化工原理（第2版）上册 课件 第2章 流体输送

1第2章流体输送2.1引言2.2离心泵2.3其他类型泵2.4气体输送设备2.5流体输送问题的解决2.6流量测量第2章流体输送2位差(输送液体)压差(输送液、气)外加机械能流体输送流体输送设备的作用：——克服上、下游的(位、压)差——管路需要的外加压头第2章流体输送－引言、流动阻力——输送设备提供的压头，输送设备的性能参数判断：比较H与He对流体做功，向流体提供机械能HeH3输送设备分类

（1）流体种类（2）工作原理①液体——泵；②气体——风机、压缩机③其它（轴流式、喷射式）①离心式；②正位移式：往复式、旋转式第2章流体输送－引言本章内容（1）设备：输送设备的结构、工作原理、性能特点、适用场合（2）问题：输送问题（设计型、操作型）的解决方法4第2章流体输送－离心泵离心泵2.2.1结构和工作原理2.2.2性能参数与特性曲线2.2.3工作点与流量调节2.2.4安装高度5泵壳电机联轴器2.2.1

结构和工作原理（1）叶轮——叶片（+盖板）1主要部件第2章流体输送－离心泵－结构与工作原理叶片数目：4-8个

液体通道闭式(前、后盖板)半开式叶轮(后盖板)开式(无盖板)（2）泵壳泵壳(蜗壳)

叶轮吸液口——中心；截面积逐渐扩大的通道排液口——旁侧（3）泵轴垂直于叶轮面，与叶轮中心相连流道泵轴6半开式叶轮开式叶轮闭式叶轮—气缚72工作原理（1）电机——轴——叶轮，旋转离心力

液体：中心

外缘(加速运动)——液体被做功，液体高速到达叶轮外缘第2章流体输送－离心泵－结构与工作原理（2）泵壳的作用：汇集液体、（动静压能）转换机械能（3）吸上原理与气缚现象叶轮中心低压的形成

越大p越小泵内有气，则

叶轮中心p

液体不能吸上启动前灌泵—液体高速离开底阀的作用（4）轴封

填料密封、机械密封（5）导轮的作用——减少冲击损失E增加、排气8间隙93离心泵的类型第2章流体输送－离心泵－结构与工作原理特殊场合使用吸液口个数叶轮个数被输送液体的性质离心泵：清水泵、油泵、耐腐蚀泵、杂质泵：单级泵、多级泵：单吸泵、双吸泵：磁力泵电机底座泵壳叶轮泵轴连接架外磁筒密封隔离套内磁筒电机联轴器IS100－80－125、屏蔽泵、液下泵……单级单吸清水离心泵吸液口直径排液口直径叶轮直径型号磁力泵10双吸泵多级泵液下泵11入口出口叶轮滑动轴承电机定子电机转子电机轴过滤器止推轴承泵壳第2章流体输送－离心泵－屏蔽泵屏蔽泵122.2.2性能参数与特性曲线1离心泵的理论压头(HT)①叶片数

②理想流体离心泵的基本方程第2章流体输送－离心泵－性能参数与特性曲线②叶片装置角

2相同，>90度

相反，<90度不弯，=90度ctg

2>0，①速度三角形；2r2—叶轮半径；

2—叶片装置角。

—角速度；b2—叶片宽度；

HT=每牛顿液体获得的机械能(J/N)说明：③后弯叶片，b2、r2、

HT

；qV

HT线性

HT较小qv—体积流量；，无环流，无机械能损失，前弯叶片，后弯叶片，径向叶片，E损失小，效率高13H与HT的差距

叶片间环流；阻力损失；冲击损失第2章流体输送－离心泵－性能参数与特性曲线2离心泵的性能参数①流量qV：qV~b2、r2

、n

和

2②压头(扬程)H：每牛顿液体自泵净获得的机械能，J/N,mH~qVH~b2、r2

、

2和n，

，m3/h③轴功率P：单位时间内原动机输入泵轴的能量有效功率Pe：单位时间内液体自泵净获得的机械能J/s④效率

：

<100%——水力损失，容积损失，机械损失

=Pe/P——实验测定—水力损失：单位时间的吸(排)液体积14第2章流体输送－离心泵－性能参数与特性曲线3离心泵的特性曲线H~qV、P~qV、

~qV厂家实验测定(20℃清水，一定的转速n，多个qV)

