第二章 流体输送机械

流体输送机械第二章1本章学习的目的本章是流体力学原理的具体应用。通过学习掌握工业上最常用的流体输送机械的基本结构、工作原理及操作特性，以便根据生产工艺的要求，合理地选择和正确地使用输送机械，以实现高效、可靠、安全的运行。2本章应掌握的内容本章应重点掌握离心泵的工作原理、操作特性及其选型。3本章学习中应注意的问题在学习过程中，加深对流体力学原理的理解，并从工程应用的角度出发，达到经济、高效、安全地实现流体输送。2.1概述2.流体输送机械的分类1.流体输送的目的低压→高压，低位→高位，远距离输送或高阻管路。必须对流体加入外功，以克服流体阻力及补充输送流体时所不足的能量。（1）按输送介质泵：输送液体风机（压缩机）：输送气体（2）按工作原理离心式、往复式、旋转式、流体动力作用式为流体提供能量的机械称为流体输送机械。

1.结构2.2.1

离心泵的工作原理2.2离心泵

由若干个弯曲的叶片组成的叶轮置于具有蜗壳通道的泵壳之内。叶轮紧固于泵轴上泵轴与电机相连，可由电机带动旋转。1-叶轮；2-泵壳，3-泵轴；4-吸入管；5-底阀；6-压出管离心泵装置简图蜗牛形通道；叶轮偏心放；可减少能耗，有利于动能转化为静压能。2.工作原理

启动后，叶轮旋转，并带动液体旋转。液体在离心力的作用下，沿叶片向边缘抛出，获得能量，液体以较高的静压能及流速流入机壳(沿叶片方向，u,P静

)。由于涡流通道的截面逐渐增大，P动

P静。液体以较高的压力排出泵体，流到所需的场地。叶片不断转动，液体不断被吸入、排出，形成连续流动。

由于液体被抛出，在泵的吸扣处形成一定的真空度，泵外流体的压力较高，在压力差的作用下被吸入泵口，填补抛出液体的空间。启动前，须灌满被输送的液体，以防止气缚。离心泵启动前先灌液，在吸入管道底部装一止逆阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于开停车和调节流量。若泵内存有空气，空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转产生的离心力小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，这种现象称为气缚现象。

——表明离心泵无自吸能力１）叶轮作用：将原动机的机械能传给液体。使通过离心泵后的液体动能和静压能都提高—给能装置。4.主要部件根据结构闭式叶轮开式叶轮半开式叶轮叶片的内侧带有前后盖板，适于输送干净流体，效率较高。没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒的液体悬浮物。只有后盖板，可用于输送浆料或含固体悬浮物的液体，效率较低。2）泵壳

通常制成蜗牛形,故又称蜗壳,液体从叶轮外缘以高速流出后,流过泵壳蜗形通道时流速将逐渐降低,因此减少了能量损失,且使部分动能有效地转变为静压能。--转能装置

半开（闭）式闭式开式3）轴封装置轴封装置

填料密封机械密封B

轴封的分类为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界空气漏入泵壳内。A轴封作用5.离心泵的特性参数(1).流量(qV）(2).压头（扬程）Ｈ：泵向单位重量流体提供的能量，单位为m；与泵的结构、转速、流量有关，通过实验测取。单位时间输送到管路系统的液体体积，单位为m3/h(s)；与泵的结构、尺寸、转速有关，实际流量与管路特性有关。在真空表与压力表之间列柏努得方程式，即式中：pM—压力表读出压力（表压），Pa；

