第三章 流体输送设备

第二章流体输送设备

一、流体输送机械：为流体提供外加能量的机械（机器和设备）。

二、分类

泵，液体输送按流体种类分

风机或压缩机或真空泵，气体输送

离心式往复式按原理分旋转式流体动力作用式

由于不同的物料（腐蚀性—酸碱、粘度高—润滑油）不同的输送要求（高压、大流量）等对输送机械具有不同的性能要求，所以泵、风机、压缩机的种类繁多。本章主要以离心泵为研究对象。第一节离心泵

离心泵具有结构简单、流量大而且均匀、操作方便的优点。它在化工生产中得到广泛的应用，约占化工用泵的80%-90%。一、离心泵的工作原理图2-1离心泵的构造和装置1叶轮，2蜗壳形泵体（泵壳），3泵轴，4吸入管路，5底阀（单向阀）和滤网，6排出管路

如图所示，在蜗壳形泵壳2内，有一固定在泵轴3上的工作叶轮1.叶轮上有6-12片稍微向后弯曲的叶片，叶片之间形成了使液体通过的通道。泵壳中央有一个液体吸入口与吸入管4连接。液体经底阀和吸入管进入泵内。泵壳上的液体压出口与排出管6连接，泵壳用电机或其他动力装置带动。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？原理：甩出、真空、吸入。叶轮旋转时，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿叶片间的通道从叶轮中心被甩到叶轮外围，具有很高的能量，从而液体可流入排出管道。当液体被甩出后，在叶轮中心就会形成一定的真空，外界压力与该真空的压差就使液体经底阀，吸入管道流入叶轮中心。这样，只要叶轮不停地旋转，液体就源源不断地被吸入和排出。气缚：叶轮旋转时不能输送液体的现象。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，这种现象称为“气缚”现象。因此在离心泵启动之前，我们必须进行灌泵操作（使泵内充满被输送的液体）。二、离心泵的主要部件离心泵的主要部件有叶轮和泵壳。1、

叶轮叶轮（Impeller）:离心泵的心脏，是流体获得机械能的主要部件，其转速一般可达1200～3600转/min，高速10700～20450转/min。要求：在流体能量损失最小的情况下，使单位质量流体获得较高的能量。根据其结构可分为：开式半开式闭式图2-2离心泵叶轮的类型（1）开式叶轮：叶轮吸入口一侧没有前盖板，另一侧也没有后盖板。优点：制造简单，清洗方便，不易堵塞适用：输送含较多固体的悬浮液或输送浆状、糊状液体（2）半开式叶轮：没有前盖板，有后盖板适用：输送含固体颗粒和杂质的液体（3）闭式叶轮：叶轮两侧分别有前、后盖板优点：流道封闭，流动摩擦阻力损失小适用：高扬程，输送洁净的液体一般离心泵大多采用闭式叶轮。

单吸：构造简单，液体从叶轮一侧被吸入按吸入方式分双吸：叶轮两侧对称，液体从叶轮两侧吸入，吸液能力较大，可消除轴向推动力2、泵壳从叶轮中抛出的流体汇集到泵壳中，泵壳是蜗壳形的故其流道不断地扩大，高速的液体在泵壳中将大部份的动能转化为静压能，从而避免高速流体在泵体及管路内巨大的流动阻力损失。因此泵壳不仅是液体的汇集器，而且还是一个能量转换装置。3、轴封（装置）：旋转的泵轴与固定的泵体之间的密封。密封方式有：填料密封与机械密封，填料密封适用于一般液体，而机械密封适用于有腐蚀性易燃、易爆液体。填料密封：简单易行，维修工作量大，有一定的泄漏，对燃、易爆、有毒流体不适用；机械密封：液体泄漏量小，寿命长，功率小密封性能好，加工要求高。以上三个构造是离心泵的基本构造，为使泵更有效地工作，还需其它的辅助部件：

导轮：液体经叶轮做功后直接进入泵体，与泵体产生较大冲击，并产生噪音。为减少冲击损失，设置导轮，导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。这此叶片的弯曲方向与叶轮叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。

底阀（单向阀）：当泵体安装位置高于贮槽液面时，常装有底阀，它是一个单向阀，可防止灌泵后，泵内液体倒流到贮槽中。

滤网：防止液体中杂质进入泵体。三、离心泵的主要性能参数离心泵主要性能参数：流量、扬程、功率、效率、转速和汽蚀余量等。1、流量泵的流量（又称为送液能力）是指单位时间内泵所输送的液体体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h。2、扬程H泵的扬程（又称压头）是指单位重量液体流经泵所获得的能量，单位：J/N=m(指m液柱）。目前，在生产中扬程的单位仍习惯用被输送液体的液柱高度m表示。对于一定的泵和一定的液体，在一定转速下，泵的扬程H与流量qv有关。bch0真空表压力表图2-3测定离心泵性能参数的装置由b、c两截面间的柏努利方程：（2-1）由于两截面间的管长很短，其阻力损失通常可以忽略，两截面间的动压头差一般很小也可以略去，则可得

