第2章 流体输送机械(III+IV)-OK Ver

第二章流体输送机械1在化工生产加工中，常常需要将流体：从低处输送到高处；从低压送至高压；沿管道送至较远的地方。为达到此目的，必须对流体加入外功，以克服流体阻力。为流体提供能量的机械称为流体输送机械。

2

流体分为液体和气体。通常：将输送液体的机械称为泵；将输送气体的机械按所产生压强的高低分别称之为通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。3主要内容离心泵的工作原理主要部件基本方程式性能参数和特性曲线性能改变和换算气蚀现象和允许吸上高度工作点与调节、类型与选择41按工作原理分叶片式泵有高速旋转的叶轮。如离心泵。往复泵靠往复运动的活塞排挤液体。如活塞泵、柱塞泵等。旋转式泵靠旋转运动的部件推挤液体。如齿轮泵、螺杆泵等。泵的分类52按用途分清水泵适用于粘度与水相近的、无腐蚀性、不含杂质的流体，如离心泵。油泵适用于高粘度的流体。如齿轮泵、旋转泵等。耐腐蚀泵（不锈钢或特殊材料）6第一节离心泵7叶轮轴

6~12片叶片机壳蜗牛形通道；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)一、

离心泵的构造与部件89泵壳制成蜗牛形，既减少了能量损失，又使部分动能转换成静压能。10二、

离心泵工作原理11

由于泵内存有空气，空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转产生的离心力小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，这种现象称为气缚现象。

——表明离心泵无自吸能力充液（灌泵）排液:出口切线方向吸液：叶轮中心12离心泵实际安装示意图13离心泵压头的大小取决于泵的结构（如叶轮直径的大小，叶片的弯曲情况等）、转速及流量。三、离心泵的主要性能参数

离心泵的主要性能参数有流量、扬程、功率和效率。

１流量Q

，Ｌ/ｓ或m3/ｈ

泵的流量（又称送液能力）是指单位时间内泵所输送的液体体积。

２扬程Ｈ，米液柱

泵的扬程（又称泵的压头）是指单位重量液体流经泵后所获得的能量。

1415如右图所示，在泵的进出口处分别安装真空表和压力表，在真空表与压力表之间列柏努得方程式，即式中：pM—压力表读出压力（表压），N/m2；

pV—真空表读出的真空度，N/m2；

u1、u2—吸入管、压出管中液体的流速，m/s；

ΣHf—两截面间的压头损失，m。（2-1）实验：泵压头的测定真空计压强表离心泵储槽V16两截面之间管路很短，其压头损失∑Hf可忽略不计两截面之间的动压头很小，通常可忽略不计，则(2-2)简化17例２-１某离心泵以20℃水进行性能实验，测得体积流量为720m3/h，泵出口压力表读数为0.4MPa，吸入口真空表读数为-0.028MPa，压力表和真空表间垂直距离为0.41m，试求泵的压头。解：根据泵压头的计算公式，则有18轴功率P—泵轴所需的功率（电动机传给泵轴的功率）有效功率Pe—是指单位时间内液体从泵叶轮获得的有效能量。

3轴功率P与有效功率Pe19式中Pe—泵的有效功率，W；

Q—泵的流量，m3/s；

H—泵的压头，m；

—液体的密度，kg/m3；

g—重力加速度，m/s2。Pe＝Q

gH

(2-3)已知g=9.81m/s2；1kW=1000W，则式（2-3）可用kW单位表示，即

(2-3a)功率与流量、压头、密度成正比20(2-4)离心泵工作时，由于有容积损失、水力损失与机械损失，故泵的轴功率要大于液体实际得到的有效功率，泵的效率定义如下它的值的大小，反映出泵的机械能损失的相对大小。一般约为0.6—0.85。

4效率

21注意：泵在运转时可能发生超负荷，所配电动机的功率应比泵的轴功率大。在机电产品样本中所列出的泵的轴功率，除非特殊说明以外，均系指输送清水时的数值（功率与密度成正比）。

22容积损失是由于泵的泄漏造成的。离心泵在运转过程中，有一部分获得能量的高压液体，通过叶轮与泵壳之间的间隙流回吸入口。容积损失23原因：水力损失是由于流体流过叶轮、泵壳时，由于流速大小和方向要改变，且发生冲击，而产生的能量损失。水力损失（流体摩擦损失）24原因：机械损失是泵在运转时，在轴承、轴封装置等机械部件接触处由于机械磨擦而消耗部分能量。机械损失25特性曲线（characteristiccurves）：在固定的转速下，离心泵的基本性能参数（流量、压头、功率和效率）之间的关系曲线。强调：特性曲线是在固定转速下测出的，只适用于该转速，故特性曲线图上都注明转速n的数值。图上绘有三种曲线Ｈ－Q曲线P－Q曲线η－Q曲线四、离心泵的特性曲线260481216202428320204060801001201012141618202224260246801020304050607080n=2900r/minNHηＱ,l/sm3/s离心泵的特性曲线27

