（中职）化工单元过程及操作第七节流体输送机械教学课件

（中职）化工单元过程及操作第七节流体输送机械ppt教材课件汇总完整版电子教案日常应用2023/3/27煤气煤气水孔板流量计泵水封填料塔水池工业应用2023/3/27第七节流体输送机械流体输送机械在化工生产中的作用1.为流体提供动力，以满足输送要求。2.为工艺过程创造必要的压力条件。对流体做功（提供能量）的机械装置统称为流体输送机械。通常输送液体的机械叫泵输送和压缩气体的机械叫气体压送机械。2023/3/27按着工作原理分为三类：动力式（又称叶轮式、非正位移式）：它是利用高速旋转的叶轮向流体施加能量，主要包括离心式、轴流式和旋涡式等。容积式（又称正位移式）：它是利用活塞或转子的挤压作用使流体获得能量。包括往复式、旋转式输送机械。流体作用式：利用流体能量转换原理而输送流体，包括空气升液器、蒸汽或水喷射泵、虹吸管等。2023/3/27流体输送机械的类型-离心式往复式旋转式流体作用式液体输送机械离心泵、旋涡泵往复泵、隔膜泵计量泵、柱塞泵齿轮泵、螺杆泵轴流泵喷射泵、酸蛋空气升液器气体输送机械离心通风机、离心鼓风机、离心压缩机往复压缩机、往复真空泵、隔膜压缩机罗茨通风机、液环压缩机、水环真空泵蒸汽喷射泵、水喷射泵2023/3/27尽管流体输送机械多种多样，但都必须满足以下基本要求：①满足生产工艺对流量和能量的需要；②满足被输送流体性质的需要；③结构简单，价格低廉，质量小；④运行可靠，维护方便，效率高，操作费用低。选用时应综合考虑，全面衡量，其中最重要的是满足流量与能量的要求。2023/3/27(1)泵壳（蜗壳）：1.7离心泵(演示)1.7.1离心泵的基本结构，工作原理一、离心泵的结构主要结构:（供能和转能两部分）

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作用：

①汇集液体②转能装置为了减少了能量损失，常常在叶轮与泵壳之间安装一个固定不动的导轮，导轮也是一个转能装置。2023/3/27(2)叶轮：把原动机(电机)的机械能，传递给液体，提高液体的动能和静压能。叶轮形式：叶轮一般由6～12片后弯形叶片组成。

后弯的目的:便于液体进入泵体与叶轮缝隙间的流道.叶轮的分类:

按叶片两侧有无盖板:

敞式、半闭式、闭式。

(机械结构)2023/3/27敞式、半闭式、闭式敞开式叶轮半闭式叶轮闭式叶轮2023/3/27敞式和半闭式叶轮：流道不易堵塞，适用于输送含有固体颗粒的液体悬浮液，效率低。闭式叶轮：适用于输送清洁液体按吸液方式：单吸式、双吸式。2023/3/27单吸式：结构简单，液体从叶轮一侧被吸入。双吸式：吸液能力大，基本上消除轴向推力。(a)后盖板平衡孔单吸式双吸式单吸式与双吸式叶轮2023/3/27(3)轴封装置：离心泵工作时是泵轴旋转而泵壳不动，泵轴与泵壳之间的密封。

作用：防止高压液体从泵壳内沿间隙漏出，或外界空气漏入泵内。常用的密封方式有两种，即填料函密封与机械密封。附属装置：底阀、滤网、调节阀、平衡孔(平衡管)、排气孔等。2023/3/27离心泵外形：2023/3/27离心泵结构示意图(演示分解图)2023/3/271.7.2离心泵的工作原理(1)排出阶段叶轮旋转(产生离心力，使液体获得能量）→流体流入涡壳(动能→静压能)→流向输出管路。（2）吸入阶段液体自叶轮中心甩向外缘→叶轮中心形成低压区→贮槽液面与泵入口形成压差→液体吸入泵内。（演示）2023/3/272023/3/27气缚现象：当启动离心泵时，若泵内未能灌满液体而存在大量气体，则由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转产生的惯性离心力很小，因而叶轮中心处不能形成吸入液体所需的真空度，这种虽启动离心泵，但不能输送液体的现象。（演示）说明：离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充满液体。

