第二章 流体输送设备§1 概述2-1 流体输送概述气体的输送和压缩，主要用鼓风机和压缩机液体的输送，主要用离心泵、漩涡泵、往复泵固体的输送，特别是粉粒状固体，可采用流态化的方法，使气 -固两相形成液体状物流，然后输送，即气力输送流体输送在化工中用处十分广泛，有化工厂的地方，就有流体输送流体输送机械主要分为三大类：（ 1）离心式 靠离心力作用于流体，达到输送物料的目的有离心泵、多级离心泵、离心鼓风机、离心通风机、离心压缩机等 2）正位移式 靠机械推动流体，达到输送流体的目的有往复泵、齿轮泵、螺杆泵、罗茨风机、水环式真空泵、往复真空泵、气动隔膜泵、往复压缩机等 3）离心－正位移式 既有离心力作用，又有机械推动作用的流体输送机械有漩涡泵、轴流泵、轴流风机象喷射泵属于流体作用输送机械本章主要研究连续输送机械的原理、结构及设计选型§ 2 离心泵及其计算2-2 离心泵构造及原理若将某池子热水送至高 10 m 的凉水塔，倘若外界不提供机械能，水能自动由低处向高处流吗？显然是不能的，如图 2-1 所示，我们在池面与凉水塔液面列柏努利方程得：图 2-1流体输送示意图p1u12z2p2u22h fz1heg2gg2g∵ z1 0，p1 p20 (表压 )， z210 m， u10 ，若泵未有开动，则： he 01代入上式得：0000100l l eu2212gd∴ u22102gu2 为虚数1lled此计算说明，泵不开动，热水就不可能流向凉水架，就需要外界提供机械能量。
能对流体提供机械能量的机器，称为流体输送机械离心泵是重要的输送液体的机械之一如图 2-2 所示，离心泵主要由叶轮和泵壳所组成图 2-2 离心泵构造示意图u 2先将液体注满泵壳，叶轮高速旋转，将液体甩向叶轮外缘，产生高的动压头 ，由2g于泵壳液体通道设计成截面逐渐扩大的形状，高速流体逐渐减速，由动压头转变为静压头P，即流体出泵壳时，表现为具有高压的液体g在液体被甩向叶轮外缘的同时，叶轮中心液体减少，出现负压（或真空），则常压液体不断补充至叶轮中心处于是，离心泵叶轮源源不断输送着流体可以用如下示意图表示流体被甩出后低速流体机械旋转逐渐扩大的常压流体高速流体高压流体所造成的气压的离心力泵壳通道此机械何以得名离心泵，是因为叶轮旋转过程中，产生离心力， 液体在离心力作用下产生高速度2-3 泵参数与特性曲线工作原理清楚之后， 自然要问， 该泵的送液能力 （流量 Q ）如何？增压程度 （扬程 H ）多大？旋转机械的功率（泵功率 Ne ）为多少？效率（泵效率 ）多少？等等问题泵的流量 Q 、扬程 H 、功率 N 、效率 ，统称为离心泵的性能参数这些参数之间的关系，都是由实验来测定的，如图 2-3 所示。
2将实验所得数据 Q、 H、 N、，描绘成 H ~ Q 曲线、 N e ~ Q 曲线、~Q曲线，统称为离心泵的特性曲线图 2-3 泵性能实验装置示意图我们对真空表与压力表之间的液体列柏努利方程得：z1p1u12p2u22h fm 液柱gH z2g2g2 g∵ z10，z2h0，p1pv（ pv 为真空度，即负表压）p2pM （压力表读数，表压） ， h f0 （管路径很短，可以忽略）∴ HpMpVu22u12 （Ⅰ）h0g2g式中 , h0 ——真空表与压力表垂直位差，m ；PM——压力表读数（表压） ， Pa ；PV——真空表读数， Pa ；u1 ,u2 ——吸入管和压出管中液体流速，m s 1 ；式（Ⅰ）即为对应于一定流量(Q ) , 泵提供扬程的计算公式电动机提供的机械功率，可由电流表A [ 安 ] 和电压表 V [ 伏 ] 的读数得到，也可由功率表直接读得N A V （Ⅱ）3泵的有效功率 N e 计算式，推导如下：例如，离心泵对流体实际提供的能量为We J kg 1 ，也就是说，对每公斤液体，泵要提供 We 焦耳的能量。
