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1、第二章 流体输送机械,本章要点和要求：I 掌握泵的工作原理、结构、泵的特性、安装高度及工作点的确定II 了解其它类型泵及气体输送设备。流体输送机械按其工作原理分为： I 动力式(叶轮式)：包括离心泵和轴流式输送机械，它们是籍以高速旋转的叶轮使流体获得能量； 容积式(正位移式)：包括往复泵和旋转式输送机械，它们是利用活塞或转子的挤压使流体升压以获得能量或转子的； 其它类型：指不属于上述两类的其它型式，如喷射式等。,2.1 离心泵2.1.1 离心泵的工作原理2.1.2 离心泵的性能参数2.1.3 离心泵的功率与效率2.1.4 离心泵的特性曲线 2.1.5 离心泵的工作点与流量调节2.1.6 并联与
2、串联操作2.1.7 离心泵的安装高度2.1.8 离心泵的类型与选用,2.2 往复泵2.2.1 往复泵的构造及操作原理2.2.2 往复泵的流量调节2.3 其它类型化工用泵2.3.1 正位移泵2.3.2 非正位移泵2.4 气体输送机械2.4.1 离心式通风机、鼓风机和压缩机2.4.2 旋转鼓风、压缩机与真空泵2.4.3 往复压缩机复习,第二章 目 录,2.1 离心泵,2.1.1 离心泵的工作原理及构造1. 离心泵的工作原理,2.1 离心泵,2.1.1 离心泵的工作原理及构造离心泵的工作原理其实其原理概括为6个字，即三个步骤：充液 离心泵使用前先将流体灌满泵壳和吸入管路。 若泵壳与吸入管路内没有充满
3、液体，则泵壳内存有空气，由于空气的密度远小于液体的密度，产生的离心力小，因而叶轮中心处所产生的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，这种现象称为“气缚”现象，表示离心泵无自吸能力。,2.1 离心泵,2.1.1 离心泵的工作原理及构造离心泵的工作原理其实其原理概括为6个字，即三个步骤：(2)排液：泵轴带动叶轮旋转，在离心力作用下，液体从时轮中心被抛向外缘，在此过程中获得能量，使轮外缘液体静压头提高，同时也增大了流速，液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐加宽，液体的流速逐渐降低，又将一部分动压头转变为静压头，使泵出口处静压头提高，以高压排出。 (3) 吸液：泵内
4、液体排出后，叶轮中心处形成真空，将泵外液体不断吸入叶轮，再排出。 为防止使用完后泵壳中液体外流，在吸入管底部装有带吸滤网的底阀，底阀为单向阀，防止启动前所灌入的液体从泵内漏失，滤网可以阻拦液体中的固体物质被听课入而堵塞管道或泵壳。,2.1 离心泵,2.1.1 离心泵的工作原理及构造2. 离心泵的主要部件(1) 叶轮 叶轮的作用是将电动机的机械能传给液体，使液体的静压能和动能均有所提高-给能。 按其结构分三种：开式、半开式、闭式(如图),开式 两侧均无盖板，采用筋板连接，优点是结构简单，清洗方便；缺点是效率低，适用于输送含杂质的悬浮液。,半开式 吸入侧无盖板，另一侧有后盖板，适于输送悬浮液。,闭
5、式 叶片两侧均有盖板 ，优点是效率高，应用广；缺点是结构复杂不宜清洗，故适用于输送清洁液体。,2.1 离心泵,2.1.1 离心泵的工作原理及构造2. 离心泵的主要部件(1) 叶轮 叶轮的作用是将电动机的机械能传给液体，使液体的静压能和动能均有所提高-给能。 按吸液方式可分为两种：单吸和双吸单吸 流体从叶轮一侧吸入。双吸 液体从两侧吸入，吸液能力大，可以消除轴向推动力。 另外，当需要压头很高时，(即需输送高压流体时)可采用多级。,2.1 离心泵,2.1.1 离心泵的工作原理及构造2. 离心泵的主要部件(2) 泵壳 呈蜗壳形，通道逐渐扩大，当流体从叶轮外缘以高速被抛出后，沿泵壳的蜗牛形通道向排出口
6、流动，流速逐渐降低，减少了能量损失，且一部分动能有效地转变为静压能。其作用： 增大流道面积，降低动能，增加静压能，实现能量转换-转能； 减少能量损失。(3) 轴封装置 泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。作用： 防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而流出； 防止外界空气漏入示壳内。常用的密封有填料密封和机械密封两种。,2.1 离心泵,2.1.3 离心泵的主要性能参数流量Q 离心泵的流量(又 称输送能力)是指单位时间内泵所输送的液体体积。单位有：m3/s、m3/min、m3/h。扬程H(压头) 是指单位重量(1N)液体流经泵所获得的能量，单位为J/N=m。对一定的泵和一定液体，在一定转速下，泵的扬程H与Q有
7、关。其关系可用实验方法测定，装置如图所示。,2.1 离心泵,2.1.3 离心泵的主要性能参数3. 功率与效率轴功率N与有效功率Ne 功率是指单位时间内所做的功。 轴功率N是指泵轴所需的功率。 有效功率是指单位时间内流体从泵中叶轮获得的有效能量。,(2) 效率 泵的效率等于有效功率与轴功率之比。,值反映出泵工作时机械能损失的相对大小，一般约为0.507,大型泵可达0.9。,2.1.3 离心泵的主要性能参数3. 功率与效率泵内引起功率损失的原因有：水力损失 由于在泵壳中流体流速大小、方向发生变化带来的能量损失；另外，输送流量与设计流量不一致时，液体在泵体内产生冲击而损失能量。容积损失 泵内有部分高
8、压液体泄漏到低压区，使泵排出的实际流量小于流经叶轮的流量，即理论流量； 机械损失 泵轴和轴承之间以及轴封处的摩擦等机械部件接触处，由于机械摩擦而造成的能量损失。 通常离心泵启动或运转时可能超过正常负荷，所配电机的功率应大于轴功率，电动机的功率在泵的样本有说明。另外，这也是为什么启动离心泵时要关闭泵的出口阀的原因。,2.1 离心泵,2.1.4 离心泵的特性曲线1. 特性曲线 离心泵的压头H、功率N、效率与流量Q之间的关系曲线称为离心泵特性曲线(Characteristic cures)，由H-Q，N-QQ三条曲线组成，由于特性曲线随转速变化，故在特性曲线图一定要标出转速。,2.1 离心泵,2.