2023/3/27特别注意：在离心泵启动前必须先开启出口阀进行灌泵排气。灌液完毕后，此时应关闭出口阀后启动泵，这时所需的泵的轴功率最小，启动电流较小，以保护电机。启动后渐渐开启出口阀。而离心泵停机前，为防止出口管路中的高压流体向泵体内倒灌（因叶轮中心在停机瞬间尚处真空状态），以致对设备造成破坏，需先关闭出口阀后方可停机。思考：离心泵操作时的开启、关闭顺序？2023/3/271.7.3离心泵的性能参数及特性曲线一、离心泵的性能参数1.流量（送液能力）指单位时间内从泵内排出的液体体积，用Q表示，工程上通常以单位m3/h。离心泵的流量与离心泵的结构、尺寸和转速有关。离心泵的流量在操作中可以变化，其大小可以由实验测定。离心泵铭牌上的流量是离心泵在最高效率下的流量，称为设计流量或额定流量。

2023/3/272.扬程

是离心泵对1N流体所做的有效功，它是1N流体在通过离心泵时所获得的能量，用H表示，单位m，也叫压头。离心泵的扬程与离心泵的结构、转速和流量有关。离心泵铭牌上的扬程是离心泵在额定流量下的扬程。(最高效率下）思考：离心泵的扬程与柏努力方程中的外加压头有何区别？2023/3/273.轴功率

离心泵从原动机械那里所获得的能量，用P表示。单位W，由实验测定，是选取电动机的依据。有效功率离心泵在单位时间内对流体所做的功（提供给流体的实际能量），用Pe表示，单位W。有效功率由下式计算，即

Pe＝HQρg离心泵铭牌上的轴功率是离心泵在额定状态下的轴功率。（最高效率下）

2023/3/274.效率

是反映离心泵利用能量情况的参数。由于机械摩擦、流体阻力和泄漏等原因，离心泵的轴功率总是大于其有效功率的，两者的差别用效率来表示，用η表示。其定义式为：η=Pe/P。离心泵效率的高低既与泵的类型、尺寸及加工精度有关，又与流量及流体的性质有关，一般地，小型泵的效率为50％～70％，大型泵的效率要高些，有的可达90％。此外还有转速、汽蚀余量等2023/3/27

离心泵的性能参数总结如下：小型泵效率，50~70%；大型泵效率，90%左右。③功率：

有效功率Pe：轴功率P：

④效率η：①流量Q：

②扬程H：

2023/3/27二、离心泵的特性曲线2023/3/27对特性曲线的讨论（1）从H～Q特性曲线中可以看出，随着流量的增加，泵的压头是下降的，即流量越大，泵向单位重量流体提供的机械能越小。（2）轴功率随着流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小，离心泵应在关闭出口阀的情况下启动，这样可以使电机的启动电流最小，以保护电机。2023/3/27（3）泵的效率先随着流量的增加而上升，达到一最大值后便下降。但流量为零时，效率也为零。根据生产任务选泵时，应使泵在最高效率点附近工作，称泵的高效区，在高效区内泵的效率一般不低于最高效率点的92%.（4）离心泵的铭牌上标有一组性能参数，它们都是与最高效率点对应的性能参数，称为最佳工况参数。2023/3/27三、影响离心泵特性曲线的主要因素

