化工原理第二章第一节课件

第二章流体输送机械掌握化工中常用的流体输送机械，特别是离心泵的基本结构、工作原理和特性，能够根据输送任务，正确地选择输送机械的类型和规格，决定输送机械在管路中的位置，计算所消耗的功率等，使输送机械能在高效率下可靠地运行。学习目的与要求2023/7/22第二章

流体输送机械

第一节

液体输送机械

2-1-1离心泵离心泵的操作原理、构造与类型离心泵的基本方程式

离心泵的主要性能参数与特性曲线

离心泵性能的改变

离心泵的气蚀现象与允许吸上高度离心泵的工作点与流量调节2-1-2其他类型的泵2023/7/22流体输送机械液体输送机械

——泵气体输送机械离心泵正位移泵往复泵旋转泵通风机鼓风机压缩机真空泵2023/7/222-1-1离心泵离心泵在化工生产中应用最为广泛，这是因为离心泵具有以下优点:①结构简单，操作容易，便于调节和自控;②流量均匀，效率较高;③流量和压头的适用范围较广;④适用于输送腐蚀性或含有悬浮物的液体。2023/7/221．离心泵的操作原理、构造与类型灌泵叶轮旋转离心力液体压力、动能增大泵壳动能转变为静压能较高静压强进入排出管路叶轮中心真空吸入管两端压差液体被吸入离心泵输送液体叶轮旋转产生的离心力泵内有空气真空度小气缚（不上量）泵不能吸液2023/7/22泵壳叶轮吸入口排出口泵轴图2-1离心泵装置简图

1-叶轮2-泵壳3-泵轴4-吸入口5-吸入管6-底阀7-滤网8-排出口9-排除管10-调节阀2023/7/222023/7/222023/7/222．离心泵的主要部件1）叶轮作用将电动机的机械能传给液体,使液体的静压能和动能都有所提高分类按结构开式闭式半闭式按吸液方式单吸式双吸式2023/7/222023/7/222023/7/222023/7/222023/7/222）泵壳

作用a.汇集液体，作导出液体的通道。b.使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。导叶轮引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，使能量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。2023/7/223）轴封装置作用

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。分类轴封装置填料密封机械密封（端面密封）2023/7/222023/7/222023/7/222023/7/223．离心泵的分类按轴上叶轮数目的多少单级泵多级泵按叶轮上吸入口的数目单吸泵双吸泵按离心泵的不同用途水泵（单级“B”、双吸“Sh”、多级“D”）耐腐蚀泵（F型）油泵（Y型）杂质泵（Z型）污水泵砂泵泥浆泵2023/7/22二、离心泵的基本方程式

1）离心泵基本方程式的导出假设：泵叶轮的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。在这种理想条件下的压头称为理论压头，是离心泵所能提供的最大压头。液体质点的运动随叶轮的旋转运动沿叶轮向外的运动2023/7/22u1、u2——液体与叶轮一起旋转的速度，方向与所处圆周的切线方向一致

2023/7/22w1、w2——液体沿叶片表面运动的相对速度，方向为液体质点所处叶片的切线方向c1,c2——这两个速度的合成速度，称为绝对速度。HT∞——单位重量理想液体获得的能量，理论压头。单位重量液体由点1到点2获得的机械能为:2023/7/22静压能增加项HP主要由于两方面的因素促成：液体在叶轮内接受离心力所作的外功叶轮中相邻的两叶片构成自中心向外沿逐渐扩大的液体流道，部分动能转化为静压能单位重量流体经叶轮后的静压能增加为：2023/7/22根据余弦定理α1=900，即cosα1=0——离心泵的基本方程式

2023/7/22理论流量——离心泵的理论压头与理论流量、叶轮的转速和直径、叶轮的几何形状间的关系。式中：D2－－叶轮的外径，m

b2－－叶轮出口宽度，m2023/7/22理论压头与理论流量之间呈线性关系，可表示为：2）离心泵基本方程式的讨论离心泵的理论压头与叶轮的转速和直径的关系当叶片几何尺寸（b2，β2）与理论流量一定时，离心泵的理论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大。离心泵的理论压头与叶片几何形状的关系

后弯叶片(β2<90°)，ctgβ2>0。泵的理论压头随流量的增大而减小。2023/7/22

径向叶片（β2=90°），ctgβ2=0。泵的理论压头不随流量而变化。

前弯叶片(β2>90°)，ctgβ2<0。泵的理论压头随理论流量的增大而增大。2023/7/22离心泵的设计中选用何种形式的叶片合理，请分析。一般都采用后弯叶片2023/7/22图2-9、与的关系曲线2023/7/223）实际压头流体在通过泵的过程中存在着压头损失叶片间的环流阻力损失冲击损失2023/7/22三．离心泵的主要性能参数与特性曲线

1．离心泵的性能参数1）离心泵的流量

离心泵的流量（送液能力）Q

——离心泵在单位时间里所输送的液体体积，m3/h。与泵的结构、尺寸及转速等有关，还与其所在管路情况有关。2）离心泵的压头离心泵的压头（扬程）H——泵对单位重量的液体所提供的有效能量，m。与泵的结构、尺寸、转速和流量等有关。

2023/7/22abc2023/7/22

离心泵的压头又称扬程。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。

2023/7/223）效率η效率η——有效功率与泵轴功率之比。η大小取决于三方面的损失容积损失ηV：由于泵的泄漏造成的。机械损失ηm:泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间、叶轮盖板外表与液体之间产生摩擦引起的能量损失水力损失ηh：实际流体在叶片间和泵壳通道内流动时损失的机械能2023/7/224）轴功率及有效功率轴功率N：