pV—真空表读出的真空度，Pa

；

u1、u2—吸入管、压出管中液体的流速，m/s；

ΣHf—两截面间的压头损失，m。

h0-----压力表与真空表间的垂直高度，m必须注意，扬程并不等于升举高度△Z，升举高度只是扬程的一部分。扬程相当于把自身从基准水平面升举的高度。12(3).轴功率P泵轴转动，即电动机传给泵轴的功率,单位为Ｗ或（ＫW）。(4).效率η泵的能量损失容积损失：由泄漏造成；水力损失：黏性以及流向的改变造成；机械损失：摩擦造成。作业：1小型水泵：一般为5070%，大型泵：可达90%以上0204060801001201012141618202224260246801020304050607080PHηqvm3/s离心泵的特性曲线N一定2.2.2离心泵的特性曲线通常用20℃的清水在一定转速下测得。H~qV、P~qV、~qV1.流量的影响最高效率点为设计点2.液体物性的影响1）密度2）粘度3.转速n的影响特性曲线是在一定转速下测得，n改变，特性曲线发生改变，若n变化<20%，η不变时，可认为液体离开叶轮时的速度三角形相似，4.叶轮直径的影响比例定律切割定律D变化<5%，η不变时2.2.3.管路对输送机械的要求压力表真空表ΔZ1212(管路特性方程）※泵向管路提供能量用以提高流体的势能和克服管路阻力损失。2.2.3离心泵的流量调节和组合操作管路特性方程：泵的特性方程：两特性曲线的交点即为泵的工作点。qVH泵特性曲线管路特性曲线工作点泵------供方管路------需方2.流量调节方法：改变管路特性曲线；改变泵的特性曲线1）节流法：改变出口阀门开度优点：操作方便，调节范围大，应用广；缺点：阀关小时，阻力大，η低。阀门开大阀门关小节流损失工作点工作点优点：不增加管路阻力，在一定范围内可保证在高效区工作；缺点：调节不方便，范围小2）改变转速4）离心泵的组合操作A.泵的并联工作点：流量增加，使管路流动阻力增加两台相同的离心泵并联，理论上讲在同样的压头下，其提供的流量应为单泵的两倍。He-qe0HHH并ⅠⅡqVqVqV并工作点：B.泵的串联当单台泵达不到压头要求时，采用串联组合。从理论上讲，在同样的流量下，其提供的压头应为单泵的两倍。0HHH串qVqVqV串ⅠⅡC.组合方式的选择低阻管路：采用并联，可获得比串联高的流量和压头。高阻管路：采用串联，可获得比并联高的流量和压头。2.2.4离心泵的安装高度由离心泵工作原理：叶轮中心处形成低压，泵轴与吸液方液面间的垂直高度，称为安装高度，用Hg表示。可正可负。1.汽蚀现象液体部分气化，含泡液体由低压进入高压，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，后果：叶轮受冲击而剥落，泵轴震动强烈甚至断裂。这种现象称为汽蚀现象。汽蚀现象的危害：离心泵的性能下降，流量、压头和效率都下降；当产生大量气泡是可出现气缚现象；产生噪声、振动；使叶轮和泵壳疲劳破坏，甚至会出现泵轴断裂。2.有效汽蚀余量（Δha)与必要汽蚀余量(Δhr)有效气蚀余量：与吸入管路条件有关，与泵的结构尺寸无关。有效汽蚀余量：为避免汽蚀现象，液体经吸入管到达泵入口处的能量不仅能克服阻力被推进叶轮入口，而且应该大于工作温度下的饱和蒸汽压头。泵入口处压头叶轮压力最低处压头饱和蒸汽压头必需汽蚀余量hr有效汽蚀余量ha必需汽蚀余量(Δhr)：表示液体从泵入口流到叶轮内最低压力处的全部压头损失。必需汽蚀余量越小，泵越不易发生汽蚀现象。判别汽蚀条件：ha>hr,pk>pv时，不汽蚀ha＝hr,pk＝pv时，开始发生汽蚀ha<hr,pk<pv时，严重汽蚀允许汽蚀余量3.离心泵的安装高度在0-0’和1-1’间列柏努利方程：11’00’离心泵的安装高度Hg最大允许安装高度作业：4,5(前两问）8,102.2.5离心泵的类型与选用1.离心泵的类型分类方式：按被输送液体性质分水泵耐腐蚀泵油泵杂质泵IS：单级单吸式D：多级离心泵（大压头）Sh：双吸式（大流量）(1)清水泵（3）油泵用于输送酸、碱、盐等腐蚀性液体，系列代号F。特点：采用不同耐腐蚀材料制造或衬里，密封性能好用于输送悬浮液及稠厚的浆液等，系列代号为P，根据其具体用途又分为污水泵PW、砂泵PS、泥浆泵PN等。(2)腐蚀泵用于输送具有易燃易爆的石油化工产品，系列代号：单级为Y，双级为YS。特点：密封完善，轴承、轴封加冷却水夹套(油温>200℃)(4)杂质泵单吸泵双吸泵按吸入方式分单级泵多级泵按叶轮数目分分单级泵：泵中只有一个叶轮的成为单级泵，液体在泵内只有一次增能，扬程较低。多级泵：同一根轴上串联两个以上叶轮的称为多级离心泵，级数越多，压力越高。2离心泵的选用2.

