化工原理流体输送机械.

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1、第二章 流体输送机械 通过本章学习，掌握化工中常用流体输送机 械的基本结构、工作原理和操作特性，能够根据 生产工艺要求和流体特性，合理地选择和正确操 作流体输送机械，并使之在高效下安全可靠运行。 学习目的 与要求 Date1 第二章 流体输送机械 2.1 概述 2.1.1 流体输送机械的作用 Date2 一、管路系统对流体输送机械的 能量要求管路特性方程 管路对流体输送机械的能量要求由伯努利方程 计算。对于液体，采用以单位重量（1N）流体 为基准的伯努利方程式 （2-1） J/N or m （2-3） Date3 令 方程 变为 一、管路系统对流体输送机械的 能量要求管路特性方程 管路特性方程

2、 Date4 对于通风机的气体输送系统，在风机进出口截 面间采用以单位体积（1m3）为基准的伯努利方 程式， J/m3或Pa （2-6 ） 位风压 (一般可忽略 ) 静风压 动风压 一、管路系统对流体输送机械的 能量要求管路特性方程 Date5 流体输送机械除满足工艺上对流量和压头（对 气体为风压与风量）两项主要技术指标要求外 ，还应满足如下要求： 结构简单，重量轻，投资费用低。 运行可靠，操作效率高，日常操作费用低。 能适应被输送流体的特性，如黏度、可燃性 、毒性、腐蚀性、爆炸性、含固体杂质等。 二管路系统对输送机械的其它 性能要求 Date6 第二章 流体输送机械 2.1 概述 2.1.1

3、 流体输送机械的作用 2.1.2 流体输送机械的分类 Date7 流体输送机械的分类 通风机 鼓风机 压缩机 真空泵 按输送流体 的状态分类 输送液体 输送气体 泵 Date8 流体输送机械的分类 按工作原理分类 动力式（叶轮式） 容积式（正位移式） 流体作用式 Date9 第二章 流体输送机械 2.2 离心泵 2.2.1 离心泵的工作原理和基本结构 Date10 离心泵是工业生产中应用最为广泛的液体 输送机械。其突出特点是结构简单、体积小、 流量均匀、调节控制方便、故障少、寿命长、 适用范围广（包括流量、压头和介质性质）、 购置费和操作费用均较低。 一离心泵的工作原理 Date11 一离心泵

4、的工作原理 图2-1 离心泵装置简图 泵 壳 叶 轮 吸入口 排出 口 泵 轴 离心泵的工作原理07 Date12 离心泵的工作原理 Date13 Date14 气缚现象 Date15 二离心泵的基本结构 Date16 二离心泵的基本结构 1离心泵的叶轮 闭式 半闭式 开式 图2-2离心泵的叶轮 Date17 闭式 Date18 半闭式 Date19 开式 Date20 单吸式 双吸式 图2-3 离心泵的吸液方式 吸液方式 二离心泵的基本结构 平衡 孔 Date21 单吸式、双吸式 Date22 2离心泵的泵壳和导轮 图2-4 泵壳和导轮 二离心泵的基本结构 导轮 Date23 3. 离心泵的

5、轴封装置 泵轴与泵壳之间的密封称为轴封，其作用 是防止泵内高压液体从间隙漏出，或避免外界 空气进入泵内。常用的轴封装置有填料密封和 机械密封两大类。后者适用于要求密封较高的 场合，如酸、碱、易燃、易爆及有毒液体的输 送。 二离心泵的基本结构 Date24 填料密封 Date25 练 习 题 目 思考题 1 离心泵的主要有哪几部分组成，工作原理是 什么？ 2. 什么是气缚？如何防止? Date26 第二章 流体输送机械 2.2 离心泵 2.2.1 离心泵的工作原理和基本结构 2.2.2 离心泵的基本方程式 2.2.3 离心泵的性能参数与特性曲线 Date27 一离心泵的性能参数 离心泵的主要性能

6、参数： 流量、压头、效率、轴功率等。 泵的性能参数及相互之间的关系是选泵和进行 流量调节的依据。 离心泵的特性曲线： 主要性能参数之间的关系曲线。 是在一定转速下，用20清水在常压下实验测 得的。 Date28 1流量 离心泵的流量用q表示，常用单位为L/s、m3/s。 2压头（扬程） 一般用H表示，单位为J/N或m。 3效率 （1）容积损失 （2）水力损失 （3）机械效 率 一离心泵的性能参数 Date29 （1）容积损失 即泄漏造成的损失。 （2）水力损失 由于液体流经叶片、蜗壳的沿程 阻力，流道面积和方向变化的局部阻力，以及叶 轮通道中的环流和旋涡等因素造成的能量损失。 （3）机械效率

