化工原理第二章第一节(第三版)

为流体提供能量的机械，用于补偿流体的机械能差和克服管路系统中的阻力损失。

附图表示了一个包括输送系统在内的管路系统。为了将流体由低机械能处向高机械能处输送，必须补加能量，即输送流体所需要的能量。第二章流体输送机械*20*气体具有可压缩性，在输送和压缩过程中，体积减小温度上升，故气体输送机械与液体输送机械有较大差异。泵：液体输送机械。风机及压缩机：气体输送机械。因为流体种类的多样性，故有不同类型、不同尺寸的气体和液体输送机械。输送机械的分类（据作用原理）离心式往复式旋转式流体动力作用式第一节离心泵一、离心泵的工作原理三、离心泵的性能参数1、流量qV2、扬程H又称压头，单位重量液体流经离心泵后所获得的能量。m又称送液能力，单位时间内泵所输送的液体体积。L/s或m3/h*3*单位重量扬程的测量：注意：pM——压力表读数，PapV——真空表读数，Pa∑Hf一般可忽略。*4*3、功率与效率①轴功率P：泵轴所需的功率，即泵轴从电动机得到的功率，泵在运转过程中存在着种种损失，使输入泵的功率（轴功率P）比有效功率高。泵的有效功率Pe计算公式：其中：Pe----有效功率，WqV----泵的流量，m3/sρ----液体密度，kg/m3H----泵的扬程，m能量单位g-----重力加速度，m/s2②有效功率Pe

：单位时间液体从泵得到的有效能量，*5*副③泵的效率η④泵能量损失的原因a、容积损失由于叶轮做功，叶轮外缘的液体压力高于中心吸入口，部分液体将由泵体与叶轮之间的缝隙漏回吸入口处，使该部分液体得到的能量损失，且造成泵的流量减少，产生容积损失。泵的效率范围：一般泵0.6～0.85，大型泵可达0.9。离心泵有效功率与泵的轴功率的比值定义为泵的（总）效率。体现了离心泵工作过程中的能量损失。（有三个）b、水力损失液体在叶片间的通道内及泵壳中的流动将损耗部分机械能，使得泵的有效压头低于理论压头，造成损失。c、机械损失高速转动的叶轮盘面与流动的液体之间的摩擦以及轴封、轴承之间的机械摩擦，造成了机械损失。⑤电动机的功率：

应大于泵的轴功率，其值在泵的样本中有说明。四、离心泵的特性曲线特性曲线它揭示了1泵的流量qV、2扬程H（即泵的压头）、3轴功率P和4效率η之间的关系。注：曲线是在额定转速和标准状态（大气压101.325kPa、20℃清水）下测得的。（一）特性曲线红---效率兰---扬程粉红---轴功率绿---流量*6*1、H～qV曲线2、P～qV曲线扬程随流量增大而减小。

轴功率随流量增大而增大。且qV=0时，P最小。故启动泵前，应关闭出口阀，减小电动机的启动功率，以保护电动机。待启动后，再将流量逐渐增至所需值。*7*③η～qV曲线

随流量增大，效率先增大后减小。设计工况点

即最高效率点，泵在该点下工作最经济，又称泵的额定点。该点对应的流量称为额定流量。高效区：泵的效率≥93%×最高效率的范围。*8*研究泵特性曲线的目的之所在----高效区（二）、几个影响特性曲线的因素

特性曲线是一定的泵在一定的转速下用101.325kPa、20℃的清水做实验测得的。如不符上述条件，则应对查出的结果校正。1、转速的影响

——改变泵的特性曲线H-qv

即使是同一台离心泵，改变转速，它的特性曲线也要发生改变。在转速相差不大的情况下，我们可以利用已知的特性曲线，近似的换算求解。比例定律。

同一型号泵、输送同一种液体，在效率η不变的情况下，且转速变化小于20%（可认为效率基本不变），（2-5）泵的等效方程看例2-3*9**10*2、粘度的影响

粘度增大，则流量、扬程和效率减小，轴功率增大。当液体的运动粘度υ＞2×10－5m2/s时，查出的流量、扬程、轴功率和效率须乘以校正系数校正。生产厂家所提供的特性曲线使用常温清水作为介质进行测定的，所以实际中，当液体粘度较大时须校正。*11*3、密度的影响

密度变化，流量、扬程和效率不变，但轴功率与密度成正比。故H～qV、η～qV曲线不变，但查出的轴功率须校正。*12*五、离心泵的工作点与流量调节（一）、管路特性方程与管路特性曲线式中当式中*13*（二）、工作点

