食品工程原理第二章第一节-课件

第二章流体输送机械

第一节液体输送机械

一、离心泵

1.离心泵的工作原理和主要部件

-离心泵的工作原理

食品工程原理第二章第一节蜗牛形通道；叶轮偏心放；可减少能耗，有利于动能转化为静压能。叶轮机壳底阀(防止“气缚”)滤网(阻拦固体杂质)正视侧视食品工程原理第二章第一节-离心泵的主要部件：叶轮、泵壳、轴封装置

a、叶轮是离心泵的心脏部件，它的作用是将电动机提供的机械能传给液体，提高被输送液体的静压强和动能。

敞开式半开式封闭式食品工程原理第二章第一节b、泵壳离心泵的泵壳通常制成蜗牛形，故又称蜗壳。叶轮在泵壳内沿着蜗形通道逐渐扩大的方向旋转，愈接近液体的出口，流道截面积愈大。液体从叶轮外周高速流出后，流过泵壳蜗形通道时流速将逐渐降低，因此减少了流动能量损失，且使部分动能转换为静压能。所以泵壳不仅是汇集由叶轮流出的液体的部件，又是一个转能装置。食品工程原理第二章第一节为了减少液体直接进入泵壳时因碰撞引起的能量损失，在叶轮与泵壳之间有时还装有一个固定不动而且带有叶片的导轮。

c、轴封装置为防止泵内高压液体沿间隙漏出，或外界空气以相反方向漏入泵内，必须设置轴封装置。

食品工程原理第二章第一节2、离心泵的基本方程式

离心泵的理论压头是指在理想情况下离心泵可能达到的最大压头。所谓理想情况是

-叶轮为具有无限多叶片（叶片的厚度当然为无限薄）的理想叶轮，因此液体质点将完全沿着叶片表面流动，不发生任何环流现象；

-被输送的液体是理想液体，因此无粘性的液体在叶轮流动时不存在流动阻力。食品工程原理第二章第一节1、液体通过叶轮的流动

w2R2u1c1w1α2β2cr2c2u2ωR1cu2食品工程原理第二章第一节由余弦定律知：

2、离心泵基本方程式的推导

根据柏努利方程，单位重量的理想液体通过离心泵叶片入口截面到叶片出口截面所获得的机械能为

静压头增量Hp主要来源于以下两方面：食品工程原理第二章第一节-离心力作功单位重量液体所获得的这部分外功可表示为

-能量转换因叶轮中相邻的两叶片构成的流道自内向外逐渐扩大，流体通过时部分动能转换为静压能，这部分静压头的增量可表示为

食品工程原理第二章第一节3、离心泵基本方程式的讨论

理论流量可表示为在叶轮出口处的液体径向速度和叶片末端圆周出口面积之乘积，即

从出口速度三角形可知

食品工程原理第二章第一节a、叶轮的转速和直径

由上式可看出，当理论流量和叶片几何尺寸（b2,β2）一定时，离心泵的理论压头随叶轮的转速、直径的增加而加大；

b、叶片的几何形状

当叶轮的直径和转速、叶片的宽度及理论流量一定时，离心泵的理论压头随叶片的形状而变。食品工程原理第二章第一节β2β2β2后弯叶片径向叶片前弯叶片w2w2w2u2u2u2c2c2c2ωωω食品工程原理第二章第一节c.理论流量

若离心泵的几何尺寸（D2、b2、β2）和转速（n）一定，则

β2>90°时，B<0，关HT∞随QT的增加而增大

β2=90°时，B＝0，HT∞与ＱT无关，

β2＜90°时，B＞0，HT∞随QT的增加而减少

HT∞－QT关系曲线，称为离心泵的理论特性曲线．

食品工程原理第二章第一节HT∞~β2HT∞~QTH~QabcQTHp~β290Hc0020β2QT或QHHT∞或HHT∞食品工程原理第二章第一节３.离心泵的主要性能参数与特性曲线

(1)离心泵的主要性能参数

a流量:离心泵在单位时间内排送到管路系统的液体体积,一般用Q表示,单位为L/s或m3/h

b压头:又称扬程,指离心泵对单位重量(1N)的液体所能提供的有效能量,一般用H表示,单位为m

c效率:有效功率与轴功率之比,用符号η表示食品工程原理第二章第一节离心泵的能量损失包括:

容积损失：指泵的液体泄漏所造成的损失

机械损失：由泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间以及叶轮盖板外表与液体之间产生摩擦而引起的能量损失

