2013化工原理第二章流体输送机械

第二章第一节

离心离心泵的操作原理、构造与类离心泵的基本方程离心泵的主要性能参数与特性线离心泵性能的改离心泵的气蚀现象与允许吸上度离心泵的工作点与流量调其他类型的第一he

z

u2g

hhe是流体输送机械对单位重量流体所做的问题的提出 u2 u2 2g

2z2 2g

hf流体输送机械：向流体作功以提高流体机械能的装置输送液体的机械通称为例如：离心泵、往复泵、旋转泵和漩涡泵输送气体的机械按不同的工况分别称为通风机、鼓风机、压缩机和真空泵本章的目的操作原理、基本构造与性能选择其类型、决定规格、计离心一．离心泵的操作原理、构造与类1、操作原 吸位于泵壳与吸入管路相连，并在吸入管底部装离心泵的工作过程 很高的速度（15-25m/s）流入泵壳。在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢，离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮所产生的离心力，因此称为离心泵为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止逆阀。此外，在离心泵的出口管也装一调节阀，用于开2、基本部件和构叶将 的机械能传给液体,使液体的动能有所提高

叶片的内侧带有前后盖板

泵 轴封装AB

机械密封主要由装在泵轴上随之转动的动环

起到密封作用 3、离心泵的分按照轴上叶轮数目的多

轴上不止一个叶轮的离心泵，可以达到较高的按叶轮上 的数单吸泵叶轮上只有一个 ，适用于输送量不大的情况

按离心泵的不同用 少的液体的泵,（B型）耐腐蚀接触液体的部件（叶轮、泵体）用耐腐蚀材料 输送石油产品的泵，要求密封完善。（Y型杂质 输送含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液等的二、离心泵的基1、离心泵基本方程式的导假设如下理想情况叶片数目为无限多个，也就是说叶片的厚度为无限薄，液体质点沿叶片弯曲表面流动，不发生任何环流现象。输送的是理想液体，流动中无流动阻力液体随叶轮旋经叶轮流道向外流动u1

u2

两个速度的合成速度就是液体质点在点1或点2处相对于静作理论压头，用H∞表示单位重量液体由点1到点2获得的机械能为P C2CHH

Hc

2g HP:液体经叶轮后静压能的增加静压能增加项HP221 1

u11

r2

dr

2

) 22

2单位重量流体经叶轮后的静压能增加为u2u 2HP

2g

2gu2u

2

c2cH

2g

2g

2g

2c2u22cu 2c2u22cu H

cos1)/

一般离心泵的设计中，为提高理论压头，使α1=90Hu2c2cos2/理论压头与理论流量QT关QT

c2

代入 u2(ucsin

)1

2u2QTctg2 1

)2

2 2b2

表示离心泵的轮的几何形状对于某个离心泵（即其β2、γ2、b2固定），当转速ω一定时HA2、离心泵基本方程当叶片几何尺寸（b，）与理论流量一定时，离心泵的论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大。根据叶片出口端倾角β2的大小,叶片形状可分为三种后弯叶片(β2<90，b)，ctgβ2>0。泵的理论压头随流量Q径向叶片（β2=90。，图a），ctgβ2=0。随流量QT而变化前弯叶片(β2>90。，图c)，ctgβ2<0。泵的理论压头u2u 2 H

c12c12

2c3、实际压三．离心泵的主1、离心泵的性能参离心泵的流般用Q表示，单位为m3/h离心泵的压2H2

(r)2

2b 实验测H的计算可根据b、c两截面间的柏努利方程 u u b H 2gP

ZP

c 2gu2u

(hf

)bcHZ

bg

2g

(hf

)bcH

(c

b)/离心泵的效轴转动所做的功不能全部都为液体所获得，通常用效率η轴功率及有效功有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne表轴功率和有效功率之间的关系为

NNeNeN2、离心泵的特性曲离心泵的H、ηN都与离心泵的Q有关，它们之间的H～Q、η～Q、——1）H～Q曲线：表示泵的压头与流量的关系，离心泵的压2）N～Q曲线：表示泵的轴功率与流量的关系，离心泵的离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保η～Q曲线：表示泵的效率与流量的关系，随着流量的增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再增与最高效率点所对应的Q、H、N值称为最佳工况参数注意：在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。四、离心泵性能的改1、液体性质的液体密度的影

QT

H

cos2/

H～Q曲线不因输送的液体的密度不同而变。泵的效率η不随输送液体的密度而变NQHg/离心泵的轴功率与输送液体密度成正比。粘度的影当液体的运动粘度小于2×10-5m2s-1时，如汽油、柴油、煤油2、转速对离心泵特性的影Q'n'

H'H

(n')2n

N'N

(n')3n3、叶轮直径的影

似，b2/D2保持不变，当泵的效率不变时相等,此时有：Q'Q

H'H

(D2')2

N'N

(D2')3 六、离心泵的工1、管路特性曲线与泵的工管路特性曲管路特性曲线流体通过某特定管路时所需的压头与液体在截面1-1´2-2´利方程式，并以1-1´截面为基准水平面，则液体流过管路所He

z

p

u22g

H式中 zg

u02g

He

HH

lle

d4

)2(12g令

lle

0)