7、由于高速旋转的叶轮表面与液体 之间摩擦，泵轴在轴承、轴封等处的机械摩擦造 成的能量损失。 一离心泵的性能参数 Date30 总效率由上述三部分构成，即 （1）闭式叶轮的容积效率值在0.850.95。 （2）额定流量下，水力效率最高，其值在0.8 0.9的范围。 （3）机械损失可用机械效率来反映，其值在 0.960.99之间。 一离心泵的性能参数 Date31 4离心泵的有效功率和轴功率 由电机输入泵轴的功率称为泵的轴功率，单位 为W或kW。则有 离心泵的有效功率是指液体在单位时间内 从叶轮获得的能量 一离心泵的性能参数 Date32 图2-9 离心泵的特性曲线 二离心泵的特性曲线 Date33

8、 每种型号的离心泵在特定转速下有其独 特的特性曲线，且不受管路特性的影响。 在固定转速下，离心泵的流量和压头， 效率不随被输送液体的密度而变，但泵的功率 与液体密度成正比。 二离心泵的特性曲线 Date34 离心泵的轴功率P在流量为零时为最小， 随流量的增大而上升，因而在启动离心泵时应 关闭泵的出口阀，以减少启动电流，保护电机 。待运转正常后，再打开泵出口阀并调节流量 至规定值。同理，停泵时也要先关出口阀，还 可防止排出管中液体倒流，保护叶轮。 二离心泵的特性曲线 Date35 离心泵的压头一般随流量加大而下降（在 极小流量时有例外）。此规律和离心泵理论压头 的表达式相一致。 在额定流量下泵的

9、效率为最高。该最高效 率点称为泵的设计点，对应的各项参数称为最佳 工况参数。离心泵铭牌上标出的性能参数即是最 高效率点对应的数值。离心泵应尽可能在高效区 操作（最高效率的92%范围内）。 二离心泵的特性曲线 Date36 二离心泵的特性曲线 设计 点 最佳 工况 参数 高效 区 Date37 三影响离心泵性能的因素及性能换算 1液体物性的影响 （1）液体的密度 流量、压头、泵的效率不随密度而改变 泵的功率与液体密度成正比 Date38 三影响离心泵性能的因素及性能换算 （2）液体的黏度 当被输送液体的黏度大于常温水的黏度时，泵 的流量、压头、效率随黏度增加而下降，但轴 功率增加。 当液体运动黏

10、度大于20cSt时 Date39 Date40 Date41 2离心泵转速的影响 其适用条件是离心泵的转速变化不大于20% 。 三影响离心泵性能的因素及性能换算 离心泵的比例定律 Date42 3离心泵叶轮外径的影响 其适用条件是固定转速下，叶轮直径的车销不 大于5%D2。 三影响离心泵性能的因素及性能换算 离心泵的切割定律 Date43 第二章 流体输送机械 2.2 离心泵 2.2.1 离心泵的工作原理和基本结构 2.2.2 离心泵的基本方程式 2.2.3 离心泵的性能参数与特性曲线 2.2.4 离心泵在管路中的运行 Date44 一离心泵的安装高度 离心泵的安装高度 是指泵的入口距贮 槽液

11、面的垂直距离 图2-12离心泵吸液示意图 安装高度 Date45 若贮槽液面上方与大气相通，则p0即为大气压pa 泵的允许 安装高度 泵入口处可允 许的最低压力 一离心泵的安装高度 Date46 1离心泵的安装高度的限制汽蚀现象 泵吸入口附近压力等于或低于pv。 泵扬程较正常值下降3为标志。 一离心泵的安装高度 出现汽蚀的标志 产生原因 Date47 汽蚀现象 Date48 （1）泵体产生震动与噪音； （2）泵性能（q、H、）下降； （3）泵壳及叶轮冲蚀（点蚀到裂缝）。 应注意区别气缚现象与汽蚀现象。 汽蚀的危害 一离心泵的安装高度 Date49 2离心泵的抗汽蚀性能 用NPSH表示，单位为m

