《2.1离心泵原理和曲线1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2.1离心泵原理和曲线1（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、本章的目的：本章的目的： 结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的操作原操作原理、基本构造与性能理、基本构造与性能，合理地，合理地选择其类型、决定规格、计选择其类型、决定规格、计算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等主要内容：主要内容：概述概述 离心泵离心泵其他类型液体输送机械其他类型液体输送机械气体输送机械气体输送机械 阀门阀门管子管子管件管件(弯头弯头)输送机械输送机械(泵泵)麦汁麦汁一级发酵罐一级发酵罐柱式供氧器柱式供氧器泵泵板式灭菌器板式灭菌器二级发酵罐二级发酵罐酵母分离器酵母分离器搅拌式多罐型啤酒连
2、续发酵流程图搅拌式多罐型啤酒连续发酵流程图菌种菌种啤酒啤酒酵母泥酵母泥为流体提供能量的机械称为流体输送机械。为流体提供能量的机械称为流体输送机械。 在化工生产加工中，常常需要将流体在化工生产加工中，常常需要将流体q从低处输送到高处；从低处输送到高处；q从低压送至高压；从低压送至高压；q沿管道送至较远的地方。沿管道送至较远的地方。 为为达达到到此此目目的的，必必须须对对流流体体加加入入外外功功，以以克克服服流流体阻力及补充输送流体时所不足的能量。体阻力及补充输送流体时所不足的能量。输送设备分类输送设备分类1 1 按输送对象分类按输送对象分类输送液体的机械输送液体的机械:泵泵气体压送机械气体压送机
3、械:输送和压缩气体的机械输送和压缩气体的机械 如如鼓风机、压缩机、真空泵鼓风机、压缩机、真空泵等等2 2 按工作原理分类按工作原理分类动力式动力式( (叶轮式叶轮式):):利用高速旋转的叶轮使流体获得能量利用高速旋转的叶轮使流体获得能量, ,如离心泵、轴流泵如离心泵、轴流泵容积式容积式( (正位移式正位移式):):利用活塞或转子的挤压使流体获得能利用活塞或转子的挤压使流体获得能量量, ,如往复泵、旋转泵如往复泵、旋转泵( (齿轮泵、螺杆泵齿轮泵、螺杆泵) )其它类型其它类型: :如喷射式如喷射式( (常用于抽真空，又称喷射式真空泵常用于抽真空，又称喷射式真空泵) ) (1) 能能适适应应被被输
4、输送送流流体体的的特特性性，例例如如它它们们的的粘粘性性、腐腐蚀性、毒性、易燃易爆性及是否含有固体杂质等。蚀性、毒性、易燃易爆性及是否含有固体杂质等。(2) 能满足生产工艺上对能量（压头）和流量的要求能满足生产工艺上对能量（压头）和流量的要求(3) 结构简单，操作可靠和高效，投资和操作费用低结构简单，操作可靠和高效，投资和操作费用低 在化工生产中，选择适宜的流体输送机械类型和型在化工生产中，选择适宜的流体输送机械类型和型号以及确定设备的安装位置是十分重要的。号以及确定设备的安装位置是十分重要的。 对流体输送机械的基本要求对流体输送机械的基本要求离心泵的工作原理与结构离心泵的工作原理与结构离心泵
5、基本方程离心泵基本方程离心泵的离心泵的主要性能参数特性曲线主要性能参数特性曲线离心泵的安装高度离心泵的安装高度离心泵的调节离心泵的调节离心泵的类型与选用离心泵的类型与选用离心泵（离心泵（centrifugal pumpcentrifugal pump）的特点：的特点：v 结构简单，操作方便；结构简单，操作方便；v 流量大而且均匀，效率高；流量大而且均匀，效率高；v 适用范围广。适用范围广。 由若干个弯曲的叶片组成由若干个弯曲的叶片组成的的叶轮叶轮置于具有蜗壳通道置于具有蜗壳通道的的泵壳泵壳之内。之内。 叶轮叶轮紧固于紧固于泵轴泵轴上，泵轴上，泵轴与与电机电机相连，相连， 可由电机带可由电机带动