3、功率Pe、轴功率P和效率η

有效功率Pe：离心泵单位时间内对流体做的功Pe=qvρgH，W轴功率P：单位时间内由电机输入离心泵的能量，p。Pe<P泵的效率η：泵对外加能量的利用程度，η<100%。为什么？（2-2）4、叶轮转速n1000~3000转/min（或r.p.m）；2900转/min最常见。泵在出厂前，必须确定其各项性能参数，即以上各参数值，并把它标在铭牌上；这些参数是在最高效率条件下用20℃的水测定的。四、离心泵特性曲线4B20离心泵n＝2900r/min3026221814100204060801001201401284080%70%60%50%40%30%20%0H/mP/kWqv/(m3/h)图2－44B型离心泵的特性曲线

1、离心泵的特性曲线离心泵的H、P、η与qv之间的关系曲线称为特性曲线。由于离心泵的各种损失难以定量计算，使得离心泵的特性曲线H～qv

、P～qv

、η～qv的关系只能靠实验测定，在泵出厂时列于产品样本中以供参考。右图所示为4B20型离心泵在转速n＝2900r/min时的特性曲线。若泵的型号或转速不同，则特性曲线将不同。借助离心泵的特性曲线可以较完整地了解一台离心泵的性能，供合理选用和指导操作。4B20离心泵n＝2900r/min3026221814100204060801001201401284080%70%60%50%40%30%20%0H/mP/kWqv/(m3/h)图2－44B型离心泵的特性曲线由图2－4可知：（1）H～qv曲线：表示H与qv的关系，qv

↑，H↓(qv很小时可能例外)。当qv

＝0时，H也只能达到一定值，这是离心泵的一个重要特性。型号不同，H～qv曲线的形状有所不同。有的离心泵H～qv曲线较平坦，其特点是流量变化较大而压头变化不大；有的泵H～qv曲线陡降，当流量变动很小时扬程变化很大，适用于扬程变化大而流量变化小的情况。（2）P～qv曲线：表示P与qv的关系，qv

↑，P↑。当qv

＝0时，P最小。这要求离心泵在启动时，应关闭泵的出口阀门，以减小启动功率，保护电动机免因超载而受损。待转动正常后在开启出口阀，调节到所需的流量。（3）η～qv曲线：表示η与qv的关系，开始η随qv的增大而增大，达到最大值后，又随qv的增大而下降。有极值点(最大值)，于此点下操作效率最高，能量损失最小，最高效率点定为额定点。在此点对应的流量称为额定流量，在该点所对应的扬程和流量下操作最为经济。泵的铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，一般不应低于92％ηmax。2、离心泵特性曲线的影响因素（1）、密度ρ对特性曲线的影响①理论qv=叶轮周边出口截面积与液体在周边处的径向速度的乘积，这些因素不受液体密度影响，理论qv与ρ无关，实际qv也与ρ无关，所以对同一种液体的密度变化，泵的流量不会改变。

