第二章 流体输送机械 （1）课件

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1、,第二章 流体输送机械,2014年910月,本章内容,2.1 概述 2.2 离心泵 2.3 其他类型化工用泵 2.4 气体输送机械 习题：1，2，4，5，7，9，11，12,本章要求,1、掌握如下基本概念：气缚，扬程，工作点，效率，轴功率，汽蚀、汽蚀余量，压缩比，余隙（体积、比）等； 2、了解泵与风机的分类及特点； 3、熟悉离心泵的构造、工作原理、性能参数、特性曲线及其影响因素； 4、熟悉离心泵工作点及流量的调节方法； 5、熟悉气体输送机械的分类； 6、了解往复泵、齿轮泵、漩涡泵、真空泵、压缩机的构造、工作原理、特点及应用。,2.1 流体输送机械概述,定义：为流体提供能量的机械称流体输送机械。

2、最多的是泵和风机作用表现在： 为流体提供动力，以满足输送要求； 为工艺过程创造必要的压强条件； 大量用于机械、燃气、供热、通风等行业。,Review,一、四大相似准数定义及物理含义 Re惯性力/粘性力； Eu=p/pu2压力差/惯性力； Fr=u2/gl惯性力/重力； M=u/a=惯性力/弹性力。 二、模型律 1、完全相似与局部相似 2、特种模型律 3、模型律的应用： 管内流体流动：Re模型律、管壁粗糙度相似 具有自由面的液体急变流动：Fr模型律 液体孔口淹没出流：Eu模型律,Review,三、相似理论与因次分析 白金汉定理及瑞利定律 相似理论：描述物理现象的物理方程已知，探求两现象的相似条件

3、，用于模型制备、设计及原模型数据转换。因次分析：决定某物理现象的诸因素已知，根据量纲一致性推导出描述该现象的物理方程隐式准则方程，适用于实验方案确定及其数据处理。但注意正确选择影响因素。 四、流体输送机械的定义、作用及分类 作用：为流体提供动力，以满足输送要求；为工艺过程创造必要的压强条件。 分类：工作原理；流体性质。,流体输送机械的分类,流体输送机械按工作原理分类： 离心式（叶轮式） 往复式 旋转式 流体动力作用式 根据流体性质的不同分成： 输送液体用泵 输送气体用压缩机（或风机） 真空泵,内容提要,离心泵的工作原理和主要部件,离心泵的主要性能参数和特性曲线,离心泵的工作点与流量调节,2.2

4、 离心泵,离心泵的气蚀现象与安装高度,离心泵的类型与选用,2.1.1 离心泵的操作原理和主要部件,1、操作原理 A 获能（叶轮） B 转能排液（泵壳） C 吸液（入口）,离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮，将动能和静压给予液体，在泵壳内液体的部分动能转变成静压能，使液体获得较高的压力，压出泵体外。,2、离心泵的气缚现象,离心泵为自吸泵。 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，所产生的离心力很小。此时在吸入口的所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动泵但不能输送液体的现象，称气缚。Air binding 为此安装带吸滤网的止逆底阀。,3、离心泵的主要部件

5、A 叶轮：612片后弯叶片 平衡孔：平衡轴向推力 B 泵壳（蜗壳） 导轮 C 轴封装置,（一）叶轮种类,（二）泵壳,离心泵吸液方式,离心泵轴封装置,2.2.2 离心泵的主要性能参数,1、流量（送液能力Q ）单位:m3/s 2、扬程（H）单位:J/N=m 也称压头 3、功率（N轴、Ne）：单位，W 4、效率（） 泵轴 叶轮 液体,能量,能量,离心泵功率损失的原因,值反映泵工作时机械能损失情况，一般0.60.85,大型泵可达0.9. （1）流体流动摩擦损失（水力损失）：仅获得有效扬程H h （2）流量损失（容积损失）：部分高压液体泄漏到低压区 v （3）机械损失：泵轴与轴承之间的摩擦和泵轴密封处的

6、摩擦损失。 m 离心泵启动或正常运转时可能超过正常负荷，电机功率应大于轴功率。,H-Q曲线： N轴-Q曲线： -Q曲线：,2.2.3 离心泵的特性曲线及影响因素,1、离心泵的特性曲线：标志着泵的性能 一般以流量Q为横坐标，用扬程H、功率N、效率绘QH、QN、Q、Q Hs曲线。 条件:额定转速，标准状况，清水,1、离心泵的特性曲线,H-Q曲线： QH曲线是下降的曲线，即随流量Q的增大，扬程H逐渐减少。相应与效率最高值的点的参数，即水泵铭牌上所列的各数据。水泵的高效段（不低于最高效率点10%左右）.不同泵曲线陡降不同。 N轴-Q曲线： 离心泵的轴功率随流量增加而逐渐增加，曲线有上升的特点。 当流量