6、旋转。动旋转。 1、工作原理、工作原理 吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装 一一止逆阀。止逆阀。 泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀这是等待出厂的离心泵 离心泵的工作过程：离心泵的工作过程： 开泵前，开泵前，先在泵内先在泵内灌满要输送的液体灌满要输送的液体。 开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力离心力。液体在。液体在 此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，并以此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，并以 很高的速度流
7、入泵壳很高的速度流入泵壳。 在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢，使流速减慢，使 大部分动能转化为压力能大部分动能转化为压力能。最后液体以。最后液体以较高的静压强从排较高的静压强从排 出口流入排出管道出口流入排出管道。 泵内的液体被抛出后，泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了低压区叶轮的中心形成了低压区，在液面压在液面压 强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便，液体便 经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。 离离心心泵泵之之所所以以能能输输送送
8、液液体体，主主要要是是依依靠靠高高速速旋旋转转叶轮所产生的离心力，叶轮所产生的离心力，因此称为因此称为离心泵离心泵。气缚现象气缚现象 离心泵离心泵启动启动时，如果时，如果泵壳内存在空气泵壳内存在空气，由于空气，由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力离心力很小很小，叶轮中心处产生的低压，叶轮中心处产生的低压不足以造成吸上液体所不足以造成吸上液体所需要的真空度需要的真空度，这样，离心泵就无法工作，这种现象，这样，离心泵就无法工作，这种现象称作称作“气缚气缚”。 危害：离心泵无法完成吸液，无法正常工作危害：离心泵无法完成吸液，无法正常工作气缚现
9、象气缚现象 防止措施：防止措施：泵启动前，须先灌液。泵启动前，须先灌液。为了使启动前为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一泵内充满液体，在吸入管道底部装一止逆阀。止逆阀。此外，此外，在离心泵的出口管路上也装一在离心泵的出口管路上也装一调节阀调节阀，用于开停车和，用于开停车和调节流量。调节流量。 若泵的位置低于槽内液面，则启动时就无需灌泵。若泵的位置低于槽内液面，则启动时就无需灌泵。 1 1）叶轮）叶轮根据结构根据结构闭式叶轮闭式叶轮开式叶轮开式叶轮 半闭式叶轮半闭式叶轮 叶叶片片的的内内侧侧带带有有前前后后盖盖板板，适适于于输输送送干干净流体，效率较高。净流体，效率较高。没有前后盖板没有
10、前后盖板只有只有后盖板后盖板2、基本部件和构造、基本部件和构造 开式和半闭式叶轮流道不易堵塞，适用于输送含固体颗粒的开式和半闭式叶轮流道不易堵塞，适用于输送含固体颗粒的液体悬浮液。但液体在叶片间流动时易产生倒流，故这类泵的效液体悬浮液。但液体在叶片间流动时易产生倒流，故这类泵的效率较低率较低。 a) )叶轮的作用叶轮的作用 将电动机的机械能传给液体将电动机的机械能传给液体, ,使液体的动能和静压能有所提高。使液体的动能和静压能有所提高。b)叶轮的分类：叶轮的分类：叶轮由叶轮由6 61212片弯曲的叶片构成片弯曲的叶片构成闭式闭式敞式（开式）敞式（开式）半闭式半闭式 闭式和半闭式叶轮，部分高压液
11、体漏入叶轮与泵闭式和半闭式叶轮，部分高压液体漏入叶轮与泵壳之间，而叶轮前侧吸入口为低压，因此叶轮前后两壳之间，而叶轮前侧吸入口为低压，因此叶轮前后两侧压力不等，产生轴向推力。因此，侧压力不等，产生轴向推力。因此，在后盖通常开有在后盖通常开有若干平衡孔，以若干平衡孔，以平衡部分轴向推力平衡部分轴向推力。 按吸液方式按吸液方式 单吸式叶轮单吸式叶轮 双吸式叶轮双吸式叶轮液体只能从叶轮一侧被吸入，结液体只能从叶轮一侧被吸入，结构简单。构简单。相当于两个没有盖板的单吸式叶轮相当于两个没有盖板的单吸式叶轮背靠背并在了一起，背靠背并在了一起，可以从两侧吸可以从两侧吸入液体入液体，具有较大的吸液能力，而，具