产品说明书①H~qv线②P~qV线

大qV

泵大功率电机

启动泵前关闭出口阀！:qV

，H(曲线)

启动电流最小③

~qv

线：

max铭牌：

max及对应qv、H、P等——泵的特性方程H~qV数据

≮92%

maxB值~qV的单位如H＝A－Bqv或H＝A－Bqv2

最佳工作范围::qV

P

qV1~qV2qVH环流阻力损失损失冲击HT水力损失——设计点15H~qv

max0.92

maxqV1qV2P~qV164性能参数(曲线)的其他影响因素（1）液体性质的影响密度：

P

(H，qV，

)与

无关；粘度：

(H，qV，

)，

P

液体性质与20℃水差别大，参数和曲线需要修正（2）转速(n，转/min)的影响条件：速度三角形相似第2章流体输送－离心泵－性能参数与特性曲线

n

20%以内——比例定律且

1＝

2nn’n’>nHqVn对特性曲线的影响？17(3)n对泵特性方程的影响n时n’时H~qV???第2章流体输送－离心泵－性能参数与特性曲线182.2.3离心泵的工作点和流量调节问题：①泵运行时，qV,H,P,

=?1管路特性方程(曲线)管路所需外加压头

管路&液体确定时：

~qV第2章流体输送－离心泵－工作点与流量调节0K②如何调节流量？管路特性方程

~(Re,

/d)1920说明②管路特性曲线——管路所需最小外加压头阻力平方区：

与qV无关④K越大，曲线越陡。—管路特性系数(s2/m5)，K为常数第2章流体输送－离心泵－工作点与流量调节K与qV的单位有关qvHe③K

：①方程的物理意义：所需外加He~管路qV——管路特性H轴上的截距：Hf——管路配置对管路阻力的影响高阻管路(K大)—曲线较陡；低阻管路(K小)—曲线较平缓。212离心泵的工作点——泵H~qV线与管路He~qV线的交点第2章流体输送－离心泵－工作点与流量调节qvH或He说明①确定工作点？

联解两特性方程

作图，两曲线交点②泵

管路

工作点qV=泵的=管路的H=泵供=流体得=He③泵工作于工作点——泵的实际工作状态qv单位要一致!（qV

,H)qVH泵和管路在工作点达成一致~(qV,

H,

P,

)工作点

工作点的坐标工作点223离心泵的流量调节改变qV

改变工作点管路特性（1）改变出口阀开度——改变管路特性关小

(le)

qV2(H)

管特线变陡

工作点左上移开大

(le)

管特线变缓（2）改变叶轮转速，改变泵的特性n1

n2

工作点：12’

改变泵的特性第2章流体输送－离心泵－工作点与流量调节方便！经济！人为改变管路配置改变阻力能耗高！

qV1(H)

工作点右下移qv1qv2n1n2H2H’2le11le222’变频器

泵H~qV线左下移qV1

qV2

234离心泵的组合操作(2)并联组合

与单泵的关系：

H~qV线：单泵的

并联泵的？单泵线各点：N

qV

，

H不变

方程：N台并

运行状态：第2章流体输送－离心泵－工作点与流量调节(1)必要性

并联泵——单泵不能完成任务(N台同型号)

并联泵H~qV线单泵qV并=NqV单时，H并=H单2425(3)串联组合(N台同型号)

与单泵的关系：同qV下，H串=N

H单

H~qV线：单泵

串联泵？单泵线上各点：qV不变，N

H

运行状态：(4)组合方式的比较为获得更大qV和H，低阻管路——并比串好；高阻管路——串比并好第2章流体输送－离心泵－工作点与流量调节

串联泵

方程：N台串

串联泵H~qV线单台26272.2.4离心泵的安装高度安装高度:Hg问题：第2章流体输送－离心泵－安装高度1汽蚀现象0-0’~1-1’：Hg

，则p1,pk

当pk

pv……

撞击叶片、盖板——汽蚀

中心附近：液体沸腾

汽泡

外缘

压缩淬灭

真空

液体

大大加速腐蚀外在表现：①振动、噪音；②H,qV

，

严重时qV=0；③快速腐蚀

叶轮损坏Hg不能太高，上限值

汽蚀余量Hg有无限制？2829第2章流体输送－离心泵－安装高度2汽蚀余量(1)实际(有效)汽蚀余量NPSH(m)NPSH，说明p1

，pK

，接近汽蚀－饱和蒸汽压(液柱)静压头+动压头泵入口处(1-1’)：(2)临界汽蚀余量(NPSH)c——刚发生汽蚀时的NPSH(NPSH)c——厂家测定影响因素：与Hg无关

