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1、红河学院 HongheHonghe University University08化学专业课程：化工原理Unit Operation of Chemical Engineering化学系红河学院理学院流体输送机械内容提要1 本章学习目的2 本章应掌握的内容本章是流体力学原理的具体应用。通过学习掌握工业上 最常用的流体输送机械的基本结构、工作原理及操作特性 ，以便根据生产工艺的要求，合理地选择和正确地使用输 送机械，以实现高效、可靠、安全的运行。本章应重点掌握离心泵的工作原理、操作特性及其选型 。流体输送机械是指为流体提供机械能的机械设备分类：（1）动力式：借助于高速旋转的叶轮使流体获得能 量。
2、包括离心式、轴流式输送机械（2）容积式：利用活塞或转子的挤压使流体升压以 获得能量。包括往复式、旋转式输送机械（3）流体作用式：依靠能量转换原理以实现输送流体任务。如喷射泵离心泵的外观 离心泵的主要部件 离心泵的工作原理 离心泵的性能参数 离心泵的特性曲线 影响离心泵性能的因素和性能换算 离心泵的气蚀现象与安装高度 离心泵的工作点与流量调节 离心泵的类型与选择2.1 液体输送机械离心泵包括叶轮和泵轴的旋转部件由泵壳、填料函和轴承组成的静止部件离心泵由两个主要部分构成：2.1.1 离心泵的主要部件液体随叶轮旋转，在惯性离心力的作用下自叶轮中心被 甩向外周并获得了能量，使流向叶轮外周的液体的静压强
3、 提高，流速增大。液体离开叶轮进入蜗壳，因蜗壳内流道 逐渐扩大而使流体速度减慢，液体的部分动能转换成静压 能。于是，具有较高压强的液体从泵的排出口进入排出管 路，被输送到所需的管路系统。在液体受迫由叶轮中心流向外缘的同时，在叶轮中心 形成低压，由于贮槽液面上方压强大于泵吸入口处的压强 ，在压强差的作用下，液体便经吸入管路连续的被吸入泵 内。2.1.2 离心泵的工作原理1.流量（qv） : 离心泵在单位时间送到管路系统的液体体积，常用单位为L/s或m3/h；2.压头（H） ：离心泵对单位重量的液体所能提供的有效能量，其单位为m；3.效率（） ：由原动机提供给泵轴的能量不能全部为液体所获得，通常用
4、效率来反映能量损失；4.轴功率（P轴）： 指离心泵的泵轴所需的功率，单位为W或kW2.2 离心泵的性能参数由于泵的泄漏所造成的损失。一部份已获 得能量的高压液体由叶轮出口处通过叶轮与泵壳间的 缝隙或从平衡孔漏返回到叶轮入口处的低压区造成的 能量损失。进入离心泵的粘性液体产生的摩擦阻力以 及在泵的局部处因流速与方向改变引起的环流和冲击 而产生的局部阻力。由泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间 以及叶轮盖板外表面与液体之间产生的机械摩擦引起 的能量损失。离心泵的能量损失反映离心泵能量损失，包括：水力损失容积损失机械损失通常，离心泵的特性曲线由制造厂附于 泵的样本或说明书中，是指导正确选择和 操作离心泵
5、的主要依据。表示泵的压头与流量的关系表示泵的轴功率与流量的关系表示泵的效率与流量的关系2.3 离心泵的特性曲线H-qv曲线-qv曲线P轴qv-qv曲线P轴qvH-qv曲线离心泵的压头H一般是随流量Q的增大而下降，这是离心泵的一个重要特性。离心泵在一 定转速下有一最 高效率点，该点 称为设计点，设 计点对应的流量 、压头和轴功率 称为额定流量、 额定压头和额定 轴功率，标注在 泵的铭牌上。一 般将最高效率值 的92%的范围称 为泵的高效区， 泵应尽量在该范 围内操作。设计点离心泵的有效功率是指液体从叶轮获得的实际能量 ，通常用Pe表示，其可由泵的流量和扬程求得有效功率与轴功率的比值为离心泵的效率