12、有较大的吸液能力，而且可以较好的消除轴向推力。且可以较好的消除轴向推力。 单吸式单吸式双吸式双吸式汇集液体汇集液体，作导出液体的通道；，作导出液体的通道；转能转能：使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。：使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。 为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之间有时还装有一个间有时还装有一个固定不动的带有叶片的圆盘固定不动的带有叶片的圆盘，称为，称为导导轮。轮。导轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方向导轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方向相反相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应
13、，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，使能量损失使能量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。减小，使动能向静压能的转换更为有效。2 2）泵壳（蜗壳）泵壳（蜗壳）a) )泵壳的作用泵壳的作用b) )导轮导轮 防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界空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。气漏入泵壳内。轴封装置轴封装置 填料密封填料密封： 机械密封机械密封： 将泵轴穿过泵壳的环隙作成密封圈，于其中将泵轴穿过泵壳的环隙作成密封圈，于其中填入软填料。填入软填料。主要由填料函壳、软填料和填
14、主要由填料函壳、软填料和填料压盖组成，普通离心泵采用这种密封。料压盖组成，普通离心泵采用这种密封。 主要由装在泵轴上随之转动的主要由装在泵轴上随之转动的动环动环和固定和固定于泵壳上的于泵壳上的静环静环组成，两个环形端面由弹组成，两个环形端面由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，起到密簧的弹力互相贴紧而作相对运动，起到密封作用。封作用。 3 3）轴封装置：）轴封装置：泵轴与泵壳之间的密封装置泵轴与泵壳之间的密封装置a) )轴封的作用轴封的作用b b) )轴封的分类轴封的分类假设如下理想情况假设如下理想情况： 1 1）泵叶轮的）泵叶轮的叶片数目为无限多个叶片数目为无限多个，也就是说叶片的厚度，也就是说
15、叶片的厚度 为无限薄，液体质点完全沿叶片弯曲表面流动，不发生为无限薄，液体质点完全沿叶片弯曲表面流动，不发生 任何环流现象。任何环流现象。 2 2）输送的是）输送的是理想液体理想液体，流动中，流动中无流动阻力无流动阻力。 基本方程式从理论上说明单位重量流体获得能量的基本方程式从理论上说明单位重量流体获得能量的多少及影响能量获得的因素多少及影响能量获得的因素(泵的压头与结构、尺寸、转泵的压头与结构、尺寸、转速及流量等因素间的关系速及流量等因素间的关系)1、基本方程式的导出、基本方程式的导出在高速旋转的叶轮当中，在高速旋转的叶轮当中，液体质点的运动包括：液体质点的运动包括： 液体随叶轮旋转：液体随
16、叶轮旋转：u u1 1、u u2 2叶片表面的流动：叶片表面的流动：w1、w22cr2液体与叶轮一起旋转的速度液体与叶轮一起旋转的速度u1或或u2：方向与所处圆周的切线方向与所处圆周的切线方向一致，大小为：方向一致，大小为： 液体沿叶片表面运动的速度液体沿叶片表面运动的速度w1、w2，方向为液体质点所处叶方向为液体质点所处叶片的切线方向，大小与液体的流量、流道的形状等有关片的切线方向，大小与液体的流量、流道的形状等有关 两两个个速速度度的的合合成成速速度度就就是是液液体体质质点点在在点点1 1或或点点2 2处处相相对对于于静静止止的壳体的速度的壳体的速度，称为，称为绝对速度，绝对速度，用用c1