9、特性曲线的测定 实验装置如图,2.1.4 离心泵的特性曲线3. 离心泵性能的改变 密度的影响 离心泵的流量不随变化； H不随变化 因为变化，离心力变化，故由离心力产生的静压力将变化，但P/g以压头表示时与无关； N随变化； 不随变化；,2.1 离心泵,(2) 粘度的影响 一般越大，泵体内能量损失越大。因而高粘度流体，H，Q，而N。有换算关系 修正系数可查参考书，一般CH，CQ1,2.1.4 离心泵的特性曲线3. 离心泵性能的改变(3) 转速的影响对同一型号泵，同一种液体，在效率不变的条件下，有如下关系,2.1 离心泵,(4) 叶轮直径的影响 当切削叶轮，D变化不大，转速n不变时，有,2.1.5
10、 离心泵的工作点与流量调节1. 管路特性曲线 如图所示输送系统，若贮槽与高位槽液面维持恒定，且输送管路的直径不变，则在1-1,2-2面间有：,2.1 离心泵,2.1.5 离心泵的工作点与流量调节1. 管路特性曲线 对于给定的管路系统，l,d一定，阀门开度一定，即le一定，且认为流体流动处于阻力平方区，变化很小,2.1 离心泵,低阻,中阻,高阻,将此方程关系标绘在H-Q坐标图上，即得图所示的H-Q曲线，称为管路特性曲线或管路阻力曲线。式中B为管路特性系数它与管路长度，管径、摩擦系数及局部阻力系数等有关。,2.1.5 离心泵的工作点与流量调节2. 工作点 安装在管路上泵其输液量即为管路的流量，在该
11、流量下，泵提供的扬程必等于管路所要求的压头，因此离心泵的实际工作情况是由泵特性与管路特性共同决定的。 如图，线交点A所代表的流量，就是液体输送管路所需的压头与泵对液体所提供的压头正好相等时的流量，A点称管路上离心泵的工作点，也是其在管路中真实的工作状况。,2.1 离心泵,A,Q,H,2.1.5 离心泵的工作点与流量调节3. 离心泵流量的调节(1)改变阀门开度 阀门关小：Le管路特性曲线陡工作点A1QA1QA 这种调节方法，如阀门关小，不仅增加了管路的阻力，且使泵在低效率点下工作，其经济上很不合理，但用阀门调节流量的方法操作简便、灵活，故一般在流量小时应用很广。,2.1 离心泵,A,Q,H,c,
12、b,a,A2,A1,2.1.5 离心泵的工作点与流量调节3. 离心泵流量的调节(2)改变泵的转速 实质是改变泵的特性曲线。这种变速调节流量的方法，没有节流引起的附加能量损失，比较经济。但需要变速装置或价格昂贵的能变速的电动机（如直流电动机、汽轮机等），且难以做到连续稳定地改变流量。故在化工中应用比较少。注：改变转速时，不得超过泵的额定转速，以免叶轮强度和电动机负荷超过允许值。,2.1 离心泵,A,Q,H,n,n,a,C,2.1.5 离心泵的工作点与流量调节3. 离心泵流量的调节(3) 切割叶轮直径由切割定律知，在允许范围内切割叶轮外径，Q与H分别随叶轮外径D近似呈一、二次幂变化，从而使泵的流量
13、减小。但可调节的范围不大，且直径减少不当还会降低效率，故实际上很少采用这种方法。,2.1 离心泵,例 某输水管路系统中，离心泵在转速为n=2900r/min时的特性曲线方程为H=25-5Q2，管路特性方程为H=10+KQ2，Q单位为m3/min.试求： (1)K=2.5时工作点流量QA与扬程HA；(2)阀门关小到K=5时，工作点流量QB与扬程HB；(3)对于流量QB，因改变阀门开度，管路阻力损失增加了多少？(4)若采用改变转速，使流量从QA到QB，试求转速应调到多少？,2.1.6 离心泵的并联与串联操作1. 并联操作合成特性曲线（如图）并联后输送流量Q与扬程H Q和H由合成特性曲线与管路特性曲
14、线的交点A决定，并联后总效率与每台泵的效率相同。由此可见，由于管路阻力的增加，两台泵并联的总输送量Q并小于原单泵流量的两倍，即Q并2Q。工作点所需扬程也相应地有所增加。(3)结论并联操作提高流量，但并不是成倍改变。,2.1 离心泵,Q,H,A,B,a,A1,A2,2.1.6 离心泵的并联与串联操作2. 串联操作合成特性曲线（如图）串联后输送流量Q与扬程H Q和H由合成特性曲线与管路特性曲线的交点A决定，串联后总效率与每台泵的效率相同。由此可见，由于管路阻力的增加，两台泵串联的总输送量Q串与原单泵流量相近，但扬程H大提高但不成倍增加，即Q并Q串； 对于高阻力输送管路b，管路特性曲线较陡峭，有Q并Q串。 对于压头也有类似的情况结论对于低阻力输送管路，并联优于串联； 对于高阻力输送管路，串联优于并联。,
