化工原理少课时第一节讲稿修改市公开课一等奖省赛课微课金奖课件

第二章

流体输送机械

第一节

液体输送机械

离心泵离心泵操作原理、结构与类型离心泵基本方程式

离心泵主要性能参数与特征曲线

离心泵性能改变

离心泵气蚀现象与允许吸上高度离心泵工作点与流量调整2025/4/111/40第二章流体输送设备作用：向系统输入能量，补充所需机械能。

用于流体输送或加压。流体输送设备：液体输送设备------泵；气体输送设备------通风机、鼓风机、压缩机、真空泵。2025/4/112/40流体输送机械：向流体作功以提升流体机械能装置。输送液体机械通称为泵；

比如：离心泵、往复泵、旋转泵和漩涡泵。输送气体机械按不一样工况分别称为:

通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。

本章目标：结合化工生产特点，讨论各种流体输送机械操作原理、基本结构与性能，合理地选择其类型、决定规格、计算功率消耗、正确安排在管路系统中位置等.2025/4/113/40第一节离心泵一．离心泵工作原理2025/4/114/40离心泵工作过程：（1）开泵前，先在泵内灌满要输送液体。

（2）开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高。（3）在蜗形泵壳中因为流道不停扩大，液体流速减慢，使大部分动能转化为压力能。最终液体以较高静压强从排出口流入排出管道。（4）泵内液体被抛出后，叶轮中心形成了真空，液体便经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体位置。

2025/4/115/40离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮所产生离心力，所以称为离心泵。

2025/4/116/40气缚离心泵开启时，假如泵壳内存在空气，因为空气密度远小于液体密度，叶轮旋转所产生离心力很小，叶轮中心处产生低压不足以造成吸上液体所需要真空度，这么，离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。为了使开启前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止逆阀。另外，在离心泵出口管路上也装一调整阀，用于开停时调整流量。2025/4/117/40二、离心泵主要部件（一）叶轮a)叶轮作用

将电动机机械能传给液体,使液体动能有所提升。

b)叶轮分类

依据结构闭式叶轮开式叶轮

半闭式叶轮

叶片内侧带有前后盖板，适于输送洁净流体，效率较高。没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒液体悬浮物。只有后盖板，可用于输送浆料或含固体悬浮物液体，效率较低。2025/4/118/402025/4/119/40按吸液方式

单吸式叶轮

双吸式叶轮液体只能从叶轮一侧被吸入，结构简单。相当于两个没有盖板单吸式叶轮背靠背并在了一起，能够从两侧吸入液体，含有较大吸液能力，而且能够很好消除轴向推力。

2025/4/1110/40叶轮按吸入方式分：单吸式及双吸式

后盖板平衡孔单吸式双吸式2025/4/1111/40（二）泵壳

泵壳作用

聚集液体，作导出液体通道；使液体能量发生转换，一部分动能转变为静压能。

导叶轮

为了降低液体直接进入蜗壳时碰撞，在叶轮与泵壳之间有时还装有一个固定不动带有叶片圆盘，称为导叶轮。导叶轮上叶片弯曲方向与叶轮上叶片弯曲方向相反，其弯曲角度恰好与液体从叶轮番出方向相适应，引导液体在泵壳通道内平缓改变方向，使能量损失减小，使动能向静压能转换更为有效。

2025/4/1112/40三．离心泵主要性能参数与特征曲线

离心泵性能参数

（一）离心泵流量

指离心泵在单位时间里排到管路系统液体体积，普通用Q表示，单位为m3/h。又称为泵送液能力。（二）离心泵压头泵对单位重量液体所提供有效能量，以H表示，单位为m。又称为泵扬程。2025/4/1113/40离心泵压头取决于：

泵结构（叶轮直径、叶片弯曲情况等）

转速n

流量Q，怎样确定转速一定时，泵压头与流量之间关系呢？试验测定2025/4/1114/40H计算可依据b、c两截面间柏努利方程：离心泵压头又称扬程。必须注意，扬程并不等于升举高度△Z，升举高度只是扬程一部分。

2025/4/1115/40（三）离心泵效率

离心泵输送液体时，经过电机叶轮将电机能量传给液体。在这个过程中，不可防止会有能量损失，也就是说泵轴转动所做功不能全部都为液体所取得，通惯用效率η来反应能量损失。这些能量损失包含：容积损失水力损失机械损失泵效率反应了这三项能量损失总和，又称为总效率。与泵大小、类型、制造精密程度和所输送液体性质相关

2025/4/1116/40轴功率：

电机输入离心泵功率,用P表示，单位为J/S,W或kW有效功率：排送到管道液体从叶轮取得功率，用Pe表示

轴功率和有效功率之间关系为：小型泵效率，50~70%；大型泵效率，90%。2025/4/1117/40四、离心泵特征曲线

离心泵H、η、P都与离心泵Q相关，它们之间关系由确定离心泵压头试验来测定，试验测出一组关系曲线：

H～Q、η～Q、p～Q

——离心泵特征曲线

注意：特征曲线随转速而变。各种型号离心泵都有本身独自特征曲线，但形状基本相同，含有共同特点2025/4/1118/40离心泵特征曲线及其测定

（一）离心泵特征曲线

厂家提供测定条件：常压、20℃清水为工质；曲线与叶轮转数相关(图中应标明转数）；

H-qV曲线

P-qV曲线η-qV

曲线2025/4/1119/40封闭开启(关出口阀开启）

目标：预防电机过载。

η-qV

曲线

设计点：最高效率点

高效区范围

H-qV

曲线选泵时惯用，qV↑，H↓；P-qV

曲线2025/4/1120/40同一型号泵，同一个液体，效率不变条件下百分比定律要求：叶轮转数改变不超出20%（2-5）（二）离心泵转数特征曲线影响2025/4/1121/40（三）粘度和密度影响（a）密度对泵特征曲线影响