6、泵的生产部门所提供的离心泵特性曲线是在一定转速和常压 下，以常温的清水为工质做实验测定的。若所输送的液体性质与 此相差较大时，泵的特性曲线将发生变化，应当重新进行换算。2.4 影响离心泵性能的因素和性能换算1 液体物性的影响（a）密度的影响 （b）黏度的影响2 离心泵转速的影响3 离心泵叶轮直径的影响离心泵特性曲线中的Hqv及qv曲线保持不变。但离心泵所需的轴功率则随液体密度的增加而增加，即P轴qv 曲线要变，此时泵的轴功率可按 进行校正。液体粘度的改变将直接改变其在离心泵内的能量损失，因此，Hqv、P轴qv、qv曲线都将随之而变。各特性参数乘以一个换算系数。a. 流体密度的影响b. 黏度的影
7、响转速变化特性曲线变化， 在转速变化小于20%范围内减小叶轮直径特性参数随之而变，对叶轮圆周进行少量切割在叶轮直径变化 小于20%当泵的叶轮直径 和其他尺寸均发 生变化转速的影响比例定律叶轮直径的影响切割定律例：泵吸管内径80mm，排出管的内径60mm，两测压口的垂直距离为 80mm。管路流量为10L.s-1，泵出口处压力表读数为0.126MPa（表 压），泵入口处真空表读数为0.031MPa，电动机消耗的功率为 2.9kW，电动机效率为90，电机转速为2900转/分，输送的是20 清水。试求在该输送条件下泵的压头He、轴功率Pa。表示在特定管路系统中，于固定操作条件下，流体流经该管路时所需的
8、压头与流量的关系。2.5 离心泵的工作点与流量调节2.5.1 管路特性曲线qvH泵特性曲线管路特性曲线工作点泵的特性曲线H-qv线与所在管路特性曲线Heqve线的交点M 点为泵在该管路上的工作点，该点所对应的流量与压头既能满 足管路系统的要求，又为离心泵所提供。（对所选定的离心泵以一定转速在此特定管路系统运转时，只能在这一点工作） 2.5.2 离心泵的工作点即改变离心泵出口管路上节阀门开度改变管路特性曲线，灵活方便，耗能大； 2.5.3 离心泵的流量调节1、改变阀门的开度Qv减小Qv增大改变阀门开度时流量变化离心泵流量的调节就是改变泵的工作点。方法有二：改变泵的转速时流量变化转速增加转速减小2
9、、改变泵的转速改变泵转速实质上是改变泵特性曲线，节能，投资大（ 需变速装置或变速原动机）。绝对压强为零2.6 离心泵的气蚀现象与安装高度2.6.1 气蚀现象当泵叶片入口附近的最低压强等于或小于输送温度下液体饱和蒸 汽压时，部分液体将在该处汽化并产生的汽泡，被液流带入叶轮内 压力较高处凝结或破裂。由于凝结点处产生瞬间真空，造成周围液 体高速冲击该点，产生剧烈的水击。气蚀现象现象：噪声大、泵体振动，流量、压头、效率都明显下降。严重时，泵不 能 正常工作 防止措施：把离心泵安装在恰当的高度位置上，确保泵内压强最低点处的静压 超过工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压。原 因Hs，max值的大小与泵的结构、