电机输入离心泵的功率,单位为J/s,W或kW。有效功率Ne：排送到管道的液体从叶轮获得的功率轴功率和有效功率之间的关系为：有效功率可表达为

轴功率可直接利用效率计算2023/7/222、离心泵的特性曲线

1）H～Q曲线：离心泵的压头普遍是随流量的增大而下降（流量很小时可能有例外）2）N～Q曲线：离心泵的轴功率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小。3）η～Q曲线：随着流量的增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再增大，效率便下降。2023/7/22设计点最佳工况参数高效区2023/7/22四、离心泵性能的改变

1、液体性质的影响

1）液体密度的影响

与液体密度无关。

与液体的密度无关

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。

离心泵的轴功率与输送液体密度有关。2023/7/222）粘度的影响

当输送的液体粘度大于常温清水的粘度时，泵的压头减小泵的流量减小泵的效率下降泵的轴功率增大

泵的特性曲线发生改变，选泵时应根据原特性曲线进行修正当液体的运动粘度小于20cst时，粘度的影响可不进行修正。2023/7/222、转速对离心泵特性的影响

——比例定律

3、叶轮直径的影响

1）属于同一系列而尺寸不同的泵，叶轮几何形状完全相似，b2/D2保持不变，当泵的效率不变时，

2023/7/222）某一尺寸的叶轮外周经过切削而使D2变小，b2/D2变大

若切削前、后叶轮出口的截面积也可认为大致相等,此时有：

-----切割定律

注意：切割定律只是在叶轮直径变化不大于20％时才适用。2023/7/22五、离心泵的气蚀现象与允许吸上高度

1、气蚀现象

汽化高压区气泡破裂高速冲击气蚀现象:液体流量明显下降压头、效率也大幅度降低避免方法具体措施:安装高度低于允许的最大值2023/7/222023/7/222、离心泵的允许吸上高度

离心泵的允许吸上高度（允许安装高度）

Hg

——泵的吸入口与贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离。贮槽液面0-0’与入口处1-1’两截面间列柏努力方程，2023/7/22若贮槽上方与大气相通，则P0即为大气压强Pa

3、离心泵的允许吸上真空度

——离心泵的允许吸上真空度定义式——允许吸上高度的计算式2023/7/22HS’值越大，表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能好，安装高度Hg越高。HS’随Q增大而减小确定离心泵安装高度时应使用泵最大流量下的HS’进行计算若输送其它液体，且操作条件与上述实验条件不符时，需对HS’进行校正。

2023/7/224、气蚀余量

——气蚀余量定义式——允许吸上高度的计算式将

代入

2023/7/22△h随Q增大而增大计算允许安装高度时应取最大流量下的△h值。校正系数小于1，不在进行校正4、离心泵的实际安装高度注意事项:a.使用最大额定流量值进行计算b.尽量减少吸入管路的阻力,选用较大的吸入管路，减少吸入管路的弯头、阀门等c.允许安装高度为负值,应将离心泵安装于贮槽液面以下.2023/7/22六、离心泵的工作点与流量调节

1、管路特性曲线与泵的工作点

1）管路特性曲线

管路特性曲线：

流体通过某特定管路时所需的压头与液体流量的关系曲线。

2023/7/22式中：上式简化为

2023/7/22——管路的特性方程2）离心泵的工作点在特定管路中输送液体时，管路所需的压头随所输送液体流量Q的平方而变

2023/7/222、离心泵的流量调节1）改变出口阀开度——改变管路特性曲线

2023/7/222）改变泵的转速——改变泵的特性曲线2023/7/223、离心泵的并联和串联1）串联组合泵的特性曲线

两台相同型号的离心泵串联组合，在同样的流量下，其提供的压头是单台泵的两倍

。2023/7/222）并联组合泵的特性曲线

两台相同型号的离心泵并联，若其各自有相同的吸入管路，则在相同的压头下，并联泵的流量为单泵的两倍。

2023/7/223）离心泵组合方式的选择

低阻输送管路----并联优于串联；高阻输送管路----串联优于并联。2023/7/22例：假设某台离心泵的特性曲线可近似用H=20-2Q2表示，式中H为泵的扬程（m），Q为流量（m3/min）。现将该泵用于两敞口容器之间送液，已知单泵使用时流量为1。欲使流量增加50％，试问应将两泵串联还是并联使用？两容器的液位差为10m。解：设管路的特性曲线为He=A+BQ2，根据已知条件：Q＝0时，He＝10m；当Q＝1时（单泵），H=20-2×12＝18m故管路的特性曲线方程为He=10+8Q22023/7/22由单泵的特性曲线H=20-2Q2得：两台相同泵串联时的特性曲线H=40-4Q2，两台相同泵并联时的特性曲线H=20-0.5Q2。因此，将串、并联组合的特性曲线方程分别与管路的特性曲线联立，可得：串联时：Q＝1.58m3/min并联时：Q＝1.08m3/min故：欲使流量增加50％，需采用两泵的串联组合。2023/7/221．离心泵的选用

根据所输送的流体的性质和操作条件，确定泵的类型；确定输送系统的流量和压头选择泵的型号核算轴功率2．离心泵的安装和使用

泵的安装高度启动前先“灌泵”离心泵应在出口阀门关闭时启动七、离心泵的选用、安装与操作

2023/7/22关泵的步骤先关闭泵的出口阀，再停电机

运转时应定