17、、c2来表示。来表示。根据余弦定理，上述速度之间的关系可表示为：根据余弦定理，上述速度之间的关系可表示为： 单位单位重量重量液体由点液体由点1 1到点到点2 2获得的机械能为获得的机械能为: :HC: 液体经叶轮后液体经叶轮后动压头的增加动压头的增加 HP: 液体经叶轮后液体经叶轮后静压头的增加；静压头的增加；单单位位重重量量的的理理想想液液体体，通通过过无无数数叶叶片片的的旋旋转转，获获得得的的能能量量称称作作理论压头，理论压头，用用HT表示。表示。静压头增加项静压头增加项HP主要由于两方面的因素促成：主要由于两方面的因素促成：2）叶轮中相邻的两叶片构成自中心向外沿逐渐扩大的液体流叶轮中相邻
18、的两叶片构成自中心向外沿逐渐扩大的液体流 道，液体通过时道，液体通过时部分动能转化为静压能，部分动能转化为静压能，这部分静压头的这部分静压头的 增加可表示为：增加可表示为： 1 1）液体在叶轮内接受离心力所作的外功液体在叶轮内接受离心力所作的外功，单位，单位质量质量液体所液体所 接受的外功可以表示为接受的外功可以表示为： 单位单位重量重量流体经叶轮后的静压头增加为流体经叶轮后的静压头增加为:（a）将将u、w、c的关系代入（的关系代入（a）式，并整理可得到：式，并整理可得到：(b)一般离心泵设计中，为提高理论压头，使一般离心泵设计中，为提高理论压头，使1=90，即即cos1=0离心泵的基本方程式
19、离心泵的基本方程式离心泵理论压头的表达式离心泵理论压头的表达式 QT：叶轮出口处的径向速度与出口截面积的乘积叶轮出口处的径向速度与出口截面积的乘积2、理论压头与理论流量理论压头与理论流量QT关系关系2cr2从点从点2处的速度三角形可以得出处的速度三角形可以得出代入代入 得：得： 离心泵基本方程式离心泵基本方程式 表示离心泵的表示离心泵的理论压头与理论流量，叶轮的转速和直径、叶理论压头与理论流量，叶轮的转速和直径、叶轮的几何形状轮的几何形状间的关系。间的关系。2cr2对对于于某某个个离离心心泵泵（即即其其2、D D2、b2固固定定），当当转转速速n一一定定时时，理理论压头与理论流量之间呈线形关系
20、，可表示为：论压头与理论流量之间呈线形关系，可表示为：1 1）理论压头与叶轮的转速和直径的关系）理论压头与叶轮的转速和直径的关系 当叶片几何尺寸（当叶片几何尺寸（b b2 2，2 2）与理论流量一定时，离心泵的与理论流量一定时，离心泵的理理论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大。论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大。3、基本方程式的讨论、基本方程式的讨论2 2）离心泵的理论压头与叶片几何形状的关系）离心泵的理论压头与叶片几何形状的关系 根据叶片出口端倾角根据叶片出口端倾角2 2的大小的大小, ,叶片形状可分为三种叶片形状可分为三种: : a）后弯叶片后弯叶片(20 b）径向叶片径向叶片( (2=
21、90。) )，ctg2=0 c c）前弯叶片前弯叶片(2 29090。) )，ctgctg2 2020cSt(厘沲厘沲)时时 ，则：，则：Q Q= = c cQ QQ Q，H H= = c cH HH H，= c= cc cQ Q、c cH H、c c、均小于均小于1 1，其值查有关曲线图，其值查有关曲线图，查图方法见课本例查图方法见课本例2-3 2-3 离心泵离心泵比例定律比例定律 3 3）转速转速n n的影响的影响n n变化，导致速度三角形发生变化，变化，导致速度三角形发生变化，H H、Q Q、N N 也发生变化。也发生变化。 当当时，可以认为时，可以认为泵的效率不变，泵的效率不变，泵的流量、压头、轴功率与转速的近似关系可表示为：泵的流量、压头、轴功率与转速的近似关系可表示为：4 4）叶轮直径叶轮直径D D2 2的影响的影响离心泵离心泵切割定律切割定律 离心泵切割定律只有在离心泵切割定律只有在D2的变化不大于的变化不大于10时时才适用。才适用。 当当叶叶轮轮直直径径变变化化不不大大，叶叶轮轮形形状状、转转速速和和泵泵效效率率不不变变时时，叶叶轮轮直直径径、流流量量、压压头头及及功功率率之之间间的的近近似关系为：似关系为：