(2)、流体粘度μ对特性曲线的影响μ↑、∑hf↑、qv↓、H↑

、η↓、P↓。泵厂家提供的特性曲线是用清水测定的，若实际输送流体μ比清水μ大得较多，特性曲线将有所变化，应校正后再用。校正方法可参阅有关书刊。若液体的运动粘度小于2×10-5m2/s，如汽油、煤油、轻柴油等，则对粘度的影响可不进行修正。（3）离心泵转速n对特性曲线的影响泵的特性曲线是在一定转速下测得的，实际使用时会遇到n改变的情况，当n改变时，泵的流量qv、扬程H及功率P也相应改变。对同一型号泵、同一种液体，在效率不变的条件下，qv、H、P随n的变化关系如下所示：（2-3）式中：qv1、H1、P1、及qv2、H2、P2分别为n1及n2时的特性参数。2-3式称为比例定律表达式。当泵的转速变化小于20%时，效率基本不变。四、离心泵的汽蚀现象与安装高度如图所示，液面较低的液体能被吸入泵的进口，是由于叶轮将液体从其中央甩向外周，在叶轮中心进口处形成负压（真空），从而在液面与叶轮进口之间形成一定的压差，液体籍此压差被吸入泵内。现在的问题是离心泵的安装高度zs（zs即叶轮进口与液面间的垂直距离）是否可以取任意值？zspsKe图离心泵的安装高度s1汽蚀（Cavitation）现象在液面s与泵内压强最低处即叶轮中心进口处K-K面之间列机械能衡算式，得zspsKe图离心泵的安装高度s若液面压强ps一定，吸入管路流量一定（即uk一定），安装高度zs↑，∑hf(s-k)↑，pk↓，当pk↓至等于操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压pv时（即pk＝pv），液体将发生什么现象？又会使泵产生什么现象？尤其当汽泡的凝结发生在叶轮表面时，众多的液体质点尤如细小的高频水锤撞击着叶片；另外汽泡中还可能带有氧气等对金属材料发生化学腐蚀作用，使叶轮表面呈现海绵状、鱼鳞状破坏。泵在这种状态下长期运转，将导致叶片过早损坏。这种现象称为泵的汽蚀现象。zspsKe图2-15离心泵的安装高度s离心泵在产生汽蚀条件下运转，会产生什么样的后果呢？液体将发生部分汽化现象，所生成的大量蒸汽泡在随液体从叶轮进口向叶轮外周流动时，又因压强升高，气泡立即凝聚，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极大的速度冲向气泡原来所在的空间，在冲击点处产生很高的局部压强（高达几百个大气压），冲击频率高达每秒几万次之多。离心泵开始发生汽蚀时，汽蚀区域较小，对泵的正常工作没有明显影响。当汽蚀发展到一定程度时，气泡产生量较大，泵内流体流动的连续性遭到破坏，泵体振动并发生噪音，流量qv、扬程（压头）H和效率η都明显下降，严重时甚至吸不上液体。因此汽蚀现象是有害的，必须加以避免。那么，如何避免汽蚀现象的产生呢？从前面的分析可知，泵的安装高度zs受到汽蚀现象的限制，为避免汽蚀现象的发生:①泵的安装位置不能太高，以保证叶轮中各处压强高于被输送液体的饱和蒸汽压pv;②可采取ps↑；③∑hf(s-k)↓。我国的离心泵规格中采用下述两种指标——允许汽蚀余量（有的教材给出必需汽蚀余量）和允许吸上高度来表示泵的吸上性能，下面简述这两种指标的意义，并说明如何利用它们来确定泵的安装高度不至于发生汽蚀现象。2、汽蚀余量

zspsKe图离心泵的安装高度s或泵吸入口的全压头汽蚀余量Δh最小汽蚀余量Δhmin在s与e之间列柏努利方程得：泵在正常工作时，其入口处的压力一定要超过所输送的液体的饱和蒸汽压。泵入口处的静压头pe/g和动压头u12之和称为全压头，全压头也一定要超过蒸汽压头pv/g,其超出量即为汽蚀余量，超出愈多，越不易出现汽蚀现象。允许汽蚀余量Δh允许允许安装高度zs允许(2-21)这种求zs允许的方法称为允许汽蚀余量法。为了保证泵的安全操作，不发生汽蚀，在最小汽蚀余量hmin上加一个安全欲量0.3m，作为允许汽蚀余量h允许讨论：

（1）Δh允许由实验测定，不同型号的泵其值不同，由厂家出厂前由实验测定；测定条件为：液面压力为标准大气压，流体为水，水温20℃；（2）当进口管路无阻力，液面压力为标准大气压，ue=0，不考虑饱和蒸汽压影响时，zs=10.33m是泵安装高度的极限；（3）当进口管路阻力增大时，允许安装高度降低，故应尽可能减小吸入管路的阻力；如：*

吸入管路尽量短，少走弯路；

*进口管路直径一般大于出口管路直径；

*

进口管路上避免不必要的管件，如泵装于液面下可免装止逆阀（并且启动前不用灌泵），流量调节阀装于出口管路；（4）实际生产过程中，管路的流量有可能发生变化，那么此时吸入管路的阻力也发生变化；若流量增大则允许安装高度减小，所以为避免在实际操作中由于流量的提高或其他参数（如液体温度，液面压力等）的变化而出现汽蚀现象，允许安装高度按可能出现的最大流量计算并且实际安装高度应低于允许安装高度：（5）对油泵通常给出允许汽蚀余量，当实际操作条件与允许汽蚀余量测定条件不同时，应进行校正：对于油品ф<1，所以经过校正后的允许安装高度值更大，而未经过校正计算得到的允许安装高度则较小；因此对此类情况将不作校正（作为额外的安全余量）。七、离心泵的类型与选用