①密度对泵特性曲线的影响离心泵的压头和流量均与液体的密度无关，有效功率和轴功率随密度的增加而增加，这是因为离心力及其所做的功与密度成正比，但效率又与密度无关

说明：流体密度变化时，应校正P-Q曲线。2023/3/27

②粘度对泵特性曲线的影响

定性分析：当液体的粘度增加时，液体在泵内运动时的能量损失增加，从而导致泵的流量、扬程和效率均下降，但轴功率增加。所以，当被输送流体的粘度有较大变化时，泵的特性曲线也要发生变化。2023/3/27③叶轮转数对特性曲线的影响同一台离心泵，转速改变，特性曲线也发生变化。若转速改变后，叶轮出口速度三角形相似、泵的效率近似保持不变，则有：适用：叶轮转数变化不超过20%比例定律：2023/3/27④叶轮直径对特性曲线的影响当泵的转速一定时，压头、流量与叶轮外径有关。对于某同一型号的离心泵，若对其叶轮外径进行“切割”而其他尺寸不变，在叶轮外径减小变化不超过5％时离心泵的性能可进行近似换算。从而可以导出以下关系：

适用：叶轮切削量小于10%-20%切削定律：2023/3/27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。

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本节主要内容离心泵的基本结构及其作用离心泵的工作原理（气缚现象）离心泵的主要性能参数离心泵的特性曲线思考题：1.离心泵的叶片为什么要加工成后弯形？2.离心泵的泵体为什么要加工成蜗壳形？3.离心泵的特性曲线有哪几条线段构成？可获得的结论有哪些？4.什么是离心泵的气缚现象？如何避免？2023/3/271.7.4离心泵的汽蚀现象和安装高度一、离心泵的汽蚀现象（演示）离心泵的吸液是靠吸入液面与吸入口间的压差完成的。当吸入液面压力一定时，泵的安装高度越大，则吸入口处的压力将越小。当吸入口处压力小于操作条件下被输送液体的饱和蒸汽压时，液体将会气化产生气泡，含有气泡的液体进入泵体后，在离心力的作用下，进入高压区，气泡在高压的作用下，又液化为液体，由于原气泡位置的空出造成局部真空，周围液体在高压的作用下迅速填补原气泡所占空间。2023/3/27这种高速冲击频率很高，可以达到每秒几千次，冲击压强可以达到数百个大气压甚至更高，这种高强度高频率的冲击，轻的能造成叶轮的疲劳，重的则可以将叶轮与泵壳破坏，甚至能把叶轮打成蜂窝状。这种因为被输送液体在泵体内气化再液化的现象叫离心泵的气蚀现象。气蚀现象发生时，会产生噪音和引起振动，流量、扬程及效率均会迅速下降，严重时不能吸液。工程上当扬程下降3％时就认为进入了气蚀状态。2023/3/27

离心泵的汽蚀现象

汽蚀现象（空蚀）

吸入管段:无外加机械能，液体靠势能差，吸入离心泵。至泵内压力最低点K处，若

离心泵的汽蚀1100z2023/3/27汽蚀时叶轮内缘叶片背面示意图容易发生气蚀的K处①泵汽蚀时的特征泵体振动、噪声大；泵流量、压头、效率都显著下降。②主要危害造成叶片损坏，离心泵不能正常操作。③汽蚀发生的位置叶轮内压力最低处（叶轮内缘,叶片背面K处）。④衡量泵抗汽蚀能力的参数

汽蚀余量、吸上真空高度。2023/3/27避免气蚀现象的方法是限制泵的安装高度。避免离心泵气蚀现象的最大安装高度，称为离心泵的允许安装高度,也叫允许吸上高度。二、允许安装（吸上）高度的计算：离心泵的允许安装高度可以通过0－0截面和1－1截面间列柏努利方程求得，即：式中

Hg——允许安装高度，m；

p0——吸入液面压力，Pa；

p1——吸入口允许的最低压力，Pa；

u1——吸入口处的流速，m/s；

ρ——液体的密度，kg/m3；

——流体流经吸入管的阻力，m。

2023/3/27从上式可以看出，允许安装高度与吸入液面上方的压力、吸入口最低压力、液体密度、吸入管内的动能及阻力有关。因此，增加吸入液面的压力，减小液体的密度、降低液体温度（通过降低液体的饱和蒸汽压来降低）、增加吸入管直径（从而使流速降低）和减少吸入管内流体阻力均有利于允许安装高度的提高，在其它条件都确定的情况下，如果流量增加，将造成动能及阻力的增加，安装高度会减少，气蚀的可能性增加。

