第10讲 第2章 流体输送机械 教学难点：离心泵的主要性能参数的实验测定教学内容： 2.1 离心泵教学目的：掌握离心泵的构造、操作原理、主要性能 参数及特性曲线教学重点：1、离心泵的操作原理；2、离心泵的主要性能参数输送液体的机械通称为泵，输送气体的机械通称为风机 或压缩机特殊地：负压下气体输送机械——真空泵概述：（1）流体输送机械：为流体提供能量的机械设备B、提高流体的压强（加压例：压缩机）或造成真空度以满 足工艺要求2）流体输送的目的：A、将工艺流体以一定的流量从一处送到另一处（向流体作功 以提高机械能）；（3）流体输送机械分类：按工作原理分类A、动力式 B、容积式 C、流体作用式2.1 离心泵2.1.1 离心泵的工作原理和主要部件在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体；启动后，叶 轮由泵轴带动高速转动，在离心力的作用下，液体从叶轮 中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗 形泵壳在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又 将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管 道。
液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成一定的 真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液 体便被连续压入叶轮中心1、离心泵的工作原理可见：离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮，液体在离心力的作用下获得能量以提高静压强 解决措施： ①为了使泵内充满液体，通常在吸入管底部安装一带滤网的底阀，该底阀为止逆阀，也称单向底阀目的 ：保证泵停止工作时，吸入管路中的液体不倒流滤网的作用 是防止固体杂质进入泵内损坏叶轮或防碍泵的正常操作离心泵的“气缚”现象离心泵在启动时，若泵壳内和吸入管内未充满液体或离心泵在动转过程中发生漏气，均会使泵内积存空气因空气的密 度比液体的密度小得多而产生较小的离心力从而，贮槽液面 上方与泵吸入口处之压力差不足以将贮槽内液体压入泵内，即 离心泵无自吸能力，使离心泵不能正常输送液体，此种现象称 为“气缚现象”②启动前进行灌液排气，运转时防止空气漏入2、离心泵的主要部件：叶轮、泵壳和轴封装置1）叶轮：作用：将原动机的机械能直接传给液体，以 增加液体的静压能和动 能(主要增加静压能)按结构分类： 开式、半闭式和闭式 按吸液方式分： 单吸式和双吸式（2） 泵壳泵壳是将叶轮封闭在一定的空间，以便由叶轮的作用吸入和 压出液体。
泵壳作用：既是一个液体汇集装置，同时又是一个能量转换装置思考：泵壳为什么多做成蜗壳形？由于流道截面积逐渐扩大，故从叶轮四周甩出的高速液 体逐渐降低流速，使部分动能 有效地转换为静压能导轮：在叶轮与泵壳之间有时还装有一个固定不动而带有叶片的导轮作用：使高速液体流过时，能均匀而平缓地降低流速，调整流向，减少能量损失思考：导轮叶片方向与叶轮叶片方向相反，为什么？常用密封方式：（3）轴封装置：作用: 在固定不动的泵壳与转动的泵轴之间进行的密封,防止泵壳内液体沿轴漏出或 外界空气漏入泵壳内A、填料函密封：填料一般用 浸油或涂有石墨的石棉绳B、机械密封：机械密封主要 是由一个装在转轴上的动环和 另一固定在泵壳上的静环所构 成，两环的端面借弹簧力互相 贴紧而作相对运动，达到密封 的目的2.1.2 离心泵基本方程式离心泵基本方程从理论上表达了泵的压头与其结构、尺寸、转速及流量等因素之间的关系，是计算离心泵理论压头 的基本公式离心泵的理论压头HT∞：具有无限多叶片的离心泵对单位重量的理想液体所提供的能量注：实际压头小于理论压头2.1.3 离心泵的主要性能参数与特性曲线 离心泵的主要性能参数有：转速n、流量Q、压头H、轴功率Ne、效率η和气蚀余量。
