化工原理43流体输送机械

第三章流体输送机械

一、液体输送机械的分类动力式：依靠高速旋转的叶轮对被送流体作功，（如离心泵、旋涡泵、轴流泵等）容积式：依靠往复运动的活塞的推挤对流体作功的往复式泵,

（如活塞泵、柱塞泵、隔膜泵等）依靠作旋转运动部件的推挤对被送流体作功的旋转式

泵

（如齿轮泵、罗茨泵、螺杆泵等）其它形式:如水喷射泵流体输送机械分：液体输送机械气体输送机械第一节液体输送机械（离心泵）二、离心泵的性能

只有掌握离心泵的工作原理和性能特性才能正确合理地选用和使用离心泵。

1、离心泵的结构及工作原理（略）2、离心泵的性能特性（由以下一组性能参数表示）（1）泵的流量qv

定义：单位时间内由泵出口排出的液体体积，m3/h。

（离心泵的理论流量见经验式

，qV实际小于qV理论）影响因素：泵（叶轮）的结构尺寸、泵的转速。确定方法：实验测定。（2）泵的压头（扬程）HT

定义：单位重量流体经过泵后所获得的能量，m液柱。（泵的理论压头见经验式

，He实际小于HT理论）影响因素：泵的流量、结构尺寸、转速、流体物性。

（在叶轮尺寸和转速一定时、HT仅与qV有关

）

确定方法：实验测定。3*1压头在管路系统中的作用（0-0，3-3）

He=ΔZ+ΔP/ρg+Σhf2

增加流体的位能1

增加流体的压力能0

克服流动阻力

（3）泵的功率Pa、Pe

定义：

轴功率Pa

，单位时间内泵轴从电机得到的功率，w。

有效功率Pe，单位时间内液体经过泵实际获得的能量，wPe=HqV

ρg*2压头的侧定（以泵的进出口1-1，2-2为上下游截面，列柏努利方程）

He=ΔZ+Δu2/2g+ΔP/ρg

当进出口管径相等时He=ΔZ+ΔP/ρg

当进出口测压表装在同一水平高度时

He=(P出-P进)/ρgHe=（P表+P真空度）/ρg影响因素：泵的流量、结构尺寸、转速、流体物性确定方法：实验测定。（4）泵的效率η由于泵内各种能量损失的存在，通常Pa

>Pe

。定义：泵的效率η=Pe/Pa影响因素：确定方法：（5）泵的转速n

一台在一定的管路系统中正常工作的泵，有一定的转速。一般离心水泵额定转速为2900转/分。3、离心泵的性能曲线在一定转速下（20℃、1atm、介质为清水）测定得到的离心泵的He～qV

、Pa～qV

、η～qV三条关系曲线。（1）性能曲线（测定方法）

HeHe-qV

ηη-qVPa

Pa-qV

qV（2）离心泵的性能特点：

He～qV线：qV=0He较大；qV↑He↓

Pa～qV线：qV=0Pa有最小值；qV↑Pa↑。η～qV线：qV=0η最小；qV↑η↑达最大值后qV↑η↓

η有极大值，且高效区较宽。

（3）应用

*如何启动离心泵？*如何调节离心泵的流量？*如何提高离心泵的工作效率？（4）特性曲线的校正

转速、液体性质、叶轮尺寸等对特性曲线的影响离心泵特性的影响因素（1）流体的性质：

液体的密度：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,

效率与密度无关。液体的粘度：粘度增加，泵的流量、压头、效率都下降粘度增加，轴功率上升当流体的粘度有较大变化时，泵的特性曲线也要发生变化。（2）转速离心泵的转速发生变化时，其流量、压头和轴功率都要发生变化：——比例定律（3）叶轮直径叶轮尺寸对离心泵的性能也有影响。当切割量小于20%时：——切割定律三、管路特性曲线及离心泵的工作点

1、管路特性曲线对于一定的泵送系统，要求泵供给的压头H可由柏努利方程求得：

H=ΔZ+ΔP/ρg+Δu2/2g+ΣHf=ΔZ+ΔP/ρg+Δu2/2g+（λL/d+Σζ）u2/2g=C+Δu2/2g+（λL/d+Σζ）u2/2g=C+f（qV）H—qV关系曲线称为管路特性曲线。2、离心泵的工作点在同一坐标上，绘出泵的特性曲线He—qV和管路特性曲线H—qV，两曲线的交点A即为泵的工作点。