2023/3/27离心泵的抗气蚀性能参数可用允许气蚀余量来表示，其定义为泵吸入口处动能与静压能之和比被输送液体的饱和蒸汽压头高出的最低数值，即：将此式代入上式得：式中

——允许气蚀余量，m；

pv——操作温度下液体的饱和蒸汽压，Pa；

其它符号同前。同样，泵的生产厂家提供的允许气蚀余量是在98.1kPa和293K下以水为介质测得的，当输送条件不同时，应该对其校正，校正方法参见有关专业书籍。2023/3/27几点说明汽蚀现象的产生可以有以下三方面的原因：③吸入管路的阻力或压头损失太高。

①离心泵的安装高度太高②被输送流体的温度太高，液体蒸气压过高2023/3/27说明：为保证泵不发生汽蚀防止产生汽蚀的办法①储槽上方压力p0：②液体饱和蒸汽压pS：③泵吸入管段阻力∑hf,0-1:方法：应尽可能减小泵吸入管段阻力2023/3/27问题：[z]能否为负值？答：可以。例如，精馏塔裙座高0.8-1.5m。

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1.7.5离心泵的工作点与调节一、管路特性曲线与离心泵的工作点管路特性：流体流经管路系统时，需要的压头和流量之间的关系。反映管路对泵的要求。（由柏努利方程决定）说明：由管路系统本身决定，与泵的特性无关。

2023/3/27ab

管路特性曲线qVH2023/3/27离心泵的工作点：泵工作时的qV、H、P、η当泵安装在指定管路时，流量与压头之间的关系既要满足泵的特性，也要满足管路的特性。如果这两种关系均用方程来表示，则流量与压头要同时满足这两个方程，在性能曲线图上，应为泵的特性曲线和管路特性曲线的交点。这个交点称为离心泵在指定管路上的工作点，显然，交点只有一个，也就是说，泵只能在工作点下工作。

2023/3/27说明：泵工作点受到泵性能、管路特性制约泵性能--离心泵特性曲线，

管路特性--管路特性曲线。2023/3/27离心泵的工作点示意图

离心泵工作点H-qV曲线L-qV曲线HHMMdcPqV,MqVη2023/3/27二、离心泵的流量调节①改变阀门的开度

实质：改变管路特性曲线

(阀门上阻力损失变化)，泵特性曲线不变。优点：迅速方便,连续调节；代价：阀门阻力损失↑；适用：流量调节幅度不大，经常调节的地方。泵出口阀：两套(手动阀和自动阀)离心泵节流调节时工作点的变化qV,MqVq‘V,M2023/3/27②调节离心泵转速或改变叶轮直径

实质：改变泵特性曲线，管路特性不变。适用：流量变化幅度大的场合。优点：不因调节流量而损失能量。改变转速时工作点的变化Enn'MM'H-qVHHMH’-qVH’MqV,MqVq’V,M2023/3/27