1-1’~K-K’汽蚀时，1-1’处：(3)必需汽蚀余量(NPSH)r——性能参数

说明书NPSH>(NPSH)c+安全量=(NPSH)r~泵结构、qV，pK30——最大安装高度当

NPSH=(NPSH)c时，汽蚀3由(NPSH)r计算最大允许安装高度最大允许安装高度—安装高度的上限第2章流体输送－离心泵－安装高度HgNPSH(NPSH)Hg允~qV,tqV

Hf(0-1和(NPSH)r

Hg允

保险

用操作中可能的最高qv和t计算Hg允

；液体温度

pv

(NPSH)r315离心泵的安装与操作(1)安装①Hg<Hg允

②尽量减少Hf吸液

qV调节阀排液管吸液管路——短、粗、直、“少”；(2)操作①启动前应灌泵，并排气；②先关出口阀再启动泵；③先关出口阀再停泵；④经常检查压力表、真空表和轴封情况。第2章流体输送－离心泵－安装和操作－(0.5~1.0m)Hg允<0时

低于液面安装32第2章流体输送－其他类型泵其他类型泵2.3.1往复泵2.3.2旋转泵2.3.3其他泵332.2.1往复泵1结构和工作原理挤压液体，直接向液体供静压能单缸单动；活塞式、柱塞式第2章流体输送－其他类型泵－往复泵曲柄连杆机构注意：隔膜式单缸双动34隔膜泵352往复泵的特性（1）理论和实际平均流量双动单动实际流量流量~泵本身，与压头无关流量的不均匀性

单动泵，吸、排液不连续

曲柄连杆，

－容积效率A－活塞截面积a－活塞杆截面积s－活塞位移n－往复频率第2章流体输送－其他类型泵－往复泵qV

2

3

瞬时流量不均匀活塞非匀速，正弦规律活门启、闭滞后36第2章流体输送－其他类型泵－往复泵（2）往复泵的压头挤压做功、供液，HT

上限~材料强度，密封情况，电机最大负载（3）特性曲线

qV仅取决于泵本身(A,s,n)改变阀门改变管路特性，不能调节qV，qV与H无关（4）往复泵的工作点工作qv~仅A,s,n工作H

管路&泵特性正位移特性qV理qVqVHHe~qVABJ/N373适用场合、操作要点和流量调节（1）适用于（2）安装高度有一定的限制（3）自吸，启动前无需灌泵（4）一般不设出口阀（5）qv调节方法：①旁路调节；②改变原动机转速；qV不大，H高的任务第2章流体输送－其他类型泵－往复泵③改变活塞位移——冲程活塞式：非腐蚀、不含固体物的液体；有(单向阀)，或启动、运行必须打开隔膜式：计量泵——活塞或隔膜式的往复泵、精确调整冲程排液主管线旁路腐蚀性、含固体物的液体382.3.2旋转式泵（1）结构和工作原理第2章流体输送－其他类型泵－旋转泵1齿轮泵驱动齿轮从动齿轮吸液腔排液腔

正位移特性（2）流量调节（3）应用场合调节齿轮转速或旁路阀高压头、小流量。粘稠的液体以至糊状物。

固体悬浮液外啮合式内啮合式挤压液体外啮合式39单螺杆泵螺杆泵壳2螺杆泵（1）结构和工作原理第2章流体输送－其他类型泵－旋转泵挤压液体

正位移特性（2）流量调节转速或旁路（3）应用场合高压头、小流量。粘稠以至膏状物。

固体悬浮液三螺杆泵单螺杆泵402.4.3其他泵(1)主要结构和原理(2)主要特点与特性曲线(3)流量调节方法(4)适用场合变转速或叶片安装角压头低，流量很大第2章流体输送－其他类型泵－其他泵①qV

