矿大北京化工原理01

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章流体输送机械2本章学习要求理解：离心泵的构造和工作原理，主要性能参数及特性曲线应用：离心泵的操作、利用特性曲线分析和调节离心泵的工作点，确定安装高度了解：了解其它化工生产用泵的构造和工作原理、性能、操作及适用范围3输送液体的机械—泵；输送气体的机械—按产生压强低

高分为：通风机、鼓风机、压缩机。第二章流体输送机械从工作原理分：离心式：离心泵、旋涡泵、鼓风机、离心通风机往复式：往复泵、计量泵、压缩机旋转式：齿轮泵、双螺杆泵、蠕动泵流体动力式：蒸汽喷射泵4即使同型式的输送机械也因气体的可压缩性和流体(气、液)密度差异而在结构及特性上有区别。同为离心泵，也因输送的物料不同分为水泵、油泵、泥浆泵等等。当然结构上也有区别。本章主要介绍常用输送机械的基本结构、工作原理和特性，学习如何选择、安装设备，令设备在尽可能高的效率下运作。5第一节液体输送设备在众多形式、类型的液体输送机械中，离心泵的应用最广泛，其优点是：⑴结构简单；⑵流量均匀；⑶流量、压头的适用范围较广；⑷适于输送腐蚀性或含悬浮物的液体。

其它类型泵有各自的特点和适用场合，离心泵往往不能替代。使用者应视具体情况进行选择。62-1-1离心泵一、离心泵的工作原理和主要部件

(一)离心泵的工作原理电机轴与泵轴相连，带有若干叶片的叶轮固定在泵轴上；泵轴和蜗壳形泵壳间用填料函密封。启动前，将泵灌满水(叶片间充满水)。启动电机，泵轴带动叶轮旋转，液体在离心力下向叶轮四周抛出，被泵壳汇集并由排出口送出。7叶轮吸入口因液体的抛出造成“低压区”，只要吸入管侧储槽液面上方与叶轮吸入口间的压强差足以克服该段内的全部流动阻力，液体便源源不断地经吸入管进入泵的吸入口，由叶轮提高能量，经泵壳转换能量后，送入排出管，调节阀控制流量保证生产。若泵未灌满，形成的“压强差”不足以使液体进入叶轮——气缚(对泵无伤害)。8(二)离心泵的主要部件旋转部分静止部分叶轮泵轴⒈叶轮—关键部件作用把原动机(电机)的机械能(离心力)

液体的静压能和动能。构造通常由6～12片后弯叶片组成。有：闭式、半闭式和开式。泵壳轴承和填料函(密封圈)9充斥于叶片间的液体在离心力作用下被高速(15～25m/s)地抛向外缘，液体的动能大大地提高。∵叶片间流道随叶轮R

而渐宽，∴部分动能

静压能。又，∵叶轮中心—低压，外缘—高压，∴部分流体便由叶轮与壳体的缝隙向低压区“回流”。10轴向“窜动”，导致叶轮与壳体接触、磨损、甚至使泵振动—无法正常操作。最简单的解决∵前盖板侧压强更低些，∴叶轮沿泵轴向吸入口侧滑动，由于回流液量不稳定，产生办法：后盖钻几个“平衡孔”，降低后盖后侧压力。但泵效也降低了。好办法：用“双吸式”泵。半闭、开式叶轮泵效较低。11⒉泵壳通常为蜗牛壳状。叶轮在壳中沿蜗形流道渐扩的方向旋转。液体的部分动能在蜗壳中转换为静压能。为了进一步减少能量在壳中的损失，可以安装一个导轮，它能有效地减少液体与壳壁的碰撞，并能将部分动能转为静压能。导轮中叶片弯曲的方向与流体运动的方向一致。12⒊轴封装置用于防止高压液体外泄或外界空气漏入。填料函——浸油或涂石墨的石棉绳之类的软填料。靠挤压变形减小泵壳与泵轴间隙，使轴可自由转动而气、液不漏。优：价廉；缺：不耐磨，需常调紧、更换。机械密封装置——动、静环间的接触面光洁度高、平行度高。摩擦小、密封性好。机械密封图13机械密封图14二、离心泵的基本方程式从理论上表达了泵的压头HT

(理论值)与泵的结构(主要指叶轮的结构，后同)、尺寸、转速及流量等因素的关系。基本方程式用于计算理论压头。在如下的理想情况推导：

(1)叶轮有无限多叶片(叶片无限薄)，液体质点完全沿着叶片表面流动；

(2)输送的是理想流体。(

=0

hf

=0)15(一)液体通过叶轮的流动u1c1R2u2

2w2c2R1w1

2ui——圆周速度wi——相对速度ci——绝对速度

16

ui、wi

和ci

三个速度组成的矢量图——“速度三角形”。其中，

、

称为“流动角”，大小与叶片的形状有关。由余弦定律可以确定各速度间的关系：(2-1)(2-1a)u2

2w2c2

217

单位重量的理想液体通过离心泵叶片入口截面1-1′到叶片出口截面2-2′所获得的机械能：(二)离心泵的基本方程式的推导(离心作用功)(2-2)理想流体经过理想叶轮后静/动压头的增量18静压头增量主要来源于：1)离心力做功2)能量转换流体通过逐渐变宽的叶片间流道时部分动能

静压能，其量为：19于是：单位重量液体通过叶轮后静压强增量代入(2-2)：由余弦定律：(2-3)(2-4)(2-5)

1=90

，即cos

1=0离心泵的基本方程式20(三)离心泵的基本方程式的讨论(2-5a)(

1=90

时)(2-6)理论流量：c2u2

2w2

2cr2cu2由叶轮出口的速度三角形得：(2-7)液体径向速度叶轮出口面积21

(2-8)反映了离心泵的HT与QT、n、D2和叶片几何形状间的关系。其中：于是，由(2-5a)(2-6)(2-7)得：☆(2-8)(2-10)22⒈叶轮的转速和直径当QT、

2、b2一定时，n

、D2

HT

2.叶片的几何形状若固定D2

、n、b2及QT，则：径向叶片===前弯叶片

2>90

ctg

2<0HT

>u22/g可见，前弯叶片产生的理论压头最大。

2>90

(前弯)HT

QT<=后弯叶片<><23不同

2值下静压头Hp与动压头Hc

间HT

~

2Hp~

2H

220

90

HpHc如图所示，后弯叶片产生的静能/动能比最大，即泵的能量损失最小。的比例关系24

2>90

(前弯)=<HT

QT

(2-10)显示HT

与QT的线性关系，斜率随

2变：实际生产中，①叶片是有限的，液体流动时会产生与流动方向不一致的“轴向涡流”

H

；②实际流体与叶轮、泵壳等流道上的元件间不可避免的能量损失

H

；③泵内各种泄漏损失：高压液体的部分回流、平衡孔的回流液、轴封处的泄漏

Q

。3.理论流量HQ冲击损失环流磨损、泄漏图中后弯叶片的HT

~QT

线——离心泵理论特性曲线。25虽然，离心泵的H与输送液体的

无关，但