10、流量、被输送液体 的性质及当地大气压等因素有关。通常由泵的制 造工厂在98.1kPa下，用20 为介质进行测定。若以输送液体的液柱高度来计算离心泵入口处的最高 真空度，则此真空度称为离心泵的允许吸上真空度，以 Hs来表示，即(P1,min= Pv)2.6.2 离心泵的允许吸上真空度假设离心泵在可允许的安装高度下操作，于储槽液面0- 0与泵入口处1-1两截面间列柏努利方程式，可得避免发生 汽蚀离心泵的允许安装高度 Hg,若储槽上方与大气相通，则p0 即为大气压强pa，上式可表示为2.6.3 离心泵的允许安装（吸上）高度对于输送某些沸点较低液体的油泵，引入另一表示气蚀性能的参数，允许气蚀余量，以N
11、PSH表示。2.6.4 离心泵的汽蚀余量定义：为防止气蚀现象发生，离心泵入口处，液体的静压头 与动压头 之和必须大于液体在操作温度下的饱和蒸汽压压头 某一指定最小值h截面1K截面0K 清水泵用于输送物理、化学性质类似于水的清洁液体。最简单的清水泵为单 级单吸式，系列代号为“IS”，若需要的扬程较高，则可选D系列多 级离心泵。若需要流量很大，则可选用双吸式离心泵，其系列代号为 “Sh” 。 防腐蚀泵当输送酸、碱等腐蚀性液体时应采用耐腐蚀泵。耐腐蚀泵所有与液体 介质接触的部件都采用耐腐蚀材料制作。离心耐腐蚀泵有多种系列， 其中常用的系列代号为F。 油泵用于输送石油产品，油泵系列代号为Y。因油类液体
12、具有易燃、易爆 的特点，因此对此类泵密封性能要求较高。输送200以上的热油时 ，还需设冷却装置。 杂质泵用于输送悬浮液及稠厚的浆液等，其系列代号为P，又可分为污水泵 、砂泵、泥浆泵等。这类泵的主要结构特点是叶轮上叶片数目少，叶 片间流道宽，有的型号泵壳内还衬有耐磨材料。2.7 离心泵的类型与选择2.7.1 离心泵的类型首先应根据输送液体的性质和操作条件确定泵的类型，然 后按已确定的流量Qe和压头He从泵的样本或产品目录中选出合 适的型号。显然，选出的泵所提供的流量和压头不见得与管路 要求的流量Qe和压头He完全相符，且考虑到操作条件的变化和 备有一定的裕量，所选泵的流量和压头可稍大一点，但在该
13、条 件下对应泵的效率应比较高，即点（Qe、He）坐标位置应靠在 泵的高效率范围所对应的H-Q曲线下方。型号选出后，应列出 该泵的各种性能参数。2.7.2 离心泵的选择1、确定输送系统的流量与压头 液体的输送量一般为生产任务所规定，如果流量在一定范 围内波动，选泵时应按最大流量考虑。根据输送系统管路的 安排，用柏努力方程计算在最大流量下管路所需的压头。2、选择泵的类型与型号 3、核算泵的轴功率 若输送液体的密度大于水的密度时，可按核 算泵的轴功率。泵的类型旋转式往复式流体作用式离心泵旋涡泵齿轮螺杆泵往复泵喷射泵等工作原理惯性离心力（无自吸 力，需灌泵，防气缚 ）吸入空间（ 低压）和排 出空间（高
14、 压）吸液与 排液活塞的往 复运动能量转换适用场合不太粘稠 的液体， 流量大， 中等压头低粘度清 洁液体， 小流量， 较高压头膏糊状粘稠 液体，小流 量，高压头黏性不含 杂质液体 ，小流量腐蚀性液体2.8 其它类型的泵机械 类型操作特性适用场合离心 式通风机风量大（186300m3/h）,连续 均匀，通过出口阀或风机并 串联调节流量主要用于通风鼓风机多级，温升不高高炉送风压缩机多级，段间设冷却装置气体压缩往复 式压缩机脉冲式供气，支路调节流量 ，高压时压多级，多级间设 冷却装置主要用于高压气体场 合，如合成氨生产旋转 式罗茨鼓风机流量可达1203104，支路 调节操作温度不大于85液环压缩机风量大，供气均匀腐蚀性气体压送，如 H2SO4作工质送Cl2 真空 泵水环真空泵结构简单，操作平稳可产生真空，也可用 于鼓风机 蒸汽喷射真空泵结构简单，无运动部件多级可达高的真空度2.9 气体输送机械