水力损失：粘性液体流经叶轮通道和蜗壳时产生的摩擦阻力以及在泵局部处因流速和方向改变引起的环流和冲击而产生的局部阻力，统称为水力损失

离心泵的效率反映上述三项能量损失的总和，故又称为总效率，即η=ηv

ηmηh

食品工程原理第二章第一节d轴功率：泵轴所需的功率。当泵直接由电动机带动时，它即是电机传给泵轴的功率，单位为W或kW。离心泵的有效功率是指液体从叶轮获得的能量。

食品工程原理第二章第一节200262422201816141210804060100120140160864208020706050403010NHη4B20n=2900r/minN,kWη,%H,mQm3/h(2)离心泵的特性曲线食品工程原理第二章第一节例采用图示的实验装置测定离心泵的性能。泵的吸入管内径为100mm，排出管内径为80mm，两测压口间垂直距离为0.5m。泵的转速为2900r/min，以20℃清水为介质测得以下数据：流量15L/s，泵出口表压2.55×105Pa，泵入口处真空度2.67×104Pa，功率表测得电动机所消耗的功率6.2kW。

泵由电动机直接带动，电动机的效率为93%。试求该泵在输送条件下的压头、轴功率和效率。食品工程原理第二章第一节真空计压强表离心泵储槽12’21’食品工程原理第二章第一节4、离心泵性能的改变和换算

(1)液体物性的影响

a密度的影响

b粘度的影响

(2)离心泵转速的影响

若离心泵转速变化不大，则可作以下假设：食品工程原理第二章第一节a转速改变前后，液体离开叶轮处的速度三角形相似；

b不同转速下离心泵的效率相同。

根据离心泵基本方程式，当不同转速下出口速度三角形相似可得食品工程原理第二章第一节由此可得不同转速下，泵的压头、流量及轴功率与转速间近似关系为

此式为离心泵的比例定律食品工程原理第二章第一节(3)离心泵叶轮直径的影响

若对同一型号的泵，可换用直径较小的叶轮，而其它尺寸不变（仅是出口处叶轮的宽度稍有变化），这种现象称为叶轮的“切割”。此时可作以下假设：

a叶轮直径改变后，液体离开叶轮时的出口速度三角形相似；

b叶轮直径改变后，叶轮出口截面积基本不变，即

c叶轮直径改变后，离心泵的效率相同。食品工程原理第二章第一节根据离心泵基本方程式可推导出以下近似关系：

上式称为离心泵的切割定律，该式只有在叶轮直径的变化不大于20%时才适用。食品工程原理第二章第一节5、离心泵的气蚀现象与允许吸上高度

(1)离心泵的气蚀现象Hgpa1100食品工程原理第二章第一节(2)离心泵的允许吸上高度

离心泵的允许吸上高度又称为允许安装高度，是指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，以Hg表示。

食品工程原理第二章第一节a离心泵的允许吸上真空度

若真空度以输送液体的液柱高度来计算，则此真空度称为离心泵的允许吸入真空度，以H’s，即

若输送其它液体，且操作条件与上述的实验条件不符时，可按下式对水泵性能表上的H’s进行换算食品工程原理第二章第一节b气蚀余量

定义：为防止气蚀现象的发生，在离心泵入口处液体的静压头与动压头之和必须大于液体在操作温度下的饱和蒸气压头某一最小值，即

食品工程原理第二章第一节通常为安全起见，离心泵的实际吸上高度，即实际安装高度应比允许吸上高度小0.5~1.0m。

例用3B33型水泵从一敞口水槽中将水送到它处，槽内液面恒定。输水量为45~55m3/h，在最大流量下吸入管路的压头损失为1m，液体在吸入管路的动压头可忽略。试计算(1)输送20℃水时泵的安装高度；(2)输送65℃水时泵的安装高度。

泵安装地区的大气压为9.81×104Pa。食品工程原理第二章第一节解：由附录查得3B33型水泵的部分性能列于下表：

流量Qm3/h压头Hm转速nr/min允许吸上高度Hs’m3035.629007.04532.65.05528.83.0食品工程原理第二章第一节(1)输送20℃水时泵的安装高度

在确定泵的安装高度时，应以最大输送量所对应的H’s值为依据，以保证离心泵能正常运转，而不发生气蚀现象，故取H’s=3m。

由于输送20℃水，且泵安装地区的大气压为9.81×104Pa，与泵实测H’s的实验条件相符，故Hs=H’s=3m

食品工程原理第二章第一节(2)输送65℃水时泵的安装高度食品工程原理第二章第一节注意：

若泵的允许安装高度较低，可采用下列措施：

-尽量减少吸入管路的压头损失，可采用较大的吸入管径，缩短吸入管的长度，减少拐弯，并省去不必要的管件和阀门等；

-把泵安装在贮罐液面以下，使液体利用位差自动灌入泵体内。

食品工程原理第二章第一节6、离心泵的工作点与调节

(1)管路特性曲线与泵的工作点

2’211’管路输送系统示意图H=HeQ=QeH或HeH~QQ或QeHe~QeM

管路特性曲线与泵的工作点食品工程原理第二章第一节由图示的截面1-1与2-2间列柏努力方程式，得

食品工程原理第二章第一节

食品工程原理第二章第一节

若流体在该管路中流动已进入阻力平方区，λ可视为常量，于是可令

食品工程原理第二章第一节（2）离心泵的流量调节

a.改变阀门的开度b.改变泵的转速QM1QMQM2QM2QMQM1Q或

QeQ或

QeH或

HeH或

HeH~QH~QM1MM2M2MM1

He~Qen1nn212食品工程原理第二章第一节（3）离心泵的并联和串联操作He-Qe0HHH并ⅠⅡQQQ并0HHH串QQQ串ⅠⅡ食品工程原理第二章第一节7.离心泵的类型、选择与使用