在时间里，泵输送的体积流量为Q m3 s 1 ，则输送的液体质量为：Q m3 s 1kg m 3s在时间里，泵要提供的能量为：QkgW J kg 1Je而功率是单位时间里提供的能量，所以N eQWe JWQ Wes∵ We H g∴ N e Q gH （Ⅲ）泵效率定义为，泵的有效功率N e 与电机提供的功率N 之比，即：N e （Ⅳ）N2-4 离心泵特性曲线举例在图 2-3 中用阀门调节管路流量至某一值 Q1 m 3 h 1 ；读取真空计、压力计读数pV1、pM 1 ，再读功率表数值 N1 ；已知进、出口管径分别为 d1、 d2 m 由上式（Ⅰ）计算得到 H 1 ，由式（Ⅲ）计算 N e1 ，由式（Ⅳ）计算得到 1 再调节流量至 Q2 ，如上得到 H 2、N e 2、 2 因此重复测得 8 ~ 10 个数据点在图中可描得三条曲线 H ~ Q、N ~ Q、 ~ Q ，此即为泵的特性曲线例 2-1 】 今有一台 IS100-80-125 型离心泵，测定其性能曲线时的某一点数据如下：Q 60 m3 h 1 ；真空计读数 pV 0.02MPa ，压力表读数为 0.21 MPa ，功率表读数为5550W 。
已知液体密度为 1000 kg m 3 真空计与压力计的垂直距离为 0.4 m ，吸入4管直径为 100 mm ，排出管直径为80 mm ，试求此时泵的扬程H ，功率 N e 和效率 解： Hh0pMpVu22u12g2gu2603.32 m s 1 ；u1602.12 m s 136000.08236002440.1∴ H0.40.210.021063.32 22.12 210009.8129.810.423.440.33224.2 mN eQ1 Hg6024.210009.81 3956 W3600N e395671 %N55502-5 离心泵选择与示例选择泵主要依据是输送管道计算中，需要泵提供的压头（ He ）和已知输送液体的流量（ Q ），然后查离心泵样本，看哪种泵的扬程和流量能满足其要求例 2-2】 天津地区某化工厂， 需将 60 ℃的热水用泵送至高 10 m 的凉水塔冷却， 如图2-4 所示输水量为 80 ~ 85 m 3 h 1 ，输水管内径为 106 mm ，管道总长（包括局部阻力当量长度）为 100 m ，管道摩擦系数为 0.025 ，试选一合适离心泵。
图 2-4 【例 2-2】附图5解：在水池液面与喷水口截面列柏努利方程z1p1u12Hez2p2u22h fg2gg2gu2852.68 m s 1 ，p1p2 ，u10 ，z1 03600(0.106)24h flleu22100( 2.68) 2d2g0.02528.630.1069.81代入上式得He 10(2.68)219 m28.639.81查王志魁主编的《化工原理》，书本附录21，可选 TS100-80-125型离心泵Q，m3 h 160100120H ， m242016.52-6 离心泵的安装高度为什么要提出安装高度问题呢？倘若吸水池液面通大气，即使泵壳内的绝压（ p1 ）为零，即真空度为 1 个大气压，其安装高度 H g 亦会小于或等于 10 m ，如图 2-5 所示若大于 10 米，则池中液体就不会源源不断压入泵壳内另外，若泵壳的绝压（ p1 ）小于被输送液的饱和蒸汽压（ pv ），则液体将发生剧烈汽化，气泡剧烈冲向叶轮，使叶轮表面剥离、破损，发生“气蚀” 现象，即气泡对叶轮的腐蚀现象为了避免 “气蚀”所以必须满足 p1 。