1、类型离心泵类型的划分按输送流体的性质：清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵等；按叶轮的吸入方式：单吸泵、双吸泵；按叶论数目：单级泵、多级泵；（1）清水泵（Cleanwaterpumps）输送清水或物性与水相近且无腐蚀、杂质少的液体。单级单吸泵：IS（或B）型，中小型水泵，结构简单操作容易；扬程5~125m，流量6.3~400m3/h多级泵：D型，扬程高，14~351m，10.8~850m3/h双吸泵：SH型，流量大，9~140m，120~12500m3/h型号：IS100-65-250（或2B312B31A2B31B）

IS-国际标准单级单吸清水离心泵；100-泵吸入口直径，mm；65-泵排出口直径，mm；250-泵叶轮的名义尺寸，mm.意义：为泵吸入口直径，英寸基本型号在最高效率下的扬程，m；泵类型叶轮直径在基本型号基础上切削一圈2B31AIS100-65-250为泵排出直径，mm叶轮公称直径，mm为泵吸入口直径，mm（2）耐腐蚀泵（Corrosionresistantpumps）与液体接触的部件由耐腐蚀材料（铸铁、高硅铁、合金钢、玻璃、塑料等）制成且更换容易，密封可靠，适用于输送具有腐蚀性的液体。扬程15~195m，流量2~400m3/h型号：50F-10350F-103A50F-103B意义：50为吸入口直径，mm；F为泵类型；103为基本型号在最高效率下的扬程，m。（3）油泵（Oilpumps）用于输送石油产品，由于油品易燃易爆，密封要求高。适用温度-45℃~400℃，扬程60~603m，流量6.25~500m3/h。型号：50Y-6050Y-60A50Y-60×250Y-60A×2意义：50为吸入口直径，mm；Y为泵类型；60为基本型号在最高效率下的扬程，m；×2为叶轮级数。（4）杂质泵输送液体中含有固体颗粒杂质，粘度大的液体如泥浆等；杂质泵不易堵塞，耐磨，叶轮流道宽（2~3片）。（5）液下泵（Submergedpumps）安装于贮槽内液面下，适用于输送各种腐蚀性流体，密封要求不高（泵内外均为输送的流体，无泄漏问题）。（6）屏蔽泵（Cannedmotorpumps）叶轮与轴相连固定，密封性能高，根本上消除了泄漏，适用于输送易燃易爆、有毒、具有放射性或贵重的液体。扬程16~95m，流量0.65~200m3/h，温度-35℃~400℃。（7）管道泵（Pipelinepumps）适用于长距离管道输送的中途加压，24~150m，6.25~360。（8）低温用泵（Cryogenicpumps）2、离心泵的选用、安装与运转（1）选用①根据被输送液体的性质确定泵的类型；②根据管路系统的性质和工艺要求确定流量和压头（应以生产中可能出现的最大流量计算）；③根据所需流量和压头确定泵的型号（所选泵的流量与扬程应比工艺要求略高，有一定的余量；但余量又不宜太大，否则远离高效区，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）；④对泵所配电机的功率进行校核确定是否更换电机。

（2）安装①对关键管道用泵或容易损坏的泵应安装备用泵（并联一台工作，一台备用）；②安装高度不能太高，应小于允许安装高度；③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；吸入管路的直径可以稍大；吸入管路减少不必要的管件；调节阀应装于出口管路。（3）离心泵运转

①启动前应灌泵（泵装在液面以下则为自然灌泵），并排气，防止出现气缚现象；②应在出口阀关闭的情况下启动泵，使启动功率、电流最小，避免烧毁电机；③停泵前先关闭出口阀，避免管道中的液体倒流，带动叶轮倒转，以免损坏叶轮和电机，尤其对没有安装底阀的情况；④多台泵组合操作（以两台同型号泵的串、并联操作为例）双泵联合操作其特性有如何呢？与单泵特性有何区别？第二节

气体输送机械----往复式压缩机

一、用途1．输送气体2．产生高压气体3．产生真空

二、分类三、离心通风机1．分类低压离心通风机终压〈0.9807kPa(表)中压离心通风机终压=0.9807~2.942kPa(表)高压离心通风机终压=2.942~14.7kPa(表)2．原理：与离心泵相似3．结构：与离心泵相似，但叶片的数目较多、较大，气体流道的断面有方形和圆形两种4．性能参数(1)

风量：单位时间内排出的气体体积，并换算成吸入状态的数值，qv，m3/h。(2)

风压：单位体积的气体流经风机后，所获得的能量，J/m