管路特性曲线与泵特性曲线的交点。泵安装在管路中，泵流量就是管路的流量。在这个流量下，泵提供的扬程恰好是管路所需的压头。因此，泵的实际工作情况是由泵的特性和管路特性共同决定的。

泵工作时，工作点应位于高效区。若其中qV单位改为m3/h，即qV’——m3/h。因1m3/s=3600m3/h，即qV’=3600qV

，代入原式，(式中qV’单位为m3/h)例2-2P73(三)、流量调节

改变工作点，即改变离心泵的特性曲线或管路的特性曲线。增加了管路的阻力损失，经济上不合理。但简便、灵活，应用十分广泛。尤其适用于调节幅度不大，又需要经常调节的工作环境。1、改变出口阀开度---

改变管路特性曲线。特性曲线与泵的特性曲线交点移至适当位置。

在离心泵出口处安装调节阀门。通过阀门的开度即改变管路的阻力可以改变管路特性曲线的位置，使得调节后管路*14*2、改变叶轮转速

注意：无论哪种方法调节流量，都应适度，以免泵效率下降太多。

使泵特性曲线改变。从能耗考虑合理，但需变速装置，投资较大，一般用于大型泵。注意转速应低于额定转速，以免叶轮强度和电动机负荷超过允许值。*15*3、泵的并联

并联后流量增加，但并没加倍(c--d)，且并联台数越多，增大的流量越少，故并联台数不宜多。工作特点：两台型号完全相同的离心泵并联工作，吸入管路相同，则在相同的压头下，并联泵的流量为单台泵流量的两倍。在图中，我们可以看到，只要将单台泵曲线的横坐标值加倍，纵坐标值保持不变，就可以得到并联后的合成曲线。对低阻力管路（管路特性曲线较平），流量增加更明显。*16*4、泵的串联工作特点：前提仍然是两台型号完全相同的泵同时工作，这样在流量一致的情况下，串联泵的压头为单台泵的两倍。因此将单台泵的特性曲线的纵坐标值加倍，横坐标值保持不变，就可以求储量泵串联后的合成特性曲线。串联后扬程增加，但并没加倍(c---d)，串联台数越多，增大的扬程越少。对高阻力管路（管路特性曲线较陡），流量增加更明显。*17*

之所以有泵的安装高度问题，主要是在流体输送中会发生气蚀现象。六、离心泵的汽蚀现象与安装高度（一）汽蚀现象*18*假设一个离心泵的吸液管路。我们可以列出两个截面之间的伯努利方程式:由上式可知，当p0确定时，随着安装高度的增加，p1随之减少，一旦压力降至该液体的饱和蒸汽压之后，液体会有部分发生气化，与此同时，溶解于液体中的气体也会释放出来，生成大量的气泡，进入泵体内后，气泡破裂，周围液体会高速冲向气泡中心，产生很高的冲击力，使得离心泵在使用过程中，产生噪音，使流量、扬程和效率下降，时间长了还会使叶轮表面受损。因此，离心泵的安装高度必须有一个限制。通常我们使用汽蚀余量对泵的安装高度加以限制。（二）(最小)汽蚀余量与允许汽蚀余量正常运转时，在泵入口1-1截面和叶轮入口y-y截面列方程：当Py

降到液体的饱和蒸汽压Pv

时，P1最小定义：*19*当流量一定，且进入完全平方区只与泵的几何尺寸有关，是泵的一个抗汽蚀参数(本书叫必需气蚀余量)。为确保离心泵正常工作又定义：允许汽蚀余量=

不发生汽蚀时的汽蚀余量的最小值，列于泵性能表中。只要汽蚀余量大于允许汽蚀余量，则不发生汽蚀。*20*为了避免汽蚀，泵入口处的能量不仅能使液体进入叶轮，且要超过汽化压强能而有余。这余值即汽蚀余量。（三）最大安装高度

当泵的实际安装高度Hg≤Hgmax（泵的最大安装高度）时，不发生汽蚀。由知若式中△h为允许汽蚀余量，则常用离心泵清水泵耐腐蚀泵油泵七、离心泵的类型与选用（一）离心泵的类型1、清水泵应用最广，输送各种工业用水以及物理化学性质类似于水的其它液体。2、耐腐蚀泵输送酸、碱和浓氨水等腐蚀性液体。在这种类型的泵中，所有与腐蚀性液体接触的部件，都需要用耐腐蚀材料。3、油泵输送石油产品的泵，因油品易燃易爆，因此要求油泵必须有良好的密封性能。输送高温油品（200℃以上）还应具有良好的冷却措施，即其轴承和轴封装置都带有冷却水夹套。液下泵