确定输送系统的流量和所需压头。流量由生产任务来定，所需压头由管路的特性方程来定。1.根据被输送液体的性质确定泵的类型液体性质：密度、粘度、腐蚀性等操作条件：压强－影响压头温度－影响泵的安装高度3.根据所需流量和压头确定泵的型号查泵样本表或产品目录中性能曲线或性能表，确定规格。若输送液体的密度、粘度与水相差很大时，核算泵的流量、压头、轴功率。4.核算泵的特性参数作业：8,9,10①查泵的型谱或相关附表，要求流量和压头与管路所需相适应，防止形成大马拉小车（浪费）或小马拉大车（超载）。②若生产中流量有变动，以最大流量为准来查找，无最大流量时，按1.1--1.15倍正常流量计算；H应以最大流量对应压头的1.05--1.1倍计。③若H或qv与所需不符，则应在邻近型号中找H和qv都稍大一点的。④若几个型号都满足，应选一个在操作条件下效率最好的。⑤所选泵可以稍大；但若太大，工作点离最高效率点太远，则能量利用程度低。⑥若被输送液体的性质与标准流体相差较大，则应对所选泵的特性曲线和参数进行校正，确定是否能满足要求。例2-4如附图所示，今有一输送河水的任务，要求将某处河水以80m3/h的流量，输送到一高位槽中，已知高位槽水面高出河面10m，管路系统的总压头损失为7mH2O。试选择一适当的离心泵.并估算由于阀门调节而多消耗的轴功率。11‘22‘10m解根据已知条件，选用清水泵。以河面1-1截面为基准面，并取1-1与2-2截面列柏努利方程式，则由于所选泵压头较高，操作时靠关小阀门调节，因此多消耗功率为：

根据流量Q(80m3/h)和H(17m)可选4B20型号的泵。由附录查得该泵性能为：流量90m3/h；压头20mH2O；轴功率6.36kW；效率78%。用离心泵从敞口贮槽向密闭高位容器输送稀酸溶液，两液面位差为20m，容器液面上压力表的读数为49.1kPa。泵的吸入管和排出管均为内径为50mm的不锈钢管，管路总长度为86m(包括所有局部阻力当量长度)，液体在管内的摩擦系数为0.023。要求酸液的流量10m3/h，其密度为1350kg/m3。试选择适宜型号的离心泵。解：稀酸具腐蚀性，故选F型离心泵。选型号。流量已知，压头计算如下：在敞口贮槽液面与密闭容器液面之间列柏努利方程：据Qe=10m3/h及He=27.74m，选取50F-40A型耐腐蚀离心泵。有关性能参数为：Q=13.1m3/hH=32.5mPa=2.54kW(电机：4.0kWη=46%n=2960r/minHs’=6m因酸液密度大于水密度，故需校核泵轴功率：2.3往复泵2.3.1往复泵的作用原理①活塞与电机相连，在泵缸内作往复运动；②活塞自左向右移动时，排出阀关闭，吸入阀打开，液体进入泵缸，直至活塞移至最右端。③活塞由右向左移动，吸入阀关闭而排出阀开启，将液体以高压排出。④活塞移至左端，排液完毕，完成一个工作循环，周而复始实现送液。活塞往复运动一次，吸液和排液各一次，交替进行，输送液体不连续。由于活塞的往复运动是不等速的，瞬间流量不均匀，形成的流量曲线：单动泵qvθ单动泵qvθ双动泵双动泵活塞左右两侧都有阀门，吸液和排液同时进行。2.3.2往复泵的流量调节1.往复泵的特性曲线与工作点

流量仅与活塞每次扫过的体积及活塞往复次数n有关，而与管路的特性无关。而往复泵的压头则只决定于管路。2.流量调节①用旁路阀调节流量。②改变曲柄转速2.4其它类型泵小结

一.基本内容1.离心泵的基本构造及工作原理；2.离心泵主要性能参数及特性曲线；3.离心泵安装高度；4.管路特性曲线及离心泵流量调节；5.离心泵类型及选用；6.其他