36流体输送机械课件

3.6流体输送机械流体输送机械——为流体提供机械能的机械设备输送液体的机械——泵输送气体的机械——压缩机或风机（负压条件下工作的压缩机称为真空泵）3.6流体输送机械流体输送机械——输送液体的机械——泵1泵与压缩机可分为（按其工作原理）：⑴离心式、轴流式(统称叶轮式)利用高速旋转的叶轮使流体获得动能并转变为静压能⑵容积式或正位移式(往复式、旋转式)利用活塞或转子的周期性挤压使流体获得静压能与动能⑶流体动力式利用流体高速喷射时动能与静压能相互转换的原理吸引输送另一种流体。本节以离心泵为代表重点讨论其工作原理、结构和工作特性。泵与压缩机可分为（按其工作原理）：本节以离心泵为代表重点讨论2离心式、轴流式图3-17离心泵的构造与工作原理简图

1－叶轮2－泵壳3－泵轴

4－吸入管路5－底阀6－排出管路离心式、轴流式图3-17离心泵的构造与工作原理简图

1－叶轮3容积式或正位移式(往复式、旋转式)容积式或正位移式(往复式、旋转式)4流体动力式流体动力式53.6.1

离心泵离心泵的关键部件：高速旋转的叶轮(通常6～8片)——给能部件固定的泵壳（蜗壳流道）——转能部件离心泵的特点:

泵的流量与压头灵活可调输送量稳定适用介质范围广

3.5.1.1

离心泵的工作原理离心泵的工作过程：液体从低压吸入管路连续地进入叶轮叶轮向液体提供能量蜗壳内液体的动能转换为静压能气缚现象3.6.1

离心泵离心泵的关键部件：离心泵的特点:3.56一、离心泵的理论流量图3-18叶轮的几何参数与液流速度三角形：随叶轮旋转的切向速度(又叫牵连速度)

切向速度(牵连速度)相对速度液体在叶轮中的绝对速度cr2cr1D1、D2—叶轮进、出口的直径b1、b2—叶轮进、出口处流道的宽度1、2—叶片厚度占据空间使流道面积减小的系数

叶轮进、出口处流道的面积b

:叶轮的转速

r:液体所在位置的半径

：沿叶片表面相对于叶轮的相对速度(方向为流体质点所在叶片处的切线方向)相对于叶轮的径向流速一、离心泵的理论流量图3-18叶轮的几何参数与液流速度三角7图3-18叶轮的几何参数与液流速度三角形切向速度(牵连速度)相对速度液体在叶轮中的绝对速度cr2cr1离心泵的理论流量与液体径向流速的关系:

相对于叶轮的径向流速叶轮进、出口处的速度三角形的确定：*设叶轮为叶片数无限多的理想叶轮(流体运动轨迹与叶片的形状完全一致）*速度三角形的底边

和高cr*叶轮上叶片的安置角b（相对速度与牵连速度的反方向的夹角） 泵的流量、压头和功率与速度三角形的大小和形状直接相关

三角形的余弦定理Backto10图3-18叶轮的几何参数与液流速度三角形切向速度(牵连速度8二、离心泵的理论压头在叶轮进出口截面列柏努利方程泵的理论压头或扬程图3-18叶轮的几何参数与液流速度三角形切向速度(牵连速度)相对速度液体在叶轮中的绝对速度cr2cr1相对于叶轮的径向流速*以叶轮中心线为轴线、且随叶轮一起匀速旋转的柱坐标系*离心力场作用下的理想流体在该坐标系中的运动规律服从欧拉方程(2.3-24)

*在旋转坐标系中液体的速度为*液体所受的体积力主要是半径方向的离心力

(重力的作用已忽略不计)类似于重力场中理想流体柏努利方程的推导方法(见式2.3-52～57)Backto10二、离心泵的理论压头在叶轮进出口截面列柏努利方程泵的理论压头9液体在叶轮上沿叶片运动dt时间内获得动能的增量

从叶轮的入口到出口积分

以叶轮进、出口速度三角形参数表达的离心泵理论压头公式Goto9Goto8液体在叶轮上沿叶片运动dt时间内获得动能的增量从叶轮的入口10入口速度三角形的夹角a1=90o(称为无预旋进液,理论压头H最大)图3-18叶轮的几何参数与液流速度三角形cr2cr1三、影响离心泵理论压头的因素无预旋进液的离心泵理论压头与理论流量及出口处叶片几何参数的关系。b2又称为叶片的离角或流动角

入口速度三角形的夹角a1=90o图3-18叶轮的几何参数11图3-19叶片的形状对理论压头的影响b2=900，径向叶片，ctgb2=0，H与qV无关；b2<900，后弯叶片，

ctgb2>0,H随qV增加而减少；b2>900，前弯叶片ctgb2<0,H随qV增加而增加。图3-19叶片的形状对理论压头的影响b2=900，径向叶121.

