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1、Add your company slogan,西南大学药学院 李琼,化 工 原 理,Add your company slogan,第二章 流体输送机械离心泵,流体输送机械：为流体提供机械能的机械设备。 流体输送机械的种类: 泵（Pumps）：输送液体的机械。离心式、往复式、回转式、流体动力式。 压缩机或风机（Compressors and blowers）： 输送气体的机械。 真空泵（Vacuum pumps）：负压条件下工作的压缩机。,流体输送机械,,流体输送机械,,流体输送机械,,流体输送机械,,流体输送机械,,流体输送机械,,流体输送机械,,流体输送机械,,流体输送机械,,流体输送机
2、械,,流体输送机械,,流体输送机械离心泵,一、离心泵的基本结构和工作原理 二、离心泵的性能与特性曲线 三、离心泵的安装与选型 四、离心泵的工作点和流量调节,,流体输送机械离心泵,一、离心泵的基本结构和工作原理,旋转部件静止部件,离心泵的基本结构,,流体输送机械离心泵,,流体输送机械离心泵,,流体输送机械离心泵,,1.叶轮,三种叶轮中哪一种效率高？,一、离心泵的基本结构,,2.导轮,导轮叶 片方向,引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，使能量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。,一、离心泵的基本结构,,3.泵壳,泵壳的作用,一、离心泵的基本结构,,一、离心泵的基本结构,汇集液体，作导出液体的
3、通道；使液体的能量发生转 换，一部分动能转变为静压能。,,一、离心泵的基本结构,4.轴封装置 A 轴封的作用 为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏 出，或者外界空气漏入泵壳内。B 轴封的分类,填料密封,机械密封,,一、离心泵的工作原理,思考,吸液过程 排液过程,最开始第一步是先吸液，还是先排液？,工作原理,,一、离心泵的工作原理,气缚现象泵壳和吸入管路内没有充满液体，泵 内有空气，由于空气密度远小于液体的密度，叶轮旋转对其产生的离心力很小，叶轮中心处所形成的低压不足以形成吸上液体所需要的真空度，泵就无法工作。,,一、离心泵的工作原理,,一、离心泵的工作原理,工作原理,电动机轴叶轮，旋转离心力
4、 叶片间液体由中心外围液体被做功 动能高速离开叶轮进入泵壳 动能一部分转化为位能和静压能而从出液 口排出。,,一、离心泵的工作原理,离心泵的吸液方式,单吸方式 液体从叶轮一侧被吸入。,,一、离心泵的工作原理,叶轮两侧对称，流体从叶轮两侧吸入，基本上可以消除轴向推力。,双吸方式,,二离心泵的性能参数,1、离心泵的性能参数,1）离心泵的流量 指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一般用Q表示，单位为m3/h。又称为泵的送液能力 。,,二离心泵的性能参数,1、离心泵的性能参数,2）离心泵的压头泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以H表示，单位为m。又称为泵的扬程。,,二离心泵的性能参数,离心泵
5、的压头取决于：泵的结构（叶轮的直径、叶片的弯曲情况等） 转速 n 流量 Q，,如何确定转速一定时， 泵的压头与流量之间 的关系呢？实验测定,,二离心泵的性能参数,H的计算可根据2、3两截面间的柏努利方程：,离心泵的压头又称扬程。必须注意，扬程并不等于升举高度Z，升举高度只是扬程的一部分。,,二离心泵的性能参数,3）离心泵的效率 离心泵输送液体时，通过电机的叶轮将电机的能量传给液体。在这个过程中，不可避免的会有能量损失，也就是说泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得，通常用效率来反映能量损失。这些能量损失包括：,1、离心泵的性能参数,,二离心泵的性能参数,容积损失,水力损失,机械损失,泵的效率反
6、应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。与泵的大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质有关。,,二离心泵的性能参数,4）轴功率及有效功率,轴功率：,电机输入离心泵的功率,用N表示， 单位为J/S,W或kW,有效功率：,排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne或Pe表示。,,二离心泵的性能参数,,二离心泵的特性曲线,2、离心泵的特性曲线,离心泵的H、 、 P都与离心泵的Q有关，它们之间的关系由确定离心泵压头的实验来测定，实验测出的一组关系曲线：HQ 、Q 、 PQ 离心泵的特性曲线,,注意：特性曲线随转速而变。各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状基本相似，具有共同的特点。,二离心泵的