7、为零时（闸阀关闭），轴功率最小。因此，为便于离心泵的启动和防止动力机超载，启动时，应将出水管路上的闸阀关闭，启动后，再将闸阀逐渐打开，即水泵的闭阀启动。 轴流泵与离心泵相反。,1、离心泵的特性曲线,-Q曲线： 流量效率曲线为从最高点向两侧下降的变化趋势。 max 7%范围为高效区； max 点为额定点。 Q Hs曲线： 离心泵流量与允许吸上真空度曲线是一条下降的曲线。 而离心泵流量与汽蚀余量(HSV或h)曲线是一条上升的曲线。,1、离心泵的特性曲线,试验性能曲线测定:在一定的转速下测定水泵扬程、轴功率、效率与流量之间的关系，并绘出完整的性能曲线。 水泵样本或产品目录中除了以性能曲线表示水泵的性

8、能外，还以表格的形式给出水泵的性能。,离心泵的性能表,离心泵的通用性能曲线,水泵在不同转速下的性能曲线用同一个比例尺，绘在同一坐标内而得到的性能曲线。 H=KQ2 相似工况抛物线或等效率线,离心泵的通用性能曲线,2 、影响离心泵性能的因素,转速的影响：同种型号泵，同种液体，效率不变时，符合比例定律 Q1/q2=n1/n2 H1/H2=(n1/n2)2 N1/N2=(n1/n2)3 叶轮直径影响：切割量5时，效率不变，符合切割定律 Q/Q=D2/D2 H/H=(D2/D2)2 N/N=(D2/D2)3 液体密度 影响：流量、扬程H=(p2-p1)/ g不变，轴功率 N轴=QHg /随密度增大而增

9、大 粘度影响： 增大，流量，扬程减小，轴功率下降，效率下降。 N轴= Ne/,离心泵特性曲线测量,2.2.4 离心泵的工作点与流量调节,1、管路特性方程与管路特性曲线 管路的特性曲线是表示一定的管路系统所必需的有效压头H与流量Q的关系。见图2-7 在一稳定流动系统中，在1-1、2-2列柏努利方程式得： H=Z+P/g+u2/2g+Hf 当管路系统一定时，Z与P/g均为定值，上式可整理成如下形式： H=H0+Hf, 由范宁公式可得HfKQ2 所以： H=H0+KQ2 此式表示在特定的管路中，送液量Q与所需压头H的关系称此式为管路特性曲线方程。将此关系标绘在图上，即可得HQ曲线。K大，高阻力管路。

10、,离心泵管路特性方程及工作点,Review,一、流体输送机械的定义、作用及分类 作用：为流体提供动力，以满足输送要求；为工艺过程创造必要的压强条件。 分类：工作原理；流体性质。 二、离心泵的工作原理和主要部件 工作原理：能量获得；流体的吸入；流体动静压能的转化 气缚及其防止：预先灌水；安装带吸滤网的止逆底阀；密封 主要部件：叶轮、泵壳及轴封装置 三、离心泵的主要性能参数 1、五大参数及其物理含义：Q，H，N， ，h 2、离心泵功率损失的原因： h* V* m,Review,四、离心泵的特性曲线及其影响因素 1、QH、QN、Q、Q Hs曲线 2、影响因素及规律：n，D叶轮，流体粘度，密度 3、特

11、性曲线的测量及测定条件 五、离心泵的工作点与流量调节 1、管路特性方程及管路特性曲线：H=H0+KQ2 2、离心泵的工作点：高效区，适宜工作点 本节课： 离心泵流量（工作点）调节方法；离心泵的气蚀与安装高度；离心泵的类型与选择 。,2.2.4 离心泵的工作点与流量调节,2、工作点 当离心泵安装在一管路中，泵所提供的流量与压头（H-Q泵的特性曲线）,应与管路所要的流量与压头(H-Q管路特性曲线)相一致。两曲线的交点即为工作点P（duty point）。p74见图28。若P点对应最高效率区则工作点是适宜的。,3、离心泵的流量调节,对一台泵而言，其特性曲线H-Q是不会变的，而管路特性曲线可变。当原工