离心泵的特性曲线离心泵的主要性能参数:

流量qV

压头(扬程)H轴功率N效率

离心泵的特性曲线:H—qV曲线

N—qV曲线

—qV曲线

离心泵的扬程(压头)H

——在工作条件下离心泵对单位重量的流体所能提供的机械能，m液柱。H的大小取决于泵的结构、尺寸、转速和泵的流量。离心泵的流量qV——在单位时间里，离心泵排到管路系统的液体体积，M3/s或M3/h。qV的大小取决于泵的结构、尺寸、转速和泵的压头。离心泵的效率——有效功率与轴功率的比值离心泵的轴功率N——电机输入到泵轴的功率离心泵的有效功率Ne——流体从泵获得的实际功率1.

离心泵的特性曲线离心泵的主要性能参数:离心泵的特性13

*

值反映了离心泵运转过程中的能量损失，主要包括：

容积损失——一部份已获得能量的高压液体由叶轮出口处通过叶轮与泵壳间的缝隙或从平衡孔漏返回到叶轮入口处的低压区造成的能量损失。

水力损失——进入离心泵的粘性液体在整个流动过程中产生的摩擦阻力、局部阻力以及液体在泵壳中由冲击而造成的能量损失。

机械损失——泵轴与轴承之间、泵轴与密封填料之间等产生的机械摩擦造成的能量损失。容积效率ηv机械效率ηm水力效率ηh离心泵效率η=

ηv·ηh·ηm*值反映了离心泵运转过程中的能量损失，14一定转速下：*泵的压头随输送流量的增加而下降*泵的轴功率随输送流量的增加而增大，流量为零时，轴功率最小。*泵的效率随流量增大出现一极大值即最高效率点

离心泵的特性曲线:H—qV曲线

N—qV曲线

—qV曲线

-qVH-qVN-qV注意：离心泵铭牌上标出的H、qV、N性能参数为最高效率时的数据一般将最高效率值的92%的范围称为泵的高效区Backto16高效区Backto24IS100-80-160附录二十三泵规格一定转速下：离心泵的特性曲线:-qVH152、特性曲线的变换

样本中离心泵特性曲线的测定：在一定转速下，20℃的清水为工质。

(1)、液体密度的影响H—qV曲线η—qV曲线N—qV曲线不随ρ变——随ρ变Goto15(2)、液体粘度的影响H—qV曲线N—qV曲线—qV曲线随μ变2、特性曲线的变换样本中离心泵特性曲线的测定：(1)、液体16(3)、叶轮转速的影响H—qV曲线N—qV曲线—qV曲线随n变离心泵的比例定律

(3)、叶轮转速的影响随n变离心泵的比例定律17用清水测定某离心泵的特性曲线，实验装置如附图所示。当调节出口阀使管路流量为25m3/h时，泵出口处压力表读数为0.28MPa（表压），泵入口处真空表读数为0.025MPa，测得泵的轴功率为3.35kW，电机转速为2900转/分，真空表与压力表测压截面的垂直距离为0.5m。试由该组实验测定数据确定出与泵的特性曲线相关的其它性能参数。【例3-13】与泵的特性曲线相关的性能参数:

n、qV、H、N、

解：以真空表和压力表两测点为1，2截面，对单位重量流体列柏努力方程

用清水测定183.

离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度汽蚀现象：泵入口处的压强低至输送液体温度下的饱和蒸汽压时，部分液体汽化的现象。气缚现象：？叶轮内缘液体入口截面

对1-1和K-K截面列柏努方程令汽蚀发生时的p1为p1,min一定流量下，pk=pv时

，汽蚀发生20℃水的饱和蒸汽压Pv=2.34kPa

3.

离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度汽蚀现象：泵入口处的19Dhmin——离心泵的最小汽蚀余量，m。反映离心泵汽蚀性能的重要参数主要与泵的内部结构和输送的流量有关通过实验测定汽蚀发生时泵入口处的压强p1,min来确定Dh——泵的样本中给出的允许汽蚀余量，m。

Dh

>Dhmin泵入口允许的最小压强p1,允>p1,min实际安装高度Hg<Hg，允

提高Hg的措施：增大管径减少吸入管路的阻力Dhmin——离心泵的最小汽蚀余量，m。Dh——泵的样本中给20

用转速为1850转/分的50WG型离心杂质泵将温度为20℃，密度为1080kg/m3的钻井废水从敞口沉砂池送往一处理池中，泵流量为22.0m3/h。由泵样本查得，在该流量下，泵的汽蚀余量为5.3m。受安装位置所限，泵入口较沉砂池液面高出了2.5m。试求：

（1）泵吸入管路允许的最大阻力损失为多少？

（2）若泵吸入管长为20m（包括局部阻力的当量长度），管路摩擦系数取0.03，泵入口管路的直径至少应为多大？【例3-15】20℃水的饱和蒸汽压Pv=2.34kPa