H

②qV

P

;③高效区很窄1轴流泵扭曲的叶片(一定的扭角)轴头泵壳轴向推力液体螺旋向上轴向，H~qV线很陡；41422旋涡泵(1)结构和工作原理叶轮－开有凹槽的圆盘引水道第2章流体输送机械－其他类型泵－旋涡泵(3)流量调节qV增大时，H急剧下降旁路(4)应用场合较高压头，较小流量×固体悬浮液，高粘度流体(2)性能特点液体往返，被做功多次

P随qV增大而下降43流量：①均匀；②不均匀；③均均性尚可；④随管路特性而变；⑤输送量恒定；⑥范围广、易达较大流量；⑦小流量；⑧较小流量；⑨很大流量；压头高低：①不易达到高压头；②压头较高；③压头高。效率：①稍低、愈偏离额定越小；②低；③高；④较高。流量调节：①出口阀；②转速；③旁路；④冲程。自吸能力：①有；②没有。启动：①关闭出口阀；②出口阀全开。被输送流体性质：①各种物料（高粘度除外）；②不含固体颗粒，腐蚀性也可；③精确计量；④可输送悬浮液；⑤高粘度液体；⑥腐蚀性液体；⑦不能输送腐蚀性或含固体颗粒的液。结构与造价：①结构简单；②造价低廉；③结构紧凑；④加工要求高；⑤结构复杂；⑥造价高；⑦体积大泵的小结项目离心式正位移式其他往复式旋转式离心泵活(柱)塞式计量泵隔膜式齿轮泵螺杆泵轴流泵旋涡泵流量①④⑥②⑤⑧②⑤⑦②⑤⑧③⑤⑦③⑤⑦⑨①④⑦压头①③③③②②①②效率①③③③④④①②流量调节①②②③④④②③②③②③②⑤③自吸能力②①①①①①②②启动①②②②②②②②流体性质①⑦③④⑥⑤④⑤②结构造价①②⑤⑥⑦⑤⑥⑤⑥③④③④①②①③44第2章流体输送－气体输送设备气体输送设备2.3.1概述2.3.2通风机和鼓风机2.3.3压缩机2.3.4真空泵452.3.1概述1在工业生产中的应用①输送气体排气压强不高，但qV大②给气体加压

高压设备③产生、维持真空度上游设备负压操作2一般特点①体积庞大；②动力消耗(轴功率)大第2章流体输送－气体输送设备－概述3气体输送机械的分类工作原理—排气(出口)压强或压缩比—①通风机;②鼓风机;③压缩机;④真空泵离心式、正位移式、其他15~300kPa/1.15~4>300kPa/>4<15kPa/1~1.15表压/压缩比462.3.2通风机和鼓风机1离心式通风机第2章流体输送－气体输送设备－通风机和鼓风机(1)结构特点①叶轮D较大

大风量；②叶片多，前弯；(2)性能参数和特性曲线①风量qV：气体通过风机进风口的体积流量m3/s，m3/h②全风压pt：单位体积气体通过风机获得的机械能J/m3，Pa(pk>ps

)=静风压+动风压③轴功率P和效率

：③出口截面——方形

~qVP~qVpt~qVps~qV特性曲线

1atm、20℃空气qVp

P~

(3)应用场合：低压气体输送、锅炉供风、通风换气，……4748结构、工作原理≈轴流泵。特点：风量很大、风压很小应用于：通风换气、大型锅炉、空冷器、凉水塔……2轴流式通风机第2章流体输送－气体输送设备－通风机和鼓风机3离心式鼓风机结构特点：叶片数目更多，转速更高，多数有导轮单级表压15~50kPa正位移型，风量：2~500m3/min出口表压<80kPa压强过高

气体温度过高转子被卡住流量调节:转速或旁路4罗茨鼓风机工作原理

齿轮泵，多级0.3MPa转子罗茨鼓风机风量

n，与管路无关。轴流风机491往复式压缩机(1)结构和工作原理第2章流体输送－气体输送设备－压缩机2.3.2压缩机(2)压缩功和压缩类型等温、绝热、多变压缩功＝S1-2-3-4(3)有余隙的压缩循环活塞左侧留有一定空隙余隙膨胀阶段:34——吸、排气量减小压缩循环容积系数压缩比：排、吸气压强之比＝p2/p1压缩功：等温<多变<绝热吸气排气余隙——余隙余隙系数50(4)多级压缩原因：