（1）离心泵的类型

-水泵（B型、D型、Sh型）

凡是输送清水以及物理、化学性质类似于水的清洁液体，都可以选用水泵。

B型水泵为单级单吸悬臂式离心泵，全系列扬程范围为8~98m，流量范围为4.5~360m3/h。

国产多级泵的系列代号为D，称为D型离心泵。叶轮级数一般为2~9级，最多为12级。全系列扬程范围为14~351m，流量范围为10.8~850m3/h。食品工程原理第二章第一节国产双吸泵的系列代号为Sh，全系列扬程9~140m，流量范围为120~12500m3/h。-耐腐蚀泵（F型）当输送酸、碱等腐蚀性液体时应采用耐腐蚀泵，该泵主要特点是与液体接触的泵部件用耐腐蚀材料制成。F型泵全系列的扬程范围为15~105m,流量范围为2~400m3/h。-油泵（Y型）输送石油产品的泵称为油泵。油泵（Y型）有单吸和双吸、单级和多级油泵，全系列的扬程范围为60~603m,流量范围为6.25~500m3/h。食品工程原理第二章第一节-杂质泵（P型）杂质泵用于输送悬浮液及稠厚的浆液等，其系列代号为P，又细分为污水泵PW、砂泵PS、泥浆泵PN等。

举例：

8B29A

8—泵吸入口直径,in(英寸)，即200mm;

B—单级单吸悬臂式离心水泵；

29—泵的扬程，m;

A—该型号泵的叶轮直径比基本型号小一级，即基本型号的叶轮的第一次切割。食品工程原理第二章第一节

40FM1-26

40—泵吸入口直径,mm;

F—悬臂式耐腐蚀离心泵；

M—与液体接触部件的材料代号（M表示铬镍钼钛合金钢）；

1—轴封型式代号（1代表单端面密封）

26—泵的扬程，m。

100Y-120×2

100—泵吸入口直径，mm；

Y—单吸离心油泵；

120—泵的单级扬程，m；

2—叶轮级数。食品工程原理第二章第一节

(2)离心泵的选择

a确定输送系统的流量与压头

b选择泵的类型与型号

c核算泵的轴功率例若某输水管路系统要求流量为80m3/h，压头为18m，试选择一台适宜的离心泵，再求该泵实际运行时所需轴功率及因用阀门调节流量而多消耗的轴功率。食品工程原理第二章第一节解:

(1)选泵的型号由于输送清水，选B型水泵

按Qe=80m3/h，He=18m查图，可选4B-20型水泵，转速为2900r/min，其最高效率点为：

Q=90m3/h，H=20m，N=6.36kW，η=78%，Hs=5m

(2)该泵实际运行时所需的轴功率，即泵工作点所对应的轴功率

由4B-20型离心泵的特性曲线查得，

当Q=80m3/h，N=6kW

食品工程原理第二章第一节(3)用阀门调节流量而多消耗的功率

查得Q=80m3/h时，H=21.2m及η=77%。而管路要求为Qe=80m3/h，He=18m。为达到要求的输水量，应改变管路系统所需压头也21.2m。

由于阀门调节流量而多消耗的压头为

食品工程原理第二章第一节(3)离心泵的安装和操作

a离心泵的安装高度必须低于允许吸上高度，以免出现气蚀和吸不上液体的现象。

b离心泵在启动前必须向泵内充满待输送的液体，保证泵内和吸入管路内无空气积存。

c离心泵应在出口阀关闭的条件下启动，这样启动功率最小。停泵前也应先关闭出口阀，以免排出管路内液体倒流，使叶轮受到冲击而被损坏。

d离心泵在运转中应定时检查和维修，注意泵轴液体泄漏、发热等情况，保持泵的正常操作。

食品工程原理第二章第一节二、往复泵

1.往复泵的工作原理食品工程原理第二章第一节2.往复泵的特性

（1）往复泵的压头

（2）往复泵的流量（排液能力）

单动泵

双动泵

实际流量

ηv—容积效率，0.9~0.95

（3）往复泵的特性曲线食品工程原理第二章第一节3.往复泵的流量调节

（1）旁路调节

（2）改变活塞