泵的主要零部件(一)一、叶轮二、蜗壳、导叶及吸入室蜗壳导叶吸入室三、轴封装置1机械密封的工作原理2机械密封的分类图1-5离心泵的基本构件图1-6具有长短叶片的叶轮图1-7离心泵叶轮型式图1-8离心泵蜗壳形状图1-9流道式导叶图1-10径向式导叶图1-11吸入室图1-12带液封环的填料密封图1-13机械密封原理结构图图1-14动环受力分析第二章离心泵的主要零部件(二)3机械密封计算使用中的几个问题摩擦副的材料断面比压pb的选取平衡形式的选择pbV值的问题密封面宽度b的第二章离心泵的主要零部件(三)四、轴向力、径向力及平衡1轴向力及其平衡轴向力及其计算轴向力的平衡2径向力及其平衡径向力及其计算径向力的平衡

第三章离心泵的工作原理（一）

1、灌泵2、驱动机通过泵轴带动叶轮旋转，叶轮中的叶片面驱使液体一起旋转，因而产生离心力；3、在离心力作用下，液体沿叶片流道被甩向叶轮出口，液体从叶轮获得能量，使压力能和速度能增加。并流经蜗壳送入排出管。

第三章离心泵的工作原理（二）

4、在液体甩向叶轮出口的同时，叶轮入口中心处就形成了低压。在吸入罐和叶轮中心处的液体之间就产生了压差。5、叶轮在旋转过程中，一面不断地吸入液体，一面又不断地给吸于的液体以一定的能头，将液体排出。图1-15离心泵的一般装置示意图

第四章离心泵的主要工作参数

1流量2扬程3转速4功率5效率

第五章离心泵的基本方程

一、液体在叶轮中的流动—速度三角形二、离心泵的基本方程

第六章液体所获能头的分析

一、泵使液体获得能头的分析二、叶轮叶片型式对能头的影响第七章有限叶片数对理论扬程的影响一、液体在有限叶片数叶轮中的流动二、有限叶片数对理论扬程的影响第八章离心泵的性能曲线一、离心泵中的各种损失1流动损失摩阻损失冲击损失2流量损失3机械损失第九章离心泵的功率和效率1水力功率和水力效率2容积效率3机械损失功率与机械效率4泵的效率

第十章离心泵的实际性能曲线（一）

1H—Q性能曲线2N—Q性能曲线3η—Q性能曲线图1-16离心泵的性能曲线图1-17某一离心泵的基本特性第十章离心泵的实际性能曲线（二）4实际性能曲线的用途离心泵的H—Q性能曲线是选择泵和操作使用的主要依据。离心泵的N—Q性能曲线是合理选择驱动机功率和操作、启动泵的的主要依据。离心泵的η—Q性能曲线是检查泵工作经济性依据。图1-18三种H-Q特性比较

第十一章离心泵的相似原理及应用

第十二章离心泵的汽蚀与吸入特性第一节汽蚀概念第二节汽蚀余量第三节吸上真空度第四节吸入特性第五节离心泵的允许几何安装高度第六节提高离心泵抗汽蚀性能的措施

第一节汽蚀概念

1汽蚀现象2汽蚀对泵工作的影响噪音和振动对泵性能曲线的影响对叶轮材料的破坏第二节离心泵的汽蚀与吸入特性(一)一、汽蚀概念1汽蚀现象2汽蚀对泵工作的影响噪音和振动对泵性能曲线的影响对叶轮材料的破坏第二节离心泵的汽蚀与吸入特性(三)二、汽蚀余量1有效汽蚀余量Δha2泵必须的汽蚀余量Δhr三、吸上真空度HS四、吸入特性图1-19吸入装置图图1-20液流进入泵后

的能头变化第二节离心泵的汽蚀与吸入特性(四)五、离心泵的允许几何安装高度由[HS]确定泵的允许几何安装高度[Hg1]由[Δh]确定泵的允许几何安装高度[Hg1]六、提高离心泵抗汽蚀性能的措施第二节离心泵的汽蚀与吸入特性(五)适当加大叶轮吸入口直径D0和叶片入口边宽度b1采用双吸式叶轮采用合理的叶片进口边位置及前盖板形状第二节离心泵的汽蚀与吸入特性(六)采用诱导轮采用超汽蚀叶形的诱导轮采用抗汽蚀材料提高装置有效汽蚀余量Δha的措施

第十三章输送粘液时离心泵的特性换算

一、液体的粘度对离心泵性能参数的影响二、输送粘液时离心泵性能曲线的换算

第十四章离心泵的装置特性与工况