《食品工程原理》课件 1.9 流体输送机械

1.9流体输送机械一、学习目的1.掌握化工中常用流体输送机械的基本结构2.掌握离心泵工作原理和操作特性。流体输送机械为流体提供能量的机械称为流体输送机械。

在食品的生产加工中，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，以克服流体阻力及补充输送流体时所不足的能量。1.9流体输送机械概述

第二章流体输送机械泵；输送液体风机;压缩机；真空泵。输送气体常用的流体输送机械泵的分类1按工作原理分叶片式泵有高速旋转的叶轮。如离心泵、轴流泵、涡流泵。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。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。耐腐蚀泵杂质泵：2按用途分离心泵（centrifugalpump）的特点：结构简单；流量大而且均匀；操作方便。

一离心泵1结构2工作原理

叶轮轴

6~12片叶片机壳等。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)

由于离心力的作用，泵的进出口出产生压力差，从而使流体流动。（一）、

离心泵的工作原理3工作过程启动后，叶轮旋转，并带动液体旋转。液体在离心力的作用下，沿叶片向边缘抛出，获得能量，液体以较高的静压能及流速流入机壳(沿叶片方向，u

,P静

)。由于涡流通道的截面逐渐增大，P动

P静。液体以较高的压力排出泵体，流到所需的场地。叶片不断转动，液体不断被吸入、排出，形成连续流动。

由于液体被抛出，在泵的吸入口处形成一定的真空度，泵外流体的压力较高，在压力差的作用下被吸入泵口，填补抛出液体的空间。启动前，前段机壳须灌满被输送的液体，以防止气缚。

离心泵若在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体。此现象称为“气缚”。

“气缚”（airbinding）

为便于使泵内充满液体，在吸入管底部安装带吸滤网的底阀，底阀为止逆阀，滤网是为了防止固体物质进入泵内，损坏叶轮的叶片或妨碍泵的正常操作。离心泵实际安装示意图敞开式半开式封闭式泵壳：蜗牛壳形通道。有利于将叶轮抛出液体的动能转变成静压能；有利于减少能耗。

叶轮：（二）离心泵的主要工作部件

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。

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，即实验：泵压头的测定真空计压强表离心泵储槽式中：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）两截面之间管路很短，其压头损失∑Hf可忽略不计(2-2)简化式（2-1）若以HM及HV分别表示压力表真空表上的读数，以米液柱（表压）计。（2-1）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3.82kgf/cm2，吸入口真空表读数为210mmHg，压力表和真空表间垂直距离为410mm，吸入管和压出管内径分别为350mm及300mm。试求泵的压头。解：根据泵压头的计算公式，则有查得水在20℃时密度为ρ＝998.2kg/m3，则

HM=3.82×10.0=38.2mH2O

HV=0.210×13.6=2.86ｍH2O计算进出口的平均流速将已知数据代入，则

泵内部损失主要有三种：容积损失水力损失机械损失3效率

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。

从泵排出的实际流量要比理论排出流量为低，其比值称为容积效率ηv。容积损失

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。

泵的实际压头要比泵理论上所能提供的压头为低，其比值称为水力效率ηh。水力损失

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。

泵的轴功率大于泵的理论功率（即理论压头与理论流量所对应的功率）。理论功率与轴功率之比称为机械效率ηm。机械损失泵的有效功率Ne：流体所获得的功率。

式中Ne—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。Ne＝QH

g(2-4)

已知g=9.81m/s2；1kW=1000W，则式（2-4）可用kW单位表示，即(2-4a)4功率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。(2-5)

轴功率指泵轴所获得的功率。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，即

注意：5轴功率N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Ｎ－Q曲线η－Q曲线四、离心泵的特性曲线04812162024283202040608010012010121416182022242602468010203040506070804B20n=2900r/minNHηＱ,l/sm3/s离心泵的特性曲线

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

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。2Ｎ－Q曲线

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

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

式（2-6）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。(2-6)

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离心泵的转数对特性曲线的影响Hgpa1100p1<pa,p1

有一定真空度，真空度越高，吸力越大,Hg

越大。

当p1

小于一定值后(p1<pv,pv

为环境温度下液体的饱和蒸汽压)，将发生汽蚀现象。

pv100℃=760mmHg,pv40℃=55.32mmHg五、离心泵的安装高度和汽蚀现象

1汽蚀现象汽蚀现象

当离心泵的进口压力小于环境温度下的液体的饱和蒸汽压时，将有大量的蒸汽从液体中逸出，并与气体混合形成许多小气泡。当汽泡到达高压区时，蒸汽凝结，汽泡破裂，液体质点快速冲向汽泡中心，质点相互碰撞，产生很高的局部压力。如果气泡在金属表面破裂凝结，则会以较大的力打击金属表面，使其遭到破坏，并产生震动，这种现象称为“汽蚀现象”。汽蚀现象一旦发生，会造成很大的破坏作用，应尽量避免。为避免发生汽蚀现象，应限制p