用转速为1850转/214.离心泵的调节与组合

1、离心泵的工作点离心泵的工作点：泵的扬程曲线(H—qV曲线)与管路特性曲线(HL—qV曲线)的交点。Goto24Goto152、离心泵的调节调节出口阀*改变管路H—qV

曲线4.离心泵的调节与组合1、离心泵的工作点离心泵的工作点22Goto252、离心泵的调节*改变泵的H-qV

曲线

调节出口阀调节泵的转速*改变管路H—qV

曲线离心泵的比例定律：Goto252、离心泵的调节*改变泵的H-qV曲线调23对一定的管路系统管路特性方程K——

*代表了管路系统的阻力特性

*K值大管路阻力大，要求提供的压头HL大。管路特性曲线代表一定管路系统输送流量与所需提供的机械能的关系k2k1VHL1HL2Backto22对一定的管路系统管路特性方程K——管路特性曲线代表一定管路系243、离心泵的并联和串联

并联泵组的特点：在同一压头下，泵组的流量为该压头下各泵对应的流量之和。

泵组特性曲线(合成特性曲线)串联操作的特点：在同一流量下，泵组的扬程为该流量下各泵的扬程之和

泵组特性曲线(合成特性曲线)同型号的两台泵

同型号的两台泵

3、离心泵的并联和串联并联泵组的特点：泵组特性曲线(合成特25离心泵的安装和操作（1）离心泵的安装高度必须低于允许安装高度；（2）离心泵在启动前必须使泵内灌满所输送的流体；（3）离心泵应在关闭出口阀门时启动，使其启动功率最小；（4）停泵前应先关闭出口阀门，或在泵出口管线上装单向阀，以免流体倒流入泵内损坏叶轮；（5）运转中应定时检查、保养和润滑等。离心泵的安装和操作（1）离心泵的安装高度必须低于允许安装高度26离心泵的类型与选用1、离心泵的类型化工生产中常用离心泵：清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵、液下泵、屏蔽泵潜水泵、低温泵、磁力泵等等，

1-泵体；2-泵盖；3-叶轮；4-轴；5-密封环；6-叶轮螺母；7-止动垫圈；8-轴盖；9-填料压盖；10-填料环；11-填料；12-悬架轴承部件图2-29IS型离心泵结构图(1)、清水泵IS系列（单级单吸式）D系列（多级式）Sh系列（双吸式）

IS100-80-160离心泵的类型与选用1、离心泵的类型化工生产中常用离心泵：1-27(2)、耐腐蚀泵与流体介质接触的部件采用耐腐蚀材料制作。常用的系列代号F(3)、油泵油泵用于输送石油及油类产品，油泵系列代号为Y，双吸式为YS。此类泵密封性能要求较高

(4)、杂质泵分为污水泵、无堵塞泵、渣浆泵、泥浆泵等。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。(5)、液下泵液下泵是一种立式离心泵，整个泵体浸入在被输送的液体贮槽内，通过一根长轴，由安放在液面上的电机带动。(6)、屏蔽泵屏蔽泵是一种无泄漏泵。其结构特点是叶轮直接固定在电机的轴上，并置于同一密封壳体内。(2)、耐腐蚀泵282、离心泵的选用

步骤：*确定泵的类型（取决于所输送液体的性质和操作条件）*确定泵的型号（取决于输送流量qV、所需压头HL）注意：*所选泵提供流量V和压头H的能力应比管路系统所要求的大

*所选泵应在高效区范围工作IS100-80-160-VH-VN-VHLH满足：H>HL2、离心泵的选用步骤：注意：IS100-80-160-293.6.2

往复泵

*往复泵典型的容积式泵*主要结构有泵缸、活塞、活塞杆、吸入和排出单向阀(活门)*有电动和汽动两种驱动形式1.

往复泵的工作原理往复泵是依靠外界与泵内压强差而吸入液体的，因此和离心泵一样往复泵的吸上高度也受限制

3.6.2

往复泵 *往复泵典型的容积式泵1.

302

.

往复泵的流量调节A——活塞面积m2

a——活塞杆的截面积m2S——活塞的冲程m

n——活塞往复的频率1/min理论平均流量：

实际平均流量V：单缸单动泵单缸双动泵V——容积效率小型泵(V＝

0.1～30m3/h)V=0.85～0.90，中型泵(V＝30～300m3/h)V=0.90～0.95大型泵(V≥300m3/h)V=0.95～0.99特性曲线：*往复泵的流量与管路特性曲线无关*泵提供的压头取决于管路情况(具有这种特性的泵称为正位移泵)2

.