变化趋势：离心泵的压头在较大流量范围内是随流量增大而减小的。不同型号的离心泵，Ｈ－Q曲线的形状有所不同。较平坦的曲线，适用于压头变化不大而流量变化较大的场合；较陡峭的曲线，适用于压头变化范围大而不允许流量变化太大的场合。1Ｈ－Q曲线28

变化趋势：Ｎ－Q曲线表示泵的流量Q和轴功率Ｎ的关系，Ｎ随Q的增大而增大。显然，当Q=0时，泵轴消耗的功率最小。启动离心泵时，为了减小启动功率，应将出口阀关闭。2P－Q曲线29

变化趋势：开始η随Q的增大而增大，达到最大值后，又随Q的增大而下降。

η—Q曲线最大值相当于效率最高点。泵在该点所对应的压头和流量下操作，其效率最高，故该点为离心泵的设计点。3η－Q曲线30

泵在最高效率点条件下操作最为经济合理，但实际上泵往往不可能正好在该条件下运转，一般只能规定一个工作范围，称为泵的高效率区。高效率区的效率应不低于最高效率的92%左右。强调：泵在铭牌上所标明的都是最高效率点下的流量，压头和功率。离心泵产品目录和说明书上还常常注明最高效率区的流量、压头和功率的范围等。泵的高效率区31称为比例定律，当转速变化小于20%时，可认为效率不变，用上式进行计算误差不大。(2-5)当转速由n1改变为n2时，其流量、压头及功率的近似关系为：

4离心泵的转速对特性曲线的影响32

称为切割定律。

当叶轮直径变化不大，转速不变时，叶轮直径、流量、压头及功率之间的近似关系为：5叶轮直径对特性曲线的影响33

泵生产部门所提供的特性曲线是用清水作实验求得的。当所输送的液体性质与水相差较大时，要考虑粘度及密度对特性曲线的影响。6物理性质对特性曲线的影响

34

所输送的液体粘度愈大，泵体内能量损失愈多。结果泵的压头、流量都要减小，效率下降，而轴功率则要增大，所以特性曲线改变。6.1粘度的影响35离心泵的流量等于叶轮周边出口截面积与液体在周边处的径向速度之乘积。从这一意义上来说流量不受密度影响。离心泵的压头与密度无关，因为：泵内出进口之压力差与密度成正比—因为离心力与质量成正比，而流体的质量与密度成正比。6.2密度的影响36泵的轴功率随液体密度而改变。37

如果输送的液体是水溶液，浓度的改变必然影响液体的粘度和密度。浓度越高，与清水差别越大。浓度对离心泵特性曲线的影响，同样反映在粘度和密度上。

6.3溶质的影响38离心泵的工作点是由离心泵特性曲线和管路特性曲线共同确定的。五、离心泵的工作点与流量调节391.管路特性曲线4041管路特性系数—k42离心泵的工作点

泵特性曲线和管路特性曲线的交点。43H-QH或HeQQ=QMH=HMM泵的特性曲线管路特性曲线H00工作点所对应的流量Q与压头Ｈ既是管路系统所要求，又是离心泵所能提供的;若工作点所对应效率是在最高效率区，则该工作点是适宜的。44例题2-2在内径为150mm、长度为280m的管路系统中，用离心泵输送清水。已知该管路局部阻力的当量长度为85m；摩擦系数可取为0.03。离心泵的特性曲线如附图所示。若为20m水柱，试求离心泵的工作点。45H-QH或HeQQ=74H=25M泵的特性曲线管路特性曲线H0046

所以Ｈ＝20+11930Q2根据上式可绘出如本例附图所示的管路特性曲线。由图中查得工作点的流量为74m3/h，压头为25m水柱。管路特性系数—k47482.离心泵的流量调节1）改变阀门的开度－－常用的方法2）改变泵的转速3）改变叶轮的尺寸49(1)改变出口阀门开度适用：调节幅度不大，而经常需要改变的场合。关小出口阀

le

qV,H

管特线变陡工作点左上移特点：方便、快捷，流量连续变化；阀门消耗阻力，不经济。50(2)改变泵的转速适用：调节幅度大，时间又长的季节性调节。n

泵H～qV曲线上移

工作点右上移，

H

，qV

特点：泵在高效率下工作，能量利用经济;

需变速装置或切削叶轮。51例题2-352H-QQAk=2.50H251053（阀门开度大）H-QQBAk=5.0k=2.50（阀门开度小）H25105455（阀门开度大）H-QQBAk=5.0k=2.50（阀门开度小）CqBH25105657（阀门开度大）H-QQBAk=5.0k=2.50（阀门开度小）CDnD=2900r/mnC=2660r/mH25105859（3）离心泵的组合操作①