12、，其定义式 泵入口液 体静压头 泵入口液 体动压头 操作温度下液体 的饱和蒸汽压头 一离心泵的安装高度 汽蚀余量 Date50 （1）临界汽蚀余量（NPSH）c 当流体流量一定而且进入阻力平方区时，（ NPSH）c值仅与泵的结构和尺寸有关，由泵的制 造厂实验测定。 一离心泵的安装高度 Date51 （2）必需汽蚀余量(NPSH)r 为了确保离心泵的正常操作，将所测得的 (NPSH)c值加上一定的安全量作为必需汽蚀余量 (NPSH)r，列于泵产品样本或绘于泵的特性曲线 上。 其值随流量增加而加大。(NPSH)r越小，泵的抗 气蚀性能越好。 一离心泵的安装高度 Date52 图2-13（NPSH）

13、rq关系曲线 一离心泵的安装高度 必需 汽蚀 余量 Date53 （3）允许汽蚀余量NPSH 一离心泵的安装高度 Date54 （2-28） 离心泵的允许吸上真空度值愈大，表示该 泵在一定条件下操作时其抗汽蚀性能愈好。允 许吸上真空度与泵的结构、被输送液体的性质 及液面上方压力有关，其值随q增加而降低。 一离心泵的安装高度 允许吸上真空度 Date55 Hs值由泵生产厂家于常压下（98.1kPa）用 20清水实验测得。当操作条件与该条件不一 致或输送其它液体时，对Hs要进行校正。 一离心泵的安装高度 Date56 3离心泵的允许安装高度 汽蚀余量法 吸上真空法 离心泵的实际安装高度应比允许安装

14、高度减小 0.51m。 离心泵的实际安装高度应以夏天当地最高温度和 所需要最大用水量为设计依据。 一离心泵的安装高度 Date57 二离心泵的工作点 （管路特性方程） （2-5） （泵的特性方程） （2-17 ） 联立泵的特性方程式和管路特性方程式所解 得的流量和压头即为泵的工作点。在特定曲线图 上，泵的工作点对应泵的特性曲线和管路特性曲 线的交点 Date58 图2-14 管路特性曲线与泵的工作点 工作 点 二离心泵的工作点 Date59 练 习 题 目 思考题 1 描述离心泵性能的参数有哪些？特性曲线中 每条线是如何变化的？ 2. 汽蚀现象是什么，与气缚有什么差别？如何 防止? 3. 描述

15、离心泵抗汽蚀性能的参数有哪些？它们 的定义以及与安装高度的关系。 Date60 第二章 流体输送机械 2.2 离心泵 2.2.1 离心泵的工作原理和基本结构 2.2.2 离心泵的基本方程式 2.2.3 离心泵的性能参数与特性曲线 2.2.4 离心泵在管路中的运行 Date61 三离心泵的流量调节 1改变管路特性曲线改变泵出口阀开度 Date62 2改变泵的特性 改变泵的转速n(比例定律)或叶轮外缘尺寸D2( 切割定律)均可改变泵的特性，如例2-4所示。 三离心泵的流量调节 Date63 3离心泵的并联和串联操作 （1）离心泵的并联 三离心泵的流量调节 在同一压头下，并联 泵的流量为单台泵的 两

16、倍。 并联泵的 工作点 Date64 并联后的总流量必低于单台泵流量的两倍 ，而并联压头略高于单台泵的压头。并联泵的 总效率与单台的效率相同。 三离心泵的流量调节 Date65 （2）离心泵的串联 三离心泵的流量调节 在同一流量下，串联 泵的压头为单台泵压 头的两倍 串联泵 的工作 点 Date66 两台泵串联操作的总压头必低于单台泵压 头的两倍，流量大于单台泵的。串联泵的效率 为q串下单台泵的效率。 三离心泵的流量调节 Date67 （3）离心泵组合方式的选择 三离心泵的流量调节 单台泵 工作点 2台泵串 联工作点 2台泵并 联工作点 Date68 （3）离心泵组合方式的选择 三离心泵的流量调节 单台泵 工作点 2台泵并 联工作点 2台泵串 联工作点 Date69 如果单台泵所能提供的最大压头小于管路两 端的 值，则只能采用泵的串联操作。 对于管路特性曲线较平坦的低阻型管路，采 用并联