7、特性曲线,,离心泵特性曲线及其换算,二离心泵的特性曲线,-Q曲线,H-Q曲线,N-Q曲线,用20C清水测定,,二离心泵的特性曲线,1）HQ曲线：表示泵的压头与流量的关系，离心泵的压头普遍是随流量的增大而下降（流量很小时可能有例外） 2）NQ曲线：表示泵的轴功率与流量的关系，离心泵的轴功率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小。离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保护电机。,,二离心泵的特性曲线,3）Q曲线：表示泵的效率与流量的关系，随着流量的增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再增大，效率便下降。,离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在与最高效率点相对应的流量及压头下
8、工作最为经济。,,二离心泵的特性曲线,与最高效率点所对应的Q、H、N 值称为最佳工况参数。离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的状态参数。 注意：在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。一般要求操作时的效率应不低于最高效率的92%。,,二离心泵的特性曲线,三、离心泵性能的改变,1）液体密度的影响,1、液体性质的影响,离心泵的轴功率与输送液体密度有关 。,,二离心泵的特性曲线,2）粘度的影响,当输送的液体粘度大于常温清水的粘度时，,泵的压头减小,泵的流量减小,泵的效率下降,泵的轴功率增大,泵的特性曲线发生改变，选泵时应根据原特 性曲线进行修正。,,二离心泵的特性曲线,2、转速对离心
9、泵特性的影响,当液体的粘度不大且泵的效率不变时，泵的流量、压头、轴功率与转速的近似关系可表示为：,比例定律,,二离心泵的特性曲线,3、叶轮直径的影响,若切削使直径D2减小的幅度在20%以内，效率可视为不变，并且切削前、后叶轮出口的截面积也可认为大致相等, 此时有：,-切割定律,,二离心泵的特性曲线,,二离心泵的特性曲线,,三离心泵的安装高度,1、气蚀现象,气蚀产生的条件 叶片入口附近K处的压强PK等于或小于输送温度下液体的饱和蒸气压。,,三离心泵的安装高度,气蚀产生的后果,液体流量明显下降，同时压头、效率也大幅度降低，严重时会输不出液体。,气蚀发生时产生噪音和震动，叶轮局部在巨大冲击的反复作用
10、下，表面出现斑痕及裂纹，甚至呈海棉状逐渐脱落。,,三离心泵的安装高度,2、离心泵的允许安装高度,指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，以Hg表示。,贮槽液面0-0与入口处1-1两截面间列柏努利方程,,三离心泵的安装高度,2、离心泵的允许安装高度,离心泵的允许吸上真空度,,三离心泵的安装高度,通常由泵的制造工厂试验测定，实验在大气压为10mH2O（9.81Pa）下,以20清水为介质进行的。,,三离心泵的安装高度,HS随Q增大而减小 确定离心泵安装高度时应使用泵最大流量下的HS进行计算 若输送其它液体，且操作条件与上述实验条件不符时，需对HS进行校正。,,4、气蚀余量,为防止气蚀现
11、象发生，在离心泵入口处液柱的,与动压头,之和必需大于液体在操作,的一个最小值。,气蚀余量定义式,三离心泵的安装高度,静压头,温度下的饱和蒸汽压头,,三离心泵的安装高度,当流量一定且流体流动为阻力平方区时，气蚀余量仅与泵的结构和尺寸有关，是泵抗气蚀性能参数。,,三离心泵的安装高度,h随Q增大而增大 计算允许安装高度时应取高流量下的NSPH值。,当输送其它液体时应乘以校正系数予以校正，但因一般校正系数小于1，故把它作为外加的安全系数，不再校正。,,三离心泵的安装高度,离心泵的实际安装高度离心泵的实际安装高度应小于允许安装高度，一般比允许值小0.51m。,注意： 1）离心泵的允许吸上真空度和允许气蚀
12、余量 值是与其流量有关的，大流量下h较大而HS较小，因此，必须注意使用最大额定流量值进行计算。,,三离心泵的安装高度,注意： 2）离心泵安装时，应注意选用较大的吸入管路，减少吸入管路的弯头、阀门等管件，以减少吸入管路的阻力。 3）当液体输送温度较高或液体沸点较低时，可能出现允许安装高度为负值的情况，此时，应将离心泵安装于贮槽液面以下，使液体利用位差自流入泵内。,,五、离心泵的工作点,1、管路特性曲线与泵的工作点,1）管路特性曲线,管路特性曲线,流体通过某特定管路时所需的压头与液体流量的关系曲线。,,五、离心泵的工作点,1）管路特性曲线,在截面1-1与 2-2 间列伯努利方程式，并以1-1截面为
13、基准水平面，则液体流过管路所需的压头为：,,五、离心泵的工作点,式中：,上式简化为,而,令,,五、离心泵的工作点,管路的特性方程,在特定管路中输送液体时，管路所需的压头随所输送液体流量Q的平方而变。,,五、离心泵的工作点,2）离心泵的工作点离心泵的特性曲线与管路的特性曲线的交点M，就是离心泵在管路中的工作点。,M点所对应的流量Q和压头He表示离心泵在该特定管路中实际输送的流量和提供的压头。,,五、离心泵的流量调节,2、离心泵的流量调节,1）改变出口阀开度改变管路特性曲线,阀门关小时：管路局部阻力加大，管路特性曲线变陡，工作点由原来的M点移到M1点，流量由QM降到QM1；,,五、离心泵的流量调节,当阀门开大时：管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，工作点由M移到M2流量加大到QM2。,优点：调节迅速方便，流量可连续变化；,缺点：流动阻力加大，要多消耗动力，不经济。,