并联操作60工作点由1

2H并HQH单Q并H并-Q并H单-Q单12Q单Q并/2管路特征曲线H并>H单

61②

串联操作62工作点由1

2H单H串HQ单Q串QH串-Q串H单-Q单12H串/2管路特征曲线63③组合方式的选择低阻时，并联优于串联；高阻时，串联优于并联。，则只能采用串联操作；如果单台泵所提供的最大压头小于管路两端的H064六、离心泵的汽蚀现象与安装高度（一）汽蚀现象叶轮入口处最低压力，液体汽化，产生汽泡，受压缩后破灭，周围液体以高速涌向汽泡中心。叶轮受冲击而出现剥落，泵体振动并发出噪音。11’00’离心泵的安装高度Hgp0p1pk65解决措施泵的安装位置不能太高；应使吸入管路的阻力尽可能小。以保证系统中压强最低的叶轮中心的压强大于液体输送温度下的饱和蒸汽压。66气蚀的危害：（1）离心泵的性能下降。泵的流量、压头和效率均下降。若生成大量的气泡，则可能出现气缚。（2）产生噪声和振动（3）泵壳和叶轮的材料遭受损害，降低泵的使用寿命。67离心泵的有效气蚀余量从流入管到泵入口处之液体的静压头与动压头之和大于操作温度下液体的饱和蒸气压头的数值。净正吸入压头NPSH(netpositivesuctionhead):（二）有效汽蚀余量与必需汽蚀余量68必需气蚀余量表示液体从泵入口流向叶轮内最低压力点K处的全部压头损失。与泵的结构尺寸及流体流量有关。必需气蚀余量越小，该泵在一定操作条件下抗气蚀性能越好；69泵入口处压头叶轮压力最低处压头饱和蒸汽压头必需汽蚀余量

hr有效汽蚀余量

ha有效气蚀余量与必需气蚀余量的关系70判别汽蚀条件：

ha>

hr,pk

>pv时，不汽蚀

ha＝

hr,pk

＝pv时，开始发生汽蚀

ha<

hr,pk

<pv时，严重汽蚀71(三）、离心泵的最大安装高度允许安装高度又称允许吸上高度，是指泵的吸入口与贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离。727374（四）、允许气蚀余量与最大允许安装高度751）有效气蚀余量2）必需气蚀余量Δhr3）允许气蚀余量Δh4）最大安装高度5）最大允许安装高度小结76例题2-4某台离心泵，从样本上查得其汽蚀余量Δh=2m水柱。现用此泵输送敞口水槽中40℃清水，若泵吸入口距离水面以上4m高度处，吸入管路的压头损失为1m水柱，当地大气环境压力位0.1MPa,试求泵的安装高度是否合适。77（P328）78例题2-579七、离心泵的类型与选用（一）离心泵的类型（1）清水泵（IS型、D型、Sh型）P351规格表（2）耐腐蚀泵（F型）（3）油泵（Y型）801）水泵（IS型、D型、Sh型）（1）IS型为单级单吸悬臂式离心水泵，全系列扬程：8～98m，流量4.5～360m3/h。（2）要求压头较高、流量不太大，采用多级泵－D型，全系列扬程：14～351m，流量10.8～850m3/h；（3）要求流量较大、压头不太高，采用双吸泵－Sh型，全系列扬程：9～140m，流量120～12500m3/h。。812）耐腐蚀泵（F型）全系列扬程：15～105m，流量2～400m3/h。3）油泵（Y型）全系列扬程：60～603m，流量6.25～500m3/h。82离心泵的规格标注法例：IS50-32-250IS—单级单吸离心泵（国际标准）50—吸入口直径，mm32—排出口直径，mm250