12、作点所提供的流量不满足新条件下所需要的送液量时，即应设法改变原工作点的位置，即需要进行流量调节。调节方法有： （1） 调节阀门开度；（2） 改变泵的转速；（3）切割叶轮直径；（4）离心泵并联；（5）离心泵串联。,（1）改变阀门开度,在离心泵出口管路上安装一调节阀，实质是改变H=H0+KQ2 中之K值。 优点：操作简便、灵活。 缺点：阀门关小时，管路中阻力增大，能量损失增加，并可能使泵不在最高效率区域中工作。故此种调节方法多用于流量调节幅度不大，而经常需要调节的场合。,改变泵的特性曲线，即，改变叶轮转速、切削叶轮等。用这种方法调节流量在一定范围内可保持泵在高效率区域中工作，能量利用较经济，但不方

13、便，需用变速装置，故应用不广。见图2-10,（2）改变转速、切割叶轮,(3)离心泵的并联与串联操作,并联 两台泵的吸入、排出管路相同管路特性曲线相同； 两台泵的流量、压头相同泵的特性曲线相同； 在同一压头下，两台并联泵的流量等于单台泵的两倍。Q并=2Q单两台泵并联操作的总流量必低于原单泵流量的两倍。Q并2Q。,(3)离心泵的并联与串联操作,串联 两台泵的流量、压头相同泵的特性曲线相同；对于“泵” 的特性曲线，同一流量下，两台串联泵的压头等于并联中单台泵的两倍；（注意：流过两台泵的流量是相同的。）串联后总流量、总压头增大，但压头低于原独立的单台泵压头的两倍。 H串=2H单。,组合方式的选择,1、

14、对于管路特性曲线较平坦的低阻管路，采用并联组合，可获得较串联组合高的流量和压头。 2、对于管路特性曲线较陡的高阻管路，采用串联组合，可获得较并联组合高的流量和压头。 3、对于(Z+P/g)值高于单泵所能提供最大压头的特定管路，则必须采用串联组合方式。,组合方式的选择,判断泵的联接是串联还是并联,2.2.5 离心泵的气蚀与安装高度,1、离心泵的气蚀现象 见p78图215 离心泵运转时液体在泵内的压强变化 a）泵入口叶轮入口 静压头 动压头基本不变, 总压头 b）叶轮入口叶轮入口转弯点（压强最低点） 流体流到叶轮转弯点，消耗能量，静压头，动压头基本不变，总压头 c）叶轮转弯点叶轮出口 叶轮对流体做

15、功，静压头 动压头 总压头 d）叶轮出口泵出口 泵壳流道渐大，动压头一部分转换为静压头，静压头 流动又消耗能量, 动压头 总压头,2.2.5 离心泵的气蚀与安装高度,定义：叶轮入口转弯处存在一个压强最低点。如果此处附近的最低压力等于或小于输送温度下液体的饱和蒸汽压pv，液体就会在该处发生汽化并产生气泡，气泡随同液体从低压区流向高压区，气泡在高压作用下迅速凝结或破裂，此时周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占据的空间，在冲击点处产生几万KPa的压强，冲击频率可高达几万次之多，由于冲击作用使泵体震动并产生噪音，且叶轮局部处在巨大冲击力的反复作用下，使材料表面疲劳，从开始点蚀到形成裂缝，使叶轮或泵壳受

16、到破坏，这种现象称为“汽蚀现象”。（cavitation） 为避免汽蚀的发生泵的安装高度不能过高，可用泵表格中的汽蚀余量（net positive suction head）对泵的安装高度加以限制。,有效汽蚀余量ha和必须汽蚀余量hr,1、有效汽蚀余量ha (available NPSH) 不汽蚀，液体经吸入管到达泵入口处所具有的压头P1/g+u12/2g应使液体推进叶轮入口，且应大于液体在工作温度下的饱和蒸汽压头Pv/g，其差值常称为有效汽蚀余量ha 表达式为： ha （P1/g+u12/2g）- Pv/g 2、必须汽蚀余量hv (required NPSH) 表示液体从泵入口流到叶轮内最低压力点处的全部压头损失。 hv 越小，泵越不易汽蚀。这样， ha 用于hv 所富余的压头就越多。 判断汽蚀条件： ha hv 不汽蚀； ha=hv 开始发生 ha hv 严重汽蚀；,（三）离心泵的最大安装高度,指泵的吸入口与吸入液面间可允许达到的最