HeHe-qV

AH-qV

qV

3、离心泵的工作点的调节

泵的特性曲线：改变泵的转速、叶轮尺寸管路特性曲线：改变出口阀门开度

4、离心泵的串联和并联

需要较大幅度增大流量或压头时，可将几台泵加以组合。＊当输送要求的总外加能量大于单泵的扬程时，考虑泵的串联

＊当要求的输送量大，而单泵不能满足时，

并联：短距离输送（）增大流量

串联：长距离输送（）增大流量

＊连续操作过程的备用设备采用并联连接四、离心泵的安装高度

1、气蚀现象1

2、离心泵的安装高度的确定0

（1）气蚀余量

要避免气蚀现象发生，即要保证泵内（叶轮中）各处压强都高于液体的饱和蒸汽压。

临界气蚀余量（NPSH)c=（P1min/ρg+u12/2g）-Pv/ρg

实际气蚀余量NPSH=（P1/ρg+u12/2g）-Pv/ρg

以0-0至1-1之间列式可得：

Hg=P0/ρg–P1/ρg–u12/2g–ΣHf

即Hg=P0/ρg–Pv/ρg–NPSH–ΣHf

气蚀余量可由实验测定。（2）离心泵的最大允许安装高度Hgmax

Hgmax=P0/ρg–Pv/ρg–（NPSH)r–ΣHf

式中：ΣHf为吸入管路的阻力损失

（NPSH)r

泵的样本中可查到（3）离心泵的实际安装高度HgHg=P0/ρg–Pv/ρg–NPSH–ΣHf

Hg<Hgmax

必需气蚀余量（NPSH)r

（NPSH)r=（NPSH)c+0.3*当NPSH=（NPSH)c时，开始发生气蚀，

NPSH>（NPSH)r时，不会发生气蚀。例题

1m8m7m

1m

用离心泵送80℃热水，汽蚀余量NPSH=2m，问能否完成输送任务？

比较

Hg

与

Hgmax

Hg1=-1mHg2=7m

Hgmax=P0/ρg–Pv/ρg–（NPSH)r–ΣHf=五、离心泵的选用1、离心泵的分类清水泵、耐腐蚀泵、油泵、液下泵、杂质泵、屏蔽泵、管道泵、低温用泵等2、离心泵的选用步骤（1）确定输送系统要求的qv、H

（2）确定泵的类型（根据流量大小、压头高低、流体性质等确定）

（3）确定泵的型号（综合性能曲线）

（4）校核泵的轴功率（5）校核泵的工作点是否在高效区内

本章练习：

第二节、其它化工用泵

各类化工用泵的比较

离心泵:流量均匀且范围广、压头不高、操作维修方便、价廉,

适用于较低压头、大流量、低粘度液体。轴流泵:流量均匀且大、压头低、操作维修方便、价廉,

适用于低压头、大流量。旋涡泵:流量均匀且小、压头较高、操作维修方便、价廉,

适用于高压头、小流量、清洁液体。往复泵:流量不均匀且较小、压头高、操作维修麻烦、价高,

适用于高压头、小流量、其中隔膜泵可送悬浮液。旋转泵:流量均匀且范围广、压头不高、操作维修较方便、价廉,

适用于较高压头、小流量、尤其适用高粘度液体。往复泵的操作要点和流量调节

往复泵的效率一般都在70%以上，最高可达90%，它适用于所需压头较高的液体输送。往复泵可用以输送粘度很大的液体，但不宜直接用以输送腐蚀性的液体和有固体颗粒的悬浮液。（1）由于往复泵是靠贮池液面上的大气压来吸入液体，因而安装高度有一定的限制。（2）往复泵有自吸作用，启动前无需要灌泵。（3）一般不设出口阀，即使有出口阀，也不能在其关闭时启动。（4）往复泵的流量调节方法：①用旁路阀调节流量。泵的送液量不变。②改变曲柄转速计量泵计量泵是往复泵的一种。计量泵主要应用在一些要求精确地输送液体至某一设备的场合，或将几种液体按精确的比例输送。如化学反应器一种或几种催化剂的投放，后者是靠分别调节多缸计量泵中每个活塞的行程来实现的。

隔膜泵隔膜泵也是往复泵的一种。在工业生产中，隔膜泵主要用于输送腐蚀性液体或含有固体悬浮物的液体。齿轮泵

齿轮泵的压头较高而流量较小，可用于输送粘稠液体以至膏状物料，（如输送封油），但不能用于输送含有固体颗粒的悬浮液。

螺杆泵

螺杆泵效率高，噪音小，适用于在高压下输送粘稠性液体，并可以输送带颗粒的悬浮液。

旋涡泵

旋涡泵是一种特殊类型的离心泵。旋涡泵的特点如下：（1）压头和功率随流量增加下降较快。因此启动时应打开出口阀，改变流量时，旁路调节比安装调节阀经济。（2）在叶轮直径和转速相同的条件下，旋涡泵的压头比离心泵高出2~4倍，适用于高压头、小流量的场合。（3）结构简单、加工容易，且可采用各种耐腐蚀的材料制造。（4）输送液体的粘度不宜过大，否则泵的压头和效率都将大幅度下降。（5）输送液体不能含有固体颗粒。例：用离心泵从江中取水送入贮水池内，池中水面高出江面20米，管路长度（包括局部阻力的当量长度）为45米。水温为20℃，管壁相对粗糙度ε/d=0.001。要求输水的水量为20～25m3/h。（1）试选择适当的管径;

（2）试选择一台离心泵;

（3）确定离心泵的安装高度。

H=Z+ΣHf=Z+λ（L/d）u2/2gQ=0.785d2u1、设u→d→确定管道规格

2、由u、d→Re→λ→ΣHf→H

根据Qmax、H确定泵型号

3、Hgmax=P0/ρg–Pv/ρg–NPSH–ΣHfHg=Hgmax--（0.5～1.0）本章练习：

第三节气体输送机械

一、分类：

1、用于气体输送

通风机——出口表压小于15kPa，压缩比小于1.15