压缩比大余隙气体压强大

级间冷却，系统温度较低级数多，接近等温压缩常用2-6级，每级压缩比3~5(5)流量调节方法

调整原动机转速

调节旁路阀

改变冲程——余隙体积——压缩比很大时

省压缩功

容积系数小吸、排气量小，系统结构复杂第2章流体输送－气体输送设备－压缩机51522离心式压缩机定子：非旋转部件气缸和隔板气缸(泵壳)隔开各级叶轮转子和定子转子：旋转部件(1)主要结构和工作原理类似于多级离心泵气缸中容纳气体的空间：扩压器、弯道、回流器扩压器叶片

隔板：扩压器弯道回流器叶轮隔板主轴第2章流体输送－气体输送设备－压缩机

＝主轴+叶轮+平衡盘+推力盘+定距套5354(2)性能参数与特性曲线流量、能量头、压缩比、功率、效率效率线轴功率能量头能量头轴功率效率流量喘振流量(3)流量调节方法第2章流体输送－气体输送设备－压缩机

调整出口阀开度

调整主轴转速

调整入口导叶安装角

结构紧凑,体积小而重量轻；

运行效率高；

流量大；

磨损件少；

气缸内无润滑油，气体不受污染；

与汽轮机或燃气轮机直接联接(4)与往复式压缩机的比较(离心式压缩机的优点)55第2章流体输送－流体输送问题的解决流体输送问题的解决2.4.1管路分析2.4.2设计型问题的解决2.4.3操作型问题的解决562.4.1管路分析1简单管路：一根管，没有分支与汇合，可以有管径的变化。(1)管路的三要素

管路配置:

动力:

流量qV；互相关系:

(3)阀门开度变化的影响33’44’1-1’~2-2’:1-1’~3-3’:关小阀门，阀后:p4

关小阀门，整个管路Hf,1-2？阀门自身：Hf,阀

如果He=0，

如果He

0，但P

阀前:p3

，Hf,1-3

；，Hf,4-2

；Hf,1-2不变；，Hf,1-2

，动力用于克服流动阻力第2章流体输送－流体输送问题的解决－管路分析

1,2N(2)动力＝流动阻力qV一定时，管路配置

He+

1,2；NHe+

1,2N管路配置一定时，He+

1,2

qVN4-4’~2-2’:572复杂管路(1)qm=

qmi，qV=

qVi(2)分、汇处局部阻力的处理方法方法：引入局部阻力系数

或当量长度le方法：忽略！——l/d>1000时(3)

支路之间的相互影响pS

关小支阀，自qV

,它支qV

,干路qV

C支路：NS--3

关小阀D:

qVC

复杂管路：存在分支和(或汇合)干路:特性曲线截距增大，向上平移工作点，AB，流量减小干路(现)泵BHqV干路(原)A，由多条简单管路构成第2章流体输送－流体输送问题的解决－管路分析，qvii

的配置和i支路的(He)+Ni58(4)

支路间互相影响的极端情况关小D阀：qVC

某支变，它支流量变化明显—支路间互相影响大

If干路阻力

>>支路阻力(K干>>K支)

If干路阻力<<支路阻力(K干<<K支)第2章流体输送－流体输送问题的解决－管路分析K值越小(大)，qV

对(He+N)的变化越(不)敏感

干路：1-S(A)；支路S-2(D)、S-3(C)，且因KC很小，qVC变化很明显qVA

，但因KA很大，qVA变化很不明显，干路不受影响关小D阀：qVC

，但因KC很大，qVC变化很不明显qVA

，因KA很小，qVA变化很明显某支变，它支流量基本不变—支路间互相影响不大，支路的变化由干路承受59A~C

(5)取截面，列衡式，跨過分、汇点？跨分、汇点，支路机械能损失只计其一(6)并联管路

分配流量第2章流体输送－流体输送问题的解决－管路分析A~C：衡算式？A~G：衡算式？各支路Hf相等

CDA~B：B~C：相加：Hf,ABHf,BC支路1：支路2：支路3：601管径的确定根据经验选定uu选得低，d

，设备费

，操作费

u选得高，d

设备费，操作费

存在最优(最经济)u，使总费用最低选u时要考虑的其他方面：确定管径的一般步骤：选择u02.4.2设计型问题第2章流体输送－输送问题的解决－设计型问题u费用设备费用操作费用总费用uopt