2)压头H：离心泵的压头又称扬程，指离心泵对单位重量（1N）液体所能提供的有效能量单位：m1、离心泵的主要性能参数（1）流量Q：离心泵在单位时间内排送到管路系统的液 体体积单位：m3/s或m3/h 注意：Q与泵的结构、尺寸（主要为叶轮直径和宽度）及转速有关操作时，Q还与管路特性有关※注： 与泵的结构（如叶片的弯曲情况、叶轮直径等）、转速及流量有关实际压头一般用实验方法测定泵的轴功率N——是指泵轴运转所需功率，即电机传给泵 轴的功率单位：W或kW3）轴功率N、有效功率Ne和效率η：有效功率Ne——液体从泵获得的实际功率效率η——反映泵对外加能量的利用程度 ※注：η值与泵的类型、大小、结构、制造精度、液体的 流量和输送液体的性质有关 A、容积损失：容积效率C、水力损失：水力效率B、机械损失：机械效率且有：②相互关系：说明：①能量损失的三种主要形式：2、离心泵的特性曲线（1）H——Q曲线（2）N——Q曲线（3）η——Q曲线注：①特性曲线是对特定的离心泵在固定 转速下于常压下用20℃ 的清水实验得到的②离心泵的铭牌上标出的性能参数是指泵在运转时效率最高点的参数3、离心泵主要性能参数的实验测定方法：（1）实验装置：如右图示。
在泵吸入口装一真空表，排 出口装一压力表2）实验步骤： ①出口阀关闭，启动泵， 测Q=0时的H——封闭压头 ②开启出口阀，维持某一流量Q，测定其相应的压头H（需计 算），同时可测得输入泵的轴功率N ③改变流量Q，重复实验，即可得到一定n下的一系列Q 、H、N及η值首先:灌液排气(3)计算方法可由实验直接测定的有：流量（流量计测定）；轴功率（功率表测定）；泵的转速n同电机转速（同步运转） 需计算的有：H、Ne和η 以真空表和压力表两测点为1—1’、2—2’截面，对单位 重量流体列柏努利方程： 若 ：Δu2/2g=0 ，∑Hf,1-2=0 则：21121’2’例2—2：用附图所示的装置测定离心泵的性能泵的吸入管内径 为100mm，排出管内径为80mm，两测压口间垂直距离为0.5m 泵的转速为2900r/min，以20℃的清水为介质测得以下数据：流量：15 L/s泵出口处表压：2.55×105 Pa泵入口处真空度：2.67×104 Pa功率表测得电动机所消耗的功率：6.2 kW泵由电动机直接带动，电动 机的效率为93%试求该泵在输送条件下的压头，轴功率和效率 1121’2’解：（1）泵的压头H：以真空表和压力表所在处的截面分别为1-1’、2-2’截面，在两截面间对单位重量流体列柏努利方程： 已知：z2-z1=0.5m d1=0.1m d2=0.08m Hf,1-2≈0 p1= -2.67×104Pa（表压） p2=2.55×105Pa(表压） 代入：（2）泵的轴功率Ne已知： η电=93% ，一般 η传=100%泵的轴功率为 N=6.2×0.93=5.77kW(3)泵的效率η:效率:有效功率:4、离心泵性能的改变和换算 (1)密度：离心泵的体积流量Q、压头H及效率η均与液体密度无关，而功率则随密度增大而增加。
1、液体物性的影响(2)黏度 ：当输送液体的粘度大于实验条件下清水的粘度时，泵体内的能量损失增大，泵的流量、压头减小，效 率下降，轴功率增大当ν＞ 20cSt时，离心泵的性能需 按下式进行换算换算过程查图过程如下： Q—H—μ—（CH、CQ、Cη）例2-3附图：先在图上查取一定Q（1.0QS，2.84m3/min）下的H（30.5m）、η（0.82），2.84——30.5——220——1.0QsCH=0.94H’=0.94×30.5=28.67mCQ=0.96Q’=0.96×2.84=2.73m3/minCη=0.64η’=0.64×0.82=0.52其他流量下依次进行，重新绘图2、离心泵转速的影响比例定律：3、离心泵叶轮直径的影响切割定律：适用范围：泵的转速变化小于±20%适用范围：泵的叶轮直径变化不大于10%2-16)(2-17)小结：本次课重点掌握：1、离心泵的工作原理2、离心泵的主要性能参数及特性曲线。