HeHeKBQ量Q的平方而离心泵的工作M点所对应的流量Qe和压头He表示离心泵在该特定管路中2、离心泵的流量1）改变出口阀开——改变管路特性曲优点：缺点：改变泵的转速——改变泵的特性曲若把泵的转速提高到n1：则H~Q线上移，工作点由M移 例2-1.确定泵是否满足输送要求。将浓中去，要求输送量为36m3/h,液体的扬该泵是否合用036900.015式

u u2g

H

uu2g

p2

H

7m,p1

p2

u2管内流速

u

1.99m/管路压头损失

l u

H

e

2g

2管路所需要的压头He

z1H

7

以（L/s）计的管路所需流量Q

10L/由附表可以看出，该泵在流量为12L/s时所提要的10L/s，它所提供的压头将会更高于管路流量为10L/s时该泵的效率大约为43%。因此我由柏努利方程可得管路的特性方程He

7

其中流量单位为03697据此，可以作出管路的特性曲线和泵的特性曲线，如图所示。两曲线的交点为工作点，其对应的压头为14.8m；流量为11.4L/s；效率0.45；轴功率可计算如下：N102

14.8*11.410102*

H,H, 806 Q,五、离心泵的气1、气蚀现 ps

pK u

zs

2ghf(sK2．汽蚀余量与允许安装高①汽蚀余量NPSH：泵处的动压头与静压头之pe

u2 NPSH

e 2g h的物理意义越小，表明 允前已，为避免汽蚀现象发生，离心泵处压力(NPSH)表示，即允(NPSH)允

u u2g 0.5m以上。（2）

NPSH允许计算泵的允许安装高

z允 e e zs

pspeu2

pspeu2pv

hf(se) e hf e hf

g ps

NPSH

f

ps

NPSH

f

z允（3）允许汽蚀余量的校

是在一个大气压下用20℃的清水 3、离心泵的并联和供的。对于低阻输送管路a，并联组合泵流量的增大幅度大于对于高阻输送管路b，串联组合泵的流量增大幅度大于 七、离心泵的选用、安装与操1、离心泵的选 效率η在此条件下是否比较大3)核算轴功率:若输送液体的密度大于水的密度时，

2、离心泵的安装泵的安装高低吸入管路的阻力启动前关泵的步关泵时，一定要先关闭泵的出口阀，再停电机。否则，压出管中的高压液体可能反冲入泵内，造成叶轮高速反转，使叶其他类型一、往复泵的主要部件有泵缸、活塞、活塞杆、吸入单向阀和排出单向阀。活塞经传动和机械在外力作用下在泵缸内作往复运动。活塞与单向阀之间的空隙称为。工作原理当活塞自左向右移动时，的容积增大，形成低压，贮池内的液体经吸入阀被吸入泵缸内，排出阀受排出管内液体压力作用而关闭。当活塞移到右端时，的容积活塞由右向左移动时，泵缸内液体受挤压，压强增大，使吸入阀关闭而推开排出阀将液体排出，活塞移到左端时， 有关，而与泵的压头无关。无论在什么压头下工作，只要

QTQT

(2A及原的功率允许，输送系统要求多高的压头，往复泵就限制。但往复泵的低压是靠的扩张来造成的，所以在用回路调节往复泵适用于小流量、高压强的场合，输送高粘度液体时的效果也比离心泵好，但不能输送腐浊性液体和固体粒子二、计量计量泵就是往复泵的一种。通过偏心轮把电机的旋转运动变成柱塞的往复运动。偏心轮的偏心距离可以调整，使柱三、旋转1、齿轮到排出腔，排出腔内两轮的齿互相合拢，形成高压而排出2、螺杆，将液体沿轴向推进，最终沿排出口排出。（b）螺杆泵的压头高，效率高，无噪音，往复泵、旋转泵均属于正位移泵 3、旋涡旋涡泵是一种特殊类型的离心泵，第二流体输送机 一、离心通风机、鼓风与压缩第二气体输送和压缩

二、旋转鼓风机、压缩与真空按照终压与压缩通风机：终压不大于14.7×103Pa(表压鼓风机：终压为14.7×103~294×103Pa，压缩比小于4压缩机：终压在294×103Pa以上，压缩比大于4一、离心式通风机、鼓风机与压缩1、离心式通风低压出口风压低于0.9807×103Pa(表压)；高压离心式通风机的结离心通风机的性能参数与特性曲风量指气体通过进风口的体积流率，以Q表示，单H(z z

(pp)(u2u2)/

uHt

(

1) 2（P2－P1）称为静风压，以HSt表2u22

风压与被输送气体的密度ρ成正比压是按“标准状态”下(20℃，1.01×105Pa)的风压HT’换算为试验条件下的风压HT，然后按HT的数值来HT功率和效

HT''

'1.2'

HT特性曲 中2、离心鼓风机和1）离心鼓风气体由吸进入后，经过第一级的叶轮和导轮，然后转入离心通风机的送气量大，但所产生的风压仍不太高，出口表压强一般不超过294×103Pa。由于在离心鼓风机中，气体离心压缩离心鼓风机相似。离心压缩机的特点是叶轮级数多，通常在优点：流量大而均匀，体积小，运转平稳，容易调节，维二、旋转鼓风机1、罗茨鼓风罗茨鼓风机的工作原理与齿轮泵相似，机壳内有两个渐缝隙很小，使转子 运动而无过多的泄漏，两转子的旋转方向相反，可使气体从技巧一侧吸入，从另一侧排出风量与转速成正比，转速一定时，出口压力提高，风输气量范围：2~500m3/min。出口表压在80kPa以内且流量调节一般用支路调节2、液环压缩组成，叶轮在存有适量液体的壳体内旋转，由叶片带动，液体在离心力作用下抛向壳体周边形成椭圆形液环。椭圆形长轴处则形成两个月牙形空隙，供气体吸入和排出。当叶轮旋。液环压缩机使气体只与叶轮接触而不与壳体接触，可用3、真空从设备中或系统中抽出气体，使其处于绝对压强低于外泵也是气体压缩机