往复泵的流量调节A——活塞面积m2理论平均流量313.6.3

其它化工用泵8.1.1.1

计量泵计量泵又称比例泵，其工作原理与往复泵相同。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，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求按一定配比输送的场合。3.6.3.1计量泵(比例泵)工作原理与往复泵相同。其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，以此来改变柱塞往复的行程，达到调节和控制泵的流量的目的。

隔膜泵3.6.3.2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，将液体吸入和排出。1-吸入活门；4-水（或油）缸；2-压出活门；5-隔膜；3-活柱；3.6.3

其它化工用泵8.1.1.1

328.1.1.1

计量泵计量泵又称比例泵，其工作原理与往复泵相同。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，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求按一定配比输送的场合。

隔膜泵3.6.3.3齿轮泵运动时，两个齿轮在泵的吸入口脱离啮合，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。在排出端两齿轮又相互啮合形成高压区将液体挤压出去。

3.6.3.4螺杆泵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。8.1.1.1

计量泵

隔膜泵3.6333.6.3.5旋涡泵旋涡泵是一种特殊类型的离心泵。主要由叶轮和泵体构成，叶轮是一个圆盘，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。

旋涡泵的特性曲线-VH-VN-VIS100-80-1603.6.3.5旋涡泵旋涡泵的特性曲线-VH-VN343.7

气体输送机械与液体输送机械相比：相同——作用类似，即对流体做功，提高流体的机械能（压强能）不同——可压缩性的差异用途：气体输送气体压缩（产生高压气体）产生真空质量流量相同时：*气体输送体积流量大，输送机械的体积必然大*气体输送管路的流速大*气体输送管路的阻力大*气体输送要求提供的压头相应更高3.7

气体输送机械与液体输送机械相比：用途：质量流量相35气体输送机械分类：以气体的出口压强或者进、出口压缩比分类：通风机：出口压强不大于15kPa(表压)，压缩比为1～1.15鼓风机：出口压强为15kPa～0.3MPa(表压)，压缩比小于4压缩机：出口压强0.3MPa以上(表压)，压缩比大于4真空泵：用于减压抽吸，出口压强为大气压，

Goto2气体输送机械分类：以气体的出口压强或者进、出口压缩比分类：通363.7.1

通风机结构形式:离心式轴流式按产生风压的大小分为:

低压离心通风机：出口风压小于1.0kPa(表压)

中压离心通风机：出口风压1.0～3.0kPa(表压)

高压离心通风机：出口风压3.0～15.0kPa(表压)1、离心通风机的结构1－机壳；2－叶轮；3－吸入口；4－排出口

*为多叶片叶轮，叶轮直径较大，叶片较短。*叶片形式有平直、前弯和后弯。平直叶片常用于低压通风机；前弯叶片的通风机送风量大，但效率低；高效通风机的叶片通常是后弯叶片。蜗壳的气体通道截面：矩形和圆形3.7.1

通风机结构形式:离心式按产生风压的372、离心通风机的特性曲线

离心通风机的主要性能参数：风量(体积流量)

V风压(压头)HT轴功率N效率离心通风机的特性曲线:

HT—qV曲线

Hp—qV曲线

N—qV曲线

—qV曲线

风量qV——气体通过进风口的体积流量（按通风机进口状态计）风压HT(全风压)——单位体积气体通过风机后所获得的能量，N/m2

特性曲线测试条件：

20℃、0.1MPa条件下用空气测定（密度为1.2kg/m3

）附录二十四9-19型离心通风机规格2、离心通风机的特性曲线离心通风机的主要性能参数：离心通风38取通风机进、出口为1、2截面以单位体积气体为基准列柏努利方程静风压动风压全风压J/kgM流体柱Pa(J/m3)取通风机进、出口为1、2截面静风压动风压全风压J/kgM流体39离心通风机的选用步骤：*确定风机的类型（取决于所输送气体的性质和操作条件）

*确定风机的型号（取决于输送流量V、所需压头HT）实际输送气体的密度 测定条件下气体的密度离心通风机的选用步骤：*确定风机的类型（取决于所输送气体的性40用附图所示的流化床干燥系统干燥某种粒状物料，流化床操作温度60℃，最大流量为5500m3/h。已知最大流速下空气通过加热器的阻力损失为2200Pa，流化床阻力损失为4500Pa，旋风分离器的阻力损失为1500Pa。整个管路阻力损失为1000Pa，设风机入口空气温度为30℃，大气压强为96.5kPa，试选择一适合的通风机。解：取风机入口为1-1截面，旋风分离器空气出口为2-2截面，忽略经过流化床后气体质量流速的改变，在两截面间对单位体积流体列柏努利方程

操作状况30℃下入口状况30℃下【例3-17】

用附图所示的流化床干燥系统干燥41根据所需——风量qV=5004.5m3/h（按风机进口状态计）

风压（密度为1.2kg/m3的空气）从风机样本中查得9-19No.7.1(n=2900r/min)可满足要求该通风机性能如下：风量4610～6454m3/h全风压11717～11807Pa轴功率37kW根据所需——风量qV=5004.5m3/h（按风机进口状态计423.7.2