安装于液体储槽内，对轴封要求不高。因此，常用于输送化工过程中各种腐蚀性液体。这种泵节省空间，有效的改善了操作环境。结构见附图。屏蔽泵

是一种无泄漏泵，这种泵的叶轮与电机联为一个整体并密封在同一泵壳内，不需要轴封装置，因此又称为无密封泵。在化工生产中主要用于输送易燃、易爆、剧毒和具有放射性的液体。（二）离心泵的选择1、确定流量qV和管路所需H。2、确定泵的类型。3、选择所需型号。泵在所需流量时的扬程大于至少等于管路所需的压头。如同时有多台泵满足，则应从价格、效率及操作难易等多方面比较。4、校核。如液体粘度或密度与水相差较大时，则应校正泵的流量、扬程、轴功率和效率。

气体输送机械可以按照它所能产生的出入口压强差或压缩比进行分类：通风机：出口表压≤15kPa，压缩比不大于1.15。鼓风机：出口表压为15～300kPa，压缩比1.1～

4。压缩机：出口表压＞300kPa，压缩比＞4。真空泵：用于减压，出口压力为1atm，其压缩比由真空度决定。压缩比：气体排出压力与吸入压力的比值。注：以上划分是大致范围，并不十分严格。通风机可不考虑气体可压缩性，而鼓风机和压缩机须考虑气体的可压缩性。真空泵要视压缩比的大小而定。第三节气体输送机械*1*一、离心式通风机工业上常用的通风机有轴流式和离心式两类。1、结构和工作原理轴流式通风机排送量大，但所产生的风压甚小，一般只用来通风换气。2.主要性能参数①风量（流量）qV：单位时间内流过风机进口的气体体积，m3/s；②

风压全风压pt：

单位体积气体流过风机后获得的总机械能，Pa。

（Pa=J/m3）性能表中的风量是用空气在标准条件（20℃，101.3kPa）下测得的，与实际风量间关系为标准条件下空气的密度为1.2kg/m3

。取1m3气体为基准，p2u2p1u1全风压当空气直接由大气进入通风机时，u1可忽略，得动风压静风压如果选风机的出口与入口间列伯努利方程：ps2u2ps1u1出口全压入口全压pS

称为静压，pd称为动压有效功率：Pe=ptqV

轴功率：③功率和效率风机性能表中的风压是在一定转速下用标准条件（20℃、101.325kPa)下空气（密度ρ0=1.2kg/m3）测定的，故选用通风机前，先将操作条件下的全风压换算为标准条件下的全风压再选通风机。风机性能表中的风压是在一定转速下用标准条件（20℃、101.325kPa)下空气（密度ρ0=1.2kg/m3）测定的。3、特性曲线特性曲线再按实际风量和校正后的全风压选取。

①选择风机时应先将实际风压校正为标准条件下的全风压:注意：

②用求轴功率时，风量和风压或同用标准状态下的值，或同为实际条件下的值，不能混用。二、鼓风机和压缩机（一）气体压缩所需外功①绝热压缩后温度式中κ为绝热指数，若为多变压缩，则用多变指数m代替。②所需外功（对单位质量气体）等温压缩绝热压缩由例2-9知等温压缩所需功最少。（二）离心式鼓风机和压缩机离心式鼓风机各级叶轮直径大致相等，一般无冷却。离心式压缩机各级叶轮渐小，有冷却。（三）旋转式鼓风机最常用的是罗茨鼓风机，其工作原理与齿轮泵相似，结构如图所示。

特点：流量与转速成正比，基本不随出口压力而变，常用旁路调节，操作温度低于85℃。（四）往复式压缩机1、结构和工作原理由于余隙的存在，循环一次的吸气量小于活塞扫过的体积，余隙体积和压缩比越大，吸气量越小，排气量也必然减少，必须控制余隙体积和压缩比。

每压缩一次的压缩比不能太大，为得到高压气体，必须采用多级压缩，可以减少每级压缩比。等温压缩所需功最小。一个工作循环包括：2→3，压缩阶段3→4，排气阶段4→1，膨胀阶段1→2，吸气阶段2、余隙的影响3、压缩比的影响当压缩比较大时，须用多级压缩。余隙：排气结束时气缸内的剩余空隙。余隙系数为0.03～0.10余隙比（余隙系数）余隙体积活塞扫过体积所节省的功由阴影面积表示。压缩比过大的危害：