①泵合成特性曲线改变

在相同压头下，流量加倍。

(1)并联操作泵型号相同，吸入管路相同，出口阀开度相同。②管路特性曲线不变

三、离心泵的并联与串联HqV,1qVqV,并H并BAcbd离心泵的并联操作2023/3/27③并联泵的工作点

并联泵总流量和总压头↑；

流量增加不到单泵的两倍；原因：管路存在阻力损失。

④并联泵效率

等于单泵在qV,单时的工作效率。HqV,1qVqV,并H并BAcbd离心泵的并联操作2023/3/27①泵的合成特性曲线改变相同流量下，压头加倍。

(2)串联操作泵型号相同，首尾相连。②管路合成特性曲线不变HqVqV,串H串BAcbd离心泵的串联操作c’2023/3/27③串联泵的工作点

串联泵的总流量和总压头↑；

压头增加不到单泵的两倍。④串联泵效率等于单泵在qV,单时的工作效率。HqVqV,串H串BAcbd离心泵的串联操作c’2023/3/27

1.7.6 离心泵的类型与选用

一、

离心泵的类型按输送液体的性质或泵结构分类，用英语或汉语拼音为系列代号。①清水泵B型：单级单吸式，系列扬程范围8～98m，流量范围：4.5～

360m3/h,属常用型。D型：多级离心泵(一般2～

9级)。系列扬程范围：14～

351m，流量范围：10.8～

850m3/h，适用：压头高，而流量不大的场合。

2023/3/27S型：双吸式离心泵系列扬程范围：9～

140m；流量范围：120～

1250m3/h；适用：压头要求不高，流量较大的场合。②油泵：Y型要求密封性能好，一般具有冷却措施。流量：6.5～500m3/h压头：60～603m2023/3/27

③其它类型泵耐腐蚀泵(F型)：密封性能好(常用机械密封)，杂质泵(P型)：不易堵，耐磨，叶轮：敞式或半闭式。蔽泵：机泵一体，用于输送易燃、易爆液体。液下泵(EY型)：无泄漏问题，化工常用泵。2023/3/27IS型泵代表单级单吸离心泵，即原B型水泵。

D型泵是国产多级离心泵的代号

2023/3/27S型泵是双吸离心泵的代号，即原SH型泵

2023/3/27耐腐蚀泵是用来输送酸、碱等腐蚀性液体的泵的总称。2023/3/27油泵是用来输送油类及石油产品的泵，由于这些液体多数易燃易爆，因此必须有良好的密封（Y型）

2023/3/27磁力泵是一种高效节能的特种离心泵，通过一对永久磁性联轴器将电机力矩透过隔板和气隙传递给一个密封容器，带动叶轮旋转。

2023/3/27二、离心泵的选用

原则：①确定泵的类型依据：a）输送流体的性质→清水泵、油泵、耐腐蚀泵等

b）现场安装条件→卧式泵、立式泵等

c）流量大小→单吸泵、双吸泵等

d）扬程大小→单级泵、多级泵等2023/3/27②选择泵的具体型号

a）由管路所需压头、流量，确定泵压头、流量。工程观点：选择时，有一定生产裕度。

b）抗汽蚀性能好c）经济性好：泵的操作点应处于高效区内。③校核和最终选型效率高、汽蚀余量小、重量轻、价格低2023/3/27泵型号的意义2023/3/27离心泵选用的步骤：1.根据被输送液体的性质及操作条件，确定泵的类型。2.确定流量。如果流量是变化的，应以最大值为准。3.确定完成输送任务需要的压头。4.通过流量与压头在相应类型的系列中选取合适的型号。5.校核轴功率。当液体密度大于水的密度时，必须校核轴功率。6.列出泵在设计点处的性能。2023/3/27四、离心泵的安装与操作1.安装要点①应尽量将泵安装在靠近水源，干燥明亮的场所，以便于检修；②应有坚实的地基，以避免振动。通常用混凝土地基，地脚螺栓连接；2023/3/27③泵轴与电机转轴应严格保持水平，以确保运转正常，提高寿命；④安装高度要严格控制，以免发生气蚀现象；⑤在吸入管径大于泵的吸入口径时，变径联接处要避免存气，以免发生气缚现象。2023/3/27如图所示，图中(a)不正确，(b)正确。

2023/3/272.操作要点①灌泵

启动前，使泵体内充满被输送液体的操作。用来避免气缚现象；②预热

对输送高温液体的热心油泵或高温水泵，在启动与备用时均需预热。因为泵是设计在操作温度下工作的，如果在低温工作，各构件间的间隙因为热胀冷缩的原因会发生变化，造成泵的磨损与破坏。预热时应使泵各部分均匀受热，并一边预热一边盘车。2023/3/27③盘车