鼓风机结构形式:旋转式离心式1、罗茨鼓风机*罗茨鼓风机属容积式风机(正位移类型)，其工作原理与齿轮泵相似*改变两转子的旋转方向，则吸入与排出口互换*流量用旁路调节（出口阀不可完全关闭）出口应安装稳压气罐和安全阀*罗茨鼓风机工作时，温度不能超过85℃，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80kPa(表压)。3.7.2

鼓风机结构形式:旋转式1、罗茨432、离心鼓风机*离心鼓风机又称透平鼓风机(turboblower)工作原理与离心泵相同*风压较高的离心鼓风机采用多级，其结构也与多级离心泵类似结构形式:往复式离心式3.7.3

压缩机

2、离心鼓风机*离心鼓风机又称透平鼓风机(turboblow443.7.4

真空泵将气体从低于大气压强的状态压缩提压至某一压力(通常为大气压)而排出1、水环真空泵1－水环；2－排气口； 3－吸入口；4－转子

*由呈圆形的泵壳和带有辐射状叶片的叶轮组成。*当叶轮旋转时，水在离心力作用下形成水环。*气室由小变大时、形成真空，吸入口气体被吸入*气室由大到小时，气体被压缩，在排气口排出。*结构简单。旋转部分没有机械摩擦，使用寿命长，操作可靠。适用于抽吸夹带有液体的气体。3.7.4

真空泵将气体从低于大气压强的状态压缩提压452、旋片真空泵

1-排气口；2-排气阀门；3-吸气口； 4-吸气管；5-排气管；6-转子；7-旋片；8-弹簧；9-泵体；

*由泵壳、带有两个旋片的偏心转子和排气阀片组成。*旋片泵的主要部分浸没于真空油中,以确保对各部件缝隙的密封和对相互摩擦部件的润滑*泵在工作时，旋片始终将泵腔分为吸气、排气两个工作室，即转子每转一周，完成两次吸、排气过程。*旋片泵属干式真空泵，适用于抽除干燥或含有少量可凝性蒸汽的气体。*旋片真空泵可达较高的真空度2、旋片真空泵1-排气口；2-排气阀门；*由泵壳463、往复式真空泵*往复式真空泵的工作原理与往复式压缩机相同

4、喷射真空泵3、往复式真空泵*往复式真空泵的工作原理与往复式压缩机相同473.6流体输送机械流体输送机械——为流体提供机械能的机械设备输送液体的机械——泵输送气体的机械——压缩机或风机（负压条件下工作的压缩机称为真空泵）3.6流体输送机械流体输送机械——输送液体的机械——泵48泵与压缩机可分为（按其工作原理）：⑴离心式、轴流式(统称叶轮式)利用高速旋转的叶轮使流体获得动能并转变为静压能⑵容积式或正位移式(往复式、旋转式)利用活塞或转子的周期性挤压使流体获得静压能与动能⑶流体动力式利用流体高速喷射时动能与静压能相互转换的原理吸引输送另一种流体。本节以离心泵为代表重点讨论其工作原理、结构和工作特性。泵与压缩机可分为（按其工作原理）：本节以离心泵为代表重点讨论49离心式、轴流式图3-17离心泵的构造与工作原理简图

1－叶轮2－泵壳3－泵轴

4－吸入管路5－底阀6－排出管路离心式、轴流式图3-17离心泵的构造与工作原理简图

1－叶轮50容积式或正位移式(往复式、旋转式)容积式或正位移式(往复式、旋转式)51流体动力式流体动力式523.6.1

离心泵离心泵的关键部件：高速旋转的叶轮(通常6～8片)——给能部件固定的泵壳（蜗壳流道）——转能部件离心泵的特点:

泵的流量与压头灵活可调输送量稳定适用介质范围广

3.5.1.1

离心泵的工作原理离心泵的工作过程：液体从低压吸入管路连续地进入叶轮叶轮向液体提供能量蜗壳内液体的动能转换为静压能气缚现象3.6.1

离心泵离心泵的关键部件：离心泵的特点:3.553一、离心泵的理论流量图3-18叶轮的几何参数与液流速度三角形：随叶轮旋转的切向速度(又叫牵连速度)

切向速度(牵连速度)相对速度液体在叶轮中的绝对速度cr2cr1D1、D2—叶轮进、出口的直径b1、b2—叶轮进、出口处流道的宽度1、2—叶片厚度占据空间使流道面积减小的系数

叶轮进、出口处流道的面积b

:叶轮的转速

r:液体所在位置的半径

：沿叶片表面相对于叶轮的相对速度(方向为流体质点所在叶片处的切线方向)相对于叶轮的径向流速一、离心泵的理论流量图3-18叶轮的几何参数与液流速度三角54图3-18叶轮的几何参数与液流速度三角形切向速度(牵连速度)相对速度液体在叶轮中的绝对速度cr2cr1离心泵的理论流量与液体径向流速的关系:

相对于叶轮的径向流速叶轮进、出口处的速度三角形的确定：*设叶轮为叶片数无限多的理想叶轮(流体运动轨迹与叶片的形状完全一致）*速度三角形的底边

和高cr*叶轮上叶片的安置角b（相对速度与牵连速度的反方向的夹角） 泵的流量、压头和功率与速度三角形的大小和形状直接相关

三角形的余弦定理Backto10图3-18叶轮的几何参数与液流速度三角形切向速度(牵连速度55二、离心泵的理论压头在叶轮进出口截面列柏努利方程泵的理论压头或扬程图3-18叶轮的几何参数与液流速度三角形切向速度(牵连速度)相对速度液体在叶轮中的绝对速度cr2cr1相对于叶轮的径向流速*以叶轮中心线为轴线、且随叶轮一起匀速旋转的柱坐标系*离心力场作用下的理想流体在该坐标系中的运动规律服从欧拉方程(2.3-24)

*在旋转坐标系中液体的速度为*液体所受的体积力主要是半径方向的离心力

(重力的作用已忽略不计)类似于重力场中理想流体柏努利方程的推导方法(见式2.3-52～57)Backto10二、离心泵的理论压头在叶轮进出口截面列柏努利方程泵的理论压头56液体在叶轮上沿叶片运动dt时间内获得动能的增量

从叶轮的入口到出口积分

以叶轮进、出口速度三角形参数表达的离心泵理论压头公式Goto9Goto8液体在叶轮上沿叶片运动dt时间内获得动能的增量从叶轮的入口57入口速度三角形的夹角a1=90o(称为无预旋进液,理论压头H最大)图3-18叶轮的几何参数与液流速度三角形cr2cr1三、影响离心泵理论压头的因素无预旋进液的离心泵理论压头与理论流量及出口处叶片几何参数的关系。b2又称为叶片的离角或流动角

入口速度三角形的夹角a1=90o图3-18叶轮的几何参数58图3-19叶片的形状对理论压头的影响b2=900，径向叶片，ctgb2=0，H与qV无关；b2<900，后弯叶片，

ctgb2>0,H随qV增加而减少；b2>900，前弯叶片ctgb2<0,H随qV增加而增加。图3-19叶片的形状对理论压头的影响b2=900，径向叶591.

离心泵的特性曲线离心泵的主要性能参数:

流量qV

压头(扬程)H轴功率N效率

离心泵的特性曲线:H—qV曲线

N—qV曲线

—qV曲线

离心泵的扬程(压头)H

——在工作条件下离心泵对单位重量的流体所能提供的机械能，m液柱。H的大小取决于泵的结构、尺寸、转速和泵的流量。离心泵的流量qV——在单位时间里，离心泵排到管路系统的液体体积，M3/s或M3/h。qV的大小取决于泵的结构、尺寸、转速和泵的压头。离心泵的效率——有效功率与轴功率的比值离心泵的轴功率N——电机输入到泵轴的功率离心泵的有效功率Ne——流体从泵获得的实际功率1.

离心泵的特性曲线离心泵的主要性能参数:离心泵的特性60

*

值反映了离心泵运转过程中的能量损失，主要包括：

容积损失——一部份已获得能量的高压液体由叶轮出口处通过叶轮与泵壳间的缝隙或从平衡孔漏返回到叶轮入口处的低压区造成的能量损失。

水力损失——进入离心泵的粘性液体在整个流动过程中产生的摩擦阻力、局部阻力以及液体在泵壳中由冲击而造成的能量损失。

机械损失——泵轴与轴承之间、泵轴与密封填料之间等产生的机械摩擦造成的能量损失。容积效率ηv机械效率ηm水力效率ηh离心泵效率η=

ηv·ηh·ηm*值反映了离心泵运转过程中的能量损失，61一定转速下：*泵的压头随输送流量的增加而下降*泵的轴功率随输送流量的增加而增大，流量为零时，轴功率最小。*泵的效率随流量增大出现一极大值即最高效率点

离心泵的特性曲线:H—qV曲线

N—qV曲线

—qV曲线

-qVH-qVN-qV注意：离心泵铭牌上标出的H、qV、N性能参数为最高效率时的数据一般将最高效率值的92%的范围称为泵的高效区Backto16高效区Backto24IS100-80-160附录二十三泵规格一定转速下：离心泵的特性曲线:-qVH622、特性曲线的变换

样本中离心泵特性曲线的测定：在一定转速下，20℃的清水为工质。

(1)、液体密度的影响H—qV曲线η—qV曲线N—qV曲线不随ρ变——随ρ变Goto15(2)、液体粘度的影响H—qV曲线N—qV曲线—qV曲线随μ变2、特性曲线的变换样本中离心泵特性曲线的测定：(1)、液体63(3)、叶轮转速的影响H—qV曲线N—qV曲线—qV曲线随n变离心泵的比例定律

(3)、叶轮转速的影响随n变离心泵的比例定律64用清水测定某离心泵的特性曲线，实验装置如附图所示。当调节出口阀使管路流量为25m3/h时，泵出口处压力表读数为0.28MPa（表压），泵入口处真空表读数为0.025MPa，测得泵的轴功率为3.35kW，电机转速为2900转/分，真空表与压力表测压截面的垂直距离为0.5m。试由该组实验测定数据确定出与泵的特性曲线相关的其它性能参数。【例3-13】与泵的特性曲线相关的性能参数:

n、qV、H、N、

解：以真空表和压力表两测点为1，2截面，对单位重量流体列柏努力方程

用清水测定653.