—泵叶轮的名义直径，mm83（二）离心泵的选用（1）确定泵的类型；（2）确定输送系统的流量和压头；（3）选择泵的型号；

qV泵

>qV需,H泵

>H需

（4）核算泵的功率。84例2-6（P81）需安装一台泵，将流量45m3/h、温度20度的河水输送到高位槽，高位槽水面高出河面10m,管路总长15m,试选一台离心泵，并确定安装高度。85解：（1）离心泵的选择流量已知，主要问题是求泵的扬程（H）主要就是求管路的总阻力86这里，直管长度=15米，局部阻力有：截止阀1个：全开le/d=30090度弯头2个：le/d=235=70底阀1个：全开le/d=420管出口突然扩大：87计算阻力时，还要确定：流速—按常用流速选择即可；直径—按流量、选定流速计算：之后圆整成标准规格的尺寸；阻力系数—与粗糙度有关—要根据管路的材料来确定粗糙度；Re的计算88可选择离心泵：IS80-65-125（P351）流量：60m3/h（或：50m3/h）扬程：18m（或：20m）允许气蚀余量：3—3.5m，取3.589（2）离心泵的安装高度909192第二节其他类型化工用泵931）工作原理依靠活塞的往复运动并依次开启吸入阀和排出阀，从而吸入和排出液体。2）适用场合小流量，高压强，不宜输送腐蚀性液体和含固体粒子的悬浮液。一、往复泵——活塞对流体直接做功，提供静压能94（一）构造与工作原理主要部件：泵缸、活塞和单向活门。单动往复泵——流量不均匀9596双动往复泵：97（二）往复泵的性能参数①流量单动泵：理论流量实际流量

V——泵的容积效率，在0.9~0.97之间。——流量由泵特性决定，而与管路特性无关。98流量调节方法：1.改变活塞的往复次数或冲程；2.

旁路调节。99②压头（扬程）在电机功率范围内，由管路特性决定。管路特性2H2管路特性1H1泵特性HqV——正位移特性流量只与泵特性有关，而压头只与管路特性有关●

工作点100③功率与效率

——往复泵的总效率，一般为0.65~0.85。适用压头高、流量小的液体，但不能输送腐蚀性大及有固体的悬浮液。101二、计量泵又称比例泵，从操作原理来看是一种往复泵。适用场合：要求输液量十分准确而且又便于调整的场合。具有正位移特性。102三、齿轮泵适用场合：压头高、流量均匀，介质为粘稠液体或膏状物。103四、旋涡泵（特殊离心泵）（一）结构104（二）特点1.启动泵时，要打开出口阀门，改变流量时，旁路调节比安装调节阀更经济；2.能量损失大，效率低（20%~40%），不适合输送高粘度液体；3.压头比离心泵高2~4倍，适用于高压头、小流量、低粘度清洁液体。105操作调节的特点：灌泵、启动时出口阀全开、回路调节。106五、多级离心泵107六、轴流管道泵108第三节气体输送机械109

输送和压缩气体的设备统称为气体压送机械,作用与液体输送设备类似,都是对流体做功,以提高流体的压强。气体压送机械可按其出口气体的压强或压缩比来分类。压送机械出口气体的压强称为终压。压缩比是指压送机械出口与进口气体的绝对压强的比值。110气体输送机械的结构和原理与液体输送机械大体相同，也有离心式、旋转式、往复式及流体作用式等类型。气体压送机械的分类

类型终压/kPa（表压）压缩比用途通风机＜151～1.15用于换气通风鼓风机15～3001.15～4用于送气压缩机＞300＞4造成高压真空泵当地大气压由真空度决定用于减压操作111

（一）离心通风机的结构

离心通风机的结构和单级离心泵相似，由涡壳和叶轮组成。机壳断面有方形和圆形两种,低、中压通风机多是方形,高压的多为圆形。叶片数目多且短。低压通风机的叶片常为径向叶片。中、高压通风机的叶片常为后弯式。高压通风机的外形与结构更象单级离心泵。112离心通风机动画113114（二）性能参数与特性曲线1.性能参数（1）风量qV单位时间从风机出口排出的气体体积，m3/h或m3/s。注意：

qV应以风机进口状态计。（2）风压115静压动压116117例2-7（自习）118（3）轴功率与效率2.特性曲线

用20℃、101.3kPa的空气（

=1.2kg/m3）测定。风机的全风压与气体的密度成正比。

~qVP~qVqVpt~qVpS~qVn一定119(三)离心通风机的选用

1.计算输送系统所需的全风压，再换算成标定状态下的全风压；3.根据qV、pt0

选风机的型号。

qV

>

qV需，pt0>pt0需2.根据气体的性质及风压范围，确定风机的类型；（铭牌上标记风压为20度，101.3kPa)120例2-8有一台离心通风机在n=1000r/min下能输送空气（r=1.2kg/m3)的流量qv=0.3m3/min,全风压pt=600Pa。若在转速、流量不变的条件下，用此风机输送r

′=1.0kg/m3的气体，试求其全风压pt′解：密度降低，也随之风压降低121二、鼓风机（一）离心鼓风机特点：外形离心泵外壳直径与厚度之比较大叶片数目较多转速较高单级出口表压多在30kPa以内；多级可达0.3MPa122（二）罗茨鼓风机123流量调节——旁路调节或调转速；开机时打开出口阀门；操作温度<

85℃

，以免转子受热卡住。——正位移特性124三、压缩机（一）离心压缩机特点：多级（10级以上）；大叶轮；高转速（n>5000rpm）125（二）往复式压缩机126四、真空泵性能：（1）真空度或极限剩余压力；