H-qV曲线：

η-qV

曲线：

P-qV曲线：

结论：流体密度改变时，应校正P-qV

曲线。2025/4/1122/40（b）粘度对泵特征曲线影响

定性分析：

定量计算：

试验曲线：试验测定

经验公式由试验确定。2025/4/1123/40五、离心泵工作点与流量调整

（一）管路特征方程与管路特征曲线

管路特征曲线

流体经过某特定管路时所需压头与液体流量关系曲线。

在截面1-1´与2-2´

间列柏努利方程式，并以1-1´截面为基准水平面，则液体流过管路所需压头为：2025/4/1124/40式中：上式简化为

而令（2-8）（2-9）（2-10）2025/4/1125/40——管路特征方程（二）离心泵工作点离心泵特征曲线与管路特征曲线交点M，就是离心泵在管路中工作点。（M点所对应流量qv和压头H表示离心泵在该特定管路中实际输送流量和提供压头。）在特定管路中输送液体时，管路所需压头随所输送液体流量qv平方而变

（2-11）2025/4/1126/40（三）离心泵流量调整1）改变出口阀开度——改变管路特征曲线

阀门关小时：管路局部阻力加大，管路特征曲线变陡，工作点由原来M点移到M1点，流量由QM降到QM1；

2025/4/1127/40当阀门开大时：管路局部阻力减小，管路特征曲线变得平坦一些，工作点由M移到M2流量加大到QM2。

优点：调整快速方便，流量可连续改变；缺点：流量阻力加大，要多消耗动力，不经济。

2）改变泵转速——改变泵特征曲线若把泵转速提升到n1：则H~Q线上移，工作点由M移至M1，流量由QM

加大到QM1；2025/4/1128/40若把泵转速降至n2：则H~Q线下移，工作点移至M2,流量减小到QM2优点：流量随转速下降而减小，动力消耗也对应降低；缺点：需要变速装置或价格昂贵变速电动机，难以做到流量连续调整，化工生产中极少采取。2025/4/1129/40六、离心泵汽蚀与高度

1、汽蚀现象

汽蚀产生条件：叶片入口附近处压强PK等于或小于输送温度下液体饱和蒸气压。当该处压力很低，使部分液体汽化生成大量气泡，随液体进入叶片时，因为压力升高，气泡又随即急剧冷凝而产生局部真空，瞬时内周围液体即以极高速度冲向这些凝聚处，在冲击点处压力高达几百个大气压，而冲击频率又可到达极高程度，长久下去就会使叶片出现斑痕和裂缝而过早损坏，这种现象称为离心泵汽蚀（或空蚀）。

2025/4/1130/40汽蚀产生后果：

气蚀发生时产生噪音和震动，叶轮局部在巨大冲击重复作用下，表面出现斑痕及裂纹，甚至呈海棉状逐步脱落液体流量显著下降，同时压头、效率也大幅度降低，严重时会输不出液体。2025/4/1131/40（二）、汽蚀余量

为预防气蚀现象发生，在离心泵入口处液柱静压头

与动压头

之和必需大于液体在操作温度下饱和蒸汽压头

一个最小值。

2025/4/1132/40——气蚀余量定义式2.必需气蚀余量：（1）设计制造时给出（2）为了不发生气蚀，有效气蚀余量最少要大于必需气蚀余量（2-13）2025/4/1133/40（三）离心泵最大安装高度2-142-152025/4/1134/40（四）允许气蚀余量与允许安装高度2-162025/4/1135/40七、离心泵选取、安装与操作

1、离心泵选择

1）确定输送系统流量和压头：普通情况下液体输送量是生产任务所要求，假如流量在一定范围内波动，选泵时按最大流量考虑，然后，依据输送系统管路安排，用柏努利方程计算出在最大流量下管路所需压头。

2）选择泵类型与型号：首先依据被输送液体性质和操作条件确定泵类型，按已确定流量和压头从泵样本或产品目录中选出适合型号。2025/4/1136/40若是没有一个型号H、qv与所要求刚好相符，则在邻近型号中选取H和qv都稍大一个；若有几个型号H和qv都能满足要求，那么除了考虑那一个型号H和qv外，还应考虑效率η在此条件下是否比较大。

3)核实轴功率:若输送液体密度大于水密度时，按

来计算泵轴功率。

2025/4/1137/40高度必须低于理论上计算最大安装高度，同时，应尽可能降低吸入管路阻力。2）开启前先“灌泵”

这主要是为了预防“气傅”现象发生，在泵开启前，向泵内灌注液体直至泵壳顶部排气嘴处于打开状态下有液体冒出