离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度汽蚀现象：泵入口处的压强低至输送液体温度下的饱和蒸汽压时，部分液体汽化的现象。气缚现象：？叶轮内缘液体入口截面

对1-1和K-K截面列柏努方程令汽蚀发生时的p1为p1,min一定流量下，pk=pv时

，汽蚀发生20℃水的饱和蒸汽压Pv=2.34kPa

3.

离心泵的汽蚀现象与泵的安装高度汽蚀现象：泵入口处的66Dhmin——离心泵的最小汽蚀余量，m。反映离心泵汽蚀性能的重要参数主要与泵的内部结构和输送的流量有关通过实验测定汽蚀发生时泵入口处的压强p1,min来确定Dh——泵的样本中给出的允许汽蚀余量，m。

Dh

>Dhmin泵入口允许的最小压强p1,允>p1,min实际安装高度Hg<Hg，允

提高Hg的措施：增大管径减少吸入管路的阻力Dhmin——离心泵的最小汽蚀余量，m。Dh——泵的样本中给67

用转速为1850转/分的50WG型离心杂质泵将温度为20℃，密度为1080kg/m3的钻井废水从敞口沉砂池送往一处理池中，泵流量为22.0m3/h。由泵样本查得，在该流量下，泵的汽蚀余量为5.3m。受安装位置所限，泵入口较沉砂池液面高出了2.5m。试求：

（1）泵吸入管路允许的最大阻力损失为多少？

（2）若泵吸入管长为20m（包括局部阻力的当量长度），管路摩擦系数取0.03，泵入口管路的直径至少应为多大？【例3-15】20℃水的饱和蒸汽压Pv=2.34kPa

用转速为1850转/684.离心泵的调节与组合

1、离心泵的工作点离心泵的工作点：泵的扬程曲线(H—qV曲线)与管路特性曲线(HL—qV曲线)的交点。Goto24Goto152、离心泵的调节调节出口阀*改变管路H—qV

曲线4.离心泵的调节与组合1、离心泵的工作点离心泵的工作点69Goto252、离心泵的调节*改变泵的H-qV

曲线

调节出口阀调节泵的转速*改变管路H—qV

曲线离心泵的比例定律：Goto252、离心泵的调节*改变泵的H-qV曲线调70对一定的管路系统管路特性方程K——

*代表了管路系统的阻力特性

*K值大管路阻力大，要求提供的压头HL大。管路特性曲线代表一定管路系统输送流量与所需提供的机械能的关系k2k1VHL1HL2Backto22对一定的管路系统管路特性方程K——管路特性曲线代表一定管路系713、离心泵的并联和串联

并联泵组的特点：在同一压头下，泵组的流量为该压头下各泵对应的流量之和。

泵组特性曲线(合成特性曲线)串联操作的特点：在同一流量下，泵组的扬程为该流量下各泵的扬程之和

泵组特性曲线(合成特性曲线)同型号的两台泵

同型号的两台泵

3、离心泵的并联和串联并联泵组的特点：泵组特性曲线(合成特72离心泵的安装和操作（1）离心泵的安装高度必须低于允许安装高度；（2）离心泵在启动前必须使泵内灌满所输送的流体；（3）离心泵应在关闭出口阀门时启动，使其启动功率最小；（4）停泵前应先关闭出口阀门，或在泵出口管线上装单向阀，以免流体倒流入泵内损坏叶轮；（5）运转中应定时检查、保养和润滑等。离心泵的安装和操作（1）离心泵的安装高度必须低于允许安装高度73离心泵的类型与选用1、离心泵的类型化工生产中常用离心泵：清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵、液下泵、屏蔽泵潜水泵、低温泵、磁力泵等等，

1-泵体；2-泵盖；3-叶轮；4-轴；5-密封环；6-叶轮螺母；7-止动垫圈；8-轴盖；9-填料压盖；10-填料环；11-填料；12-悬架轴承部件图2-29IS型离心泵结构图(1)、清水泵IS系列（单级单吸式）D系列（多级式）Sh系列（双吸式）

IS100-80-160离心泵的类型与选用1、离心泵的类型化工生产中常用离心泵：1-74(2)、耐腐蚀泵与流体介质接触的部件采用耐腐蚀材料制作。常用的系列代号F(3)、油泵油泵用于输送石油及油类产品，油泵系列代号为Y，双吸式为YS。此类泵密封性能要求较高