液体：

气体：设计型问题：由输送任务(流量)确定①管路配置；是否含颗粒；黏度是否过大；是否易获高压；管道是否真空。d0d按标准圆整u②外加机械能；③输送设备型号。61He=?(2)复杂管路求所需He？第2章流体输送－输送问题的解决－设计型问题跨过分支点写衡算式2外加机械能(或位差、压差)的确定管路配置已定，(1)简单管路

Pe

pHe(

N1-2已知)

N1-2(He=0)

z

A~C：A~F：A~G：(He＝0)

He或

NAC

He或

NAF

He或

NAD取最大(

i已知)

zA或pA

zA或pA

zA或pA62第2章流体输送－输送问题的解决－设计型问题3输送设备的选择流量~压头(风压)关系明显

(qV，He)和流体的性质

设备类型

确定管路流量qv

生产任务

qv,机械能衡算式管路所需压头(风压)，He(pte=We)。

选型号

离心风机：多个满足，选处于高效区或效率最高的(qV，He)——输送任务——适合将衡算式算出的pte

=1.2的值在qv下，设备提供H(pt)等于或稍大于管路所需要的He(pte)(以离心式为例)63

估计

0假定处在阻力平方区，

/d

曲线水平段纵坐标标

0

Kd不同分段算K

u

Re，查图

|

-

0|<精度？Yes,试差结束本轮的qV即为所求No!重估

0(常令

0=

)，返回

2.4.3操作型问题的解决第2章流体输送－输送问题的解决－操作型问题操作型问题：管路配置、动力已知，求管路流量

~Re~qv(u)——湍流时，只有近似解的方程或图

qV(u)，(

)湍流时，变量试差过程：。流动型态未知时，试差！(Re>4000时，才有效)——情形试差假定型态……不带输送设备的简单管路——变量试差

0——获得值64

已知或能确定在阻力平方区，

与qV(u)无关，

/d

K

如很可能层流，则假定层流，

=64

/(du

)

K(

)

ReYes,qV为所求No，变量试差

qV

已知管内为层流，则无需试差第2章流体输送－输送问题的解决－操作型问题

复杂管路：

习题求qv，但常给定

qV(

很大或d很小)<2000?一条干路+n条支路，A~分支点~i，n个机械能衡算式1个物料衡算式

干＝(qV干,(/d)干)，

i＝(qVi,(/d)i)n+1个摩擦系数关系式……12i……nA估

i,0,

干,0(共n+1)

n个机械能衡算式

qV干,qVi(ui)

i和

干(共n+1)比较说明无需试差！

qV(u)

K干(

),Ki

(

)

管路带泵，与泵方程(

)联立例如，H=A–Bq2V工作点，无需试差65第2章流体输送－流量测量流量测量2.5.1孔板流量计2.5.3转子流量计2.5.2文丘里流量计662.5.1孔板流量计1

结构2

孔口前后压强变化分析开孔处，流股收缩

孔后继续缩脉后流股扩张

边界层分离

机械能损失，

p

流股最细处——缩脉，

可恢复压降测量原理：u,p

第2章流体输送－流量测量－孔板和文丘里流量计孔板锐孔引压管的接法引压管压差传感器缩脉角接径接：孔尽可能靠近孔板：上游孔－d，下游孔－d/2压强最低

永久压降用传感器测总势能差，逆压流动

流量673流量与总势能差的关系——流量公式1-1’~2-2’暂略Wf不能用!

忽略了Wf；A2难定；引入C(考虑机械能损失)将u2换为u0—面积比C0—孔流系数C孔板锐孔缩脉0C0U形压差计，体积流量第2章流体输送－流量测量－孔板和文丘里流量计——流量公式11’22’R

68C0

取压方式、板厚，孔形，加工光洁度标准孔板

Re、面积比m(A0/A1)5流