用手使泵轴绕运转方向转动的操作，每次以180°为宜，并不得反转。其目的是检查润滑情况，密封情况，是否有卡轴现象，是否有堵塞或冻结现象等。备用泵也要经常盘车。2023/3/27④关闭出口阀，启动电机

为了防止启动电流过大，要在最小流量，从而在最小功率下启动，以免烧坏电机。但对耐腐蚀泵，为了减少腐蚀，常采用先打开出口阀的办法启动。但要注意，关闭出口阀运转的时间应尽可能短，以免泵内液体因摩擦而发热，发生气蚀现象。⑤调节流量

缓慢打开出口阀，调节到指定流量。2023/3/27⑥检查

要经常检查泵的运转情况，比如轴承温度、润滑情况、压力表及真空表读数等等，发现问题应及时处理。在任何情况下都要避免泵内无液体的干转现象，以避免干摩擦，造成零部件损坏。⑦停车时，要先关闭出口阀，再关电机

以免高压液体倒灌，造成叶轮反转，引起事故。在寒冷地区，短时停车要采取保温措施，长期停车必须排净泵内及冷却系统内的液体，以免冻结胀坏系统。2023/3/27FI-03FI-01FI-02离心泵性能曲线测定装置图（2）离心泵性能曲线实验测定2023/3/27①测定原理

②测定数据

数据：不同流量下的泵进、出口处压强、轴功率③绘制特性曲线计算H、η：2023/3/271.7.7其他类型的泵一．往复泵1．

工作原理（与离心泵的不同）如图所示，往复泵不需灌液，具有自吸能力。

2．流量Q：Q=Q（活塞面积，冲程[活塞左右移动距离]，往复频率）2023/3/27液体吸入液体排出

单动往复泵的工作原理2023/3/273．He与Q无关（这又与离心泵不同），He受管路的承压能力限制4．流量调节采用旁路调节，不能用出口阀来调节。（这也与离心泵不同5．汲上真空高度也随大气压（pa），密度（ρ）和液温变化而变化，所以往复泵的汲上真空高度也有一定限制。2023/3/27正位移性——泵的排液能力只与泵的几何尺寸，而与管路情况无关，又压头与流量无关，受管路的承压能力所限制，这种特性称为正位移性。这种泵称为正位移泵。往复泵是正位移泵之一。2023/3/27

二．

漩涡泵

旋涡泵是一种特殊的离心泵。2023/3/272023/3/27旋涡泵适用于流量小、压头高且粘度不大的液体的输送。旋涡泵启动前同样需要灌泵。这种泵虽属离心式，但亦需用旁路阀调流量，因引水道窄，泵的压头较高，若关闭出口阀运转，高压液体强行越过挡壁漏回低压端时摩阻大，泵体震动，叶片易受损。2023/3/27三、螺杆泵（screwpump）

2023/3/27四、齿轮泵（gearpump）

齿轮泵的工作原理与往复泵类似2023/3/27螺杆泵和齿轮泵特别适用于高粘度的液体，故从使用的角度分类，这些泵属于高粘度泵。在任何给定的转速下，泵的理论流量与扬程无关，对于输送高粘度液体，由于受泵的结构和所输送液体性质的限制，泵是在低转速下工作的。2023/3/27五、屏蔽泵（canned-motorpump）

2023/3/27屏蔽泵是一种无泄漏泵，它的叶轮和电机联为一个整体，并密封在同壳体内，不需要填料或机械密封，故屏蔽泵亦称为无密封泵。常用于输送腐蚀性强、易燃、易爆、有毒及具有放射性或贵重的液体。屏蔽泵的主要结构特点是没有轴封结构，泵的密封是采用泵和电机整体结构来实现的，按照泵与电动机的布置方式，屏蔽泵有立式和卧式两种。

2023/3/271.7.8气体输送机械

气体输送设备按其结构和工作原理可分为离心式、往复式、旋转式和流体作用式等四类。还可根据所能产生的终压（出口压力）或压缩比（即气体出口压力与进口压力之比）进行分类：2023/