(4)、杂质泵分为污水泵、无堵塞泵、渣浆泵、泥浆泵等。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。(5)、液下泵液下泵是一种立式离心泵，整个泵体浸入在被输送的液体贮槽内，通过一根长轴，由安放在液面上的电机带动。(6)、屏蔽泵屏蔽泵是一种无泄漏泵。其结构特点是叶轮直接固定在电机的轴上，并置于同一密封壳体内。(2)、耐腐蚀泵752、离心泵的选用

步骤：*确定泵的类型（取决于所输送液体的性质和操作条件）*确定泵的型号（取决于输送流量qV、所需压头HL）注意：*所选泵提供流量V和压头H的能力应比管路系统所要求的大

*所选泵应在高效区范围工作IS100-80-160-VH-VN-VHLH满足：H>HL2、离心泵的选用步骤：注意：IS100-80-160-763.6.2

往复泵

*往复泵典型的容积式泵*主要结构有泵缸、活塞、活塞杆、吸入和排出单向阀(活门)*有电动和汽动两种驱动形式1.

往复泵的工作原理往复泵是依靠外界与泵内压强差而吸入液体的，因此和离心泵一样往复泵的吸上高度也受限制

3.6.2

往复泵 *往复泵典型的容积式泵1.

772

.

往复泵的流量调节A——活塞面积m2

a——活塞杆的截面积m2S——活塞的冲程m

n——活塞往复的频率1/min理论平均流量：

实际平均流量V：单缸单动泵单缸双动泵V——容积效率小型泵(V＝

0.1～30m3/h)V=0.85～0.90，中型泵(V＝30～300m3/h)V=0.90～0.95大型泵(V≥300m3/h)V=0.95～0.99特性曲线：*往复泵的流量与管路特性曲线无关*泵提供的压头取决于管路情况(具有这种特性的泵称为正位移泵)2

.

往复泵的流量调节A——活塞面积m2理论平均流量783.6.3

其它化工用泵8.1.1.1

计量泵计量泵又称比例泵，其工作原理与往复泵相同。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，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求按一定配比输送的场合。3.6.3.1计量泵(比例泵)工作原理与往复泵相同。其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，以此来改变柱塞往复的行程，达到调节和控制泵的流量的目的。

隔膜泵3.6.3.2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，将液体吸入和排出。1-吸入活门；4-水（或油）缸；2-压出活门；5-隔膜；3-活柱；3.6.3

其它化工用泵8.1.1.1

798.1.1.1

计量泵计量泵又称比例泵，其工作原理与往复泵相同。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，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求按一定配比输送的场合。

隔膜泵3.6.3.3齿轮泵运动时，两个齿轮在泵的吸入口脱离啮合，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。在排出端两齿轮又相互啮合形成高压区将液体挤压出去。

3.6.3.4螺杆泵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。8.1.1.1

计量泵

隔膜泵3.6803.6.3.5旋涡泵旋涡泵是一种特殊类型的离心泵。主要由叶轮和泵体构成，叶轮是一个圆盘，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。

旋涡泵的特性曲线-VH-VN-VIS100-80-1603.6.3.5旋涡泵旋涡泵的特性曲线-VH-VN813.7

气体输送机械与液体输送机械相比：相同——作用类似，即对流体做功，提高流体的机械能（压强能）不同——可压缩性的差异用途：气体输送气体压缩（产生高压气体）产生真空质量流量相同时：*气体输送体积流量大，输送机械的体积必然大*气体输送管路的流速大*气体输送管路的阻力大*气体输送要求提供的压头相应更高3.7

气体输送机械与液体输送机械相比：用途：质量流量相82气体输送机械分类：以气体的出口压强或者进、出口压缩比分类：通风机：出口压强不大于15kPa(表压)，压缩比为1～1.15鼓风机：出口压强为15kPa～0.3MPa(表压)，压缩比小于4压缩机：出口压强0.3MPa以上(表压)，压缩比大于4真空泵：用于减压抽吸，出口压强为大气压，

Goto2气体输送机械分类：以气体的出口压强或者进、出口压缩比分类：通833.7.1

通风机结构形式:离心式轴流式按产生风压的大小分为:

低压离心通风机：出口风压小于1.0kPa(表压)

中压离心通风机：出口风压1.0～3.0kPa(表压)

高压离心通风机：出口风压3.0～15.0kPa(表压)1、离心通风机的结构1－机壳；2－叶轮；3－吸入口；4－排出口

*为多叶片叶轮，叶轮直径较大，叶片较短。*叶片形式有平直、前弯和后弯。平直叶片常用于低压通风机；前弯叶片的通风机送风量大，但效率低；高效通风机的叶片通常是后弯叶片。蜗壳的气体通道截面：矩形和圆形3.7.1

通风机结构形式:离心式按产生风压的842、离心通风机的特性曲线

离心通风机的主要性能参数：风量(体积流量)

V风压(压头)HT轴功率N效率离心通风机的特性曲线: